彩色疏水繪畫材料制備及化學穩定耐磨粘附性能試驗

趙 鑫

(西安歐亞學院，陜西 西安 710065)

插畫是視覺傳達設計重要的表現形式，許多插畫設計師在創作中通過不同繪畫材料和形式色彩表達內心的想法。隨著時代和技術的發展，新的繪畫材料層出不窮，對插畫創作也提出了新的要求，越來越多的設計師在創作中開始了對綜合材料的運用與探索，打破傳統的平畫繪畫，嘗試三維、影像拼貼、場景噴繪等形式，對畫面的自然肌理、凹凸感、色彩漸變等有了新的表現。因為在不同基底上插畫繪制過程中對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，就可能導致創作者的心血毀于一旦。國內很多學者都嘗試對繪畫材料進行優化，如有學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，并對其疏水性能進行研究；嘗試對納米二氧化硅進行改性，構建了超疏水薄膜，為疏水材料的發展提供了一些參考。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，結合丙烯顏料，制備多彩疏水材料，并對其疏水性能進行研究，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 繪畫材料與設備

主要材料：高嶺土(CP)，華朗礦產品貿易；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)，源和化工產品；鹽酸(CP)，河南丹瀾化工有限公司。

主要設備：PS-30A超聲清洗機，得康洗凈電器；101-1BS電熱鼓風干燥箱，大祥電子機械設備；LB-JBQ磁力攪拌器，路博環保科技；SU7000掃描電鏡，維翰光電科技。

1.2 試驗方法

基底預處理

鑒于紙張本身較為脆弱，在試驗進行的過程中可能會出現一些無法避免的偏差造成試驗數據無效。為此，本試驗選擇基底為墻面常見的乳膠漆、玻璃片和織物。在試驗開始前，將基底放入裝有乙醇的玻璃瓶中，置于PS-30A型超聲清洗機內清洗一段時間，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，攪拌溫度和時間分別為60 ℃和120 min；停止保溫后繼續攪拌，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，置于室溫環境下使無水乙醇自然揮發，然后放入101-1BS電熱鼓風干燥箱烘干，烘干溫度和時間分別為120 ℃和120 min；待烘箱內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。

耐摩擦和機械耐久性測試

放置50 g砝碼在經過打磨的彩色疏水材料上，讓玻璃片沿標尺以3 cm/s的速率進行移動，測試水滴接觸角和滑動角。

化學穩定性測試

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，靜置一段時間后測定該液體的接觸角和滑動角。

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對樣品接觸角和滑動角進行測試。

粘附性和抗菌性測試

粘附性試驗：將制備的彩色疏水材料放入裝有甲基藍溶液的燒杯中浸泡，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：將普通織物和彩色疏水織物放入接種了真菌的培養皿中，將其置于溫度37 ℃條件下，觀察菌落生長情況。

2 結果與討論

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，使其呈現出鮮艷明亮的顏色。液滴在疏水材料表現呈現球形狀態，在接觸液體后，不會出現暈染的現象。

2.2 繪畫材料化學穩定性測試

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

圖2 耐紫外性測試Fig. 2 UV resistance test

由圖2可以發現，經過12 h的紫外光照射后，彩色疏水材料樣品濕潤性并未出現明顯變化，樣品水滴接觸角大于150°，滑動角小于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。為了使其光學圖像更明顯，在進行滴液前，提前對液滴進行染色處理。

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值的改變而出現變化，說明該材料耐腐蝕性和化學穩定性良好。

2.3 粘附性測試

用提拉-浸泡試驗測定彩色疏水材料的粘附性，將彩色疏水材料置于甲基藍水溶液中完全浸泡，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 粘附性試驗結果Fig. 4 Adhesion and antibacterial test results

由圖4(a)～圖(c)可以觀察到，樣品從甲基藍水溶液中提出后，表面并未發現有任何的殘留物；置于純凈水中后，純凈水也并未出現變色現象，這就說明本試驗制備的彩色疏水材料粘附性較低。同時，在圖4(d)中還可以看到，彩色疏水材料進入純凈水后，表面看起來像是一面鏡子，這種現象常被稱作為銀鏡現象。它是由疏水材料的結構特性引起的，材料進入水中以后，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制備的彩色疏水材料具備較低的粘附性能，對常見的液體表現出較高的排斥作用。

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；因此本試驗對彩色疏水材料的機械耐久性和化學穩定性進行測試。疏水材料機械耐磨損性能測試結果如圖5所示。

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

由圖5可以發現，砂紙打磨400 cm后，水滴滑動角幾乎沒有改變；但接觸角出現了輕微下降的情況。這說明在摩擦距離為400 cm時，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；同時，材料表面仍有納米級分層的粗糙結構存在，這就使得制備彩色疏水材料被磨損后，仍舊有疏水功能。

3 實際插畫創作應用

設計師會根據插畫的具體呈現要求選擇相應的繪畫材料。油畫適合表現厚重感，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生偶然性，了解和合理的改造運用繪畫材料，推動著繪畫材料的完善。圖7為本研究制備的彩色疏水材料用于插畫設計及教學的具體呈現作品。

圖7 插畫設計圖 Fig.7 Illustration design

由圖7可以看出，本試驗制備的疏水材料用于插畫設計時，具有較好的色彩表現力，能夠較好地突出主題思想，可以增強藝術的感染力，表明可以作為插畫材料使用。

4 結語

對繪畫材料的探索是插畫創作的一種原動力，了解繪畫材料，挖掘繪畫材料本身反映出的特性，合理科學地運用和改進繪畫材料，這樣創作出的插畫作品就不會停留在單一的形式上，而是實現設計與應用的完美契合。在插畫創作中，應不斷發現新的繪畫材料，并對其進行總結和提煉，使之成為插畫創作者表達創意和個性審美的繪畫語言。本試驗證明：

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

(2)經過紫外光照射后，樣品水滴接觸角和滑動角并未出現明顯改變。在不同pH值條件下，球形狀態并未發生明顯改變，表明本試驗制備的彩色疏水材料化學穩定性和腐蝕性皆表現良好；

(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銀鏡現象，且具備良好的抗菌性能；

(4)經過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械耐磨性和耐久性。