Модуль «Технологии обработки материалов и пищевых продуктов», конспект урока по теме: "Бумага и её свойства. Производство бумаги, история и современные технологии", 5 класс

Модуль «Технологии обработки материалов и пищевых продуктов»

Бумага и её свойства.

Производство бумаги,

история и современные

технологии.

5 класс

Цели урока: познакомить учащихся с историей изобретения бумаги и современным процессом производства бумаги;

изучить свойства бумаги путём проведения экспериментов с ними.

- развивать техническое мышление и пространственное воображение, творческие и коммуникативные способности;

- способствовать развитию у учащихся таких качеств как: трудолюбия, аккуратности и бережливости.

С продукцией из бумаги мы встречаемся постоянно.

Это и книга, и тетрадь, и газеты, и обертка для подарка,

и продолжите …

Бума́га — это тонкие и ровные листы или ленты материала, состоящего в основном из целлюлозных волокон (древесная целлюлоза, древесная масса, волокна хлопка, льна, макулатурная масса и другие вспомогательные добавки).

Научное определение: бумага — это пористо-капиллярный плоскостной искусственно созданный материал, доступный для проникновения воздуха, влаги и красок.

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.

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

В европейских языках понятие «бумага» связано с корнем слова папирус — растения, из которого в прошлом изготавливался бумагоподобный материал, используемый древними египтянами, греками, римлянами. Например, бумага по-английски — the paper, по-немецки — das papier, по-французски — le papier.

Датой рождения бумаги считается 105 г н.э., когда советник китайского императора Цай Лунь обобщил и усовершенствовал уже имеющиеся способы изготовления бумагоподобных материалов.

Ранее в Китае в качестве материалов для письма в основном использовали бамбук, пеньку, шелк. Цай Луню после многих опытов удалось впервые открыть основной технологический принцип создания бумаги: формирование листового материала осаждением и переплетением на сетке измельченных тонких волокон, разбавленных ранее водой. Он также заменил плоские камни ступкой с пестом, а для отлива листа применил сетчатую форму. Получать бумагу стало возможным из различных видов волокнистого сырья. Эти новшества положили начало производству бумаги – более доступной и дешевой в сравнении с предыдущими материалами для письма.

Позднее процесс изготовления бумаги усовершенствовали: для повышения прочности начали добавлять клей, крахмал и естественные красители.

В IV веке уже существовало несколько сортов бумаги. Технология производства усложнилась. Сначала сырье долго промывали и вымачивали. Затем варили с добавлением извести и золы. После этого сырье тщательно измельчали деревянными билами в больших ручных ступах. Получившаяся кашицеобразная бумажная масса разводилась водой, размешивалась и выливалась на сетку из проволоки или бамбуковых волокон. Для получения гладкой бумаги на сетке равномерно распределяли бумажную массу. Готовые листы перед просушиванием отжимали между кусками сукна.

В течение столетий только китайцы владели секретами производства бумаги, потому и хранили данную технологию в тайне. Бумагу продавали за большие деньги, обменивали на дорогие ткани и металл.

В Китае в IX веке появились первые бумажные деньги фэй-тянь, которые прозвали «летающими монетами».

Также китайцами была изобретена и туалетная бумага.

Научились изготавливать бумагу также из специально обработанных ветхих тряпок.

На рубеже X-XI веков китайцы из уплотненной бумаги начали изготавливать игральные карты.

Со временем китайская бумага проникла и в другие страны.

В 610 году странствующий буддийский монах Дан-хо приехал в Японию и передал секрет производства бумаги и туши.

Японским мастерам со временем удалось создать бумагу более высокого качества. Японскую бумагу называли ВАСИ: ВА – иное чтение иероглифа Ямато, обозначающего Японию, а СИ – это бумага. Китайская бумага в Японии получила название КАРА-ГАМИ.

В VIII веке растущие потребности императорского двора, монастырей и храмов привели к буму производства бумаги и появлению множества больших и малых мастерских, которые выпускали 180 видов бумаги.

В Японии возникло Оригами - искусство складывания из бумаги прекрасных фигурок.

В VII веке секрет производства бумаги стал известен и в Корее.

Практическая работа. Изготовление оригами.

В 751 году арабы одержали победу над китайцами в Таласской битве, а также захватили в плен несколько китайских бумажных мастеров, от которых переняли технологию производства бумаги.

Благодаря этому Самарканд стал крупным центром бумажного производства. Около 800 года арабский халиф Гарун аль-Рашид с помощью китайских мастеров организовал производство бумаги в Багдаде. Позднее в Дамаске и Каире также появились мастерские по изготовлению бумаги. К XI веку Арабский мир и Индия активно использовали в различных сферах бумагу, которая постепенно вытеснила папирус и пергамент. Из-за недостатка лубяного сырья арабы использовали при производстве бумаги хлопок. В IX веке собственную бумагу создали майя в Америке.

В IX-XI веках бумага начинает проникать в Европу через Испанию, Византию и Италию. Первоначально ее покупали у арабов. В X веке в Испании появляются первые бумажные мельницы, которые через столетие выпускают бумагу довольно высокого качества. В XII веке собственные бумажные мастера появляются в Италии и Франции. В XIII-XV веках производство бумаги освоили в других странах Европы: Венгрии, Германии, Англии, Польше и пр.

В Европе в качестве сырья для изготовления бумаги использовали дерево, кору, солому, размолотые тряпки и т. п. Применение толчеи улучшило качество бумажной массы. Для разравнивания бумажной массы начали также использовать клиновые прессы. Итальянцы изобрели водяные знаки.

В различных странах для производства бумаги часто использовались мельницы. Водяное колесо приводило в движение вал, механическая энергия которого расходовалась на измельчение сырья для бумажной массы. К металлическому сетчатому черпаку прикреплялся проволокой какой-нибудь знак, который затем проявлялся на бумажной массе после высыхания.

До XVI века в Московскую Русь бумаги завозили в основном из европейских стран. При царе Иване Грозном в середине XVI века наладили собственное производство.

В Голландии в 1670 году был изобретен ролл (голлендер), предназначенный для размола бумажной массы. Данный аппарат оказался в три раза более производительным, чем ранее применявшаяся толчея, а также повысил качество бумаги.

В 1770 году английский фабрикант Дж. Ватман предложил новую бумажную форму, обеспечивающую листы бумаги без следов сетки.

Сохранявшийся до конца XVIII века ручной отлив (вычерпывание) бумаги в значительной мере тормозил производственный рост.

В 1799 году француз Н. Л. Робер изобрел бумагоделательную машину с механизированным отливом бумаги с помощью непрерывно движущейся сетки. Производительность новой машины достигала 100 килограммов в сутки.

бумагоделательная машина

ролл (голлендер)

С начала XIX века начинается машинный этап развития производства бумаги.

В 1804 г. первую бумагоделательную машину, которую усовершенствовали братьями Фурдринье и Донкиным, установили в Англии.

Первые бумагоделательные машины производили только формование бумажного полотна, а также его прессование, но сушилась бумага все еще на воздухе.

В 1823 г. к бумагоделательной машине присоединили сушильную часть. В ее сушильных цилиндрах с целью обогрева их поверхности установили жаровни с углем. Позднее удалось осуществить обогрев цилиндров паром.

В последующие десятилетия многие детали конструкции бумагоделательных машин были в значительной степени усовершенствованы. Благодаря этому уже к середине XIX века бумагоделательные машины превратились сложные агрегаты, которые работали непрерывно и автоматически. От выпуска листовой бумаги теперь можно было перейти к ее производству в рулонах.

В XX веке производство бумаги стало крупной высокомеханизированной отраслью промышленности с непрерывной поточной схемой в технологии производства, мощными теплоэлектрическими станциями и сложными химическими цехами по выпуску полуфабрикатов из волокон.

Производственные этапы изготовления бумаги:

• Размалывание сырья в непрерывно действующих аппаратах (используют роллы, мельницы конического и дискового типов, рафинеры);
• Полученную муку очищают, добавляют связующее вещество: тальк, крахмал,

парафиновые эмульсии, глинозем, канифольные и животные клеи и пр.;

• Жидкий состав выливают на плоскую сетку бумагоделательной машины. После уплотнения и формовки цельное полотно покрывают клеевыми пигментами (так производят мелованную бумагу) или другими составами.
• Просушка при повышенной температуре с помощью шлифовочных цилиндров. Волокна застывают, образуя бумажное полотно.
• После обезвоживания оно попадает в каландры. Это массивные цилиндры, объединенные по 5—8 штук. Проходя между ними, бумага становится гладкой, выравнивается, уплотняется.
• Готовая лента наматывается на накат — вращающийся цилиндр с прижимным валиком. Он собирает полотно в рулон.
• Упаковка и резка. Способ резки рулонов бумаги отличается в зависимости от планов на ее использование. Рулоны разрезают в бобинорезке, затем сматывают в несколько рулонов меньшего объема и диаметра. Потом разделяют на готовые листы для печатного цеха — например, лазером (края аккуратны, на них нет нагара).

Критерии качества бумаги

• Прочность — сопротивляемость разрыву и сжатию при высокоскоростной печати должна быть высокой.
• Плотность — для глубокой печати используют тонкие листы, для упаковки — толстые (диапазон — от 60 до 300 г/м²);
• Гладкость — чем она выше, тем лучше воспроизводятся детали изображения, плотнее контакт листов с формами для печати;
• Белизна — показатель попадает в диапазон 60—98 %;
• Непрозрачность — чем меньше просвечивается лист, тем меньшей будет степень проявления изображения с обратной стороны (для обычной офисной бумаги — от 89 %);
• Пористость — на пористом материале лучше фиксируется краска, но отпечатки теряют насыщенность.
• Сопротивляемость истиранию — если она мала, вязкие печатные краски «выщиплют» волокна с листов, и это загрязняет детали печатного оборудования.
• Впитываемость — чем она выше, тем быстрее краски закрепятся на поверхности листа.
• Наличие проклейки — с ней верхний слой будет прочным, устойчивым к воздействию влаги, клея.

Виды бумаги

• 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 (крафт). 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.

ОФСЕТНАЯ БУМАГА

УПАКОВОЧНАЯ БУМАГА

ГАЗЕТНАЯ БУМАГА

МЕЛОВАННАЯ БУМАГА

ЦЕЛЛЮЛОЗНАЯ БУМАГА

КАРТОН

САМОКЛЕЯЩАЯСЯ БУМАГА

ДИЗАЙНЕРСКАЯ БУМАГА

КРЕПОВАЯ БУМАГА

Виды бумаги

Самостоятельная работа.

Сделай вывод о свойствах бумаги.

БУМАГА МНЁТСЯ

БУМАГА РЕЖЕТСЯ

БУМАГА ПРОМОКАЕТ

БУМАГА РВЁТСЯ