Биопластик своими руками

XXVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Биопластик своими руками

Ивашечкина А.В. 1
1школа №1569 Созвездие 3 п класс
Струнгис И.Г. 1
1школа №1569 Созвездие
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Сейчас очень много говорят о том, что пластик сильно загрязняет нашу природу. Каждый год люди делают очень много пластика, и большая часть его попадает на свалки или в океан. Учёные говорят, что каждый год в океан выбрасывают огромное количество пластика. Это очень плохо для животных и растений, которые там живут.

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 выбрала 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 решила узнать об этом больше.

Цель: выявление свойств биопластика, сделанного в домашних условиях из подручных средств.

Задачи:

  1. Узнать, что такое биопластик и какие виды существуют.

  2. Провести эксперименты по изготовлению биопластика из различных природных материалов

  3. Сравнить свойства полученных видов биопластиков.

Гипотезы:

  1. Вероятно, биопластик из разных материалов будет иметь схожие свойства

  2. Наверное, мы сможем получить биопластик разных цветов, добавив краситель

  3. Возможно, мне удастся сделать биопластик, используя водоросли, сахар и фрукты

Методы исследования:

  1. Анализ специальной литературы и Интернет-ресурсов по данному вопросу;

  2. Проведение экспериментов по созданию биопластика в домашних условиях;

  3. Сравнение свойств биопластиков, изготовленный в домашних условиях.

  4. Анализ и обобщение полученных результатов.

Этапы работы:

  1. Подготовительный этап. Составление плана работы.

  2. Основной этап. Поиск информации по теме, анализ результатов, изготовление биопластика в домашних условия

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

Объект исследования:биопластик

Основная часть

Теоретическая часть

Что такое пластик? История происхождения пластика

Очень давно люди использовали только натуральные материалы, чтобы делать разные вещи, например, воск, смолу или глину. 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.

Первым изобретателем пластмассы стал англичанин Александр Паркс. Он придумал вещество, которое назвали "паркезин". В 1866 году Паркс даже открыл фабрику, чтобы делать пластмассовые вещи, но его материал оказался не очень удачным, и через два года фабрика закрылась.

Но на этом всё не закончилось. После паркезина появился другой материал – целлулоид*. Его использовали для изготовления самых разных вещей: упаковки, игрушек, и даже бильярдных шаров!

В 1899 году ученые придумали полиэтилен – ещё один вид пластика. Но популярным он стал только в 1933 году.

А вот 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!

Из пластика делают всё, что можно себе представить: игрушки, посуду, упаковки, технику, медицинские вещи и даже украшения. Наш век можно назвать веком пластика, ведь он окружает нас везде.

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.

Почему пластик так удобен? Вот его главные плюсы:

  1. Из него можно делать сложные и красивые формы.

  2. Он дешевле, чем металл и другие материалы.

  3. Пластик сам по себе бывает разных цветов, его не надо красить.

  4. Он лёгкий и удобный.

  5. Очень гибкий и не ломается.

  6. Пластик не пропускает электричество, поэтому безопасен.

  7. Он плохо проводит тепло, значит, сохраняет тепло лучше.

  8. Хорошо защищает от шума.

  9. Не ржавеет, как металл.

  10. Не портится от жары или холода.

  11. Не боится сильных химикатов.

  12. 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.

Влияние пластика на окружающую среду и здоровье человека

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 даже 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.[2]

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.

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.

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.

Учёные считают, что биопластик – это важный шаг к защите нашей планеты от загрязнений [2].

Производство биопластиков из растений

Сейчас люди придумывают много видов биопластика, который делают из растений и других природных материалов. Ниже приведены 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. ПЛА прозрачный и красивый. Из него делают упаковки для фруктов, яиц, выпечки, а ещё бутылки для воды и соков. 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[9]

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.Например, бутылки, сформированные из раствора этого биопластика, сохраняли форму и изначальный внешний вид до тех пор, пока внутри находилась жидкость. [1]

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

Основные области применения биопластика

  • 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 [5]

А теперь я расскажу, как мы проводили свой эксперимент по созданию биопластика и исследованию его свойств в домашних условиях.

Практическая часть

Выбор материалов

Узнав о том, что биопластик изготавливают из растительного сырья и микроорганизмов, мы задумались, возможно ли изготовить его дома из того, что есть на кухне.

Для решения этого вопроса мы ознакомились с различными источниками информации, смотрели ролики и оценивали каждый вариант изготовления биопластика с точки зрения следующих критериев:

- безопасность;

- доступность;

- простота;

- качество полученного продукта;

- время высыхания изделия из биопластика.

Свой выбор мы остановили на изготовлении биопластика из агар-агара, желатина, крахмала и молочной сыворотки.

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 обладает большей способностью загущать биомассу и дает возможность держать свою форму в течение длительного времени.

  4. Молочная сыворотка - это жидкость, которая остается после створаживания молока при производстве сыра. Она содержит большое количество питательных веществ, включая лактозу, белки, витамины и минералы.

  5. Спирулина - это водоросль, которая известна своими высокими питательными свойствами и используется в различных продуктах питания и добавках. Она содержит большое количество белка и может рассматриваться для создания биопластика

  6. Сахар – пищевой продукт, имеющий сладкий вкус, основу которого составляет сахароза. При нагревании образует прозрачный и эластичный материал, напоминающий твердую пластмассу.

  7. Пектин – содержится во фруктах, таких как яблоки и бананы и представляет из себя природный загуститель. Данное вещество может рассматриваться как основной компонент для получения биопластика.

Создание биопластика и его испытание

Эксперимент №1 - Создание биопластика из крахмала

Материалы:

  • 1/2 чашки крахмала

  • 1/4 чашки воды

  • 1/4 чашки лимонной кислоты

  • 1 чайная ложка глицерина

  • Силиконовая форма

  • Небольшая кастрюля

  • Ложка для перемешивания

Процедура:

  1. В кастрюле необходимо смешать все ингредиенты: крахмал, воду, лимонную кислоту и глицерин. [Приложение 1, фото 1]

  2. Поставить кастрюлю на средний огонь и постоянно помешивать до тех пор, пока смесь не загустеет и не станет прозрачной.

  3. Вылить смесь на непроницаемую поверхность и дать ей остыть и затвердеть (24 часа). [Приложение 1, фото 2, 3]

Эксперимент №2 - Создание биопластика из желатина

Материалы:

  • 3 пакетик желатина

  • 1/2 чашки воды

  • Силиконовая форма, форма для заливки

  • Небольшая кастрюля

  • Ложка для перемешивания

Процедура:

  1. В кастрюле необходимо смешать желатин и воду. Дать смеси постоять несколько минут, чтобы желатин набух. [Приложение 2, фото 4]

  2. Поставить кастрюлю на небольшой огонь и нагревать, постоянно помешивая, пока желатин не растворится полностью.

  3. Вылить смесь в форму и дать ей остыть и затвердеть (24 часа). [Приложение 2, фото 5, 6, 7]

Эксперимент №3 - Создание биопластика из молока

Материалы:

  • 1 стакан молока

  • 1 столовая ложка уксуса

  • Небольшая кастрюля

  • Ложка для перемешивания

  • Сито или марля

  • Форма для заливки

Процедура:

  1. Налить молоко в кастрюлю и аккуратно нагреть его на слабом огне, но не доводить до кипения.

  2. Когда молоко станет горячим (примерно 50-60°C), добавить уксус и перемешать.

  3. В результате взаимодействия уксуса и молока произойдет образование комков — это казеин, из которого будет сделан биопластик.

  4. Перемешивать смесь в течение 1-2 минут, пока не закончится процесс отделения.

  5. Процедить смесь через сито или марлю, чтобы отделить казеин от жидкости. [Приложение 3, фото 8, 9]

  6. Казеин вынуть из марли и придать ему форму. Оставьте его на поверхности для затвердевания в течение 24-48 часов. [Приложение 3, фото 10, 11]

Эксперимент №4 - Создание биопластика из агар-агара

Материалы:

  • 1 пакетик агар-агара

  • 1/2 чашки воды

  • Лимонная кислота

  • Силиконовая форма, форма для заливки

  • Небольшая кастрюля

  • Ложка для перемешивания

Процедура:

  1. Воду в кастрюле довести до кипения и добавить агар-агар.

  2. Добавить глицерин и лимонную кислоту. [Приложение 4, фото 12]

  3. Вылить смесь в форму и дать ей остыть и затвердеть (24 часа). [Приложение 4, фото 13, 14]

Эксперимент№5 – Создание цветного биопластика

Материалы:

  • Жидкий биопластик из желатина, агар-агара, крахмала

  • Пищевой краситель

Процедура:

  1. В готовую смесь для приготовления биопластика добавить пищевой краситель, перемешать

  2. Вылить смесь в форму и дать остыть и затвердеть (24-48 часа) [Приложение 4, фото 15, 16, 17]

Эксперимент №6 – Создание биопластика из сахара

Материалы:

  • 1 чашка сахара

  • 1/4 чашки воды

  • 1/2 чайной ложки лимонного сока

  • 1 чайная ложка растительного масла

Процедура:

  1. В небольшой кастрюле смешать сахар и воду, добавить лимонный сок. [Приложение 6, фото 18]

  2. Поставить кастрюлю на средний огонь и постоянно помешивать смесь. Сахар должен полностью раствориться в воде, а затем смесь начнет густеть. Важно не допустить кипения.

  3. Как только смесь загустеет, продолжать нагревать ее до тех пор, пока она не станет однородной и тягучей, как сироп.

  4. Как только смесь достигла нужной консистенции, аккуратно вылить ее в форму и дать остыть и затвердеть. [Приложение 6, фото 19, 20]

Эксперимент №7 – Создание биопластика из фруктов

Материалы:

  • 1 спелый банан

  • 1 яблоко

  • 1/4 чашки воды

  • 1 столовая ложка лимонного сока

  • 1 столовая ложка кукурузного крахмала

Процедура:

  1. Очистить яблоко и банан от кожуры и нарезать на меленькие кусочки. [Приложение 7, фото 21]

  2. Положить нарезанное яблоко в кастрюлю, добавить воду и варить на среднем огне, пока яблоки не станут мягкими и не начнут выделять сок.

  3. После того, как яблоки станут мягкими растолочь их

  4. Добавить размягченный банан и крахмал и поставить кастрюлю на огонь, постоянно помешивая

  5. После того, как смесь загустеет, вылить в форму, дать остыть и затвердеть. [Приложение 7, фото 22, 23]

Эксперимент №8 – Создание биопластика из спирулины

Материалы:

  • 2 столовые ложки порошка спирулины

  • 1/4 чашки воды

  • 1 столовая ложка глицерина

  • 1 столовая ложка кукурузного крахмала

  • 1 чайная ложка лимонного сока

  • 1/2 чайной ложки соли

Процедура:

  1. В небольшой кастрюле смешать порошок спирулины с водой и тщательно размешайте до получения однородной смеси, добавить лимонную кислоту, крахмал, глицерин и соль. [Приложение 8, фото 24]

  2. Поставить кастрюлю на средний огонь и, помешивая, довести смесь до кипения. Смешать все ингредиенты в кастрюле до тех пор, пока смесь не начнет загустевать и превращаться в гель.

  3. Готовую смесь вылить в форму, дать остыть и загустеть. [Приложение 8, фото 25, 26]

Анализ полученных данных

По результатам экспериментов была составлена таблица [Приложение 6, табл 1], где проанализированы полученные виды биопластика. Лучше всех оказался биопластик из желатина, он обладал такими свойствами, как прочность, прозрачность, безопасность и доступность.

Возвращение к гипотезам

Моя первая гипотеза о том, что биопластик будет иметь схожие свойства – опровергнута, так как в результате экспериментов оказалось, что биопластики из разных материалов, обладают разными свойствам, такими как гибкость, прозрачность и прочность.

Вторая гипотеза была подтверждена, в результате экспериментов нам удалось получить биопластик разных цветов, в результате добавления пищевых красителей.

Третья гипотеза была частично подтверждена, мне удалось сделать биопластик из фруктов и сахара по своему рецепту, биопластик из водорослей в результате эксперимента растрескался и не показал ожидаемых свойств.

Выводы по задачам

Мы узнали, что такое биопластик, и что существует несколько его видов.

Мы провели 8 экспериментов 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.

Также мы попробовали сделать биопластик по своим рецептам, используя водоросли, сахар и фрукты. В результате экспериментов был получен биопластик из фруктов и сахара, биопластик из водорослей (спирулины) 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.

Заключение

Тема моей работы очень увлекла меня. В наше время любой человек согласится с тем, что пластиковое загрязнение – это глобальная катастрофа, полностью отказаться от пластмассовых изделий теперь уже невозможно. Изготовленный мною пластик в домашних условиях из растительных компонентов, несомненно, лучше пластика, продаваемого в магазине. Он сделан из натуральных продуктов, не наносит ущерба окружающей среде и здоровью человека.

В дальнейшем я хотела бы углубиться в эту тему и провести эксперименты по разложению полученного мною пластика, по изготовлению из него предметов, игрушек, одноразовой посуды и внести свой вклад в решение проблемы загрязнения нашей планеты.

Глоссарий

Биопластик — это материал, который производят из растительных источников и может быть переработан или разложен естественным образом.

Микропластик — это крошечные кусочки пластика, которые появляются, когда большие куски разрушаются от солнца или соли.

Полилактиды (или ПЛА) — это вид биопластика, который делают из сахаров природных материалов, например, из кукурузы, свёклы или сахарного тростника.

Полистирол — это вид пластика, который делают из химических веществ. Он лёгкий, недорогой и хорошо держит форму, но при это очень вредный для природы и людей.

Целлулоид —это один из первых видов пластмассы, который сделан из натуральных веществ.

Список источников информации

  1. Елдышев Ю.Н. Мир против пластиковых пакетов / Ю.Н. Елдышев. Экология и жизнь – №7.

  2. Федорцова, И. Е. Влияние пластика на человека и окружающую среду / И. Е. Федорцова, С. Д. Семенюк. — Текст: непосредственный // Юный ученый. — 2023. — № 3 (66). — С. 299-301. — URL: https://moluch.ru/young/archive/66/3537/

  3. Ацетилцеллюлоза (ацетат целлюлозы, АЦ). proplast.ru.

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

  5. Дружинина, М. А. Создание биопластика на основе производственных отходов moluch.ru

  6. Часть вторая. Все о биоразлагаемых пластиках. Мировой рынок биополимеров — 2019. Ect-center.com.

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

  8. Водорослевый пластик https://mycol-algol.ru/

Приложения

Приложение 1 Создание биопластика из крахмала

Фото 1 Смешивание компонентов для биопластика из крахмала

Фото 2 Формирование биопластика из крахмала

Фото 3 Изучение свойств биопластика из крахмала

Приложение 2 Создание биопластика из желатина

Фото 4 Приготовление биопластика из желатина

Фото 5 Формирование биопластика из желатина

Фото 6 Изучение свойств биопластика из желатина

Фото 7 Изучение свойств биопластика из желатина

Приложение 3 Создание биопластика из молока

Фото 8 Приготовление биопластика из молока

Фото 9 Приготовление биопластика из молока

Фото 10 Формирование биопластика из молока

Фото 11 Изучение свойств биопластика из молока

Приложение 4 Создание биопластика из агар-агара

Фото 12 Приготовление биопластика из агар-агара

Фото 13 Формирование биопластика из агар-агара

Фото 14 Изучение свойств биопластика из агар-агара

Приложение 5 Создание цветного биопластика

Фото 15 Формирование биопластика из желатина с красителем

Фото 16 Формирование биопластика из крахмала с красителем

Фото 17 Результат получения цветного биопластика

Приложение 6 Создание биопластика из сахара

Фото 18 Приготовление биопластика из сахара

Фото 19 Формирование биопластика из сахара

Фото 20 Изучение свойств биопластика из сахара

Приложение 7 Создание биопластика из фруктов

Фото 21 Приготовление биопластика из фруктов

Фото 22 Формирование биопластика из фруктов

Фото 23 Изучение свойств биопластика из фруктов

Приложение 8 Создание биопластика из спирулины

Фото 24 Приготовление биопластика из спирулины

Фото 25 Формирование биопластика из спирулины

Фото 26 Изучение свойств биопластика из спирулины

Приложение 6 Результаты экспериментов

 

Крахмал

Агар-агар

Желатин

Молоко

Сахар

Фрукты

Спирулина

Гибкость

Нет

Да

Нет

Нет

Нет

Да

Нет

Прозрачность

Да

Нет

Да

Нет

Да

Нет

Нет

Прочность

Нет

Нет

Да

Да

Нет

Нет

Нет

Безопасность

Да

Да

Да

Нет

Да

Да

Да

Доступность

Да

Да

Да

Да

Да

Да

Нет

Простота

Да

Да

Да

Нет

Да

Да

Да

Время высыхания, ч

30

30

48

48

24

48

12

Табл. 1 Результаты экспериментов по созданию биопластика

Просмотров работы: 209