水彩紙浸潤性的實驗研究

張春蓉

（安陽工學(xué)院，河南安陽，455000）

水彩畫以其獨特的視覺效果和創(chuàng)作技法而著名，通過顏料與水相溶，在水彩紙上勾勒出明澈輕快、飄逸灑脫的表面效果，被人們所喜愛。水彩紙作為其承載工具，具有至關(guān)重要的作用，一張性能優(yōu)越的水彩紙能夠讓創(chuàng)作事半功倍。水彩紙表面潤濕性弱，水分有較強流動性，畫紙堅硬，色彩難以滲進畫紙之中，這樣的紙張利于調(diào)整顏色，更適合疊加法[1]。水彩畫具有不確定因素的“偶然性”，水會在自然重力作用下攜帶顏料流動，產(chǎn)生紋理，形成不同的繪畫效果[2]。

程博慧[3]對水彩紙的分類、特性、材料等方面進行了探討，一張較好的水彩紙需要具備足夠的厚度、強度和挺度，且要有良好的浸潤性，以保證創(chuàng)作中進行疊色或重新上色后紙張不被損壞。為了使顏色能夠更好地附著在水彩紙表面，更容易控制色彩，其對水彩紙的白度、濕變形性和耐刮擦性進行了研究。高磊[4]對水彩紙種類進行了介紹，通過對比阿詩水彩紙、康松水彩紙法、布里亞諾水彩紙和哈尼姆勒水彩紙的制造工藝和紙張?zhí)匦裕瑸楫嬚哌x材提供參考。王宇[5]根據(jù)個人繪畫經(jīng)驗，討論水彩畫中水的應(yīng)用，將毛筆上帶有清水或有顏料的水滴落在水彩紙上，底色在接觸水滴后蔓延開來，形成可控制的團狀亮點，在繪畫時，可以通過水的多少控制亮點面積，帶水干透，即可形成柔和的色彩變化和邊緣效果。閆智培等人[6]對紙張老化的因素進行分析。研究表明，紙張老化與酸堿性和相對濕度、溫度、光照等環(huán)境因素均存在關(guān)聯(lián)，并得出脫酸處理可延長酸化紙的壽命，適中的相對濕度有利于紙張的保存，高溫會加速紙張老化，紫外線能夠直接使纖維素發(fā)生降解反應(yīng)，因此避免紙張老化應(yīng)重點關(guān)注以上因素。田周玲等人[7]對不同紙張老化后性能的差異進行研究，分別對竹紙、宣紙、新聞紙、字典紙和構(gòu)皮紙進行老化實驗，測試其性能。研究表明，構(gòu)皮紙、宣紙耐老化性能較好。周丹丹等人[8]以一種多羥基高分子材料為表面施膠劑對紙張表面進行處理，并噴涂硬脂酰氯溶液，制備疏水防油性能紙張，通過接觸角測定檢測其疏水性。結(jié)果表明，噴涂酰氯溶液后，紙張具有良好疏水性，接觸角在酰氯溶液體積分數(shù)為1.0%時達到最大值129°。辛麗美等人[9]對煙用接裝紙原紙、鋁箔襯紙吸水性檢測方法進行研究，采用了施膠度（液體滲透法）、吸水性的測定（可勃法）、施膠度EST 法和動態(tài)接觸角法，通過對比分析得出動態(tài)接觸角法最適合煙用接裝紙原紙、鋁箔襯紙吸水性檢測。本研究使用不同濃度顏料溶液對老化前后的水彩紙進行接觸角實驗，通過分析其瞬時接觸角大小和接觸角動態(tài)變化，探究水彩紙的浸潤性。

1 實 驗

1.1 材料與試劑

魯本斯粗紋水彩紙，定量300 g/m2，主要成分為棉漿纖維，購自上海奧文畫材有限公司；國產(chǎn)固體水彩顏料，市購。

1.2 老化處理

將準備好的水彩紙等量分為兩部分，一部分按照GB/T 464—2008、通過MU3040C 熱空氣老化試驗機（上海牟景實業(yè)有限公司）在105℃下處理72 h，得到老化后水彩紙試樣。另一部分趨光保存作為老化前水彩紙試樣。

1.3 實驗溶液配制

選取固體水彩顏料紅色試塊，分別稱取0.01、0.02、0.03 g 顏料，將其放入50 mL 蒸餾水中，超聲震蕩20 min，配制成質(zhì)量分數(shù)為0.02%、0.04%、0.06%的溶液，分別記作W1、W2、W3。以蒸餾水為對照，記作W0，如圖1所示。

圖1 不同質(zhì)量分數(shù)的顏料溶液

1.4 接觸角實驗

在室溫下，將老化前后水彩紙分別剪裁成長度為60 mm、寬度為20 mm 的試樣，用雙面膠將其粘在載玻片上，使用北京哈科-SPCAX2接觸角測量儀進行測量。通過軟件控制注射器，每次在水彩紙表面注射1滴溶液，測定溶液自由滴落在水彩紙表面瞬間接觸角大小，并錄制溶液在水彩紙表面靜置10 s左右時接觸角的變化，4 種溶液分別進行3 次接觸角實驗，取其平均值，記錄并整理數(shù)據(jù)。

1.5 材料表征

采用美國賽默飛世爾公司生產(chǎn)的Nicolet iS10 傅里葉變換紅外光譜儀分析老化前后水彩紙的結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵。采用德國Bruker公司生產(chǎn)的D8 Advance粉末X射線衍射儀（XRD）分析老化前后水彩紙結(jié)構(gòu)。采用FEI Quanta 650 FEG 掃描電子顯微鏡（SEM）分別對老化前后水彩紙表面進行SEM掃描。

2 結(jié)果與討論

2.1 水彩紙紅外光譜分析

圖2 為老化前后水彩紙紅外光譜圖。從圖2 可以看出， 3447 cm-1處附近的吸收峰是所有纖維素的特征譜帶，為—OH 的伸縮振動吸收。2900 cm-1處吸收峰是C—H 伸縮振動峰。1025 cm-1處有明顯吸收帶，其歸因于C—O 伸縮振動。分析表明水彩紙經(jīng)老化處理后，官能團沒有發(fā)生明顯改變。

2.2 水彩紙XRD分析

圖3 所示為老化前后水彩紙XRD 譜圖。XRD 衍射峰除了對晶體元素進行表征，對一些內(nèi)部不緊密，間隙較多的空洞也會表現(xiàn)衍射峰，從而可作為紙張內(nèi)部為多孔結(jié)構(gòu)的證明。從圖3中可知，水彩紙含有非晶體成分，水彩紙在12.59°、15.79°、18.87°、25.16°、28.76°、29.57°附近出現(xiàn)晶面特征衍射峰，22.69°附近出現(xiàn)強度較高的衍射峰，以上衍射峰出現(xiàn)說明水彩紙為多孔結(jié)構(gòu)。

圖2 老化前后水彩紙紅外光譜圖

圖3 老化前后水彩紙XRD譜圖

2.3 水彩紙SEM分析

圖4 老化前后水彩紙表面SEM圖

4(b)中可以看出，老化后紙張表面纖維較為干燥，疏松的纖維與許多碎塊黏合，纖維間存在許多松散毛刺，其間形成較大孔洞。

2.4 水彩紙接觸角分析

2.4.1 老化前接觸角分析

老化前水彩紙平均瞬時接觸角實驗結(jié)果如圖5所示。從圖5 中可以看出，測得在W0、W1、W2、W3 溶液下其平均瞬時接觸角大小分別為117.607°、120.086°、122.864°、122.275°。老化前水彩紙在W2 溶液下平均瞬時接觸角相對較大，在W0 溶液下平均瞬時接觸角相對較小。分析表明，老化前水彩紙平均瞬時接觸角受溶液濃度變化影響較小，接觸角最大變化為5.257°，最小變化為0.589°。

將配制的4種不同質(zhì)量分數(shù)顏料溶液滴在老化前水彩紙試樣上，得到其接觸角隨時間的變化如圖6所示。從圖6中可知，W0剛接觸水彩紙時為117.607°，靜置12 s后角度為117.949°，其接觸角大小變化穩(wěn)定，當僅為蒸餾水時，由于水彩紙疏水性較好，水滴與水彩紙接觸時表面張力束縛著水滴向內(nèi)擴張。W1與水彩紙的接觸角大小隨時間的增加而增大，液滴剛接觸水彩紙時為120.086°，靜置12 s 后接觸角為121.484°，增大1.398°。W2的接觸角大小隨時間增加而略有增大，液滴剛接觸水彩紙時為122.864°，靜置12 s后接觸角為123.278°，增大0.414°。W3的接觸角大小隨時間增加而略微增大，液滴剛接觸水彩紙時為122.275°，靜置12 s后接觸角為122.453°，增大0.178°。研究表明，水彩紙具有疏水性，且在W1、W2、W3溶液下接觸角略有增大，接觸角增大的原因是由于隨著顏料質(zhì)量分數(shù)增加，液滴落在水彩紙上，與其表面接觸，也受到其表面張力的束縛，但該溶液隨著時間的增加，密度變得不均勻，水滴與紙張接觸的邊界處水向內(nèi)部略微擴張，因此接觸角隨時間略微增大。

圖5 老化前水彩紙平均瞬時接觸角實驗示意圖

圖6 老化前水彩紙接觸角隨時間變化曲線

2.4.2 老化后接觸角分析

老化后水彩紙平均瞬時接觸角實驗結(jié)果如圖7 所示。從圖7 中可以看出，測得在W0、W1、W2、W3溶液下其平均瞬時接觸角大小分別為115.737°、119.045°、114.279°、115.147°。老化后水彩紙在W1 溶液下平均瞬時接觸角相對較大，在W2 溶液下平均瞬時接觸角相對較小。老化后水彩紙的平均瞬時接觸角變化與溶液質(zhì)量分數(shù)變化關(guān)系較小，平均瞬時接觸角最大變化為4.766°，最小變化為0.590°。

水彩紙老化后，在W1 溶液下平均瞬時接觸角增大，但繼續(xù)增加溶液質(zhì)量分數(shù)平均瞬時接觸角開始下降，在W2 溶液下平均瞬時接觸角最小，繼續(xù)增加溶液質(zhì)量分數(shù)，其平均瞬時接觸角又逐漸上升，但幅度較小。這是因為水滴與水彩紙接觸后，部分水帶著顏料滲入紙張之中。當溶液質(zhì)量分數(shù)增大，水中的水彩顏料增多，水滴與紙張接觸后，滲入的顏料增多，此時接觸角有所增大，而當繼續(xù)增大溶液質(zhì)量分數(shù)，其中顏料也繼續(xù)變多，液滴密度變大，顏料微粒與紙張接觸變多，著色較深，此時溶液滲入紙張的能力變?nèi)酰虼私佑|角又有所降低。但是隨著溶液質(zhì)量分數(shù)繼續(xù)增加，在與紙張接觸后，總會有少量水滲入紙張，此時接觸角變化不明顯。

圖7 老化后水彩紙平均瞬時接觸角實驗示意圖

圖8 老化后水彩紙接觸角隨時間變化曲線

對老化后水彩紙重復(fù)上述接觸角實驗，得到其接觸角隨時間變化曲線如圖8 所示。從圖8 中可知，WO 剛接觸水彩紙時接觸角為115.737°，靜置12 s 后為111.724°，接觸角減小4.013°。W1 剛接觸水彩紙時其接觸角119.045°，靜置12 s后為118.249°，接觸角減小0.796°。W2 剛接觸水彩紙時其接觸角為114.279°，靜置12 s 后為113.319°，接觸角減小0.96°。W3剛接觸水彩紙時為115.147°，靜置12 s后接觸角為114.958°，減小0.189°。研究表明，老化后水彩紙在不同質(zhì)量分數(shù)溶液下，接觸角隨時間增加有所減小，這是因為由于老化處理，水彩紙表面纖維變得干燥且疏松，纖維間參雜著許多松散的毛刺，內(nèi)部有較大孔洞，水滴落在其表面，部分水滲入水彩紙中，由于張力作用，接觸面邊界處液體略微向外滲透，接觸面積增大，因此靜態(tài)接觸角隨時間增加而變小，但仍為疏水性。

圖9 老化前后水彩紙平均瞬時接觸角對比

2.4.3 老化前后接觸角對比

老化前后水彩紙在不同質(zhì)量分數(shù)溶液下的平均瞬時接觸角大小如圖9 所示。從圖9 中可以看出，老化前水彩紙平均瞬時接觸角均略大于老化后水彩紙。因而老化前水彩紙浸潤性較老化后略差，且在W2 和W3 溶液下，老化前后的水彩紙平均瞬時接觸角有較大差值，分別為8.585°、7.128°。而在W0、W1溶液下其差值較小。研究表明，水彩紙經(jīng)過老化處理后在較高質(zhì)量分數(shù)溶液下浸潤性變化較明顯，在其余各溶液下浸潤性幾乎相同。

圖10 老化前后水彩紙接觸角隨時間的變化

老化前后水彩紙接觸角隨時間的變化如圖10 所示。從圖10 中可知，老化前水彩紙接觸角隨時間變化略有增大，這是因為水滴在水彩紙表面難以擴散，一部分水被水彩紙緩慢吸收，水滴高度略微下降，接觸角增大。老化后水彩紙接觸角隨時間變化逐漸減小，原因是因為水滴在水彩紙表面略微擴散，逐漸被水彩紙表面吸收，接觸角減小，因此得出老化后水彩紙由于自身纖維發(fā)生氧化，且更加干燥，水分流失，水分子在紙中擴散所受阻力降低，吸濕速率上升，其接觸角小于老化前水彩紙[10]。但總的來看水彩紙老化前后均具有疏水性。

3 結(jié) 論

本研究通過對老化前后水彩紙與4 種不同質(zhì)量分數(shù)水彩顏料溶液（0（蒸餾水）、0.02%、0.04%、0.06%）的表面接觸角進行測試，分析水彩紙的浸潤性變化。

3.1 老化前水彩紙與0、0.02%、0.04%、0.06%水彩顏料溶液的平均瞬時接觸角大小分別為117.607°、120.086°、122.864°、122.275°；老化前水彩紙在不同質(zhì)量分數(shù)溶液下的接觸角隨著時間增加略微增大。

3.2 老化后水彩紙與0、0.02%、0.04%、0.06%水彩顏料溶液的平均瞬時接觸角大小分別為115.737°、119.045°、114.279°、115.147°；老化后水彩紙在不同質(zhì)量分數(shù)溶液下的接觸角隨時間增加有所減小。

3.3 老化后水彩紙與0.04%、0.06%水彩顏料溶液的接觸角變化較大，相比老化前，平均瞬時接觸角分別下降8.585°、7.128°，老化前后水彩紙均具有疏水性。