XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Наноскотч
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
1.1Обоснование проекта.
В недалеком будущем нанотехнология может стать одной из ведущих отраслей современной науки. Перспективы радужные. Некоторые рассматривают ее как панацею от всех бед, другие грозят бедами при неосторожном ее использовании. Остается только надеяться, что люди разумно распорядятся ее потенциалом и направят ее энергию на благо человечества.
1.2 Актуальность проекта.
Я остановилась на теме «Наноскотч», потому что это материал будущего. Сейчас его стали использовать в разных областях науки и техники. Данная тема может представить интерес, так как касается многих сфер жизни человека, техники, будущего. Поэтому я и решила исследовать данную тему и познакомить всех желающих с результатами моей работы.
1.3 Цель и задачи проекта:
Цель: выявить положительные и отрицательные факторы в применении наноскотча, влияние этих факторов на дальнейшее применение, а также на организм человека.
Задачи:
Изучить историю возникновения нанотехнологии и скотча.
Проанализировать виды и характеристики скотча.
Изучить основные задачи скотча.
Изучить применение скотча в жизни человека.
Разработка улучшения качеств и свойств наноскотча
1.4. Методы, гипотеза.
Методы: сбор информации из разных источников сети Интернет, изготовление различных изделий.
Гипотеза: Мы предположили, что узнав возможности использования скотча, можно создать усовершенствую версию скотча, назвали его наноскотч.
Предмет исследования: скотч и наноскотч.
Практическая значимость исследования: материал данной работы может быть использован на уроках физики, химии и в повседневной жизни человека.
Теоретическая часть
2.1. Что такое наноскотч?
Греческое слово «нанос» переводится «гном», «карлик». От этого слова и произошла приставка «нано» означающая одну миллиардную часть любой меры длины. Нанотехнологии – это новое направление науки и технологии, активно развивающееся в последние десятилетия. Нанотехнологии включают создание и использование материалов, устройств и технических систем, функционирование которых определяется наноструктурой, то есть ее упорядоченными фрагментами размером от 1 до 100 нанометров.
Вообразить такую величину, на много меньшую микроскопической, почти невозможно. Мы привыкли к другим размерам, значительно большим. Их называют макроскопическими.
Мир наночастиц – особый, совершенно отличный от привычного нам большого макромира. При наноразмерах основные, или фундаментальные, химические, физические, электрические, оптические свойства совсем другие, чем при макроразмерах. В подтверждении этого только один пример.
В школе мы изучаем закон Ома, определяющий зависимость между силой электрического тока, его напряжением и сопротивление проводника.. Однако он уже не будет действовать, если сечение провода будет размером в один атом. В обычных условиях электроны могут двигаться по проводу свободно. По нему они должны идти лишь строем, гуськом, то есть совсем не по закону Ома.
Клейкие ленты это, то чем человек пользуется уже несколько десятков лет. И представить сейчас свою обыденную жизнь без данных материалов невозможно.
Наноскотч это улучшенная версия клейкой ленты, как по внешнему виду так и по составу. Наноскотч это та технология, которая увеличивает охват применяемых областей. Она позволит не только увеличить сроки использования, но и улучшить качество выполняемой задачи, например как удерживание влаги.
2.2. История наноскотча
Появившись совсем недавно, нанотехнологии все активней входят в область научных исследований, а из нее – в нашу повседневную жизнь. Разработки ученых все чаще имеют дела с объектами микромира, атомами, молекулами, молекулярными цепочками. Все эти наноэлементы все чаще находят применение в различных областях технологии – от медицины до космических исследований.
Все началось в Американской компании, ныне известная как 3M, приняла на должность техника Ричарда Дрю. Компания занималась производством наждачной бумаги, а также экспериментами по применению целлофана.
Ричард Дрю увидел процесс покраски автомобилей в несколько цветов. Он заметил, что как мастера ни старались, разделительные линии между цветами получались неровными. В следующий раз он принес с собой липкую ленту шириной 5 см. Маляр решил протестировать ленту, но во время покраски обнаружил, что лента коробится. Оказалось, что в целях экономии клей был нанесен лишь по краям ленты.
Только в 1930 г. был разработан и отправлен на тестирование опытный образец ленты. Результаты оказались положительными. Изначально скотч предназначался для запечатывания пищевой упаковки, но американцы придумали много способов применения скотча.
С его помощью заклеивали порванные страницы книг и документов, сломанные игрушки, щели в окнах и даже разбитые яйца! Не последнюю роль в популярности скотча сыграла бедность. Люди начали ремонтировать то, что раньше выбрасывали.
Но в массовое производство его запустили только через несколько лет – в начале тридцатых годов. Это была лента на целлофановой основе с клеевой массой из каучука, масел и смол. Изначально материал использовали для малярных работ, а уже потом он нашел применение в канцелярии и упаковке. Сейчас скотч имеет липкий слой по всей своей ширине, и используется во всём мире, так как очень удобен.
2.3. Виды наноскотчей
Каптоновый скотч представляет собой клейкую ленту, которая выдерживает высокие температуры до 300 градусов и обладает изоляционными свойствами.
Медицинский скотч применяется в больницах для крепления повязок, катетеров и пр. Подходит для людей с чувствительной кожей, пропускает воздух.
Тефлоновая лента. Стеклотканевый материал пропитывается тефлоном. Клейкий слой силиконовый высокотемпературным клеем, высокая сцепливаемость.
Мебельный скотч применяется двусторонний мебельный скотч на вспененной основе. Обеспечивается высокая сцепливаемость, прочность, устойчивость.
Резиновый скотч предусматривает применение как изоляционный и защитный материал. Эластичен, защищает от ржавчины, устойчив к солнечным излучениям.
Термоклеевая лента предназначена для скрепления швов ткани, подклеивания подворотов изделия без швов.
Хирургический скотч стерильный. Применяются при операционном вмешательстве как скрепляющий материал внутренних тканей и сосудов.
Медный скотч получается в процессе прессовки медной руды. Это самая тонкая медная полоса с клеевым слоем, применяющаяся в промышленности.
Полиамидный скотч используется при изолировании, когда предусмотрен высокий нагрев или части устройства, которые повреждаются в ходе ремонта.
Канцелярский скотч - склеивает бумаги, картон, плакаты на стену, применим для упаковки сувениров. Скотч прозрачный, после приклеивания незаметен.
Армированный скотч на прочной тканевой основе, усиленной армированными нитями, стеклонитью применяется при обмотке поверхности труб, проводов.
Алюминиевая лента имеет теплоизоляционные характеристики, стойкость к температурным изменениям, влиянию влажности.
Металлизированные скотчи представляют собой полипропиленовые ленты с напылением алюминия, отражает солнечные излучения.
Двусторонний скотч - Основа двухстороннего сырья тонкая, покрытая с двух сторон клеящим веществом.
2.4.Основные характеристики скотчей
Длина или намотка скотча в рулоне
32 м – для бытовых нужд и мелкого ремонта документов;
66 м – для упаковки небольших посылок;
95 м – для оклейки швов малых и средних;
145 и 175 м – для пломбирования в торговле и грузоперевозках;
990 м – для промышленных нужд и машинной упаковки.
Толщина скотча в микронах
40 мкм – для бытовых и офисных нужд, скрепляет узкие швы;
45 мкм – для промышленных и торговых целей, обладает высокой адгезией;
50 мкм – для складских и транспортировочных задач.
Тип основы
Полипропиленовая. Это прозрачный канцелярский или упаковочный скотч.
Фольгированная. Алюминиевую ленту применяют для ремонта и герметизации.
Вспененная. Хорошо приклеивается к шероховатым и пористым поверхностям.
Тканевая. Для изготовления используют синтетику или хлопчатобумажное сырье.
Бумажная. Обладает повышенной упругостью и может сильно растягиваться.
Разновидности наносимого клея
Каучуковый. Изготавливается на основе каучука, из-за чего больше подвержен действию температурных нагрузок. Составы на основе каучука эластичны — склеенные поверхности можно сгибать, они могут быть криволинейными, и при этом показатели адгезии останутся высокими.
Акриловый. В составе — синтетические полимеры (акрилаты). Характеристики улучшены. Устойчив к разрыву, сдвигу клеевого слоя, к температурным нагрузкам, к действию УФ-лучей. Акриловый клей прозрачен — клеевое соединение выглядит аккуратнее.
Силиконовый клей используется редко — только в случаях, когда важна герметичность и повышенная прочность клеевого соединения. Его цена высока, он сложнее в нанесении, но при этом устойчив к температурным, механическим нагрузкам, действию влаги, агрессивной химии, нагреву, УФ-лучей.
Цвет
классифицировать товары и посылки на складе;
скрыть содержимое пакета от солнечных лучей;
привлечь внимание;
легче обнаружить шов на коробке.
2.5. Области применения наноскотча
В офисе, типографии и дома скотч используют для следующих целей:
декор и декоративная упаковка;
рукоделие (скрапбукинг, аппликация);
ремонт документов и фотографий;
упаковка скотчем;
утепление щелей.
Для ремонта и строительства:
герметизация швов;
защита от тепла и холода;
ремонт изделий из металла, дерева, пластика, ДСП;
нанесение краски.
Творческие люди выбирают малярный скотч для нестандартного применения:
проверка адгезии краски;
создание декоративных панно;
очищение поверхностей от ворса и загрязнений.
2.6. Использование скотча в быту
Избавиться от шерсти домашних животных на вашей одежде.
Если у вас есть домашние животные, то вам знакома эта проблема. Для её решения можно отмотать немного скотча от рулона, приложить клейкой стороной к одежде и резко дёрнуть — все волоски окажутся на скотче. Таким же способом можно избавить ваш свитер от катышков, не повредив при этом ткань.
Достать занозу.
Если заноза сидит не слишком глубоко, то можно использовать скотч для её извлечения. Если же вы сделаете всё правильно, то заноза выйдет довольно легко. Преимущество этого метода в том, что на коже не останется дополнительных повреждений.
Починить кончики шнурков
С течением времени кончики даже самых качественных шнурков приходят в негодность и вдеть их в дырочки становится очень проблематично. Если обмотать истрепавшиеся кончики скотчем, то они и выглядеть будут почти как новые, и вдеть их в дырочки будет легко.
Сделать маникюр.
Сначала покрасьте ногти лаком в один слой и дождитесь, пока он полностью высохнет. Затем нарежьте скотч разными фигурами — квадратами, треугольниками или полосками, затем наклейте скотч на ногти, покройте его лаком другого цвета и аккуратно удалите лишний скотч пинцетом. Результатом будут абстрактные узоры на ногтях.
2.7. Преимущества и недостатки использования скотча
Акриловые ленты
Основные преимущества
Способность склеивать широчайший диапазон материалов
Большое разнообразие механических характеристик
Хорошая стойкость к старению и влиянию факторов окружающей среды
Вспененная основа акриловых лент позволяет амортизировать
Основные недостатки
Меньшая температурная стойкость, по сравнению с силиконом, хотя выпускаются и сверх высокотемпературные акриловые составы
Более длительный период отверждения до полной прочности, чем у каучука, хотя изделием можно пользоваться непосредственно после давления.
Силиконовые ленты
Основные преимущества
Способность приклеиваться к силиконовым материалам
Стойкость к высоким температурам
Относительная стойкость к плесени и грибкам
Основные недостатки
Относительно низкая прочность
Низкая прочность клеевых соединений с несиликоновыми материалами.
Каучуковые скотчи
Основные преимущества
Быстрое склеивание
Хорошая адгезия к материалам с низкой поверхностной энергией
Относительно низкая стоимость
Основные недостатки
Более низкая конечная прочность, по сравнению с акриловыми клеями.
Более низкая стойкость к влиянию факторов окружающей среды
3. Практическая часть
3.1. Тестирование силы натяжения
Для сравнения характеристик взято 5 разных продуктов. Каждый из тестируемых материалов был подвергнут натяжению разных сил естественных способом. При таком тесте можно заметить деформацию материала и клейкого слоя, позволяющая выяснить область применения данных скотчей. И теоретического расчета состава клейкой ленты из более модифицированных компонентов.
3.2. Водонепроницаемость
Не из всех тестируемых образцов, возможно, сделать посуду, из-за этого некоторые из них были нанесены на течь в пластмассовой бутылке. В таких условиях мы контролируем время до первой протечки при одинаковых условиях. По госту скотч должен защитить от пыли и влаги. Попытка изготовления стакана из скотча прошла успешно.
3.3. Разность температур
Скотч может применяться в различных странах где температурный режим отличается. Все тестируемые образцы были помещены на улицу и находились там при температуре -20 и выше в течении 5 дней. И так же 5 образцов были нанесены вблизи нагревающего устройства при температуре +26 и выше в течении 5 дней.
3.4. Сцепка разных поверхностей
Скотч может применяться как для соединений одинаковых поверхностей по составу так и различных. Чтобы доказать это мы поверхности с разным составом сцепили и попытались их рассоединить. Малярный и канцелярский скотч подходит больше для бумажных поверхностей. Плюс наноскотча крепление к любому материалу.
3.5. Экологичность состава
Чтобы доказать экологичность скотча, мы проверили его на растворимость в кислотах. Естественным способом разложение скотча занимает очень много времени. Результат нашего опыта показал что бумажный скотч намного экологичнее и не может конкурировать с остальными.
3.6. Прочность скотча
Так как натяжённость скотча зависит от его состава, то мы предположили, что и прочность должна отличаться. Опытным способом проверили что один слой скотча может выдержать 5 килограмм и более. При нанесении в несколько наложенных друг на друга слоев прочность увеличивается.
Заключение.
В нашей работе приведены только некоторые из методов использования скотча. На самом деле его применение в походе, в быту и при выживании исчисляется сотнями и, наверное, тысячами вариантов. Как всегда, остается только добавить, что наши возможности ограничиваются только нашими знаниями, навыками, смекалкой и уровнем образного мышления. Скотч от первоначального предназначения – применение в быту и на производстве, как клейкой ленты – стал необходимым средством в жизни современных людей, в медицине, промышленности, космосе, и даже в искусстве. По свойствам рассмотренных нами характеристик, можно сделать вывод. Что не только основа скотча играет важную роль, но и состав клея, а также место применения. В результате проведённых экспериментов по сравнению характеристик и проектирования улучшенного вида скотча. Можно выделить, что скотч из гелиевой основы с нанесением клея с двух сторон является более эффективным. Именно в наноскотче возможно регулировать и менять схему нанесения клейкой основы, что мы планируем развивать дальше. На самом деле ее применение в походе, в быту и при выживании исчисляется сотнями и, наверное, тысячами вариантов. Как всегда, остается только добавить, что наши возможности ограничиваются только нашими знаниями, навыками, смекалкой и уровнем образного мышления.
Список использованной литературы:
https://demidov-art.ru/raznoe/skotch-material-na-vse-sluchai-zhizni-proekt-proekt-raznaya-zhizn-skotcha-socialnaya-set-rabotnikov-obrazovaniya.html
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BB%D0%B5%D0%B9%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D1%82%D0%B
https://pikabu.ru/story/280366_8_sentyabrya_den_rozhdeniya_skotcha_6917499
http://kezelese.hu/wp-content/uploads/2012/05/Nailside-blog_04.jpg
http://dc05.arabsh.com/i/01967/m8fxizcx3dvs.jpg
http://www.ukrservice.biz/content/object/s_178.jpg
http://infoterra.net/wp-content/uploads/2013/12/2.jpg
http://www.publy.ru/post/3274
http://www.kulturologia.ru/blogs/070610/12593/
http://www.kulturologia.ru/blogs/020411/14251/
http://www.etoday.ru/2012/04/installyaciya-pautina-iz-skotc.php
http://www.orange-elephant.ru/publications/art/57
http://pssshtt.com/wp-content/gallery/maxzorn/first-night-out.jpg
http://www.westcollection.org/images/mkhaisman2796.jpg