Изучаем науку с помощью бумаги

Бумагу делают из самых разных растительных волокон. Чаще всего это древесина. Можно использовать солому, бамбук, другие растения. Но оказывается, самую лучшую и дорогую писчую бумагу делают из льна и хлопка. Собственное производство бумаги вы можете начать с любого из подручных материалов!

Ваша первая задача – отделить целлюлозные волокна от носового платка. Отрежьте от него полоску приблизительно 2,5x20 см. Затем по одной вытаскивайте нитки из узкого конца полоски. Получившуюся бахрому обрежьте ножницами. Все нитки, и длинные, и короткие, собирайте в миску. Продолжайте выдергивать отдельные нитки и состригать бахрому до тех пор, пока не превратите всю полоску ткани в ворох маленьких ниточек. Это займет у вас не меньше часа. Чем терпеливее и аккуратнее вы будете сейчас, тем лучше и качественнее получится ваша бумага.

Рис. 4. В поисках волокон (первый шаг к получению бумаги)

Требуется: старый льняной или хлопчатобумажный носовой платок; ножницы; миска.

Наконец вся полоска ткани превратилась в маленькие ниточки, но ваша работа еще не закончена. Эти ниточки состоят из множества волокон, которые вам и нужны. Теперь осторожно собирайте по нескольку ниточек в пучок и обстригайте ножницами. Эту процедуру продолжайте до тех пор, пока не превратите нитки в однородную волокнистую массу. Чем дольше и тщательнее вы будете трудиться, тем больше вас удовлетворит конечный результат.

Набрав целую миску крошечных целлюлозных волокон, вы наконец сможете отдохнуть. Самый трудоемкий процесс теперь позади, и сделать из этих волосков бумагу не так сложно.

ОТБЕЛИВАНИЕ И КИПЯЧЕНИЕ

Конечно, в промышленности волокна разделяют с помощью машин, которые за то же время, которое вы потратили на свой маленький кусочек ткани, могут приготовить многие тонны волокон. Но это – первый шаг в производстве бумаги, и независимо от того, делаете ли вы его дома или используете гигантские машины на фабрике, он всегда одинаков.

Рис. 5. Научно–волшебное исчезновение пятен

Требуется: кусочек бумажной салфетки, примерно 7,5x15 см; красный пищевой краситель; стакан; жидкий отбеливатель.

Следующий очень важный процесс – отбеливание. Оно устранит пятна, и волокна станут чистыми и белыми. Любое различие цвета волокон будет заметно в бумаге, поэтому отбеливание – необходимая процедура, если вы хотите получить красивый бумажный лист.

Наполовину наполните стакан водой. На полоску бумаги капните красным пищевым красителем. Окуните полоску в воду и затем вытащите ее. Красный цвет частично остался на бумаге, частично перешел в воду. Но вода – не отбеливатель, и, если вы сполоснете полоску в воде даже несколько раз, она все еще останется красной. А теперь налейте немного отбеливателя в воду и размешайте его. (Будьте очень осторожны при этом и всех других исследованиях, не накапайте отбеливателем на вашу одежду: она может изменить цвет. Лучше всего – надеть что–нибудь старое.) Правда, волшебный фокус – красный цвет загадочно исчез! Когда вода станет бесцветной, опустите в нее полоску, и вы увидите, как она снова станет абсолютно белой.

Как же это происходит? Бытовой отбеливатель – это химическое вещество, которое называется гипохлорит натрия. Он содержит кислород, газ, который очень легко освобождается. Соединяясь с ним, многие красители образуют новые, как правило, бесцветные химические соединения. Помещая краситель в отбеливатель, вы не заставляете его исчезнуть совсем, а просто превращаете его в другое химическое вещество, невидимое.

Красный пищевой краситель охотно соединяется с кислородом. А вот зеленый и синий – нет! Попробуйте отбелить их. Отбеливается большинство чернил; некоторым пятнам или красителям требуется для этого долгое время, некоторым нужны специальные отбеливатели. Но для вашей бумаги недолгого отбеливания в гипохлорите натрия будет вполне достаточно.

Поместите волокна в стакан. Залейте их отбеливателем, заполнив стакан примерно на четверть. Перемешайте волокна, убедитесь, что все они полностью намокли, и выдержите их в отбеливателе в течение одной минуты. Затем осторожно слейте отбеливатель в отверстие раковины. Лучше процедить смесь через чайное ситечко, чтобы выловить все волокна.

Рис. 6. Отбеливание волокон

Требуется: ранее подготовленные волокна; стакан; бытовой отбеливатель; чайное ситечко или вилка.

Затем снова наполните стакан наполовину водой, размешайте в ней волокна и осторожно слейте воду, так же как вы сливали отбеливатель. Повторите эту процедуру несколько раз, чтобы волокна полностью очистились.

Прополоскав несколько раз, снова наполните стакан водой. Теперь вы готовы к следующему шагу – варке.

Вылейте всю смесь в кастрюльку. Если волокна покрыты водой не полностью, долейте еще, пока они не покроются целиком. Не бойтесь переборщить с водой. Включите плиту и прокипятите волокна в течение 10–15 мин.

В промышленности для варки бумажной массы используют котлы – большие металлические емкости. Масса постоянно перемешивается, чтобы волокна не склеивались. С той же целью иногда помешивайте вашу смесь ложкой или вилкой. Если вы заметите маленькие комочки, вытащите их и, дав остыть, потрите между пальцами, разделяя волокна, а потом аккуратно, чтобы не обжечься, опустите их обратно в кастрюлю.

Рис. 7. Кипячение волокон

Требуется: стакан воды с подготовленными волокнами из предыдущего опыта; кастрюля; плита; ложка или вилка.

Зачем волокна варят? Их предстоит склеивать. И чем лучше волокна разварятся, тем лучше потом прилипнут друг к другу. Во время кипячения они размягчаются, разбухают и становятся клейкими, а это очень важно для того, чтобы бумага получилась качественной. Но ваши волокна еще не прошли обработку; это пока волокна, и не больше того. Следующий шаг – соединить их со специальными добавками, необходимыми для получения бумаги.

БУМАЖНЫЙ «СУП»

Если бы вашу бумагу делали на целлюлозно–бумажном комбинате, то теперь ее поместили бы в большой чан. В нем «каша» из волокон была бы растворена, перемешана и проклеена. Чтобы лучше представить себе этот процесс, давайте попробуем проделать то же самое.

Обычно растворение и проклейка происходят одновременно.

Проклейка – это вовсе не последний шаг в производстве бумаги, как можно подумать. На самом деле это означает добавление в нее веществ, придающих ей жесткость. Удивительно, но это происходит задолго до того, как волокна превратятся в бумагу. Возможно, ваша мама «проклеивала» рубашки или другую одежду с помощью крахмала. Мы будем использовать его же.

Налейте в миску полчашки жидкого крахмального клейстера. Добавьте четыре чашки воды и перемешайте все ложкой. Влейте этот раствор в кастрюлю с водой и прокипяченными волокнами и перемешайте ложкой. Следите, чтобы волокна не слипались.

В настоящем производстве бумаги волокна растворяют водой, превращая их в жидкий бумажный «суп». Только один процент этого супа – волокна, а девяносто девять – вода. Очень важно как можно лучше разбавить волокна водой. Чем больше воды и чем равномернее волокна распространены в ней, тем лучше будет бумага. Не бойтесь использовать слишком много воды. Настоящие бумагоделательные машины расходуют ее столько, что, если бы они использовали лишь свежую воду, очень быстро все водные запасы вокруг были бы исчерпаны. Поэтому в промышленности вода используется повторно. Производство бумаги – одна из немногих отраслей, которые требуют такое огромное количество воды!

Рис. 8. Рецепт бумажного супа

Требуется: подготовленные волокна из предыдущего опыта; миска; полчашки крахмального клейстера; мерный стаканчик; ложка; четыре чашки воды.

После растворения и проклейки бумажные волокна взбиваются в большом чане. Мы проделаем то же.

Это довольно простая процедура. Все, что вам нужно сделать, – поместить миксер в ваш бумажный «суп» и хорошенько его перемешать. Чем быстрее, интенсивнее и дольше вы будете взбивать смесь, тем лучше получится бумага. При взбивании волокна и все маленькие комочки размалываются и превращаются в своего рода кисель. Но самое главное – взбивание помогает кончикам волокон распушиться и лучше переплестись между собой. На этом последнем этапе волокна окончательно перемешиваются и получается однородная гладкая масса. Есть одна добавка, которую вы можете подмешать при взбивании. Попросите у вашей мамы немного синьки для стирки и добавьте несколько капель в ваш «суп». Синька поможет выбеливанию волокон, и ваша бумага будет еще чище.

Рис. 9. Взбивание бумаги

Требуется: бумажный суп из предыдущего опыта; миксер; синька.

В настоящем производстве бумаги могут использоваться другие добавки – мел, клей или специальные волокна. Они придают бумаге особые свойства. Капните немного воды на туалетную бумагу, и она мгновенно впитается. А теперь капните воды на бумагу для печати. Видите разницу? Бумага для печати содержит добавки, делающие ее водонепроницаемой, которых в туалетной бумаге нет. Добавки позволяют получать специальные виды и сорта бумаги, которые используются для самых различных целей.

СОБИРАНИЕ КУСОЧКОВ БУМАГИ

Вы уже поняли, что для того, чтобы получить маленький кусочек простой бумаги, требуется очень много времени. Не помешает вспомнить, что рабочий цикл настоящей машины для получения бумаги – один из наиболее продолжительных в промышленности. Будьте терпеливы и не бросайте начатого дела. Вам осталось всего три шага, и после каждого вы уже сможете увидеть некоторые результаты кропотливой работы. Итак, три последних этапа – это отцеживание, раскатывание и сушка.

Отцеживание

Это наиболее важный шаг и требует определенной ловкости, так что, перед тем как начать, полностью прочитайте инструкции. Аккуратно перемешайте ложкой бумажный «суп». Когда все волокна окажутся в воде в подвешенном состоянии, погрузите в нее кусочек оконной сетки. Осторожно по стенке кастрюли спустите ее на дно, расправьте и поднимайте, захватывая волокна. Если вы пропустите часть волокон и бумажный коврик на сетке будет с проплешинами, окуните его снова, чтобы выловить оставшиеся.

Рис. 10. Отцеживание бумаги

Требуется: бумажный суп из предыдущего опыта; ложка; кусочек оконной сетки в 5 см

.

Вы должны добиться того, чтобы сплошной слой волокон был равномерно распределен по всей сетке. Если при первой попытке на сетке у вас окажется просто большой комок, отправьте волокна обратно в воду, как следует перемешайте и попробуйте все снова. А когда, наконец, вы добьетесь успеха в этой «рыбалке», «мокрая» работа вашей бумажной машины закончится.

Прессование

Положите сухой носовой платок на гладкий стол. Поместите сетку со слоем волокон на одну половину платка, а вторую перегните через сетку. Теперь раскатывайте скалкой платок с сеткой вперед–назад. Так вы делаете сразу два дела: отжимаете воду из волокон, чтобы они скорее высохли, и, что очень важно, выравниваете волокна, формируя сам лист бумаги. При этом их растрепанные концы сцепляются и прочнее соединяются между собой. Чем лучше они скрепятся сейчас, тем прочнее будет ваша бумага. Продолжайте прессование до тех пор, пока лист не станет достаточно ровным.

Теперь очень осторожно разверните носовой платок. Бумага, скорее всего, будет приставать к ткани, но это не страшно: ее можно аккуратно отклеить. Вот теперь можно передохнуть и полюбоваться результатом: работа завершена, и вы действительно сделали своими руками кусочек бумаги!

Рис. 11. Раскатывание коврика

Требуется: бумажный коврик на сетке из предыдущего опыта; сухой носовой платок; скалка.