纸张检测系列纸张的国家标准_纸张的基本特性

纸张的基本特性
印刷品的优劣，都因着纸张油墨互存关系，了解两者的特性，对帮助改善印刷品品质有极大作用。现在让我为大家介绍一下印刷其中一样必需品一纸张，它的特性。
其实，要知道纸张的特性，最好先了解造纸过程，就更能明白它的特性如何形成。造纸纤维过去是从树木中提取的，但为了生态环境，现在造纸的纤维已大大减少了树本纤维的成分，而从其他植物和海洋植物中，提炼出可以制造纸张的纤维，务求造出来的纸张与传统的纸张，特性完全一样。
生产纸张主要分为两大工序，即制浆和造纸。
图一显示基本的生产流程。
（一）纸浆(Pulp)
当有适当的木材和植物纤维後，便要将之制成纤维状纸张，而纸浆的制造方法可分为：机械性、化学性和半化学性。
1.机械性：
原料以机械的压力，研磨等物理方式，去制成断碎的细纤维。机械纸浆以磨木纸浆为主要，其原料为阔叶树与针叶树，而这方式的生产效率能高达90-95%。
机械纸浆造成的纸张，因没有加添任何化学品，故木材原料的木质素，完全含於纸浆内，惟如原料中含有色物质或深色杂质，将影响未来纸张的颜色，而性质方面，它是比较脆弱，而不透明度高，排水性佳，适合高速大量抄纸。其所抄造的纸张之紧度低，平滑度高，而富弹性，吸墨能力强，可加速油墨乾燥等，印刷适应性良好。
2.化学性(Chemical)
因机械纸浆留有甚多的非纤维素成份，如木质(Lignin)等，使抄造出来纸容易受光线照射使纸张的色泽有变及更脆弱的现象。为了改善这缺点，化学性的制造纸浆的方法便产生。
化学纸浆是用化学品混入来蒸煮(Cooking)木材，使原料的纤维容易分离。蒸煮目的是要以化学品与木质等原料产生化学反应，以排除木质素，以留下纤维素来作纸浆的用料。
因蒸煮过程中，可加入不同的化学品，使制造出来的纸浆性质有所不同，化学品可分为亚硫酸纸浆(Sulphite)、碱法纸浆(Alkaline)及硫酸盐纸浆(Kraft)。
亚硫酸纸浆的性质，色泽较浅，可不须经漂白步骤也可用作抄纸使用，制造的纸张，白度较高，纸质较柔软，其物理性质亦较弱。而碱法纸浆的特性，是较柔软和高不透明度，此纸浆制造的纸张，物理性质较强，主要是其纤维较短小。硫酸盐纸浆是现时比较普遍的方法。因其是用Na2S来蒸解，蒸解容易而且效果良好，而用此纸浆所造的纸张，强度较优，柔软性良好，而且耐久性佳，而经漂白後纸张白度更能大大提高。
3.半化学性(Semi-Chemical)
一种介乎於机械纸浆与化学纸浆之间的方法。先将原料里非纤维成分与纤维之间之结合力溶解，再用机械方法使纤维分离。半化学性方法所用的化学品是Na2SO3及Ca(HSO3)2，另加Na2CO3及NaHCO3充当缓冲剂。而此浆的特性，是从原料得到的纤维可达65-85%，造出来的纸张，性质较硬，而此纸浆能制造出不同用途的纸张，如新闻纸、印画纸、书写用纸及瓦楞纸等，使用弹性较大，而成本却比其他方法较为低。
本文简单介绍了纸浆的制造方法和不同方法制出的纸浆特性，而下期笔者会介绍造纸程序中对纸张特性的影响，以能与大家在这方面作交流。
（图片来源：印刷主要材料）
（二）纸(Paper)
当有了纸浆後，便要经多种後期续制造程序，才能造出成为印刷时用的纸张。而造纸过程主要包括：1.打浆(BeatingorRefining)；2.加添矿物质和不同的填料(UtilizationofWet-EndAdditives)；3.抄纸(Forming&Pressing)。
1.打浆(BeatingorRefining)
打浆的主要目的，是要将纸浆作切断及磨溃的程序，以改变它的物理特性。因纸浆本身含有大量的纤维素，如果直接用此纸浆来造纸，纸张的物理特性会十分弱，而且表面亦会出现疏松多孔的现象。因此，要改善这情况，打浆是造纸的重要程序之一。
打浆的过程中对纤维所做的效果，是除去纤维素外部的薄膜，增加含水量，同时切断纤维素之间的引力，以水的化学引力取代，增加纤维的柔软度。切断纤维能使它更短小，而且纤维会被拉长、拉直、卷曲及压撕，部分纤维因而会成为糊状。
打浆方法主要分为游离打浆和黏状打浆。游离打浆是以切断作用为主，纸浆的浓度较低。此方法的打浆机的刀刃较锐利，刀刃的齿距较密，在打浆时纤维容易被切断，使所抄造出的纸张会出现密度小而膨松、不透明、伸缩性小，油墨容易附着等特性。不过，此方法所抄造出来的纸张，其表面平滑度较低，并容易起毛。
黏状式打浆方法是用破裂磨溃等原理。其所用的纸浆浓度较高，而打浆机的刀刃较钝，刀刃齿距较稀疏，切断纤维时容易产生长短不一的现象，使所抄造出来的纸张拥有的物理特性较强，纸质紧密，纸张表面平滑度佳，透明度较高且不易起挠等特性。但纸张的伸缩性较大，对油墨吸收效果较差。
2.填料、上胶和染色(UtilizationofWet-EndAdditives)
填料程序是在纸浆中加入适量的矿物质和色料，务求造出纸张用途所要求的物理特性。添加填料可使纸张的平滑度增加、提高不透明度和白度、增加厚度和重量、改善纸张的吸墨能力及印刷适应性等。填料的种类很多，常用的有白土(Clay)、石棉、滑石、石膏、炭酸钙(CaCO3)、硫化锌及炭酸镁等，以填写纤维间的空隙。
上胶程序主要是使纸张具有抵抗水份渗透的能力，而且可加强纸张的硬度、坚韧性、抗张力、抗湿性、提升纸张表面平滑度及减少起毛现象，同时也改善纸张的印刷适应性。上胶的种类有松香(Rosin)、淀粉(Starch)、蜡乳液等。
染色程序目的是要改善纸张的色调或增加纸张的白度。亦使用萤光料，使照射到纸张的紫外光转为白光，以增加白度。
3.抄纸(Forming&Pressing)
抄纸程序是将以制好的纸浆加入大量的水，使纸浆中的纤维产生水化作用，使纤维随着水流分布在金属网上，此形成所谓纵向(MachineDirection)和横向(CrossDirection)的纤维方向性，其後进入造纸机，使纤维紧黏着造纸毛毡上，以减去大部分水份，并会经过乾燥及压光等程序而成为可用的纸张。
以上程序是基本的造纸张步骤，当中必然有其他的程序以制造不同种类的纸张。但因篇幅问题，笔者将不会在此处谈，期望日後再为读者作介绍。
附表（二）列出了一些变数是会在造纸张序中影响其性质。
下期笔者将为大家介绍纸张要考虑的特性，以决定其品质和规格等。除此之外也会略述测试的方法。
於六月由美国GCA(GraphicCommunicationsAssociation)，发表的一份名为GRACoL(GeneralRequirementsforApplicationCommercialOffsetLithography)的文件中，也提及在选购纸张时要考虑的特性。文件中提及的特性包括纸张表面、颜色、光泽度、光亮度、不透光度、基重、尺寸及纤维交织情况。笔者尝试从中作参考去介绍有关特性。如有不足的地方，盼读者能见谅及加以指教。
1.纸张表面(PaperSurface)
通常抄造出来的纸张都有正反表面，性质也有差异，这差异包括表面的平滑度和光泽度等。於造纸过程中，纸浆会与金属网和毛毡接触以造成纸张，而金属接触面称为网面(WireSide)，而毛毡接触的称为毯面(FeltSide)。一般的毯面颜色较白，对印刷油墨的光泽表现也较佳。测试纸张时必须注明网面和毯面。而纸张表面的特性测试有平滑度和表面强度。
1.1平滑度(Smoothness)
纸张表面的平滑度对印刷有直接的影响，平滑度愈高的纸张，可供较细致精密的印刷网点使用，生产较高品质的印刷品。我们要求是平滑度均匀的纸张，其次才是高平滑度的纸张。而平滑度的单位是空气流量的时间。测试原理是在大约一平方寸面积的纸张表面，使用定量的气压施放在纸张表面，从而计算空气沿表面流过的时间。时间愈长表示其平滑度高。
1.2表面强度(SurfaceStrength)
此强度是指纸张表面能承受油墨墨膜与印版之间分开时，对纸张表面所施加之垂直拔力，而纸张不致被剥皮或损坏表面的能力。表面强度的测试为检验纸张所含纤维与添加物，在印刷时表面脱落剥离的程度。测试的方法是采用标准蜡棒(DenisonWax)，标准蜡棒编号愈大，表示纸张的表面强度愈佳，此外也可用IGT印刷适性测性仪器，来测试纸张的表面强度，所取得的资料数据更详细，更能可靠预测纸张表面强度。
2.纸张的颜色
纸张被看见的颜色，是吸收某一波长的光线而反射剩馀波长的光线所产生的结果。因此，对油墨在纸张表面上的表现有直接影响。而测试颜色常以CIE(CommissionInternationaledel'Eclairage国际照明委员会）(IEC:InternationalElectrotechnicalCommission)的X,Y,Z值的标示法或用HunterL,A,BScales的方法表示。现时最普遍的方法去测试纸张颜色，是使用可见分光光度计(Spectrophotometer)，而内置的微型处理器方便转换不同的标示法。
3.白度,光亮度(Brightness)
造纸厂通常会测量白纸表面的光线反射量，而以百分比去表示反射的数率。工业界都会用这个数率去把纸张分等级，高数率的纸张为较高品质的成品。书籍的制作都会用较低光亮度的纸张，以减少眼睛受太多反射光线影响而容易疲倦。但一些宣传海报和杂志，都会使用高光亮度的纸张，以突出其内文和图片，来吸引入的注意。
4.不透光度(Opacity)
此特性是指当印刷文字和图片在纸张的一面，而另一面也印有文字或图片，它们都不会发生透映现象。良好的纸张其不透光度高，让制成的书籍使读者阅读时能集中本身页内的内容，不致被印纹两面隐约可见影响使眼睛疲倦。影响不透光度的因素有：i.纸张本身的厚薄；ii.有否上胶；iii.纸张表面的平滑度与粗糙度；iv.所含的植物纤维成份等。测试的方法是测量有多少光能穿透纸张本身，单位是百分比率。
5.定量,基重(BasisWeight)
纸张的基重是指五百张基本尺寸纸张的重量。如果五百张尺寸25x38in.的纸张重80磅，其基重便是80磅。在印刷行业或一般人士中，当考虑纸张厚薄或刚挺坚韧度时，都会与基重拉上关系。用基重去表示不同程度特性的纸张，都是已广泛被采用了。
6.纤维排列交织的方向(GrainDirection)
在造纸的过程中，纤维会沿顺着造纸机械的运行方向排列，而纤维排列和交织的情况，是直接影响纸张表面的平坦性和平滑度。交织不良的纸张，会使印刷时出现墨斑(Mottling)的现象。检查纤维交织的情况，通常是将纸张样本对着光线，由光线透过纸张，来判断纸张的纤维均匀性。而现时更可利用扫描式电子显微镜(SEM)、能量分散光谱仪(EDS)和波长分散光谱仪(WDS)，去试验和分析纸张表面结构及观察纤维交织情况。
7.抗张强度(TensileStrength)
纸张的抗张度是表示纤维经结合交织後，又经不同的加工程序而成为纸张後，纤维间能承受的拉力，以测验交织是否良好。此特性对於轮转机所用的卷筒纸尤其重要。测试的方法是取裁剪宽度为25毫米(mm)，长度为150~200毫米(mm)的样本，在纸张长度的两端施以拉力，以测量样本被拉断时的力度，单位为牛顿力量(NewtonForce)/mm。
8.撕裂力度(TearingStrength)
纸张的撕裂力，是指在纸边施加相同而不同方向的拉力去撕开纸张。而纸张的纵向纤维与横向纤维的撕裂力不相等，因此，在测试时要检测纸张的纵向纤维和横向纤维的撕裂力，才能全面分析纸张的撕裂特性。测试的方法是裁切60毫米(mm)x60毫米(mm)的纸张样本，然後将纸张夹在仪器的样本板上，预先裁切开一小段，再开动摇摆针(Pendulum)撕裂纸张，其单位为牛顿力量(Newton-Force)。
纸张的基本特性，比较重要或常常受业内人关注的，都已经於上文给大家简单介绍了，或许有不足之处，但期望於这小小的篇幅里，与同业或对纸张特性有兴趣的人士分享少许知识罢了。