XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Экобумага
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение.
Использование бумаги в повседневной жизни настолько привычно для нас каждого из нас, что мы порой не замечаем, какое количество тратим понапрасну. Бумага окружает нас повсюду, это книги, школьные учебники и тетради, листы для рисования, наборы для аппликаций, салфетки, бумажные полотенца и платочки, различные коробки и даже подарочные пакеты. А задумывался ли кто-то из нас о том, что для производства всего этого ежегодно вырубаются сотни миллионов деревьев? Хотя леса и относятся к возобновляемым природным ресурсам, для роста дерева необходимо в среднем около 30- 50 лет. Думали ли вы о том, что же будет с лесами через 20, 30, 40 лет? Ведь с каждым годом потребление бумаги все увеличивается, а для производства 1 тонны бумаги вырубают 18-20 деревьев. Сейчас во многих странах мирах, в том числе и России, стала широко применяться вторичная переработки бумаги.
Я решил провести исследование и попробовать получить бумагу в домашних условиях из макулатуры и из опавших листьев деревьев, проверить свойства полученных образцов.
Актуальность моей работы заключается в привлечении внимания моих сверстников к разумному потреблению ресурсов и возможности альтернативного способа получения бумаги в домашних условиях.
Гипотеза: в домашних условиях можно получить бумагу из переработанной макулатуры и листьев деревьев.
Цель работы: создать образцы бумаги в домашних условиях путем переработки макулатуры и опавшей листвы разных видов деревьев, сравнить их свойства.
Задачи:
Узнать об истории происхождения бумаги и способах ее производства.
Изучить альтернативное производство бумаги.
Научиться получать бумагу в домашних условиях из макулатуры и опавших листьев деревьев.
Сравнить свойства полученных образцов бумаги.
Познакомить одноклассников с результатами моего исследования и найти применение полученной бумаге.
Объект исследования: образцы бумаги, полученные в домашних условиях.
Методы исследования: поисковый, аналитический, практический, анкетирование, эксперимент.
Оснащение и оборудование, использованное при создании работы:
макулатура, сухие листья деревьев, деревянные рамки, строительная сетка, клей ПВА, картофельный крахмал, перекись водорода, пищевые красители, емкость с водой.
2. Основная часть.
2.1. Первая бумага.
В ходе исследования я узнал, что датой рождения бумаги ученые считают 105 г н.э., когдасоветник китайского императора Цай Лунь обобщил и усовершенствовал уже имеющиеся способы изготовления бумагосхожих материалов. Ранее в Китае в качестве материалов для письма в основном использовали бамбук, пеньку, шелк.
Цай Луню после многих опытов удалось впервые открыть основной технологический принцип создания бумаги: формирование листового материала осаждением и переплетением на сетке измельченных тонких волокон, разбавленных ранее водой. Он сделал процесс изготовления бумаги более совершенным, когда заменил плоские камни ступкой с пестом, а также применил для отлива листа сетчатую форму. Таким образом стало возможным получать бумагу из различных видов волокнистого сырья. Это положило начало массовому производству бумаги. Она стала более доступной и дешевой в сравнении с предыдущими материалами для письма.
Спустя некоторое время процесс изготовления бумаги усовершенствовали: для повышения прочности начали добавлять клей, крахмал и естественные красители.
В течение нескольких столетий только китайцы владели секретами производства бумаги, они хранили данную технологию в тайне. Бумагу продавали за большие деньги, обменивали на дорогие ткани и металл. Со временем китайская бумага проникла в другие страны.
Изобретение в XV веке книгопечатания способствовало значительному росту производства бумаги.
До XVI века в Московскую Русь бумагу завозили в основном из европейских стран. При царе Иване Грозном в середине XVI века наладили собственное производство.
2.2. Машинный этап производства бумаги.
В 1799 году француз Н. Л. Робер изобрел бумагоделательную машину с механизированным отливом бумаги с помощью непрерывно движущейся сетки. Производительность новой машины достигала 100 килограммов в сутки. Машинный этап производства бумаги начинается в XIX веке.
Первые бумагоделательные машины производили только формование бумажного полотна, а также его прессование, но сушилась бумага все еще на воздухе. В 1823 г. к бумагоделательной машине присоединили сушильную часть. В ее сушильных цилиндрах с целью обогрева их поверхности установили жаровни с углем. Позднее удалось осуществить обогрев цилиндров паром. В 1825 г. под сеткой были установлены отсасывающие ящики, разрежение в которых осуществлялось при помощи вакуум-насоса. В последующие десятилетия многие детали конструкции бумагоделательных машин были в значительной степени усовершенствованы. Благодаря этому уже к середине XIX века бумагоделательные машины превратились сложные агрегаты, которые работали непрерывно и автоматически. От выпуска листовой бумаги теперь можно было перейти к ее производству в рулонах.
В 1846 г. саксонский инженер Фельтер изобрел дефибрер – аппарат для получения механической древесной массы. В 1850-х годах англичанами и французами были открыты натронный и сульфитный методы варки целлюлозы. С середины XIX века в качестве сырья для производства бумаги в основном используется механическая древесная масса, а также химическая древесная целлюлоза хвойных пород.
В XX веке производство бумаги стало крупной высокомеханизированной отраслью промышленности с непрерывной поточной схемой в технологии производства, мощными теплоэлектрическими станциями и сложными химическими цехами по выпуску полуфабрикатов из волокон.
Бумагоделательные машины, созданные с учетом последних достижений научно-технического прогресса – это высокопроизводительные аппараты. На большинстве новых машин осуществляется двухсеточное формование, установлены автоматические системы управления технологическим процессом, которые обеспечивают эффективную работу машины на высоких скоростях.
2.3. Альтернативное сырье для производства бумаги.
Я узнал, что в современных условиях, бумагу можно изготовить не только из древесины. В последние годы мировая бумажная промышленность часто возвращается к истокам и исследует альтернативные волокна. И вот несколько неожиданных материалов, которые уже сегодня используются при производстве бумаги:
1) Старый текстиль – бывшая в употреблении одежда/ветошь.
Несколько лет назад, в 2017 году, итальянская фирма MОО в качестве эксперимента произвела серию визиток из ранее собранных и переработанных старых футболок. Хлопок их этих футболок, дает особую прочность готовой бумаге.
2) Экскременты животных (животный навоз)
В Таиланде компания Poopoopaper производит бумагу из навоза слонов. Производство такой бумаги поставлено на поток. Бумага ни чем не пахнет и внешне ни чем не отличается от обычной. Такой метод может помочь решить серьезную проблему обращения с отходами жизнедеятельности питомцев в сельском хозяйстве и зоопарках.
3) Кожура и косточки овощей и фруктов.
Цедра от цитрусовых (мандарины, лимоны, апельсины), виноградные стебли, косточки вишни, абрикоса, оливок, скорлупа миндального, грецкого ореха. Это всего лишь несколько материалов, которые итальянский бренд Favini использует для изготовления бумаги. Все эти растительные отходы нельзя скармливать животным на фермах или использовать в качестве компоста. Вместо того, чтобы сжигать их, итальянские фермеры теперь могут отправлять ненужное сырье на завод Favini, на котором эти отходы получаю вторую жизнь и после переработки превращаются в листы бумаги.
4) Растения.
В Китае вернулись к истокам и уже больше тысячи лет делают бумагу из бамбука. Бамбуковые деревья (такие как сахарный тростник) и конопля содержат волокна хорошего качества, пригодные для создания бумаги. Сейчас ученые исследуют африканское растение из семейства хлопковых — кенаф (или гибискус коноплевый). Интересно, что полгектара кенафа дает за год такое же количество волокна, как полгектара соснового бора за год! А Кенаф можно вырастить всего за один год, а сосновый бор – 30-50 лет.
5) Водоросли.
Неожиданное открытие было сделано в 1990-х годах в той же Италии, когда в Венеции каналы внезапно заполнились водорослями. Итальянца нашли им применение и установили, что этот «морской мусор» также богат целлюлозой, из которой можно делать качественную бумагу.
6) Кожа.
Еще одна разработка итальянской фирмы Favini — бумага из макулатуры и остатков кожевенного производства. Забавно, ведь когда-то наши предки писали на шкурах животных – таким образом, история сделала круг.
3. Практическая часть.
3.1. Эксперимент по изготовлению бумаги в домашних условиях из макулатуры и опавших листьев.
В ходе работы над исследованием я провел небольшой опрос среди одноклассников. Мне было интересно, что думают ребята о производстве бумаги в домашних условиях. Вот какие результаты у меня получились.
В практической части своего исследования я решил в домашних условиях повторить древнекитайский способ получения бумаги из целлюлозы.Основу бумаги составляют растительные волокна, состоящие из целлюлозы. Целлюлоза — главный конструктивный материал растительного мира. Это означает, что бумагу можно сделать из всего, что содержит растительные волокна: из древесины, коры, жмыха от семечек, травянистых растений.
В первой части своей практической работы я решил сделать бумагу из макулатуры и опавших листьев деревьев.
Осенью я собрал опавшие листья березы, клена, ясеня и вяза. Их я буду использовать для получения бумаги.
Вначале я изготовил рамку с сеткой. Для этого я взял рамку для фотографий, вынул стекло и подложку и с помощью взрослых прикрепил к ней строительную сетку.
Затем я занялся подготовкой макулатуры. Я мелко нарвал листы бумаги, замочил в горячей воде, затем измельчил в блендере до однородной кашицеобразной консистенции. У меня получилась бумажная пульпа (рис. 1,2,3).
Следующим этапом была подготовка листьев. Перед измельчением сухих листьев деревьев необходимо было срезать с них черешки, так как они очень жесткие и их сложно измельчить. Затем я в блендере измельчил сухие листья, добавил немного теплой воды, получилась достаточно однородная масса. Ее я соединил с бумажной пульпой в пропорции 50/50 и тщательно перемешал. Чтобы улучшить свойства бумаги, в смесь добавил столовую ложку крахмала и клей ПВА. Для того чтобы осветлить полученную массу я добавил в нее перекись водорода (рис.4,5,6).
Полученную массу я выложил на сито (рамку с сеткой), разровнял, дал стечь лишней воде, перевернул рамку с пульпой на хлопковую ткань, убирал лишнюю влагу с помощью губки и оставил сушиться (рис.7,8).
Таким образом, я подготовил образцы из макулатуры и четырех типов листьев (рис.9).
Все образцы толще обычной бумаги, они больше похожи на картон, неравномерны по толщине, шероховатые на ощупь. Бумага из листьев хуже сминается и почти не впитывает влагу.
Далее я сравнил свойства бумаги полученной из листьев березы, клена, вяза и ясеня.
Бумага, изготовленная из листьев березы, самая светлая, похожа больше всего по цвету на привычную нам бумагу.
Наиболее эластичная бумага, изготовленная из листьев ясеня.
Самой ломкой оказалась бумага, изготовленная из листьев вяза, у нее получился и самый темный цвет.
На всех образцах достаточно легко писать и рисовать.
3.2. Эксперимент по изготовлению цветной бумаги из макулатуры в домашних условиях.
Во второй части практической работы я подготовил для урока технологии цветную бумагу из макулатуры разных цветов.
Я пользовался такой же технологией, что и в первой части, только в бумажную пульпу я добавлял пищевые красители. Для своего эксперимента я взял зеленый, синий, желтый и коричневый пищевые красители. У меня получились образцы 4 цветов (рис.10,11,12).
На уроке мы сравнили характеристики обычной бумаги и бумаги, полученной из макулатуры.
На ощупь бумага, полученная из макулатуры шершавая, она более толстая и тяжелая, чем обычная бумага. Бумага из макулатуры больше похожа на картон.
Бумага, произведенная мной, хуже мнется. Цвета получились менее яркие, чем у обычной цветной бумаги. Но несмотря, на имеющиеся недостатки эта бумага экологичнее, ее достаточно просто получить в домашних условиях. Все вместе мы создали интересные аппликации из бумаги, полученной из переработанной макулатуры (рис.13,14).
Выводы
Практическая часть моей работы доказала, что бумагу можно изготовить дома, взяв в качестве сырья макулатуру и листья деревьев.
Моя гипотеза подтвердилась, даже в домашних условиях можно получить бумагу достаточно хорошего качества. Она может быть использована на уроках технологии и рисования. Результаты моего исследования подтверждают возможность промышленного производства бумаги из листьев деревьев.
Я считаю, что изготовление бумаги из осенних опавших листьев может частично заменить производство бумаги из древесины и поможет сократить количество вырубаемых деревьев.
Список литературы
Популярная энциклопедия для детей «Всё обо всём» том 1, «Аст», Москва, 1998.
Спарджен Р. Энциклопедия окружающего мира. Экология – М.: Росмен, 1997.
Суматохин С.В., Кучменко В.С. Биология / Экология. – М., 2000г
Иванов С.Н. . технология бумаги ГОСЛЕСБУМИЗДАТ . Москва, Ленинград 1960 г.
Ликум А. Всё обо всём. Популярная энциклопедия для детей. — т. 3 – М.: ТКО АСТ, 1994
Орлова Н.Д. Я познаю мир.- М.: издательство АСТ, 2000
Богданов В.В, С.Н. Попова. Истории обыкновенных вещей. Изд. «Педагогика-Пресс», М., 1992
Приложения
|
Рис.1 Рис.3 Рис.5 Рис.7 Рис.9 Рис.11 Рис.13 |
Рис.2 Рис.4 Рис.6 Рис.8 Рис.10 Рис.12 Рис.14 |