XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Бумага из тины
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Без бумаги невозможно помыслить себе нашу жизнь во всех её проявлениях – от великого до смешного. И хотя сейчас бумагу используют в самых разных сферах человеческой жизни, не будем забывать, что главное и изначальное её предназначение – хранить информацию.
Актуальность. Бумага нужна всем. Но потребности человечества в бумаге растут и представьте, сколько деревьев нужно спиливать каждый день в лесах, чтобы обеспечить бумажные фабрики древесиной! Кроме того, в процессе производства бумаги из древесины происходит не только вырубка лесов, но и загрязнение окружающей среды, водоемов, среды обитания человека.
Я узнал, что существуют альтернативные источники сырья для изготовления бумаги, такие как: макулатура, рисовая мука и т.д. Меня заинтересовало изготовление бумаги из тины. Тину я видел в очень большом количестве на водоемах в деревне. Тина как материал для бумаги — отличная вещь. С одной стороны, её обычно много, а с другой стороны она представляет собой волокна почти нужного размера, что облегчает предварительную обработку сырья для изготовления бумаги. Также я заметил, что водоемы от тины очищают, значит я не нанесу вред экосистеме водоема, где тина присутствует в избытке.
Цель: изготовить бумагу в домашних условиях из альтернативного сырья (тины)
Задачи:
1. Изучить историю изготовления бумаги.
2. Выяснить, на какой бумаги писали раньше, а на какой сейчас.
3. Изготовление бумаги в домашних условиях.
4. Изучить способы изготовления бумаги в разные периоды времени.
Методы исследования:
1. Сбор и анализ информации,
2. Постановка эксперимента,
Гипотеза: Бумагу приготовить в домашних условиях из тины можно.
Теоретическая часть
История возникновения бумаги
Предшественники бумаги
Без бумаги невозможно себе представить современный мир. Без нее не было бы газет, журналов, книг. Но до ее изобретения, какие только материалы не пытался приспособить для письма человек в процессе своего длительного исторического культурного развития. Древнейшие люди рисовали пиктограммы (надписи – рисунки) на пальмовых листьях с помощью острой рыбьей косточки, вырезали эти рисунки на костях животных.
Древние китайцы писали свои иероглифы тушью (специальной жидкостью) с помощью кисточки на бамбуковых дощечках и шелковых свитках. Финикийцы тоже писали составом, похожим на тушь, на глиняных черепках. На сырой глине деревянной палочкой выдавливали клинышки жители Междуречья. А в древнем Новгороде в ходу была береста – берёзовая кора, на ней надписи делали с помощью заострённой палочки – «писала».
В разных концах земли искали более удобный материал для письма. Первым специально созданным для письма материалом стал папирус. Изготовление папируса возникло в древнем Египте примерно около 3,5 тысяч лет до нашей эры. Он не только является ближайшим предком бумаги, но и передал ей свое название. На многих языках бумага до сих пор называется папирусом: по-немецки – папир, по-французски – папье, по-английски – пэйпер. Папирус не отличался прочностью: сделанный из него лист нельзя было складывать или перегибать.
Поэтому из него стали делать длинные ленты, которые наматывали на палочку с ручкой. Получались свитки, на которых переписывали книги и документы. Из папирусных свитков создавали целые библиотеки.
Так, библиотека в городе Александрии насчитывала более 500 тыс. свитков
Во 2 веке до нашей эры в Малой Азии в Пергамском царстве в городе Пергаме было организовано производство прекрасного материала для письма, но не из папируса, а из обработанных особым способом кож молодых животных – телят, ягнят, козлов, ослов. По имени города этот материал стал называться пергамент. В отличие от папируса пергамент был значительно прочнее, эластичнее, долговечнее, на нём было легче писать. Так как папирус и пергамент были дорогими материалами, то для кратковременных записей и для обучения письму использовали церы – скреплённые вместе деревянные таблички, покрытые воском. Записи делали стилем - металлической палочкой, один конец которой был заострён, а другой расплющен так, чтобы можно им было загладить надпись.
Изготовление бумаги обычно связывают с именем китайца Цай Луня и относят к 105 году нашей эры. Рецепты изготовления бумажных листов хранились, как большая государственная тайна. В 610 году бумажный секрет был вывезен буддистскими монахами Донхо и Годзо в Корею и Японию.
Полагают, что русское слово бумага происходит от татарского слова "бумуг", что значит хлопок. Впервые широкое ознакомление народа Руси с бумагой произошло в середине 13 века, когда хан Батый для сбора дани произвёл первую всенародную перепись населения Руси на бумаги. Бумага собственного производства появилась на Руси во второй половине XVI века в царствование Ивана Грозного. Начало массового бумажного производства в России было положено Петром I.
Сейчас бумага остаётся одним из самых распространённых канцелярских товаров. Бумага служит не только для письма и печати, она находит самое широкое применение везде.
Где и как используют бумагу?
Различные бумажные предметы мы постоянно носим при себе. В карманах или сумке каждого хранятся документы. Редко кто обходится без записной книжки. В редкой семье теперь не знают таких удобных и практичных вещей, как бумажные скатерти, полотенца, салфетки, одноразовая посуда.
И конечно, всем приходилось иметь дело с бумажными денежными знаками.
На улице бумага предстаёт перед нами театральной афишей, в школьном классе – географической картой. Бумага дала жизнь множеству непохожих, но нужных людям предметов – конверту и марке, билету на самолёт и ученической тетрадке. Если раньше бумага предназначалась главным образом для письма и печатных изданий, то теперь границы её службы раздвинулись. В 1960 г. люди узнали, как выглядит обратная сторона Луны. Космический корабль сфотографировал её и передал изображение на Землю, где оно было воспроизведено на специальной бумаге.
Бумага всё стремительнее завоёвывает различные области техники. Сегодня бумагу делают огнестойкой, противостоящую газам, парам, влаге, кислотам.
Бумага сегодня – верный помощник строителей. Она успешно заменяет дерево, мрамор, железо, камень. В американском штате Небраска построен настоящий бумажный мост длиной 11м, по которому открыто автомобильное движение. В США, вблизи Филадельфии, работает завод по изготовлению жилых бумажно-картонных домов. Стены делают из двухслойного гофрированного картона, а детали оконных рам, дверей, крыш прессуются их бумаги.
Современная мебель тоже имеет отношение к бумаге. Сверкающая поверхность стола, створок шкафа с замысловатым рисунком не что иное, как лист бумаги, запрессованный на древесностружечной плите. Такая мебель прочна, красива и долговечна. В последнее время стало модным облицовывать стены рабочих комнат и служебных кабинетов, прихожих и гостиных панелями из древесно-волокнистых плит. Всё это стало возможным, благодаря бумаге.
Из бумаги шьют одежду, изготовляют бельё. Уже много лет в Швеции вырабатывают одеяла, состоящие из 10-30 слоёв эластичной крепированной бумаги, вложенные в пододеяльник из льняной или хлопчатобумажной ткани. Под таким одеялом не замёрзнешь и в холодной комнате.
Все шире применяется бумага для изготовления посуды. Из нее делают тарелочки, стаканчики, бутылки. Из особых сортов бумаги изготавливают моющиеся обои, самоклеящиеся обои.
В фармацевтической практике часто приходится фильтровать различные растворы. И тут на помощь приходит бумага. Около 400 разных изделий для фармацевтической промышленности изготавливают сегодня из бумаги.
Для всего этого нужно много бумаги и ее выпуск ежегодно стремительно растет, но также стремительно сокращаются и площади лесов на нашей планете. А этого допустить нельзя. Поэтому ученые во всем мире ищут дереву замену, чтобы больше не вырубать лес и не отправлять его на целлюлозно-бумажные комбинаты. Бумагу уже пробуют изготавливать из стекла и камня, синтетических волокон, полимерных пленок, очень важен сбор макулатуры.
Из чего и как делают бумагу?
Важную роль в производстве бумаги играет макулатура. Её применение способствует снижению расхода древесины для производства бумаги, что очень важно с экологической точки зрения. Технологии с использованием бумажных тряпичных отходов позволяют получать бумагу высокого качества, не затрагивая при этом естественных природных источников.
Не смотря на то, что по всему миру хорошо налажено промышленное производство бумаги, с каждым днём растёт интерес к бумаге ручного отлива. В наши дни изделия ручной работы ценятся очень высоко, ведь они хранят тепло человеческих рук и не имеют аналогов. То же можно сказать и о бумаге ручного отлива.
«Рукотворная» бумага не похожа на бумагу машинной выделки, и с точки зрения технических стандартов она хуже: неравномерная по толщине, обычно менее гладкая, подчас слишком хрупкая — такая бумага отнюдь не всегда подойдет для печати. Но бумага ручного изготовления обладает одним неоспоримым достоинством, которое заставляет забыть все ее недостатки, — абсолютной эксклюзивностью, поэтому я решил в домашних условиях провести опыты по изготовлению бумаги и по собственным наблюдениям сделать соответствующие выводы.
Первая бумага, появившаяся в Китае ещё до нашей эры, изготавливалась из шёлка, а уже позднее из растительных волокон. 610 год известен тем, что в Японию прибыл представитель странствующих буддийских монахов Дан-хо, который и раскрыл секрет получения бумаги и туши. Японские монахи не только переняли секреты производства так нужного для всех материала, но и добились его более высокого качества. Созданная японскими изобретателями бумага «ваши» является самой прочной в мире. В этой же стране появилось и искусство создания бумажных фигурок - оригами, предназначенное не только для детей. Затем именно в Японии в VIII веке вслед за бумажными мастерскими появились первые фабрики.
Индийские производители изобрели способ производства бумаги из старого тряпья, которое после смачивания растиралось при помощи мельничных жерновов.
Бумага – одно из важнейших изобретений человечества. Без нее трудно представить себе какую-либо сферу человеческой деятельности. Первыми бумагу начали изготавливать китайцы в 105 г. н. э. Веками совершенствовались технологии ее производства. Сегодня оно представляет собой многоэтапный высокомеханизированный процесс.
Современное производство бумаги
Современное производство бумаги дает возможность получать множество ее разновидностей.
По способу применения различают:
бумагу для печати;
картонную и упаковочную разновидности;
техническую;
санитарно-гигиеническую;
полиграфическую.
Сорта бумаги для полиграфии подразделяют на:
офсетную, она отличается самым высоким качеством;
газетную — содержит волокнистые примеси;
мелованную – со специальным покрытием для глянцевых журналов;
офисную – выделяется устойчивостью к механическим повреждениям;
бумагу для документов – с водяными знаками в качестве защиты;
дизайнерскую – для визиток;
упаковочную;
самокопирующуюся и самоклеющуюся.
Из основных показателей качества бумаги можно выделить:
ее толщину;
пористость поверхности;
степень непрозрачности;
гладкость, особенно для печатных форм;
прочность, она важна для всех видов бумаги.
Основной компонент сырья
Сырьем для изготовления бумаги служит целлюлоза, являющаяся природным полимером из класса углеводов с большой молекулярной массой. Высокая степень полимеризации свидетельствует о длине макромолекул и их механической прочности. Благодаря линейному строению они обладают гибкостью и эластичностью. Переплетаясь между собой, макромолекулы образуют волокнистый материал, набухающий под воздействием воды.
Виды сырья
В качестве сырья для получения волокнистых материалов используют природные материалы — различные виды древесины, а также вторсырье, которое составляют отходы разных производств.
Хвойные деревья. Сосны и ели дают целлюлозу с длинными волокнами, из которой можно получить бумагу с высокой прочностью.
Лиственные породы. Древесина берез и осин обладает более короткими волокнами с меньшей механической прочностью. Их преимуществом является быстрая возобновляемость ресурсов.
Стебли злаковых, однолетних растений. Небольшая длина целлюлозных волокон кукурузы или тростника компенсируется легкой возобновляемостью сырья.
Отходы хлопковых и текстильных производств дают длинные волокна с высокими механическими свойствами.
Макулатуру смешивают с древесиной и другими отходами и используют в производстве определенных сортов бумаги, например, картона. Использование вторичного сырья позволяет уменьшить вырубку лесов. Доля переработанной макулатуры в производстве бумаги постепенно увеличивается.
Синтетические волокна с недавних пор используются в производстве бумаги, что позволит снизить ее себестоимость и сэкономить природные ресурсы.
Производство осуществляется на целлюлозно-бумажных комбинатах. Изготовление бумаги включает несколько этапов.
История возникновения бумажного производства содержит многочисленные интересные факты:
в восьмом веке арабы, победившие китайцев в сражении, переняли у пленных мастеров секреты состава бумаги;
испанские первооткрыватели способствовали распространению бумаги по многим странам мира;
персидским путешественником Насир Хосровом в 11 веке было замечено как используют обёрточную бумагу на базаре;
к концу 12 века началось появление бумажных мастерских в европейских странах;
изготовление бумажной продукции из дерева началось в 19 веке.
Что такое тина ?
Тина – это сине-зеленые нитчатые водоросли. Они начинают активно развиваться, когда достаточно питания и вода хорошо прогревается, то есть, если водоем расположен на открытом солнце. Кроме того, если в воде мало кислорода, тина также расползется по пруду.
В умеренных количествах это очень полезно. Нитевидные водоросли помогают насыщать воду кислородом и кормят практически все виды прудовых животных. Слишком большое количество таких водорослей заблокирует попадание солнечного света и в целом снизит качество воды. Они обычно растут около краев и на дне вашего пруда, а стечением времени поднимаются на поверхность. Во многих местах, в особенности в сибирских реках, тины настолько много, что весной после спада вод она повисает зелеными клочьями на ветвях прибрежных кустов. Эти клочья вне воды под действием солнечных лучей теряют свой зеленый хлорофилл и вместе с ним жизнь, превращаясь в желто-бурые тряпки. Эти высохшие, обесцвеченные водоросли напоминают на ощупь бумагу.
Если тины становится очень много, то это портит не только внешний вид водоема, но и качество жизни его обитателей. От недостатка кислорода, который не может пробиться сквозь толстый слой гниющей нитчатки, рыба может погибнуть. Превентивные меры - лучшее средство в борьбе с тиной. Тина является простейшим растением, которое очень быстро распространяется по поверхности водоема.
В Новосибирске первую опытную бумажную фабрику с производительностью до одной тысячи тонн бумаги в год начали строить в Кудряшовском бору на левом берегу Оби
Неизвестно, что стало с этой фабрикой впоследствии, сколько лет она работала, какую продукцию выпускала, удалось ли напечатать хотя бы один номер газеты «Советская Сибирь» на бумаге из водорослей? Скорее всего, это была первая и, возможно, единственная фабрика в Советском Союзе.
Исследовательская часть
Для изготовления бумаги в домашних условиях мне понадобится тина.
Во многих местах, в особенности в реках, тины настолько много, что весной после спада вод она повисает зелеными клочьями на ветвях прибрежных кустов. Эти клочья вне воды под действием солнечных лучей теряют свой зеленый хлорофилл и вместе с ним — жизнь, превращаясь в желто-бурые тряпки. Эти высохшие, обесцвеченные водоросли напоминают на ощупь бумагу.
Тину можно собрать на берегу водоема или вытащить со дна граблями. Тянуть нужно медленно, чтобы водоросли не обрывались, и тогда удается много вытащить.
В конце лета, отдыхая в деревне, я с дедушкой собрал речную тину.
Высушили ее на солнце.
Н арезал ее ножницами на мелкие кусочки по полсантиметра.
Затем сложить в ступку и, смачивая водой, толочь минут пятнадцать.
Растолченную тину положить в сито и опустить в лоханку с водой. Нужно, чтобы тина равномерно осела на дно сита. Потом сито осторожно выньте из воды, положите в него тряпочку и, слегка надавливая, отожмите массу и переложите на гладкую доску.
Слой тины покройте сверху тряпочкой и прогладьте горячим утюгом до полного высыхания. Так мы получили лист зеленой бумаги.
Можно получить из зеленой тины и совершенно белую бумагу. Для этого растолченную тину кладут в кастрюльку, вливают 10 % раствор хлорной извести и ставят на огонь. Хлорная известь обесцветит тину.
Как только масса закипит, кастрюлю сдвигают' с огня, хорошо размешивают и вливают двухпроцентный раствор серной кислоты. После этого массу промывают водой и, прибавив несколько капель нашатырного спирта, кладут в сито, а дальше делают то же, что и при обработке зеленой тины для получения небеленой бумаги.
Бумага получится совершенно белая, неотличимая от обыкновенной. На ней можно писать чернилами, тушью, карандашом, рисовать красками. Любопытно рассмотреть в лупу и микроскоп водоросль, из которой получилась бумага, и сравнить составные волокна бумаги из тряпок, древесины и тины.
Вам известно из описаний китайского способа изготовления бумаги, что толщина листа зависит от бумажной массы, взболтанной в воде и оставшейся на ситечке.
Можно приготовить таким образом картон или использовать массу как папье-маше для вылепливания стаканов, чашек, моделей, игрушек.
Начиная с XIII века крупные бумагоделательные мастерские стали на каждом листе бумаги ставить свое клеймо в виде рисунка или «водяные знаки», называемые филигранью.
Рисунок делали из тонкой проволоки или вышивали шелком на черпальной сетке. Эту филигрань (водяные знаки) видел каждый на бумажных деньгах или на старинных листах бумаги. Каждая фирма, кроме своего знака, выставляла и год выпуска бумаги. Эти знаки, видные на свет, имеют большое значение при определении подлинности важных исторических документов.
Есть любители, коллекционирующие бумагу с разными водяными знаками. Если кто-нибудь из вас пожелает иметь бумагу собственного изготовления с личным водяным знаком, то может легко ее изготовить.
На дно ситечка прикрепите сделанный из тонкой проволоки какой-либо значок или начальные буквы своего имени и фамилии или, что значительно проще, вышейте их тонкими нитками. У вас получится бумага с «гербом» вашего бумажного производства.
Летом заготовьте побольше тины, высушенной и обесцвеченной на солнце, чтобы в зимнее время дома или в школе со всеми удобствами заняться искусством бумагоделания.
Выводы:
1. В ходе изучения литературы, я узнала, что первые чернила были изобретены еще в глубокой древности.
2. Выяснил что, сырье для изготовления бумаги постоянно изменялось в соответствии с теми природными материалами, которые были доступны на каждой конкретной территории, и совершенствовались с развитием науки и техники. Часть рецептов дошли из древности до наших дней.
3. Узнал, что такое тина и, что раньше в СССР была построена фабрика по производству бумаги из тины.
3. В ходе эксперимента удалось установить, что бумагу можно приготовить в домашних условиях.
Сегодня мы живем во времена огромного информационного прогресса. Но это не значит, что бумажная эра подходит к концу. Бумага по-прежнему является важным элементом в процессе печатания, для многих людей чтение книг остается большим удовольствием, а книга в красивом издании может стать чудесным подарком на любой праздник. А значит, с уверенностью можно сказать, что бумага еще долго будет занимать важное место в нашей жизни.
Заключение
Проведя исследование, я узнал много новой и интересной для себя информации о бумаге. Так же, в ходе исследовательской работы, я подтвердил свою гипотезу о том, что настоящую бумагу можно приготовить самостоятельно в домашних условиях. Только она отличаются от современной цветом, гладкостью, эластичностью.
С каждым годом потребность в бумаге увеличивается, а запасы древесины, из которой её получают - уменьшаются. Поэтому использование альтернативного сырья для получения бумаги – одно из важнейших решений данной проблемы.
Использование тины в качестве альтернативного сырья не только не наносит вред экологии, но и наоборот, способствует очищению водоема от быстроразмножающихся водорослей.
Я надеюсь, что эта работа поможет желающим сами в домашних условиях изготовить бумагу и заставит относиться к ним с большим уважением, потому что бумага имеют длинную историю и играют огромную роль в нашей повседневной жизни.
Литература
Энциклопедия Тайн и загадок. «Загадки и тайны обычных вещей».М., 2001.
https://nauka.club/okruzhayushchiy-mir/gde-i-kogda-poyavilas-bumaga.html
Гроссе Э., Вайсмантель X. Химия для любознательных. Основы химии и занимательные опыты. 2-е русское изд. - Л.: Химия, 1985.
Немировский Е.Л. Путешествие к истокам русского книгопечатания. – М.: Просвещение, 1991. – 224 с.
Русский-сайт.рус/история-книги-2/