VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Вязкий и липучий
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
В моей семье очень бережно относятся к елочным игрушкам, так как они хранят добрые воспоминания о детстве моих прабабушки, бабушки и мамы. Каждый год их коллекция пополняется. Я особенно дорожу этими игрушками. «Вот этот колокольчик появился у меня, когда мне было 5 лет, - рассказывала мама. - Этой игрушке более тридцати лет». И вот, когда вся семья наряжала лесную красавицу, я случайно уронила колокольчик, он перестал звенеть, так как откололся его язычок. И тут я задумалась: «Чем можно исправить непоправимое? Клеем. А каким?»
Актуальность данной научной работы в том, что разработки по совершенствованию клея до сих пор продолжаются.
Цель исследования: выявить условия, необходимые для качественного склеивания, изучить области применения клея и научиться изготавливать клей из природных материалов.
Для достижения этой цели я поставила следующие задачи:
Изучить научную литературу по данной теме;
Изучить свойства, виды клея и область применения
Выявить факторы, влияющие на качество склеивания
Изготовить в домашних условиях клей из природных материалов
Объект моего исследования – клей
Предмет исследования – природный столярный клей для древесины, канцелярский клей-карандаш для бумаги и резиновый для резины.
Гипотеза исследования: если знать области применения клеевых растворов, то качество работы повысится.
Считаю, что моя работа имеет большое практическое значение, ведь каждый человек хотя бы раз ошибался при выборе клеевого раствора.
Методы исследования: анализ научной литературы по данной теме;наблюдения;опыты.
ГЛАВА 1. Клей - гениальное изобретение человечества
1.1 Что такое клей.
Моя работа посвящена очень древнему изобретению человечества, которое используют, не задумываясь о том, насколько гениальна их функция. Оно так естественно в быту, офисе и личной жизни, что представить себе нормальное существование без него попросту невозможно. Это клей – вещество, которое используется для соединения двух различных поверхностей. Сам процесс склеивания на первый взгляд прост, но на самом деле это не так. Клей должен обеспечивать максимальное сцепление одной поверхности с другой.
Мы пользуемся клеем, наверное, каждый день. Чаще всего простым, канцелярским. Но ведь клеев существует множество. Одни из них скрепляют бумагу, другие — ткани, стекло, металл. С помощью клея, без единой заклепки, был изготовлен корпус самолета длиной 13 метров. Все алюминиевые детали его склеены. В опытных полетах такой самолет выдерживал нагрузки и перегрузки лучше, чем самолеты с клепаным корпусом. К тому же соединение алюминиевых листов таким клеем обходится намного дешевле, чем соединение заклепками.
Существует клей, которым можно соединять рельсы для установки различных кранов, применяемых на заводах и в строительстве. Такие рельсовые пути, несмотря на большие нагрузки, надежны и почти не требуют ремонта.
Используют клеи взамен сварки и пайки при ремонте легковых автомобилей. Есть и вибростойкие клеи, которыми соединяют детали моторов, болтов, инструментов.
1.2. История возникновения клея
Понятие клея сопровождает всю историю человеческой цивилизации. Клеящие свойства некоторых веществ и возможность соединения ими определенных предметов известны достаточно давно и успешно применяются.
Впервые склеивать различные предметы люди начали еще в каменном веке.
До 4000 лет до нашей эры уже использовали клей, этому есть материально подтвержденные свидетельства. Были найдены сосуды со смолами и другими клейкими веществами, а также копья с наконечниками, приклеенными к древку (Приложение I, фото 1), в древних захоронениях.
К 4-е тысячелетию до нашей эры клеевые вещества использовали более развитые цивилизации, которые оставили этому доказательства. На месте территории Вавилона были обнаружены различные предметы из слоновой кости, соединенные битумными смолами.
3600 лет до нашей эры в строительстве применяли бетон, при помощи которого были построены галереи египетского лабиринта, возведены стены древнего Вавилона. Эти сведения нам оставил древнеримский ученый и писатель Плиний Старший.
К 1500-1447 годам до нашей эры ученые отнесли найденные настенные изображения, созданные путем приклеивания к вертикальной поверхности различных деревянных украшений.
14 век до н.э. – в Египте использовали клеящие вещества при склеивании папирусов, фанеровки мебели, обертывании мумий. В гробнице фараона Тутанхамона была найдена клееная шкатулка из кедра, а не выточенная. (Приложение I, фото 2)
К 1300 годам до нашей эры использовались не только клеевые растворы растительного происхождения, но и клей животного происхождения, скорее всего, рыбьего. Этому свидетельствуют найденные фанерованные предметы.
Наша эра ознаменовалась распространением использования клеящих веществ в самых разных областях жизни. Так, примерно к 100 г. относятся найденные шкатулки для денег, сделанные из дерева с использованием извести и яичного белка.
16-18 вв. в Англии изготавливали мебель, украшенную инкрустациями на основе животного клея. Каждый производитель имел свой дизайн мебели и свой рецепт клея.
В 1690 году в Голландии была открыта первая промышленная фабрика по производству клея.
До 20 века в качестве клеящих веществ в основном использовались натуральные продукты.
20 век открыл собой эру синтетических клеев, в настоящее время составляющих большинство рынка клеевых растворов.
1.3. Виды клеевых растворов
Наблюдение за явлениями окружающей природы показало, что среди свойств отдельных предметов есть и такое, как клейкость. Первыми природными клеями стали глина, природные смолы, определенные битумы и воски. Кроме того, практика показала, что клеящими свойствами обладают также яйца, кровь, остатки молока, некоторые виды разжеванной пищи, вареная рыба, хрящи, кости и раздавленные насекомые. К плавким натуральным клеям относятся смола хвойных деревьев и природный асфальт. Существует множество классификаций клеев. Их можно классифицировать по назначению, химическому составу, физической форме. По назначению клеи бывают бытовые и производственные, специальные и универсальные.
Бытовой клей – это клеящее вещество, используемое в домашнем хозяйстве, применение которого не требует каких-либо специальных знаний. Например, клей-карандаш.
Производственный клей выпускается в промышленных масштабах для различных областей производства и его использование требует специальной подготовки.
Специальные клеи используются для соединения строго определенных материалов, например, клей, соединяющий древесину или стекло. Универсальные клеи склеивают предметы из разных веществ. К примеру, тот же «Суперклей» соединяет керамику, кожу, пластмассу, а «Циакрин» склеивает вообще все.
По химическому происхождению клеи бывают натуральными и синтетическими. Натуральные делятся на минеральные, растительные и животные клеи.
Синтетические делятся на термореактивные (при применении необратимо переходят в эластичное состояние) и термопластичные (при применении их состояние обратимо).
По физической форме клеи бывают твердыми (в виде порошков, гранул), жидкими (растворы, эмульсии) и пастообразными (мастики). При использовании твердых клеев их обычно расплавляют или наносят на горячие поверхности.
1.4. Состав клея натурального происхождения
Клеи натурального происхождения имеют сложный состав. В состав клея входит: основа, растворитель, наполнители, стабилизаторы.
Основа клея — это связующее вещество. Минеральные клеи имеют в своей основе различные неорганические вещества, такие как жидкое стекло. Растительного происхождения клеи на основе смол, крахмала, муки. Основой клеев животного происхождения являются белковые вещества: коллаген содержится в хрящах, в плавниках (коллагеновый клей); казеин в молоке (казеиновый клей) и альбумин в яичном белке (альбуминовый клей). Основа клея может быть жидкой или твердой. Твердая основа клея перед употреблением должна быть нагрета до жидкого состояния.
Растворитель переводит основу в жидкое состояние. Например, вода.
Наполнители обеспечивают необходимую вязкость клея, повышают его прочность. Например, мел, мука.
Стабилизаторы добавляют в клеи для вязкости, что повышает стойкость клеевых соединений к внешним воздействиям в процессе эксплуатации. Например, желатин.
1.5. Сферы применения клея
Клеи применяются для склеивания поверхностей. Нет ни одной сферы деятельности человека, в которой не применялся клей. В быту. Ремонт обуви, посуды, мебели, резиновых шин. Различные отделочные работы (обои, кафельная плитка). Косметические процедуры (наращивание ресниц, ногтей).
В промышленности. Клей - неотъемлемая часть производства мебели, украшений, инструментов, автомобилей, самолетов, бытовой техники, кораблей.
В строительстве и дизайне. Фасадная и внутренняя отделка помещений (поклейка облицовочных плит, лепнины, линолеума). Склеивание лестничных перил.
В медицине. Вставные челюсти приклеивают к деснам, склеивание ран.
Столярный клей считают мебельным, поскольку он востребован именно в этой сфере производства, кроме того, продукция применяется для проведения ремонта музыкальных инструментов.
Резиновый клей используется в обувной, автомобильной промышленности, а также для бытовых нужд.
Канцелярский клей-карандаш используют чаще всего в офисах, школах.
Вывод: клей — жизненно необходимый материал, который активно используется не только в промышленной сфере, но и в повседневной жизни человека.
Глава 2. Практические способы использование клея в быту
2.1. Факторы, влияющие на качество склеивания
Какими свойствами должен обладать клей? Специалисты из разных отраслей ответят на этот вопрос по-разному. Одним нужна высокая теплостойкость, другим — электропроводность, третьим — способность выстоять в агрессивных средах. Клеящие вещества с такими свойствами выпускаются во всем мире. Но потребитель долго ждал и такого клея: чтобы в случае необходимости его можно было легко удалить, а склеенные предметы разъединить без порчи их. Причем не мешало бы, чтобы растворитель был очень простым и дешевым — желательно чистая вода. Теперь такой временный клей создан. Он сразу завоевал популярность в промышленности и... у преподавателей. С его помощью они наглядно демонстрируют, как собирается дом, мост, как соединяются детали машин. После занятий все детали буквально разливаются водой. А какие клеи еще понадобятся завтра?
А нельзя ли достоинства разных клеев объединить в одном? Об этом давно мечтали люди. Вспомните сказку, персонажи которой намертво приклеивались к бычку со смоляным бочком.
Цель исследования: проверить, каким видом клея можно склеить разные поверхности (бумагу, деревянные палочки, воздушные шарики).
Участники исследования: 1 ученик.
Материалы: клей резиновый, столярный клей для дерева, клей-карандаш для бумаги, набор цветной бумаги, кисточки для клея, мягкая тряпочка, ножницы, воздушные шарики, деревянные палочки, ацетон.
Я склеиваю два листа цветной бумаги разными видами клея, потом две деревянные палочки и в завершение два воздушных шарика.
Склеивание двух листов бумаги.
Клей резиновый для работы с бумагой не подходит, потому что бумага пропитывается и появляются желтые пятна. Он клеит, но долго сохнет.
Столярный клей бумагу не клеит, быстро высыхает.
Канцелярский клей-карандаш недорогой, не оставляет пятен при работе с бумагой, удобен.
(Приложение II, фото 1)
Склеивание двух деревянных палочек.
Деревянные палочки очищаю от пыли и загрязнения, обрабатываю их ацетоном и после склеивания оставляю на 15 минут.
Канцелярский клей-карандаш не подходит для работы с деревом, так как склеивания не произошло.
Резиновый клей обеспечил непрочное склеивание деревянных палочек с желтым швом.
После нанесения столярного клея кисточкой произошло устойчивое склеивание с прозрачным светлым швом. (Приложение II, фото 2)
Склеивание двух воздушных шариков.
Склеиваю воздушные шарики разными видами клеев и оставляю на 15 минут.
Столярный клей и канцелярский клей-карандаш не подходят для работы с резиной, потому что склеивания воздушных шариков не произошло.
Резиновый клей склеил два воздушных шарика. (Приложение II, фото 3)
Результаты исследования я зафиксировала в таблице (Приложение III, таблица 1)
Вывод: Универсального клея нет. Приобретая клей, надо обязательно читать информацию на этикетке и использовать его по назначению.
2.2. Изготовление клея в домашних условиях
Часто в нашей повседневной жизни появляется надобность заклеить те или иные предметы из кожи, дерева, ткани, бумаги, стекла, металла, пластмассы, керамики или резины. Не говоря о том, что клей не заменим во время мелкого бытового ремонта, так и ремонта квартиры, дома, дачи. А как произвести изготовление клея своими руками? В связи с огромной сферой применения клеев в домашнем хозяйстве, очень часто бывают такие случаи, когда срочно необходим клей, а он отсутствует. И тогда многие люди задумываются, как сделать клей дома?
Изготовление клея животного происхождения.
Итак, вам необходим клей, а его нет, но имеется молоко и мука.
Оборудование и компоненты для опыта №1: молоко; столовый уксус (6% или 9%); пищевая сода; сковорода (которую не жалко); вода; сито.
1. Я нагрела в сковороде полтора стакана молока не до кипения и добавила 3 чайные ложки столового уксуса. (Приложение IV, фото 1)
2. Продолжая нагревать смесь и перемешивая ее, постепенно образовывались комки «творога» (твердая часть) и сыворотка (жидкая часть). (Приложение IV, фото 2)
3. Сцедила «творог»при помощи сита и твердую массу скатала в шарик.(Приложение IV,фото 3)
4. Слила сыворотку, вернула «творог» в сковородку, добавила немного воды и одну столовую ложку пищевой соды. (Приложение IV, фото 4)
5. Нагревала смесь до того момента, когда на ее поверхности начали появляться пузырьки. (Приложение IV, фото 5)
6. Хорошенько перемешала ее и дала ей остыть.
7. Получившимся казеиновым клеем животного происхождения я склеила два спичечных коробка. (Приложение IV, фото 6)
Изготовление клея растительного происхождения.
Оборудование и компоненты для опыта №2: пшеничная мука (6 частей); вода (6 частей); алюмокалиевые квасцы (1 часть); глицерин (1 часть); вода (250).
1. Я разделила воду на две части. В одной растворила алюмокалиевые квасцы, в другой – муку. (Приложение V, фото 1)
2. Добавила в муку растворенные квасцы. (Приложение V, фото 2)
3. Залила смесь кипятком, влила глицерин и довела до кипения, не забывая перемешивать. (Приложение V, фото 3 и фото 4)
4. Получившимся клеем растительного происхождения я склеила два спичечных коробка. (Приложение V, фото 5)
Вывод: Изготовление клея в домашних условиях – процесс несложный и доступный! Конечно же, самодельный клей не используется для склеивания рамы или устранения проколов в колесах автомобиля, но он не заменим в повседневном быту.
Заключение
В ходе работы я узнала много нового и интересного о различных видах клея, области их применения и сделала выводы:
Клей является полезным и необходимым изобретением человечества.
От правильного выбора клея зависит прочность соединения.
Приготовления клея для бумаги в домашних условиях быстрое и доступное.
Моя гипотеза верна: если знать области применения клеевых растворов, то качество работы повысится.
Литература.
1. Волынский В.Н. Технология клееных материалов: Учебное пособие для вузов. - Архангельск: Изд-во АГТУ, 2003.
2. Бегунков О.И. Испытания жидких клеевых материалов: Методические указания. - Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун-та, 2002.
3. Кардашов Д.А., Петрова А.П. Полимерные клеи. Создание и применение. - Москва: Изд-во «Химия», 1983.
4. «Галилео. Наука опытным путём»- научно - популярный журнал-коллекция. 2012 г.
5.Кардашов Д.А., Синтетические клеи, М., 1968
6.Тризно М.С., Москалев Е.В.. Клеи и склеивание.1980 г. 120 с.
7.Мотовилин Г.В. Склеивание. Параллельный словарь-справочник. Санкт-Петербург : Наука, 2000. – 470 с.
8. Петрова А.П. Клеящие материалы. Справочник. – М.: Каучук и резина, 2002. – 195 с.
9. Шилдз Дж. Клеящие материалы. Справочник. Перевод под ред. Батизата В.П. – М.: Машиностроение, 1980. – 368 с.
10. Башкирцев В.И., Малышева Г.В., Гладких С.Н. Клеи и герметики для автомобиля. – М.: Астрель, 2003. – 112 с.
11. Сайт http://www.okleyah.ru/
Приложения
Приложение I.
Фото 1. Копье с приклеенным наконечником Фото 2. Клееная шкатулка Тутанхамона
Приложение II.
Фото 1. Склеивание бумаги Фото 2. Склеивание дерева Фото 3. Склеивание резины
Приложение III.
Таблица 1
|
Столярный клей |
Резиновый клей |
Клей-карандаш |
|
|
Бумага |
Не клеит |
Клеит, но долго сохнет |
Клеит, быстрое и прочное склеивание |
|
Воздушные шарики |
Не клеит |
Клеит |
Не клеит |
|
Деревянные палочки |
Клеит, быстрое и прочное склеивание |
Клеит, но долго сохнет |
Не клеит |
Приложение IV.
Фото 1. Нагревание молока Фото 2. Образование комков творога
.
Фото 3. Сцеживание творога Фото 4. Смешивание творога с содой
Фото 5. Образование казеинового клея Фото 6. Склеивание двух коробков
Приложение V
Фото 1. Растворение квасцов и муки Фото 2. Смешивание квасцов с мукой
Фото 3. Добавление глицерина Фото 4. Доведение до кипения
Фото 5. Склеивание двух коробков