南京林業(yè)大學(xué)大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目結(jié)題報(bào)告

南京林業(yè)大學(xué)大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目結(jié)題報(bào)告P(St-MMA-AA)摻雜炭黑乳液的制備及項(xiàng)目名稱：在木材表面涂層光學(xué)性能的研究口重點(diǎn)項(xiàng)目口一般項(xiàng)目項(xiàng)目類型， 口指導(dǎo)項(xiàng)目口校企合作基金項(xiàng)目/校級(jí)項(xiàng)目項(xiàng)目編號(hào)： 2020NFUSPITP0571申請(qǐng)者： 學(xué) 院： 家居與工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)院專 業(yè)： 家具段計(jì)與工程指導(dǎo)教師：劉祎取楸講師2020年6月5日南京林業(yè)大學(xué)教務(wù)處制項(xiàng)目名稱P(St-MMA-AA)摻雜炭黑乳液的制備及在木材表面涂層光學(xué)性能的研究項(xiàng)目負(fù)責(zé)人姓名學(xué)號(hào)專業(yè)聯(lián)系電話曾欣蕓家具設(shè)計(jì)與工程項(xiàng)目組成員姓名姓名學(xué)號(hào)專業(yè)聯(lián)系電話羅美琪家具設(shè)計(jì)與工程項(xiàng)目類型校級(jí)項(xiàng)目指導(dǎo)教師姓名/職稱劉祎/講師一、項(xiàng)目研究計(jì)劃及內(nèi)容（概述項(xiàng)目研究方法、過程及結(jié)果等）1、研究計(jì)劃第一階段（2020年6月?2020年9月）：通過網(wǎng)絡(luò)等途徑查閱資料，對(duì)所研究課題中涉及的PS膠體、木材表面不同涂料的應(yīng)用等領(lǐng)域有一個(gè)整體上的把握，明確本課題的研究目的和意義；第二階段（202（）年9月?2021年1月）：在老師的指導(dǎo)下規(guī)劃實(shí)驗(yàn)步驟，進(jìn)行P（St-MMA-AA）摻雜炭黑乳液的制備和木材涂層的觀察，并探究碳黑顆粒的添加對(duì)木材表面結(jié)構(gòu)色光學(xué)性質(zhì)的影響和木材涂層表面的變角度光學(xué)性質(zhì)分析；第三階段（2020年1月?2021年3月）：主要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后的數(shù)據(jù)收集和整理，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析探究，得出結(jié)論；第四階段（2021年3月-2021年5月）：完成本課題的總結(jié)報(bào)告，交給老師進(jìn)行進(jìn)一步的加工和修改，最后完成課題研究。2、研究內(nèi)容本研究采用乳液聚合法制備的P（St-MMA-AA）乳液（1）P（St-MMA-AA）摻雜炭黑乳液的制備以苯乙烯（St）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丙烯酸（AA）等為共聚單體,采用乳液聚合法制備不同粒徑大小且具有良好單分散性的共聚物膠體粒子，并向樣品乳液中摻入適量炭黑，然后分析乳液聚合體中單體濃度，共聚物濃度、引發(fā)劑濃度及加入方式、乳化劑濃度、時(shí)間、溫度等因素對(duì)膠體微球結(jié)構(gòu)、粒徑及單分散性等的影響制備可控單分散性膠體。（2）炭黑摻入對(duì)木材表面結(jié)構(gòu)色薄膜光學(xué)性質(zhì)的影響通過測定不同炭黑摻入量后組裝得到的結(jié)構(gòu)色薄膜的漫反射光譜來探究炭黑最佳摻入量，基于此摻入量，將其摻入不同粒徑的共聚物膠體粒子，并與未摻雜炭黑的結(jié)構(gòu)色的薄膜物相、薄膜晶體結(jié)構(gòu)、不同入射角反射光譜、顏色及角度依賴性等光學(xué)性質(zhì)作比較。（3）木材表面涂層的變角度光學(xué)性質(zhì)分析用光源對(duì)不同粒徑膠體粒子制備得到的木材表面涂層進(jìn)行成角度照射，改變?nèi)肷涔饨嵌?，同時(shí)在其相應(yīng)反射方向進(jìn)行接收測量反射光譜；固定入射角度不變，偏離其反射方向改變接收角度測量散射光譜，參照RGB值轉(zhuǎn)換計(jì)算通過計(jì)算機(jī)畫圖軟件得的相應(yīng)顏色便于直觀表示。二、項(xiàng)目完成情況1、主要研究成果及創(chuàng)新之處(1)主要研究成果本研究采用SEM表征P(St-MMA-AA)乳液與不同種類相同黑色物質(zhì)添加量下混合而成的膠體微球自組裝所形成的光子晶體涂層的微觀形貌和結(jié)構(gòu)特征，自組裝溫度為40℃o分別為放大5千倍和1萬倍的墨水復(fù)合乳液膠體微球自組裝所形成涂層表面的SEM圖，在不同放大倍數(shù)下均能觀測到膠體微球形成的涂層具有有序排列結(jié)構(gòu)，但有序結(jié)構(gòu)之間存在明顯的裂隙。中可以發(fā)現(xiàn)涂層表面微球形狀比較均勻以及微球的粒徑相對(duì)規(guī)整，大致上能夠形成緊密排列的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)為其顯色打下了基礎(chǔ)。中明顯看出涂層呈現(xiàn)出一大塊一大塊的情況，每一個(gè)塊與塊之間不規(guī)整，這是因?yàn)槿橐涸跓彷o助重力沉積自組裝過程中由于溫度的影響，微球往液體表面上浮(所以在干燥時(shí)液體表面有顏色)，當(dāng)微球浮在液體表面后，微球與微球之間會(huì)粘合成一個(gè)個(gè)塊體,每一個(gè)塊不規(guī)則分布在液體表面，隨著乳液中分散劑的蒸發(fā)，不同塊體聚集在一起的時(shí)候其無法形成有序排列的結(jié)構(gòu)，所以塊體和塊體之間呈現(xiàn)出線缺陷。中可以發(fā)現(xiàn)涂層表面還有一些空缺的點(diǎn)，這是該結(jié)構(gòu)的點(diǎn)缺陷，同時(shí)可以看到在線缺陷的裂隙中依然存在膠體微球有序排列的結(jié)構(gòu)。為該涂層放大1萬倍的截面，其中能夠清晰地看到兩種不同的排列方式，其結(jié)構(gòu)應(yīng)與八面沸石相類似。其中一個(gè)面為有序的連續(xù)六邊形結(jié)構(gòu)，而側(cè)面為有序的連續(xù)四邊形結(jié)構(gòu)，這是顯著的FCC面心立方排列方式。該涂層表面主要是點(diǎn)缺陷與線缺陷，這會(huì)弱化涂層光子晶體的禁帶特征，使得木材表面涂層展現(xiàn)出的結(jié)構(gòu)色飽和度降低。但未出現(xiàn)大面積的凹陷或孔洞，這種結(jié)構(gòu)保證了其顯現(xiàn)顏色和呈現(xiàn)長程有序性的情況。但表層未發(fā)現(xiàn)任何有關(guān)墨水中黑色物質(zhì)的痕跡，這可能是墨水中的黑色物質(zhì)幾乎完全沉淀在木材表面并將其染色。添加墨水和顏料的涂層表面缺陷均較多，形成的塊狀無規(guī)則，在截面中均未發(fā)現(xiàn)其他物質(zhì)存在。添加不同種類的黑色物質(zhì)后，復(fù)合乳液自組裝形成的結(jié)構(gòu)色涂層表面均呈現(xiàn)出有序的連續(xù)六邊形結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出結(jié)構(gòu)色，但也均存在一定的點(diǎn)缺陷和、與線缺陷，截面的膠體微球之間可形成有序的FCC面心立方結(jié)構(gòu)通過FTIR紅外光譜分析后可以發(fā)現(xiàn)所有的黑色物質(zhì)均未和其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，加入黑色物質(zhì)后只改變了微球譜線的個(gè)別峰形。這應(yīng)該是添加黑色物質(zhì)的混合乳液在微球進(jìn)行自組裝時(shí)，黑色物質(zhì)會(huì)有部分沉淀在木材表面，結(jié)構(gòu)色薄膜是在木材染色的部分上形成的。由此可得，木材表面結(jié)構(gòu)色涂層的光學(xué)性能應(yīng)與木材本身的顏色也相關(guān)，且木材顏色越深效果越好。2、創(chuàng)新之處我國傳統(tǒng)的木材涂飾材料會(huì)釋放出TVOC等大量危害人體健康和大氣環(huán)境的氣體，采用結(jié)構(gòu)色這一綠色環(huán)保的顯色方法對(duì)木材表面進(jìn)行著色，是一種全新的木材表面裝飾方法，對(duì)減輕污染也具有重要意義。目前國內(nèi)外對(duì)結(jié)構(gòu)色涂料的應(yīng)用多在紡織領(lǐng)域，涉及在木材表面的應(yīng)用較少，這種涂料方式尚未工業(yè)化和產(chǎn)量化，具有深遠(yuǎn)的應(yīng)用前景。2、成果取得形式（發(fā)表論文、申請(qǐng)專利或競賽獲獎(jiǎng)等情況，報(bào)告書頁尾附上佐證材料：如論文、專利證書，項(xiàng)目參賽獲獎(jiǎng)證書等等）（1）文章名稱：黑色染料對(duì)木材表面結(jié)構(gòu)色涂層光學(xué)性能的影響雜志名稱：《林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備》（已投稿）三、經(jīng)費(fèi)情況（經(jīng)費(fèi)來源、經(jīng)費(fèi)使用情況）總經(jīng)費(fèi)（元）2000財(cái)政撥款0 學(xué)校撥款（元）2000（元）支出科目金額計(jì)算根據(jù)及理由資料費(fèi)100含與項(xiàng)目研究相關(guān)的打印、復(fù)印費(fèi)，圖書等文獻(xiàn)資料的購置費(fèi)消耗材料費(fèi)0實(shí)驗(yàn)原料、器皿等費(fèi)用學(xué)術(shù)會(huì)議費(fèi)0為完成項(xiàng)目參加的學(xué)術(shù)會(huì)議費(fèi)差旅費(fèi)50必需的調(diào)研差旅費(fèi)論文、論著或鑒定費(fèi)1850與研究課題相關(guān)的論文、著作出版費(fèi)及成果鑒定費(fèi)等合計(jì)2000四、項(xiàng)目結(jié)題總結(jié)（包括:預(yù)定計(jì)劃執(zhí)行情況，項(xiàng)目研究和實(shí)踐情況，取得的主要成績和收獲，項(xiàng)目實(shí)施過程中存在的問題及改進(jìn)項(xiàng)目研究的設(shè)想、建議等）本項(xiàng)目組成員較好地完成了預(yù)定的計(jì)劃，并撰寫發(fā)表了兩篇論文，此次課題研究讓我們收獲到生態(tài)家具設(shè)計(jì)不光要體現(xiàn)在使用環(huán)保材料、減少材料消耗、可回收利用等方面，還要在設(shè)計(jì)中體現(xiàn)生態(tài)的理念，這就要求設(shè)計(jì)師與消費(fèi)者雙方的觀念更迭，才能推動(dòng)生態(tài)設(shè)計(jì)的發(fā)展。家具產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計(jì)將家具產(chǎn)品作為影響因素放到生態(tài)環(huán)境中去思考，強(qiáng)調(diào)人的需求與環(huán)境的和諧，最終不僅能使消費(fèi)者的體驗(yàn)得到有效提升，更能實(shí)現(xiàn)生態(tài)的平衡和家具產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。雖然在形式上基于全生命周期的生態(tài)家具設(shè)計(jì)分析是將周期分為階段進(jìn)行分析，但最終仍會(huì)系統(tǒng)地整合各個(gè)階段的策略方法和效果反饋，處理好藝術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等因素的關(guān)系，合理處理技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、藝術(shù)、功能與環(huán)境等諸多因素的關(guān)系，從而形成生命周期完整的生態(tài)設(shè)計(jì)系統(tǒng)。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人簽名：孫萌2020年4月28日指導(dǎo)教師意見指導(dǎo)教師對(duì)成果的評(píng)價(jià)（對(duì)是否予以結(jié)題提出明確意見）本項(xiàng)目很好的完成了本次大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目，撰寫發(fā)表了一