aleŠ peternelj bioplastika - …pefprints.pef.uni-lj.si/2395/1/diplomska_naloga.pdf · graf 8:...
TRANSCRIPT
UNIVERZA V LJUBLJANI
PEDAGOŠKA FAKULTETA
ALEŠ PETERNELJ
BIOPLASTIKA - EKSPERIMENTALNO DELO V
ŠOLSKEM LABORATORIJU
DIPLOMSKO DELO
LJUBLJANA, 2014
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
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.
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
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
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
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
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
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).
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),
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)
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)
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
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).
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).
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)
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
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.
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.
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
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.
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.
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
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.
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.
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
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
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.
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
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.
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
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
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).
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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.
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
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?
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
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
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.
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.
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.