Von Ken Butts
Dies ist die Artikelversion unseres Webinars: Bewertung von fluoreszierenden weißen Materialien. Er ist Teil unserer On-Demand-Reihe zu den Grundlagen des digitalen Farbmanagements.
Hier finden Sie alle 12 Lektionen
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Haben Sie sich schon einmal gefragt, warum Ihre weiße Kleidung unter Schwarzlicht zu leuchten scheint, oder warum manche weißen Materialien einfach weißer aussehen als andere? Was Sie erleben, ist der Effekt von fluoreszierenden Weißen.
Was ist ein fluoreszierendes weißes Material?
Ein fluoreszierendes weißes Material ist ein Material, das mit speziellen Chemikalien behandelt wurde, die als optische Aufheller (OBAs) oder manchmal auch als fluoreszierende Aufheller (FWAs) bezeichnet werden. Da OBA auch auf farbige Materialien angewandt werden kann, ist dies der allgemeinere Begriff von beiden.
Der Durchschnittsverbraucher sucht nach weißer Kleidung, die ein klares, sauberes Aussehen hat, und das kann bei einigen Materialien, insbesondere Baumwolle, schwierig zu erreichen sein. Auch nach dem Bleichen der Baumwolle kann sie ein stumpfes, gelbliches Aussehen haben, das sie schmutzig aussehen lässt. Der beste Weg, gebleichte Baumwolle „weißer“ zu machen, besteht darin, das stumpfe gelbe Aussehen zu „verbergen“. Ein wenig Farbwissenschaft kann helfen zu verstehen, wie dies mit OBAs erreicht wird. Weiße Materialien erscheinen gelb oder schmuddelig, weil sie die blaue Energie der Lichtquelle absorbieren und die gelbe Energie reflektieren. Um diesem Effekt entgegenzuwirken, könnten wir mehr blaue Energie „hinzufügen“, was zur Folge hätte, dass das Material weißer, d. h. sauberer und heller aussieht, als es tatsächlich ist. Der OBA tut genau das – er „fügt“ blaue Energie hinzu, indem er unsichtbare ultraviolette (UV) Energie, die wir nicht sehen können, in sichtbare blaue Energie umwandelt, die wir sehen können.
Bewertung weißer Leuchtstoffröhren in einem Lichtschrank
Ein wichtiger Punkt bei der Bewertung einer mit OBA behandelten weißen Probe ist, dass sich das endgültige Aussehen der Probe ändert, wenn sich die Menge der in der Lichtquelle vorhandenen UV-Energie ändert. Das bedeutet, dass wir bei der Auswahl der Lichtquelle, die für die Bewertung der weißen Probe verwendet wird, sehr sorgfältig vorgehen müssen. Normales Tageslicht von der Sonne oder von einer Tageslichtquelle in einem Lichtschrank ist reich an UV-Energie – viel mehr als z. B. eine Leuchtstoffröhrenlichtquelle. Wenn wir eine weiße Leuchtstoffröhre in einem Lichtschrank mit einer Glühbirne oder Leuchtstoffröhre beurteilen und dann die Probe bei Tageslicht betrachten, sollten wir feststellen, dass die Probe bei Tageslicht viel heller und weißer erscheint.
Die Tageslichtquelle in der Lichtkabine enthält jedoch möglicherweise nicht dieselbe Menge an UV-Energie wie normales Sonnenlicht oder ist von einer Lichtkabine zur anderen unterschiedlich, so dass unsere visuelle Bewertung uneinheitlich ausfällt. Es ist wichtig, mit dem Hersteller Ihres Lichtschranks zu sprechen und herauszufinden, ob der UV-Gehalt der Tageslichtquelle kontrolliert wird und dem normalen Tageslicht entspricht. Die Bewertung von fluoreszierendem Weiß ist am effektivsten, wenn Sie mit einer Lichtkabine arbeiten, die eine Tageslicht-Lichtquelle hat, die der UV-Energie des normalen Tageslichts nahe kommt.
[Bildquelle: Popular Mechanics]
Effiziente Messungen von fluoreszierenden Weißen
Da es schwierig ist, weiße Materialien einheitlich visuell zu bewerten, ist es oft effektiver, den Weißgrad mit einem Spektralphotometer zu bestimmen. Mit einem Spektralphotometer wird gemessen, wie viel Energie des sichtbaren Lichts von einem Material reflektiert wird, und dies dann als prozentualer Reflexionsgrad (%R) im Wellenlängenbereich von 400-700 Nanometern (nm) angegeben. OBAs absorbieren ultraviolette (UV) Energie im Bereich des elektromagnetischen Spektrums unter 400 Nanometern und geben diese Energie im sichtbaren Teil des Spektrums wieder ab. Wenn Sie ein fluoreszierendes Weiß mit einem Spektralphotometer messen würden, würden Sie sehen, dass der Reflexionsgrad im kurzwelligen blauen Bereich größer als 100 % ist – das ist die „zusätzliche“ blaue Energie, die das gelbe Aussehen des Materials „versteckt“. Wie bei der visuellen Bewertung kann der Aufhellungseffekt jedoch variieren, je nachdem, wie viel UV-Energie in der Lichtquelle des Spektrophotometers vorhanden ist.
Um eine fluoreszierende weiße Probe effektiv zu messen, müssen wir die Menge an UV-Energie in der Lichtquelle kontrollieren. Bei nicht fluoreszierenden Materialien folgen wir dem
Standardkalibrierungsverfahren, bei dem eine schwarze Falle und eine weiße Kachel verwendet werden. Diese beiden Kalibrierungswerkzeuge sind nur für die Kalibrierung des sichtbaren Teils des Spektrums gedacht und helfen uns nicht, die Menge an UV-Energie in der Blitzlampe des Geräts zu kontrollieren.
Die meisten hochwertigen Desktop-Spektralphotometer verwenden eine so genannte Xenon-Blitzröhre. Eine Xenon-Blitzlampe, die einer Kamerablitzlampe ähnelt, ist sehr reich an UV-Energie. Tatsächlich enthält es viel mehr UV-Energie als das normale Tageslicht. Wenn wir also eine fluoreszierende weiße Probe mit 100 % dieser UV-Energie messen, erhalten wir viel mehr blaue Energie von der Probe, als wir nach unserer visuellen Erfahrung sehen würden. Und die numerischen Daten deuten darauf hin, dass die Stichprobe viel weißer ist, als sie tatsächlich ist.
Kalibrierung Ihres Spektralphotometers für die Messung von weißem Fluoreszenzlicht
Wie kalibriert man also den UV-Anteil des Spektralphotometers? Eines der am häufigsten verwendeten Hilfsmittel für die UV-Kalibrierung ist der AATCC Textile UV Calibration Standard (TUVCS). Bei diesem Referenzgewebe handelt es sich um ein Quadrat aus mehreren Gewebelagen, das mit einem FWA behandelt und anschließend mit einem rückführbaren Messgerät bei der AATCC gemessen wurde, so dass wir genau wissen, welchen Weißgrad diese Probe haben soll. Der TUVCS wird dann zur Kalibrierung des UV-Anteils eines Spektralphotometers gemäß AATCC Evaluation Procedure 11 – Spectrophotometer UV Energy Calibration Procedure for Optically Brightened Textiles verwendet.
Mit dieser Methode und der Anleitung des Herstellers Ihres Spektralphotometers können Sie sicherstellen, dass der UV-Anteil Ihres Spektralphotometers richtig kalibriert ist. Es ist wichtig zu beachten, dass bei der UV-Kalibrierung mit dem TUVCS auf einem Kugelspektralphotometer die Spiegelungseinstellung auf „eingeschlossen“ (SCI) gesetzt werden muss und die LAV-Blende (Large Area View) verwendet werden sollte. So können wir sicher sein, dass die von uns ermittelten Ergebnisse auf internationale Standards rückführbar sind und mit den Messungen anderer UV-kalibrierter Spektralphotometer übereinstimmen. Wenn Sie den UV-Filter kalibriert haben und bereit sind, die Tools zu verwenden, empfehle ich Ihnen, sich die Webinar-Version dieses Artikels anzusehen, in der Sie eine detaillierte Schritt-für-Schritt-Anleitung erhalten (ab etwa 12 Minuten und 20 Sekunden). Wir beginnen mit der Messung des Standards und gehen dann dazu über, Proben zu messen und die Ergebnisse zu vergleichen.
Ein besonderer Hinweis zur Verwendung des TUVCS: Er hat ein Ausstellungsdatum und ein Ablaufdatum. Sie sollten keinen Standard verwenden, dessen Gültigkeit abgelaufen ist, da Sie sonst ungenaue Ergebnisse erhalten. Achten Sie außerdem darauf, dass Sie die Norm an den Rändern anfassen, damit kein Schmutz und keine Verfärbungen auf die Oberfläche gelangen, und bewahren Sie die Norm immer in dem BHT-freien Beutel auf, in dem sie geliefert wurde.
Was ist ein Weißheitsindex?
Die Reflexionsdaten für eine fluoreszierende weiße Probe allein geben uns nicht die Informationen, die wir brauchen, um zu wissen, wie weiß eine Probe ist, oder um eine Entscheidung über die Akzeptanz der Probe zu treffen. Mit Hilfe einer speziellen Berechnung kann ein „Weißheitsindex“ (WI) für eine Probe ermittelt werden, eine Zahl, die den Weißheitsgrad der Probe angibt. Im Laufe der Jahre wurden mehrere Weißheitsindizes entwickelt, von denen der CIE-Weißheitsindex und der Ganz-Griesser-Weißheitsindex die beiden bekanntesten sind. In der Regel gilt: Je blauer eine Probe ist, desto höher ist der Weißheitsindex, und je gelber sie ist, desto niedriger ist der Weißheitsindex.
Der WI-Wert der Proben hängt natürlich von der Menge des vorhandenen OBA und der Ausgangsreinheit der Probe ab, wobei höhere Werte für „weißere“ Proben stehen. Zusätzlich zu WI bieten diese Formeln in der Regel ein Maß für die Tönung des Weißes, d. h. ob die Probe rötlich oder grünlich gefärbt ist.
Berücksichtigung des Alters Ihres Spektralphotometers
Mit einem brandneuen Spektralphotometer von Datacolor habe ich die Erfahrung gemacht, dass der typische Bedarf an UV-Filtern zwischen 60% und 80% liegt. Mit zunehmendem Alter des Geräts muss der Filter weiter geöffnet werden, um mehr von der verfügbaren UV-Energie im Lampenkolben zu nutzen. Sobald die UV-Filterposition 90 % erreicht hat, was bedeutet, dass wir etwa 90 % der verfügbaren UV-Energie nutzen, ist es an der Zeit, dass Sie Datacolor kontaktieren, um einen Serviceeinsatz zur Bewertung des Geräts zu vereinbaren. Irgendwann in der Zukunft wird der Filter vielleicht 100 % der UV-Energie durchlassen, aber Sie werden nicht in der Lage sein, den gewünschten Weißgrad der Prüfnorm zu erreichen.
Noch ein Hinweis zum Alter der Instrumente: In den meisten Lieferketten finden Sie Instrumente unterschiedlichen Alters, und wir haben festgestellt, dass mit zunehmendem Alter eines Instruments und je nach Umgebungsbedingungen die Kugel zu vergilben beginnen kann. Dies kann auch der Fall sein, wenn ein Gerät in einer Produktionsumgebung mit Verunreinigungen in der Luft betrieben wird. Bei fluoreszierenden Materialien stellen wir fest, dass die Verfärbung die Konsistenz des gemessenen Reflexionsgrads beeinträchtigen kann. Mit unserem normalen Kalibrierungsverfahren können wir diese Vergilbung bis zu einem gewissen Grad kompensieren.
Wenn Sie sich in einer Situation befinden, in der der Farbtonwert Ihrer Messung dramatisch vom Farbtonwert der Messung einer anderen Person abweicht, dann sollten wir das Alter der Kugeln bewerten. Es kann notwendig sein, eine oder beide Kugeln auszutauschen oder neu zu beschichten, um eine bessere Übereinstimmung zwischen den beiden zu erreichen. Solange alle Beteiligten Geräte mit Kugeln verwenden, die relativ neu sind oder ersetzt bzw. neu beschichtet wurden, werden sie einheitliche Ergebnisse für den Farbtonwert liefern.
Zusammenarbeit mit Lieferanten bei fluoreszierendem Weiß
Der nächste Schritt besteht darin, die akzeptablen Bereiche der Weiß- und Farbtonwerte für Ihre Proben zu ermitteln. Sobald Sie numerische Akzeptanztoleranzen für den Weißgradindex festgelegt haben(die ich im Webinar ausführlich bespreche) und Sie Ihren Lieferanten gebeten haben, ein UV-kalibriertes Gerät zur Messung seiner Proben zu verwenden, muss er den Weißgrad dieser Proben nicht mehr in der Lichtkammer bewerten. Solange sie die Proben mit dem UV-kalibrierten Gerät genau messen und unter Berücksichtigung der von Ihnen vorgegebenen Toleranzen die Ergebnisse als bestanden oder nicht bestanden werten, können sie diese Proben getrost entweder einreichen oder nachbearbeiten.
Was ist, wenn die Probe immer noch zu trüb oder zu dunkel aussieht?
Meiner Erfahrung nach haben einige Kunden in den letzten 20 Jahren ihr Pass-Fail-System auf der Grundlage von Weißgradindex und Farbton eingerichtet und trotzdem festgestellt, dass einige Proben optisch nicht gut aussahen, obwohl sie innerhalb der numerischen Toleranzen lagen. In diesen Fällen kann es hilfreich sein, die Verwendung eines zusätzlichen Farbunterschiedselements für „bestanden/nicht bestanden“ in Betracht zu ziehen.
Ich habe festgestellt, dass einige Kunden mit dem CMC-DL-Wert, der den Unterschied zwischen Helligkeit und Dunkelheit zwischen zwei Proben misst, erfolgreich waren. Der Weißheitsindex basiert auf dem Bereich zwischen etwa 420 und 460 Nanometern, während der Farbton auf den Zu- und Abnahmen oder den hohen und niedrigen Bereichen im Rest der Reflexionskurve basiert. Es kann sein, dass die Kurve einer Probe eine sehr ähnliche Form hat wie die Kurve des Standards, aber sie ist deutlich niedriger. Das bedeutet, dass die Probe insgesamt zwar einen akzeptablen Weißheitsindex aufweist, aber dunkler aussieht.
Es ist wichtig anzumerken, dass wir die Verwendung von DEcmc für das Bestehen und Nichtbestehen von fluoreszierendem Weiß nicht empfehlen, da es nicht dafür ausgelegt ist, den Einfluss der FWA genau zu erfassen.
Können Sie fluoreszierendes Weiß auf einem Monitor sehen?
Leider können Monitore fluoreszierende Farben nicht genau darstellen. Möglicherweise können Sie leichte Unterschiede im Farbtonwert oder in der Schattentiefe feststellen, aber es wird einfach nicht so hell sein wie das tatsächliche Muster, und in vielen Fällen wird das Weiß auf dem Bildschirm tatsächlich blau aussehen. Daher ist bei jedem Versuch, die Bildschirmkomponente für die Bewertung von fluoreszierendem Weiß zu verwenden, Vorsicht geboten.
Wiederholbare Ergebnisse für optisch aufgehellte weiße Materialien
Wie wir gesehen haben, ist das eine Herausforderung – vor allem, wenn man eine visuelle Bewertung vornimmt. Wenn Sie Ihr Spektralphotometer jedoch mit verfügbaren UV-Kalibrierstandards wie dem TUVCS von AATCC kalibriert haben, erhalten Sie wiederholbare Messergebnisse. Nur dann können Sie erfolgreich ein numerisches Pass-Fail-Programm für fluoreszierendes Weiß aufstellen.
Wenn Sie Fragen zu diesem Prozess haben, wenden Sie sich an unser Expertenteam hier oder direkt an mich(Sie finden mich auf LinkedIn hier).
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