Исследовательский проект на тему "Производство бумаги" (10 класс)

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Октябрьская Средняя общеобразовательная школа № 1»

Естественно-математический блок, направление-прикладная химия

Производство бумаги

Выполнила:

ученица 10 класса Цайхнер Елена Павловна

МБОУ ОСОШ №1

Руководитель:

Учитель химии Мустафина Римма Сириневна

Октябрьский 2016

Содержание

Введение

3

Актуальность темы

История возникновения бумаги

Технология промышленного производства бумаги

Лабораторные способы получения бумаги

Технология изготовления бумаги в лабораторных условиях

Выводы

Заключение

Список литературы

Приложение

4

5

7

9

13

16

17

18

19

Введение.

Бумага – это материал для письма, печатания, рисования, упаковки, гигиенических нужд и т.п. Обычно бумагу делают в виде листов или рулонов. Сырьём служит целлюлоза, которую в свою очередь получают из растительного материала или вторсырья (тряпьё, макулатура).

Вообще-то, само слово «бумага», как считается, произошло от итальянского слова «bambagia», что в переводе означает «хлопок». Странно, конечно. Ведь первые писчие листы делали совсем даже не из хлопка, а из папируса. Papyros – это гигантское многолетнее травянистое растение высотой до 5 м, и стебли у него до 7 см в диаметре. Папирус растет в тропической Африке вдоль берегов рек и озер. Именно его и облюбовали древние египтяне для производства писчего материала. Сердцевину свежих стеблей разрезали вдоль на узкие полоски и складывали в два слоя: один слой вдоль, второй поперек. Затем их сильно сдавливали, слои между собой склеивались и получались тонкие эластичные листы. Их высушивали на солнце, полировали раковинами и склеивали в свитки шириной 20-30 см и длиной до 10, а иногда и больше, метров.

Сложное производство, ничего не скажешь. Зато папирусы, а писчий материал так и называют по имени растения, сохранились через тысячелетия.

Актуальность темы.

Эта тема заинтересовала меня, потому что современному человеку трудно представить жизнь без бумаги. Согласитесь, нет ничего более обыденного и привычного в нашей жизни, чем бумага. Не проходит ни одного дня, чтобы мы ее не подержали в руках. Газеты, книги, упаковки, факсы, письма, открытки…

Цель: Попробовать сделать бумагу лабораторным способом.

Задачи:

1. Изучить литературу о происхождении бумаги

2. Найти способы получения бумаги в лаборатории

3. Сделать модель бумаги лабораторным способом

История возникновения бумаги

Самые древние из известных папирусов-рукописей датируются III тысячелетием до нашей эры. Но к XII веку производство папируса как писчего материала полностью прекратилось, а его место прочно заняла бумага.

Изобретение бумаги приписывают китайцам. В 1957 году в северной провинции Китая Шэньси, в пещере Баоцяо, обнаружили гробницу, в которой были найдены обрывки бумаги. Установлено, что эта бумага изготовлена во II веке до нашей эры. Вначале сырьем для бумаги служили шелковые обрезки, отходы коконов шелкопряда. Но этого материала было слишком мало, и для изготовления бумаги стали использовать особый вид крапивы – крапива коноплевая. Но китайская бумага, изготовленная из крапивы, была не слишком качественной. Листы были шершавые, неровные, разной толщины. И китайцы не остановились на этом. Появилась бумага, так называемая сюаньчжи, известная своими высокими функциональными свойствами. Она была впервые изготовлена в Сюаньчэне, провинция Аньхуэй.

Согласно сведениям исторических анналов, честь данного открытия принадлежит человеку по имени Цай Лунь, который жил во времена династии Восточная Хань (25 — 225 гг. н.э.). В качестве сырья он брал луб тутового дерева и довел технологию выработки бумаги до совершенства. Долгое время китайцы держали секрет изготовления бумаги в тайне. Но все тайное когда-нибудь становится явным. Секрет изготовления стал известен миру. История рассказывает, что произошло это не совсем красивым способом. Несколько китайцев, мастеров бумажного дела, попали в 751 году в плен к арабам и под пытками выдали свой секрет. Дело происходило в Туркестане, в котором не росло китайской крапивы. Для изготовления бумаги стали использовать тряпье, которое перетирали в ступах,

размешивали с водой и выливали в формы. Для склеивания стали использовать крахмал или желатин.

( http://shkolazhizni.ru/culture/articles/14975/)
Так или иначе, постепенно, а точнее – очень постепенно, спустя несколько веков, бумага приходит в другие страны Азии, а позже и к арабам. Только в средние века она заменяет животный пергамент в Европе!

В 1806 году было запатентовано изобретение копировальной бумаги, в 1856 изобретён гофрированный картон, а всего через год, в 1857 появилась технология изготовления бумаги из древесины.

В 20-м веке производство бумаги стало крупнейшей высокомеханизированной и высокотехнологичной отраслью промышленности многих стран. Она отличается собственным производством сырья, мощными теплоэлектростанциями и с непрерывно-поточной технологией производства.

Технология промышленного производства бумаги

Бумага формируется на сетке бумагоделательной машины из бумажной массы сильно «разбавленной» водой суспензии волокнистых и неволокнистых компонентов бумаги.

Бумага — это пористо-капиллярное тело, доступное для проникновения воздуха, влаги и полиграфических красок, иначе своеобразный каркас, образованный из целлюлозных волокон, прочно соединенных между собой химическими водородными связями. Длина волокон, из которых образована бумага, 1—2 мм при диаметре около 25 мкм. Пространства между целлюлозными волокнами — поры могут быть частично заполнены наполнителями (например, каолином), проклеивающими веществами (например, канифолью) и некоторым количеством влаги.

При намачивании в воде обычные виды бумаги совершенно теряют первоначальную механическую прочность, при пропитке керосином или маслами прочность бумаги почти не меняется. Это убеждает вас в том, что целлюлозные волокна в бумаге соединены между собой главным образом химическими водородными связями и в меньшей мере — силами Ван-дер-Ваальса и трения. Известно, что водородные связи нечувствительны к действию углеводородов и масел.

Технологический процесс изготовления бумаги состоит из следующих стадий:

1. Получение исходных волокнистых полуфабрикатов — целлюлозы, древесной массы, тряпичной полумассы макулатурной массы;

2. Изготовление бумажной массы — размол наполнение, проклейка и подкраска (или окраска);

3. Отлив бумаги на бумагоделательной машине;

4. Отделка бумаги — каландрирование, разрезка, сортировка и упаковка.

Все эти стадии технологического процесса бумагоделательного производства выполняются на высокопроизводительных машинах.

В зависимости от волокнистого состава (иначе композиции) бумаги, природы растительных волокон, характера их обработки, содержания наполнителя, проклеивающих, веществ, а также технологии отлива и отделки получают бумагу с разными свойствами, разных видов.

В зависимости от волокнистого состава (иначе композиции) бумаги, природы растительных волокон, характера их обработки, содержания наполнителя, проклеивающих, веществ, а также технологии отлива и отделки получают бумагу с разными свойствами, разных видов.

По способу изготовления бумага может быть немелованной и мелованной. Немелованная бумага, иначе бумага с открытой поверхностью, получается непосредственно на бумагоделательной машине.

Мелованная бумага получается дополнительным нанесением на поверхность бумаги-основы с одной или обеих сторон водной суспензии, состоящей из белых пигментов и пленкообразующих веществ, делающих поверхность бумаги (после высушивания и каландрирования) более белой, гладкой и капиллярной.

Лабораторные способы получения бумаги

Описание работы:

Все сырье мы тщательно измельчаем и замачиваем в воде. Готовим столько, чтобы успеть переработать всю массу. Природный материал может быть как в свежем, так и в засушенном виде. Свежий материал провариваем в течение часа на медленном огне, сухой – в течение двух часов. Старую бумагу, газеты, картон для яиц, оберточную бумагу без клеевой основы измельчаем и замачиваем на несколько часов или сразу провариваем. Газету можно отбелить с помощью стирального порошка, затем, тщательно прополоскав под проточной водой проварить.

Готовую массу измельчаем небольшими порциями на миксере, смешивая между собой по тону. Также измельчаем растительное сырье, каждый вид отдельно. Если сырья получилось очень много, его можно после варки и измельчения заморозить. В большой емкости смешиваем одну часть растительной массы с пятью частями бумажной массы и разбавляем все это девятью частями воды до получения однородной массы.

Специальными рамками осторожно выдавливаем бумажно-растительную массу, распределяя ее ровным слоем по поверхности рамки. Даем стечь воде. На подготовленную заранее впитывающую влагу ткань (шерсть или хлопок) откидываем слой бумаги и закрываем сверху другим слоем ткани. Так слой за слоем. У нас поучится большой слоеный пирог. Из 1 литра бумаги получается 2 литра массы – это 25-30 листов новой бумаги формата А5, 15 листов формата А4.

Закладываем готовую бумагу под пресс на 15-30 минут. После этого раскладываем каждый слой отдельно или развешиваем на солнце для просушки. Не досушив, отделяем бумагу от ткани, перекладываем картоном
и снова закладываем под пресс, оставив на несколько часов до полного высыхания. Если нужно быстро, можно просто прогладить утюгом недосушенные листы бумаги через ткань.

Оборудование и инструменты:

Нам потребуется помещение, где есть подвод воды, эмалированные емкости для работы различных объемов (от 3 до 10-15 литров), рамки на деревянной основе, лучше из лиственницы или осины, обтянутые мелкой сеткой формата А4 или А5, сито для промывания сырья, пресс или доски с зажимами, миксер ручной или электрический, скалка для измельчения материала, старая ткань, ножницы и ножы, резиновые перчатки, фартук.

1. Бумага из соломы:

Один мешок соломы разрезаем кусочками по 2-5 см, замачиваем в большой емкости на ночь. На следующий день промываем через сито, снова замачиваем водой и ставим на огонь на 1,5-2 часа, добавляя при этом 20 гр. Кальцинированной соды. Варим, помешивая, следим, чтобы солома всегда лежала в воде. Работаем в резиновых перчатках, избегая попадания соды на

кожу или в глаза!

Если солома разделяется между пальцами, она готова для следующего шага. Фильтруем поваренную солому и прополаскиваем в чистой воде, чтобы промыть соду. Маленькими порциями измельчаем солому миксером или скалкой. Разбавляем полученную массу большим количеством воды и делаем бумагу. Если в конце массы осталось мало, можно добавить целлюлозы и сделать еще бумаги. Из 5 литров соломенной бумаги получается 25-30 листов бумаги красивого золотистого цвета.

2. Бумага из травы:

Сухую или свежую траву измельчаем ножницами, провариваем на медленном огне в течение часа, затем измельчаем маленькими порциями миксером. Смешиваем с бумажной массой в порции 1:3 или 1:5, разбавляем большим количеством воды и делаем бумагу по инструкции.

3. Бумага из крапивы:

У этого растения мы используем стебель, можно свежий или зимой сушеный. Нарезаем сырье кусочками по 2-5 см., замачиваем в воде и ставим на огонь на 30-45 минут, постоянно помешивая. При этом добавляем 100 гр. кальцинированной соды. Если вареные кусочки размягчаются между пальцами, то можно снимать с огня. Промываем массу через сито, чтобы прополоскать соду. Работаем в резиновых перчатках! Массу измельчаем миксером или разминаем скалкой. Далее делаем по инструкции.
Очень нежную бумагу можно получить из волокон взрослого растения. Для этого нужно поварить, не разрезая, стебель без листьев с кальцинированной содой, затем разделить его по волокнам и очень хорошо промыть. После этого можно нарезать волокна кусочками и делать бумагу.

4. Бумага из осенних листьев:

Листья особенно интересны, когда меняют свой окрас осенью. Сухие листья измельчаем руками и отделяем от черенков, после чего замачиваем на некоторое время в воде. Массу листьев перекладываем в свежую воду, заливая так, чтобы скрыть, и варим 30 минут. Остывшую проваренную массу измельчаем миксером и смешиваем с измельченной бумажной массой в пропорции 1:5. Далее делаем по инструкции.

5. Бумага из водорослей:

Подсушите комочек тины размером с кулак в течение 5 минут, расстелив

тонким слоем. Затем нарежьте ее мелкими кусочками (5 мм), сложите в ступку, измельчите пестиком в течение 15 минут и смочите водой. Полученную однородную массу выложите в посуду и залейте 10%-ным раствором хлорной извести для обесцвечивания, тина должна быть полностью покрыта жидкостью. Поставьте нагреваться, как только смесь закипит, прилейте 3-5 мл 2%-ного раствора серной кислоты, прокипятите еще 5-7 мин. Охладите смесь, перенесите ее в сито и промойте водой ( в воду необходимо добавить несколько капель раствора аммиака для нейтрализации кислоты, содержащейся в растительной массе). Затем сито с массой накройте листом бумаги. Слегка надавливая, отожмите обесцвеченную тину, аккуратно переверните сито и выньте тину вместе с листом бумаги. Закройте тину сверху вторым листом бумаги и прогладьте горячим утюгом. Бумага готова, лучше, если она пролежит под прессом сутки. На полученной бумаге можно писать карандашом.

Технология изготовления бумаги в лабораторных условиях

Этапы работы

Фотоотчет

Возьмем сушеные листья и измельчим пестиком.

Измельченные листья смочим водой. Получившуюся однородную массу зальем 10%-ным раствором хлорной извести для обесцвечивания.

Смесь поставим нагреваться.

Как только смесь закипит , добавим
3-5 мл 2%-ного раствора серной кислоты. Прокипятим еще 5-7 минут.

Охладим смесь, перенесем ее в сито и промоем водой. Слегка надавливая, отожмем обесцвеченные листья, аккуратно перевернем сито и вынем листья вместе с листом бумаги.

Закроем смесь вторым листом бумаги и прогладим горячим утюгом.

Бумага готова, лучше, если она пролежит под прессом сутки. На полученной бумаге можно писать карандашом.

Выводы.

Во время проведения практической работы я получила большой опыт и знания, связанные с моим профильным предметом – химией.

Таким образом, цель работы, поставленная в самом начале, была достигнута:

Мной был освоен один из предложенных вариантов изготовления бумаги в лабораторных условиях. В результате моих действий, получилась настоящая бумага ручной работы. Это занятие оказалось увлекательным. Оно, безусловно, полезное.

Знания о том, как изготавливается бумага, оказываются полезными при покупке бумаги и бумажных расходных материалов. Понимание многих факторов, оказывающих воздействие на процесс изготовления бумаги, позволяет принять грамотное решение и выбрать бумагу, которая поможет повысить производительность вашей печатающей техники.

Заключение.

Все многообразие видов бумаги подразделяют на классы, из которых основными являются бумага для печати, декоративная, для черчения и рисования, электротехническая, упаковочная, оберточная, свето-чувствительная и др. К числу основных показателей, характеризующих свойства различных видов бумаги, относятся толщина или объемная масса, зольность, степень проклейки, гладкость, белизна, прозрачность, сопротивление разрыву, излому, вдавливанию, деформация при намокании, впитывающая способность и др.

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.

Список литературы.

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D1%83%D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%B0

2. http://referat.resurs.kz/ref/bumaga

3. http://studentbank.ru/view.php?id=13841

4. http://shkolazhizni.ru/culture/articles/14975/

Приложение.

20