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水彩纸浸润性的实验研究

2020-06-23张春蓉

中国造纸 2020年5期
关键词:彩纸纸张颜料

张春蓉

(安阳工学院,河南安阳,455000)

水彩画以其独特的视觉效果和创作技法而著名,通过颜料与水相溶,在水彩纸上勾勒出明澈轻快、飘逸洒脱的表面效果,被人们所喜爱。水彩纸作为其承载工具,具有至关重要的作用,一张性能优越的水彩纸能够让创作事半功倍。水彩纸表面润湿性弱,水分有较强流动性,画纸坚硬,色彩难以渗进画纸之中,这样的纸张利于调整颜色,更适合叠加法[1]。水彩画具有不确定因素的“偶然性”,水会在自然重力作用下携带颜料流动,产生纹理,形成不同的绘画效果[2]。

程博慧[3]对水彩纸的分类、特性、材料等方面进行了探讨,一张较好的水彩纸需要具备足够的厚度、强度和挺度,且要有良好的浸润性,以保证创作中进行叠色或重新上色后纸张不被损坏。为了使颜色能够更好地附着在水彩纸表面,更容易控制色彩,其对水彩纸的白度、湿变形性和耐刮擦性进行了研究。高磊[4]对水彩纸种类进行了介绍,通过对比阿诗水彩纸、康松水彩纸法、布里亚诺水彩纸和哈尼姆勒水彩纸的制造工艺和纸张特性,为画者选材提供参考。王宇[5]根据个人绘画经验,讨论水彩画中水的应用,将毛笔上带有清水或有颜料的水滴落在水彩纸上,底色在接触水滴后蔓延开来,形成可控制的团状亮点,在绘画时,可以通过水的多少控制亮点面积,带水干透,即可形成柔和的色彩变化和边缘效果。闫智培等人[6]对纸张老化的因素进行分析。研究表明,纸张老化与酸碱性和相对湿度、温度、光照等环境因素均存在关联,并得出脱酸处理可延长酸化纸的寿命,适中的相对湿度有利于纸张的保存,高温会加速纸张老化,紫外线能够直接使纤维素发生降解反应,因此避免纸张老化应重点关注以上因素。田周玲等人[7]对不同纸张老化后性能的差异进行研究,分别对竹纸、宣纸、新闻纸、字典纸和构皮纸进行老化实验,测试其性能。研究表明,构皮纸、宣纸耐老化性能较好。周丹丹等人[8]以一种多羟基高分子材料为表面施胶剂对纸张表面进行处理,并喷涂硬脂酰氯溶液,制备疏水防油性能纸张,通过接触角测定检测其疏水性。结果表明,喷涂酰氯溶液后,纸张具有良好疏水性,接触角在酰氯溶液体积分数为1.0%时达到最大值129°。辛丽美等人[9]对烟用接装纸原纸、铝箔衬纸吸水性检测方法进行研究,采用了施胶度(液体渗透法)、吸水性的测定(可勃法)、施胶度EST 法和动态接触角法,通过对比分析得出动态接触角法最适合烟用接装纸原纸、铝箔衬纸吸水性检测。本研究使用不同浓度颜料溶液对老化前后的水彩纸进行接触角实验,通过分析其瞬时接触角大小和接触角动态变化,探究水彩纸的浸润性。

1 实 验

1.1 材料与试剂

鲁本斯粗纹水彩纸,定量300 g/m2,主要成分为棉浆纤维,购自上海奥文画材有限公司;国产固体水彩颜料,市购。

1.2 老化处理

将准备好的水彩纸等量分为两部分,一部分按照GB/T 464—2008、通过MU3040C 热空气老化试验机(上海牟景实业有限公司)在105℃下处理72 h,得到老化后水彩纸试样。另一部分趋光保存作为老化前水彩纸试样。

1.3 实验溶液配制

选取固体水彩颜料红色试块,分别称取0.01、0.02、0.03 g 颜料,将其放入50 mL 蒸馏水中,超声震荡20 min,配制成质量分数为0.02%、0.04%、0.06%的溶液,分别记作W1、W2、W3。以蒸馏水为对照,记作W0,如图1所示。

图1 不同质量分数的颜料溶液

1.4 接触角实验

在室温下,将老化前后水彩纸分别剪裁成长度为60 mm、宽度为20 mm 的试样,用双面胶将其粘在载玻片上,使用北京哈科-SPCAX2接触角测量仪进行测量。通过软件控制注射器,每次在水彩纸表面注射1滴溶液,测定溶液自由滴落在水彩纸表面瞬间接触角大小,并录制溶液在水彩纸表面静置10 s左右时接触角的变化,4 种溶液分别进行3 次接触角实验,取其平均值,记录并整理数据。

1.5 材料表征

采用美国赛默飞世尔公司生产的Nicolet iS10 傅里叶变换红外光谱仪分析老化前后水彩纸的结构和化学键。采用德国Bruker公司生产的D8 Advance粉末X射线衍射仪(XRD)分析老化前后水彩纸结构。采用FEI Quanta 650 FEG 扫描电子显微镜(SEM)分别对老化前后水彩纸表面进行SEM扫描。

2 结果与讨论

2.1 水彩纸红外光谱分析

图2 为老化前后水彩纸红外光谱图。从图2 可以看出, 3447 cm-1处附近的吸收峰是所有纤维素的特征谱带,为—OH 的伸缩振动吸收。2900 cm-1处吸收峰是C—H 伸缩振动峰。1025 cm-1处有明显吸收带,其归因于C—O 伸缩振动。分析表明水彩纸经老化处理后,官能团没有发生明显改变。

2.2 水彩纸XRD分析

图3 所示为老化前后水彩纸XRD 谱图。XRD 衍射峰除了对晶体元素进行表征,对一些内部不紧密,间隙较多的空洞也会表现衍射峰,从而可作为纸张内部为多孔结构的证明。从图3中可知,水彩纸含有非晶体成分,水彩纸在12.59°、15.79°、18.87°、25.16°、28.76°、29.57°附近出现晶面特征衍射峰,22.69°附近出现强度较高的衍射峰,以上衍射峰出现说明水彩纸为多孔结构。

图2 老化前后水彩纸红外光谱图

图3 老化前后水彩纸XRD谱图

2.3 水彩纸SEM分析

图4 老化前后水彩纸表面SEM图

4(b)中可以看出,老化后纸张表面纤维较为干燥,疏松的纤维与许多碎块黏合,纤维间存在许多松散毛刺,其间形成较大孔洞。

2.4 水彩纸接触角分析

2.4.1 老化前接触角分析

老化前水彩纸平均瞬时接触角实验结果如图5所示。从图5 中可以看出,测得在W0、W1、W2、W3 溶液下其平均瞬时接触角大小分别为117.607°、120.086°、122.864°、122.275°。老化前水彩纸在W2 溶液下平均瞬时接触角相对较大,在W0 溶液下平均瞬时接触角相对较小。分析表明,老化前水彩纸平均瞬时接触角受溶液浓度变化影响较小,接触角最大变化为5.257°,最小变化为0.589°。

将配制的4种不同质量分数颜料溶液滴在老化前水彩纸试样上,得到其接触角随时间的变化如图6所示。从图6中可知,W0刚接触水彩纸时为117.607°,静置12 s后角度为117.949°,其接触角大小变化稳定,当仅为蒸馏水时,由于水彩纸疏水性较好,水滴与水彩纸接触时表面张力束缚着水滴向内扩张。W1与水彩纸的接触角大小随时间的增加而增大,液滴刚接触水彩纸时为120.086°,静置12 s 后接触角为121.484°,增大1.398°。W2的接触角大小随时间增加而略有增大,液滴刚接触水彩纸时为122.864°,静置12 s后接触角为123.278°,增大0.414°。W3的接触角大小随时间增加而略微增大,液滴刚接触水彩纸时为122.275°,静置12 s后接触角为122.453°,增大0.178°。研究表明,水彩纸具有疏水性,且在W1、W2、W3溶液下接触角略有增大,接触角增大的原因是由于随着颜料质量分数增加,液滴落在水彩纸上,与其表面接触,也受到其表面张力的束缚,但该溶液随着时间的增加,密度变得不均匀,水滴与纸张接触的边界处水向内部略微扩张,因此接触角随时间略微增大。

图5 老化前水彩纸平均瞬时接触角实验示意图

图6 老化前水彩纸接触角随时间变化曲线

2.4.2 老化后接触角分析

老化后水彩纸平均瞬时接触角实验结果如图7 所示。从图7 中可以看出,测得在W0、W1、W2、W3溶液下其平均瞬时接触角大小分别为115.737°、119.045°、114.279°、115.147°。老化后水彩纸在W1 溶液下平均瞬时接触角相对较大,在W2 溶液下平均瞬时接触角相对较小。老化后水彩纸的平均瞬时接触角变化与溶液质量分数变化关系较小,平均瞬时接触角最大变化为4.766°,最小变化为0.590°。

水彩纸老化后,在W1 溶液下平均瞬时接触角增大,但继续增加溶液质量分数平均瞬时接触角开始下降,在W2 溶液下平均瞬时接触角最小,继续增加溶液质量分数,其平均瞬时接触角又逐渐上升,但幅度较小。这是因为水滴与水彩纸接触后,部分水带着颜料渗入纸张之中。当溶液质量分数增大,水中的水彩颜料增多,水滴与纸张接触后,渗入的颜料增多,此时接触角有所增大,而当继续增大溶液质量分数,其中颜料也继续变多,液滴密度变大,颜料微粒与纸张接触变多,着色较深,此时溶液渗入纸张的能力变弱,因此接触角又有所降低。但是随着溶液质量分数继续增加,在与纸张接触后,总会有少量水渗入纸张,此时接触角变化不明显。

图7 老化后水彩纸平均瞬时接触角实验示意图

图8 老化后水彩纸接触角随时间变化曲线

对老化后水彩纸重复上述接触角实验,得到其接触角随时间变化曲线如图8 所示。从图8 中可知,WO 刚接触水彩纸时接触角为115.737°,静置12 s 后为111.724°,接触角减小4.013°。W1 刚接触水彩纸时其接触角119.045°,静置12 s后为118.249°,接触角减小0.796°。W2 刚接触水彩纸时其接触角为114.279°,静置12 s 后为113.319°,接触角减小0.96°。W3刚接触水彩纸时为115.147°,静置12 s后接触角为114.958°,减小0.189°。研究表明,老化后水彩纸在不同质量分数溶液下,接触角随时间增加有所减小,这是因为由于老化处理,水彩纸表面纤维变得干燥且疏松,纤维间参杂着许多松散的毛刺,内部有较大孔洞,水滴落在其表面,部分水渗入水彩纸中,由于张力作用,接触面边界处液体略微向外渗透,接触面积增大,因此静态接触角随时间增加而变小,但仍为疏水性。

图9 老化前后水彩纸平均瞬时接触角对比

2.4.3 老化前后接触角对比

老化前后水彩纸在不同质量分数溶液下的平均瞬时接触角大小如图9 所示。从图9 中可以看出,老化前水彩纸平均瞬时接触角均略大于老化后水彩纸。因而老化前水彩纸浸润性较老化后略差,且在W2 和W3 溶液下,老化前后的水彩纸平均瞬时接触角有较大差值,分别为8.585°、7.128°。而在W0、W1溶液下其差值较小。研究表明,水彩纸经过老化处理后在较高质量分数溶液下浸润性变化较明显,在其余各溶液下浸润性几乎相同。

图10 老化前后水彩纸接触角随时间的变化

老化前后水彩纸接触角随时间的变化如图10 所示。从图10 中可知,老化前水彩纸接触角随时间变化略有增大,这是因为水滴在水彩纸表面难以扩散,一部分水被水彩纸缓慢吸收,水滴高度略微下降,接触角增大。老化后水彩纸接触角随时间变化逐渐减小,原因是因为水滴在水彩纸表面略微扩散,逐渐被水彩纸表面吸收,接触角减小,因此得出老化后水彩纸由于自身纤维发生氧化,且更加干燥,水分流失,水分子在纸中扩散所受阻力降低,吸湿速率上升,其接触角小于老化前水彩纸[10]。但总的来看水彩纸老化前后均具有疏水性。

3 结 论

本研究通过对老化前后水彩纸与4 种不同质量分数水彩颜料溶液(0(蒸馏水)、0.02%、0.04%、0.06%)的表面接触角进行测试,分析水彩纸的浸润性变化。

3.1 老化前水彩纸与0、0.02%、0.04%、0.06%水彩颜料溶液的平均瞬时接触角大小分别为117.607°、120.086°、122.864°、122.275°;老化前水彩纸在不同质量分数溶液下的接触角随着时间增加略微增大。

3.2 老化后水彩纸与0、0.02%、0.04%、0.06%水彩颜料溶液的平均瞬时接触角大小分别为115.737°、119.045°、114.279°、115.147°;老化后水彩纸在不同质量分数溶液下的接触角随时间增加有所减小。

3.3 老化后水彩纸与0.04%、0.06%水彩颜料溶液的接触角变化较大,相比老化前,平均瞬时接触角分别下降8.585°、7.128°,老化前后水彩纸均具有疏水性。

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