XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Тайна эпоксидной смолы
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Мое знакомство со смолой началось с прогулки в лесу. Как-то раз мы с мамой и папой поехали в лес за грибами. В лесу было много деревьев. Гуляя, я увидела на коре дерева капельки похожие по цвету на мед. Мама рассказала мне, что это натуральная смола дерева. Смола была вязкая и липла к рукам. Мама стала рассказывать, что смолы бывают натуральные и искусственные. Особенно популярные эпоксидные смолы. Мне очень захотелось узнать, какие бывают смолы и для чего они нужны.
Объект исследования: смола.
Предмет исследования: эпоксидная смола.
Цель исследования: изучить свойства эпоксидной смолы, ее влияние на процессы работы с другими предметами.
Задачи исследования:
- изучить литературу по теме исследования;
- узнать, что такое смола и ее виды;
- провести различные опыты с эпоксидной смолой в домашних условиях;
- расширить знания об эпоксидной смоле;
-провести анализ полученных результатов, рассказать одноклассникам о полученных знаниях.
Гипотеза: предположим, что эпоксидная смола по-разному взаимодействует с предметами, она прочная и широко используется человеком.
Методы исследования: эксперимент, наблюдение и сравнение, сопоставление фактов, обработка результатов, обобщение.
Актуальность:
Мы часто не обращаем внимание на химические явления различных природных материалов. Деревья выделяют смолу для того, чтобы себя вылечить. Чудесное явление и повод задуматься, что природа многогранна. В современном мире человек придумал искусственный материал – эпоксидную смолу. Мы используем смолу для изготовления украшений, предметов интерьера, даже для собственного преображения. Мама делает маникюр и использует один из видов смолы – шеллак. В чем же секрет такого многообразия использования? Ответ на этот вопрос мы раскроем в своей работе.
Исследование поможет нам познакомиться с этим химическим явлением. И поможет понять, как ведет себя смола в разных условиях. С проведенным исследованием я познакомила одноклассников. Полученная информация может пригодиться на уроках окружающего мира, при изучении химии в старших классах.
Ожидаемые результаты:
- приобретение навыков исследовательской работы;
- получение знаний об эпоксидной смоле;
- удовлетворенность от общения с родителями, учителем.
ГЛАВА I. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Что такое смола?
Смола – это липкий, твердеющий на воздухе сок хвойных и некоторых других растений. Сосновая смола. Ископаемая смола (янтарь). Синтетическая смола. (Из толкового словаря Ушакова).
Смола – это вещество, которое при соприкосновении с воздухом твердеет, в воде не растворяется. Обычно преобразуется в полимеры.
Полимеры − это материалы, состоящие из одинаковых цепочек молекул. Некоторые из них гнутся и тянутся. Другие твердые и жесткие, как эпоксидная смола.
Из научной литературы мы узнали, что смолы бывают природные и синтетические.
Природные (натуральные) смолы
Канифоль – смола хвойных деревьев, из которой удален скипидар. Эта смола хрупкая, как тонкое стеклышко. Бывает разных цветов от светло-жёлтого до темно-красного и почти черного цвета (Рис.1).
Рис.1 Канифоль
Применяется канифоль для проклейки бумаги и картона, в производстве резин, линолеума, мыла и т.д.
Шеллак – природная смола, которая является процессом жизнедеятельности самок ряда насекомых-червецов, паразитирующими на некоторых тропических и субтропических деревьях в Индии и странах Юго-Восточной Азии (Рис. 2).
Рис. 2 Шеллак
Шеллак используется для изготовления лаков, изоляционных материалов и в фотографии.
Янтарь – окаменевшая ископаемая древесная смола, яркого, золотистого цвета (Рис. 3).
Рис.3 Янтарь с насекомым внутри
Янтарь используют для создания украшений и бижутерии.
Каждый вид смолы обладает своими неповторимыми свойствами. Меня больше заинтересовала эпоксидная смола и ее применение.
Синтетические смолы
Синтетические смолы – это продукт, который производит химическая промышленность. Они представляют собой высокомолекулярные соединения, которые получаются с помощью реакции полимеризации.
К синтетическим смолам относится эпоксидная смола.
1.2 Эпоксидная смола
Эпоксидная смола – это двухкомпонентный полимер, получаемый под воздействием высоких температур, который при смешивании с отвердителем становится прочным.
Мы решили исследовать эпоксидную смолу, узнать о ее свойствах и поработать с ней.
Эпоксидная смола выглядят как жидкость белого или прозрачного цвета, которая при затвердевании образует прочное соединение.
Эпоксидные смолы бывают холодного, комбинированного или горячего отверждения.
При смешении различных эпоксидных смол и отвердителей, образуются составы, обладающие разными свойствами. Одни могут твердыми, прочность которых равна прочности стали. Другие могут быть мягкими, гибкими и по ощущению напоминать резину. В зависимости от состава эпоксидной смеси, отверждение смолы может происходить в большом диапазоне от – 10 до + 200 градусов. Смола делится на два вида отверждения: холодного и горячего, в зависимости от вида отвердителя.
1.3 Характеристика эпоксидной смолы
1. Высокое сцепление с различными материалами: дерево, пластик, кожа и т.д. Позволяет создавать различные предметы не только из самой смолы, но и при комбинировании различных материалов;
2. Хорошая прочность и высокая плотность;
3. Прозрачность материала. Смола выглядит бесцветной, что позволяет создавать смолу любого цвета при использовании красителей;
4. Поглощает воду в минимальных количествах;
5. Выдерживает высокие температуры до +170°С;
6. Различная тягучесть материала: жидкая, средняя, густая;
7. Время отверждения смолы протекает от нескольких часов до нескольких дней;
8. Различная высота заливки – от 0,5 см до 5 см и иногда 7 см. Смолу можно заливать несколькими слоями и получить объемный предмет.
Многообразие характеристик и свойств смолы позволяет создавать различные фигуры и предметы из нее. Заливать смолу различными предметами, а также использовать разные техники нанесения для получения уникального рисунка готового изделия.
1.4. Сфера применения эпоксидной смолы
− Эпоксидная смола применяется в разных отраслях промышленности: электротехнике, автомобильной и авиационной промышленности, машиностроении и кораблестроении. Она используется при изготовлении стеклопластика.
− Смола может использоваться в строительстве. Её используют для покрытия пола, бассейна. Используется в мебельной промышленности.
− Эпоксидную смолу используют в производстве красок и пропиток, которыми покрывают бетон, дерево.
− Прозрачная смола применяется в дизайне и творчестве. При изготовлении столешниц, ювелирных украшений, предметов декора.
1.5 Меры предосторожности
Мы проведем несколько опытов, чтобы убедиться в прочных свойствах эпоксидной смолы, но прежде поговорим о мерах предосторожности и технике безопасности при работе со смолой.
Современные технологии и доступность информации позволяют использовать эпоксидную смолу в творчестве.
Так как эпоксидная смола является химическим продуктом, следует помнить о мерах предосторожности при работе с ней. Здоровье, прежде всего!
Необходимо подходить ответственно к выбору эпоксидной смолы. Отдавать предпочтение более безопасным, менее токсичным и смоле специального назначения.
Строго соблюдать инструкцию, прилагаемую к материалу.
Использовать респиратор или медицинскую маску для защиты дыхательных путей, т.к. смола имеет химический запах.
Надевать очки, фартук и перчатки для защиты от мелких частиц смолы во время работы.
Использовать спирт для удаления остатков смолы, т.к. ее тяжело отмыть.
Обязательно проветривать помещение.
Рабочее место застилать защитной пленкой.
Поддерживать температуру в помещении +18 − +24°С. Температура влияет на затвердевание смолы.
Поддерживать оптимальную влажность помещения. Не должно быть очень сухо или очень влажно, т.к. может сказаться на свойствах полимеризации эпоксидной смолы.
Важно быть осторожным во время работы, защищать глаза и дыхательные пути, особенно при склонности к аллергиям. Эпоксидная смола при попадании на кожу может вызывать раздражение.
ГЛАВА II. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Окружающий мир не перестает нас удивлять. Казалось бы, изначально натуральный продукт – смола был изучен и на его основе создан синтетический материал. Искусственные материалы позволяют использовать меньше природных ресурсов. Таким образом, мы сохраняем природу.
Для того чтобы понять, наглядно убедиться в свойствах смолы, мы с мамой провели несколько опытов.
Для проведения всех опытов мы использовали эпоксидную смолу, отвердитель и пигментную пасту марки EPOXY METHOD, электронные весы, маску, перчатки, пластиковую тару, деревянную палочку, формы для заливки. Рабочее место накрывали пленкой. (Фото 1,2).
Опыт №1. Сцепление эпоксидной смолы и натуральных материалов при изготовлении часов
Цель: проверить сцепление эпоксидной смолы и натуральных материалов, отследив возможные изменения формы и цвета.
Ход работы:
Мы подготовили рабочее место. Взяли необходимые материалы для проведения опыта: эпоксидную смолу и отвердитель, деревянную основу, стрелки часов, красный апельсин (Фото 3).
Эпоксидную смолу и отвердитель взвесили на электронных весах, отмерив, необходимое количество для проведения опыта, смешали. Апельсин разрезали на круги и дольки. Затем разместили их на деревянной основе и залили эпоксидной смолой (Фото 4,5). Время полимеризации смолы составило 4 суток. После застывания к основе прикрепили стрелки часов (Фото 6).
Вывод: сцепление эпоксидной смолы с такими материалами, как деревянная доска и дольки красного апельсина, прошло успешно. Полимеризация завершена на 100%. Апельсины при взаимодействии со смолой изменили цвет и стали потемнее, форма сохранена без деформации. Благодаря эпоксидной смоле и ее тягучим свойствам смогли создать узорную поверхность часов. Через месяц цвет не изменился.
Опыт №2. Взаимодействие эпоксидной смолы и красителя
Цель: понаблюдать взаимодействие эпоксидной смолы и красителя, проследить процесс полимеризации во время изготовления украшения.
Ход работы:
Подготовили рабочее место и материалы для проведения опыта: эпоксидную смолу, отвердитель, пластиковую форму, деревянную палочку, краситель, электронные весы, маску, перчатки, инструкцию к изделию (Фото 7).
Эпоксидную смолу налили в пластиковый стакан для смешения с отвердителем, содержимое тщательно перемешали. Затем добавили краситель и тщательно перемешали до однородной массы (Фото 8,9).
Подготовленную форму разместили на горизонтальной поверхности и медленно залили готовой смесью из эпоксидной смолы (Фото 10). Оставили форму до полного высыхания и полимеризации материала на 24 часа (Фото 11). Через сутки достали изделие из формы и получили готовый брелок синего цвета (Фото 12).
Вывод: эпоксидная смола и краситель хорошо смешались и дали яркий синий цвет.Инструкция по созданию украшения значительно упростила процесс проведения опыта. Мы получили готовое изделие в виде брелока синего цвета. Опыт проведен успешно.
Опыт №3. Заливка живых цветов и продуктов эпоксидной смолой
Цель: понаблюдать взаимодействие живых цветов и продуктов, помещенных в раствор из эпоксидной смолы.
Ход работы:
Мы подготовили рабочее место. Нам понадобилась эпоксидная смола, отвердитель, палочка для перемешивания, электронные весы, формы для заливки, поднос, живые цветы, конфеты драже M&M's, мармелад, сыр-косичка, колбаски, маска, перчатки.
Отмерили необходимое количество эпоксидной смолы и отвердителя на электронных весах для проведения опыта. Подготовили формы для заливки, наполнили формы опытным материалом в виде живых цветов, конфет драже, мармелада, сыра и колбасок. Залили каждую форму раствором из эпоксидной смолы. Затем оставили готовые формы и следили за процессом полимеризации материалов. Время полимеризации эпоксидной смолы с продуктами 2 суток. В итоге получили изделия, законсервированные в эпоксидной смоле.
Вывод: процесс полимеризации эпоксидной смолы прошел по−разному. Драже не изменило свою форму и цвет даже через месяц. Мармелад, колбаски сначала оставались без изменений. Но в течении месяца стали отходить от эпоксидной смолы. Опыт с ними не удался. Живые цветы после заливки поменяли розовый цвет на сиреневый. Потом в течение двух часов стали, как будто засохшие желтого цвета. Смола в некоторых местах даже стала пениться. Эксперимент с драже прошел успешно, с живыми цветами и другими продуктами не удался (Фото 13−18).
Опыт №4. Взаимодействие эпоксидной смолы разных цветов
с декоративными камнями
Цель: проверить создание глубины картины из эпоксидной смолы при помощи цветовых переходов и декоративных камней.
Ход работы:
Подготовили рабочее место. Приготовили эпоксидную смолу, отвердитель, пигментную пасту, пластиковую тару, палочки для перемешивания, электронные весы, деревянную основу, газовую горелку, краски, кисточки, декоративные камни, маску, перчатки.
На деревянную поверхность нанесли разметку нашего рисунка для более точного исполнения задуманной идеи (Фото 19,20). Краской выделили белые зоны на деревянной поверхности (Фото 21). Отмерили необходимое количество эпоксидной смолы и отвердителя на электронных весах для проведения опыта (Фото 22). Тщательно перемешали эпоксидную смолу, отвердитель и добавили пигментную пасту (Фото 23). Затем приступили к заливке эпоксидной смолы по заранее намеченному рисунку (Фото 24). Пузырьки воздуха в некоторых местах мама помогла мне выдуть газовой горелкой, при этом произошло красивое смешение красок. Затем добавили декоративные камни (Фото 25). Получилась объемная, глубокая картина. Время полимеризации эпоксидной смолы составило 5 суток. В итоге получили готовое произведение искусства, уникальное в своем роде, т.к. повторить не получится (Фото 26,27). Картина из эпоксидной смолы получила яркие, насыщенные цвета, ровную и прочную поверхность из эпоксидной смолы.
Вывод: процесс полимеризации эпоксидной смолы прошел успешно. Камни, добавленные в смолу, остались без изменений. Мы получили готовую картину для украшения интерьера. Картина получилась яркой, объемной и уникальной.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе проведенной исследовательской работы, я узнала много интересных фактов, свойств и характеристик, изучаемого материала. Эпоксидная смола широко используется в жизни человека. Мы экспериментальным путем узнали, как эпоксидная смола взаимодействует с разными предметами.
Изучив различные виды смол, и проведя ряд опытов, мы сделали следующие выводы:
Природа уникальна и может создавать готовые изделия без вмешательства человека.
Проведенные опыты показали, что искусственно созданная эпоксидная смола не уступает по своим свойствам натуральной смоле. Эпоксидная смола при достижении определенных условий и соблюдении правил работы образует твердые, крепкие, нелипкие формы готовых изделий. Она сохраняет первоначальный вид дополнительных материалов, кроме некоторых пищевых продуктов и живых цветов. Изделия получаются прочные и красивые.
Скорость полимеризации материала зависит от объема предмета и высоты слоя нанесения смолы.
Я рассказала о своем исследовании одноклассникам. Они узнали об уникальных свойствах смолы, которые мы будем изучать только в старших классах. Опыты проводить интересно. Осталось дождаться обучения на уроках химии.
Наша гипотеза о том, что эпоксидная смола по−разному взаимодействует с предметами, она прочная и широко используется человеком подтвердилась.
Цель, поставленная перед нами – достигнута, задачи исследования решены.
Список используемых источников
Перышкин А.В. Физика. 7 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений/ А.В.Перышкин. – 2-е изд., стереотип. – М: Дрофа, 2013.
Энциклопедический словарь юного физика/ Сост. В.Я.Чуянов. – М: Педагогика, 2012.
Энциклопедический словарь/Под ред. Гл. ред. И.Л.Кнунянц. – М.: Сов.энциклопедия, 1983 г.
Постановление Минтруда РФ от 14.08.2002 № 56 «Об утверждении Межотраслевых правил по охране труда при работе с эпоксидными смолами и материалами на их основе» (Зарегистрировано в Минюсте РФ 30.09.2011 № 3822)
Свободная энциклопедия https://ru.wikipedia.org/
https://fb.ru/article/443563/prirodnaya-smola-vidyi-svoystva-primenenie
https://dic.academic.ru/dic.nsf/ushakov/1031206
http://strport.ru/mebel-i-predmety-interera/epoksidnaya-smola-kharakteristika-i-sfera-primeneniya
Приложение
Материалы для проведения опытов
Фото 1 Фото 2
Опыт №1. Сцепление эпоксидной смолы и натуральных материалов при изготовлении часов
-
Фото 3
Фото 4
Фото 5 Фото 6
Опыт №3. Взаимодействие эпоксидной смолы и красителя
|
Фото 7 |
Фото 8 |
|
Фото 9 |
Фото 10 |
Фото 11 Фото 12
Опыт №4. Заливка живых цветов и продуктов эпоксидной смолой
-
Фото 13
Фото 14
-
Фото 15
Фото 16
-
Фото 17
Фото 18
Опыт №5. Взаимодействие эпоксидной смолы разных цветов
и декоративных камней
Фото 19 Фото 20
Фото 21 Фото 22
Фото 23 Фото 24
Фото 25 Фото 26
Фото 27