彩色疏水繪畫材料制備及化學(xué)穩(wěn)定耐磨粘附性能試驗(yàn)

趙 鑫

(西安歐亞學(xué)院，陜西 西安 710065)

插畫是視覺傳達(dá)設(shè)計(jì)重要的表現(xiàn)形式，許多插畫設(shè)計(jì)師在創(chuàng)作中通過不同繪畫材料和形式色彩表達(dá)內(nèi)心的想法。隨著時(shí)代和技術(shù)的發(fā)展，新的繪畫材料層出不窮，對(duì)插畫創(chuàng)作也提出了新的要求，越來越多的設(shè)計(jì)師在創(chuàng)作中開始了對(duì)綜合材料的運(yùn)用與探索，打破傳統(tǒng)的平畫繪畫，嘗試三維、影像拼貼、場景噴繪等形式，對(duì)畫面的自然肌理、凹凸感、色彩漸變等有了新的表現(xiàn)。因?yàn)樵诓煌咨喜瀹嬂L制過程中對(duì)材料和色彩要求較高，目前常見的繪制材料多為水彩油畫或者丙烯顏料，這些繪畫材料雖然能夠滿足插畫色彩的基本需求；但不同基底粘附性和防水的功效欠缺，如操作不當(dāng)，就可能導(dǎo)致創(chuàng)作者的心血?dú)в谝坏?。國?nèi)很多學(xué)者都嘗試對(duì)繪畫材料進(jìn)行優(yōu)化，如有學(xué)者研究了以石墨烯和其衍生物作為主要原材料的疏水材料，并對(duì)其疏水性能進(jìn)行研究；嘗試對(duì)納米二氧化硅進(jìn)行改性，構(gòu)建了超疏水薄膜，為疏水材料的發(fā)展提供了一些參考。但目前市面上的疏水材料顏色較為單一，無法滿足不同基底插畫繪制的多彩要求。基于此，本研究參考高嶺土的疏水性能，結(jié)合丙烯顏料，制備多彩疏水材料，并對(duì)其疏水性能進(jìn)行研究，以求得到一種性能較佳的彩色疏水繪畫材料。

1 材料與方法

1.1 繪畫材料與設(shè)備

主要材料：高嶺土(CP)，華朗礦產(chǎn)品貿(mào)易；三氯硅烷(PFDTES)(CP)，軒浩新材料科技；無水乙醇(AR)，億成化工；丙烯顏料(CP)，飛鴕顏料；氫氧化鈉(CP)，源和化工產(chǎn)品；鹽酸(CP)，河南丹瀾化工有限公司。

主要設(shè)備：PS-30A超聲清洗機(jī)，得康洗凈電器；101-1BS電熱鼓風(fēng)干燥箱，大祥電子機(jī)械設(shè)備；LB-JBQ磁力攪拌器，路博環(huán)?？萍?；SU7000掃描電鏡，維翰光電科技。

1.2 試驗(yàn)方法

基底預(yù)處理

鑒于紙張本身較為脆弱，在試驗(yàn)進(jìn)行的過程中可能會(huì)出現(xiàn)一些無法避免的偏差造成試驗(yàn)數(shù)據(jù)無效。為此，本試驗(yàn)選擇基底為墻面常見的乳膠漆、玻璃片和織物。在試驗(yàn)開始前，將基底放入裝有乙醇的玻璃瓶中，置于PS-30A型超聲清洗機(jī)內(nèi)清洗一段時(shí)間，沖洗后烘干備用。

彩色疏水材料的制備

將5 mL無水乙醇與0.5 g丙烯顏料混合后放入圓底燒瓶，之后在超聲清洗機(jī)的作用下混合，使乙醇和丙烯顏料混合均勻。然后放入2.5 g高嶺土，繼續(xù)超聲處理0.5 h，然后加入0.1 mL的三氯硅烷，在LB-JBQ型磁力攪拌器的作用下混合均勻，攪拌溫度和時(shí)間分別為60 ℃和120 min；停止保溫后繼續(xù)攪拌，待溫度降至常溫后停止攪拌。

彩色疏水材料：在玻璃板上滴涂燒瓶中的懸濁液，置于室溫環(huán)境下使無水乙醇自然揮發(fā)，然后放入101-1BS電熱鼓風(fēng)干燥箱烘干，烘干溫度和時(shí)間分別為120 ℃和120 min；待烘箱內(nèi)溫度降至室溫后取出樣品，得到彩色疏水材料。

彩色疏水織物：將懸浮液和織物混合后超聲30 min，靜置一段時(shí)間后，以彩色疏水材料同等條件烘干，自然冷卻至室溫后得到彩色疏水織物。

1.3 綜合材料性能測試及表征

接觸角與滑動(dòng)角測試

測試日常液體(水滴、茶水和咖啡)的潤濕性能。在彩色疏水材料表面滴一滴液體，測試接觸角和滑動(dòng)角。

微觀形貌測試

用SU7000掃描電鏡測定彩色疏水樣品微觀形貌。

耐摩擦和機(jī)械耐久性測試

放置50 g砝碼在經(jīng)過打磨的彩色疏水材料上，讓玻璃片沿標(biāo)尺以3 cm/s的速率進(jìn)行移動(dòng)，測試水滴接觸角和滑動(dòng)角。

化學(xué)穩(wěn)定性測試

分別用氫氧化鈉和鹽酸配制pH值分別為1、7和13的溶液，滴加至制備的彩色疏水材料表面，靜置一段時(shí)間后測定該液體的接觸角和滑動(dòng)角。

將彩色疏水材料用紫光燈在溫度30 ℃條件下照射12 h，間隔1 h對(duì)樣品接觸角和滑動(dòng)角進(jìn)行測試。

粘附性和抗菌性測試

粘附性試驗(yàn)：將制備的彩色疏水材料放入裝有甲基藍(lán)溶液的燒杯中浸泡，取出后放入裝有純凈水的燒杯中，觀察溶液的變化情況。

抗菌性試驗(yàn)：將普通織物和彩色疏水織物放入接種了真菌的培養(yǎng)皿中，將其置于溫度37 ℃條件下，觀察菌落生長情況。

2 結(jié)果與討論

2.1 彩色疏水材料濕潤性分析

圖1(a)為彩色疏水涂層的色彩展示；圖1(b)～圖1(d)為日常液體滴在疏水材料的照片。

圖1 疏水材料展示Fig. 1 Hydrophobic material display

由圖1可以觀察到，制備疏水材料在基底表面均勻覆蓋，使其呈現(xiàn)出鮮艷明亮的顏色。液滴在疏水材料表現(xiàn)呈現(xiàn)球形狀態(tài)，在接觸液體后，不會(huì)出現(xiàn)暈染的現(xiàn)象。

2.2 繪畫材料化學(xué)穩(wěn)定性測試

彩色疏水材料在使用時(shí)難免會(huì)受到紫外光的影響，因此需要對(duì)制備的超彩色疏水材料進(jìn)行耐紫外光測試。圖2為紫光燈下疏水材料接觸角和滑動(dòng)角變化情況。

圖2 耐紫外性測試Fig. 2 UV resistance test

由圖2可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過12 h的紫外光照射后，彩色疏水材料樣品濕潤性并未出現(xiàn)明顯變化，樣品水滴接觸角大于150°，滑動(dòng)角小于15°；說明該材料耐紫外線性能良好。

圖3為在不同pH值條件下，水滴在彩色疏水材料上的宏觀圖片。為了使其光學(xué)圖像更明顯，在進(jìn)行滴液前，提前對(duì)液滴進(jìn)行染色處理。

圖3 耐腐蝕性測試 Fig. 3 Corrosion resistance test

由圖3可知，液滴的形狀并未因基底材料pH值的改變而出現(xiàn)變化，說明該材料耐腐蝕性和化學(xué)穩(wěn)定性良好。

2.3 粘附性測試

用提拉-浸泡試驗(yàn)測定彩色疏水材料的粘附性，將彩色疏水材料置于甲基藍(lán)水溶液中完全浸泡，5 min后取出樣品，置于清澈的純凈水中，具體過程如圖4(a)～圖4(d)所示。

圖4 粘附性試驗(yàn)結(jié)果Fig. 4 Adhesion and antibacterial test results

由圖4(a)～圖(c)可以觀察到，樣品從甲基藍(lán)水溶液中提出后，表面并未發(fā)現(xiàn)有任何的殘留物；置于純凈水中后，純凈水也并未出現(xiàn)變色現(xiàn)象，這就說明本試驗(yàn)制備的彩色疏水材料粘附性較低。同時(shí)，在圖4(d)中還可以看到，彩色疏水材料進(jìn)入純凈水后，表面看起來像是一面鏡子，這種現(xiàn)象常被稱作為銀鏡現(xiàn)象。它是由疏水材料的結(jié)構(gòu)特性引起的，材料進(jìn)入水中以后，在材料表面形成空氣膜，空氣膜反射看起來就像是鏡子一樣，這也再次證明了本試驗(yàn)制備的彩色疏水材料具備較低的粘附性能，對(duì)常見的液體表現(xiàn)出較高的排斥作用。

2.4 耐久性測試

超疏水材料受其材料特性的影響，在外力作用下很容易喪失其疏水性；因此本試驗(yàn)對(duì)彩色疏水材料的機(jī)械耐久性和化學(xué)穩(wěn)定性進(jìn)行測試。疏水材料機(jī)械耐磨損性能測試結(jié)果如圖5所示。

圖5 砂紙摩擦試驗(yàn)Fig.5 Abrasive paper friction test

由圖5可以發(fā)現(xiàn)，砂紙打磨400 cm后，水滴滑動(dòng)角幾乎沒有改變；但接觸角出現(xiàn)了輕微下降的情況。這說明在摩擦距離為400 cm時(shí)，彩色疏水材料仍舊具備著良好的疏水性。

圖6為彩色疏水材料在經(jīng)過打磨后的掃描電鏡圖。

圖6 掃描電鏡圖Fig. 6 SEM diagram

由圖6可以觀察到，摩擦后疏水材料表面有不同深度的劃痕出現(xiàn)；同時(shí)，材料表面仍有納米級(jí)分層的粗糙結(jié)構(gòu)存在，這就使得制備彩色疏水材料被磨損后，仍舊有疏水功能。

3 實(shí)際插畫創(chuàng)作應(yīng)用

設(shè)計(jì)師會(huì)根據(jù)插畫的具體呈現(xiàn)要求選擇相應(yīng)的繪畫材料。油畫適合表現(xiàn)厚重感，丙烯顏料適合做快干和肌理；水墨可以在繪畫材料使用中產(chǎn)生偶然性，了解和合理的改造運(yùn)用繪畫材料，推動(dòng)著繪畫材料的完善。圖7為本研究制備的彩色疏水材料用于插畫設(shè)計(jì)及教學(xué)的具體呈現(xiàn)作品。

圖7 插畫設(shè)計(jì)圖 Fig.7 Illustration design

由圖7可以看出，本試驗(yàn)制備的疏水材料用于插畫設(shè)計(jì)時(shí)，具有較好的色彩表現(xiàn)力，能夠較好地突出主題思想，可以增強(qiáng)藝術(shù)的感染力，表明可以作為插畫材料使用。

4 結(jié)語

對(duì)繪畫材料的探索是插畫創(chuàng)作的一種原動(dòng)力，了解繪畫材料，挖掘繪畫材料本身反映出的特性，合理科學(xué)地運(yùn)用和改進(jìn)繪畫材料，這樣創(chuàng)作出的插畫作品就不會(huì)停留在單一的形式上，而是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與應(yīng)用的完美契合。在插畫創(chuàng)作中，應(yīng)不斷發(fā)現(xiàn)新的繪畫材料，并對(duì)其進(jìn)行總結(jié)和提煉，使之成為插畫創(chuàng)作者表達(dá)創(chuàng)意和個(gè)性審美的繪畫語言。本試驗(yàn)證明：

(1)制備的彩色疏水材料具備較好的顏色表現(xiàn)力，生活中常見水滴滴在疏水材料上后，整體呈現(xiàn)球形，表現(xiàn)出較好的疏水性；

(2)經(jīng)過紫外光照射后，樣品水滴接觸角和滑動(dòng)角并未出現(xiàn)明顯改變。在不同pH值條件下，球形狀態(tài)并未發(fā)生明顯改變，表明本試驗(yàn)制備的彩色疏水材料化學(xué)穩(wěn)定性和腐蝕性皆表現(xiàn)良好；

(3)彩色疏水材料具備較低的粘附性能，放入清澈純凈水后出現(xiàn)銀鏡現(xiàn)象，且具備良好的抗菌性能；

(4)經(jīng)過800目砂紙打磨后，彩色疏水材料仍具備著良好的疏水性，表明該材料具備良好的機(jī)械耐磨性和耐久性。