aleŠ peternelj bioplastika - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · graf 8:...

55
UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - EKSPERIMENTALNO DELO V ŠOLSKEM LABORATORIJU DIPLOMSKO DELO LJUBLJANA, 2014

Upload: lyduong

Post on 05-Feb-2018

249 views

Category:

Documents


3 download

TRANSCRIPT

Page 1: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

UNIVERZA V LJUBLJANI

PEDAGOŠKA FAKULTETA

ALEŠ PETERNELJ

BIOPLASTIKA - EKSPERIMENTALNO DELO V

ŠOLSKEM LABORATORIJU

DIPLOMSKO DELO

LJUBLJANA, 2014

Page 2: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

UNIVERZA V LJUBLJANI

PEDAGOŠKA FAKULTETA

DVOPREDMETNI UČITELJ BIOLOGIJA - KEMIJA

ALEŠ PETERNELJ

Mentorica: dr. Vesna Ferk Savec, izr. prof.

BIOPLASTIKA - EKSPERIMENTALNO DELO V

ŠOLSKEM LABORATORIJU

DIPLOMSKO DELO

LJUBLJANA, 2014

Page 3: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

II

ZAHVALA

Najprej bi se rad zahvalil svoji mentorici izr. prof. dr. Vesni Ferk Savec za nesebično pomoč

in koristne napotke pri izdelavi diplomskega dela.

Raziskava diplomske naloge je bila opravljena na Oddelku za kemijo in kemijsko

izobraževanje na Naravoslovnotehniški fakulteti. Zahvaljujem se vsem zaposlenim, ki so

kakorkoli pripomogli k nastanku te diplomske naloge. Posebej pa bi se zahvalil laborantki ga.

Suzani Košenina za pomoč pri pripravi kemikalij in drugih pripomočkov za eksperimentalno

delo v laboratoriju.

Zahvaljujem se svoji družini za spodbujanje in vso pomoč pri študiju.

Hvala vsem, ki ste mi na kakršen koli način pomagali pri izdelavi diplomske naloge.

Page 4: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

III

IZVLEČEK

Diplomska naloga je zasnovana v dveh delih. V prvem delu, ki je teoretičen, sem ob študiju

literature preučil, kakšna je razširjenost in letna proizvodnja bioplastike, kakšna je njena

uporabna vrednost in okoljska sprejemljivost, ter preučil različne možnosti za sintezo

bioplastike. V eksperimentalnem delu naloge sem sintetiziral bioplastike iz različnih snovi, ter

preučil nekatere kemijske in fizikalne lastnosti sintetizirane bioplastike. Na osnovi zbranih

rezultatov predlagam, katera snov in postopek sta najprimernejša za sintezo bioplastike v

šolskem laboratoriju, ter katere fizikalne in kemijske lastnosti bioplastike je možno ugotavljati

v šolskem laboratoriju.

Bistveni zaključki naloge so:

Bioplastika bo v prihodnosti najverjetneje postala zelo iskan material na trgu in je

okoljsko bolje sprejemljiva kot navadna plastika.

Bioplastiko je mogoče učinkovito sintetizirati na več načinov.

V šolskem laboratoriju je možno sintetizirati bioplastiko iz različnih snovi, najlažje

bioplastiko iz mleka.

V šolskem laboratoriju je možno preveriti nekatere fizikalne in kemijske lastnosti

bioplastike.

Ključne besede: Bioplastika, sinteza, razširjenost, topnost, trdnost

Page 5: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

IV

ABSTRACT

The dissertation is designed in two parts. In the first part, which is theoretical, I studied

extent and annual production of bioplastic, its practical value and environmental acceptability

of it. I also studied various possibilities for the synthesis of bioplastics In the experimental

part of my dissertation, I synthesized bioplastic from a different materials and I studied

physical and chemical properties of it. Based on the collected results I suggest which

substance and procedure is best suited for the synthesis of bioplastics and which physical and

chemical properties is possible to find out in the school laboratory.

The essential conclusions of the dissertation are:

Bioplastics will probably become very desirable material on the market in the

future and environmentally more acceptable than plain plastic.

Bioplastics can be effectively synthesized on several ways.

In the school laboratory is possible to synthesize bioplastics from various

materials, the easiest to get is bioplastic from milk.

In the school laboratory is possible to check some physical and chemical properties

of bioplastic.

Key words: Bioplastics, synthesize, extent, solubility, stability

Page 6: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

V

Kazalo vsebine ZAHVALA…………………………………………………………………………………….II

IZVLEČEK.......................................................................................................................... III

ABSTRACT ........................................................................................................................ IV

UVOD ................................................................................................................................... 1

BIOPLASTIKA ..................................................................................................................... 3

Sinteza bioplastike .............................................................................................................. 3

Biorazgradnja in drugi načini razgradnje bioplastike ........................................................... 6

PRIMERJAVA PROIZVODNJE PLASTIKE IN BIOPLASTIKE ......................................... 7

Proizvodnja plastike in uporaba .......................................................................................... 7

Proizvodnja bioplastike in uporaba ..................................................................................... 8

ODPADNA PLASTIKA IN BIOPLASTIKA KOT NADOMESTEK .................................. 10

Odpadna plastika .............................................................................................................. 10

Bioplastika kot nadomestek navadne plastike ................................................................... 11

METODE DELA ................................................................................................................. 13

I. Sinteza bioplastike..................................................................................................... 13

II. Preverjanje topnosti sintetizirane bioplastike ............................................................. 15

III. Preverjanje trdnosti sintetizirane bioplastike .......................................................... 16

REZULTATI EKSPERIMENTALNEGA DELA Z RAZPRAVO ........................................ 19

I. Sinteza bioplastike..................................................................................................... 19

II. Preverjanje topnosti sintetizirane bioplastike ............................................................. 20

III. Preverjanje trdnosti sintetizirane bioplastike .......................................................... 25

IV. Skupna analiza dela in rezultatov ........................................................................... 26

SKLEP................................................................................................................................. 27

VIRI .................................................................................................................................... 28

PRILOGE

Page 7: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

VI

Kazalo slik Slika 1: Les (»Konstrukcijski les«, 2014) Slika 2: Usnje (»Umetno usnje«, 2011) ........ 1

Slika 3: Obseg največjega odpada plastike (Wikipedia, 2014). ............................................... 2

Slika 4: Celuloza (»Polisaharidi«, b.d.) .................................................................................. 4

Slika 5: Škrob (»Polisaharidi«, b.d.) ....................................................................................... 4

Slika 6: Alfa kazein (»Alpha – casein (90 – 95)«, 2010) ......................................................... 4

Slika 7: Polilaktid (»Laktid«, 2014)........................................................................................ 5

Slika 8: Polihidroksiati (PHA) (»Polyhydroxyalkanoates«, 2013)........................................... 5

Slika 9: Bioplastični polimer (»PLA from lactc acid & lactide«, 2012)................................... 5

Slika 10: Cikel biorazgradljive plastike (Bogojević, 2009) ..................................................... 6

Slika 11: Znak ki ponazarja, da bioplastiko lahko kompostiramo (Pavlin, 2012) ..................... 7

Slika 12: Odpadna plastika (TSmedia, 2014) ........................................................................ 11

Slika 13: Posušena bioplastika iz krompirjevega škroba ....................................................... 13

Slika 14: Posušena bioplastika iz koruznega škroba.............................................................. 14

Slika 15: Sveže sintetizirana bioplastika iz mleka ................................................................. 15

Slika 16: Okvir za vlivanje bioplastike ................................................................................. 16

Slika 17: Bioplastika v modelih ............................................................................................ 17

Slika 18: Aparatura za preverjanje trdnosti ........................................................................... 18

Kazalo grafov Graf 1: Svetovna proizvodnja plastike od leta 1950 do 2012 (»Plastics – the facts«, 2013) ..... 8

Graf 2: Svetovna proizvodnja bioplastike (»European – bioplastics«, 2011) ........................... 9

Graf 3: Proizvodnja bioplastike iz različnih surovin (»European – bioplastics«, 2011) ........... 9

Graf 4: Sinteza bioplastike ................................................................................................... 19

Graf 5: Povprečje mas preostalega trdnega produkta glede na čas raztapljanja bioplastike iz

krompirjevega škroba .................................................................................................... 20

Graf 6: Povprečne mase preostalega trdnega produkta glede na čas raztapljanja bioplastike iz

koruznega škroba .......................................................................................................... 22

Graf 7: Povprečne mase preostalega trdnega produkta glede na čas raztapljanja bioplastike iz

mleka ............................................................................................................................ 24

Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ................................................ 25

Page 8: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

~ 1 ~

UVOD Prvi plastični materiali so bili sintetizirani pred več kot sto leti. Te materiale so sintetizirali iz

celuloze. Celuloza se nahaja v rastlinskem gradivu (bombažu, lesu,…). Priprava prvih

plastičnih mas je potekala tako, da so celulozo segrevali skupaj s kemikalijami (kislinami,

kafro,…) in pri tem dobili novo, trdo, lesketajočo snov, ki ni prhnela ali gnila. To snov

poznamo pod imenom celuloid (Parker, 2004).

Uporaba plastičnih mas je močno vključena v vsakdan današnjega človeka. Omogočila je

številne tehnološke in medicinske izboljšave. Je poceni, lahek, močan, vzdržljiv in nerjaveči

material z visoko toplotno in električno izolativnostjo. Raznolikost polimerov in njihovih

vsestranskih lastnosti omogoča široko paleto izdelkov, kateri omogočajo številen napredek na

različnih področjih. Iz navedenih razlogov letna proizvodnja narašča in presega 300 milijonov

ton (Thompson, in sod., 2009).

Nekatere od teh lastnosti pa so zelo cenjene tudi v gradbeništvu in arhitekturi. Plastične mase

so za potrebe gradbeništva proizvedene tako, da zmešajo vezivo, polnilo, plastifikator za

izboljšanje sposobnosti preoblikovanja in razne druge dodatke za stabiliziranje in

modificiranje (Beslač, 1987).

Slika 1: Les (»Konstrukcijski les«, 2014) Slika 2: Usnje (»Umetno usnje«, 2011)

V današnjem času približno 80% vseh polimernih materialov proizvede petrokemijska

industrija. Ti materiali so tako proizvedeni iz fosilnih (neobnovljivih) virov. Ker je plastika

zelo uporaben material in jo na svetu uporablja vedno več ljudi, se s tem veča tudi breme na

okolje. Vedno večje je tako breme odpadkov, ki nastanejo potem, ko plastičnih izdelkov

ljudje ne potrebujemo več in jih zavržemo. Takšni odpadki pa že sedaj predstavljajo velik

problem, saj s kratko življenjsko dobo (enkratna uporaba) hitro narašča tudi količina

odpadkov (Šprajcar, in sod.,2012) Zaradi procesa proizvodnje in načina odstranjevanja je z

Page 9: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

~ 2 ~

vidika okolja zelo pomembno, da poskušamo kar največ njenih vrst ohranjati, reciklirati, ter

znova uporabljati (Parker, 2004).

Plastika namreč razpada zelo počasi (tudi do tisoč let) s procesi fotodegradacije, oksidacije in

mehanične abrazije. Plastični delci tako v procesu razpadanja razpadejo na mikrodelce, po

nekaterih podatkih tudi do nanodelcev. V preteklih 30 letih smo v okolje vnesli ogromne

količine plastike (Andrady, 2003). Tihi ocean na svetu predstavlja največje smetišče oz.

zbirališče plastike. Poimenovali so ga Pacific Trash Vortex in je po površini večje kot ZDA.

Smeti sredi oceana zbirajo vetrovi in tokovi. Združeni narodi so leta 2006 ugotovili, da na

vsaki kvadratni milji smetišča plava približno 46.000 delov plastike. Če bi hoteli vso to

plastiko pobrati in sežgati, bi po mnenju nekaterih strokovnjakov gorenje plastičnih odpadkov

preveč obremenilo ozračje (B.T., 2010).

Slika 3: Obseg največjega odpada plastike (Wikipedia, 2014).

Page 10: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

~ 3 ~

BIOPLASTIKA Bioplastiko lahko definiramo kot plastiko, ki jo dobimo neposredno iz naravnih polimerov

(biopolimerov). Pridobljena mora biti iz obnovljivih virov. Za vhodni surovini se najpogosteje

uporabljata škrob ali celuloza. Bioplastika ima zelo podobne lastnosti kot navadni sintetični

polimeri, vendar pa je glavna razlika v tem, da je končni produkt razgradljiv in se po

določenem času v naravi popolnoma razgradi, brez da bi ta razgradnja kakorkoli škodila

okolju (Stojanović, 2009).

Glede na vir bioplastiko delimo na (»Bioplastika«. b.d.):

Ø bioplastiko iz obnovljivih virov,

Ø bioplastika iz fosilnih virov (lahko se doseže vsaj delna biorazgradnja),

Ø bioplastika iz mešanice fosilnih in obnovljivih virov.

Sinteza bioplastike

Pri sintezi bioplastike je prav tako kot pri sintezi plastike najpomembnejši proces

polimerizacija. Polimerizacija imenujemo proces pri katerem se monomeri združijo v dolge

verige, ki jih imenujemo polimeri. Primer nastanka polimera si lahko ogledamo s pomočjo

celuloze. Ena enota glukoze C6H12O6 se poveže z drugo enoto glukoze tako, da se od nje

odcepi molekula vode – proces odcepa vode se imenuje kondenzacija. S tem nastane

monomerna enota C6H10O5. Reakcija lahko poteče tudi v nasprotno smer, pri tem se celuloza

spaja z vodo in razpade – ta reakcija pa se imenuje hidroliza (»Bioplastika«, b.d.).

S postopkom polimerizacije tako nastajajo polimeri. Polimere, iz katerih je sestavljena

bioplastika, lahko v osnovi razdelimo v 3 področja:

• polimeri, ki so neposredno ekstrahirani iz biomase: polisaharidi (škrob, celuloza),

proteini (kasein),

Page 11: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

~ 4 ~

Slika 4: Celuloza (»Polisaharidi«, b.d.)

Slika 5: Škrob (»Polisaharidi«, b.d.)

Slika 6: Alfa kazein (»Alpha – casein (90 – 95)«, 2010)

Page 12: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

~ 5 ~

• polimeri, narejeni po klasičnih kemijskih sintezah z uporabo monomerov iz

obnovljivih virov (polilaktid, biopoliester),

Slika 7: Polilaktid (»Laktid«, 2014)

• polimeri, pridobljeni s pomočjo mikroorganizmov ali genetsko spremenjenih

bakterij (polihidroksialkanoati (PHA)) (Šprajcar, Horvat, Kržan, 2010).

Slika 8: Polihidroksiati (PHA) (»Polyhydroxyalkanoates«, 2013)

Polimeri, ki nastanejo s procesom polimerizacije, pa se potem povežejo skupaj in tako nastane

bioplastika (Šprajcar, Horvat, Kržan, 2010).

Slika 9: Bioplastični polimer (»PLA from lactc acid & lactide«, 2012)

Page 13: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

~ 6 ~

Biorazgradnja in drugi načini razgradnje bioplastike

Bioplastika je torej sintetizirana iz obnovljivih virov in je biološko razgradljiva. Vendar pa

kljub temu vse bioplastike ne moramo kompostirati. K bioplastiki tako prištevamo tudi

plastiko, ki ni biorazgradljiva, a je sintetizirana iz obnovljivega vira. Najboljša pa je seveda

tista bioplastika, ki je biorazgradljiva in hkrati sintetizirana iz obnovljivih virov

(»Bioplastika«, b.d.).

Biološka razgradnja oz. biorazgradnja imenujemo proces, pri katerem polimerni material

razpade pod vplivom živih dejavnikov (gobe, bakterije,…). Sam proces biorazgradnje je

osnovan na tem, da organizmi material prepoznajo kot vir hrane in energije in poteka tako, da

polimer pod vplivom encimov razpade na svoje monomere, ki organizmom nato predstavljajo

hrano (»Bioplastika«, b.d.). V aerobnih pogojih se biorazgradljivi produkti razgradijo v

ogljikov dioksid, vodo in biomaso. V anaerobnih pogojih pa pri razpadu biorazgradljivih

produktov nastane ogljikov dioksid, metan, voda in biomasa. Tako se polimerni material

pretvori v elemente, ki so že tako ali tako v naravi (»Sciencelearn«, 2013).

Slika 10: Cikel biorazgradljive plastike (Bogojević, 2009)

Kljub vsemu pa vse bioplastike ne moremo kompostirati. Proces kompostiranja je namreč le

eden od možnih procesov biorazgradnje bioplastike. Tudi v tem procesu bioplastika razpade v

manjše snovi. Pri razpadu prav tako kot pri biorazgradnji sodelujejo biološki organizmi,

vendar pa ti organizmi delujejo le pri specifičnih pogojih. Večina bioloških organizmov tako

za delovanje potrebuje specifičen čas, kontrolirano vlago, toploto, predvsem pa je pomembno

Page 14: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

~ 7 ~

okolje, v katerem ti organizmi lahko preživijo (okolje ne sme biti toksično). V kolikor eden

od teh pogojev ni izpolnjen, proces kompostiranja ne more potekati. Prav tako je pomembno,

da lahko okolje vsrka soli in omogoča rast rastlin (Sciencelearn, 2013). Bioplastika, ki jo

lahko kompostiramo, je označena s posebnim znakom.

Slika 11: Znak ki ponazarja, da bioplastiko lahko kompostiramo (Pavlin, 2012)

Opozoriti pa je potrebno, da vsa bioplastika iz obnovljivih virov ni nujno tudi biorazgradljiva.

Primer nerazgradljive bioplastike je polietilen. Omenjeni bioplastični polimer pridobivajo s

postopki fermentacije, destilacije, dehidracije in polimerizacije iz sladkornega trsa. V tem

primeru sladkorni trs predstavlja obnovljiv vir, vendar pa bioplastika, ki iz njega nastane, ni

biorazgradljiva (Šprajcar, Horvat, Kržan, 2010).

PRIMERJAVA PROIZVODNJE PLASTIKE IN BIOPLASTIKE

Proizvodnja plastike in uporaba

Svetovna proizvodnja plastike raste že od leta 1950 in tako je v letu 2012 Evropska plastična

industrija zaposlovala že 1,4 milijona ljudi. Največjo rast je plastična industrija zabeležila v

letih od 1990 do 2008. V letu 2008 se je rast sicer ustavila in celo nekoliko padla, a se je že v

naslednjem ponovno povečala. V letu 2012 je svetovna proizvodnja plastike dosegla 288

milijonov ton. Od tega je bilo v evropski uniji proizvedeno »le« 57 milijonov ton plastike

(»Plastics – the facts«, 2013).

Page 15: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

~ 8 ~

Graf 1: Svetovna proizvodnja plastike od leta 1950 do 2012 (»Plastics – the facts«, 2013)

Glede na količino proizvedene plastike je na prvem mestu Kitajska, ki letno proizvede kar

23,9% plastike. Na drugo mesto je uvrščena Evropa, ki proizvede 20,4% plastike. 19,9%

proizvodnje doda še Severna Amerika. Nad 15% proizvedene plastike se je uvrstila še ostala

Azija. V vseh ostalih državah, pa proizvodnja plastike predstavlja proizvodnjo manjšo od

10% (»Plastics – the facts«, 2013).

V Evropi se letno porabi več kot 45,9 milijonov ton plastike. Največ, kar 39,4% plastike, se je

uporabi za embalažo in pakiranje. Na lestvici nato kot samostojni panogi sledita gradbeništvo

in avtomobilska industrija, kjer se uporabi 20,3% oz. 8,2% proizvedene plastike. V električni

in elektronski panogi se porabi 5,5% plastike, v kmetijski panogi pa še okrog 4,2%. Vse

ostalo predstavljajo drugi sektorji in ti tako letno porabijo okrog 22,4% plastike (»Plastics –

the facts«, 2013).

Proizvodnja bioplastike in uporaba

Proizvodnja bioplastike je v zadnjih letih močno narasla. V letu 2010 se je proizvodnja

bioplastike vrtela okoli številke 700 000 ton. Že v letu 2011 se je rast proizvodnje bioplastike

povzpela in dosegla 900 000 ton. Za leto 2012 je bilo predvideno, da bo proizvodnja že

presegla 1 milijon ton bioplastike. Strokovnjaki predvidevajo, da bo trg bioplastike do leta

2015 narastel na 1,7 milijona ton bioplastike (»European – bioplastics«, 2011).

Page 16: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

~ 9 ~

Graf 2: Svetovna proizvodnja bioplastike (»European – bioplastics«, 2011)

Glede na količino proizvedene bioplastike, je bila leta 2010 najvišje uvrščena Južna Amerika,

saj je proizvodnja biopastike v tej regiji predstavljala kar 27,6% vse svetovno proizvedene

bioplastike. Na drugo mesto sta se z enakim rezultatom, 26,7% , uvrstili Evropa in Severna

Amerika. V Aziji so v letu 2010 proizvedli 18,5% bioplastike, medtem ko so jo v Avstraliji

proizvedli le 0,5% (European – bioplastics, 2011).

Svetovni trg tako zahteva proizvodnjo bioplastike, ki je pridobljena na osnovi različnih snovi.

Spodnji graf prikazuje proizvodnjo različnih vrst bioplastike v letu 2010.

Graf 3: Proizvodnja bioplastike iz različnih surovin (»European – bioplastics«, 2011)

Page 17: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

~ 10 ~

Kakor je bilo omenjeno že v zgornjih odstavkih, se bo svetovni trg bioplastike v prihodnjih

letih povečeval, vendar pa se zastopanost posameznih vrst bioplastike na trgu ne bo bistveno

spremenila.

V študiji, ki jo je izvedel inštitut Nova, naj bi se do leta 2020 proizvodnja bioplastike najmanj

potrojila in bi se tako proizvedlo 12 milijonov ton bioplastike. Vendar pa to v tej raziskavi ni

edini zanimiv podatek. V zgornjem odstavku lahko vidimo, da so v letu 2010 največ

bioplastike proizvedle Severna in Južna Amerika, ter Evropa, Azija pa je bila kar nekoliko

potisnjena na stranski tir. V tej raziskavi pa predvidevajo, da bo v letu 2020 največjo

proizvodnjo bioplastike predstavljala Azija in to kar 55%, sledila pa ji bo Južna Amerika z

18% proizvodnje. Severna Amerika in Evropa bosta v letu 2020 tako predstavljali le še 14%

oz. 13% vse svetovne proizvodnje bioplastike (»European biotechnology news«, 2013).

V današnjem času proizvodnja bioplastika predstavlja med 1,5% in 2% svetovnega tržišča

plastike. Proizvodnja bioplastike naj bi po napovedih tako do leta 2020 postopoma dosegla

3% vse svetovno proizvedene plastike. Iz tega lahko sklepamo, da se bo proizvodnja in

prodaja bioplastike še povečevala, prav tako pa se bo povečevala tudi proizvodnja navadne

plastike, ki je za okolje veliko bolj nevarna.

Trg plastike je v Evropi in tudi v Sloveniji dokaj velik. O trgu bioplastike v Evropi že lahko

govorimo. V Sloveniji je na področju proizvodnje in trga bioplastike narejeno zelo malo in

tako o trgu bioplastike praktično ne moremo govoriti, saj je proizvodnja zelo majhna.

ODPADNA PLASTIKA IN BIOPLASTIKA KOT NADOMESTEK

Odpadna plastika

Po zadnjih ocenah je leta 2008 v Evropski uniji nastalo približno 25 milijonov ton plastičnih

odpadkov. 12,1 milijona ton teh odpadkov je končalo na odlagališčih. 12,8 milijona ton

plastičnih odpadkov je bilo predelanih in le 5,3 milijona ton odpadkov je bilo recikliranih.

Tudi v prihodnosti se pričakuje, da bosta prevladovali predvsem odlaganje odpadkov na

odlagališčih in sežiganje z energetsko predelavo. Od leta 2008 do 2015 bo količina plastičnih

odpadkov narasla še za dodatnih 5,7 milijona ton. Razlog pa se skriva predvsem v 24%

povečanju proizvodnje v sektorju embalaže. Glavni problem se torej kaže v tem, da se bo

Page 18: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

~ 11 ~

količina plastičnih odpadkov v Evropski uniji še povečevala, če se zasnova in ukrepi za

ravnanje z odpadki ne izboljšajo (»Zelena knjiga«, 2013).

Slika 12: Odpadna plastika (TSmedia, 2014)

Navadna plastika vsebuje različne kemične aditive. Ti aditivi z odlaganjem plastike v naravo

prehajajo v zemljo in so lahko posledično nevarne tako za organizme v naravi, kot tudi za

človeka. Navadna plastika se razgrajuje počasi in tako v okolju ostaja dolgo časa. Plastika

tako že sama po sebi predstavlja velik okoljski problem, vendar pa ima še eno zelo slabo

lastnost. Obstojna organska onesnaževala (pesticidi, poliklorirani bifenil,…) se velikokrat iz

vode vežejo na plastične delce. Te plastične delce, ki so še dodatno onesnaženi, pa nato

zaužijejo živali in nevarni delci preidejo v organizem živali. Zaužita onesnaževala pa so težko

razgradljiva in tako za razgradnjo potrebujejo veliko časa. Ta onesnaževala se v telesu živali

lahko kopičijo in imajo na zdravje zelo slabe učinke (rakotvorne, mutagene,…) (»Zelena

knjiga«, 2013).

Bioplastika kot nadomestek navadne plastike

Raziskava, ki so jo opravili v okviru Kassel Model Projekt (»Planties, b.d.) je pokazala, da se

ljudje zavedajo težav, ki jih povzročajo velike količine odpadne plastike. Čeprav so se v

raziskavi omejili le na povpraševanje glede embalaže iz bioplastike, pa so rezultati raziskave

kljub temu presenetljivi:

• približno 90 % potrošnikov se namreč strinja, da so embalaže izdelkov iz

bioplastike dobra ali celo zelo dobra ideja,

• 80 % kupcev je embalažo iz bioplastike ocenilo kot kakovostno dobro ali zelo

dobro.

Page 19: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

~ 12 ~

• 75 % potrošnikov pa bi za okolju sprejemljivejšo embalažo plačalo celo nekoliko

višjo ceno (Planties, b.d.).

V Sloveniji se letno za različne namene porabi od 300 do 600 milijonov plastičnih vrečk. V

kolikor to nekoliko preračunamo, znese 150 do 300 plastičnih vrečk na osebo. Za izdelavo teh

vrečk se po nekaterih podatkih porabi 8 milijonov litrov fosilnih goriv. V povprečju pa imamo

te vrečke v uporabi le dobrih 20 minut, nato pa predstavljajo le še odpadek, ki dodatno

obremeni okolje (»Zdravje«, b.d.).

V Sloveniji in tudi drugje po svetu se je tako zaradi problema onesnaževanja počasi že začelo

uporabljati biorazgradljive vrečke. Proizvajalci navajajo, da se odvržene vrečke pod vplivom

svetlobe in toplote v naravi razgradijo na človeku neškodljive sestavine in tako ne

onesnažujejo okolja, ter ne ogrožajo zdravja ljudi in živali (»Bio – vrečke«, 2009).

Tudi v Sloveniji se pojavljajo podjetja, ki v ospredje svoje proizvodnje potiskajo izdelke iz

bioplastike. Eno od takih podjetij je MAAR d.o.o., ki se ukvarja s proizvodnjo mrež za

pakiranje, vrečk za odpadke in nakupovalnih vrečk. Vsi ti izdelki so izdelani iz biološko

razgradljive in neoporečne bioplastike. Zaradi izpolnjevanja vseh kriterijev je organizacija

European Bioplastics podjetju podelila certifikat in mednarodno veljavno oznako (»Planties«,

b.d.).

V Južni Ameriki tako trenutno najdemo največ podjetij, ki se ukvarjajo s produkcijo

bioplastike, ki je namenjena proizvodnji različnih stvari (»European – bioplastics«, 2011).

Menim, da bo v prihodnosti smiselno večino plastične embalaže ustrezno nadomestiti z

embalažo iz bioplastike in tako zmanjšati količino v okolje vnesene nerazgradljive plastike.

Page 20: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

~ 13 ~

METODE DELA V kemijskem laboratoriju sem sintetiziral bioplastiko iz treh različnih virov (krompirjev

škrob, koruzni škrob in mleko). V nadaljevanju pa sem pri sintetizirani bioplastiki iz različnih

virov preučeval nekatere lastnosti.

I. Sinteza bioplastike

Osnovni protokoli, ki sem jih uporabil pri sintezi posameznih bioplastik v šolskem

laboratoriju, so bili naslednji:

a) Bioplastiko iz krompirjevega škroba sem sintetiziral po sledečem postopku (povzeto po

Ferk, Wissiak, Mesec, 2011):

1. V čašo odmerimo 15 g (1 jedilno žlico) krompirjevega škroba, 60 mL vode (4 jedilne

žlice vode), 5 mL glicerola (1 čajno žličko) in 5 mL kisa (1 čajno žličko). Vse dobro

premešamo.

2. Čašo postavimo na grelno ploščo in nadaljujemo z mešanjem.

3. Zmes odstranimo z grelne plošče, ko snov postane lepljiva in skoraj prozorna.

4. Zmes razmažemo po pripravljeni podlagi (plast naj bo debela med 5 mm in 10 mm).

5. Sušimo v pečici na 80°C približno dve uri (dokler bioplastika ne postane prozorna).

Slika 13: Posušena bioplastika iz krompirjevega škroba

Page 21: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

~ 14 ~

b) Bioplastiko iz koruznega škroba sem sintetiziral po sledečem postopku (Povzeto po

Šprajcar, M., Horvat, P., Kržan, A., 2010):

1. V čašo odmerimo 15 g koruznega škroba (1 jedilno žlico), 60 mL vode (4 jedilne

žlice), 5 mL glicerola (1 čajno žličko) in 5 mL kisa (1 čajno žličko). Vse dobro

premešamo.

2. Čašo postavimo na grelno ploščo in nadaljujemo z mešanjem.

3. Nadaljujemo z mešanjem, medtem ko se zmes zgošča. Ko snov postane lepljiva in

skoraj prozorna, izključimo gorilnik in jo razmažemo po pripravljeni podlagi (plast naj

bo debela med 5 mm in 10 mm).

4. Sušimo v pečici na 80°C približno dve uri (dokler bioplastika ne postane prozorna).

Slika 14: Posušena bioplastika iz koruznega škroba

c) Bioplastiko iz mleka sem sintetiziral po sledečem postopku (Prirejeno po WikiHow,

2014):

1. V čašo odmerimo 2 dL (1 kozarec) mleka.

2. Čašo postavimo nad gorilnik in segrevamo. Med segrevanjem mleko mešamo.

3. Nadaljujemo segrevanje, dokler se na površini ne pojavi »pena«. Nato izklopimo

gorilnik.

4. Odmerimo eno žlico kisa in jo vlijemo v segreto mleko.

5. Vidimo, da mleko začne tvoriti grudice. Mešanico mleka in kisa nato mešamo še

približno minuto.

6. Pripravimo si cedilo in 250 mL čašo.

7. Cedilo postavimo nad čašo in prelijemo mešanico mleka in kisa skozi cedilo.

Page 22: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

~ 15 ~

8. V cedilu bodo ostale nekakšne grudice.

9. Nato nežno stresamo cedilo, tako da te grudice skupaj tvorijo eno »maso«.

10. To maso prestavimo na vnaprej pripravljeno podlago (debelina mase naj bo med 5 mm

in 10 mm).

11. Dobljeno maso sušimo približno 2 uri pri 80°C.

Slika 15: Sveže sintetizirana bioplastika iz mleka

II. Preverjanje topnosti sintetizirane bioplastike

Topnost sintetiziranih bioplastik sem preverjal v izbranih topilih (etanol, aceton, heksan,

voda).

Postopek dela pri preverjanju topnosti:

• V posamezne čaše odmerimo 40 ml posameznega topila (etanol, aceton, heksan,

voda).

• Sintetizirano bioplastiko nalomimo na približno enako velike koščke.

• Te koščke nato stehtamo in zapišemo mase v dnevnik.

• Enako maso (cca. 0,50g) posamezne vrste bioplastike nato istočasno stresemo v

posamezna topila.

• Po 3 minutah koščke vzamemo iz topil in jih posušimo na zraku (cca. 5 minut). Nato

koščkom ponovno izmerimo maso in to zapišemo v dnevnik. Koščke bioplastike

potem istočasno postavimo nazaj v topila.

Page 23: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

~ 16 ~

• Po 10 minutah koščke zopet vzamemo iz topil in jih posušimo na zraku (cca. 5 minut).

Koščkom bioplastike ponovno izmerimo maso in to zapišemo v dnevnik. Koščke

bioplastike potem istočasno postavimo nazaj v topila.

• Po 30 minutah koščke zopet vzamemo iz topil in jih posušimo na zraku (cca. 5 minut).

Koščkom bioplastike ponovno izmerimo maso in to zapišemo v dnevnik.

• Koščke bioplastike nato zavržemo med biološke odpadke.

III. Preverjanje trdnosti sintetizirane bioplastike

a) Za namen preverjanje trdnosti oblikujemo posebne okvirje velikosti 2 x 7 cm in

debeline 0,9 cm.

Slika 16: Okvir za vlivanje bioplastike

Page 24: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

~ 17 ~

b) Po končani sintezi bioplastike (postopek opisan pod I.) za namen preverjanje trdnosti

bioplastiko zlijemo v opisane okvirje.

Slika 17: Bioplastika v modelih

Z opisanim postopkom zagotovimo, da so nanosi bioplastike povsod enako debeli. To nato

postavimo v sušilec in sušimo 36 ur, saj so bili nanosi bioplastike nekoliko debelejši. S tem

poskušamo zagotoviti, da so vse bioplastike 100% suhe.

c) Postopek za preverjanje trdnosti posamezne bioplastike:

• Sintetizirano bioplastiko vzamemo iz okvirjev in jih odložimo na označena urna

stekla.

• Pripravimo si aparaturo, s katero ugotavljamo trdnost bioplastike.

Page 25: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

~ 18 ~

Slika 18: Aparatura za preverjanje trdnosti

• V aparaturo iz slike 18 vpnemo posamezne kose bioplastike.

• Na koščke bioplastike nato počasi dodajamo majhne uteži.

• Ko košček bioplastike poči, v dnevnik zabeležimo maso uteži, katero je posamezna

bioplastika največ zdržala.

Page 26: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

~ 19 ~

REZULTATI EKSPERIMENTALNEGA DELA Z RAZPRAVO

I. Sinteza bioplastike V spodnjem grafu 4 je prikazana končna množina snovi posameznih sintetiziranih bioplastik.

Graf 4: Sinteza bioplastike

Izhajajoč iz enake količine izhodnih surovin, smo v postopku sinteze bioplastike dobili

največjo maso produktov v primeru bioplastike iz mleka, najmanjšo maso produktov pa v

primeru bioplastike iz krompirjevega škroba. Iz zgornjega grafa je mogoče razbrati, da je bilo

dejansko največ bioplastike sintetizirane iz koruznega škroba. Pri tem je potrebno opozoriti,

da je zaradi različnih postopkov sinteze smiselno primerjati le mase bioplastik iz koruznega in

krompirjevega škroba. Pričakovano je, da so rezultati pri sintezi bioplastike iz krompirjevega

in koruznega škroba primerljivi zato, ker pri obeh sintezah izhajamo iz kemijsko enake

spojine, morebitne razlike pa lahko pripišemo primesem. Sestava samega mleka se od sestave

škroba zelo razlikuje. Mleko je namreč sestavljeno iz različnih snovi in kakor navaja Hurley,

je samo molekulska masa proteina kazeina 66000g/mol (Hurley, L. W., 2010).

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

Bioplastika izkrompirjevega

škroba

Bioplastika izkoruznega škroba

Bioplastika izmleka

Mno

žina

snov

i sin

tetiz

irane

bio

plas

tike

(mol

)

Vrsta bioplastike

Bioplastika iz krompirjevegaškroba

Bioplastika iz koruznega škroba

Bioplastika iz mleka

Page 27: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

~ 20 ~

II. Preverjanje topnosti sintetizirane bioplastike V spodnjem grafu 5 je prikazano povprečje mas preostalega trdnega produkta glede na čas

raztapljanja bioplastike iz krompirjevega škroba v izbranih topilih.

Graf 5: Povprečje mas preostalega trdnega produkta glede na čas raztapljanja

bioplastike iz krompirjevega škroba

0,52

0,56

0,6

0,64

0,68

0,72

0 3 10 30

Mas

a (g

)

Čas (min)

voda

etanol

aceton

heksan

Page 28: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

~ 21 ~

Iz grafa 6, kjer so prikazani rezultati, lahko vidimo, da se masa bioplastike iz krompirjevega

škroba v topilih – etanol, aceton, heksan znižuje, medtem ko se v vodi masa bioplastike

poveča. To pomeni, da se bioplastika v etanolu, acetonu in heksanu raztaplja, v vodi pa pride

do vezave na biopolimer iz škroba. Predvidevam, da je vzrok za to hidrofilnost teh

biopolimerov. To pomeni, da so biopolimeri v močni interakciji z vodo. Tudi kasneje, ko se

biopolimeri povežejo v bioplastiko, le ta ni odporna na vodo in se voda nanje veže. Tako se

masa bioplastike iz krompirjeevga škroba v vodi poveča (Green Plastic, 2011).

Kakor navajajo različni avtorji na spletni strani Chacha, etanol in škrob v svoji strukturi

vsebujeta hidroksilno skupino (-OH) in iz tega je mogoče sklepati, da je to glavni vzrok, da

etanol počasi raztaplja škrob in tako posledično tudi bioplastiko, ki sem jo sintetiziral iz

koruznega in krompirjevega škroba (Mueller, 2012).

Aceton je bioplastiko iz škroba raztapljal. BeMiller in Whistler v svojem delu navajata, da je

aceton tako polarno, kot tudi nepolarno topilo. Avtorja med drugim navajata tudi, da je

raztopina škroba polarna (BeMiller, J.N., Whistler, R.L., 2009). Iz tega je mogoče sklepati, da

je tudi bioplastika, ki nastane, polarna. Pri kemiji na ravni OŠ za razlago uporabljamo

preprosto pravilo, da se podobne snovi topijo v podobnem. Nastala bioplastika in aceton sta

podobni snovi in tako je povsem verjetno, da je to razlog, da se bioplastika topi v acetonu.

Zanimivo je, da se sintetizirana bioplastika v heksanu topi kljub temu, da je heksan nepolarno

topilo, medtem ko je sintetizirana bioplastika polarna.

Page 29: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

~ 22 ~

V spodnjem grafu 6 so prikazane povprečne mase preostalega trdnega produkta glede na čas

raztapljanja bioplastike iz koruznega škroba.

Graf 6: Povprečne mase preostalega trdnega produkta glede na čas raztapljanja

bioplastike iz koruznega škroba

0,5

0,54

0,58

0,62

0,66

0,7

0,74

0 3 10 30

Mas

a (g

)

Čas (min)

voda

etanol

aceton

heksan

Page 30: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

~ 23 ~

Iz grafa 7, kjer so prikazani rezultati lahko vidimo, da se masa bioplastike iz krompirjevega

škroba v topilih – etanol, aceton, heksan znižuje, medtem ko se v vodi masa bioplastike

poveča. To pomeni, da se bioplastika v etanolu, acetonu in heksanu raztaplja, v vodi pa pride

do vezave na biopolimer iz škroba. Na podlagi tega je mogoče sklepati, da je vzrok za to

hidrofilnost teh biopolimerov. To pomeni, da so biopolimeri v močni interakciji z vodo. Tudi

kasneje, ko se biopolimeri povežejo v bioplastiko, le ta ni odporna na vodo in se voda nanje

veže. Tako se masa bioplastike iz krompirjevega škroba v vodi poveča (Green Plastic, 2011).

Kakor navajajo različni avtorji na spletni strani Chacha, etanol in škrob v svoji strukturi

vsebujeta hidroksilno skupino (-OH) in posledično je iz tega mogoče sklepati, da je to glavni

vzrok, da etanol počasi raztaplja škrob in tako posledično tudi bioplastiko, ki sem jo

sintetiziral iz koruznega in krompirjevega škroba (Mueller, 2012).

Aceton je bioplastiko iz škroba raztapljal. BeMiller in Whistler v svojem delu navajata, da je

aceton tako polarno, kot tudi nepolarno topilo. Avtorja med drugim navajata tudi, da je

raztopina škroba polarna (BeMiller, J.N., Whistler, R.L., 2009). Iz tega je mogoče sklepati, da

je tudi bioplastika, ki nastane, polarna. V kemiji obstaja preprosto pravilo, da se podobne

snovi topijo v podobnem. Nastala bioplastika in aceton sta podobni snovi in tako je povsem

verjetno, da je to razlog, da se bioplastika topi v acetonu.

Zanimivo je, da se sintetizirana bioplastika v heksanu topi kljub temu, da je heksan nepolarno

topilo, medtem ko je sintetizirana bioplastika polarna.

Page 31: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

~ 24 ~

V spodnjem grafu 7 so prikazane povprečne mase preostalega trdnega produkta glede na čas

raztapljanja bioplastike iz mleka.

Graf 7: Povprečne mase preostalega trdnega produkta glede na čas raztapljanja

bioplastike iz mleka

0,4

0,44

0,48

0,52

0,56

0,6

0 3 10 30

Mas

a (g

)

Čas (min)

voda

etanol

aceton

heksan

Page 32: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

~ 25 ~

Iz grafa 7, kjer so prikazani rezultati, lahko vidimo, da se masa bioplastike iz mleka v topilih

– etanol, aceton, heksan znižuje, medtem ko se v vodi masa bioplastike poveča. Biopolimeri,

ki so bili sintetizirani iz mleka, so hidrofilni, kar pomeni, da so v močni interakciji z vodo in

zato posledično, ko se spremenijo v bioplastiko, niso odporni na vodo in jo privzemajo. Masa

bioplastike iz mleka se tako v vodi poveča (Green Plastic, 2011).

Kakor navajajo različni avtorji na spletni strani madSci, je mleko emulzija sestavljena iz treh

delov: vodne (vodotopne) - tekoče faze, nevodne (maščobne) faze in proteinske (kazein) trdne

faze. Posledično je mogoče sklepati, da je nastala sintetizirana bioplastika v različnih topilih

topna predvsem zaradi tega, ker je sestavljena iz različnih snovi in le posamezne snovi so

lahko topne v posameznih topilih (etanol, aceton, heksan) (madSci, b.d.). Na podlagi

podatkov ja mogoče zaključiti, da etanol raztaplja predvsem vodno – tekočo fazo in nekaj

maščobne faze, medtem ko največ maščobne faze raztopita heksan in aceton.

III. Preverjanje trdnosti sintetizirane bioplastike Spodnji graf 8 prikazuje povprečne vrednosti trdnosti sintetiziranih bioplastik.

Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Mas

a ut

eži (

g)

Vrsta bioplastike

Bioplastika iz krompirjevegaškroba

Bioplastika iz koruznega škroba

Bioplastika iz mleka

Page 33: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

~ 26 ~

Iz grafa 8 je mogoče razbrati, da je najvišjo trdnost dosegla bioplastika sintetizirana iz mleka.

Bioplastiki sintetizirani iz krompirjevega škroba pa trdnosti ni bilo mogoče izmeriti, saj je bila

le ta prekrha (oznaka v grafu je 0).

Razlog tega, da je največjo trdnost dosegla bioplastika iz mleka, se nahaja v končni sestavi

bioplastike, ki je bila sintetizirana. Po navedbah neznanega avtorja je mleko namreč

sestavljeno iz različnih snovi (maščobe, proteini, voda,…) (Sestava mleka, b.d.). Na podlagi

tega je mogoče priti do zaključka, da trdnost bioplastike zagotavljajo različne strjene snovi.

Te snovi se v mleku nahajajo v določenem razmerju in tako bioplastiki dajejo trdnost.

IV. Skupna analiza dela in rezultatov Iz rezultatov, ki sem jih pridobil tekom raziskave, je mogoče razbrati, da v vseh časovnih

intervalih največ in najhitreje vodo privzema bioplastika iz koruznega škroba, najmanj pa

bioplastika iz mleka. Te rezultate potrjuje tudi standardni odklon (v prilogi), saj je največji pri

bioplastiki iz koruznega škroba, najmanjši pa prav pri bioplastiki iz mleka.

Ugotovil sem, da se biopolimeri sintetizirani iz koruznega in krompirjevega škroba ter mleka

raztapljajo v etanolu, acetonu in heksanu.

V etanolu, acetonu in heksanu se je tako v tridesetih minutah raztopilo največ bioplastike iz

mleka, medtem ko se je v navedenih topilih v istem časovnem intervalu raztopilo najmanj

bioplastike iz krompirjevega škroba. Nekaj odstopanj se je pojavilo le pri heksanu, ko se je v

tem topilu raztapljala bioplastika iz koruznega škroba, saj se je po tridesetih minutah

omenjene bioplastike raztopilo najmanj.

Potrebno je omeniti tudi, da so se največja odstopanja v standardnem odklonu (v prilogi)

pojavila pri bioplastiki iz mleka, najmanjša pa so se pojavila pri bioplastiki iz krompirjevega

škroba.

Preverjanje trdnosti posamezne bioplastike je ponudilo zanimive rezultate. Ugotovljeno je

bilo, da je največjo trdnost imela bioplastika sintetizirana iz mleka, najmanjšo pa bioplastika

sintetizirana iz krompirjevega škroba. Tukaj je potrebno tudi poudariti, da bioplastiki

sintetizirani iz krompirjevega škroba zaradi krhkosti ni bilo mogoče izmeriti trdnosti.

Presenetljivo pa je to, da sta ostali sintetizirani bioplastiki (iz mleka in koruznega škroba)

dosegli dokaj veliko trdnost (bioplastika iz koruznega škroba je v vseh treh meritvah presegla

500g, bioplastika iz mleka pa je v vseh meritvah presegla 850g).

Page 34: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

~ 27 ~

SKLEP Glede na to, kakšen problem v okolju predstavljajo plastični materiali, bi bilo potrebno na tem

področju narediti korak naprej. Planet Zemlja postaja prenasičen s plastiko, s plastiko za

enkratno uporabo, s kupi odpadne plastike, ki jo ne znamo in ne moremo ekološko razgraditi,

ne da bi naravi in človeku pri tem škodili. Podatki nakazujejo možnost, da bi bila bioplastika

nadomestilo plastike in material prihodnosti. A družba in vse države sveta bi se morale v ta

proces razvoja vključiti. S financiranjem razvoja in raziskovalno nadgradnjo bi bioplastiko

izpopolnili, razširili trg in poiskali možnosti zamenjave marsikaterih starih plastičnih

materialov. Razvoj pa bi šel v pravo smer šele takrat, ko bi družba z ekološkim osveščanjem

vplivala na otroke že v času šolanja. Le tako bi lahko bioplastika v prihodnosti postala

kakovosten nadomestek plastike.

Eksperimentalni del diplomske naloge nakazuje, da bi bilo potrebno bioplastiko aktivno

vključiti v kurikularno okolje osnovne šole. Proces sinteze bioplastike iz različnih materialov

namreč ni zapleten in kot tak bi bil zelo primeren za obravnavo v procesu učenja. To lahko

trdim na osnovi svojih lastnih ugotovitev tekom eksperimentalnega dela, ki je opisan tudi v tej

nalogi. Eksperimenti opisani v tej nalogi so optimizirani in tako v vseh svojih stopnjah

primerni za učence v osnovnih šolah. Za pravilno in ustrezno izvedbo samega eksperimenta je

bil izdelan tudi učni list za učitelja in učenca, za katerega upam, da bo v pomoč čim večjemu

številu učiteljev in učencev, ko bodo izvajali eksperimente s področja sinteze bioplastike (v

prilogi).

Že v prvem odstavku tega zaključnega dela diplomske naloge je zapisano, da bi bilo potrebno

otroke veliko bolj ekološko osveščati in ravno tu, v sintezah bioplastike iz različnih snovi se

nakazuje lepa priložnost, da bi z eksperimentalnim pristopom otroka na osnovi njegovega

lastnega dela pripeljali do dejstva, da je lahko bioplastika kvalitetno nadomestilo za danes vse

preveč uporabljeno plastiko. Ne gre pa zanemariti niti dejstva, da bi otrok s samostojnim

delom, ko bi sintetiziral bioplastiko, pridobil veliko praktičnega in uporabnega znanja,

pridobljeni produkti pa ne bi obremenili našega planeta.

Page 35: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

~ 28 ~

VIRI 1. Alpha – casein (90 – 95). (2010). Alpha – casein (90 – 95). ChemicalBook.

Pridobljeno 1.9.2014 s

http://www.chemicalbook.com/ChemicalProductProperty_EN_CB3189234.htm

2. Andrady, A.L. (2003). Plastic and the environment. New Jersey, John Wiley & Sons,

Inc.

3. BeMiller, J. N., Whistler, R. L. (2009). Starch: Chemistry and Technology.

Pridobljeno 10.7.2014 s

http://books.google.si/books?id=Anbz_whRM2YC&printsec=frontcover&hl=sl&sour

ce=gbs_ge_summary_r&cad=0#v=onepage&q&f=false

4. Beslać, J. (1989). Materiali u arhitekturi i građevinarstvu. Zagreb: Školska knjiga.

5. Biodegradability, compostability and bioplastics. (2013). Biodegradability,

compostability and bioplastics. Pridobljeno 20.8.2014 s

http://www.sciencelearn.org.nz/Innovation/Innovation-

Stories/Biospife/Articles/Biodegradability-compostability-and-bioplastics

6. Bioplastika. (b.d.). Bioplastika. Pridobljeno 15.8.2014 s

http://projekti.gimvic.org/2013/2a/polimeri/plastika.html

7. Bio vrečke. (2009). Bio vrečke – Bio plastične vrečke. Pridobljeno 20.8.2014 s

http://www.bio-vrecke.si/ž

8. Bogojević, D. (2009). Bioplastika ekološki poželjna. BLIC online. Pridobljeno

20.8.2014 s http://www.blic.rs/Vesti/Dodatak/115350/Bioplastika-ekoloski-pozeljna

9. B. T., (2010). V Tihem oceanu plava smetišče, veliko kot ZDA. (25.3.2014). New

York: MMC RTV SLO. Pridobljeno 15.8.2014 s

http://www.rtvslo.si/tureavanture/novice/v-tihem-oceanu-plava-smetisce-veliko-kot-

zda/226442

10. Mueller, P. (2012). Does starch dissolve in isoprophyl alcohol. Pridobljeno 10.7.2014

s http://www.chacha.com/question/does-starch-dissolve-in-isoprophyl-alcohol

11. European bioplastics. (2011). European bioplastics..Pridobljeno 20.8.2014 s

http://www.en.european-bioplastics.org/wp-

content/uploads/2011/press/pressreleases/PR_market_study_bioplastics_ENG.pdf

12. European biotechnology news. (2013). Bioplastics market to triple. Pridobljeno

20.8.2014 s http://www.european-biotechnology-news.com/news/news/2013-

01/bioplastics-production-to-triple.html

Page 36: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

~ 29 ~

13. Ferk Savec, V., Wissiak Grm, K. in Mesec, V. (2011). Kemija za vsak dan – zbirka

poskusov. Ljubljana: Univerza v Ljubljani, Naravoslovnotehniška fakulteta, Oddelek

za kemijsko izobraževanje in informatiko.

14. Green plastic. (2011). Green plastic – Can I make waterproof bioplastics? Pridobljeno

10.7.2014 s http://green-plastics.net/posts/70/qaa-can-i-make-waterproof-bioplastic/

15. Hurley, L. W., (2010). Milk Synthesis Proteins. Illinois: University of Illinois.

Pridobljeno 31.8.2014 s

http://ansci.illinois.edu/static/ansc438/Milkcompsynth/milksynth_proteinbiochem.htm

l

16. Konstrukcijski les. (2014). Konstrukcijski les. Pridobljeno 1.9.2014 s

http://www.vsi.si/zeleni-zajec/konstrukcijski-les

17. Laktid. (2014). Laktid – Polimerizacija. Wikipedia. Pridobljeno 1.9.2014 s

http://sr.wikipedia.org/wiki/Laktid

18. MadSci. (b.d.). Food test. Pridobljeno 10.7.2014 s

http://www.madsci.org/posts/archives/1996-05/827990903.Bc.r.html

19. Parker, S. (2004). Gradiva – plastika. Murska Sobota: Pomurska založba.

20. Pavlin, B. (2012). Bioplastiko bo od navadne označeval certifikat. DELO. Pridobljeno

20.8.2014 s http://www.delo.si/gospodarstvo/okolje/bioplastiko-bo-od-navadne-

oznaceval-certifikat.html

21. Planties. (b.d.). Potencial. Pridobljeno s

http://www.planties.si/vsebina.php?vid=20090108142144842

22. PLA from lactic acid & lactide. (2012). PLA from lactic acid & lactide. Wikipedia.

Pridobljeno 20.8.2014 s

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:PLA_from_lactic_acid_%26_lactide.png

23. Plastics – the facts 2013. (2013). Plastics – the facts 2013. Pridobljeno 20.8.2014 s

http://www.vstp.si/Portals/0/FINAL_Plastics_the_Facts_2013_published_October201

3.pdf

24. Polisaharidi. (b.d.). Polisaharidi. Pridobljeno 1.9.2014 s

http://www2.arnes.si/~sspzkola/ogp.htm

25. Polyhydroxyalkanoates. (2013). Polyhydroxyalkanoates. Wikipedia. Pridobljeno

20.8.2014 s http://en.wikipedia.org/wiki/Polyhydroxyalkanoates

26. Sestava mleka. (b.d.). Sestava mleka. Pridobljeno 10.7.2014 s

http://bio.ijs.si/~brigita/encimska_tehnologija/P07_UE_SIR,%20INDUSTRIJA%20M

ESA,%20PEKA.pdf

Page 37: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

~ 30 ~

27. Spurlock, D. (2014). Isolation and Identification of Casein From Milk Course Notes.

Indiana Univerity Southeast. Pridobljeno 20.8.2014 s

http://homepages.ius.edu/dspurloc/c122/casein.htm

28. Stojanović, B.(2009). Morda se njen čas začenja. EOL; embalaža – olkolje – logistika.

Št. 42, str. 31 – 32. Celje: Fitmedia, d.o.o. Pridobljeno 15.8.2014 s

http://zelenaslovenija.si/images/stories/pdf_dokumenti/Embalaza-okolje-logistika-st-

42.pdf

29. Šprajcar M., Horvat. in Kržan A. (2012). Biopolimeri in bioplastika. Informacijsko –

izobraževalno gradivo za profesorje in laborante kemije na osnovnih in srednjih šolah.

Pridobljeno 17.7.2014 s

http://www.plastice.org/fileadmin/files/PLASTICE_MALI_FAJL_za_WWW.pdf

30. Thompson R.C., Moore C.J., Saal F.S., Swan S.H. (2009). Plastics, the environment

and human health: current consensus and future trends. Pridobljeno 22.8.2014 s

http://rstb.royalsocietypublishing.org/content/364/1526/2153.full

31. TSmedia. (2014). Škodljiva plastika do leta 2020 prepovedana, kaj pa do takrat?

Planet Siol. Pridobljeno 20.8.2014 s

http://www.siol.net/novice/znanost_in_okolje/2014/01/skodljiva_plastika_do_leta_20

20_prepovedana_kaj_pa_do_takrat.aspx

32. Umetno usnje. (2011). Umetno usnje. Arcom d.o.o. Pridobljeno 1.9.2014 s

http://www.arcom.si/?p=19

33. WikiHow. (2014). WikiHow: How to make plastic out of milk? Pridobljeno s

http://www.wikihow.com/Make-%22Plastic%22-out-of-Milk

34. Wikipedia. (2014). Great Pacific garbage patch. Pridobljeno 1.9.2014 s

http://en.wikipedia.org/wiki/Great_Pacific_garbage_patch

35. Zdravje. (b.d.). Biorazgradljive vrečke. Pridobljeno 20.8.2014 s

http://www.zdravje.si/bio-razgradljive-vrecke

36. Zelena knjiga. (2013). Zelena knjiga. Pridobljeno 20.8.2014 s

http://ec.europa.eu/environment/waste/pdf/green_paper/green_paper_sl.pdf

Page 38: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

PRILOGE

Priloga 1: Tabele Tabela 1: Sinteza bioplastike

BIOPLASTIKA

glede na vir

Masa produkta

( 1. sinteza ) [g]

Masa produkta

( 2. sinteza ) [g]

Masa produkta

( 3. sinteza ) [g]

Povprečna masa

[g]

Krompirjev škrob 8,5890 9,2970 9,7442 9,2101

Koruzni škrob 9,9494 10,5229 8,9635 9,8119

Mleko 11,4225 9,3997 12,2798 11,0340

IZRAČUN MNOŽINE SNOVI

Bioplastika iz krompirjevega škroba:

n = m/M = 9,2101g / 162,16 g/mol = 0,0568 mol

Bioplastika iz koruznega škroba:

n = m/M = 9,8119g / 162,16 g/mol = 0,06051 mol

Bioplastika iz mleka:

Tukaj je potrebno opozoriti, da molekulska masa mleka ni znana. Za izračun sem tako vzel

približno molsko maso ene monomerne enote kazeina, ki je v mleku zastopano v 3,3%. Za

molsko maso kazeina, ki najbolj neposredno sodeluje pri nastanku bioplastike, sem

pridobil molsko maso kalcijevega kazeinata. Za izračun sem tako vzel molekulsko maso te

snovi (Spurlock, 2014). Molska masa kalcijevega kazeina je 854.02g/mol.

n = m/M = 11,0340g / 854,02g/mol = 0,01292 mol

Page 39: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

Tabela 2: Mase preostalega trdnega produkta glede na čas raztapljanja bioplastike

1. meritev

Bioplastika

topilo

Bioplastika iz krompirjevega škroba

Čas [min]

0 3 10 30

voda 0,5477g 0,5641g 0,6096g 0,6443g

etanol 0,5477g 0,5429g 0,5235g 0,5102g

aceton 0,5477g 0,5468g 0,5446g 0,5431g

heksan 0,5477g 0,5456g 0,5436g 0,5386g

Tabela 3: Mase preostalega trdnega produkta glede na čas raztapljanja bioplastike

2. meritev

Bioplastika

topilo

Bioplastika iz krompirjevega škroba

Čas [min]

0 3 10 30

voda 0,5477g 0,6199g 0,6529g 0,7003g

etanol 0,5477g 0,5475g 0,5462g 0,5439g

aceton 0,5477g 0,5461g 0,5453g 0,5437g

heksan 0,5477g 0,5453g 0,5472g 0,5397g

Page 40: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

Tabela 4: Mase preostalega trdnega produkta glede na čas raztapljanja bioplastike

3. meritev

Bioplastika

topilo

Bioplastika iz krompirjevega škroba

Čas [min]

0 3 10 30

voda 0,5477g 0,6241g 0,6680g 0,7876g

etanol 0,5477g 0,5448g 0,5437g 0,5355g

aceton 0,5477g 0,5469g 0,5458g 0,5380g

heksan 0,5477g 0,5454g 0,5419g 0,5388g

Tabela 5: Povprečje mas preostalega trdnega produkta glede na čas raztapljanja bioplastike

Bioplastika

topilo

Bioplastika iz krompirjevega škroba

Čas [min]

0 3 10 30

voda 0,5477g 0,6027g 0,6435g 0,7107g

etanol 0,5477g 0,5451g 0,5378g 0,5299g

aceton 0,5477g 0,5466g 0,5452g 0,5416g

heksan 0,5477g 0,5454g 0,5427g 0,5390g

Page 41: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

Tabela 6: Standardni odklon

Bioplastika

standardni

odklon

Bioplastika iz krompirjevega škroba

voda 0 0,0237 0,0214 0,0511

etanol 0 0,0016 0,0088 0,0124

aceton 0 0,0003 0,0004 0,0022

heksan 0 0,0001 0,0020 0,0004

Tabela 7: Mase preostalega trdnega produkta glede na čas raztapljanja bioplastike

1. meritev

Bioplastika

topilo

Bioplastika iz koruznega škroba

Čas [min]

0 3 10 30

voda 0,5477g 0,6548g 0,7487g 0,8531g

etanol 0,5477g 0,5456g 0,5382g 0,5343g

aceton 0,5477g 0,5464g 0,5412g 0,5363g

heksan 0,5477g 0,5473g 0,5467g 0,5457g

Page 42: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

Tabela 8: Mase preostalega trdnega produkta glede na čas raztapljanja bioplastike

2. meritev

Bioplastika

topilo

Bioplastika iz koruznega škroba

Čas [min]

0 3 10 30

voda 0,5477g 0,5948g 0,6617g 0,7024g

etanol 0,5477g 0,5315g 0,5227g 0,5158g

aceton 0,5477g 0,5314g 0,5204g 0,5021g

heksan 0,5477g 0,5472g 0,5393g 0,5378g

Tabela 9: Mase preostalega trdnega produkta glede na čas raztapljanja bioplastike

3. meritev

Bioplastika

topilo

Bioplastika iz koruznega škroba

Čas [min]

0 3 10 30

voda 0,5477g 0,5781g 0,5953g 0,6061g

etanol 0,5477g 0,5425g 0,5358g 0,5259g

aceton 0,5477g 0,5291g 0,5105g 0,4939g

heksan 0,5477g 0,5472g 0,5489g 0,5439g

Page 43: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

Tabela 10: Povprečne mase preostalega trdnega produkta glede na čas raztapljanja bioplastike

Bioplastika

topilo

Bioplastika iz koruznega škroba

Čas [min]

0 3 10 30

voda 0,5477g 0,6092g 0,6686g 0,7205g

etanol 0,5477g 0,5399g 0,5322g 0,5253g

aceton 0,5477g 0,5356g 0,5240g 0,5108g

heksan 0,5477g 0,5472g 0,5449g 0,5425g

Tabela 11: Standardni odklon

Bioplastika

standardni

odklon

Bioplastika iz koruznega škroba

voda 0 0,0285 0,0544 0,0880

etanol 0 0,0770 0,0059 0,0065

aceton 0 0,0066 0,0111 0,0159

heksan 0 0,0001 0,0036 0,0029

Page 44: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

Tabela 12: Mase preostalega trdnega produkta glede na čas raztapljanja bioplastike

1. meritev

Bioplastika

topilo

Bioplastika iz mleka

Čas [min]

0 3 10 30

voda 0,5477g 0,5822g 0,6159g 0,6187g

etanol 0,5477g 0,5635g 0,5499g 0,2891g

aceton 0,5477g 0,5364g 0,5171g 0,2189g

heksan 0,5477g 0,5334g 0,5155g 0,2101g

Tabela 13: Mase preostalega trdnega produkta glede na čas raztapljanja bioplastike

2. meritev

Bioplastika

topilo

Bioplastika iz mleka

Čas [min]

0 3 10 30

voda 0,5477g 0,5667g 0,5817g 0,5948g

etanol 0,5477g 0,5322g 0,5197g 0,4134g

aceton 0,5477g 0,5332g 0,5235g 0,5183g

heksan 0,5477g 0,5354g 0,5229g 0,5015g

Page 45: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

Tabela 14: Mase preostalega trdnega produkta glede na čas raztapljanja bioplastike

3. meritev

Bioplastika

topilo

Bioplastika iz mleka

Čas [min]

0 3 10 30

voda 0,5477g 0,5757g 0,5930g 0,6108g

etanol 0,5477g 0,5468g 0,5435g 0,4899g

aceton 0,5477g 0,5426g 0,5409g 0,5341g

heksan 0,5477g 0,5304g 0,5258g 0,5126g

Tabela 15: Povprečne mase preostalega trdnega produkta glede na čas raztapljanja bioplastike

Bioplastika

topilo

Bioplastika iz mleka

Čas [min]

0 3 10 30

voda 0,5477g 0,5749g 0,5969g 0,6081g

etanol 0,5477g 0,5475g 0,5377g 0,3975g

aceton 0,5477g 0,5374g 0,5272g 0,4238g

heksan 0,5477g 0,5331g 0,5214g 0,4081g

Page 46: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

Tabela 16: Standardni odklon

Bioplastika

standardni

odklon

Bioplastika iz mleka

voda 0 0,0055 0,0123 0,0086

etanol 0 0,0111 0,0113 0,0717

aceton 0 0,0034 0,0087 0,1249

heksan 0 0,0018 0,0038 0,1213

Tabela 17: Preverjanje trdnosti bioplastike iz krompirjevega škroba

TRDNOST BIOPLASTIKE IZ KROMPIRJEVEGA ŠKROBA

1. meritev 2. meritev 3. meritev

IZMERJENA TRDNOST Trdnosti sintetizirane bioplastike ni mogoče izmeriti, ker je ta prekrhka.

Tabela 18: Preverjanje trdnosti bioplastike iz koruznega škroba

TRDNOST BIOPLASTIKE IZ KORUZNEGA ŠKROBA

1. meritev 2. meritev 3. meritev

IZMERJENA TRDNOST 520g 500g 515g

Page 47: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

Tabela 19: Preverjanje trdnosti bioplastike iz mleka

TRDNOST BIOPLASTIKE IZ MLEKA

1. meritev 2. meritev 3. meritev

IZMERJENA TRDNOST 900g 895g 860g

Tabela 20: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik

TRDNOST BIOPLASTIKE

IZ KROMPIRJEVEGA

ŠKROBA

TRDNOST BIOPLASTIKE

IZ KORUZNEGA

ŠKROBA

TRDNOST BIOPLASTIKE

IZ MLEKA

IZMERJENA TRDNOST Trdnosti ni mogoče

izmeriti

511,67g 885g

Page 48: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

Priloga 2: Učni list za učenca BIOPLASTIKA IZ MLEKA

1. Namen eksperimenta

Namen eksperimenta je prikazati, kako lahko sam/a izdelaš bioplastiko, ki v okolju razpade in

posledično ne onesnažuje okolja.

2. Teoretična izhodiča

Bioplastiko lahko definiramo kot plastiko, ki jo dobimo neposredno iz naravnih polimerov

(biopolimerov). Pridobljena mora biti iz obnovljivih virov. Za vhodni surovini se najpogosteje

uporabljata škrob ali celuloza. Bioplastika ima zelo podobne lastnosti kot navadni sintetični

polimeri, vendar pa je glavna razlika v tem, da je končni produkt razgradljiv in se po

določenem času v naravi popolnoma razgradi, brez da bi ta razgradnja kakorkoli škodila

okolju (Stojanović, 2009). Pri sintezi bioplastike je prav tako kot pri sintezi plastike

najpomembnejši proces polimerizacija. Polimerizacija imenujemo proces pri katerem se

monomeri združijo v dolge verige, ki jih imenujemo polimeri (»Bioplastika«, b.d.).

3. Naloga

Po navodilih izdelaj bioplastiko iz mleka, ki bo okoljsko sprejemljivejša kot navadna plastika.

4. Potrebščine in kemikalije

Potrebščine Kemikalije

cedilo mleko

velika čaša (500 mL) kis

steklena palčka

gorilnik

keramična plošča

trinožno stojalo

sušilnik

Page 49: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

podlaga (iz alu folije)

5. Zaščita in varnost pri delu (primer izpolnjevanja)

A Ravnanje z odpadki (način odstranjevanja posameznih reagentov)

Vse odpadke, ki tekom eksperimenta nastanejo, lahko zavržemo med biološke odpadke. Tudi

odpadne snovi, ki so v tekočem agregatnem stanju, lahko odlijemo v odtok.

B Varnost pri delu (posebnosti - varnostna opozorila)

Pri delu so obvezna zaščitna očala in halja. Razen pri delu z gorilnikom in sušilcem nosi tudi

zaščitne rokavice. Preden laboratorij zapustiš, si umij roke.

6.

• Potek dela po stopnjah:

1. V čašo odmeri 2 dL (1 kozarec) mleka.

2. Čašo postavi nad gorilnik in segrevaj. Med segrevanjem mleko mešaj.

3. Nadaljuj s segrevanjem, dokler se na površini ne pojavi »pena«. Nato izklopi

gorilnik.

4. Odmeri eno žlico kisa in jo vlij v segreto mleko.

5. Mešanico mleka in kisa nato mešaj še približno minuto.

6. Pripravi si cedilo in 250 mL čašo.

7. Cedilo postavi nad čašo in prelij mešanico mleka in kisa skozi cedilo.

8. V cedilu bodo ostale nekakšne grudice.

9. Nato nežno stresaj cedilo, tako da te grudice skupaj tvorijo eno »maso«.

10. To maso prestavi na vnaprej pripravljeno podlago (debelina mase naj bo med 5

mm in 10 mm).

11. Dobljeno maso postavi v sušilec in pusti sušiti približno 2 uri pri 80°C.

Page 50: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

• Skica aparature:

7. Rezultati

Opažanja

- Na podlagi posameznih opažanj zapiši sklepe, s katerimi boš razložil/a, zakaj je do

posameznega pojava prišlo.

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

Page 51: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

8. Naloge

a) Kako je sestavljen polimer?

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

b) Ali poznaš še kakšen naravni material, iz katerega je mogoče izdelati bioplastiko?

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

c) Katere so glavne snovi, ki sestavljajo mleko?

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

Page 52: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

Priloga 3: Učni list za učitelja

BIOPLASTIKA IZ MLEKA

1. Namen eksperimenta

Namen eksperimenta je prikazati, kako lahko učenec sam izdela bioplastiko, ki v okolju

razpade in ga posledično ne onesnažuje.

2. Kratek opis eksperimenta (bistvo eksperimentalne izvedbe poskusa, posebni

efekti, ki jih pri eksperimentu lahko opazimo)

Bistvo eksperimentalne izvedbe je, da se učenci seznanijo s procesom polimerizacije, ki

nastopi, ko segretemu mleku dodamo kis. Po dodatku kisa v mleko se začnejo tvoriti grudice

in ko to odcedimo skozi cedilo, nam na vrhu cedila ostane mokra bioplastika. To potem

sušimo v sušilcu in dobimo trdno bioplastiko iz mleka, ki v okolju popolnoma razpade.

3. Teoretična izhodiča

Bioplastiko lahko definiramo kot plastiko, ki jo dobimo neposredno iz naravnih polimerov

(biopolimerov). Pridobljena mora biti iz obnovljivih virov. Za vhodni surovini se najpogosteje

uporabljata škrob ali celuloza. Bioplastika ima zelo podobne lastnosti kot navadni sintetični

polimeri, vendar pa je glavna razlika v tem, da je končni produkt razgradljiv in se po

določenem času v naravi popolnoma razgradi, brez da bi ta razgradnja kakorkoli škodila

okolju (Stojanović, 2009). Pri sintezi bioplastike je prav tako kot pri sintezi plastike

najpomembnejši proces polimerizacija. Polimerizacija imenujemo proces pri katerem se

monomeri združijo v dolge verige, ki jih imenujemo polimeri (»Bioplastika«, b.d.).

4. Potrebščine in kemikalije

Potrebščine Kemikalije

cedilo mleko

velika čaša (500 mL) kis

steklena palčka

gorilnik

Page 53: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

keramična plošča

trinožno stojalo

sušilnik

podlaga (iz alu folije)

5. Zaščita in varnost pri delu (primer izpolnjevanja)

A Ravnanje z odpadki (način odstranjevanja posameznih reagentov)

Vse odpadke, ki tekom eksperimenta nastanejo, lahko zavržemo med biološke odpadke. Tudi

odpadne snovi, ki so v tekočem agregatnem stanju, lahko odlijemo v odtok.

B Varnost pri delu (posebnosti - varnostna opozorila)

Pri delu so obvezna zaščitna očala in halja. Razen pri delu z gorilnikom in sušilcem nosite

tudi zaščitne rokavice. Preden laboratorij zapustite si umijte roke.

6.

• Potek dela po stopnjah:

1. V čašo odmeri 2 dL (1 kozarec) mleka.

2. Čašo postavi nad gorilnik in segrevaj. Med segrevanjem mleko mešaj.

3. Nadaljuj s segrevanjem, dokler se na površini ne pojavi »pena«. Nato izklopi

gorilnik.

4. Odmeri eno žlico kisa in jo vlij v segreto mleko.

5. Mešanico mleka in kisa nato mešaj še približno minuto.

6. Pripravi si cedilo in 250 mL čašo.

7. Cedilo postavi nad čašo in prelij mešanico mleka in kisa skozi cedilo.

8. V cedilu bodo ostale nekakšne grudice.

9. Nato nežno stresaj cedilo, tako da te grudice skupaj tvorijo eno »maso«.

10. To maso prestavi na vnaprej pripravljeno podlago (debelina mase naj bo med 5

mm in 10 mm).

11. Dobljeno maso postavi v sušilec in pusti sušiti približno 2 uri pri 80°C.

Page 54: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

• Skica aparature:

7. Rezultati

Opažanja

• Na površini mleka se pojavijo pene.

• Ob dodatku kisa nastanejo grudice.

• Ko odcedimo maso je ta bele barve,

tekočina ki pa odteče pa je

rumenkasto – zelene barve.

• Posušena bioplastika je rjave barve.

- Na podlagi posameznih opažanj zapiši sklepe, s katerimi boš razložil/a, kaj se je na

posameznih stopnjah eksperimenta zgodilo.

Pene na površini mleka so posledica segrevanja. Ob dodatku kisa so se grudice pojavile ,ker

kis deluje kot kislina in mleku spremeni pH. Kis povzroči razčlenitev molekul kazeina, ki se

preoblikujejo v dolgo verigo in posledično strdijo mleko. Posušena bioplastike je rjave barve,

ker jo sušimo na 80°C in ima sušilec podobno vlogo kot pečica pri peki peciva, ko se snov na

vrhu zapeče.

Page 55: ALEŠ PETERNELJ BIOPLASTIKA - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · Graf 8: Povprečna vrednost trdnosti sintetiziranih bioplastik ..... 25. Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Peternelj Aleš; diplomsko delo

8. Naloge

a) Kako je sestavljen polimer?

Polimer je sestavljen iz več monomerov, ki so med seboj povezani.

b) Ali poznaš še kakšen naravni material iz katerega je mogoče izdelati bioplastiko?

Bioplastiko je mogoče izdelati iz krompirjevega škroba, koruznega škrob,...

c) Katere so glavne snovi, ki sestavljajo mleko?

Mleko poleg kazeina sestavljajo še voda, lipidi, proteini, proteini v sirotki, laktoza, kalcij,

fosfor.

9. Nivo izobraževanja, za katerega predvidevate eksperimentalno izvedbo

Eksperiment bi bil primeren za 9. razred osnovne šole.