XXV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Биопластик против пластикового мира

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Никишина Я.П. 1

---

1МБОУ гимназия Эврика им. В.А. Сухомлинского

Волкова В.А. 1

---

1МБОУ гимназия Эврика им. В.А.Сухомлинского

Работа в формате PDF

4 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Планета Земля. Живая и такая одинокая в нашей Солнечной системе. Голубой небосклон, щебетание птиц в тени деревьев, журчание молодого ручейка, шум дождя и запах морозного утра. И кажется, все на ней гармонично и безупречно. Было и, наверное, должно быть.

Оглянитесь вокруг. Пакеты, бутылки, посуда, техника, мебель, строительные материалы, медицинское оборудование: все вокруг сделано из пластика. Нас окружает пластиковый мир.

И вроде бы экологи говорят: пластик это плохо, пластик долго разлагается, пластик нужно утилизировать. Мы даже стараемся сортировать пластик. Но проблема загрязнения нашей планеты пластиком остается насущной.

Сегодня в Тихом океане огромное мусорное пятно из пластика даже претендует на звание «седьмого континента». Это, конечно, не тот континент, по которому можно ходить, на котором можно жить. Это огромное скопление дрейфующего мусора, в большей степени пластиковых отходов, которые попали в океан с суши.

Занимаясь исследовательской деятельностью, изучая новые явления и факты, я заинтересовалась этой экологической проблемой нашего времени.

С одной стороны, пластик - очень удобный материал. Он заменяет дерево, металл, стекло. Но неужели нельзя придумать пластик, который быстро разлагается и не наносит вред окружающей среде? Именно этим вопросом мы задались в нашем исследовательском проекте.

Гипотеза: возможно создать биоразлагаемый пластик из доступных материалов, который безопасно использовать в быту.

Объект исследования: биоразлагаемый пластик .

Предмет исследования: процесс создания биоразлагаемого пластика в домашних условиях.

Актуальность исследования состоит в том, что люди выбрасывают в окружающую среду тонны пластика каждый год. Эти материалы разлагаются очень медленно, тем самым загрязняют нашу планету и даже космос. Наблюдая за этим со стороны, сложно оставаться равнодушным к данной проблеме. Конечно, необходимо принимать меры по предотвращению загрязнения нашей планеты.

Цель исследования: создать биоразлагаемый пластик, используя подручные материалы, и проверить его в действии.

Задачи исследования:

1. Изучить тематическую литературу.

2. Создать биоразлагаемый пластик из доступных материалов и проверить

его в действии.

3. Провести сравнительный анализ.

4. Сравнить скорость разложения биоразлагаемого пластика, созданного

в домашних условиях, и созданного на производстве.

5. Сделать выводы.

Методики исследования:

1. Наблюдения.

2. Экспериментальные исследования.

3. Анализ.

ГЛАВА 1.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

1. 1. Что такое пластик и с чем его «едят»

Пластик — это искусственно созданный полимерный материал. У него есть и другоебытовое название — пластмасса.

Название «пластмасса» происходит от слова «пластичность» и означает, что этот материал под действием нагревания и давления способен формироваться в твёрдые предметы различной формы и после охлаждения сохранять заданную форму.В России пластик чаще всего производят из попутного нефтяного газа — побочного продукта нефтепереработки. [1]

Известно, что пластик разлагается около двух сотен лет. Попадая в землю, пластмассы распадаются на мелкие частицы и начинают выбрасывать в окружающую среду химические вещества, добавленные в них при производстве.Через грунтовые воды микрогранулы пластика и его химикаты просачиваются к  источникам воды, что нередко приводит к гибели животных.

Этим же путем микропластик попадает в места водозабора и оказывается в питьевой воде, которую мы употребляем.

Неразложившиеся пластиковые пакеты попадают в желудки морских млекопитающих и птиц. Экологи подсчитали, что ежегодно от этого погибают десятки тысяч морских обитателей. Животные умирают от удушья илиже неперевариваемый мусор накапливается в их желудках и мешает их работе.

Ученые исследовали 12 различных видов соли из магазинов разных стран. Найденные частицы пластика свидетельствуют о том, что люди постоянно потребляют его в пищу.В результате получается, что те же самые отходы, которые мы выбрасываем, возвращаются к нам назад на обеденный стол вместе с едой или водой.

Последствия употребления пластика для здоровья человека пока мало изучены, но, несомненно, он оказывает отрицательное влияние. [2]

1. 2. Понятие «биоразлагаемость»

Познакомившись поближе с тем, что такое пластик, определив круг негативного влияния на окружающую среду и на человека, нами было принято решение найти безопасный материал, схожий по свойствам с пластиком, но который способен разлагаться под воздействием природных явлений быстро и без ущерба для нашей планеты.

На просторах интернета мы нашли понятие биоразлагаемость.

Биоразлагаемость — это способность материала разрушаться под воздействием природных явлений. Повлиять на разложение может не только вода или микроорганизмы, но и солнечные лучи или воздух.

Надпись на товаре «биоразлагаемый» предполагает, что он со временем превратится в воду, углекислый газ или биомассу и не нанесет вреда окружающей среде. В этом ему помогут бактерии и другие микроорганизмы, а также естественные условия: тепло, кислород и влага. [3]

Именно биоразлагаемым мы решили создать наш домашний пластик.

1. 3. Основные компоненты биопластика

Фундаментальное различие между биопластиками и обычными пластиками заключается в их сырье. В то время как обычные пластмассы производятся в основном из ископаемого топлива, биопластики производятся из возобновляемой биомассы. Эта биомасса может включать растительные крахмалы и побочные продукты сельского хозяйства.

Чаще всего для производства биоразлагаемых пластиков используют картофельный крахмал, кукурузный крахмал, молоко, желатин, сахарный тростник.

Крахмал — самое распространённое сырьё для биоразлагаемых материалов. Биопласты, получаемые изкрахмала, называют крахмалопластами. Получаемый крахмалопласт имеет неустойчивую структуру, может деформироваться, рваться, практически моментально растворяется в воде. Для создания более прочной структуры в него добавляют глицерин, который обволакивает молекулы крахмала. [4]

Биопластик можно производить из белков, полученных из разных источников. Например,  казеин - это основной белок в молоке млекопитающих. Процесс производства биопластика из молока схож с процессом производства творога. И даже моя бабушка в детстве делала игрушки из творога, сушила их и раскрашивала. [5]

Желатин - бесцветный или имеющий желтоватый оттенок белок, коллаген, прозрачная вязкая масса. Продукт переработкисоединительной ткани животных. Также может использоваться при создании биоразлагаемых пластиков.  Он широко используется благодаря своему изобилию, низкой стоимости и превосходным пленкообразующим свойствам.[6]

1. 4. Выводы

Изучив и проанализировав литературу, мы лишний раз убедились, что мы работаем в правильном направлении. Пластик несет вред окружающей среде. Страдают и гибнут животные, и мы, как жители Черноморского побережья, прекрасно знакомы с этим фактом. Всегда поднимаем летящие по ветру пластиковые пакеты, чтобы они ни в коем случае не попали в море. Мы сортируем пластиковые бутылки и не покупаем пластиковые стаканчики.

Процесс создания биопластика имеет более высокую себестоимость, но несет в себе массу пользы для человека и для планеты в целом.

ГЛАВА 2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1. Биоразлагаемый пластик в домашних условиях

Теперь, когда мы владеем теоретической информацией, мы отправляемся творить. Мы выбрали наиболее доступные материалы. И решили из них создать наш домашний безопасный пластик. Но мы задались вопросом не просто создать, а проверить, как будет себя вести в быту изделия из такого пластика. Быть может, он окажется хрупким и не будет выполнять свои функции.

Для нашего эксперимента нам понадобились следующие материалы:

- молоко;

- уксус;

- глицерин;

- желатин;

- картофельный крахмал;

- кукурузный крахмал;

- сода;

- опилки;

- скорлупа арахиса.

2.2. Биопластик на основе молока

«Пейте дети, молоко, будете здоровы...» поется в веселой детской песенке. Попробуем из молока создать пластик и проверим, можно ли его использовать в быту.

На просторах интернета мы нашли несколько рецептов изготовления пластика на основе молока. Нам пришлось поэкспериментировать, прежде чем мы вывели правильные пропорции. Мы пробовали с глицерином и без, с молоком обезжиренным и жирности 3,2%. И остановились на следующем рецепте:

Коровье молоко 1,8% жирности - 250 мл.;

Уксус 9% - 60 мл.;

Глицерин - 1мл.

Налили молоко в ковш и поставили на плиту. Довели до кипения и сняли с огня. Добавили уксус и глицерин. Подождали, пока молоко свернется. Поскольку мы работали с горячим молоком и уксусом, помогала мне мама.

Когда молоко остыло, процедили, отжали и выложили массу на бумажные салфетки. Салфетки меняли несколько раз, пока масса не стала сухой, похожей на пластилин. Изготовили пуговицы, линейку, маленький стаканчик и подставку под стакан. Отложили в сухое теплое место просушить.

Сох наш пластик из молока в течение 5 дней с каждым днем становился все прочнее. Мы пришили пуговицы к одежде. И даже пробовали стирать одежду с молочными пуговицами. Биопластик прошел испытание, пуговицы не разрушились. Вывод следующий: биопластик из молока можно использовать в быту. (см.Приложение 1)

2.3. Биопластик на основе желатина

Желатин — это натуральный продукт, который используют для загустения и создания желеобразной консистенции. Его часто используют в кулинарии, благодаря чему получаются настоящие блюда-шедевры.

Следующий вид пластика мы решили приготовить на основе желатина. Нам понадобились следующие ингредиенты:

Глицерин - 5 мл.;

Желатин - 30 гр.;

Вода - 120 мл.

Смешали все ингредиенты до однородной массы и нагревали до тех пор, пока смесь не вспенится, постоянно помешивая. Сняли с огня, разлили по формочкам и отложили в сухое теплое место.

Биопластик из желатина получился прозрачным и прочным. Мы изготовили из него линейку, пуговицы и стаканчик. Пуговицы мы пришили к одежде. Они прошли испытание стиркой в теплой воде, и их вполне можно использовать. Стаканчик мы тоже протестировали, он отлично справился со своей задачей. (см. Приложение 2)

2.4. Биопластик на основе картофельного крахмала

Поскольку крахмал является самым популярным и дешевым материалом для производства биопластика, мы возложили на него большие надежды.

Взяли за основу следующие пропорции:

Картофельный крахмал - 60 гр.;

Вода - 120 мл.;

Уксус 9% - 10 гр.;

Глицерин - 5 гр.

Соединили все ингредиенты в сотейнике, хорошо перемешали и поставили на медленный огонь. Постоянно помешивая, подогрели нашу смесь до тех пор, пока она не загустела. Сняли с огня и переложили на пергаментную бумагу.

Получили довольно эластичный материал. Мы изготовили пуговицы и стаканчик.

После того как изделия полностью высохли в течение 7 дней и набрали необходимую прочность, мы проверили пуговицы и стаканчик в действии. Пуговицы пришили, в стаканчик набрали воды. Изделия из крахмала прошли проверку и справились со своей задачей. (см. Приложение 3)

2.5. Биопластик на основе кукурузного крахмала

После работы с картофельным крахмалом мы решили сравнить, как будет себя

вести кукурузный крахмал при создание биопластика. Состав оставили прежним, заменив только крахмал на кукурузный:

Кукурузный крахмал - 60 гр.;

Вода - 120 мл.;

Уксус 9% - 10 гр.;

Глицерин - 10 гр.

Биопластик из кукурузного крахмала нам показался более нежным по текстуре, но после полного высыхания получили довольно прочный материал, схожий по характеристикам с биопластиком на основе картофельного крахмала. (см. Приложение 4)

2.6. Биопластик на основе пищевой соды

Далее мы решили заменить уксус пищевой содой. Мы использовали ингредиенты в следующих пропорциях:

Пищевая сода - 60 гр.;

Картофельный крахмал - 45 гр.;

Вода - 30 мл.

Смешали подготовленные ингредиенты и замесили тесто. Отправили сушиться в теплое место. При высыхании в течение 3 дней, биопластик получился очень твердым, но хрупким, напоминает гипс. Из него мы изготовили линейку. Она получилась ровная и твердая. С ее помощью мы смогли начертить ровные линии. Пуговицы мы тоже изготовили, но при стирке они сломались. Мы решили немного изменить состав. Мы взяли следующие ингредиенты:

Картофельный крахмал - 60 гр.;

Пищевая сода - 60 гр.;

Глицерин - 3мл.;

Вода - 60 мл.

Смешали ингредиенты и поставили на медленный огонь. После того как смесь загустела, сняли с огня. Выложили на пергаментную бумагу и придали нужную форму. Получили совершенно другую по консистенции массу. Она была эластичной и упругой. Мы изготовили из нее стаканчик, пуговицы и просто нанесли очень тонким слоем на пергаментную бумагу. Сохли наши изделия в течение 5 дней. Стаканчик и пуговицы прошли испытания, прекрасно справились со своей задачей. Биопластик, нанесенный тонким слоем, высох и стал твердым и прочным. (см. Приложение 5)

2.7. Биопластик на основе соли

Мне известно, что соленое тесто можно использовать как тесто для лепки. Оно затвердевает и становится очень прочным после высыхания. Мы решили использовать соль в качестве составляющей при производстве биопластика. Нам потребовались:

Картофельный крахмал - 30 гр.;

Соль -150 гр.;

Глицерин - 0,5 мл.;

Вода - 70 мл.

Соединили все ингредиенты и подогрели. Выложили на пергаментную бумагу и придали заданную форму. Консистенция получилась неоднородной. Были видны крупинки соли, и мы решили изменить состав. Уменьшили количество соли в 10 раз. И также подогрели на медленном огне. В результате получили однородную, приятную на ощупь массу, напоминающую тесто для лепки. Придали форму пуговиц, подставки для кружки и распределили тонким слоем, предположив, что данный материал возможно использовать для упаковки. После высыхания Мы протестировали пуговицы. Оба варианта не прошли испытание стиркой. А значит биопластик из соли нельзя мочить. (см. Приложение 6)

2.8. Биопластик по нашему рецепту

Изготовив биопластик из разных материалов, мы решили вывести свою формулу. Оценив все варианты, которые у нас получились, мы решили взять за основу желатин. Мы взяли следующие ингредиенты:

Глицерин - 5 мл.;

Желатин - 30 гр.;

Вода - 120 мл.

Опилки - 10 гр.;

Скорлупа арахиса - 10гр.

Желатин залили водой и оставили на 20 минут. Подогрели смесь желатина, добавили глицерин, опилки, дробленую скорлупу арахиса и пару капель пищевого красителя. Тщательно перемешали и разлили по формам.

Из нашего биопластика мы изготовили линейку, стаканчик, пуговицы и брошь. Все изделия после высыхания получились приятными на ощупь, прочными и не хрупкими. Мы проверили их в действии и остались очень довольны результатом. (см. Приложение 7)

2.9. Сравнительный анализ

Когда все образцы подсохли, пришло время провести сравнительный анализ и сделать выводы.

Мы сравнивали образцы биопластика по следующим показателям: твердость, эластичность, прочность и испытание водой. Оценили эти показатели по 5 бальной шкале. Результаты отобразили в виде диаграммы на рисунке 2.1.

Рис.2.1 Результаты сравнительного анализа

полученных образцов биопластика

Рассмотрев диаграмму, можно сделать выводы, что наилучший результат показал биопластик на основе желатина и биопластик по нашему рецепту с использованием опилок, скорлупы арахиса и желатина. В то же время каждый из полученных нами видов биопластика может быть применен для разных целей. Так, например, биопластик на основе крахмала имеет высокие показатели прочности и твердости.

2.10. Скорость разложения биопластика

Поскольку главная задача проекта - создать биопластик, который быстро разлагается и не наносит вред окружающей среде, мы сравнили скорость разложения в воде всех полученных нами образцов биопластика. Также мы сравнили из любопытства, как себя поведет в воде биопластик, изготовленный на производстве. Для этого мы купили мусорные пакеты с пометкой биоразлагаемые. Именно кусочек такого пакета мы поместим в равные условия с нашими образцами. Результаты отразили в таблице 1.

Таб.1 Скорость разложения биопластика в воде

Поскольку все образцы биопластика, который мы изготовили, состоят из безопасных ингредиентов, можно с уверенностью сказать, что при разложении они не нанесут вред окружающей среде.

Оценив результаты, мы убедились, что все наши образцы быстро разлагаются под действием естественных условий. Биопластик же, который мы приобрели в магазине, не разложился в течении установленного времени наблюдений. Видимо, ему потребуется гораздо больше времени, потому что за 30 дней он совершенно не видоизменился. (см. Приложение 8)

2.11. Выводы

В ходе проделанной работы были произведены различные варианты биоразлагаемого пластика. Мы убедились, что нет ничего невозможного. Из подручных материалов вполне возможно создать пластик, который будет разлагаться быстро и без вреда для окружающей среды. Мы проверили все варианты в действии и можем с уверенностью сказать, что биопластик можно использовать для производства упаковки, посуды, игрушек, канцелярии, оболочки для колбасных изделий и много чего еще.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Несколько сотен лет назад человечество не знало, что такое пластик. Обходились без него. Человек стремился к совершенству и изобрел пластик. Теперь человечество вновь стремится к совершенству. Вот только мы ищем замену пластику. Парадокс.

В нашем исследовательском проекте была затронута большая проблема загрязнения нашей планеты пластиковыми отходами, и мы попробовали найти решение.

На наш взгляд, у нас все получилось. Нам удалось выполнить поставленные задачи. Мы сделали биопластик из подручных, доступных, не дорогих материалов и проверили его в действии. Убедились, что наш биопластик быстро разлагается и не наносит вред окружающей среде. Подтвердили гипотезу и достигли цели исследования.

Нам настолько понравилось то, что мы делаем, что мы продолжаем придумывать разные варианты и рецепты биопластика. Возможно, когда-нибудь я изобрету что-то очень полезное и необходимое, чтобы сделать наш мир чуточку лучше.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Пластмасса/https://ru.wikipedia.org/wiki/Пластмасса

2. Пластиковое загрязнение планеты. Есть ли жизнь без пластика?/https://ria.ru/20171110/1508554568.html?ysclid=m7097ald3j256717221

3. Биоразлагаемый пластик для комерческого применения/https://www.bio.tampomechanika.ru/stati/biorazlagaemyy-plastik/

4. Биопластик из крахмала: ингридиенты и рецепты/https://ooley.ru/practice/project/starch-plastic/

5. Козеин /https://ru.wikipedia.org/wiki/Казеин

6. https://vm.ru/news/817541-stolichnaya-studentka-izobrela-poleznyj-plastik?ysclid=m70z0jk7qb479718810

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Биопластик на основе молока

Рис.1 Рис.2 Рис.3

Рис.4 Рис.5 Рис.6

Рис.7 Рис.8 Рис.9

Приложение 2

Биопластик на основе желатина

Рис.1 Рис.2 Рис.3

Рис.4 Рис.5 Рис.6

Приложение 3

Биопластик на основе картофельного крахмала

Рис.1 Рис.2 Рис.3

Рис.4 Рис.5 Рис.6

Рис.7 Рис.8

Приложение 4

Биопластик на основе кукурузного крахмала

Рис.1 Рис.2 Рис.3

Рис.4 Рис.5 Рис.6

Рис.7 Рис.8

Приложение 5

Биопластик на основе соды

Рис.1 Рис.2 Рис.3

Рис.4 Рис.5

Рис.6

Приложение 6

Биопластик на основе соли

Рис.1 Рис.2 Рис.3

Рис.4 Рис.5 Рис.6

Приложение 7

Биопластик по нашему рецепту

Рис.1 Рис.2 Рис.3

Рис.4 Рис.5 Рис.6

Рис.7

Приложение 8

Скорость разложения биопластика в воде

1 день 3 день 5 день 10 день 20 день 30 день