В этой работе Анечка рассматрела как создается бумага, какие у нее свойства и провела опыт по созданию бумаги из макулатуры.
Вложение | Размер |
---|---|
stupen_v_nauku.docx | 39.54 КБ |
XI Региональный конкурс молодых исследователей «Ступень в науку»
Секция: Экология
Тема: «Бумага из макулатуры –
решение экологической проблемы»
Автор работы:
Рязанова Анна Николаевна
Место выполнения работы:
МБОУ СОШ №24, 4 класс
г. Владикавказ
Научный руководитель:
Лысоконь Наталья Ивановна
учитель начальных классов
Владикавказ, 2013-2014
Оглавление
Введение……………………………………………………………………………………….………3
2.3 Заключение…………………………………………………………………………….…12
3. Литература……………………………………………………………………………………..13
Введение
Актуальность:Человек изобрел материал для письма задолго до того, как появилась бумага. Древние египтяне около 4000 лет назад брали стебли папируса, снимали кожицу и распрямляли ее. Потом полоски папируса клали крест-накрест и спрессовывали так, чтобы они склеивались. Высушенный лист папируса представлял собой хороший материал для письма. Китайцы научились толочь кору в воде, чтобы отделить волокна, потом они выливали эту смесь на подносы, на дне которых находились длинные узкие полоски бамбука. Когда вода стекала, мягкие листы клали сушиться на ровную поверхность. Для этой цели использовали бамбук и старые тряпки. Позднее кто-то догадался, как улучшить качество бумаги, добавив в нее крахмал.
В настоящее время в связи с развитием бумажного производства, увеличением применения бумаги во многих различных целях для изготовления бумаги уничтожаются огромные площади леса. Остаётся все меньше зеленого массива, наносится большой вред природе, поэтому нужно бережно и по-хозяйски относиться к лесу.
Цель: Используя вторичное сырье сохранить и расширить зеленый массив.
Задачи:
Предмет исследования: Исследование экологических опытов о безотходном производстве.
Объект исследования: Процесс исследования материала и использование безотходного производства.
Гипотеза: Предположим, что новую бумагу можно получить из макулатуры, а производство бумаги из макулатуры сохраняет леса.
История происхождения бумаги.
Время и место изобретения бумаги точно не известны. Китайские летописи сообщают, что бумага была изобретена во втором веке Цай Лунем.
Около 200 года до н. э. с изобретением Мэн Тянем волосяной кисточки появилось нечто подобное бумаге. Эту «бумагу» изготавливали из конопляных очёсов. Она отличалась грубой фактурой и не ровной поверхностью, поэтому было мало пригодной для письма и в основном употреблялось в качестве оберточного материала. В 105 году чиновнику, ответственному за поставку к императорскому двору предметом обихода, Цай Луню, удалось усовершенствовать технологию бумагоделания. При изготовлении бумаги он использовал в качестве сырья древесную кору, тряпьё, конопляные очёсы и вышедшие из употребления рыболовные сети. Сделанная по его технологии бумага имела гладкую поверхность и низкую себестоимость. К тому же новый способ оказался очень производительным. Китайцы настолько высоко оценили это изобретение, что со временем причислили Цай Луня к лику богов. Он стал божественным покровителем бумажного производства и возвели в его честь храм.
Техника бумагоделания была перенесена из Китая в соседнюю Корею, затем во Вьетнам, Японию и Индию. Познакомились арабы в конце Х11 в. Крестоносцы принесли секрет её изготовления в Германию, откуда она разошлась по всей Европе.
Что такое бумага.
Бумага – волокнистый материал, состоящий в основном из слоя специально обработанных растительных волокон, тесно переплетённых между собой и соединённых силами сцепления, возникающими между волокнами при их обработке. Бумага вырабатывается или из одних растительных волокон, или с добавлением в бумажную массу минеральных веществ ( каолина, мела и др.), проклеивающих материалов ( делающих бумагу мало проницаемой для чернил), красителей и других веществ, в зависимости от названия бумаги. Бумаге могут быть приданы различная механическая прочность, гладкость, любой цвет, способность впитывать воду, печатные краски и разные жидкости, водонепроницаемость и жиронепроницаемость, та или иная степень прозрачности и различные специальные свойства. По форме бумага выпускается в виде отдельных листов и непрерывной ленты (широкими рулонами или узкими бобинами).
Предназначение и виды бумаги.
Первоначально бумага предназначалась исключительно для письма и, по мере своего распространения, постепенно вытеснила применявшиеся для этой цели разнообразные материалы: древесную кору, пальмовые листья, деревянные и глиняные дощечки и др., а также пергамент и папирус, представлявшие собой до изобретения бумаги наиболее удобный и распространённый материал для письма. С развитием бумажного производства бумага стала применяться и для других целей, в первую очередь для завёртывания товаров. Кроме того, толстая бумага нашла применение и как строительный материал. Макулатура является заменителем таких видов первичного сырья и полуфабрикатов, как целлюлоза, древесная масса, бумажная масса. Используется для производства: туалетной бумаги, картонной тары, писчей бумаги, теплоизоляционного материала типа «Эковата»; бугорчатых прокладок и формованных изделий; волокнистых плит, полимернобумажных плит, теплоизоляционных плит. Волокнистые плиты из макулатуры используются для облицовки стен, потолков, перегородок жилых, производственных и складских помещений для изготовления тары, подкладки под линолеум, задней стенки мебели. В настоящее время из бумаги изготовляются различные виды тары, предметы домашнего обихода ( салфетки, скатерти, занавески и пр.), детали машин, ленты для самопишущих приборов и т. д. Но основным видом применения бумаги в массовом масштабе является книгопечатание, письмо, черчение и различного рода изоляция.
Разновидности бумаги. Бумага различается по своему внешнему виду и по своим физико-механическим свойствам. Общее число выпускаемых видов бумаг, в соответствии с многообразием предъявляемых к ним требований. Такое разнообразие достигается надлежащим выбором исходных материалов и изменением условий производства, позволяющими в широких пределах менять основные показатели бумаги. В широких пределах могут колебаться и такие показатели, как гладкость, цвет, впитывающая способность, прозрачность, зольность, воздухопроницаемость и т. д.
Отдельным видам бумаги придаются специальные свойства: жиронепроницаемость, высокая пробивная напряженность, фильтрующая способность, водопрочность и др. При этом, в зависимости от требуемой механической прочности и стойкости по отношению ко всяким внешним факторам, применяются различные марки целлюлозы. Древесная масса применяется только в тех случаях, когда от бумаги не требуется высоких механических свойств, и она не предназначается для длительного пользования или хранения. Для производства бумаги широко используется также макулатура, т. е. бумага, использованная по своему назначению и возвращаемая обратно бумажной промышленности для переработки. Сюда же относятся обрезки и отходы от переработки бумаги. На фабриках по производству бумаги выпускают разные виды и состав бумаг. Вот некоторые виды бумаги, с которой мы встречаемся более часто:
1. Типографская (для высокой печати) - на основе древесной целлюлозы или с добавлением 20-75% древесной массы, белая, малоклееная, среднезольная или повышенной зольности, машинной гладкости, каландрированная или высококаландрированная. Предназначена для печати текстовой и иллюстрационно-текстовой продукции.
2. Офсетная - чисто целлюлозная или с содержанием до 75% древесной массы, белая, клееная, с хорошей стойкостью поверхности к выщипыванию, низкой деформацией при увлажнении, машинной гладкости или каландрированная. Предназначена для печатания иллюстрационно-текстовых изданий и изобразительной продукции офсетным способом.
3. Для глубокой печати - чистоцеллюлозная, слабоклееная, высокозольная, обладающая ровной сомкнутой (мелкопористой) поверхностью, каландрированная. Предназначена для печатания иллюстрационно-текстовых изданий и изобразительной продукции.
4. Газетная - низкозольная, неклееная, машинной гладкости, в композиции преобладает древесная масса. Предназначена для печатания газет и приложений к ним, массовых брошюр способами высокой и офсетной печати.
5. Мелованная - с пигментированно-клеевым покровным слоем (мелованным), нанесенным на волокнистую чистоцеллюлозную или содержащую древесную массу бумагу. Предназначена для печатания одно- и многокрасочной изобразительной продукции, различных иллюстрационно-текстовых изданий способами высокой, офсетной и глубокой печати.
6. Обложечная - светопрочная, чистоцеллюлозная или с содержанием до 40% древесной массы, клееная, малозольная бумага с небольшой усадкой и скручиваемостью при одностороннем увлажнении, каландрированная и машинной гладкости. Предназначена для изготовления обложек и склейки переплетных крышек.
7. Форзацная - клееная, среднезольная бумага, чистоцеллюлозная, машинной гладкости или каландрированная, отличается повышенным сопротивлением излому, ограниченной скручиваемостью после одностороннего увлажнения. Предназначена для изготовления форзацев книг.
8. Картографическая - композиция на основе древесной целлюлозы и из хлопкового линта (отхода хлопкового производства), малозольная, клееная, машинной гладкости или каландрированная, прочная в сухом и влажном состоянии, повышенной белизны. Предназначена для печатания гидро-, топо-географических и других карт и атласов офсетным способом.
9. Писчая - белая или цветная, чистоцеллюлозная (с добавлением целлюлозы из хлопкового линта) или содержащая небольшую часть древесной массы, клееная, машинной гладкости или каландрированная. Предназначена для изготовления бланков, унифицированных систем документации, бумажно-беловых изделий, бумаг потребительских форматов, школьных тетрадей и т.п.
10. Документная - на основе льнопеньковых и хлопковых волокон, малозольная, высококлееная, иногда с водяными знаками, долговечная, стойкая к механическим воздействиям. Предназначена для печатания денежных знаков, облигаций, банковских чеков и других документов.
12. Баритованная - белая или подцвеченная красителем толстая бумага с баритовым (из сернокислого бария) покровным слоем, нанесенным на чистоцеллюлозную, малозольную, высококлееную основу повышенной белизны для улучшения качества поверхности. Используется в качестве основы фотобумаги.
13. Ватманская (ватман) - белая чертежная высокосортная ручного отлива на основе механически обработанного тряпья (тряпичной полумассы) с поверхностной проклейкой. Отличается большим сопротивлением к истиранию и шероховатой поверхностью. Предназначена для чертежных работ, выполняемых карандашом, тушью и акварельными красками.
14. Веленевая - белая писчая высокосортная бумага. Используется для рисования миниатюр, пастельной живописи, графических работ, изданий улучшенного типа.
15. Верже - белая или цветная чистоцеллюлозная, высокосортная с водяными знаками в виде близко расположенных узких полос, иногда пересеченных, под прямым углом к машинному направлению, редко расположенными полосами. Предназначена для изготовления подарочных изданий, а также форзацев и суперобложек книг.
16. Эстампная - бумага с ограниченной линейной и остаточной деформацией при увлажнении, предназначенная для печатания художественных гравюр.
17. Этикеточная - малоклееная или клееная, одно- или двусторонней гладкости, односторонне мелованная, с ограниченной поверхностной впитываемостью, линейной деформацией при увлажнении и скручиваемостью при одностороннем смачивании водой. Предназначена для печатания этикеток способами высокой и офсетной печати.
18. Крафт-бумага - особый вид оберточной бумаги на основе очень крепкой, так называемой, крафт-целлюлозы. Отличается высокой механической прочностью. Предназначена для обертки, упаковки.
Свойства бумаги.
Бумага материал созданный человеком. Как и любой другой материал, она имеет определённые свойства. Свойства бумаги зависят от волокнистого состава, природы растительных волокон, характера их обработки, содержания наполнителя, проклейки, а также технологии отлива и отделки, благодаря чему бумагу удается получать с различными свойствами.
Свойства бумаги подразделяются на структурно-механические, оптические, химические, электрические.
Структурно-механические свойства:
Масса (вес) является наиболее распространённым показателем, т. к. большинство бумаг продают по массе 1 м².
Толщина бумаги (мкм) является важным фактором в характеристике многих других видов бумаги и определяет как проходимость бумаги в печатной машине, так и потребительские свойства (в первую очередь прочностные) готового изделия.
Механическая прочность — одно из основных и важных свойств большинства видов бумаги и картона. Стандарты на печатные виды бумаг предусматривают определённые требования механической прочности на разрыв.
Показатель сопротивления бумаги излому — один из существенных показателей, характеризующих механическую прочность бумаги. Он зависит от длины волокон, из которых образована бумага, их прочности, гибкости и сил связи между волокнами. Поэтому наиболее высоким сопротивлением излому отличается бумага, состоящая из длинных, прочных, гибких и прочно связанных между собой волокон.
Показатель качества — сопротивление продавливанию — нельзя отнести к числу основных. Он предусматривает по действующим стандартам для сравнительно ограниченного количества видов бумаги. Важное значение этот показатель имеет для упаковочно-обёрточных видов бумаги.
Влагопрочность, или прочность во влажном состоянии — важный фактор большинства бумаг.
Удлинение бумаги до разрыва, или её растяжимость характеризует способность бумаги растягиваться; особо важно для упаковочной бумаги, мешочной, бумаги и картона для производства штампованных изделий (бумажные стаканы), основы парафинированной бумаги для автоматической завертки конфет (т.н. карамельной бумаги).
Гладкость характеризует состояние поверхности бумаги, обусловленное механической отделкой. Гладкость характеризует внешний вид бумаги; шероховатая бумага, как правило, на вид непривлекательна. Гладкость важна для писчих видов бумаги, для печатных бумаг, а также при склейке бумаги.
Просвет бумаги характеризует степень однородности её структуры, т. е. степень равномерности распределения в ней волокон. О просвете бумаги судят по наблюдению в проходящем свете. Бумага с сильно облачным просветом крайне неоднородна. Её тонкие места являются и наименее прочными. Они оказывают меньшее сопротивление прохождению воды, чернил, печатной краски. Вследствие этого и печать на облачной бумаге оказывается низкого качества из-за неравномерности восприятия бумагой печатной краски.
Оптические свойства бумаги не менее важны, чем структурно-механические. Для некоторых видов бумаги (типа печатные, прозрачные упаковочные, чертёжная, фотографическая, писчие) оптические свойства имеют первостепенное значение. Важными показателями оптических свойств являются: белизна, светонепроницаемость, прозрачность (непрозрачность), лоск и цвет.
Истинная белизна бумаги связана с её яркостью или абсолютной отражательной способностью, т. е. визуальной эффективностью. Белизна базируется на измерении отражения света белыми или почти белыми бумагами с одной длиной волны (ГОСТ предусматривает 457 миллимикрон, т. е. в видимом спектре). Белизна определяется как отношение количеств «упавшего» и распределенно отражённого света (%).
Пожелтение бумаги — это термин, которым условно называют снижение её белизны от воздействия световых лучей или повышенной температуры. От светового разрушения бумага может быть защищена хранением её в помещении без окон или с окнами, покрытыми плотными шторами.
Светонепроницаемость — способность бумаги пропускать лучи света. Свойство непрозрачности бумаги определяется общим количеством пропускаемого света (рассеянного и нерассеянного). Непрозрачность обычно определяется степенью «проникновения» изображения в испытываемый материал, помещённый прямо против рассматриваемого предмета.
Чаще применяется термин непрозрачность бумаги — отношение количества света, отраженного от листа, лежащего на чёрной подложке к свету, отражённому светонепроницаемой стопой этой бумаги.
Прозрачность определённым образом связана с непрозрачностью, но отличается от неё тем, что определяется количеством света, который проходит без рассеивания. Коэффициент прозрачности является лучшей оценкой высокопрозрачных материалов (калек), тогда как измерение непрозрачности более пригодно для относительно непрозрачных бумаг.
Лоск (глянец) является свойством бумаги, выражающим степень лощёности, глянца или способности поверхности отражать изображения.
Химические свойства бумаги в основном определяются видом применяемой древесины, методом и степенью варки и отбелки, а также типом и количеством добавленных неволокнистых компонентов. Эти свойства бумаги имеют важное значение, так как они влияют на её физические, электрические и оптические свойства.
Для некоторых видов бумаги химические свойства имеют такое же важное значение, как и физические, а в некоторых случаях — даже большее значение. Примером может служить антикоррозийная бумага, применяемая для упаковки серебряных и полированных изделий из стали. Эта бумага не должна содержать серы и сульфидов, а также свободных кислот, хлора и крепких щелочей, вызывающих потускнение или травление металлической поверхности. Лучшие сорта антикоррозийной бумаги изготовляют из хорошо очищенного и отбеленного тряпья или из сульфидной целлюлозы, которые несколько раз тщательно промывают для удаления остатков отбеливающих веществ.
Химические свойства имеют большое значение для следующих видов бумаги:
фотографической (для репродукции); безопасной (в отношении подделок); для бумаги, от которой требуется высокая степень неизменяемости, электрической бумаги, предназначаемой для пропитки смолами, и бумаги для упаковки пищевых продуктов. Эти бумаги не должны содержать ядовитых веществ; кислотность и наполнители в бумаге должны соответствовать ее назначению.
Влажность. Соотношение целлюлоза/вода является наиболее важным фактором в химии бумаги. Содержание влаги в бумаге влияет на её вес, прочность, неизменяемость, устойчивость размеров и электрические свойства; оно имеет очень важное значение при каландрировании, печатании, покрытии и пропитке. При испытании бумаги её обычно кондиционируют для того, чтобы создать во время испытании постоянную, предопределенную влажность во время испытаний.
Зольность бумаги зависит в основном от количественного содержания наполнителей в её композиции. Бумага высокой прочности должна иметь низкое содержание золы, так как минеральные вещества уменьшают прочность бумаги. Высокое содержание золы нежелательно в таких видах бумаги, как фотографические, электроизоляционные, фильтровальные. Их нужно знать, чтобы использовать при изготовлении различных изделий. Из опыта с листом бумаги можно понять, какие свойства имеет бумага.
Изготовление бумаги.
Бумагу производят на бумажных фабриках.
Основным сырьем для производства бумаги является древесная целлюлоза. Целлюлозу получают из лесных пород: в основном из ели, сосны и березы, но используют также эвкалипт, тополь, каштан и другие деревья.
На фабрике машины сдирают с них кору, измельчают в щепки.
Самый экономичный способ получения древесной целлюлозы - механический: на деревообрабатывающем предприятии лесоматериалы измельчаются до крошки, которая смешивается с водой. Бумага, изготовленная на основе такой целлюлозы, непрочна и чаще всего идет на производство, например, газет.
Бумагу более высокого качества делают из целлюлозы, полученной химическим способом. Из такой древесной массы изготавливают бумагу для книг, брошюр и модных журналов, а также прочные оберточные материалы.
В этом случае щепки сортируют по размеру на специальных ситах и отправляют в варку. Варят дерево в специальных машинах, куда добавляют кислоту.
Очищенную и разваренную древесину фильтруют и промывают, чтобы очистить от примесей.
К обрабатываемой бумажной массе может быть добавлена макулатура, но лишь после удаления чернил. На этом этапе производства обрабатываемая масса, состоящая из древесных волокон и воды, называется бумажным сырьем.
Затем на специальной перерабатывающей машине меняются форма и структура бумажных волокон. Для этого к бумажному сырью добавляют дополнительные вещества. Например, клеи - их присутствие в писчей бумаге отталкивает влагу. Или смолы - благодаря им, написанное на бумаге чернилами на водной основе, не растекается и легко распознается человеческим глазом. Бумага, используемая для печатания, не требует такого проклеивания, как писчая, потому что печатные краски готовятся не на водной основе и не растекаются.
После этого бумагу окрашивают в смесителе, куда добавляют красители или пигменты, - например, мелко размельченные вещества для мелования. Так, добавки каолина делают бумагу белой и непрозрачной.
Бумажная масса, превращенная в кашицу, попадает в бумагоделательную машину.
Сначала кашица выливается на сетку бумагоделательной машины. Эта сетка натянута на два вала и все время вращается, перенося бумажную кашицу вперед. На сеточном участке начинается образование бумажного полотна, называемое формованием листа. Это происходит благодаря удалению воды из волокнистого материала. По мере продвижения бумажной массы по ленточному конвейеру часть содержащейся в ней воды вытекает через ячеистые отверстия, и бумажные волокна начинают сплетаться друг с другом, образуя так называемую рулонную ленту.
Сырая бумажная лента проходит через целый ряд валиков. Одни валики отжимают воду, другие, обогреваемые изнутри паром, высушивают ее, третьи полируют.
В конце сеточного участка еще сырое бумажное полотно перемещается в секцию прессования, которую также называют "мокрым прессованием". Там бумажное полотно механически обезвоживается и еще больше уплотняется.
Наконец ровная белая лента выходит из машины и наматывается в огромный рулон.
Потом эти рулоны отправляют в типографии или режут на листы.
Так, переходя из машины в машину, дерево превращается в белую и чистую бумагу.
Практической работа: «Делаем бумагу сами».
Нам понадобится: белая писчая бумага, старые газеты, стиральный порошок, клей ПВА, миксер, кусочки разноцветной бумаги, фольги, шерстяных ниток, дуршлаг, миска, хлопчатобумажная ткань, доска, груз, губка.
Вывод.
Исследование показало, что из обычной макулатуры с помощью простых экологических опытов можно сделать полезные различные материалы, например – картон.
Заключение:
Для изготовления 1 тонны бумаги нужно 5,6 м3 древесины. Если учесть, что средний объем одного бревна (дерева) - 0,33 м3, то для производства 1 тонны бумаги требуется 17 деревьев.
А из 1 тонны бумаги можно изготовить порядка 30 тысяч обычных ученических тетрадей.
Каждое второе срубленное дерево на Земле погибает ради изготовления бумаги. 125 миллионов деревьев в год! Стоит ли бумага таких жертв?
Мне очень жалко деревья, которые умирают ради газет и журналов, потому что люди, прочитав их, просто выбрасывают.
Если мы будем использовать вторичное сырьё для изготовления бумаги, то сохранится и расширится в природе зелёный массив. Уменьшатся площади, занятые свалками. Рециркуляция бумаги предотвращает также загрязнение грунтовых вод токсичной типографской краской, остающейся после биологического разложения бумаги на свалках.
Литература.
Снежная зима. Рисуем акварелью и гуашью
Лист Мёбиуса
Стеклянный Человечек
Шелковая горка
Как нарисовать ветку ели?