彩色疏水绘画材料制备及化学稳定耐磨粘附性能试验

赵 鑫

(西安欧亚学院，陕西 西安 710065)

插画是视觉传达设计重要的表现形式，许多插画设计师在创作中通过不同绘画材料和形式色彩表达内心的想法。随着时代和技术的发展，新的绘画材料层出不穷，对插画创作也提出了新的要求，越来越多的设计师在创作中开始了对综合材料的运用与探索，打破传统的平画绘画，尝试三维、影像拼贴、场景喷绘等形式，对画面的自然肌理、凹凸感、色彩渐变等有了新的表现。因为在不同基底上插画绘制过程中对材料和色彩要求较高，目前常见的绘制材料多为水彩油画或者丙烯颜料，这些绘画材料虽然能够满足插画色彩的基本需求；但不同基底粘附性和防水的功效欠缺，如操作不当，就可能导致创作者的心血毁于一旦。国内很多学者都尝试对绘画材料进行优化，如有学者研究了以石墨烯和其衍生物作为主要原材料的疏水材料，并对其疏水性能进行研究；尝试对纳米二氧化硅进行改性，构建了超疏水薄膜，为疏水材料的发展提供了一些参考。但目前市面上的疏水材料颜色较为单一，无法满足不同基底插画绘制的多彩要求。基于此，本研究参考高岭土的疏水性能，结合丙烯颜料，制备多彩疏水材料，并对其疏水性能进行研究，以求得到一种性能较佳的彩色疏水绘画材料。

1 材料与方法

1.1 绘画材料与设备

主要材料：高岭土(CP)，华朗矿产品贸易；三氯硅烷(PFDTES)(CP)，轩浩新材料科技；无水乙醇(AR)，亿成化工；丙烯颜料(CP)，飞鸵颜料；氢氧化钠(CP)，源和化工产品；盐酸(CP)，河南丹澜化工有限公司。

主要设备：PS-30A超声清洗机，得康洗净电器；101-1BS电热鼓风干燥箱，大祥电子机械设备；LB-JBQ磁力搅拌器，路博环保科技；SU7000扫描电镜，维翰光电科技。

1.2 试验方法

基底预处理

鉴于纸张本身较为脆弱，在试验进行的过程中可能会出现一些无法避免的偏差造成试验数据无效。为此，本试验选择基底为墙面常见的乳胶漆、玻璃片和织物。在试验开始前，将基底放入装有乙醇的玻璃瓶中，置于PS-30A型超声清洗机内清洗一段时间，冲洗后烘干备用。

彩色疏水材料的制备

将5 mL无水乙醇与0.5 g丙烯颜料混合后放入圆底烧瓶，之后在超声清洗机的作用下混合，使乙醇和丙烯颜料混合均匀。然后放入2.5 g高岭土，继续超声处理0.5 h，然后加入0.1 mL的三氯硅烷，在LB-JBQ型磁力搅拌器的作用下混合均匀，搅拌温度和时间分别为60 ℃和120 min；停止保温后继续搅拌，待温度降至常温后停止搅拌。

彩色疏水材料：在玻璃板上滴涂烧瓶中的悬浊液，置于室温环境下使无水乙醇自然挥发，然后放入101-1BS电热鼓风干燥箱烘干，烘干温度和时间分别为120 ℃和120 min；待烘箱内温度降至室温后取出样品，得到彩色疏水材料。

彩色疏水织物：将悬浮液和织物混合后超声30 min，静置一段时间后，以彩色疏水材料同等条件烘干，自然冷却至室温后得到彩色疏水织物。

1.3 综合材料性能测试及表征

接触角与滑动角测试

测试日常液体(水滴、茶水和咖啡)的润湿性能。在彩色疏水材料表面滴一滴液体，测试接触角和滑动角。

微观形貌测试

用SU7000扫描电镜测定彩色疏水样品微观形貌。

耐摩擦和机械耐久性测试

放置50 g砝码在经过打磨的彩色疏水材料上，让玻璃片沿标尺以3 cm/s的速率进行移动，测试水滴接触角和滑动角。

化学稳定性测试

分别用氢氧化钠和盐酸配制pH值分别为1、7和13的溶液，滴加至制备的彩色疏水材料表面，静置一段时间后测定该液体的接触角和滑动角。

将彩色疏水材料用紫光灯在温度30 ℃条件下照射12 h，间隔1 h对样品接触角和滑动角进行测试。

粘附性和抗菌性测试

粘附性试验：将制备的彩色疏水材料放入装有甲基蓝溶液的烧杯中浸泡，取出后放入装有纯净水的烧杯中，观察溶液的变化情况。

抗菌性试验：将普通织物和彩色疏水织物放入接种了真菌的培养皿中，将其置于温度37 ℃条件下，观察菌落生长情况。

2 结果与讨论

2.1 彩色疏水材料湿润性分析

图1(a)为彩色疏水涂层的色彩展示；图1(b)～图1(d)为日常液体滴在疏水材料的照片。

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

由图1可以观察到，制备疏水材料在基底表面均匀覆盖，使其呈现出鲜艳明亮的颜色。液滴在疏水材料表现呈现球形状态，在接触液体后，不会出现晕染的现象。

2.2 绘画材料化学稳定性测试

彩色疏水材料在使用时难免会受到紫外光的影响，因此需要对制备的超彩色疏水材料进行耐紫外光测试。图2为紫光灯下疏水材料接触角和滑动角变化情况。

图2 耐紫外性测试Fig. 2 UV resistance test

由图2可以发现，经过12 h的紫外光照射后，彩色疏水材料样品湿润性并未出现明显变化，样品水滴接触角大于150°，滑动角小于15°；说明该材料耐紫外线性能良好。

图3为在不同pH值条件下，水滴在彩色疏水材料上的宏观图片。为了使其光学图像更明显，在进行滴液前，提前对液滴进行染色处理。

图3 耐腐蚀性测试 Fig. 3 Corrosion resistance test

由图3可知，液滴的形状并未因基底材料pH值的改变而出现变化，说明该材料耐腐蚀性和化学稳定性良好。

2.3 粘附性测试

用提拉-浸泡试验测定彩色疏水材料的粘附性，将彩色疏水材料置于甲基蓝水溶液中完全浸泡，5 min后取出样品，置于清澈的纯净水中，具体过程如图4(a)～图4(d)所示。

图4 粘附性试验结果Fig. 4 Adhesion and antibacterial test results

由图4(a)～图(c)可以观察到，样品从甲基蓝水溶液中提出后，表面并未发现有任何的残留物；置于纯净水中后，纯净水也并未出现变色现象，这就说明本试验制备的彩色疏水材料粘附性较低。同时，在图4(d)中还可以看到，彩色疏水材料进入纯净水后，表面看起来像是一面镜子，这种现象常被称作为银镜现象。它是由疏水材料的结构特性引起的，材料进入水中以后，在材料表面形成空气膜，空气膜反射看起来就像是镜子一样，这也再次证明了本试验制备的彩色疏水材料具备较低的粘附性能，对常见的液体表现出较高的排斥作用。

2.4 耐久性测试

超疏水材料受其材料特性的影响，在外力作用下很容易丧失其疏水性；因此本试验对彩色疏水材料的机械耐久性和化学稳定性进行测试。疏水材料机械耐磨损性能测试结果如图5所示。

图5 砂纸摩擦试验Fig.5 Abrasive paper friction test

由图5可以发现，砂纸打磨400 cm后，水滴滑动角几乎没有改变；但接触角出现了轻微下降的情况。这说明在摩擦距离为400 cm时，彩色疏水材料仍旧具备着良好的疏水性。

图6为彩色疏水材料在经过打磨后的扫描电镜图。

图6 扫描电镜图Fig. 6 SEM diagram

由图6可以观察到，摩擦后疏水材料表面有不同深度的划痕出现；同时，材料表面仍有纳米级分层的粗糙结构存在，这就使得制备彩色疏水材料被磨损后，仍旧有疏水功能。

3 实际插画创作应用

设计师会根据插画的具体呈现要求选择相应的绘画材料。油画适合表现厚重感，丙烯颜料适合做快干和肌理；水墨可以在绘画材料使用中产生偶然性，了解和合理的改造运用绘画材料，推动着绘画材料的完善。图7为本研究制备的彩色疏水材料用于插画设计及教学的具体呈现作品。

图7 插画设计图 Fig.7 Illustration design

由图7可以看出，本试验制备的疏水材料用于插画设计时，具有较好的色彩表现力，能够较好地突出主题思想，可以增强艺术的感染力，表明可以作为插画材料使用。

4 结语

对绘画材料的探索是插画创作的一种原动力，了解绘画材料，挖掘绘画材料本身反映出的特性，合理科学地运用和改进绘画材料，这样创作出的插画作品就不会停留在单一的形式上，而是实现设计与应用的完美契合。在插画创作中，应不断发现新的绘画材料，并对其进行总结和提炼，使之成为插画创作者表达创意和个性审美的绘画语言。本试验证明：

(1)制备的彩色疏水材料具备较好的颜色表现力，生活中常见水滴滴在疏水材料上后，整体呈现球形，表现出较好的疏水性；

(2)经过紫外光照射后，样品水滴接触角和滑动角并未出现明显改变。在不同pH值条件下，球形状态并未发生明显改变，表明本试验制备的彩色疏水材料化学稳定性和腐蚀性皆表现良好；

(3)彩色疏水材料具备较低的粘附性能，放入清澈纯净水后出现银镜现象，且具备良好的抗菌性能；

(4)经过800目砂纸打磨后，彩色疏水材料仍具备着良好的疏水性，表明该材料具备良好的机械耐磨性和耐久性。