白度概念与测量意义

纸张白度是评价纸张光学性能的重要指标，指纸张表面对可见光谱全波段光波均匀反射的能力。在造纸工业中，白度直接影响印刷品的色彩还原效果和视觉舒适度，是决定纸张品质等级的关键参数之一。根据应用领域不同，对纸张白度的要求各异：高档印刷用纸通常要求白度在90%以上，而新闻纸等则维持在55%-65%即可。准确测量白度对造纸生产控制、产品质量评估和终端应用选择都具有重要意义。

白度测量的光学基础

光与物质的相互作用

当光线照射到纸张表面时，会发生三种基本光学现象：镜面反射、漫反射和吸收。白度测量主要关注漫反射部分，即光线进入纸张内部后经多次散射后重新穿出表面的光通量。纸张中的纤维形态、填料种类和含量以及施胶状况都会显著影响这种漫反射特性。

标准照明体与观察者条件

国际照明委员会（CIE）定义了多种标准照明体（如D65代表6500K相关色温的日光）和标准观察者（如CIE 1931 2°视场观察者），为白度测量提供了统一的参考框架。测量时必须明确采用的照明观测条件，不同条件下获得的白度值可能相差3-5个百分点。

主要白度测量标准体系

ISO亮度与TAPPI白度

ISO亮度（ISO 2470）是国际通用的测量方法，采用457nm蓝光照射，测量45°/0°几何条件下的反射因数。该方法特别适合测量含荧光增白剂的纸张，测得值范围通常为80-170%，其中不含荧光剂的天然浆纸亮度一般不超过100%。

TAPPI白度（TAPPI T452）是美国制浆造纸技术协会的标准，使用CIE照明体C和2°观察者，通过特定公式计算得出。该标准在北美地区广泛应用，与ISO亮度存在线性换算关系：TAPPI白度≈0.975×ISO亮度-1.5。

CIE白度与D65亮度

CIE白度（ISO 11475）采用更全面的光谱评估方法，基于D65照明体和10°观察者，通过特定公式计算白度值W10和淡色调值Tw,10。该指标能更好地区分荧光增白剂的影响，在欧洲高端纸张市场已成为主流标准。

D65亮度（ISO 2470-2）是ISO亮度的变体，使用D65照明体代替457nm单色光，测量结果更接近视觉感知，特别适用于评估彩色纸张的亮度特性。

测量仪器与技术要点

分光光度计法

高端分光光度计（如X-Rite SpectroEye、Techkon SpectroDens）通过测量380-730nm全波段反射光谱，可计算各种白度指标。测量时需注意：

采用d/8°积分球几何结构，包含镜面反射成分

校准使用标准白板（如BaSO4或PTFE材质）

样品至少测量3次不同位置取平均值

控制环境温度在23±2℃，湿度50±5%RH

光电白度仪法

专用白度仪（如Elrepho系列）通过滤光片模拟标准照明体，直接显示白度值。操作要点包括：

预热仪器至少30分钟达到稳定状态

定期用标准白板进行校准验证

测量压力控制在规定范围（通常1-2kg/cm²）

避免强磁场干扰和直射光照影响

荧光增白剂的影响与处理

荧光增白剂的作用机理

荧光增白剂（FWA）能吸收300-400nm紫外光，发射420-480nm蓝紫光，通过补偿纸张的黄色调提高视觉白度。含FWA的纸张在UV包含和UV排除条件下测量结果差异显著，这种差异称为荧光白度增量（ΔF）。

测量方法选择

评估含F纸张时需采用UV调节技术：

UV包含法：反映总视觉效果，用于质量控制

UV排除法：评估基础白度，用于原料评价

荧光分量法：单独量化FWA贡献，用于配方优化

测量误差分析与控制

主要误差来源

仪器因素：光源老化、探测器漂移、光学系统污染

样品因素：表面纹理、不透明度、厚度不均

操作因素：校准不当、测量压力不一致、环境光干扰

标准物质因素：白板变质、传递误差

质量控制措施

建立日常校准程序，使用可溯源的标准物质

定期进行仪器间比对（MII）和实验室间比对（ILC）

控制样品制备条件（温湿度平衡、裁切方式）

实施测量系统分析（MSA）评估重复性和再现性

行业应用与发展趋势

造纸生产控制

在线白度监测系统（如ABB、BTG产品）可实现每分钟10-15次的实时测量，通过反馈控制浆料配比和FWA添加量，保持白度波动在±1%以内。

印刷适性评估

印刷行业采用印刷对比度指标（PC=1-Rb/Rp，Rb为纸张白度，Rp为实地密度）评价纸张对油墨表现力的影响，通常要求PC≥0.89。

技术创新方向

多角度光谱技术（MAST）评估光泽与纹理影响

高光谱成像实现白度分布图分析

人工智能辅助的白度预测模型

基于量子点的新型白度参考材料

结论

纸张白度测量是融合光学、材料科学和标准化技术的专业领域。随着ISO 2469、ISO 2470等国际标准的持续更新，测量方法正朝着更高精度、更接近视觉感知的方向发展。在实际工作中，应根据产品特性和应用需求选择合适的测量标准，严格控制测量条件，才能获得可靠、可比较的白度数据。未来，随着检测技术的智能化和标准化程度的提高，纸张白度测量将在造纸工业和印刷包装领域发挥更加精准的指导作用。