Изготовление бумаги в домашних условиях
1. Введение
Бумага своими руками... Можно ли её изготовит в домашних условиях? Этим вопросом задались авторы предлагаемого проекта. Изучив литературу по данному вопросу, мы пришли к выводу, что невозможного в этом случае не бывает. Нами было найдено два способа изготовления бумаги в домашних условиях, испробовав оба, мы несколько изменили их и предлагаем свой.Таким образом, цель данного проекта : научиться изготавливать бумагу самостоятельно.
Задачами проекта
стали:
Сбережение лесных ресурсов (как ни громко это звучит);
Научиться применять вторичное сырьё;
Развитие творческих способностей участников проекта (и их родителей).
В наши дни изделия ручной работы ценятся очень высоко, ведь они хранят тепло человеческих рук и не имеют аналогов. То же можно ска–зать и о бумаге ручного отлива: интерес к ней растет с каждым днем, так что, по прогнозам, мастерам бумажного дела скучать не придется.
2. Основная часть
2.1 Бумага из вторичного сырья.“Рукотворная” бумага не похожа на бумагу машинной выделки, и с точки зрения технических стандартов она хуже: неравномерная по толщине, обычно менее гладкая, подчас слишком хрупкая - такая бумага отнюдь не всегда подойдет для печати. Но бумага ручного изготовления обладает одним неоспоримым достоинством, которое заставляет забыть все ее недостатки, - абсолютной эксклюзивностью. Мастера бумаги давно заметили одну закономерность: даже если при литье двух листов используются одни и те же материалы и технология изготовления остается неизменной, все равно они хоть немного, но будут отличаться друг от друга. Эффект неожиданности - вот что больше всего ценят мастера бумаги; может быть, именно он превращает изготовление бумаги из ремесла в искусство.
Ручное изготовление бумаги освоили в Китае: почти 2000 лет назад (в 153 году н. э.) некий Цай–Лунь, министр земледелия, рекомендовал своим согражданам применять для письма бумагу “ши”, изготовленную из волокон древесины растения, которое впоследствии получило название бумажного деревца. Процесс получения бумаги из этой древесины был следующим. Кору толкли в воде, чтобы отделить волокна, и выливали полученную смесь на подносы, на дне которых находились длинные узкие полоски бамбука. Когда вода стекала, мягкие листы клали сушиться на пластины из бамбука и старые тряпки. Видимо, из–за того что для сушки использовалось тряпье, китайская бумага имела одну особенность - она была настолько рыхлой, что краска на ней довольно сильно растекалась. Впрочем, впоследствии это качество китайской бумаги высоко оценили японские каллиграфы, которые использовали для своей работы именно китайскую бумагу.
В Японию секрет производства бумаги привез корейский монах в 610 году. За несколько столетий японцы модифицировали китайскую технологию и создали собственные способы производства бумаги. Китайцы выливали размоченные в воде волокна, на специальные сетчатые щиты–формы и давали воде медленно стечь, просочиться сквозь мелкие ячейки. Японцы же, напротив, энергично трясли форму, чтобы волокна хорошенько переплелись между собой. Кроме того, они стали добавлять клейкий растительный экстракт, который способствовал более плотному и прочному соединению волокон. Древние японцы ценили бумагу не только за ее практические качества, но и за красоту. Она славилась своей тонкостью, почти прозрачностью, что вовсе не лишало ее прочности. Традиционная японская бумага ручного изготовления получила название “васи”. Со временем она приобрела популярность, особенно при императорском дворе в период Хайэн (794–1185). В те времена лучшие сорта японской бумаги ценились на вес золота. Такая бумага и в современной Японии - один из наиболее популярных подарков. Однако мастера каллиграфии все же предпочитали китайскую бумагу, на которой тушь слегка расплывалась, что позволяло добиваться большей выразительности письма. Японцы долго пытались сымитировать это качество, но используемое сырье (в основном применялся тутовый луб) и японская технология не давали такого эффекта.
Интересно, что традиция производства бумаги из вторичного (уже ис–пользованного) сырья берет свое начало именно в Японии. В VIII веке после смерти императора из династии Хайэн Сэйва одна из придворных дам сделала из писем императора новые листы бумаги и написала на них буддийскую сутру, как бы прикоснувшись к его душе. Получается, что макулатуру начали применять для производства бумаги вовсе не из практических соображений, как можно подумать, а по причинам религиозным. Восстановленная бумага называлась “усудзумигами” - из–за ее голубоватого оттенка, получавшегося от остатков туши на старых рукописях. Хотя в действительности она была скорее сероватой вследствие недостатков технологии отбеливания. Но японцы и не стремились к особой белизне, считая, что сероватый цвет больше подходит для выражения их чувств к умершим. В отличие от современной европейской бумаги, которая производится из древесной пульпы с длиной волоконцев всего 2–3 мм, васи изготавливается из волокон длиной до 10 мм. Эти длинные волокна переплетаются довольно плотно, обеспечивая прочность бумаги скорее за счет физических факторов, нежели химических, как в бумаге европейской.
От китайцев секрет изготовления бумаги переняли не только японцы, но и арабы. Они и привезли его в Испанию, а уже оттуда искусство делать бумагу распространилось по всему миру. Ранние европейские бумаги делались из переработанной хлопковой и льняной ткани, поэтому стала бурно развиваться торговля ветошью и хлопковым полотном. Интересно, что по одному из предположений чума проникла в Англию из Европы как раз в старых тряпках. Вскоре, однако, этот источник получения сырья для бумаги стал недостаточным, и люди начали применять для производства бумаги новые, порой весьма экзотические материалы. Зафиксирован случай, когда в качестве сырья для упаковочной бумаги была использована... египетская мумия! Менее экстравагантные экспериментаторы пускали в дело солому, капусту, кожу животных, шерсть и даже гнезда ос! Оказывается, в слюне ос есть клей, поэтому, когда оса сгрызает молодые побеги для строительства гнезда, во рту у нее образуется клейкая масса, по составу сходная с бумагой: клетчатка древесины или соломы и клей.
В 1828 и 1861 годах выходили любопытные руководства по производству бумаги - “Manuel de papeterie” Луи Пите, к которым были приложены сотни образцов бумаги, выработанной из различных веществ, даже из кожи и торфа. Таким образом, для изготовления бумаги годятся любые растительные волокна, обладающие гибкостью, но что же все–таки отличает бумагу от других писчих материалов?
2.2. Изготовление бумаги в домашних условиях
МЕТОД I
Вам понадобится:
Большая кастрюля
Листы использованной бумаги
Миксер или кухонный комбайн
Вода
Растворимый крахмал (две чайные ложки)
Что делать:
Разорвите бумагу на мелкие кусочки (не больше, чем 2х2 см) и поместите их в кастрюлю. (Если Вы используете кухонный комбайн, просто положите в него порванную бумагу, налейте немного воды и взбивайте, пока бумага не распадется на волокна. Затем вылейте полученную массу в кастрюлю с водой и переходите к пункту 4)
Налейте в кастрюлю воды (лучше теплой). Если хотите использовать крахмал, то добавьте его в воду сейчас (две чайные ложки).
Дайте бумаге постоять минут 10, а затем взбивайте миксером до тех пор, пока волокна бумаги не разделятся и масса не станет мягкой.
Опускайте постепенно кусок марли в кастрюлю одним краем, держа ее за другой край. Полностью погрузите ее в массу, а затем осторожно выньте.
Дайте воде стечь обратно в кастрюлю
Накройте марлю промокательной бумагой и переверните, но осторожно, чтобы полученная “целлюлоза” не распалась.
Аккуратно удалите марлю и накройте оставшуюся “целлюлозу” вторым листом промокательной бумаги и прокатайте.
Высушите с помощью утюга
Аккуратно удалите промокательную бумагу. Получившийся лист не трогайте 24 часа до полного высыхания.
МЕТОД II
Вам понадобится:
Ступка и пестик
Литровая стеклянная мензурка
Горелка
Кастрюля
Кусок марли с мелкими отверстиями
Ненужная бумага
Два листа промокательной бумаги (или газета)
Что делать:
Разорвите бумагу на мелкие кусочки (не больше, чем 2х2 см) и поместите их в мензурку.
Добавьте немного воды, так чтобы она покрыла бумагу. Поместите мензурку над горелкой и нагревайте 10 минут.
Перелейте полученную массу в ступку и хорошо растолките пестиком.
Добавьте эту массу в кастрюлю с водой.
МЕТОД III
Инструменты:
Для работы потребуются специальные рамки с сеткой для процеживания жидкости. Они деревянные, размером листов A4 и A5. Для работы достаточно иметь по две каждого размера. Сетка мелкозернистая, похожа на сито, она применяется в строительстве. Сетка прикреплена к рамке небольшими гвоздиками. Верхняя рамка без сетки не обязательна, но желательна. Она дает возможность набрать больше массы и легче разровнять ее на сетке.
Также мы используем блендер и утюг для ускорения процесса (можно вполне обойтись и без них).
Материалы:
Для работы можно брать самую различную бумагу: документы, прошедшие уничтожение в специальных машинах (шредерах), старые газеты, яичные лотки, туалетную бумагу. Авторы использовали обрезки полей газет, которые не имели на себе типографской краски.
На изготовление 2-3 листов бумаги надо приблизительно 3-4 литра массы. Чем тоньше бумагу хотим получить в итоге, тем больше воды берем в начале.
Для окраски можно использовать любые краски, начиная с гуашевых.
Процесс:
1. Собранная для работы бумага рвется на мелкие кусочки, заливается водой и помещается в блендер, где измельчается до состояния однородной массы. Можно добавить краситель. Когда бумажная масса готова, она наносится на рамку с сеткой, сверху накрывается рамкой без сетки. Некоторое время нужно, чтобы дать воде стечь.
2. Снимается верхняя рамка (без сетки).
3. Переворачиваем рамку сеткой к верху и с помощью губки удаляем всю лишнюю влагу. После этого осторожно удаляем рамку с сеткой и оставляем высыхать в течении нескольких часов.
4. В конце проглаживаем получившуюся бумагу утюгом через тонкую тряпку или газету.
Из полученной бумаги можно сделать совершенно удивительные и неповторимые поделки. Мы изготовили из них муляжи для кабинета технологии.
3. Заключение
Таким образом, цель, поставленная авторами работы в самом начале, была достигнута: нами были освоены два описанных в литературе способа изготовления бумаги в домашних условиях и предложен свой метод.Кроме того, что это занятие оказалось увлекательным, оно, безусловно, полезное. Нами было собрано 38 килограммов макулатуры: основная её часть была сдана в школьную библиотеку для последующего её обмена в пункте вторсырья на книги. Обрезанные поля собранных газет были нами использованы для изготовления бумаги. Сами изготовленные образцы мы можем представить. Поделки, изготовленные из вторсырья, мы подарили учащимся группы продлённого дня нашей школы.
Надеемся, что данная маленькая работа принесла пользу природе.
Ведь это и было главной нашей задачей.
Бумага – одно из важнейших изобретений человечества. Без нее трудно представить себе какую-либо сферу человеческой деятельности. Первыми бумагу начали изготавливать китайцы в 105 г. н. э. Веками совершенствовались технологии ее производства. Сегодня оно представляет собой многоэтапный высокомеханизированный процесс.
Сорта бумаги
Современное производство бумаги дает возможность получать множество ее разновидностей. По способу применения различают:
- бумагу для печати;
- картонную и упаковочную разновидности;
- техническую;
- санитарно-гигиеническую;
- полиграфическую.
Сорта бумаги для полиграфии подразделяют на:
- офсетную , она отличается самым высоким качеством;
- газетную - содержит волокнистые примеси;
- мелованную – со специальным покрытием для глянцевых журналов;
- офисную – выделяется устойчивостью к механическим повреждениям;
- бумагу для документов – с водяными знаками в качестве защиты;
- дизайнерскую – для визиток;
- упаковочную ;
- самокопирующуюся и самоклеющуюся .
Из основных показателей качества бумаги можно выделить:
- ее толщину;
- пористость поверхности;
- степень непрозрачности;
- гладкость, особенно для печатных форм;
- прочность, она важна для всех видов бумаги.
Основной компонент сырья
Сырьем для изготовления бумаги служит целлюлоза, являющаяся природным полимером из класса углеводов с большой молекулярной массой. Высокая степень полимеризации свидетельствует о длине макромолекул и их механической прочности. Благодаря линейному строению они обладают гибкостью и эластичностью. Переплетаясь между собой, макромолекулы образуют волокнистый материал, набухающий под воздействием воды.
Виды сырья
В качестве сырья для получения волокнистых материалов используют природные материалы - различные виды древесины, а также вторсырье, которое составляют отходы разных производств.
Сосны и ели дают целлюлозу с длинными волокнами, из которой можно получить бумагу с высокой прочностью.
Лиственные породы . Древесина берез и осин обладает более короткими волокнами с меньшей механической прочностью. Их преимуществом является быстрая возобновляемость ресурсов.
Стебли злаковых , однолетних растений. Небольшая длина целлюлозных волокон кукурузы или тростника компенсируется легкой возобновляемостью сырья.
Отходы хлопковых и текстильных производств дают длинные волокна с высокими механическими свойствами.
Макулатуру смешивают с древесиной и другими отходами и используют в производстве определенных сортов бумаги, например, картона. Использование вторичного сырья позволяет уменьшить вырубку лесов. Доля переработанной макулатуры в производстве бумаги постепенно увеличивается.
Синтетические волокна с недавних пор используются в производстве бумаги, что позволит снизить ее себестоимость и сэкономить природные ресурсы.
Стадии процесса
Производство осуществляется на целлюлозно-бумажных комбинатах. Изготовление бумаги включает несколько этапов.
1 стадия – начальная степень подготовки древесины. Она включает:
- очищение стволов деревьев от коры;
- распил на небольшие бруски;
- измельчение их до получения древесной массы.
На 2 стадии древесную массу подвергают высокотемпературной обработке кислотами. Она варится до получения жидкой смеси целлюлозных волокон. Одновременно она отбеливается и приобретает механическую прочность. Далее полуфабрикат может быть отправлен:
- на дальнейшую переработку;
- на продажу в спрессованном виде.
На следующем этапе к смеси добавляют:
- часть необработанной древесной массы или вторичного сырья;
- большой объем воды;
- различные добавки в виде смолы, клея, специальных веществ, красителей, в зависимости от назначения продукции.
Бумажная суспензия, в которой почти 99% составляет вода, фильтруется, очищается от примесей и подается в БДМ – бумагоделательную машину.
Формование бумажного полотна
Смесь попадает на ячеистую металлическую сетку, продвигаясь по которой, теряет часть воды. Волокна располагаются по движению сетки и переплетаются, формируя полотно бумаги. Следующие манипуляции заключаются в его прессовании и сушке:
- проходя через цилиндрические прессы, бумажное полотно отдает влагу и все больше уплотняется;
- после прохождения сушильной части в основе остается лишь 8% воды;
- пройдя между каландрами, полотно сматывается в большой рулон и подвергается резке.
Прежде чем попасть на каландры, основа подвергается мелованию. Она покрывается водной суспензией, состоящей из клеевых и пигментных добавок, придающих ей гладкость и высокие печатные качества.
Целлюлозно-бумажная промышленность развита в странах, где имеются большие массивы леса. С каждым годом растет потребность все в больших количествах бумаги. Хотя при заготовке древесины вырубка деревьев сопровождается посадкой новых, площади лесов со временем сокращаются. Поэтому так важен сбор макулатуры и его использование.
Китайцы делали ее из размоченных растительных волокон. В Европу бумага попала между 1000 и 1100 годами. Оказалось, что ее можно делать из дерева, тряпок и даже... из старой бумаги - макулатуры. Так оказалось, что бумагу можно было использовать дважды!
Как же делают бумагу в наши дни?
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.
На фабрике машины сдирают с них кору, измельчают в щепки.
Самый экономичный способ получения древесной целлюлозы - механический: на деревообрабатывающем предприятии лесоматериалы измельчаются до крошки, которая смешивается с водой. Бумага, изготовленная на основе такой целлюлозы, непрочна и чаще всего идет на производство, например, газет.
Бумагу более высокого качества делают из целлюлозы, полученной химическим способом. Из такой древесной массы изготавливают бумагу для книг, брошюр и модных журналов, а также прочные оберточные материалы.
В этом случае щепки сортируют по размеру на специальных ситах и отправляют в варку. Варят дерево в специальных машинах, куда добавляют кислоту.
Очищенную и разваренную древесину фильтруют и промывают, чтобы очистить от примесей.
К обрабатываемой бумажной массе может быть добавлена макулатура, но лишь после удаления чернил. На этом этапе производства обрабатываемая масса, состоящая из древесных волокон и воды, называется бумажным сырьем.
Затем на специальной перерабатывающей машине меняются форма и структура бумажных волокон. Для этого к бумажному сырью добавляют дополнительные вещества. 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. Бумага, используемая для печатания, не требует такого проклеивания, как писчая, потому что печатные краски готовятся не на водной основе и не растекаются.
После этого бумагу окрашивают в смесителе, куда добавляют красители или пигменты, - например, мелко размельченные вещества для мелования. 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. На сеточном участке начинается образование бумажного полотна, называемое формованием листа. Это происходит благодаря удалению воды из волокнистого материала. 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. Одни валики отжимают воду, другие, обогреваемые изнутри паром, высушивают ее, третьи полируют.
В конце сеточного участка еще сырое бумажное полотно перемещается в секцию прессования, которую также называют "мокрым прессованием". Там бумажное полотно механически обезвоживается и еще больше уплотняется.
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.
А знаете ли вы...
Для изготовления 1 тонны бумаги нужно 5,6 м 3 древесины. Если учесть, что средний объем одного бревна (дерева) - 0,33 м 3 , то для производства 1 тонны бумаги требуется 17 деревьев.
А из 1 тонны бумаги можно изготовить порядка 30 тысяч обычных ученических тетрадей.
Обойтись без бумаги в повседневности почти невозможно. Она задействована во всех сферах жизни: люди читают книги, пользуются документами, заворачивают в упаковку подарки, посылки. Бумагой утирают слезы и даже расплачиваются. Напрасно поклонники современных технологий пророчат ей скорое забвение. Этого не случится еще много веков. Из чего же ее делали раньше, и каковые технологии производства сегодня?
Как и из чего делали бумагу раньше?
Сколько человечество себя помнит, оно пишет свою историю. Сперва в виде наскальных рисунков, наглядно повествующих о быте древних племен. Позже в Египте листы для написания готовили из стеблей папируса. В ходу у римлян были дощечки, покрытые воском. А в Индии сохранились высушенные плитки слоновьего помета с витиеватыми письменами.
Создателями прототипа бумаги считаются китайцы (примерно в 105 г. н.э.). Первоначально ее делали из отходов шелковичных коконов путем размалывания, тщательной просушки и прессования. Но такое изготовление оказалось дорогим и трудоемким. Тогда внимание умельцев привлекла конопляная крапива. Однако листы, которые получались из нее, в готовом виде оставались слишком грубыми.
Материалы по теме:
Как и из чего делают бензин?
Наилучшим сырьем стала кора тутового (шелковичного) дерева. Ее волокна, смешанные с пенькой, золой и водой, толкли вручную, варили и укладывали на бамбуковое сито. После длительной просушки на солнце выравнивали с помощью камней. Получались прочные и тонкие листы. Для усовершенствования добавляли клей, крахмал и красители. Долгое время тонкости этого рукотворного изготовления хранились в секрете. По некоторым источникам, настойчивым арабам удалось выведать тайны у мастеров под пытками. Так бумага перекочевала в Азию, а оттуда уже в Европу. Первую фабрику поспешили открыть предприимчивые немцы уже в 13 веке.
Современное производство
Раньше бумагу делали из хлопчатой, шелковой и льняной ветоши. Сегодня основным материалом служит древесина . Лидируют хвойные породы, береза, тополь, каштан, эвкалипт. Крупными предприятиями славятся Канада, Россия, США, Скандинавия, Япония, Германия. Комбинаты полностью автоматизированы.
Изготовление бумаги ведется на целлюлозно-бумажных комбинатах. Эти предприятия располагаются невдалеке от водоемов, поскольку технология изготовления бумаги предполагает использование значительных объемов воды. Основной материал, используемый для производства бумаги - древесина разных (больше – хвойных, потому что они на 40–50% состоят из целлюлозы) сортов и макулатура. В особых случаях используется хлопок. Еще один вид сырья, появившийся относительно недавно, - синтетические волокна. Также основой для производства бумаги может стать ветошь, волокна однолетних растений, шерсть, асбест.
Для изготовления бумаги чаще всего используются такие полуфабрикаты, как целлюлоза и древесная масса в разных соотношениях.
Заготовленная древесина проходит специальную обработку: химическую и механическую.
Целлюлозу получают в процессе варки древесины в химическом растворе. Именно она придает материалу белизну и высокую прочность. Целлюлоза в полусыром виде может быть сразу отправлена на дальнейшую переработку в цех, а может быть спрессована, высушена и в виде серых листов отправлена на продажу другим предприятиям. В чистом виде целлюлоза используется для производства высококачественной бумаги дорогих сортов.
Механическая обработка, помол древесины, приводит к образованию древесной массы - частиц диаметром два-три миллиметра. Этот полуфабрикат содержит не только целлюлозу, но и лигнин - полимер, скрепляющий волокна растений. Именно из-за этого вещества полиграфическая продукция, напечатанная на газетной бумаге, с течением времени становится желтовато-коричневой под воздействием света. Древесная масса в чистом виде может применяться только для производства бумаги недорогих сортов (газетная, упаковочная).
Древесная масса после помола древесины
Как изготавливают бумагу
Производство начинается с изготовления бумажной массы, которая представляет собой смесь воды, целлюлозы и древесной массы (соотношение целлюлозы и д. м. определяет будущие характеристики продукции) с добавлением различных веществ для проклейки, окраски, улучшения свойств материала (клея, смолы, крахмала, мела, каолина и прочего). Соотношение воды и волокон таково, что бумажная масса представляет собой 2,5–3% суспензию.
Предварительно очищенная бумажная масса поступает в бумагоделательную машину - сложный агрегат огромных размеров (длина - свыше 100м, ширина - 15-18м). За одну минуту полуфабрикат успевает пройти через все части БДМ;NOTE_MOBILE_740#
Бумагоделательная машина
- Сеточная часть. Под напором этот состав непрерывно поступает на движущуюся проволочную сетку бумагоделательной машины. Технология изготовления бумаги такова, что волокна располагаются и переплетаются вдоль движения сетки, создавая машинное направление, которое в дальнейшем будет играть важную роль при использовании готового продукта. По мере движения сетки вода постепенно уходит и осуществляется формование бумажного полотна.
- Прессовая часть. В процессе прессования полотно проходит между несколькими парами прессов-валов, уплотняясь и отдавая большую часть влаги.
- Сушильная часть. В ней бумага-основа высушивается нагретыми паром цилиндрами. Но даже после этого в полотне остается до 8% влаги.
- Каландры. Предварительно остуженное холодными барабанами полотно проходит каландрирование - пропускается между тяжелыми полированными валами - каландрами для придания ему большей гладкости и прочности. Каландрированная бумага сматывается в рулон и подвергается резке на меньшие рулоны или размотке и резке на листы.