第十六章 不基于加速实验室光源稳定性测试预测产品使用寿命的十大理由
个人电脑和数码相机的普及，催生了一个蓬勃发展的新市场――通过家用打印机输出的数码照片。当前市面上的喷墨墨水与商用相纸组合层出不穷，但无人能确切知晓这些打印图像的光照耐久性究竟能维持多久。图像持久性已成为重大议题。众多OEM电脑打印机厂商、喷墨墨水及纸张供应商正竞相开发标准化的光稳定性测试方案，以期获得具有实际意义的测试数据。然而这本质上是个复杂课题，除紫外线外，还有诸多因素会导致图像质量劣化：臭氧（或气体）褪色、催化褪色、湿度、暗处稳定性以及温度。这些因素单独或共同作用，都可能对珍贵图像造成毁灭性影响。下文将综述墨水与承印材料光稳定性测试涉及的主要问题。
16.1
光谱
首先必须说明的是，目前并没有标准的光谱能完全复现室内照明条件。然而，柯达公司近期一项研究表明，经过窗户过滤的间接日光才是家庭环境中主要的室内照明光源。下面我们将回顾几种广泛应用于印刷图像光稳定性测试的实验室光源。
16.1.1
荧光灯
历史上，采用高输出冷白色荧光灯的光稳定性测试一直被用于彩色照片。例如，标准摄影测试条件（每日450勒克斯/12小时的低瓦数冷白色荧光灯、60%相对湿度和70˚F室温环境）甚至远不能模拟喷墨打印的计算机制作图像在各种终端使用环境中的情况。虽然冷白色荧光灯的输出可能在一定程度上复现弱光或办公室环境，但这些灯具的光谱范围有限。也就是说，其输出光谱与商业常用其他光源或透过窗玻璃的阳光光谱功率分布并不匹配（见图16.1）。
图16.1 冷白色荧光灯与透过窗玻璃的阳光对比。
冷白色荧光灯适用于测试主要终端用途为灯光展示柜或零售环境的产品（见图16.2）。然而，用此类灯具对典型室内环境（如家庭或办公室）展示的图像进行使用寿命预测，充其量是不准确的。例如，在晴朗早晨，展示在窗户、滑动玻璃门、天窗等附近的图像可能接收到高达50,000勒克斯的全光谱阳光（即紫外线、可见光和红外线[IR]）。
图16.2
在QUV加速老化试验机中进行冷白色荧光灯的加速测试既快速又简便。
16.1.2
氙弧灯
图16.3 Q-Sun氙灯试验箱是将印刷油墨和基材暴露在全光谱阳光下的理想设备。
1954年，德国率先将氙弧灯应用于加速老化试验。诸如Q-Sun氙灯试验箱等氙弧测试设备能出色模拟全光谱太阳光（包含紫外线、可见光与红外线，见图16.3），因此非常适合用于材料的光稳定性测试。
图16.4 Q-Sun氙灯试验箱（配备窗玻璃滤镜）与透过窗玻璃的阳光对比测试。
氙弧灯需配合滤光片组合使用，以消除有害辐射并实现目标光谱（如户外阳光或经窗玻璃过滤的阳光）。其中"窗玻璃滤光片"可模拟阳光透过玻璃的效果，通常用于测试主要使用寿命在室内的产品。图16.4对比了夏季正午透过玻璃的阳光光谱功率分布（SPD）与配备窗玻璃滤光片的Q-Sun氙弧灯光谱。
关键区别在于荧光灯产生的光谱与阳光或氙弧灯存在显著差异。实验室光源的选择应最大限度匹配产品的实际使用环境。以下案例能清晰说明光源选择的重要性：某种墨水在冷白色荧光灯（450勒克斯/每天12小时）条件下预测寿命为35年，但在模拟晨间阳光穿透窗户的条件（50,000勒克斯/每天3小时）下，其寿命仅能维持1年。
图16.5 氙弧灯配窗玻璃滤光片与冷白色荧光灯对比透过窗玻璃的阳光。
这种差异的解释在于，冷白色荧光灯光源的光谱输出与窗玻璃过滤后的阳光光谱功率分布存在显著不同。该案例清楚表明，使用不考虑高强度全光谱阳光的低强度光源进行使用寿命预测存在风险。图16.5对比了冷白色荧光灯与配备窗玻璃过滤器的Q-Sun氙弧灯，以及经窗玻璃过滤的阳光三者的光谱功率分布。
16.2
光照强度
室内环境并无标准光照强度（辐照度）。正如前文所述，存在数十种可能的室内环境，每种环境都具有独特的光照条件。因此，并不存在适用于所有场景的单一实验室辐照度标准。实际使用中的照度范围可从100勒克斯至100,000勒克斯不等，具体取决于光源类型。
16.3
材料的热敏特性
光化学反应具有材料依赖性，并受温度影响。在紫外线与高温的共同作用下，会加速多种材料的光降解过程。
16.3.1
标准温度
目前尚无标准的室内环境温度水平。世界各地不同区域的室温差异显著，这会影响图像的耐久性。在佛罗里达州迈阿密等亚热带地区，图像可能更快出现劣化；而在伦敦等凉爽地区，图像则能保持相对较好的耐光性。
16.3.2
湿度
与温度类似，室内环境并无标准的环境湿度水平。湿度范围可从极低值（如亚利桑那州装有空调的住宅）到极高值（如佛罗里达州未装空调的住宅）。对于墨水而言，高湿度可能导致染料迁移，造成承印物上密度不均，从而引发色相偏移（如"蓝移"现象）或染料晕染。
湿度还会影响印刷图像的承印物。这可能导致受墨层发生光化学反应而泛黄。非多孔介质对光和臭氧较不敏感，但对湿度更为敏感。相反，多孔介质对光和臭氧更为敏感，但对湿度较不敏感。
16.3.3
暗稳定性
一幅图像不仅要保持耐光性，还必须具备耐暗性。光化学染料反应在无光条件下仍可持续进行。这些光化学反应会因温度升高而加速。因此，不稳定的油墨可能会在黑暗中"褪色"。
16.3.4
降解线性度
部分图像会以线性方式褪色或变色，而另一些图像可能在较长时间内几乎不显现变化。随后，图像色彩可能突然发生剧烈转变。
16.3.5
互易失效
互易性失效是指墨水在较低光强度下长时间暴露时，其褪色速度比在高强度光下短时间暴露更快的现象。对此现象的一种解释是：在较长时间段内，墨水除了受光照影响外，还容易受到其他应力因素（如臭氧和湿度）的作用。
16.4
气体（臭氧）褪色
油墨和介质的氧化会导致褪色和色偏。室内空气质量是影响图像持久性的又一压力因素。与墨水被封装在"可膨胀"或明胶基介质中的情况相比，应用于多孔介质（如纸张）的油墨更容易受到气体褪色的影响。
16.5
催化褪色
当特定油墨组合快速褪色时就会出现这种现象，尽管单个油墨都具有耐光性。
16.6
勒克斯与紫外线
摄影测试标准规定使用勒克斯作为辐射剂量的计时单位。然而在评估印刷图像的光稳定性时，勒克斯并非有效的测量工具。虽然采用勒克斯看似合理――因其基于人眼对光线的响应（集中在520纳米波长附近）――但当使用勒克斯作为测量设备（特别是针对承印材料）时，短波紫外线区域引发的显著光降解可能无法被检测到。更合适的测量方法是采用以瓦特每平方米（W/m²）为单位的辐射能量进行计量。
16.7
光稳定性测试标准
国际标准化组织（ISO）第3工作组/第5任务组"彩色图像稳定性测量方法"正在制定室内光稳定性和户外耐久性的测试标准。该分委会同时也在制定关于耐湿性、臭氧褪色以及热降解/暗室稳定性的相关标准。
拟议的ISO室内光稳定性标准将规定三种测试条件：（1）冷白色荧光灯，（2）氙弧灯，以及（3）钨丝灯。选择这三种光源是为了覆盖所述的各种室内照明环境。其中配备窗玻璃过滤器的氙弧灯是该ISO标准草案中光稳定性测试的首选条件，它能最准确地模拟透过窗玻璃的全光谱阳光。该标准目前处于草案初期阶段，预计至少还需1至2年才能获批发布。
ASTM
D01.56印刷油墨分委会修订了关于油墨耐光性的现行测试方法。ASTM
D3424《印刷品耐光性与耐候性》标准规定采用三种测试条件：佛罗里达州户外玻璃后暴露测试、配备窗玻璃过滤器的氙弧灯测试，以及依据ASTM
D4674《塑料颜色稳定性》标准的冷白色荧光灯暴露测试。其中户外自然暴露的辐射剂量为300至400纳米波长下1260毫焦，氙弧灯暴露则为340纳米波长下510千焦。此外，ASTM
F05.07喷墨成像产品分委会已于2005年批准并发布了一项针对数码喷墨油墨耐光性测试的新标准ASTM
F2366《暴露于窗滤日光下的喷墨打印品耐光性》。
根据测试需求，现有多种加速耐光性测试方案可供选择。例如使用冷白色荧光灯的QUV紫外老化试验箱能有效模拟室内照明环境；配备窗玻璃过滤器的氙弧灯测试适用于模拟透过窗户的阳光；而配备日光过滤器的氙弧灯测试则能模拟户外阳光直射环境。除实验室加速测试外，建议始终进行户外自然暴露测试（包括直射与玻璃后暴露），以便为终端应用场景建立准确的性能基准。
16.8
结论
这"十大原因"证实，要准确预测印刷图像的使用寿命可谓困难重重。由于众多环境因素既能单独作用，又能与紫外线协同作用，在评估图像耐光性时必须格外谨慎。此外，涂层、油墨和承印材料之间还存在复杂的相互作用关系。
我们无法简单地将绝对值数据输入数学方程来生成准确的使用寿命预测。但通过采用等级相关分析法，可以比较特定油墨与承印材料组合的相对性能。在加速老化测试与实际暴露测试的关联中，通过对比材料在两种环境中的性能等级排序，就能确定测试结果之间的关联强度。
只要选择恰当的操作条件，实验室加速耐光测试就能提供极具参考价值的结果，其效率通常远高于自然状态下的实时测试。这些结果可用于快速评估产品的预期性能表现。
对比数据具有重要价值。虽然任何形式的加速测试都无法成为与现实结果绝对关联的"灵丹妙药"，但其提供的对比数据优势不容忽视。这类数据可用于：验证新型或现有印刷油墨系统的性能，开发具有更优耐光性和耐久性的油墨与承印材料配方，加快新产品上市审批流程，制定基础质量控制标准，并最终建立数码图像印刷的行业标准。
加速测试能快速提供油墨或承印材料在不同使用环境下的耐久性关键数据，这对满足这个日新月异的动态行业不断变化的需求至关重要。