南京林业大学大学生实践创新训练计划项目结题报告

南京林业大学大学生实践创新训练计划项目结题报告P(St-MMA-AA)掺杂炭黑乳液的制备及项目名称：在木材表面涂层光学性能的研究口重点项目口一般项目项目类型， 口指导项目口校企合作基金项目/校级项目项目编号： 2020NFUSPITP0571申请者： 学 院： 家居与工业设计学院专 业： 家具段计与工程指导教师：刘祎取楸讲师2020年6月5日南京林业大学教务处制项目名称P(St-MMA-AA)掺杂炭黑乳液的制备及在木材表面涂层光学性能的研究项目负责人姓名学号专业联系电话曾欣芸家具设计与工程项目组成员姓名姓名学号专业联系电话罗美琪家具设计与工程项目类型校级项目指导教师姓名/职称刘祎/讲师一、项目研究计划及内容（概述项目研究方法、过程及结果等）1、研究计划第一阶段（2020年6月〜2020年9月）：通过网络等途径查阅资料，对所研究课题中涉及的PS胶体、木材表面不同涂料的应用等领域有一个整体上的把握，明确本课题的研究目的和意义；第二阶段（202（）年9月〜2021年1月）：在老师的指导下规划实验步骤，进行P（St-MMA-AA）掺杂炭黑乳液的制备和木材涂层的观察，并探究碳黑颗粒的添加对木材表面结构色光学性质的影响和木材涂层表面的变角度光学性质分析；第三阶段（2020年1月〜2021年3月）：主要进行实验后的数据收集和整理，并对数据进行分析探究，得出结论；第四阶段（2021年3月-2021年5月）：完成本课题的总结报告，交给老师进行进一步的加工和修改，最后完成课题研究。2、研究内容本研究采用乳液聚合法制备的P（St-MMA-AA）乳液（1）P（St-MMA-AA）掺杂炭黑乳液的制备以苯乙烯（St）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丙烯酸（AA）等为共聚单体,采用乳液聚合法制备不同粒径大小且具有良好单分散性的共聚物胶体粒子，并向样品乳液中掺入适量炭黑，然后分析乳液聚合体中单体浓度，共聚物浓度、引发剂浓度及加入方式、乳化剂浓度、时间、温度等因素对胶体微球结构、粒径及单分散性等的影响制备可控单分散性胶体。（2）炭黑掺入对木材表面结构色薄膜光学性质的影响通过测定不同炭黑掺入量后组装得到的结构色薄膜的漫反射光谱来探究炭黑最佳掺入量，基于此掺入量，将其掺入不同粒径的共聚物胶体粒子，并与未掺杂炭黑的结构色的薄膜物相、薄膜晶体结构、不同入射角反射光谱、颜色及角度依赖性等光学性质作比较。（3）木材表面涂层的变角度光学性质分析用光源对不同粒径胶体粒子制备得到的木材表面涂层进行成角度照射，改变入射光角度，同时在其相应反射方向进行接收测量反射光谱；固定入射角度不变，偏离其反射方向改变接收角度测量散射光谱，参照RGB值转换计算通过计算机画图软件得的相应颜色便于直观表示。二、项目完成情况1、主要研究成果及创新之处(1)主要研究成果本研究采用SEM表征P(St-MMA-AA)乳液与不同种类相同黑色物质添加量下混合而成的胶体微球自组装所形成的光子晶体涂层的微观形貌和结构特征，自组装温度为40℃o分别为放大5千倍和1万倍的墨水复合乳液胶体微球自组装所形成涂层表面的SEM图，在不同放大倍数下均能观测到胶体微球形成的涂层具有有序排列结构，但有序结构之间存在明显的裂隙。中可以发现涂层表面微球形状比较均匀以及微球的粒径相对规整，大致上能够形成紧密排列的结构，这种结构为其显色打下了基础。中明显看出涂层呈现出一大块一大块的情况，每一个块与块之间不规整，这是因为乳液在热辅助重力沉积自组装过程中由于温度的影响，微球往液体表面上浮(所以在干燥时液体表面有颜色)，当微球浮在液体表面后，微球与微球之间会粘合成一个个块体,每一个块不规则分布在液体表面，随着乳液中分散剂的蒸发，不同块体聚集在一起的时候其无法形成有序排列的结构，所以块体和块体之间呈现出线缺陷。中可以发现涂层表面还有一些空缺的点，这是该结构的点缺陷，同时可以看到在线缺陷的裂隙中依然存在胶体微球有序排列的结构。为该涂层放大1万倍的截面，其中能够清晰地看到两种不同的排列方式，其结构应与八面沸石相类似。其中一个面为有序的连续六边形结构，而侧面为有序的连续四边形结构，这是显著的FCC面心立方排列方式。该涂层表面主要是点缺陷与线缺陷，这会弱化涂层光子晶体的禁带特征，使得木材表面涂层展现出的结构色饱和度降低。但未出现大面积的凹陷或孔洞，这种结构保证了其显现颜色和呈现长程有序性的情况。但表层未发现任何有关墨水中黑色物质的痕迹，这可能是墨水中的黑色物质几乎完全沉淀在木材表面并将其染色。添加墨水和颜料的涂层表面缺陷均较多，形成的块状无规则，在截面中均未发现其他物质存在。添加不同种类的黑色物质后，复合乳液自组装形成的结构色涂层表面均呈现出有序的连续六边形结构，展现出结构色，但也均存在一定的点缺陷和、与线缺陷，截面的胶体微球之间可形成有序的FCC面心立方结构通过FTIR红外光谱分析后可以发现所有的黑色物质均未和其发生化学反应，加入黑色物质后只改变了微球谱线的个别峰形。这应该是添加黑色物质的混合乳液在微球进行自组装时，黑色物质会有部分沉淀在木材表面，结构色薄膜是在木材染色的部分上形成的。由此可得，木材表面结构色涂层的光学性能应与木材本身的颜色也相关，且木材颜色越深效果越好。2、创新之处我国传统的木材涂饰材料会释放出TVOC等大量危害人体健康和大气环境的气体，采用结构色这一绿色环保的显色方法对木材表面进行着色，是一种全新的木材表面装饰方法，对减轻污染也具有重要意义。目前国内外对结构色涂料的应用多在纺织领域，涉及在木材表面的应用较少，这种涂料方式尚未工业化和产量化，具有深远的应用前景。2、成果取得形式（发表论文、申请专利或竞赛获奖等情况，报告书页尾附上佐证材料：如论文、专利证书，项目参赛获奖证书等等）（1）文章名称：黑色染料对木材表面结构色涂层光学性能的影响杂志名称：《林业机械与木工设备》（已投稿）三、经费情况（经费来源、经费使用情况）总经费（元）2000财政拨款0 学校拨款（元）2000（元）支出科目金额计算根据及理由资料费100含与项目研究相关的打印、复印费，图书等文献资料的购置费消耗材料费0实验原料、器皿等费用学术会议费0为完成项目参加的学术会议费差旅费50必需的调研差旅费论文、论著或鉴定费1850与研究课题相关的论文、著作出版费及成果鉴定费等合计2000四、项目结题总结（包括:预定计划执行情况，项目研究和实践情况，取得的主要成绩和收获，项目实施过程中存在的问题及改进项目研究的设想、建议等）本项目组成员较好地完成了预定的计划，并撰写发表了两篇论文，此次课题研究让我们收获到生态家具设计不光要体现在使用环保材料、减少材料消耗、可回收利用等方面，还要在设计中体现生态的理念，这就要求设计师与消费者双方的观念更迭，才能推动生态设计的发展。家具产品生态设计将家具产品作为影响因素放到生态环境中去思考，强调人的需求与环境的和谐，最终不仅能使消费者的体验得到有效提升，更能实现生态的平衡和家具产业的可持续发展。虽然在形式上基于全生命周期的生态家具设计分析是将周期分为阶段进行分析，但最终仍会系统地整合各个阶段的策略方法和效果反馈，处理好艺术、经济、环境等因素的关系，合理处理技术、经济、艺术、功能与环境等诸多因素的关系，从而形成生命周期完整的生态设计系统。项目负责人签名：孙萌2020年4月28日指导教师意见指导教师对成果的评价（对是否予以结题提出明确意见）本项目很好的完成了本次大学生创新训练计划项目，撰写发表了一