Композиция из бумаги: Простые поделки с детьми. Объёмная композиция из бумаги «Зима»

Сорбционные свойства образцов определялись в соответствии с методом испытаний Таппи T 441. Но для расчета сорбции жидкости, а также прочностных свойств образцов использовалось больше времени. Прочность на растяжение и растяжение были определены на машине для испытания прочности Lloyd-Lrk 5plus в соответствии со стандартами Tappi T-494.

Метод окрашивания Саймонса использовался для оценки капиллярной пористой структуры листов. Этот метод основан на различиях между размером молекул двух типов красителей (Direct Blue I и Fast Orange 15) и сродством к целлюлозе. Красители были приобретены у Pylam Products Co., Inc., Tepme, AZ, под коммерческими названиями Pontamine Fast Sky Blue 6BX и Pontamine Fast Orange 6RN, соответственно. Красители использовали в том виде, в котором они были получены, без дополнительной очистки. 1 г красителя Orange и Blue растворяли в 100 мл дистиллированной воды, затем растворы красителей смешивали в соотношении 1: 1 по объему.Небольшие образцы (1×1 см) сначала вымачивали в растворах красителей на 1 мин, а затем на 1 мин в воде. После этого они были помещены на предметное стекло и высушены при 75 ^° C, исследованы под световым микроскопом.

Direct Blue I имеет определенную химическую структуру с диаметром молекулы 1 нм. Краситель Fast Orange 15 представляет собой продукт конденсации 5-нитро-о-толуолсульфоновой кислоты в водном растворе щелочи, и его формула и структура четко не определены. Однако было высказано предположение, что очищенный краситель Fast Orange 15 имеет молекулярный диаметр в диапазоне 5–36 нм, что намного больше, чем размер молекулы Direct Blue I. [13, 14].

ИК-спектрофотометр Shimadzu IR Prestige-21 series был использован для оценки химических групп на необработанной бумаге и бумаге, обработанной растворителем. Данные были собраны в диапазоне 4000–400 см ^–1 .

3. Результаты и обсуждение

демонстрирует сорбционные свойства бумаги, обработанной водой (A), (безводным) этанолом (B), (безводным) метанолом (C), 1 н. Гидроксидом натрия (D), вплоть до пять повторяющихся этапов сушки и смачивания. Можно выявить, что наибольшая сорбция наблюдается у образца D (230.5% в 1 ^{-м цикле} и 179,8% в 5 ^{-м цикле} ), за которым следует образец A (182,3% в 1 ^{-м цикле} и 170,6% в 5 ^{-м цикле} ), образец B (109,4% в 1 -й цикл и 97,6% в 5 ^{-м цикле} ), и образец C (101,5% в 1 ^{-м цикле} и 84,3% в 5 ^{-м цикле} ), соответственно. Однако повторная сушка и смачивание обычно влияет на уменьшение поглощения жидкости листами. Это неудивительно, поскольку ряд исследователей уже сообщили об определенной корреляции между химической обработкой и сорбционными свойствами целлюлозных материалов [6–10].

Впитывающие свойства бумаги, обработанной различными химикатами.

Это уменьшение может быть связано с изменением структуры полимера волокна, например, с образованием поперечных связей водородных связей или устранением участков водородных связей для жидкостей. Потому что все жидкости, использованные в этом исследовании, обладают способностью к образованию водородных связей и могут проникать в сетчатую структуру бумаги с последующим замещением целлюлозы -ОН на водородные связи целлюлозы. Более того, закрытие более крупных пор, которые не открываются повторно при повторном смачивании, может быть результатом действия сил высокого поверхностного натяжения.Этот последующий механизм деформационного упрочнения и силы могут сваривать поры и в некоторой степени противодействовать проникновению жидкости. Это хорошо согласуется с результатами, полученными Wistara (1999) о том, что высушенные волокна с более высокой начальной способностью к набуханию имеют более низкую способность к повторному набуханию [6].

Однако образец (D), обработанный 1 н. Гидроксидом натрия, имеет значительно более высокое значение абсорбции, чем другие. После повторения цикла смачивания-сушки 5 ^– образец D показывает примерно на 6% более высокое поглощение из образца A, 85% из образца B и 114% из образца C, соответственно ().Это может быть связано с переориентацией микрофибрилл и лучшим выравниванием цепей целлюлозы в структуре листовой сети, что способствует появлению дополнительных участков водородных связей для жидкости. Дас и Чакраборти (2006) обнаружили, что во время обработки щелочью происходит преобразование решетки из целлюлозы-I в целлюлозу-II, а гидроксид натрия вносит значительные изменения в кристалличность и угол ориентации в структуре целлюлозы [16]. Это может повлиять на менее кристаллические области в целлюлозе, следовательно, дальнейшее образование водородных связей для жидкостей.

Заметный эффект добавления гидроксида натрия к этанолу (B) с точки зрения сорбции бумаги (E, F и G) отчетливо виден на рис. Наибольшая абсорбция была получена с образцом F (EtOH-NaOH 1: 3 по объему) после цикла смачивание-сушка 1 ^st (185,7%) и дальнейших обработок, снижающих влияние на сорбцию жидкости бумаги, но они все еще значительно выше, чем только EtOH. и меньшее количество NaOH, включая системы. Образец F показал примерно на 40–70% более высокое поглощение жидкости по сравнению с образцом B (109.4%) на аналогичных стадиях смачивания-сушки (). Казалось, что увеличение поглощения жидкости было тесно связано с содержанием NaOH в системе EtOH и обратно пропорционально стадии смачивания-сушки.

Поглощающие свойства бумаги, обработанной смесями EtOH-NaOH.

Сорбционные свойства бумаги в условиях реакции пропорционального смешения метанола и гидроксида натрия показаны на рис. Подобно системе этанол-щелочь, наивысшее поглощение 162,3% также было обнаружено с образцом I (MeOH-NaOH 1: 3 по объему), но после стадии смачивания-сушки 5 ^—.Можно также заметить, что длительная сушка-смачивание обычно влияет на 2-10% повышенных свойств абсорбции жидкости для образца I. Однако можно понять, что абсорбция жидкости положительно коррелировала с содержанием гидроксида натрия в метанольной системе.

Поглощающие свойства бумаги, обработанной смесями MeOH-NaOH.

Эти сравнения между обработками и результатами измерений показывают, что реакцию целлюлозы на гидроксид натрия можно довольно хорошо предсказать путем пропорционального смешивания с этанолом () и метанолом ().

Роуэлл сообщил, что взаимодействие между целлюлозами и органическими жидкостями в основном зависит от pH растворителя, молярного размера и способности жидкости связывать водород [15]. Однако переменные сорбционные свойства листов, обработанных смесями этанола и метанола с щелочью, в аналогичных условиях ясно показывают, что поглощение жидкости структурой бумажного листа тесно связано с природой жидкости (pH) и ее поверхностным натяжением, как показано в: .Более того, уже предполагалось, что набухающие и сорбционные свойства бумаги в щелочных условиях были выше, чем в кислых [6–9]. Вероятно, это связано с отверстиями в фибриллах, которые влияют на набухаемость целлюлозы и являются важным фактором для улучшения абсорбционного потенциала волокон.

Ватанабе и его группа предположили, что примерно 3–7 мас.% Адсорбированной воды отвечает за стабилизацию сети водородных связей на поверхности целлюлоза-вода [17].Но все системы растворителей, использованные в этом исследовании, обладают потенциалом водородных связей, и они могут проникать в структуру полотна с последующим замещением целлюлозы -ОН на водородные связи целлюлозы. Следовательно, межцепочечные и внутрицепочечные водородные связи целлюлозы могут образовываться молекулами растворителя во время абсорбции.

Прочность бумаги на растяжение обычно используется в качестве показателя влияния обработки на прочность бумаги, определяемого такими факторами, как прочность волокна и сцепление. Сравнительная прочность на разрыв десяти различных бумаг, обработанных растворителем (A-J), по сравнению с контрольными материалами, прочность которых составляет 37.3 Н / мм. Очевидно, что все условия обработки приводят к снижению прочности бумаги. После стадии смачивания-сушки 1 ^st наибольшая потеря прочности наблюдалась у образца A (16,8 Н / мм, –54,9%), за которым следовали образец B (18,0 Н / мм, –51,3%), образец F (18,6 Н / мм). мм, –50%) соответственно. Как правило, непрерывное увлажнение-сушка способствует дальнейшей потере прочности бумаги. Однако самая низкая прочность была обнаружена у образцов B и D (13,0 Н / мм, –65%) после повторения стадии смачивания-сушки 5 ^—.Видно, что условия обработки были слишком суровыми, поэтому прочностные свойства бумаг резко снизились. Более того, добавление щелочи как к этанолу, так и к метанолу (E-J), по-видимому, меньше влияет на потерю прочности бумаги.

Прочность на разрыв бумаги, обработанной системами на смеси растворителей.

Пористая структура листов оказывает большое влияние на проникновение жидкости в сеть. Когда бумага соприкасается с жидкостями, они имеют тенденцию переходить из больших полостей в более мелкие в соответствии с их различным капиллярным давлением.Однако растворители могут быстро проникать в волокно и влиять на разложение целлюлозы. Аталла предположил, что процесс дегидратации целлюлозы, способствующий молекулярной подвижности, может привести к повышению уровней молекулярной организации. Однако такая молекулярная организация ограничивает способность волокон реагировать на стресс в упругом режиме без разрушения [12]. Результаты исследования прочности, полученные для целлюлозной бумаги, основаны на этой информации.

При оценке прочности на разрыв также следует учитывать растяжение бумаги при разрыве (относительное удлинение в%).Это указывает на способность бумаги соответствовать желаемым свойствам при неоднородном растягивающем напряжении. Сравнительное растяжение (как указано, относительное удлинение при разрыве%) образцов (A-J) показано на. Как правило, свойства листов при растяжении обычно противоречат пределу прочности при растяжении. Похоже, что повторное смачивание-сушка в некоторой степени влияет на растяжение либо в сторону увеличения, либо в сторону уменьшения в зависимости от типа растворителя и стадии обработки. Это несколько удивительно, учитывая, что прочностные свойства значительно снижаются при всех условиях обработки.

Растяжимость бумаги, обработанной системами на основе смеси растворителей.

После стадии смачивания-сушки 1 ^st наибольшее улучшение растяжения было обнаружено с образцом G (26,8%), за которым следует образец A (13,2%), и незначительно аналогичные улучшения растяжения с образцами B, C, H, I и J (4–8%) именно в таком порядке. Однако после стадии смачивания-сушки 5 ^th некоторые виды бумаги показывают значительно более высокое растяжение, чем необработанные и / или менее обработанные образцы. Наибольшее растяжение, следовательно, улучшение наблюдалось у образца E (59.5%), затем образец I (49,8%), образец J (28,7%), образец H (21%) соответственно. Более того, образцы B, C, D и F показывают потерю растяжения примерно 18–27% по сравнению с контролем.

Развитие прочности, а также физическое поведение бумаги очень сложны и зависят от многих факторов, таких как структура целлюлозы, особенно кристаллической области, и водородные связи случайно уложенных сетевых элементов. Но вкратце, очевидно, что прочностные свойства листов значительно снижаются при обработке жидкостью, особенно в кислой среде (B и C), но добавление щелочи (NaOH) как к этанолу, так и к метанольным растворителям, по-видимому, меньше влияет на потерю прочности, даже некоторое улучшение уровня бумаги, реализованное в различных условиях.

Краска Саймонса — это практический метод оценки пористой структуры целлюлозных волокон, особенно в процессах переработки [6, 9] и варки целлюлозы [18]. Это может предоставить дополнительные доказательства модификации макромолекулы целлюлозы. Когда смесь двух красителей (Direct Blue I и Fast Orange 15) наносится на волокна, синий и / или оранжевый краситель может абсорбироваться волокнами с различным размером пор. Для волокон с различным диапазоном распределения пор по размеру цвет окрашенного волокна может зависеть от соотношения площади поверхности, доступной для обоих красителей.Химические структуры обоих красителей приведены в [13, 14].

Химическая структура Fast Sky Blue 6BX (a) и Pontamine Fast Orange 6RN (b).

показывает сводку образцов бумаги, полученных в различных условиях, и их свойства окрашивания под световым микроскопом. Было установлено, что бумага, полученная в различных условиях, показывала различную интенсивность синего и оранжевого пятен. Однако этот рейтинг не отражает каких-либо количественных измерений, и сравнение должно производиться только в пределах каждой экспериментальной группы.

Таблица 2.

Применение метода окрашивания Саймонса к образцам бумаги, обработанным различными смесями растворителей.

После 1 ^{стадия сушки, кроме стадии смачивания} образец B, другие образцы, обработанные одним растворителем (A, C, D), имеют интенсивный светло-сине-оранжевый цвет.Кроме того, образцы бумаги, обработанные пропорциональными смесями EtOH, MeOH и NaOH (E-J), имеют различный промежуточный цвет от оранжевого до темно-оранжевого. Это явное свидетельство того, что добавление щелочи в кислую среду влияет на увеличение размера пор волокон. Поскольку Direct Blue I имеет меньший размер молекулы (примерно 1 нм) и более слабое сродство к целлюлозе по сравнению с Direct Orange 15, который имеет больший размер молекулы (5–36 нм) и более сильное сродство. Но после стадии смачивания-сушки 5 ^– большинство образцов окрасились от темно-синего до светло-сине-оранжевого цвета, за исключением образца F (EtOH-NaOH, 1: 3 по объему), волокна которого окрашиваются в промежуточный оранжевый и слегка темный цвет. апельсин.Это явное свидетельство того, что увеличение концентрации щелочи в кислотных растворителях может привести к восстановлению размера пор волокна и к меньшему разрушению при непрерывной сушке и смачивании. Выше уже говорилось, что молекулы Direct Orange 15 могут предпочтительно адсорбироваться на поверхности волокна, где размер пор является подходящим (например,> 5 нм) для доступа к молекулам Direct Orange 15. Для небольших капиллярных пор (например, <5 нм), где молекулы Direct Orange 15 недоступны, молекулы Direct Blue I. могут адсорбироваться.Следовательно, ожидается, что отношение адсорбированного Direct Orange 15 к адсорбированному Direct Blue I будет служить индикатором структуры пор, в частности, распределения размера пор в бумаге. Результаты окрашивания по Саймонсу обычно коррелируют с прочностью и сорбционными свойствами бумаги (-).

FTIR-спектры образцов бумаги, обработанных растворителем, были получены в диапазоне 400–4000 см ^–1 . Однако характерный спектр концентратов целлюлозной структуры в диапазоне 800–2000 см, ^–1 и основные пики в этом диапазоне не были идентифицированы.Сравнительные FTIR-спектры бумаги, обработанной различными растворителями, после повторной стадии сушки-смачивания 5 ^th показаны на (a – g).

Сравнительные FTIR-спектры бумаг, обработанных системами на основе смеси растворителей.

Во всех спектрах наблюдается мультимодальное поглощение в области 600–1000 см, ^–1 , обусловленное группами –ОН в целлюлозе. Вибрация C-H вне плоскости была назначена на уровне 750 см ⁻¹ . Полоса при 900–1150 см ^–1 приписывается растяжению C – C вне плоскости, растяжению C – C – O при 1060 см ^–1 ; C-O-C симметричное растяжение 1150 см ⁻¹ ().Однако спектры образцов, обработанных растворителем (–f), демонстрируют большее поглощение в области 800–1200 см, ^–1 по сравнению с необработанной целлюлозой, где преобладает более сложное колебание ОН в плоскости. Однако менее интенсивные колебания CH ₂ –CH ₂ — (1450–1700 см ⁻¹ ) и площади пиков CC и COC (, d, g) указывают на генерацию новой химии поверхности, которая связана с модификация цепи, индуцированная растворителем / высушенная. Янг (1994) и Вайсе и Паулапуро (1996) обнаружили, что сушка влияет на уменьшение расстояния между микрофибриллами и поперечными связями в структуре целлюлозы [8, 10].Эта модификация может влиять на уровень водородных связей в целлюлозе. Результаты, полученные с помощью FTIR-оценки листов целлюлозы, обработанных различными растворителями, и циклов непрерывной сушки-смачивания, подтверждают эту информацию. На основании измерений FTIR был сделан вывод, что во время диффузии растворителя произошла некоторая модификация, а в структуре целлюлозы произошла модификация цепи, вызванная растворителем.

www.ChemistryIsLife.com — Химия бумаги

Введение

Одна из вещей, которую в жизни больше всего принимают как должное, — это бумага.Он настолько универсален и полезен, о чем мы забываем. Чтобы убедиться, что бумага дебютирует, вот ее важность в одном месте.

Состав …

-целлюлоза (C6h20O5)

— [если бумага покрыта] фарфоровая глина (Al2O3SiO22h3O)

— [или другие типы отбеливающих компонентов] перекись водорода (h3O2)

Основные химические вещества, соединения, компоненты

Двумя наиболее важными компонентами бумаги являются целлюлоза и отбеливатель, если и когда он используется.Целлюлоза содержится в растениях и защищена лигнином (C9h20O2). Целлюлоза отлично подходит для изготовления бумаги из-за ее достаточной прочности на разрыв и эластичности или ее гибкости. Не только это, но и волокна, из которых состоит целлюлоза, настолько идеально связываются после смачивания и сушки, что создают то, что мы знаем и используем в качестве бумаги. Отбеливатель, другой важный ингредиент, используется для создания бумаги более высокого качества. Без отбеливателя бумага станет желтой или коричневой из-за следов лигнина. Общество уделяет много внимания внешнему виду, поэтому, когда бумага отбеливается, она автоматически становится лучше.

Роль химии

Чтобы иметь бумагу, нужно использовать химию. Основные способы использования химии при создании бумаги — это когда лигнин растворяется в воде и извлекается из целлюлозы. Следующий способ использования химии — это когда фибриллы целлюлозы связываются вместе, образуя компактную структуру, называемую бумагой. Когда характеристики чего-то меняются, когда оно намокает, а затем снова высыхает, можно догадаться, что здесь дело в химии!

Предпосылки исследования

Первое место в истории, где можно увидеть бумагу, — это Китай около 105 года нашей эры.Человек по имени Цай Лунь создал газету, чтобы помочь правительственной администрации. Идея «бумаги» начинает распространяться по всей Азии. Он достиг Японии в 610 году нашей эры, где его начали делать массовыми порциями. И китайцы, и японцы делали бумагу из внутренней коры тутового дерева. Как только слухи распространились в Восточной Азии, процесс изготовления бумаги стал совершенствоваться. Арабы использовали сетки из тростника на протяжении всего процесса варки целлюлозы, что, в свою очередь, давало лучшую бумагу.

История свидетельствует о первом экспорте бумаги в Европу в 14 веке, и так же, как арабы, итальянцы предприняли несколько шагов в улучшении бумаги, таких как прессование бумаги и сушка бумаги на веревках.Массовое производство и экспорт бумаги распространились по Европе в 15-16 веках.

При таком высоком спросе на бумагу появляется все больше и больше способов улучшения производства. Одним из основных технологических достижений стал «взбиватель Холландера», который помогал в производстве целлюлозы и был создан голландцами. Следующим шагом стало использование дерева вместо соломы или тряпок. После этого машины были усовершенствованы, и производство увеличивалось с каждой минутой. Еще одно достижение было сделано после того, как были опробованы различные методы варки целлюлозы.В результате механического измельчения получается газетная и папиросная бумага, поскольку этот тип варки плохо удаляет лигнин. Производство крафт-целлюлозы было полной противоположностью. Этот вид варки создали немцы. Когда целлюлоза проходит через этот процесс, получается гораздо более прочная и качественная бумага, поскольку большая часть лигнина отфильтровывается. При варке крафт-целлюлозы получаются коричневые бумажные пакеты и бумага, эквивалентная этой прочности. Последним типом варки целлюлозы была химическая масса. Во время этого процесса используются определенные химические вещества, чтобы расщепить лигнин, чтобы можно было извлечь целлюлозу и переработать ее в бумагу.После завершения варки мы перешли к отбеливанию бумаги, чтобы получить бумагу более высокого качества.

Ресурсы

http://www.paperonline.org/history-of-paper/timeline

http://wiki.answers.com/Q/What_is_the_chemical_structure_of_paper

http://en.wikipedia.org / wiki / Paper

http://en.wikipedia.org/wiki/Calcium_carbonate

http://www2.plymouth.ac.uk/science/cornwall/Sites/Site_China_Clay.html

http: // pubs.acs.org/cen/whatstuff/stuff/paper.html#top

http://www.straightdope.com/columns/read/2231/how-is-paper-made

http: //en.wikipedia. org / wiki / Lignin

http://www.paperonweb.com/A1036.htm

Об авторе

Коннер Холл — старший ученик старшей школы в Биллингсе, штат Монтана. Она является активным учеником своей школы, участвует в Национальном обществе почестей, старших адвокатах, легкой атлетике и симфоническом оркестре. Ей нравится учиться и она жаждет новых знаний.Этой осенью Коннер учится в Университете Монтаны Вестерн в Диллоне, штат Монтана, в первом семестре колледжа. Ибо она знает планы, которые Бог приготовил для нее: планы помочь ей преуспеть и не навредить ей; планы на ее будущее. (Иеремия 29:11)

Бумажное сырье — основные ингредиенты бумаги

Вот основные ингредиенты в производстве бумаги:

Базовый компонент волокна — Древесина является основным компонентом всей современной бумажной промышленности, и половина необходимых волокон поступает из древесины, специально вырезанной для этого. цель.Остаток собирается из переработанной бумаги (специально обработанной для удаления чернил, красок и всех других часто вредных добавок). С сотнями Благодаря многолетнему опыту, современная бумажная промышленность теперь может создавать бумагу практически из любого типа бумаги. Породы с более длинными волокнами называются «хвойными породами», и они позволяют создавать более прочную бумагу. Породы с более короткими волокнами называют «твердой древесиной».

Дополнительный компонент волокна — Значительный процент древесной массы содержит волокна, взятые из множества других источников.Эти источники могут быть растительными веществами, древесным волокном из лесопилки, переработанная ткань.

Базовое волокно для высококачественной бумаги — Высококачественная бумага создается из волокон ткани! Хлопок и лен сегодня используются для изготовления всех видов высококачественной бумаги, включая свадебные приглашения. бумага, бумага для рисования и др.

Отбеливатель — Натуральный цвет бумаги — это не белый цвет, поэтому необходимо добавить отбеливатель, чтобы получить точный оттенок белого, который хочет производитель.

Красители и чернила — В смесь добавляются различные красители и чернила, если производитель стремится создать бумагу определенного цвета.

Агенты Sizig — Со всеми различными компонентами, присутствующими в рецепте, промышленные производители бумаги должны добавлять специальные проклеивающие вещества, чтобы сделать структуру прочной и прочной.