XXVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ПОЛУЧЕНИЕ БИОПЛАСТИКОВ ̶ МАТЕРИАЛОВ БУДУЩЕГО

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Власевнин П.А. 1

---

1МАОУ «СОШ №2» г. Златоуст

Власевнина В.П. 1

---

1МАОУ «СОШ №2» г. Златоуст

Работа в формате PDF

1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Сейчас очень много говорят о том, что пластик сильно загрязняет нашу природу. Вся наша жизнь - это пластик, который облегчает и упрощает нам жизнь и, казалось бы, делает ее лучше. Но, человек не задумывается, как губителен пластик. Это определило актуальность моего исследования. По данным Организации Объединенных Наций каждый год в океан попадает около 13 млн тонн пластиковых отходов. К концу 2025 года на каждые 3кг рыбы в мировом океане приходилось по 1 кг пластикового мусора. 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. При этом происходит гибель наземных и водных животных. Мы в повседневной жизни постоянно используем пластмассовые изделия – одноразовую посуду, бутылки, пакеты, предметы быта (игрушки, шприцы).

Исследования ученых утверждают, что человек в неделю съедает 5 г микропластика. Это масса банковской пластиковой карты. Никто не знает к чему может привести накапливание пластика в нашем организме и живой природе. Это большая опасность. В качестве замены традиционным пластмассам ученые предлагают использовать биопластик, который резко уменьшает вредное воздействие на природу.

Обычный пластик разлагается очень долго и может выделять вредные вещества, которые вредят природе и людям. Поэтому учёные ищут новые материалы, которые были бы безопаснее для природы. Один из таких материалов называется биопластик.

Биопластик делают из растений, и он может разлагаться в земле или перерабатываться. Он гораздо лучше для природы, чем обычный пластик. Биопластики бывают разных видов, которые отличаются в зависимости от материалов, из которых они изготовлены.

Я выбрал эту тему для своего проекта, потому что хочу узнать, как мы можем помочь нашей природе в борьбе с пластиковыми отходами. Сейчас учёные в разных странах придумывают биопластики, которые не только не вредят природе, но и могут превращаться в удобрения для растений. Мне это показалось очень интересным, и я решил узнать об этом больше.

Цель работы - создание в домашних условиях биопластика.

Задачи работы:

• изучить историю создания биопластика;

• познакомиться со способами получения и веществами для создания биопластика, опробовать способы получения биопластика;

• проверить свойства и показать возможности применение полученного материала.

Объект исследования: биопластик.

Предмет исследования: изготовление биопластика из крахмала и других доступных веществ.

Гипотеза: предположим, что возможно изготовить биопластик из крахмала и других продуктов в домашних условиях.

Методы:

• теоретические: изучение понятия «пластик», «биопластик»;

• эмпирические: наблюдение, фотографирование;

• практические исследования: изготовление биопластика

• анализ результата исследования.

Этапы работы:

• Подготовительный этап. Составление плана работы.

• Основной этап. Поиск информации по теме, анализ результатов, изготовление биопластика в домашних условиях.

• Заключительный этап. Описание полученных результатов и представление своей работы перед одноклассниками.

1. Основная часть

1.1 Что такое пластик? История происхождения пластика.

Очень давно люди использовали только натуральные материалы, например, воск, смолу или глину, чтобы делать разные вещи. Но, эти материалы были неудобными, потому что быстро ломались или портились. В начале 19 века ученые начали искать что-то новое, что могло бы заменить эти материалы. Пластики или пластмассы – это группа материалов искусственного происхождения. Их производят химическим путем из природного газа, угля, остатков переработки нефти. Пластики представляют вещества с длинными полимерными молекулами, соединенными из молекул более простых веществ. Полимеры – это вещества, состоящие из длинных почти бесконечных молекул из повторяющихся фрагментов [Приложение I].

Первым изобретателем пластмассы стал англичанин Александр Паркс. Он придумал вещество, которое назвали "паркезин". После паркезина появился другой материал – целлулоид. Его использовали для изготовления самых разных вещей: упаковки, игрушек, и даже бильярдных шаров.

В 1899 году ученые изобрели полиэтилен – ещё один вид пластика. Но популярным он стал только в 1933 году. Настоящий «бум» пластика начался в середине 20 века. В 1953 году немецкий ученый придумал рецепт современной пластмассы, которую мы используем и сейчас. С этого момента пластик стал повсюду.

Наш век можно назвать веком пластика, ведь он окружает нас везде.

1.2 Изготовление и применение пластика в современном мире.

Пластик делают из угля, газа и нефти. Учёные проводят специальные химические реакции, чтобы из этих веществ получить пластик.

Сейчас пластик очень популярен. Его можно делать даже из переработанного мусора. Это полезно для природы и дешевле для людей. Пластик можно сделать даже из такого хрупкого и сыпучего вещества как крахмал. Если смешать крахмал с добавками, то можно получить прочный, пластичный, водостойкий материал. Из крахмала делают поддоны для пищевых продуктов, сельскохозяйственные плёнки, упаковочные материалы, столовые приборы и другие изделия. Промышленным способом биопластик на основе крахмала получают в Европе, США, Корее, Японии, Китае, Бразилии. В России тоже появляются технологии получения биопластика из картофельного или кукурузного крахмала [1].

Пластик можно сделать из молока. В молоке содержится белок казеин. Из молочного пластика изготавливают декоративные пряжки, бусы, авторучки. Также из него можно делать одноразовую посуду: бутылки, стаканы.

В литературе есть сообщения о биоразлагаемой одноразовой посуде из древесной целлюлозной массы, вспененной кукурузы, желатина, водорослей [1]. Идея создания биопластиков не нова, но их производство дороже производства пластиков из нефти, газа, угля.

1.3 Почему пластик так удобен?

Главные плюсы пластика в том, что из него можно делать сложные и красивые формы, он дешевле, чем металл и другие материалы. Пластик сам по себе бывает разных цветов, его не надо красить. Он лёгкий и удобный, очень гибкий и не ломается. Пластик не пропускает электричество, поэтому безопасен. Он плохо проводит тепло, значит, сохраняет тепло лучше, хорошо защищает от шума. Пластик не ржавеет, как металл, не портится от жары или холода, не боится сильных химикатов. Он может выдерживать тяжёлые нагрузки.

Благодаря этим свойствам пластик заменяет металл во многих вещах. Из него делают запчасти для машин, трубы, корпуса для бытовой техники и ещё много всего полезного.

1.4 Влияние пластика на окружающую среду. Микропластик.

Пластик, из которого делают дешёвую и одноразовую посуду, сильно вредит нашей планете. Он не будет разлагаться сотни лет, считают ученые. Экологи говорят, что пластик — это болезнь Земли. Большая часть пластиковых отходов не перерабатывается, а остаётся лежать в природе. От этого загрязняется почва, вода и даже воздух. А ещё при производстве пластика выделяются ядовитые вещества, которые попадают в нашу еду и воду.

Есть ещё одна опасная проблема — микропластик. Микропластик попадает в океаны, его едят рыбы, птицы и животные. Он даже может переноситься по воздуху и оседать на земле и в воде. Его нашли в Антарктике и на горных ледниках. Микропластик попадает и в наш организм — с едой, водой, воздухом. Учёные говорят, что каждый год человек может "съесть" до 250 граммов пластика, а вместе с ним и вредные вещества, которые могут вызывать болезни. Например, одноразовая посуда, сделанная из пластика, часто производится из полистирола. Этот материал может быть очень вредным, особенно для детей, вызывая аллергию и болезни дыхательных путей. Поэтому он вообще не должен использоваться для упаковки еды.

Учёные и экологи призывают использовать безопасные материалы, которые могут разлагаться в природе и не вредят людям и животным [6].

1.5 Что такое биопластик?

Биопластик – это такой пластик, который делают из растений и других природных материалов, например, кукурузного крахмала, масла, соломы, дерева или даже остатков еды. Этот пластик не вреден для природы, потому что его могут разлагать бактерии [2].

Из биопластика делают одноразовую посуду, упаковки для овощей и фруктов, а также специальные плёнки для фермеров. Он может быть прочным, как обычный пластик, но намного безопаснее для окружающей среды [2,6]. Учёные считают, что биопластик – это важный шаг к защите нашей планеты от загрязнений .

Сейчас люди придумывают много видов биопластика, который делают из растений и других природных материалов. Основные материалы, используемые при производстве биопластиков:

Крахмал- это самый популярный материал для биопластика. Он лёгкий, прочный и безопасный для природы. Из крахмала делают упаковки для еды, плёнки для фермеров, столовые приборы и сеточки для овощей. А если крахмал смешать с другими веществами, то пластик станет ещё крепче!

Полилактиды(ПЛА) – делают из сахара кукурузы или других растений. Полилактид прозрачный и красивый. Из него делают упаковки для фруктов, яиц, выпечки, а ещё бутылки для воды и соков [2]. Такой пластик быстро разлагается и не вредит природе.

Целлюлоза – это вещество есть в растениях. Например, в деревьях и траве. Из целлюлозы делают пластик, который не горит и защищает продукты от влаги. Такой материал используют для упаковки зелени и овощей.

Белок–в качестве материала для производства биопластика используют глютен или казеин. Данный вид биопластика очень гибкий и прочный. Такой пластик используют для герметичных плёнок и других полезных вещей. Некоторые из таких биопластиков используются уже многие годы. Например, «соевая пленка», применяемая в качестве универсального герметизирующего покрытия.

Водоросли–важнейшие живые организмы в водной среде. Многие виды водорослей отличаются высокой скоростью роста, требуют минимального ухода, просты в разведении. Такой вид биопластика отличается прочностью, гибкостью и способностью к быстрому разложению [4]. Например, бутылки, сформированные из раствора этого биопластика, сохраняли форму и изначальный внешний вид до тех пор, пока внутри находилась жидкость.

Вполне возможно, что будущее планеты - за биопластиками, и по всему миру ежедневно ведутся новейшие разработки в этой области.

1.6 Основные области применения биопластика[3].

• Упаковка (примерно 60% биопластиков)

• Одноразовая посуда

• Сельское хозяйство (защитные плёнки, сетки и поддоны для хранения урожая)

• Электроника (разъёмы, оболочка компьютеров, зарядные устройства, мобильные телефоны, клавиатуры).

• Медицина – полимеры, сделанные из биомолекул, лучше совместимы с человеческими тканями и рассасываются легче, чем обычные пластики.

2. Практическая часть.

2.1. Основные компоненты для получения биопластика

Для получения биопластика в домашних условиях я использовал хорошо знакомые продукты [Приложение II].

В качестве основных компонентов использовались:

1. Агар-агар представляет собой желтовато-белый порошок, который дает высокую прочность на разрыв.

2. Глицерин - это бесцветная или бледно-желтая жидкость, без запаха и сладкого вкуса, обладает достаточной прозрачностью и высокой вязкостью. Получается глицерин при расщеплении жиров и масел растительного и животного происхождения.

3. Желатин придает различным блюдам студнеобразную структуру. Данное вещество может загущать биомассу и дает возможность держать свою форму в течение длительного времени [5].

4. Молочная сыворотка- это жидкость, которая остается после створаживания молока при производстве сыра. Её также можно использовать для получения биопластика [3].

5. Спирулина- это водоросль, которая известна своими высокими питательными свойствами и используется в различных продуктах питания и добавках. В ней содержится большое количество белка и она может рассматриваться для создания биопластика [6].

6. Пектин – содержится во фруктах, таких как яблоки и бананы и представляет из себя природный загуститель. Его можно использовать как основной компонент для получения биопластика [3].

2.2. Эксперименты по получению биопластика.

Эксперимент №1 - Создание биопластика из крахмала.

Для получения биопластика из крахмала взяли 2 столовые ложки картофельного крахмала, добавили холодной воды, щепотку лимонной кислоты и половину чайной ложки глицерина. Всё перемешали и поставили на огонь до загустения и прозрачности. Затем вылили в чашку Петри и оставили охлаждаться. Через два дня полученный биопластик затвердел.

Потом точно также получили биопластик, но вместо картофельного крахмала, взяли кукурузный крахмал. Полученный пластик из кукурузного крахмала затвердевал дольше [Приложение III].

Эксперимент №2 - Создание биопластика из желатина.

В стеклянный стакан с теплой водой положили 1 чайную ложку желатина и размешали, оставили его набухать. Затем стакан с набухшим желатином поставили в горячую воду и осторожно нагрели, постоянно помешивая. Полученный раствор вылили в форму для охлаждения и затвердевания. Через 1 день получили прозрачный биопластик [Приложение IV]. Эксперимент №3 - Создание биопластика из молока.

Я заметил, что при кипячении молока на его поверхности появляется тонкая пленка.

Для получения биопленки из молока взяли один стакан молока, нагрели его и влили 2 столовые ложки 9 %-ного уксуса. Молоко свернулось хлопьями. Свернувшееся молоко сливаем через мелкое сито. Образовались комки. Это казеин – молочный белок. Выложили его на салфетку, обсушили и затем положили в форму. Получилось казеиновое тесто. После его тщательного перемешивания и высыхания этот казеин можно использовать для изготовления мелких поделок (пуговиц, сувениров). Из него можно сделать бутылку или стакан. Сыворотку, которая осталась после отделения казеина, можно тоже превратить .в биопластик. В ней содержатся полилактид и белки. Добавив немного растворенного желатина мы получили биопластик через 2 дня [Приложение V].

Эксперимент №4 - Создание биопластика из агар-агара.

Биопластики можно получать из различных природных материалов. Я попытался получить биопластик из агар-агара, который выделяют из морских водорослей. Я взял столовую ложку порошка агар-агара, добавил половину стакана воды, немного лимонной кислоты и все перемешал. Затем прилил чайную ложку глицерина и нагрел . Еще раз все перемешал и вылил в форму. Через 2 дня получил твердый биопластик.

Чтобы получить цветной биопластик , я приготовил такую же смесь на основе агар-агара и добавлял пищевые красители [ПриложениеVI ].

Эксперимент №5– Создание биопластика из фруктов.

Во фруктах и овощах содержится пектин, который является природным биополимерам. Чтобы выделить пектин для получения биопластика, мы взяли яблоки и бананы.

Для выделения пектина из яблок 1кг яблок помыли и порезали на небольшие кусочки, положили в кастрюлю, добавили 100 мл воды и потушили в течение 25 минут до получения пюре. Очищенный банан порезали на небольшие кусочки и смешали с пюре из яблок. Получившуюся смесь поместили в сито и оставили на 6 часов до полного прекращения выделения сока. В полученном соке содержался пектин. Выделенный сок разлили по чашкам Петри для испарения воды. Через 3 дня получала пленочные структуры.

Пюре из яблок и банана тщательно перетёрли, добавили немного крахмала и нагрели до загустения. Затем разложили в формы разложили в формы. Через четыре дня после испарения воды получили прочный биопластик в виде пленки [Приложение VII].

Эксперимент №6 – Создание биопластика из спирулины.

Биопластик можно получить из спирулины. Спирулина это микроскопические нитевидные цианобактерии (синезеленая водоросль), нити которой закручены спирально.

Для получения биопластика в химическом стакане смешали порошок спирулины с водой и тщательно размешали до получения однородной смеси, добавили лимонную кислоту, крахмал, глицерин и соль. Поставили на огнь помешивая до кипения. Готовую смесь вылили в формы и оставили до загустения. Через четыре дня смесь высохла и получился очень хрупкий биопластик. Биопластик растрескался. Возможно, причиной явилась неправильное соотношение компонентов, например, слишком много спирулины или крахмала по отношению к воде. Также причиной могло стать недостаточное количество глицерина, который обеспечивает пластичность готового продукта.

Таким образом, из крахмала, желатина , молока, агар-агара и спирулины мы получили образцы биопластика [ПриложениеVIII].

2.3 Анализ полученных данных.

По результатам экспериментов была составлена таблица, где проанализированы полученные виды биопластика. Лучше всех оказался биопластик из желатина, он обладал такими свойствами, как прочность, прозрачность, безопасность и доступность.

Заключение

В ходе моей работы мне удалось решить все задачи исследования.

Выяснилось, что изготовление пластмасс насчитывает историю чуть более 150 лет. Из пластмассы изготавливают почти все предметы, вплоть до изготовления деталей для транспорта. Но, с учётом экологии и загрязнения планеты, люди работают над созданием биопластика.

В ходе работы, результате экспериментов нам удалось получить различные виды биопластика. Выдвинутая гипотеза была подтверждена.

Мы провели эксперименты по получению биопластика и лучше всех оказался биопластик из желатина. Он оказался достаточно прочным и прозрачным, позволяет создавать биопластик как в форме тонкой пленки, так и в качестве предметов. Все полученные в ходе экспериментов биопластики безопасны и просты в изготовлении. Данные виды биопластиков могут рассматриваться в качестве замены обычного пластика.

В дальнейшем я хотел бы продолжить свою работу и провести эксперименты по разложению полученного мною пластика и внести свой вклад в решение проблемы загрязнения нашей планеты.

Список используемых источников и литературы

1. Виды современных биопластиков. Чем можно заменить пластиковую посуду ekofriend.com

2. Стрельникова Л.Н. Из чего все сделано? Рассказы о веществе под ред. Г. Эрлиха. – М.: Яуза-пресс,2011

3. Есенина Т. Молочная упаковка заменит пластик //https://in future/ru

4. Пластик из водорослей! vlv-mag.com.

5. Ученые изобрели съедобный и биоразлагаемый пластик из желатина.https:// pikabu. ru. Story

6. Что такое пластик и из чего его делают? //https:www. vseznaika. org

Приложения

П риложение I

Молекула воды

Фрагмент молекулы пластика

Приложение II Компоненты для получения биопластиков

Приложение III Создание биопластика из крахмала

Приложение IV Создание биопластика из желатина

Приложение V Создание биопластика из молока

Приложение VI Создание биопластика из агар-агара

Создание цветного биопластика

Приложение VII Создание биопластика из фруктов

ПриложениеVIII Создание биопластика из спирулины