Изготовление бумаги путём переработки вторичного сырья

XIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Изготовление бумаги путём переработки вторичного сырья

Халин М.И. 1
1Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение города Новосибирска «Гимназия№ 12» (МАОУ «Гимназия № 12» г. Новосибирск)
Метель Ю.В. 1
1Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение города Новосибирска «Гимназия№ 12» (МАОУ «Гимназия № 12» г. Новосибирск)
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Бумага сопровождает нас всюду, мы пользуемся бумагой постоянно: пишем, читаем книги, используем салфетки за столом. Но чем больше бумаги нам нужно, тем больше древесины уходит на ее производство, вырубаются целые леса. Все это плохо отражается на экологии нашей планеты, ведь деревья – это легкие нашей планеты, потому после вырубки лес надо постоянно восстанавливать. Но прежде чем дерево вырастет, пройдет несколько лет, процесс восстановления занимает гораздо больше времени, чем процесс вырубки леса. Это привело к тому, что человек стал искать другие варианты решения этой проблемы. Одним из направлений стала переработка бумаги с целью ее повторного использования. Действительно, использованная бумага стала хорошим сырьем для производства новой бумаги.

Гипотеза: бумагу можно изготовить из вторичного сырья (макулатуры) в домашних условиях и использовать для декоративного творчества.

Цель: самостоятельно изготовить бумагу ручным способом из вторичного сырья.

Задачи:

  1. Собрать и изучить литературные источники по теме производства бумаги.

  2. Познакомить одноклассников с историей возникновения бумаги.

  3. Представить готовый продукт в виде декоративной бумаги и основы для праздничных открыток.

  4. Провести в классе акцию по сбору макулатуры и показать детям возможность помощи по спасению деревьев от вырубки.

  5. Провести мастер-класс по изготовлению бумаги.

Объект исследования: вторичное сырьё (макулатура).

Предмет изучения: возможность производства бумаги из вторичного сырья.

Проблема: все используют бумагу, но как её получают - знает не каждый.

Основная часть

Из истории возникновения бумаги

Первый вопрос, который меня интересовал – на чём же писали наши предки?

На камне писали практически все древние народы. Правители государств приказывали выбивать на камне законы и свои жизнеописания, чтобы увековечить память о себе для потомков.

Также в давние времена писали и на глиняных табличках (таблетках, как их называют ученые). Для таблеток использовали глину высокого качества. Ее долго месили, делали брикеты размером 32х32 см, а толщиной 2,5 см.

В Древнем Египте писали на папирусе или пергаменте. Производство пергамена явилось очень трудоемким процессом. Его вырабатывали из кожи телят, ягнят и козлят. В Древнем Риме писали на восковых табличках. Деревянные дощечки, покрытые слоем воска, использовались для обучения грамоте и для всевозможных мелких записей. В качестве твердых материалов для письма использовали кости животных и черепашьи щитки. В Древней Руси писали на бересте - наружной части березовой коры.

Первое появление бумаги

Я узнал, что бумага была изобретена в Китае. В 105 году китаец Цай Лунь представил китайскому императору способ производства бумаги  из размолотых волокон древесной коры.

Древесную кору измельчали, размачивали, проваривали и затем в эту массу опускали экран с сеткой. На сетке оседали частицы, которые потом просушивали и проглаживали горячими камнями. Несмотря на то, что способ держался в секрете, и его разглашение каралось смертной казнью, постепенно секрет производства бумаги проник в соседние страны, а затем и в Европу.

Оказывается, бумага, как материал для письма, была известна еще задолго до этого, ее изготавливали из шелка, крапивы, тряпок. Цай Лунь усовершенствовал способ производства бумаги.

Сейчас для производства бумаги используют древесину, точнее целлюлозу, которую из нее получают. Процесс получения изменился лишь в том, что частицы очищают от примесей, сортируют на мелкие и крупные и варят с применением кислоты. Для повышения прочности и чтобы чернила не растекались на бумаге, в сырье добавляют клей, смолу. После превращения в кашицу сырье попадает в бумагоделательную машину. Эта машина отжимает воду, раскатывает листы. В конце бумажное полотно попадает на пресс, его выравнивают и получают ровную бумажную ленту.

Бумага только в девятнадцатом веке стала производиться с помощью машин в виде длинного полотна, наматываемого в рулон. А до изобретения бумагоделательной машины бумагу делали вручную, каждый лист по отдельности. Ручной отлив до сих пор распространён в ряде азиатских и латиноамериканских стран.

Бумага в России

Бумага собственного производства в России появилась в середине 16 века при Иване Грозном.

Мощный толчок к развитию бумажного производства в России дал Пётр Первый в 18 веке по указу Петра I были построены бумажные мельницы около Москвы и Петербурга. Вышла первая газета «Ведомости». А в 1817 была установлена первая бумажная мельница.

Фото 1. Царь Петр 1 и первая бумажная мельница.

Что такое бумага и как её изготавливают

Бумага – от итальянского «хлопок» - материал в виде листов для письма, рисования, упаковки, получаемый из целлюлозы: из растений, а также из вторсырья (макулатуры).

Переработанную бумагу называют макулатурой. В каждом городе есть пункты приема макулатуры, где ее принимают и затем отправляют на заводы по переработке бумаги. Оказывается, бумагу можно перерабатывать до 5 раз, потом волокна становятся непригодными для изготовления бумаги, при этом 100кг. макулатуры спасают от вырубки целое дерево! Кроме того при переработке макулатуры требуется меньше электричества и воды, чем для переработки 1 дерева в бумагу.

Виды бумаги и её изготовление.

Чтобы понять, как изготавливают бумагу, надо сначала определить ее вид, ведь состав сырья может быть разным.

Различают такие разновидности материала:

Офсетная. Широко используется в типографском деле — для печати книг и массовой полиграфической продукции. Бумага устойчива к сырости, что важно, так как при офсетной печати используют увлажнители;

Упаковочная. Прочная, невосприимчивая к влаге. К цвету и гладкости не предъявляют повышенные требования;

Газетная. Применяется для печати на высокоскоростном оборудовании. Ее особенность — повышенная впитываемость красок;

Мелованная. Отличия от других видов — белизна, гладкость. Из нее печатают качественные иллюстрированные издания;

Целлюлозная. Состоит из чистой целлюлозы плюс 1—3 % добавок. Используется для печати банкнот и ценных бумаг.

Из чего делают бумагу? Сырьем служат растительные вещества с длинными волокнами. Смешиваясь с водой, они образуют податливый, однородный полуфабрикат. Его делают из:

-дерева — масса называется целлюлозной;

-однолетних растений: из конопляной или рисовой массы изготавливают материал повышенной белизны, из соломы и тростника — прочную и плотную;

-вторичного сырья — макулатуры, тряпок;

-сырья для производства бумаги специального назначения — шерстяных, асбестовых и прочих волокон.

О сновной материал в бумажной промышленности — древесина. На комбинаты поставляют стволы целиком. Там с них снимают кору, разрезают.

Д

Фото 2. Вид, в котором

бумага поступает на измельчение в муку.

алее сырье измельчают в муку — до волокон-фибрилл.

Для производства бумаги используют:

-сосну, кедр — мягкие породы пригодны для изготовления упаковочных материалов;

-клен, дуб — основа из твердых пород гладкая, но менее прочная;

-канадскую ель — из нее делают прочный, но эластичный материал;

-каштан, березу и так далее.

Смешивая дубовое и сосновое сырье, получают книжную бумагу. Она прочная, эластичная. Для улучшения качества продукции древесный материал сортируют, фильтруют, обрабатывают химическими составами.

Производственные этапы

Сейчас в мире производится свыше 300 млн. тонн бумаги и картона в год, что составляет около 50,8 кг на одного человека.

Технология состоит из таких этапов:

1 этап. Путь бумаги начинается в бескрайних лесах. С лесной делянки деревья отправляются на бумажный комбинат, где их переносят на распиловочные столы. В мгновение ока вековые стволы превращаются в метровые отрезки-чурки и в барабанах очищаются от коры. 60-тонные жерновые камни превращают их в древесную массу. Так заканчивается первый этап, который называется механическим.

2 этап. В древесную массу добавляют целлюлозу и наполнители, серу, соду, известь, каолин – белую глину высокого качества. Они придают бумаге белизну, плотность, гладкость и хорошие печатные свойства.

3 этап. Подготовленная бумажная масса разбавляется водой и под давлением через семиметровую щель выливается на сточный конвейер со скоростью 750 метров в минуту, сушится, прокатывается и превращается в бумагу.

4 этап. Выполняется отделка. Бумажному полотну придают форму готовой продукции – листы, рулоны. Вот такой длинный путь проходит бумага.

Критерии качества бумаги.

  1. Прочность — сопротивляемость разрыву и сжатию при высокоскоростной печати должна быть высокой.

  2. Плотность — для глубокой печати используют тонкие листы, для упаковки — толстые.

  3. Гладкость — чем она выше, тем лучше воспроизводятся детали изображения, плотнее контакт листов с формами для печати;

  4. Белизна — показатель попадает в диапазон 60—98 %;

  5. Непрозрачность — чем меньше просвечивается лист, тем меньшей будет степень проявления изображения с обратной стороны ;

  6. Пористость — на пористом материале лучше фиксируется краска, но отпечатки теряют насыщенность.

  7. Сопротивляемость истиранию — если она мала, вязкие печатные краски «выщиплют» волокна с листов, и это загрязняет детали печатного оборудования.

  8. Впитываемость — чем она выше, тем быстрее краски закрепятся на поверхности листа.

  9. Наличие проклейки — с ней верхний слой будет прочным, устойчивым к воздействию влаги, клея.

  10. Практическая часть.

Что такое макулатура?

Макулатура — отходы производства, переработки и потребления всех видов бумаги и картона, пригодных для дальнейшего использования в качестве волокнистого сырья.

Для изготовления 1 тонны бумаги нужно 5,6 м3 древесины. Это примерно 17 деревьев. А из 1 тонны бумаги можно изготовить порядка 30 тысяч обычных ученических тетрадей.

Изготовление бумаги из макулатуры

В качестве сырья для получения бумаги мы выбрали использованные листы белой бумаги, рисунки, школьные тетради и прописи.

Ф ото 3,4. Использованная макулатура.

Последовательность операций:

Фото 5. Размельченная бумага.

1.Измельчение бумажного сырья. Собранную использованную бумагу (макулатуру) или салфетки я разорвал на кусочки величиной 3–5 см. Можно воспользоваться и шредером, но ширина полосок желательна более 5 мм. Это связано с тем, что подготовку волокон к изготовлению бумаги нужно провести в условиях максимального сохранения и х длины для сохранения механической прочности бумаги.

2

Фото 6. Замачивание бумаги.

.Замачивание.

Сухие кусочки бумаги залили тёплой водой и выдерживали 12 часов для намокания и набухания волокон. Если волокна набухнут не достаточно, то при последующем механическом измельчении могут возникнуть трудности с дальнейшим измельчением кусочков бумаги.

3 . Роспуск замоченного сырья (бумажники говорят, распустить) на достаточно мелкие элементы. С этой задачей хорошо справляется бытовой блендер. Полученная масса может быть использована для изготовления (отлива) листов бумаги.

Фото 7,8 .Роспуск замоченного сырья.

4.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 при перемешивании 2 столовые ложки картофельного крахмала. Для окрашивания добавить красители.

Ф ото 9,10,11,12. Отлив листов.

5.Сушка листов.

Для того чтобы наши изделия получились правильной формы, мы взяли рамку для фотографий, размером 10*15 см, вынули из рамки стекло, прикрепили к ней сетку (можно использовать москитную сетку), и полученную массу выкладывали на сетку. Далее полученную массу переворачивали и выкладывали на хлопчатобумажную ткань, берем кухонную губку и пропитываем ей массу, для извлечения лишней жидкости. Оставляем полученную массу на ткани для сушки. Время сушки зависит от толщины полученного отлива. До полного высыхания у нас заняло 13 часов.

Фото 13. Полученная масса и форма для отлива 10*15 см.

Ф ото 14. Сушка листов.

Оформление бумажных листов

Однако во время эксперимента нам пришла в голову одна идея. А нельзя ли разнообразить производство бумаги, добавив туда какие-либо дополнительные ингредиенты? Оказалось, что можно добавлять:

1.Какао. Пока делаешь - запах стоит приятный, правда, бумага запаха не держит, какао только придает коричневый оттенок бумажной массе.

 

2.Тыквенные семечки.

Очень необычно.

 

3.Кофейные зерна.

Запаха нет, зерна вываливаются из массы, слишком большие.

 

4.Бисер. Неровно, вываливается из листа, но смотрится вполне мило.

 

5.Разноцветные ниточки.

 

6.Пшеничный колосок. Мы вдавили колос в отлив, получилось очень симпатично, колос не разваливается, масса прекрасно держит стебель.

 

7.Акварельные краски. Получились разные цвета (розовый, зеленый, оранжевый, голубой). Чем больше красок мы добавляли в массу, тем больше получался насыщенным цвет.

 

8.Декоративные искусственные цветы. Изделие получилось сразу как готовая открытка.

 

Т ак выглядела сделанная мной бумага.

Я делаю вывод – в домашних условиях можно изготовить бумагу из вторичного сырья.

Фото 15. Готовая бумага

Для того, чтобы сделать примерно 25 открыток нам понадобилось: 4 кг макулатуры, 1,5 литра воды, 2 ст. л. картофельного крахмала, акварельные краски – по 10гр. разных цветов, 3 ст. л. какао.

Изделия из изготовленной мной бумаги

Полученный результат мне очень понравился. Я использовал полученную бумагу как основу для открыток к 8 марта. Мои открытки получила мама, бабушка, учительница, девочки в классе.

Фото 16-22 Открытки из переработанного сырья

Сбор макулатуры

М ои идеи очень понравились одноклассникам. Я предложил использованную бумагу не выбрасывать в контейнер, как это делают многие, а приносить и складывать в коробки в классе. Ещё мы договорились, что постараемся экономить бумагу, зная, как это важно.

Фото 23. Сбор макулатуры.

Мы ежедневно взвешивали собранную бумагу. За 2 недели нам удалось собрать 317 кг бумаги. Мы передали её для сдачи в пункты приёма. Значит, мы смогли спасти 3 дерева. (использование макулатуры существенно экономит древесину: 1 тонна макулатуры заменяет около 4 кубических метров древесины, или 100 кг макулатуры спасают 1 дерево  и позволяет уменьшить вырубку лесов).  Макулатура может быть переработана не более чем 5-7 раз, прежде чем её волокна станут короткими и непригодными для изготовления бумаги.

Делаю вывод – можно экономить бумагу, сдавать использованную в пункты сбора и спасать от вырубки деревья.

Тогда я внёс своё предложение – продолжить сбор макулатуры, и коробки для сдачи мы поставили во всех кабинетах нашей школы и в коридорах. Я договорился с завхозом нашей начальной школы о сдаче макулатуры в переработку ежемесячно. Активно помогали родители, собирая в офисах всю ненужную бумагу, не выбрасывать, а нести в школу. Мы провели конкурс среди классов, и в конце года подвели итоги. По количеству собранной макулатуры наш класс оказался на 1 месте, и мы получили сладкий приз. А три человека из нашего класса установили личный рекорд, сдав для переработки более 300 кг ненужной бумаги. Они спасли каждый по три дерева!!!

В школе за три последних месяца (с марта по май) мы собрали более 8 000 кг макулатуры. Это 8 тонн. Произведя расчет, я понял, что мы с ребятами смогли спасти 80 деревьев, это целый парк!!

Изготовление буклета на тему исследовательской работы и мастер-класса

Я изготовил буклет для тех, кто интересуется данной темой и передал всем одноклассникам. (Приложение № 1)

В классе мы с мамой провели мастер-класс по изготовлению открыток из старой бумаги, это было долго, но интересно. Теперь дети знают, куда можно использовать ненужную бумагу.

Заключение и выводы.

В ходе работы цель, поставленная мною, была достигнута: я самостоятельно отлил бумагу ручным способом из вторичного сырья.

Я выполнил поставленные задачи :

- изучил тему возникновения и производства бумаги и поделился знаниями с одноклассниками ;

- представил открытки как готовый продукт;

- провёл в школе акцию по сбору макулатуры и показал детям возможность спасения деревьев от вырубки.

Моя гипотеза подтвердилась – я изготовил бумагу дома из вторичного сырья (макулатуры) и использовал её для изготовления открыток.

Кроме того, это занятие оказалось увлекательным, оно, безусловно, полезное и творческое. Из бумаги собственного производства можно изготовить красивейшие открытки, обложки для ежедневников, фотоальбомов, абажуры для светильников. Существуют даже дизайнерские обои, изготовленные ручным способом. Мои открытки получились красивые и оригинальные, их несложно сделать самому и материальные затраты на их создания невелики. Я поделился с одноклассниками своими теоретическими и практическими знаниями.

Мои рекомендации по изготовлению такой бумаги детей и взрослых тоже заинтересовали. А также при помощи сбора макулатуры мы надеемся спасти много деревьев.

Перспективы

Я планирую теперь самостоятельно из старых тетрадок и журналов готовить основы для открыток на все праздники, а ещё хотелось бы попробовать освоить технику папье-маше.

Мы решили и далее активно участвовать в сборе макулатуры, и поставили такие же коробки во все классные комнаты в школе. Теперь в классе постоянно стоит коробка для сбора макулатуры. Хотим проверить, сколько деревьев мы можем спасти за весь учебный год.

Литература

1. Популярная энциклопедия для детей «Всё обо всём» том1, «Аст», Москва, 1998 г.

2. http://www.livemaster.ru/topic/139701-istoriya-vozniknoveniya-bumagi

3. http://www.100bumag.ru/bumaga.html

4. Бумага своими руками - Страна Мастеров.mht

П риложение № 1 Буклет

Просмотров работы: 29