XIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Изучение использование вторичного сырья для получения бумаги в домашних условиях
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Актуальность работы
Мы не можем представить свою жизнь без бумажных изделий. Бумага один из самых распространенных материалов. Несмотря на развитие цифровых
технологий, за последние 20 лет мы стали потреблять на 26% бумаги больше. В каждом доме скапливается огромное количество использованной бумаги, от которой хочется избавиться. В школе то же, остается много черновиков, тетрадей и ненужных использованных листков, которые просто выбрасываются. Бумажный мусор составляет 40% отходов, образующихся в результате жизнедеятельности человека. На одного среднестатистического горожанина ежегодно приходится около 200 килограммов бумажных отходов [3]. В основном, они вывозятся на свалки. Всем известен тот факт, что производство бумаги начинается с заготовки древесины, а это наши бескрайние леса. Каждый год для ее производства в мире вырубают более 100 миллионов деревьев — это примерно 20 га леса в минуту. Остаётся все меньше и меньше зеленого массива, а, значит, наносится большой вред окружающей нас природе. Мы можем внести свой вклад в спасение деревьев, для этого необходимо собирать и сдавать макулатуру. Утилизация макулатуры позволяет решить несколько задач одновременно. Среди наиболее важных: сокращение объемов леса на вырубке, благодаря чему сохраняются природные ресурсы, и уменьшается площадь свалок. Использование вторичного сырья для получения бумаги – одно из важнейших решений данной проблемы. Поэтому данная тема актуальна.
Цель: изучить процесс изготовления бумаги из бумажных отходов.
Создать бумагу в домашних условиях путём переработки старой бумаги в новую, найти применение бумаги, изготовленной из вторичного сырья.
Задачи: 1. Познакомиться с историей появления бумаги. 2. Изучить способы получения бумаги из древесины. 3. Провести теоретический анализ литературы и интернет источников по теме производства бумаги в домашних условиях.
4. Изготовить бумагу самостоятельно из вторичного сырья. 5. Найти способы использования полученной бумаги для творческой деятельности.
Объект исследования: процесс изготовления бумаги из бумажных отходов.
Предмет исследования: свойства бумаги полученной в процессе переработки вторсырья (макулатуры).
Гипотеза: можно предположить, что если изучить возможные методы переработки макулатуры в домашних условиях, то можно подарить вторую жизнь бумаге и тем самым уменьшить количество отходов. Если эту технологию будут применять широко, то удастся значительно сократить вырубку лесов.
Значимость и прикладная ценность работы состоит в том, чтобы расширить знания об использовании макулатуры и научиться бережно, относиться к природным ресурсам. В ходе данной работы я не только познакомилась с процессом получения бумаги из древесины и макулатуры, но и самостоятельно изготовила бумагу из вторичного сырья. Из полученной бумаги были сделаны поделки. Таким образом, было наглядно продемонстрировано практическое применение переработанной бумаги.
Основные этапы работы:
На первом этапе для изучения истории и способов получения бумаги в промышленном производстве, а также использования макулатуры для получения бумаги в домашних условиях был использован, изучен и проанализирован теоретический материал по теме исследования.
На втором (практическом) этапе был проведен эксперимент по получению бумаги из бумажных отходов в домашних условиях, а так же экспериментальным путем найдены способы использования полученной бумаги для творческой деятельности.
Методы исследования: 1. Сбор информации: изучение теоретического материала . 2. Обобщение и анализ полученной информации. 3.Практические методы (сбор макулатуры, проведение эксперимента по изготовлению бумаги из макулатуры, сопоставление).
Глава 1. История появления и способы получения бумаги.
Для работы была использована научная и познавательная литература, электронные ресурсы по данной теме: большая энциклопедия школьника OXFORD издание на русском языке ЗАО»Росмэн пресс», 2006 стр.63; «Изготовление бумаги своими рукам» -https://www.vseobumage.ru/1533/izgotovlenie-bumagi-doma/; «Загрязнение окружающей среды бумажными отходами»- https://hozuyut.ru/otxody/zagryaznenie-okruzhayushhej-sredy-bumazhnymi-otxodami-2.html
Степень разработки проблемы.
Данной проблеме уделяется много внимания со стороны ученых и экологов. На сегодняшний день проблема сортировки и переработки вторсырья, в том числе и макулатуры, стоит на первом месте. В связи с этим в школах и среди населения проводятся мероприятия и акции по сбору макулатуры. В рамках акции молодёжь узнает о переработке вторичного сырья, реформе в сфере обращения с отходами и знакомится с экопривычками, а взрослая аудитория вспомнит добрую традицию сдачи макулатуры. С 20 мая по 11 июня проходила Всероссийская народная акция по сбору макулатуры «Миллион — Родине!», в данной акции принимала участие и наша школа. Акция которая является преемником советской традиции по сдаче вторсырья. Всесоюзные соревнования пионерских и комсомольских организаций школ по сбору и сдаче государству макулатуры под девизом «Миллион — Родине!» проходили в СССР в 1970-1980-х гг. [6].
-
-
История появления бумаги.
-
В таком виде, как мы ее привыкли видеть, бумага появилась далеко не сразу. Отсчитывать историю возникновения бумаги, скорее всего, можно с изготовления папируса. Папирус начали изготавливать в Древнем Египте около 3,5 тысяч лет назад[5].Другим материалом, используемым для письма, был изобретенный во II-м веке пергамент, названный в честь города Пергама, где его начали производить. Изготовление пергамента было сложным процессом, а материалом для его изготовления служили кожи молодых домашних животных. Стоил пергамент невероятно дорого. Но все это были предшественники настоящей бумаги, изобретенной в Китае в 105 году нашей эры[5]. Эту дату принято считать датой изобретения бумаги. Китаец Цай Лунь предложил технологию производства бумаги из отдельных волокон путём их обезвоживания на сетке. Бумагу изготавливали практически из любого растительного сырья, придавали нужный размер и толщину, а для более длительного хранения пропитывали специальными веществами[5]. От китайцев технологию производства бумаги переняли арабы, победившие китайцев в сражении 751 года. Однако нельзя не признать большого вклада арабов в усовершенствование технологии производства бумаги и в улучшении её качества[5].В Европе история развития бумаги заняла еще больше времени. Впервые бумагу в Европе начали выпускать в Испании, и достигли в этом процесс большого совершенства. Бумага, произведенная в Испании, была столь превосходного качества, что ее охотно приобретали во многих странах. Дальнейшая история развития бумаги и бумажного производства развивалась преимущественно в Европе. В 1154 году бумага появилась в Италии, потом в Венгрии, Англии, в 1656 году в России, затем в Голландии и Швеции [5]. В Древней Руси для письма использовали бересту - внешнюю часть березовой коры. Бумага собственного производства появилась во времена царствования Ивана Грозного - во второй половине XVI века. Массовое бумажное производство бумаги в России началось по приказу Петра I. В 1721 году был издан указ, согласно которому в официальном делопроизводстве разрешалось использовать только отечественную бумагу[5]. Для производства бумаги использовали всякое ненужное тряпье, веревки. Производство бумаги продолжало совершенствоваться и в последствии. В настоящее время это высокопроизводительный, полностью автоматизированный процесс[5].
1.2. Способы получения бумаги из древесины
Бумагу производят на бумажных фабриках. Основным сырьем для производства бумаги является древесная целлюлоза. Целлюлозу получают из лесных пород: в основном из ели, сосны и березы, но используют также эвкалипт, тополь, каштан и другие деревья[1].Ежегодно для производства бумаги на планете вырубают миллионы деревьев, большую часть которых выращивают специально для этого. Первый этап производства бумаги – получение целлюлозы из древесины. Древесину можно измельчать на станках или растворять химикатами, чтобы получить из нее волокнистую массу[1]. Эту массу укладывают в лоток, добавляют воду и отбеливают. Затем на специальной перерабатывающей машине меняются форма и структура бумажных волокон. Для этого к бумажному сырью добавляют дополнительные вещества[1]. Например, клеи - их присутствие в писчей бумаге отталкивает влагу. Или смолы - благодаря им, написанное на бумаге чернилами на водной основе, не растекается и легко распознается человеческим глазом. После этого бумагу окрашивают в смесителе, куда добавляют красители или пигменты, - например, мелко размельченные вещества для мелования [1].Так, добавки каолина делают бумагу белой и непрозрачной. Бумажная масса, превращенная в кашицу, попадает в бумагоделательную машину. Сначала кашица выливается на сетку бумагоделательной машины. Эта сетка натянута на два вала и все время вращается, перенося бумажную кашицу вперед[1]. На сеточном участке начинается образование бумажного полотна, называемое формованием листа. Это происходит благодаря удалению воды из волокнистого материала[1]. По мере продвижения бумажной массы по ленточному конвейеру часть содержащейся в ней воды вытекает через ячеистые отверстия, и бумажные волокна начинают сплетаться друг с другом, образуя так называемую рулонную ленту. Сырая бумажная лента проходит через целый ряд валиков[1]. Одни валики отжимают воду, другие, обогреваемые изнутри паром, высушивают ее, третьи полируют. Наконец ровная белая лента выходит из машины и наматывается в огромный рулон. Потом эти рулоны отправляют в типографии или режут на листы. Так, переходя из машины в машину, дерево превращается в белую и чистую бумагу [1].
1.3. Влияние производства бумаги на экологию.
Первичное производство бумаги — процесс очень затратный как в энергетическом плане, так и в плане использования природных ресурсов[3]. Для того чтобы произвести одну тонну бумаги, необходимо: вырубить порядка 20–25 деревьев; потратить тысячу киловатт электроэнергии; потратить 20 тысяч литров воды [3]. Производство бумаги из натуральной древесины крайне негативно воздействует на окружающую среду. Данный сектор промышленности считается третьим по уровню загрязнения атмосферы, воды и грунта. Масштабная вырубка лесов влечет за собой климатические изменения, снижение разнообразия видов растений и другие негативные последствия[3]. Производство бумаги загрязняет реки. После всех стадий обработки в воде остается примесь вредных веществ, которые опасны для рыб и диких животных [7].
Таким образом, напрашивается вывод, чтобы снизить негативное воздействие производства бумаги на окружающую среду, надо собирать и перерабатывать макулатуру. В первую очередь переработка макулатуры позволяет решить проблему утилизации отходов, что само по себе окажет положительное влияние на состояние окружающей среды[3]. Получение бумаги из вторсырья помогает сократить объемы вырубки лесных насаждений, наполняющих атмосферу кислородом и внести полезный вклад в улучшение экологии окружающей среды[3].
Преимущества производства бумаги из вторичного сырья[3]: сокращение масштабов вырубки лесов (сохранение 1–2 тонн натурального дерева (в зависимости от типа и качества бумаги). Таким образом, можно сохранить жизнь как минимум 17 растениям. Значительное уменьшение потребления пресной воды в сравнении с производством целлюлозы из первичного сырья. Минимизация объемов стоков, направляемых на очистку. Снижение объема потребляемой электроэнергии[3].
Вывод: таким образом, путь изобретения и совершенствования бумаги очень сложен и трудоемок и приводит к большому потреблению природных ресурсов, основной из них – древесина и загрязнению окружающей среды, в связи с чем, необходимо развивать вторичную переработку бумаги для сохранения наших лесов и улучшения экологии.
Глава 2. Производство бумаги в домашних условиях.
Производство бумаги в домашних условиях процесс не трудоемкий и посилен каждому. Самая трудоемкая часть – это резка бумаги, так как её требуется большое количество. Для начала необходимо собрать огромное количество макулатуры, но не всякая использованная бумага подходит для переработки. Не подходит металлизированная, ламинированная, жирная бумага и упаковка, чеки, грязные салфетки, карты, пергаментная бумага. Тетра-паки тоже не подходят для домашней переработки.[4]. Текстура и цвет старой бумаги, которую мы используем повторно, напрямую влияют на качество "готовой" переработанной бумаги. Можно использовать бумагу для принтера, газету, бумагу для ксерокса, оберточную бумагу, коричневую бумагу, линованную бумагу и даже старые конверты[4]. В процессе замачивания и сушки бумага будет сжиматься, поэтому нужно гораздо больше макулатуры, чем то количество переработанной бумаги, которую мы хотим создать. Можно при переработки использовать добавки например[4]: белый винный уксус или перекись водорода для обесцвечивания некоторых включений, содержащихся в бумаге (это не обязательно); красители. Может быть использован пищевой краситель или пигменты, в том числе в виде водорастворимых гуашевых красок.
Я использовала гуашевые краски. Смешивать цвета следует осторожно. Можно легко получить некрасивый грязно-коричневый цвет. Цвет бумаги будет зависеть от цвета исходной бкмаги и соотношения цветных составляющих композиции[4]. В продолжении придания бумаге декоративности можно попробовать использование мелких кусочков цветной бумаги, отрезков нитей или окрашенных волокон, блёсток, минеральных пигментов. Многие включения лучше вводить в уже приготовленную волокнистую массу, которая не будет подвергаться интенсивному механическому воздействию. Растительные добавки: семене, лепестки цветов, травинки, опилки. Такие добавки позволяют получить интересные эффекты для декоративной бумаги, предназначенной для праздничной упаковки, поздравлений и т. Д [4].
2.1 Этапы приготовления бумаги.
Для достижения цели моей работы и проверки гипотезы я решила попробовать изготовить бумагу одним из изученных мной методов. Для опыта я использовала старые газеты, бумажное полотенце и использованные листы офисной бумаги. Для изготовления бумаги мне понадобились: рамка с сеткой (мы использовали москитную сетку); ёмкость для смешивания и блендер; губка для снятия влаги; ткань или полотенце; предмет, которым мы будем выравнивать форму этой каши (у меня это шпатель).
На первом этапе сырье перебрали и измельчили: порвали, а затем порезали ножницами. Чем меньше клочки бумаги, чем легче и качественнее блендер её перемелет. Второй этап - это Замачивание. Сухие кусочки бумаги залили тёплой водой в емкости на сутки для намокания и набухания волокон. Если волокна набухнут не достаточно, то при последующем механическом измельчении могут возникнуть трудности с дальнейшим измельчением кусочков бумаги[3]. На третьем этапе, произвели роспуск замоченного сырья с помощью обычного блендера (бумажники говорят, распустить) на достаточно мелкие элементы[3] (рис.1, рис.2).
Рис.1. Размоченная бумажная масса. Рис.2. Роспуск бумажной массы.
Следующий этап - это отлив листов. Отливаемые вручную листы бумажники называют отливками. Для отлива бумажная масса должна быть достаточно разбавлена и хорошо перемешана до получения однородной суспензии. Перед отливом для увеличения прочности и повышения жёсткости листа в массу мы добавили сваренный крахмальный клейстер[3]. Для тонирования добавили гуашевые красители. Для получения декоративных эффектов добавили высушенные листочки цветы и семена. Готовую смесь равномерно выкладывали на сетку, натянутую на рамку, разравнивали шпателем и затем раскатывали с помощью обычной салки, пока она не станет тонкой[3]. Затем производили отжим отливки на сетке и съём влажного листа с сетки. Влажная отливка требует осторожного обращения. Снимается она с помощью хорошо впитывающей ткани. Чем более влажная отливка на сетке, тем больше воды должна впитать съёмная ткань. Для удаления воды мы использовали плотную плоскую губку, которой можно осторожно надавливая на сетку - это облегчить удаление воды из отливки. Для того, чтобы отделить отливку от сетки мы аккуратно перевернули сетку на приёмную ткань[3](рис.3 и рис.4).
Рис.3. Отлив листов. Рис.4. Снятая с сетки отливка
После съёма с сетки, отливку для придания её форме большей устойчивости, нужно подвергнуть прессованию. Для этого я сверху и снизу листа прокладывала листы рисовальной бумаги и надавливала скалкой. Прессование продолжает удаление влаги из отливки[3]. Лист готов теперь нужно его высушить. Сушку можно начать не снимая отливку с сетки. Можно сушить отливки на воздухе. В этом случае сложнее сохранить их плоскостностное состояние. Лучше сушить после прессования. Можно сушить на горячей поверхности (или горячей поверхностью) вместе с тканью или без неё [2]. Мы сушили на воздухе, а затем с помощью утюга через влажную марлю придали её плоскую форму. Наша бумага готова.
Вывод: в результате проведенного опыта у меня получился настоящий бумажный лист, изготовленный самостоятельно из вторсырья в домашних условиях. Такая бумага не похожа на бумагу, которой мы привыкли пользоваться, она не обычная, она хуже: толще, менее гладкая, хрупкая. Но она уникальна, невозможно получить два одинаковых листа, ее можно сделать разной в зависимости от нашей выдумки. Таким образом, я убедилась, в верности своей гипотезы. При этом я поняла, что таким способом можно переработать бумагу в домашних условиях, дать ей вторую жизнь, а также сберечь лес и окружающую нас среду.
2.2. Использование дизайнерской бумаги.
Получившиеся листы бумаги можно использовать в декоративно-прикладных целях: сделать открытку, картину, блокнот или повесить в рамку как вывеску. Бумагу можно разрисовывать маркерами или красками[3]. Мы использовали бумагу, для создания картин и объемных бумажных предметов, т.к. сухая бумажная масса без клея и других добавок прекрасно держит форму[3]. Сначала объемные предметы у меня не получились, так как бумажная масса присохла к форме, и извлечь заготовку не удалось. Тогда я решили выстлать форму целлофаном. Рукой отжимаем воду из бумажной массы и выкладываем её в подготовленную форму, покрытую целлофановой пленкой.
Рис.5. Создание объемных бумажных предметов
Плотно утрамбовываем, закрывая дно и стенки ёмкости. Лишнюю воду отжимаем тряпочкой или губкой. Аккуратно достаем из ёмкости и снимаем пленку. Оставляем сохнуть на несколько дней в тёплом проветриваемом месте. Украшаем по своему усмотрению. Можно добавлять высушенные листочки, цветы и семена (приложение 1. рис.6. «Изделия, выполненные из дизайнерской бумаги»).
Вывод: таким образом, дизайнерская бумага представляет собой особый вид материала. Она не служит простой цели передавать информацию, она служит для создания уникальных творческих работ. Она призвана удивлять, вызывать восхищение и привлекать внимание. Получая в руки изделие из неё хочется прикоснуться к поверхности, рассмотреть в подробностях фактуру, вкрапления и элементы декора.
Заключение.
-
В результате проделанной работы я изучила историю происхождения бумаги, узнала, как её производят сегодня.
-
Целью моей работы было: изучить процесс изготовления бумаги из бумажных отходов и изготовить бумагу пригодную для вторичного использования в домашних условиях. Бумагу действительно можно изготовить в домашних условиях, она значительно уступает фабричной, но она имеет свои преимущества, она необычна и уникальна и служит для красивых аппликаций и поделок. Теперь мне не нужно покупать бумагу для уроков технологии, я могу её изготовить сама.
-
Подводя итоги моего исследования можно с уверенностью сказать, что выбранная мною тема является очень важной для экологии. Таким образом, гипотеза, выдвинутая мной, подтвердилась. Сбор макулатуры действительно является огромным вкладом в спасение лесного богатства нашей планеты. Если мы будем использовать вторичное сырье, для бумаги, то сохраним деревья.
-
Таким образом, задачи исследовательской работы были решены, поставленная цель достигнута, выдвинутая гипотеза подтверждена.
-
Выяснено, что путь изобретения и совершенствования бумаги очень сложен и трудоемок и приводит к большому потреблению природных ресурсов, основной из них – древесина.
-
Выяснено, что производство бумаги приводит к загрязнению окружающей среды.
-
Доказано, что бумагу можно получить из вторсырья (макулатуры) в домашних условиях.
-
Доказано, что бумага, полученная из вторсырья, отличается от обычной бумаги и может использоваться для творческих работ.
Литература и источники.
1.Большая энциклопедия школьника OXFORD издание на русском языке ЗАО»Росмэн пресс», 2006 стр.63.
2. «Изготовление бумаги своими рукам»-https://www.vseobumage.ru/1533/izgotovlenie-bumagi-doma/
3. «Загрязнение окружающей среды бумажными отходами»- https://hozuyut.ru/otxody/zagryaznenie-okruzhayushhej-sredy-bumazhnymi-otxodami-2.html
4. «Как переработать бумагу дома?» - https://dzen.ru/a/Xl5HNoLxQl33-lLy
5.»Краткая история бумаги»- https://fishki.net/photo/3236077-kratkaja-istorija-bumagi.html .
6. Миллион Родине - https://миллион-родине.рф/
7.«Почему бумажная промышленность вредит экологии и как с этим бороться- https://style.rbc.ru/life/5ele28b29a794779011cc33e#
Приложение 1
Рис.6. «Изделия, выполненные из дизайнерской бумаги».