Дополнительный материал по химии на тему: «БУМАГА»

Дополнительный материал по химии на тему:  «БУМАГА» История появления бумаги  и других материалов для письма Без преувеличения можно сказать, что каждый человек ежедневно и в большом количестве использует бумагу или изделия из нее. Неоценима роль бумаги в истории культуры. Письменная история человечества насчитывает около  шести  тысячелетий  и  началась   до  изобретения   бумаги. Вначале  для этой цели служили глиняная пластинка и камень. Однако без бумаги вряд ли письменность   –  важнейшее   средство   общения   людей   –   получила   бы   такое развитие.   Письмо,   являясь   знаковой   системой   фиксации   речи,   позволяет сохранять ее во времени и передавать на расстояния. Даже при широчайшем распространении   радио,   телевидения   и   магнитофонных   записей,   а   также памяти   электронно­вычислительных   машин   бумага   как   средство   хранения информации и культурных ценностей человечества не перестает и по сей день играть существенную роль. Честь изобретения бумаги принадлежит Китаю. Сохранились документы, указывающие   на   то,   что   в   105   г.   н. э.   один   из   министров   китайского императора   организовал   производство   бумаги   из   растений   с   добавками тряпья. Около 800 г. такая бумага получила уже широкое распространение в Китае,   а   также   на   Ближнем   Востоке.   Знакомство   европейцев   с   бумагой связано с крестовыми походами на Ближний Восток – в Сирию, Палестину, Северную   Африку,   организованными   западноевропейскими   феодалами   и католической церковью (первый поход состоялся в 1096–1099 гг.). В эпоху раннего средневековья (до начала крестовых походов) для письма в Европе использовался главным образом папирус. В Италии им пользовались до XII в. В Россию   бумага   была  завезена  из  Европы  в XIV столетии.  До  этого времени все книги и документы писались на пергаменте. Первое бумажное производство в Московском государстве было налажено в 1550 г., а широкое развитие получило при Петре I. Письменность  же  была  известна в Египте и Месопотамии с конца IV – начала III тысячелетия до н. э., то есть задолго до изобретения бумаги. Как уже было отмечено, основными предшественниками бумаги как материала, на которое наносилось письмо, были папирус и пергамент, а в Месопотамии – глиняные таблички. Растение папирус (Cyperus papyrus) произрастает в Египте в болотистой местности около реки Нил. Стебель растения очищали от коры и луба и из белоснежного   материала   нарезали   тонкие   полосы.   Их   укладывали   слоями вдоль   и   поперек,   а   затем   механическим   давлением   выжимали   из   них растительный   сок.   Этот   сок   обладает   способностью   склеивать   полосы папируса.   Позднее   для   скрепления   полос   стали   применять   клей,изготовленный из невыделанных шкур и муки. После высушивания на солнце получающиеся   листы   шлифовали   камнем   или   кожей.   Папирус   для   письма стали   изготовлять   около   4000   лет   назад.  Считают,   что   и   название   бумаги (papiera) происходит от слова «папирус». Пергамент   –   это   невыделанная,   но   освобожденная   от   волос   и обработанная   известью   телячья,  овечья  или  козлиная  кожа.  Так   же,  как   и папирус,   пергамент   прочный   и   долговечный   материал.   Хотя   бумага   менее прочна   и   долговечна,   она   более   дешева   и   потому   более   доступна   для широкого использования. Слово «пергамент» происходит от названия города Пергамон в Малой Азии. Жители этого города улучшили качество и расширили производство пергамента до такой степени, что в тех краях рано прекратили вырабатывать и использовать папирус. В   третьем   столетии   до   н.   э.   в   Китае   начали   применять   для   письма шелковые ленты. В качестве сырья для них брали использованный шелковый текстиль   и   отходы,   получающиеся   при   изготовлении   шелка.   Это   сырье дробили деревянными палицами в каменных ступах. Волокнистую суспензию разбавляли   водой   и   заливали   в   форму.   В   форму   вставляли   сетку   в   виде рогожки, изготовленную из волокон бамбука. На этой сетке оседали волокна шелка,   и   образовывался   сплошной   слой.   Слой   снимали   и   высушивали   на наклонных   деревянных   или   глиняных   пластинах.   Далее   шелковая   бумага проклеивалась крахмальным клейстером. Во   втором   столетии   до   н.  э.   в   Вавилоне,  Халдее   и   Китае   в   качестве материала для письма начали использовать черепки из обожженной глины, а также куски дерева и небольшие дощечки из бамбука. В Индии применяли для письма листья определенных растений, например листья некоторых пальм. В России, в частности в Новгороде, для письма широко использовалась кора березы – береста. Целлюлоза и производство из нее бумаги. Виды бумаги, их использование Бумага – это материал, состоящий из размолотых растительных волокон, беспорядочно   переплетенных   и   связанных   между   собой   силами поверхностного   сцепления.   Основным   сырьем   для   производства   бумаги является   целлюлоза,   которая   в   виде   волокон   составляет   основную   часть стенок   большинства   растительных   клеток.   Главным   источником   получения целлюлозы   служит   древесина.   Для   производства   бумаги   предпочтительной является древесина хвойных пород по сравнению с древесиной лиственных пород. Прочность бумаги из хвойной целлюлозы обычно в 1,3–2 раза выше, чем из лиственной целлюлозы.Волокна   целлюлозы   в   древесине   связаны   между   собой   лигнином.   Для удаления   лигнина   и   освобождения   от   него   целлюлозы   проводят   варку древесины. Распространенным способом варки является сульфитный. Он был разработан   в   США   в  1866   г.,   а   первый   завод   по   данной   технологии   был построен в Швеции в 1874 г. Широкое промышленное значение этот способ получил   начиная   с   1890   г.   По   этому   способу   для   отделения   лигнина   и некоторых других веществ, содержащихся в древесине, последняя варится в сульфитном   щелоке,   который   состоит   из   Са(НSО3)2,   Н2SО3  и   SO2.   В результате   лигнин   сульфонируется   (превращается   в   сульфопроизводные), становится растворимым в воде и переходит в раствор, а целлюлоза остается в   виде   твердой   массы.   После   завершения   варки   целлюлозу   тщательно промывают, на что расходуется большое количество воды. Поэтому заводы по производству целлюлозы строят на берегах рек или больших озер. После   размола   и   смешения   с   водой   волокнистая   масса   целлюлозы, которая   содержит   всего   лишь   0,5 %   сухого   вещества,   подается   на бумагоделательную машину. Масса помещается слоем на движущуюся сетку, на которой вначале обезвоживается самопроизвольно, а затем принудительно с   помощью   вакуум­отсосов.   После   этого   образующееся   мокрое   бумажное полотно переносится с сетки на движущуюся суконную полосу, на которой происходит дальнейшее обезвоживание и сушка. Конечная влажность бумаги составляет 5–6 %. После этого бумага подвергается полировке (лощению). Таким путем производят односторонне лощеную бумагу. При необходимости лощение осуществляют и с другой стороны. Лощеную бумагу специалисты также   называют   бумагой   машинной   гладкости.   Далее   бумага   в   случае необходимости подвергается процессам облагораживания. Необлагороженная бумага состоит из уплотненных волокон целлюлозы, образующих систему капилляров. Кроме того, волокна целлюлозы обладают свойством   адсорбировать   влагу   (свойством   гидрофильности).   Благодаря капиллярности   и   гидрофильности   такая   бумага   непригодна   ни  для   письма чернилами, ни для письма тушью. Печать на ней также расплывается. Однако существует   довольно   большая   потребность   в   данной   бумаге:   из   нее изготавливают бумажные полотенца, детские простыни, туалетные рулоны. В прошлом,   когда   в   школах   учащиеся   пользовались   чернилами,   в   тетради непременно   была   вложена   промокашка   –   листочек   бумаги,   хорошо впитывающий   избыток   чернил.   Эта   промокашка   также   являлась необлагороженной бумагой. К процессам облагораживания прежде всего относится проклеивание и введение   в   бумагу   наполнителей.   Проклейка   бывает   по   всей   массе   или поверхностная.   Для   этой   цели   используют   различные   природные   и синтетические клеи. Из наиболее древних природных клеев следует указать на крахмал   и   животные   клеи.   При   проклейке   пустоты   и   промежутки   между волокнами заполняются клеевой массой и бумага в значительной мере теряет способность   впитывать   воду.   Кроме   проклеивания   в   поверхностный   слойбумаги вводят минеральные пигменты для придания поверхности гладкости и лучших   впитывающих   печатную   краску   свойств.   Минеральные   пигменты позволяют   скрывать   или   изменять   цвет   бумаги   основы   и   придавать   ей непрозрачность.   Такую   бумагу   называют   мелованной.   Иногда   минеральные вещества составляют от 70 до 90 % массы поверхностного слоя. Для   обеспечения   прочности   соединения   частиц   пигментов   с   бумагой­ основой   требуются   связующие.   Часто   их   роль   выполняют   вещества, обеспечивающие   проклейку   бумаги.   В   качестве   минеральных   пигментов широко используют каолин – землистую массу, близкую по составу к глинам, но   по   сравнению   с   последними   характеризующуюся   пониженной пластичностью и повышенной белизной. Одним из старейших наполнителей является   карбонат   кальция   (мел),   потому   такие   бумаги   и   назвали мелованными. К известным пигментам также относятся диоксид титана ТiO2 и смесь гидроксида кальция Са(ОН)2  (гашеной извести) и сульфата алюминия Аl2(SО4)3. Последний, по существу, является смесью сульфата кальция CaSО4 и гидроксида алюминия А1(ОН)3, которые получаются в результате обменной реакции. Для   производства   картографических,   декоративных, оберточных   и   этикетных   бумаг   применяют   люминесцентные   пигменты.   В качестве последних используют сульфиды цинка ZnS и кадмия CdS, а также сульфиды   кальция   CaS   и   стронция   SrS.   К   этим   веществам   добавляют специальные активаторы – соли некоторых металлов.   афишных, Для   упаковки   сигарет,   чая   и   других   товаров   используют   бумагу   с наклеенной   алюминиевой   фольгой.  Иногда   на   бумагу   наносят   полимерную пленку.   Такие   процессы   называют   кашированием   бумаги.   Кашированную бумагу   широко   используют   в   качестве   упаковочного   материала   для косметических и фармацевтических товаров. В состав газетной бумаги входит лишь 25–30 % небеленой сульфитной целлюлозы,   а   остальные   70–75 %   занимает   тонкоизмельченная   древесная масса, получаемая из древесины механическим путем. Древесная масса также вводится  в упаковочную, обойную   и бумагу  для  санитарно­бытовых  нужд. Замена целлюлозы на древесную массу делается только с целью удешевления бумаги. Конечно, качество ее от такой замены становится более низким. Бумагу   начинают   использовать   для   мульчирования   почвы. Мульчирование – это укрывание какой­либо пленкой почвы между кустами растений.   Под   укрытием   в   почве   дольше   сохраняется   влага   и   не   растут сорняки. Чтобы бумага не разрушалась, ее обрабатывают антисептиками. К их числу относятся медные соли нафтеновых кислот (нафтенаты меди). Для   изготовления   банковской,   документной,   картографической, сигаретной   и   других   видов   высокосортной   бумаги   ранее   использовалось исключительно   тряпичное   сырье.   Химики   давно   установили,   что   семенные волоски   хлопчатника   –   хлопок,   –   а   также   лубяные   волокна   льна   состоят практически   из   чистой   высококачественной   целлюлозы.   Целлюлоза   тканейобеспечивает   бумаге   высокие   физико­механические   свойства,   такие   как прочность на изгиб, растяжимость, воздухопроницаемость, стойкость к влаге и свету, а следовательно, долговечность. В настоящее время в состав тканей часто   вводят   искусственные   волокна.   Они   придают   тканям   ряд   ценных свойств. Однако отходы таких тканей и соответствующее тряпье непригодно для бумажного производства, так как плохо поддается переработке. Поэтому значение   тряпья   в   бумажном   производстве   в   настоящее   время   резко снизилось. Хлопчатобумажные ткани. Макулатура Здесь   уместно   акцентировать   внимание   читателей   на   том,   что   ткани, изготовленные   из   хлопка,   называют   хлопчатобумажными.   Включение   в название этих тканей слова «бумажные» вполне обоснованно, потому что так же, как и бумага, волокна таких тканей состоят из целлюлозы. Однако это не единственное   родство   бумажной   и   текстильной   промышленности.   Еще   в прошлом   веке   было   установлено,   что   нерастворимая   в   воде   хлопковая   и древесная   целлюлоза   довольно   хорошо   растворяется   в   медно­аммиачном растворе, содержащем комплексное соединение [Cu(NH3)4](ОН)2. Этим путем можно   получить   растворы,   содержащие   до   10 %   целлюлозы.   Если   такой раствор влить в воду, то целлюлоза вновь выделится в твердую фазу. Эти свойства целлюлозы легли в основу процесса получения гидратцеллюлозного волокна – первого искусственного волокна, которое нашло применение. На практике медно­аммиачный раствор целлюлозы пропускают через никелевые сетки,   а   затем   через   формовочные   воронки,   заполненные   водой.   В   воде   и происходит   образование   нитей.   Состав   и   строение   соединения, получающегося   при   взаимодействии   комплексного   соединения   меди [Cu(NH3)4](ОН)2 с целлюлозой, до сих пор точно не установлен. Все более важное значение в бумажном производстве в качестве сырья приобретает макулатура. Под ней подразумевают отходы, получающиеся при переработке   бумаги   и   картона,   различные   виды   использованной   бумаги   и бумажных изделий. Среди населения понятие «макулатура» почти целиком сведено к устаревшим и пришедшим в негодность книгам и старым газетам и гораздо   реже   применяется   по   отношению   к   использованным   упаковочным материалам. Переработка   макулатуры   на   белую   типографскую   или   писчую   бумагу требует   больших   затрат.   Это   связано   с   необходимостью   обесцвечивания типографских   красок,   удалением   проклеивающих   веществ   и   наполнителей. Поэтому   на   практике   из   макулатуры   изготавливают   главным   образом упаковочную   бумагу   и   внутренние   слои   многослойного   картона.   В   этих случаях   переработка   макулатуры   сводится   в   основном   к   механическимоперациям:   макулатура   в   воде   при   высокой   температуре   разбивается (распускается) до необходимой степени измельчения и масса направляется на изготовление картона. Малая экономическая рентабельность переработки макулатуры на белую бумагу   ни   в   коей   мере   не   снижает   значения   ее   сбора.   Использование вторичного бумажного сырья сберегает многие гектары лесных массивов, ведь с   нарастанием   производства   бумаги   целлюлозные   заводы   потребляют   все больше   древесины,   существенно   исчерпывая   лесные   ресурсы.   Сбор   и переработка макулатуры – важнейшая государственная задача. Типографская краска. Способы печати Хотелось бы сказать несколько слов и о типографской краске. Кто не ощущал   ее   запаха,   например,   вынимая   утром   из   почтового   ящика   свежие газеты?   Что   же   такое   типографская   краска?   Она   состоит   из   пигмента   и связующего   материала.   Пигментом   является   мелкодисперсный   порошок определенного   цвета.   В   качестве   наиболее   распространенного   черного пигмента   используют   сажу.   Иногда   для   создания   оттенков   к   саже   в связующем   веществе   добавляют   краситель   (неорганический   или органический). В состав связующих материалов входят по одному или в смеси растительное масло, касторовое масло, воск, эфиры целлюлозы и др. В краски вводят  сиккативы  –   соли   свинца   (II),   марганца   (II),   кобальта   (II), способствующие   ускорению   высыхания.   Консистенцию   пасты   краски регулируют разбавителями, а специальными добавками добиваются снижения липкости и устранения «выщипывания» бумаги, что улучшает ее поверхность. Среди   добавок   наиболее   распространены   ланолин,   жир,   мыло,   сало   и   их комбинации с различными маслами, асфальтом и смолами. Следует отметить, что   клееные,   пропитанные   и   покрытые   добавками   виды   бумаги   хуже поглощают типографскую краску и потому дольше высыхают. Для   читателей   может   также   представлять   интерес   элементарная информация о способах печати. Ведь для этих целей используют около 90 % выпускаемой   промышленностью   бумаги.   Способ   печатания   был   открыт   в Китае в VIII в. В Европе книгопечатание было начато Иоганном Гутенбергом (около 1400–1468 гг.), а в России – Иваном Федоровым (около 1510–1583 гг.). Если взять современную книгу, то в ее конце (иногда в начале) внизу мелким шрифтом указано, когда книга сдана в набор, ее формат, объем, тираж, цена и другие   данные.   Здесь   же   непременно   указывается   тип   печати.   Чаще   всего встречаются слова «Печать высокая». Что это означает? Существуют три основных способа печати: высокая, плоская и глубокая. Наиболее   распространенной   является   высокая   печать.   Ее   иногда   также называют   текстовой,   или   типографской.   В   высокой   печати   краска удерживается на выступающих рельефных частях печатной формы. С данныхучастков краска переносится на бумагу под давлением. В этом виде печатания много общего с печатью обычной пишущей машинки. В   глубокой   печати,   называемой   также   фотогравюрной   или ротогравюрной,  краска   удерживается   в   углублениях   поверхности   печатной формы.   Для   этого   печатную   форму   гравируют.   При   работе   по   данному способу печатную краску накатывают валиками на печатную форму, а затем удаляют   с   негравированных   участков.   Для   получения   отпечатка   к   форме прижимают   бумагу,   на   которую   и   переходит   краска,   находящаяся   в углублениях.   Глубокую   печать   используют   при   изготовлении   иллюстраций для   журналов   и   каталогов.   Изображения,   получающиеся   этим   путем, отличаются высоким качеством. В плоской печати, называемой также литографской или офсетной, краска удерживается лишь на определенных участках ровной поверхности. Печатная форма   чаще   всего   изготавливается   из   камня   или   металлических   пластин. Подготовку поверхности к восприимчивости или невосприимчивости краски проводят   механическим,   химическим   или   фотохимическим   способами. Плоскую печать применяют для печатания художественных работ, например афиш, сигаретных и других этикеток. В   настоящее   время   во   многих   странах   интенсивно   ведутся   широкие исследования по получению «искусственной»  бумаги, в которой целлюлоза целиком заменена на волокнистые синтетические полимерные материалы.