VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Натуральная альтернатива моющим средствам
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1.Введение
Актуальность работы: в настоящее время в современном мире стоит проблема об экономии средств и защите окружающей среды. Экология, изучающая взаимоотношения между организмами и окружающей средой, стала наукой, которая привлекает все больше заинтересованных лиц. Ведь каждый хоть раз задумывался о том, как обезопасить и себя и окружающую среду от токсичных и вредных отходов, внести свою лепту в охрану природы. Я решила исследовать эту тему, а в частности попробовать найти безопасные альтернативные моющие средства, которые будут и дешевле, и безопаснее для природы и человека.
Цель проекта: изменить сознание уч-ся о том, что существуют безопасные моющие средства для природы.
Объект исследования: натуральные альтернативы бытовой химии.
Задачи:
Найти, систематизировать и изучить информацию по натуральным средствам для стирки;
Собрать и проанализировать материал по теме исследования;
Совершенствовать свои навыки работы с различными источниками;
Совершенствовать свои навыки работы на компьютере;
Узнать способы для стирки в Древней Руси;
Изучить натуральные альтернативы современным моющим средствам;
Показать на практике достоинства природных способов очистки от загрязнений;
Выступить со своей проектной работой перед комиссией
Гипотеза: существуют ли эффективные моющие средства безопасные для природы и человека?
Методы исследований, используемые в работе:
1.Классификация и систематизация моющих средств
2. Наблюдения и сравнения результатов опыта
3. Анализ данных, полученных в результате эксперимента
4. Выводы, полученные в результате работы над проектом
Этапы работы над проектом:
1.Поисковый: определение темы проекта, согласование выбранной мною темы с научным руководителем проекта, постановка цели.
2. Аналитический: построение алгоритма деятельности, сбор, изучение и анализ необходимой информации
3. Практический: выполнение запланированных технологических операций, текущий контроль качества, внесение изменений в конструкцию и технологию.
4. Презентационный: подготовка презентационных материалов, презентация проекта, изучение возможностей использования результатов проекта.
5. Контрольный: самоанализ, оценка качества выполненной работы.
2.Теоретическая часть
2.1. Способы стирки в Древней Руси
На Руси белье первоначально замачивали в огромных емкостях. У женщин были средства для отбеливания, конечно, растительного происхождения. Например, зола от гречневой соломы или подсолнухов, а также отвары из картофеля и фасоли, кислое молоко. Среди отбеливателей были такие, как моча, свиной навоз и лимонный сок. Потом в чаны с бельем бросали горячие камни. Мылом служили бузина, сок алоэ.
Старые способы стирки крайне недооценены, но у них есть свои преимущества. Они экологически чисты и не требуют больших затрат, что является неоспоримым плюсом в современной жизни. Один из таких способов – бученье, выполнявшийся в несколько этапов.
Этап первый
Стирка начиналась не со сбора грязного белья и одежды, а с приготовления чистящего средства. В древности им служил щёлок, основном состоящий из карбонатов калия и натрия. Водный раствор этого вещества проявляет щелочную реакцию, что позволяет ему разъедать практически любые загрязнения, даже масла.
Получить щелок можно двумя способами: горячим и холодным. При использовании холодного способа из печи наскребали золу, растирали её в порошок и заливали определённым количеством воды. Этот раствор настаивался несколько дней, а затем снова разбавлялся водой. Горячий способ занимал меньше времени: золу варили в кастрюле несколько часов, а после оставляли отстаиваться, дабы осел осадок.
Получавшийся щёлок на руках ощущался, как мыло, и пусть на вид он напоминал мутную грязную воду, но бельё отстирывал отлично.
Альтернативой щёлока было травянистое растение мыльнянка и качим метельчатый. В их корнях содержится сапонин – сложное кислотное вещество, которое при взаимодействии с водой образует густую пену. Сапонин используется до сих пор не только в химической промышленности, но и при изготовлении халвы, пива и шипучих напитков. Корень мыльнянки или качима растирали в порошок, замачивали на длительный срок, а затем процеживали. Стёкшую воду называли «мыльным корнем». Но был у него и один минус: это вещество давало больше пены, чем отстирывало одежду.
Этап второй
Для стирки требовались следующие инструменты: корыта, чугунки и ступы – как ёмкости для замачивания и стирки. Кочерги, ухваты и катки – чтобы помещать ёмкости в печь. Вальки, доски и песты – для отбивания белья.
Бельё сначала замачивалось. Его заливали в чугунке водой и щёлоком в определённой пропорции. Потом с помощью катков и кочерги чугунок ставили в печь на некоторое время.
После замачивания бельё перекладывали в ступу или корыто, заливали водой со слабым раствором щёлока или «мыльного корня» и отстирывали грязь: либо толокли его пестом, либо наматывали на валёк и тёрли по стиральной доске. Затем его промывали в проточной воде и развешивали для сушки.
Отсюда и пошло выражение «заварить бучу». Старинное название щёлока – «буча», а процесса стирки «бученье». Женщины собирались шумной компанией и шли стирать у ручья. А так как бученье отнимало у них весь день, то и слова «заварить бучу», то есть щёлок для стирки, стали означать затеять шумное дело на весь день.
2.2. Натуральные альтернативы моющим средствам.
Хозяйственное мыло – абсолютно натуральное средство, так как изготавливается на основе жирных кислот(как правило используется пальмитиновая или лауриновая кислоты) с добавлением растительных масел и животных жиров(в основном говяжий, свиной или рыбий). В состав мыла также входит натрий (его процентное содержание небольшое, но именно он играет большую роль в уничтожении пятен), а также каолин (белая фарфоровая глина), который смягчает действие щелочей на кожу человека. Хозяйственное мыло прекрасно отстирывает и смягчает ткани, к тому же является отличным антисептиком.
Десятилетиями люди стирали хозяйственным мылом, приготавливали различные растворы с его использованием.
Из минусов данного средства выделяют то, что оно является аллергеном, а также плохо убивает запахи (это обусловлено тем, что в само мыло не добавляют никаких ароматизаторов)
Конский каштан
Плоды каштана содержат сапонины, которые отлично пенятся в воде. Для применения данного растения в стирке, каштаны нужно собрать, высушить, смолоть на кофемолке (предварительно обязательно сняв коричневую кожицу, т.к. она красит вещи), всыпать в таз и залить горячей водой. Пена получается как от обычного стирального порошка. Можно стирать прямо этой водой и вручную, и в машинке. При стирке вручную для достижения лучшего результата нужно вещи замочить в этой «каштановой» воде на час, а потом простирать здесь же и пополоскать в чистой воде.
Фасоль
Стирка фасолью – еще один вариант эко стирки без порошка. Несколько непривычный, однако для очень хорошо подходит для стирки шерстяных вещей.
Также этот вариант является примером безотходного производства: сваренную фасоль можно употребить в пищу, а воду из под нее использовать при стирке.
Щелок
Щелок — водный настой древесной золы, состоящий в растворе в основном из карбонатов калия (поташ) и натрия (сода). Обладает сильнощелочной реакцией. Его использовали в хозяйственных нуждах как чистящее вещество широкого спектра действия. Раствор щелока подходит для купания, мытья головы, стирки, отбеливания одежды, вымачивания кожи перед дублением, мытья посуды, дезинфекции пола, в некоторых медицинских целях.
Сода кальцинированная
Для стирки разных тканей необходимы разные составы. Кислая и нейтральная среды благоприятны для стирки изделий из волокон животного происхождения (шерсть, шелк), щелочная — для стирки изделий из волокон растительного происхождения (хлопок, лен); умеренно щелочная среда — для стирки тканей из искусственных и синтетических волокон.
Поэтому изделия из хлопковых и льняных волокон можно стирать содой кальцинированной (это щелочные соли). Она великолепно отстирывает даже плотные льняные простыни.
Соль
Как ни удивительно, поваренная соль тоже очень хорошо отстирывает вещи, особенно ситцевые, льняные (как цветные, так и белые). При этом после стирки цветные вещи абсолютно не теряют яркости даже после большого количества стирок.
Но этот вариант подходит для слабо загрязненной одежды и не поможет вывести пятна, даже несложные. Но как известно большинство летних вещей из льна и ситца очень быстро теряют привлекательный внешний вид от частых стирок. А способ стирки с солью поможет сберечь цвет ткани и ее структуру. Не говоря уже об экономии на стиральном порошке и бережливом отношении к окружающей среде.
Горчица
Горчица — практически универсальное натуральное средство. Оно прекрасно справляется с жирной посудо и отлично моет волосы. Кроме всего прочего, горчичным порошком можно успешно и без вреда для здоровья и губительных последствий для ткани стирать любимые вещи из шёлка и шерсти.
Для стрики в стиральной машине нужно добавить приблизительно 50 граммов сухого горчичного порошка непосредственно в барабан к грязному белью и выставить температуру не выше 40 градусов. Горчичный порошок прекрасно справляется с загрязнениями, хорошо выводит жирные пятна и не оставляет на ткани резкого запаха.
Итак, на основе собранной информации мне захотелось провести собственный опыт и выяснить, насколько эффективны могут быть натуральные альтернативы моющим средствам при стирке и безопасны ли они для окружающей среды.
3. Практическая часть.
Я решила попробовать стирку разными химическими веществами и сравнить их действие, а также влияние на природу. Для этого я провела несколько опытов: стирка белья с помощью щелока(природный ингредиент ); стирка белья с обыкновенным стиральным порошком и стирка с натуральной смесью (хоз. мыло + щелок + кальцинированная сода + тетраборат натрия)
1. Подготовка щелока
Щелок (K2CO3) – это природная субстанция, получаемая в результате отвара или настоя древесной золы. Для использования в хозяйстве ее необходимо разбавлять водой. Данное вещество состоит из карбоната натрия и калия (поташ – К2СО3). Обладает сильной щелочной реакцией. Щелок является натуральным средством для стирки – без химии и токсичных ингредиентов. Его практическая польза заключается не только в хороших очищающих свойствах и безвредности для окружающей среды, но он также является отличным удобрением. Можно сделать вывод, что изготовление щелока является безотходным – после стирки раствором можно удобрить огород, никаких излишек не останется.
Золу в пропорции 1:3 смешиваю в кастрюле с водой. Перемешиваю, на поверхность всплывают крупные части (кусочки угля, древесные щепки), очищаю раствор от них.
Изначально смесь золы и воды имеет такой вид.
После ставлю кастрюлю на медленный огонь и накрываю крышкой. Чтобы изготовить щелок необходимо 2-3 часа поддерживать раствор в состоянии медленного кипения.
По истечении времени даю раствору остыть. После мне необходимо перелить готовый щелок в другую емкость. «Фильтрую» раствор от ненужных частиц, пропуская его через
ткань.
Нужно дать ему отстояться, дабы частицы золы осели на дно и я могла использовать чистый раствор.
2. Подготовка образцов
В качестве образцов для эксперимента я взяла полотенца белого цвета.
На них нанесла три продукта: брусничное варенье, кетчуп и землю.
3. Эксперимент с щелоком
Разбавляю щелок в пропорции 1:5. В этот раствор помещаю испачканный экземпляр и ставлю на медленное кипение примерно на час. В процессе вода в кастрюле приобретает желтоватый цвет.
Снимаю кастрюлю с огня. Раствор пожелтел, явных пятен на экземпляре не заметно.
После промывки полотенца можно рассмотреть остатки загрязнений. Незначительные, но все же заметные. Кетчуп отстирался хуже всего. Также цвет самого экземпляра приобрел более темный оттенок
Плюсы:
- щелок практически не имеет запаха;
- его воздействие на окружающую среду не оставляет поражающих последствий. Вещество безвредно.
- экономично.
Минусы:
- долгое приготовление.
- вещество сушит кожу и обязательно должно разбавляться водой, дабы снизить концентрацию. С ним желательно работать в перчатках.
- не справляется с некоторыми видами загрязнений.
4. Эксперимент с моющим средством
Состав и активные вещества бытовой химии
Состав стандартного стирального порошка известных марок практически одинаков. Компании используют примерно одинаковые компоненты при изготовлении своей продукции. Многие из компонентов бытовой химии могут оказаться вредными или даже опасными для человеческого здоровья, а также для благосостояния окружающей среды.
Беру порошок фирмы Tide в объеме ~20мл.
Основные действующие вещества всех стиральных порошков — это так называемые поверхностно — активные вещества (ПАВ), которые представляют собой чрезвычайно активные химические соединения. Выполняют функцию быстрого выведения пятен, которые сложно смыть простой водой, в т.ч. жирных пятен. За счет своей структуры эти вещества способны прикреплять молекулы жира (или другой грязи) к молекулам воды, тем самым отстирывая белье. К тому же, А-ПАВы никогда не вымываются из организма и продолжают накапливаются в разных органах, скапливаются на клеточных мембранах, покрывая их тонким слоем, и при определенной концентрации вызывают нарушения важнейших биохимических процессов и саму целостность клетки.
Кроме (ПАВ) в стиральных порошках содержится большое количество фосфатов, точнее их производных — триполифосфат натрия (ТПФ). Его содержание в стиральном порошке может варьироваться от 15% до 40%. При стирке эта смесь снижает жесткость воды и усиливает действие стирального порошка. Дозы фосфатов, проникающие в организм, не большие, но токсический эффект оказывают существенный, и этот эффект накапливается со временем. Ко всему прочему, фосфаты негативно воздействуют на кожу — обезжиривают ее и заметно снижают ее барьерные функции (изменяется уровень рН, содержание липидов, общее количество аминокислот), что в свою очередь создает условия для проникновения в организм токсичных соединений и тяжелых металлов. Чтобы снизить токсичность состава были разработаны несколько направлений ее снижения в стиральных порошках. Один из них — это замена фосфатов, которые смягчают воду, цеолитами. Известные производители Henkel (Германия) и P&G (США) разработали рецептуру на основе цеолитов (Tide является торговой маркой компании Procter & Gamble, в его составе также присутствуют цеолиты, но в совместительстве с фосфатами)
В состав порошка также входят энзимы – ферменты, которые способны расщеплять молекулы различных загрязнений. Для человеческого организма они не представляют никакой опасности. Они не являются аллергенным фактором, поэтому на этот компонент можно вообще не обращать внимания при выборе стирального порошка.
Ученые доказали, что для безопасного использования порошка количество анионных ПАВ в нем должно быть ограничено — не более 2%, неионогенных ПАВ не более 3%, катионных ПАВ — не более 2%, синтетических ароматизаторов — не более 0,01%. В используемом мною порошке многие показатели превышают эти значения: стиральный порошок «TIDE AUTOMAT» состоит из 15-30% фосфатов, 5-15% анионных ПАВ, <5% катионных и неионогенных ПАВ. В составе также присутствуют энзимы и ароматизаторы.
В стиральных порошках всегда содержатся отдушки и ароматизаторы, призванные перебить неприятный запах основы порошка и неприятный запах самого грязного белья. Искусственные ароматизаторы вызывают вредные побочные эффекты и чаще всего это аллергия и связанные с ней симптомы — зуд, жжение в носу, раздражение глаз. Более опасным последствием может стать астма, нарушения координации движений или аллергия в тяжелой форме.
Отбеливание в порошках происходит за счет окислителей, таких как перекись водорода (H2O2), которая в некотором количестве присутствует в составе порошка.
Порошком второй экземпляр и кладу в стиральную машину на режим Mix (режим, предназначенный для стирки нескольких видов ткани)
Спустя 2 часа вытаскиваю образец из стиральной машинки. Расход воды на одну стирку получился примерно в 40 л, что крайне не экономично, особенно при стирке одного лишь полотенца. Машинка потребляет 2 кВт за час, следовательно за эту стирку было потрачено 4 кВт энергии. Цена затраченной энергии обошлась примерно в 21 рубль. (стоимость кВт составляет 5,29 рублей)
Экземпляр прекрасно очистился, никаких следов от пятен не обнаружено.
Плюсы данного способа:
- экономия времени;
- эффективность очистки;
- меньшее время ожидания по сравнению с первым способом
Минусы:
- большой расход воды;
- вещества, входящие в состав порошка, могут быть вредны для окружающей среды
5. Стирка с натуральной смесью
Для приготовления этой смеси мне понадобилась кальцинированная сода, хозяйственное мыло, готовый щелок, тетраборат натрия и теплая вода.
Хозяйственное мыло – абсолютно натуральное средство, так как изготавливается на основе жирных кислот с добавлением растительных масел и животных жиров. Прекрасно отстирывает и смягчает ткани, к тому же является отличным антисептиком. Само хозяйственное мыло – это щелочь и за счет этого оно хорошо обезжиривает ткани.
Смешиваю 50г стружки хозяйственного мыла с тремя столовыми ложками соды тетрабората натрия. Добавляю 100мл горячей воды и 100мл щелока, осторожно перемешиваю смесь около трех минут, чтобы дать мылу немного раствориться в воде.
Из полученной смеси, объемом около 350мл, использую ¼ часть (~85мл) на вновь загрязненный образец. Характер пятен остается тем же. Ткань и раствор помещаю в кастрюлю с водой, объемом в 1л, оставляю медленно кипеть на 1,5 часа.
Результат приятно удивляет: ткань прекрасно отстиралась и на ней не было обнаружено никаких следов прежних загрязнений.
Плюсы данного способа:
- полученная смесь является безвредной альтернативой обычным моющим средствам;
- экономия денег (хозяйственное мыло 150г (20 рублей) + тетраборат натрия 30мл х2 (10 рублей за шт.) + сода 500г (30 рублей) = 60 рублей на несколько использований. На одно использование тратится 85мл смеси, что составляет около 7,5 рублей.
На одно использование порошка Tide объемом 85 мл ушло бы ~86 рублей );
- эффективность, бесследно удаляет загрязнения;
- нейтральный запах, не въедается в ткань.
Минусов обнаружено не было, все ингредиенты являются доступными и приготовление данного моющего средства не занимает много времени.
Выводы:
На основе проделанной практической работы можно сделать несколько выводов.
Способы стрики без использования привычной бытовой химии, а лишь с помощью продуктов натурального происхождения, являются абсолютно безопасными и даже полезными для окружающей среды. С точки зрения экологии, такие вещества как щелок или хозяйственное мыло совершенно не загрязняют почву и не наносятвреда флоре и фауне. Это продукты абсолютно натурального происхождения, в которых не содержится губительных для среды веществ. В то время как стиральные порошки, при попадании в почву, перекрывают ей доступ кислорода, что является опасным фактором для местной флоры. Фосфаты представляют собой большую угрозу для окружающей среды, они, попадая вместе со сточными водами в водоемы начинают действовать, как удобрение для водорослей. Урожай водорослей в водоемах начинают расти не по дням, а по часам. Водоросли, разлагаясь выделяют в большом количестве метан, аммиак, сероводород, уничтожая все живое в воде.
Зарастание водоемов и загрязнение воды, повышению ее температуры, ведет к прекращению циркуляции воды в водоемах и гибели водных животных. Это ведет к грубому нарушению экосистемы водоемов, ухудшению кислородного обмена в гидросфере, а так же это ведет к затруднению в обеспечении населения чистой питьевой водой.
Эффективность натуральных моющих средств напрямую зависит от характера загрязнений. В древности загрязнения были куда проще по составу, люди большую часть времени находились на улице и занимались земледелием, поэтому самыми распространенными пятнами были следы от травы, песка и земли. В те времена не было таких продуктов как кетчуп, который считается трудно выводимым загрязнением, поэтому щелоку было непросто справиться с уничтожением его следов.
Безусловно, большую роль в избавлении от пятен играет различный подход к самой стирке. При стирке натуральным способом, прибегая к кипячению ткани в воде, молекулы того или иного загрязнения разрушаются под действием высокой температуры. При использовании стиральной машины действует принцип «выбивания»: помимо воздействия воды и активных веществ, ткань бьется о стенки барабана, что серьезно облегчает процесс очищения.
Заключение:
В проекте были взяты насущные вопросы. Тем не менее, можно признать – результат достигнут: были собраны теоретические знания по вопросам эффективности, доступности и экологичности натуральных альтернатив бытовой химии. Участник проекта общался по интересующему вопросу с учителями биологии и химии. По результатам теоретической подготовки, был проведен ряд опытов. Проводились качественные измерения на разных этапах эксперимента, что в итоге помогло успешно его завершить и доказать правоту гипотезы этого исследования. Методы, выбранные участником, оказались эффективными и соответствующими задачам. Теоретические выводы и данные эксперимента были использованы для подготовки к олимпиадной работе. С этими материалами участник проекта подготовил презентацию и выступление на олимпиаде по экологии.
Список используемых ресурсов:
http://big-sister.ru/about-food/chem-vredny-stiralnye-poroshki.html
http://fb.ru/article/142006/enzimyi---chto-eto-takoe-primenenie-enzimov-otzyivyi-o-nih
https://www.nevcos.ru/articles/encyclopedia/enzimy-v-stiralnykh-poroshkakh/
https://www.nevcos.ru/articles/encyclopedia/pav/
https://ribalych.ru/2017/04/03/kak-stirali-i-gladili/
http://slavyanskaya-kultura.ru/slavic/slavjanskii-byt/bolshaja-stirka-ili-buchene-nashih-prababushek.html
https://www.kp.ru/daily/26212.4/3096509/
https://subscribe.ru/group/chelovek-priroda-vselennaya/5032306/
https://sovets.net/16481-cshelok-chto-eto-takoe.html
Экология. Базовый уровень. 10-11 классы» Н.М. Чернова, В.М. Галушин, В.М. Константинов