Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение

города Москвы

«Школа № 1430 имени Героя Социалистического Труда Г.В. Кисунько»

СВАО, ул. Новгородская, д. 21А

Исследовательская работа

Необычные состояния обычного вещества

Выполнил:

 Горюнова Мария,
ученица 4 класса

Научный руководитель:

Миронова Инна Александровна,
учитель начальных классов

_______________________

Москва - 2017

Оглавление

АННОТАЦИЯ        3

ВВЕДЕНИЕ        3

1.        ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ        4

2.        ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ        7

2.1.        Материалы и методы        7

2.1.1.        Эксперимент 1: Клейстер        7

2.1.2.        Эксперимент 2: Канцелярский (декстриновый) клей        7

2.1.3.        Эксперимент 3: Клей ПВА (поливинилацетат)        8

2.1.4.        Эксперимент 4: Клей из пенопласта        8

3.        Результаты работы        8

3.1.        Анализ полученных видов клея и промышленных аналогов        9

Выводы:        11

ЗАКЛЮЧЕНИЕ        11

БЛАГОДАРНОСТЬ        12

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:        13

АННОТАЦИЯ

Цель  исследования: изучение такого явления, как клей, в теории и на практике.

Для выполнения данной цели должны быть исследованы следующие задачи:

• Необходимо узнать историю появления клея
• Определить, что лежит в основе склеивания
• Рассмотреть виды классификаций клея
• Изучить теории склеивания
• Получить несколько видов клея самостоятельно
• Определить возможность использования и применения самодельного клея
• Сравнить его свойства с промышленными аналогами
• Определить плюсы и минусы самодельного и промышленного клея

Гипотезы исследования:

• Клей можно сделать своими руками.
• У самодельного клея есть свои преимущества перед промышленным.

Объект исследования: клей.

Методика исследования:

• Анализ специальной литературы по теме
• Работа с источниками в интернете
• Опытная часть
• Анализ и обобщение

ВВЕДЕНИЕ

На уроках технологии, на занятиях в творческих мастерских и просто дома я очень часто пользуюсь такой, казалось бы, обычной вещью, как клей. Клей не кажется нам чем-то фантастическим, он давно вошел в жизнь современного человека. А ведь, если сравнить различные виды клея, можно узнать, что их очень много. Клей широко используется человечеством для самых разных нужд: в строительстве, медицине, домашнем хозяйстве, кораблестроении, автомобильной и космической промышленности и т.д. Мне стало интересно, а какие виды клея существуют, кроме хорошо знакомых мне клея-карандаша и ПВА? Чем они различаются? Можно ли сделать клей в домашних условиях своими руками? Будет он лучше или хуже промышленного? Содержание работы. История получения клея. Определение адгезии. Многообразие видов классификации клея. Принцип работы и теории склеивания. Опытно-экспериментальная работа: клейстер из муки, канцелярский (декстриновый) клей, ПВА, клей из пенопласта. Сравнение с промышленными аналогами.

Вывод: опытно-практическая работа позволила нам сформулировать выводы, одним из которых является  следующий:    изготовление некоторых видов клея в домашних условиях возможно, актуально.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Считается, что еще в каменном веке неандертальцы применяли клей при изготовлении орудий труда – они догадались обжечь дерево огнем и получить липкую смолу, которая и помогала им скреплять предметы между собой.

В Древнем Египте придумали использовать клеящие свойства пчелиного воска и добывать скрепляющие вещества из костей, сухожилий, кож, хрящей, отваривая их. Подобным открытием древних египтян многие хозяйки пользуются и сегодня, когда готовят холодец.

Особый вклад в развитие клея внесли древние римляне, открыв для себя клеящие способности яйца, особенно, в сочетании с молоком, зерном и даже кровью. Этот состав стал отличным строительным материалом, предшественником сегодняшнего цемента.

Первое промышленное производство клея из растений было налажено в 1690 г. в Нидерландах. До этого, в качестве основы, в основном, использовался рыбий жир. Вообще, до начала XX века клеящиеся вещества добывались именно из натуральных продуктов (каучук, молочный белок, костный клей, клей из крахмала и т.д.)

А вот стремительная разработка в начале XX века синтетических пластмасс ускорило развитие клея. Причем новые виды синтетического клея разрабатываются и в наши дни.

Понимая природу возникновения этого продукты, мы можем вывести упрощенное определение, что такое клей? Итак, клей – это вещество или смесь веществ, способные соединять (склеивать) различные материалы, такие как древесина, кожа, бумага, ткань, стекло, металл, резину и т.д. Склеивание обусловлено образованием прочной адгезионной связи между прослойкой клея и материалами соединяемых поверхностей.

В процессе изучения клея, я обратила внимание, что существует очень большое разнообразие классификации клея: по типу склеивания, по термическим свойствам, по отношению к воде, по содержанию воды, по внешнему виду и многие другие. Мне хотелось бы остановиться подробнее на 3 классификациях: по химическому составу, по физическому состоянию и по бытовому применению, назначению.

Итак, по химическому составу клей делится на природный, синтетический и искусственный. К природному (или натуральному) виду клея относятся клеи на животной, растительной и минеральной основе, такие как казеиновый, костный, и т.д. В основе синтетического клея лежат синтетические мономеры и полимеры, а также их смеси. К такому виду относятся акриловые, виниловые, силиконовые клеи и т.д. Примером искусственного клея является целлюлозный клей, полученный на основе химически модифицированного природного сырья (нитроцеллюлозы).

По физическому состоянию клей делят на жидкий и твердый. Жидкий клей представлен в виде эмульсий, растворов, суспензий и т.д. В твердом же состоянии он представляет собой пленку, порошок, гранулы и т.д. Как правило, при работе с твердым видом клея необходимо применение повышенной температуры или просто нагрева – они либо используются в виде расплава, либо наносятся на нагретую поверхность.

Существует огромное поле для применения клея, но нам ближе все-таки его бытовое назначение, поэтому рассмотрим подробнее классификацию клея именно по бытовому назначению. Мы пользуемся универсальными, хозяйственными, канцелярскими клеями, клеями специального назначения и т.д., среди которых строительные, бумажные, пищевые и т.д.

Продолжая изучать клей, мы уже пытаемя разобраться, как он работает! Как правило, мы используем слово «клей» для обозначения адгезивных веществ — это вещества, соединяющие различные поверхности в неразъемное целое.

Существует несколько теорий склеивания:

• Согласно механической теории, клей проникает в поры материалов и, удерживаясь в них, обеспечивает склеивание – представьте себе репейник на джинсах или липучку;
• По теории межмолекулярного сцепления, молекулы клея притягивают молекулы двух поверхностей;
• В основе химической теории лежит именно химическое взаимодействие клея и поверхности.

При этом, часть ученых полагает, что при склеивании оказывают роль все описанные факторы.

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1. Материалы и методы

Перейдем к практической части и попробуем сделать клей своими руками.

1. Эксперимент 1: Клейстер

Начнем с самого простого варианта, который еще наши прабабушки использовали для заклеивания окон и приклеивания обоев. Речь о клейстере из муки. Добавим 3 ст.л. муки в 500 мл кипящей воды. Помешивая, доводим до кипения. Остужаем. Получившийся клейстер имеет сероватый цвет и густую консистенцию сметаны и отлично соединяет бумагу и картон. После высыхания следов не остается. Можно использовать для творчества (скрапбукинг, декупаж, аппликации, текстильные поделки и т.д.) и для ремонта дома (клеить обои, например). Лучше использовать теплым сразу после приготовления. Долго не хранится.

2. Эксперимент 2: Канцелярский (декстриновый) клей

Варим второй вид клея – канцелярский клей из декстрина. Декстрин – полисахарид, производное крахмала. Для его получения 3 ст.л. картофельного крахмала нагреваем в духовой печи при t=200° в течение 1,5-2 ч - крахмал становится коричневым при нагревании. В остывший декстрин добавляем около 10 стол.л. воды и доводим до кипения до полного растворения порошка. В конце добавляем 1 ст.л. глицерина. Остужаем. Получившийся клей выглядит как жженая карамель, похоже пахнет. Он имеет очень густую вязкую консистенцию, напоминающую смолу дерева. Отлично соединяет бумагу, картон. После высыхания следов не остается. Можно применять для переплетных работ. Если хранить декстриновый клей правильно (в прохладном месте, в плотно закрытой стеклянной посуде – чтобы избежать его заплесневения), его срок годности может достигать нескольких месяцев. Боится мороза.

3. Эксперимент 3: Клей ПВА (поливинилацетат)

Пробуем сварить клей ПВА (поливинилацетат). Для этого 5 г пищевого желатина замачиваем в 1 стакане воде на 1 ч. Разбухший желатин смешиваем с со 100 г муки и 1 л дистиллированной воды. Доводим до кипения, помешивая. Лучше всего это делать на водной бане, чтобы избежать подгорания. Не кипятим. В получившуюся смесь добавляем около 4 г глицерина и 20 мл спирта. Перемешать. Остудить. Получаем клейкую густую смесь с консистенцией сметаны, имеет нерезкий запах, серый цвет. Прекрасно клеит бумагу, картон, пористые деревянные поверхности. Можно использовать для поклейки обоев на деревянную или бумажную поверхность, в творчестве (техника папье-маше, например) и т.д. Имеет короткий срок хранения. В использовании морозоустойчив, но в жидком состоянии морозов не любит.

4. Эксперимент 4: Клей из пенопласта

Сделаем полимерный клей из пенопласта – он делается очень просто и быстро: в небольшом количестве ацетона или любого другого растворителя мгновенно растворяется большое количество пенопласта, нарезанного небольшими кусочками. Чем больше пенопласта, тем гуще клей. Клей почти прозрачный, тягучий, имеет очень резкий неприятный запах ацетона. Долго хранится. Устойчив к морозам и достаточно устойчив к воде. При нанесении на поверхность превращается в подобие пленки. Быстро и крепко склеил пористую деревянную поверхность (пробку), гладкую пластмассовую поверхность, стекло. Отлично подходит для ремонтных и строительных работ, если нужно починить кровлю или прикрепить карниз. Склеит разбитую стеклянную посуду.

3. Результаты работы

Результатом работы стало изготовление четырех видов клея в домашних условиях, их сравнение с промышленными аналогами.

2. Анализ полученных видов клея и промышленных аналогов

Сравним полученные 4 вида клея с их промышленными аналогами, чтобы определить преимущества и недостатки.

Что касается клейстера из муки, то мне не удалось найти аналога заводского производства. Видимо, причина именно в муке и очень небольшом сроке годности. Это самый большой недостаток клейстера – он не хранится больше суток и годен для использования сразу после приготовления. Главный плюс такого вида клея – скорость и простота его приготовления и низкая себестоимость из-за небольшого количества доступных продуктов.

Декстриновый канцелярский клей можно сравнить с магазинным клеем для обоев, произведенным на основе модифицированного крахмала. В зависимости от добавок он предназначается для разных видов обоев или может быть универсальным, т.е. подходить для всех видов обоев. Недостатком самодельного клея может считаться его сравнительно долгий процесс приготовления, если нет готового декстрина. Из-за густой структуры готовый клей имеет большой расход. Зато он может долго храниться при соблюдении необходимых предосторожностей и очень недорого стоит. Что касается промышленного клея для обоев, то он представлен в виде порошка, требующего добавления воды для использования. В виде порошка он может долго храниться (до нескольких лет) в сухом месте, но важно отметить, что его цена получается дороже сделанного своими руками.

Клей ПВА в магазине представлен различными вариациями (универсальный, влагостойкий, суперклей, клей-момент ПВА столярный и т.д.). Особенность этого вида – его способность усиливать адгезию других строительных растворов при смешивании с ним. Недостатки самодельного ПВА, в первую очередь, заключаются в большом количестве ингредиентов, которые требуются для его приготовления, следовательно, и в сложности этого процесса. Кроме того, важный минус – это очень короткий срок хранения этого клея, в отличие от заводского аналога. Магазинный ПВА и хранится в течение нескольких лет, и имеет более широкий диапазон для использования. Единственный плюс ПВА, сделанного своими руками, это его себестоимость – она ниже промышленного.

Явные преимущества клея из пенопласта, сделанного своими руками – это очень быстрое и простое его приготовление, которое действительно поможет сэкономить время и деньги, особенно, если этот вид клея нужен срочно во время ремонта или строительства, например. Для сравнения с самодельным брался магазинный аналог клея для плинтусов. По сути, особой разницы с тем, что мы сделали сами, не нашлось. А по цене он вышел дороже

Выводы:

В процессе исследования были выполнены следующие задачи:

• Получено представление об истории появления клея в жизни человека
• Определен принцип работы клея
• Изучены теории склеивания
• Рассмотрены виды классификаций
• Изготовлено 4 вида клея самостоятельно
• Определены основные возможности использования полученного самодельного клея
• Проведено сравнение полученного клея с его промышленными аналогами
• Выведены основные преимущества и недостатки самодельного и промышленного клея

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведя все эти опыты и исследования, я поняла, что существует огромное количество клеев самых разных видов, которые используются для самых разных целей. Существуют клеи для ремонта автомобилей, для скрепления металлических деталей, рельсов или даже краев операционных ран. Ассортимент и возможности для использования таких веществ огромен. При этом, наука все больше продвигается вперед, изучая и усовершенствуя свои разработки.

Выдвинутые гипотезы подтверждены:

• каждый из нас, проявив смекалку и терпение, может изготовить некоторые виды клея в домашних условиях для домашних нужд.
• промышленный клей отличается долгим сроком хранения, расширенной возможностью использования, большим выбором, однако клей, сделанный своими руками, помогает сэкономить время и деньги и быть уверенным в результате!

Конечно, мне еще есть куда стремиться в изучении такого интересного явления, как клей. В планах попытка сделать универсальный клей и довести до совершенства ПВА, увеличив его срок хранения и диапазон использования.

БЛАГОДАРНОСТЬ

15 декабря 2017 года   в ГБОУ Школа №1430 я стала участницей XI Ежегодной Ярмарки  творческих образовательных продуктов обучающихся и дошкольников «Я познаю мир» в формате «урок-проект», школьного этапа Московского городского конкурса проектных и исследовательских работ, в рамках реализации программы Федеральной экспериментальной площадки ФГБНУ ИСРО РАО «Развитие проектной и учебно-исследовательской деятельности обучающихся в условиях современной информационной среды». Хочу выразить слова благодарности за интерес к проделанной мной исследовательской работе.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Клей [Электронный ресурс] Википедия https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BB%D0%B5%D0%B9
2. Клей. Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: в 86 т. (82 т. и 4 доп.). [Электронный ресурс] https://ru.wikisource.org/wiki/%D0%AD%D0%A1%D0%91%D0%95/%D0%9A%D0%BB%D0%B5%D0%B9
3. Как сделать клей своими руками? Способы сделать клей самому [Электронный ресурс] http://domsdelat.ru/poleznie-soveti/kak-sdelat-klej-svoimi-rukami-sposoby-sdelat-klej-samomu.html
4. Как сделать клей в домашних условиях? [Электронный ресурс] КТОЧТОГДЕ Познавательный журнал http://kto-chto-gde.ru/kak-sdelat-klej-v-domashnix-usloviyax/