Учебно-исследовательский проект "Тайны бумаги"

Учебно-исследовательская работа

«Тайны бумаги»

Авторы: Соловьев Кирилл,

Шибко Ярослав,

 учащиеся 4б класса

МКОУ «СОШ №24»

МО «Мирнинский район» РС(Я)

г.Удачный

Научный руководитель: учитель начальных классов

Гарькавая Елена Юрьевна

Город Удачный,

 2012 год

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение                                                                                 3 - 4
2. Экскурсия в историю                                                                4 - 5
3. Бумага. Её разновидности и свойства. Технология производства                 6 – 9
4. Эксперимент                                                                         10 - 12
5. Заключение                                                                                  12
6.  Список литературы                                                                        13
7. Приложение                                                                                 14

ВВЕДЕНИЕ

 Как показывает история развития науки, часто темы исследований возникают спонтанно, и многие открытия были совершены неожиданно, даже случайно. Тема нашей работы тоже появилась неожиданно. Кирилл увлекся оригами и несколько недель не расставался даже в классе на перемене с книгой Маурисио Роблес «Оригами».  Однажды он сложил стаканчик, а Ярослав, недолго думая, решил использовать его по назначению и очень удивился, когда вода не вытекла из него сразу.  Так родилась идея проверить, любая ли бумага может какое-то время не пропускать воду и можно ли использовать это на практике и в быту.

Предметом исследования стала бумага и ее свойства.

Целью исследования: изучение впитывающих свойств бумаги.

 Поставленной целью обусловлены следующие задачи:

– найти информацию по истории появления бумаги

– познакомиться с современной технологией производства бумаги

– узнать о назначении и свойствах бумаги

 - провести эксперимент по изучению впитывающих свойств бумаги        

- определить практическую пользу полученных результатов

Решая поставленные задачи, мы провели учебное исследование и использовали следующие научные методы:

Поиск и отбор информации

Эксперимент (вмешательство в естественные условия существования предметов и явлений или воспроизведение их определенных сторон в специально созданных условиях)

Измерение (определение количественных значений, свойств объекта с использованием специальных технических устройств и единиц измерения)

 Наблюдение (целенаправленный процесс восприятия предметов действительности, результаты которого фиксируются в описании).

Анализ и синтез («расчленение» (мысленное) исследуемого объекта на составные части для их детального изучения   и последующее объединение полученных частей в результате операции синтеза).

 ЭКСКУРСИЯ В ИСТОРИЮ

Бума́га (предположительно от итальянского bambagia, либо  татарского  бумуг — хлопок) — материал в виде листов для письма, рисования, упаковки и т. п., получаемый из целлюлозы: из растений, а также из вторсырья (тряпья и макулатуры).

Возможно, бумага получила название от папируса – водяного травянистого растения, которое росло еще в Древнем Египте. Сердцевину папируса резали на тонкие ленты, терли их гладким инструментом, одновременно смачивая водой, отбивали молотком, клали под пресс и сушили на солнце. Полученные листочки склеивали и сматывали в свитки.

Процесс изготовления бумаги, используемого в наши дни, был заимствован у китайцев. Из перемолотых растений (хлопчатника, бамбука, конопли, соломы) варили густую массу, добавляя к ней различные клейкие смолы, затем прессовали и получали бумагу.

Китайские летописи сообщают, что бумага была изобретена в 105 году н.э. Цай Лунем. Однако, в 1957 году в пещере Баоця северной провинции Китая Шаньси обнаружена гробница, где были найдены обрывки листов бумаги. Бумагу исследовали и установили, что она была изготовлена во II веке до нашей эры.

До Цай Луня бумагу в Китае делали из пеньки, а ещё раньше из шелка, который изготавливали из бракованных коконов шелкопряда.

Цай Лунь растолок волокна шелковицы, древесную золу, тряпки и пеньку. Всё это он смешал с водой и получившуюся массу выложил на форму (деревянная рама и сито из бамбука). После сушки на солнце, он эту массу разгладил с помощью камней. В результате получились прочные листы бумаги.

После изобретения Цай Луня, процесс производства бумаги стал быстро совершенствоваться. Стали добавлять для повышения прочности крахмал, клей, естественные красители и т. д.

В VI—VIII веках производство бумаги осуществлялось в Средней Азии, Корее, Японии и других странах Азии. В XI—XII веках бумага появилась в Европе, где вскоре заменила животный пергамент. С XV—XVI веков, в связи с введением книгопечатания, производство бумаги быстро растёт. Бумага изготовлялась весьма примитивно — ручным размолом массы деревянными молотками в ступе и вычерпкой её формами с сетчатым дном. Большое значение для развития производства бумаги имело изобретение во второй половине XVII века размалывающего аппарата — ролла. В конце XVIII века роллы уже позволяли изготавливать большое количество бумажной массы, но ручной отлив (вычерпывание) бумаги задерживал рост производства. В 1799 Н. Л. Робер (Франция) изобрёл бумагоделательную машину, механизировав отлив бумаги путём применения бесконечно движущейся сетки. В Англии братья Г. и С. Фурдринье, купив патент Робера, продолжали работать над механизацией отлива и в 1806 запатентовали бумагоделательную машину. К середине XIX века бумагоделательная машина превратилась в сложный агрегат, работающий непрерывно и в значительной мере автоматически. В XX веке производство бумаги становится крупной высокомеханизированной отраслью промышленности с непрерывно-поточной технологической схемой, мощными теплоэлектрическими станциями и сложными химическими цехами по производству волокнистых полуфабрикатов. Сейчас бумага производится на бумажных фабриках из древесины, соломы, стеблей кукурузы, тряпье, а также макулатуры. Все процессы на фабриках выполняются автоматически.

БУМАГА. ЕЁ РАЗНОВИДНОСТИ И СВОЙСТВА.

Современная бумажная промышленность выпускает около 600 видов и сортов бумаги, имеющих различное назначение и свойства:

• Для письма и печати (книги, газеты, журналы, тетради, альбомы, афишная, билетная, для глубокой печати, документная)
• Отделочный материал (обои)
• Поделочный материал (оригами, папье-маше, картографическая, карточная, офсетная, этикеточная, эстампная, цветная, барзатная, глянцевая, перламутровая, мраморная, крепированная, жатая)
• Для черчения и рисования (меловая, ватман, писчая, машинописная, ротаторная,
• Упаковочный материал (калька, картон, фантики, конвалюты, мешки, коробки, калька, бумага для писем и конвертов, парафинированная, пергамент, противокоррозиойная )
• Чистящий материал (туалетная бумага, салфетки, бумажные полотенца)
• Фильтры
• Изоляторы при производстве конденсаторов (термобумага, электротехническая, кабельная, электроизоляционная)
• Производство гетинакса
• Производство денег, обложек
• Подложка для нанесения химических реактивов (фотобумага, индикаторная бумага, наждачная бумага, аэрографная)
• Библьдрук (от нем. Bibel — Библ(ия) + Druck — печать) — специальный сверхлегкий офсетный тип бумаги, используемый при печати объемных словарей, библии.  
•  Курительная (папиросная, мундштучная, сигаретная)
• Аналитическая медицинская бумага ( бактерицидная, медицинский алигнин, промокательная) 
• Бумага-основа  
• Бумага вердоль  
• Бумага диаграммная 
•  Бумага для гофрирования  
• Бумага для химических источников тока  
• Каландровая бумага 
• Патронная бумага  
• Санитарно-гигиеническая бумага
•  Шпагатная бумага
• Веленевая  · Верже  · Крафт-бумага  
• Китайская 
•  Рисовая (съедобная) 
• Бумажная ткань  
• Конопляная бумага  

Технология производства

Для приготовления бумаги нужны растительные вещества, обладающие достаточно длинным волокном, которые, смешиваясь с водой, дадут однородную, пластичную, т. н. бумажную массу. Полуфабрикатами для производства бумаги могут служить: древесная масса или целлюлоза (целлюлоза однолетних растений (соломы, тростницы, конопли, риса и других);полуцеллюлоза; макулатура;  тряпичная полумасса; для специальных видов бумаги: асбест, шерсть и другие волокна.

Производство бумаги складывается из следующих процессов:

• приготовление бумажной массы (размол и смешение компонентов, проклейка, наполнение и окраска бумажной массы);
• выработка бумажной массы на бумагоделательной машине (разбавление водой и очистка массы от загрязнений, отлив, прессование и сушка, а также первичная отделка);
• окончательная отделка (каландирование, резка);
• сортировка и упаковка.

При размоле волокнам придают необходимые толщину и физические свойства. Размол производится в аппаратах периодического и непрерывного действия (роллах, конических и дисковых мельницах, рафинерах и других). Чтобы сделать бумагу пригодной для письма и придать ей гидрофобные свойства, в бумажную массу вводят  канифольный  клей,  парафиновую  эмульсию,  глинозём и другие способствующие слипанию вещества (так называемая проклейка); для повышения связи между волокнами и увеличения механической прочности и жёсткости добавляют крахмал, животный клей; для увеличения прочности бумаги во влажном состоянии — мочевино- и меламино-формальдегидные смолы. Для повышения белизны, гладкости, мягкости и непрозрачности, а также улучшения печатных свойств бумаги вводят минеральные наполнители (каолин, мел, тальк); для придания цвета и повышения белизны — анилиновые (реже минеральные) красители. Некоторые виды бумаги, например, впитывающие и электроизоляционные, вырабатываются без проклейки и наполнения. Бумага из конопляной массы и рисовая бумага белее бумаги из древесной целлюлозы, поэтому зачастую не требует дополнительного химического отбеливания волокон.

Готовая бумажная масса концентрацией 2,5—3,5 % с помощью насоса подаётся из подготовительного отдела в мешальный бассейн, откуда поступает на бумагоделательную машину. Предварительно масса разбавляется оборотной водой (до концентрации 0,1—0,7 %) и пропускается через очистную аппаратуру (песочницы, вихревые и центробежные очистители и узлоловители).

Наиболее распространена так называемая столовая (с плоской сеткой) бумагоделательная машина. Она состоит из сеточной, прессовой и сушильной частей, каландра и наката. Бумажная масса непрерывным потоком вытекает на движущуюся замкнутую в кольцо сетку машины, где происходит отлив, обезвоживание и уплотнение бумажного полотна. Дальнейшее обезвоживание и уплотнение полотна производится в прессовой части, образуемой несколькими вальцовыми прессами, между валами которых бумажное полотно транспортируется цельным в течение всего процесса шерстяным сукном, служащим эластичной прокладкой. Окончательное удаление воды происходит в сушильной части, где полотно бумаги попеременно соприкасается своими поверхностями с обогреваемыми изнутри паром чугунными шлифовальными цилиндрами, расположенными в шахматном порядке в двух ярусах. Поверхность бумаги получается гладкой благодаря тому, что она прижимается к цилиндрам верхними и нижними сукнами. Затем бумажное полотно отделывается в каландре, представляющем собой вертикальную батарею из 5—8 металлических валов. При движении между валами сверху вниз полотно становится более гладким, уплотняется и выравнивается по толщине. Получаемое полотно бумаги наматывается на рулоны на накате, представляющем собой принудительно вращаемый цилиндр, к которому прижимается валик с наматываемой на него бумагой.

Свойства бумаги.

Бумага обладает различными механическими и химическими свойствами: плотность, гладкость, мягкость, гибкость, растяжимость. Некоторые из них позволяют использовать бумагу в оригами, бумажной пластике. Но одно из важнейших свойств печатной бумаги - ее впитывающая способность, которая, в первую очередь, зависит от  структуры бумаги. Чем пористее бумага и чем меньше она содержит клеевой составляющей, тем больше ее впитывающая способность, тем более она намокаема.

ЭКСПЕРИМЕНТ

 Этапы проведения эксперимента:

I – отбор материалов (образцов бумаги)

II – подбор оборудования

III – проведение опытов

IV – оформление результатов

V – обработка полученных результатов, выводы.

- Были отобраны различные бумажные материалы (15 образцов) и следующее оборудование: штатив с держателем, мерная чашка, пластиковые стаканы для наливания и стекания воды, секундомер.

- Вначале из 15-ти отобранных образцов бумаги были вырезаны одинаковые квадраты размером 18см x 18см. Из них по технологии оригами сложили фигуру «стаканчик».

- На держателе штатива по очереди закрепляли каждый из 15-ти стаканчиков, с помощью мерной чашки отмеряли 20мл воды, заливали в подвешенный стаканчик, засекали при помощи секундомера время и наблюдали, через какое время стаканчик протекал.

- Результаты опытов зафиксировали в таблицу (по возрастающим показателям времени):

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные опыты позволили сделать несколько выводов:

1. Образцы бумаги № 1,3,5,6,7,8,9,11,12,13,14,15 были тонкими, а образцы бумаги № 2,4,10 – толстыми, но скорость намокания была разной, значит, эта скорость не зависит от  толщины бумаги, а зависит от её структуры. Чем бумага пористей (рыхлая, неплотная), тем быстрей она промокает. А, если бумага имеет дополнительное покрытие или пропитку, она может вообще не пропустить воду.
2. Техника оригами позволяет создавать предметы посуды (стакан), которые могут быть использованы в быту (например, в туристическом походе). Т.е., собираясь в поход, можно взять с собой несколько рулонов бумаги типа образцов №1, 5, 10, 13, 14. Она легкая, не занимает много места, после использования ее можно сжечь в огне, не засоряя окружающую среду.
3. Этот вывод напрямую не связан с опытами, но, тем не менее, он интересен. Оказывается, научное исследование может возникнуть, когда столкнутся интересы нескольких человек, и «из простого стаканчика может родиться научный проект» (Соловьев Кирилл).
4. Проведенная работа «заразила» одноклассников оригами и повысила их интерес к опытам и исследованиям.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

http://ru.wikipedia.org/wiki/

www.idlazur.ru/art5.php

www.compuart.ru/article.asp

www.bereg.net/info

www.ffmedia.ru/information/bumaga-ee-ocnovniye-svoystva.html