I. GIMNAZIJA V CELJU

KAKO IZDELATI BIOPLASTIKO?

Ekologija z varstvom okolja

Avtorja: Mentorica: Blaž Kešpert, 2. h Mojca Plevnik Žnidarec, Pia Klančar, 2. h univ. dipl. ing. kem. teh.

Mestna občina Celje, Mladi za Celje Celje, 2012

1

Kazalo vsebine

POVZETEK ............................................................................................................................... 3

1 Uvod .................................................................................................................................... 4

2 Namen in cilj raziskovalnega dela ...................................................................................... 5

2.1 Metode dela ................................................................................................................. 6

3 Teoretični del ...................................................................................................................... 7

3.1 Definicija bioplastike ................................................................................................... 7

3.2 Surovine za izdelavo bioplastike ................................................................................. 8

3.3 Dejavniki, ki vplivajo na nastanek bioplastike .......................................................... 10

4 Eksperimentalno delo ........................................................................................................ 11

4.1 Izolacija škroba .......................................................................................................... 12

4.2 Postopek pridobivanja bioplastike ............................................................................. 13

5 Rezultati ............................................................................................................................ 14

5.1 Vpliv količine glicerola na nastajanje bioplastike .................................................... 14

5.2 Vpliv vrste škroba na nastajanje bioplastike ............................................................. 15

5.3 Vpliv trdote vode na nastajanje bioplastike ............................................................... 17

5.4 Vpliv temperature segrevanja na hitrost nastajanja bioplastike ................................ 18

5.5 Stroški proizvodnje .................................................................................................... 19

6 Zaključek ........................................................................................................................... 20

2

Kazalo slik, tabel in grafov

Slika 1: Bioplastika .................................................................................................................... 7

Slika 2: Reciklaža ....................................................................................................................... 8

Slika 3: Amiloza 2 ...................................................................................................................... 9

Slika 4: Amilopektin 2 ................................................................................................................ 9

Slika 5: Kis za vlaganje .............................................................................................................. 9

Slika 6: Strukturna formula glicerola ....................................................................................... 10

Slika 7: Glicerol ....................................................................................................................... 10

Slika 8: Pripomočki za izvedbo poskusa .................................................................................. 11

Slika 9: Postopek izolacije škroba ............................................................................................ 12

Slika 10: Postopek pridobivanja bioplastike ............................................................................ 13

Slika 11: Biplastika z manjšim deležem glicerola ................................................................... 14

Slika 12: Bioplastika z večjim deležem glicerola .................................................................... 15

Slika 13: Bioplastika iz neolupljenega krompirja .................................................................... 15

Slika 14: Bioplastika iz industrijskega škroba ......................................................................... 16

Tabela 1: Vpliv reakcijskih pogojev na hitrost in lastnost nastale bioplastike ........................ 14

Tabela 2: Vpliv različnih vrst vode na pridobivanja bioplastike iz krompirja ......................... 16

Tabela 3: Vpliv različnih vrst škroba in količin glicerola na lastnosti nastale bioplastike ...... 17

Graf 1: Vpliv temperature na čas nastajanja bioplastike……………………………………...18

3

POVZETEK

Po podatkih naj bi vsako leto na svetu proizvedli 300 milijonov ton nove plastike. Od tega je

33 % takšne, ki je namenjena enkratni uporabi, potem pa se zavrže. Zanimiv je tudi podatek,

da se 85 % plastike ne reciklira, kar posledično rezultira v ogromne količine plastičnih

odpadkov. Plastika, ki je pridelana v glavnem iz naftnih virov, katere cena se na trgih vztrajno

dviga, ostaja v okolju več sto let in tako predstavlja veliko okoljsko breme. Negativno namreč

vpliva na kar 270 vrst živali in ptic.

V naših trgovinah se prodajajo biorazgradljive vrečke, ki so okolju prijazne. Po pregledu

literature in virov smo ugotovili, da v Sloveniji trenutno nimamo proizvodnje biorazgradljive

plastike. Biorazgradljiva plastika se sicer po izgledu veliko ne razlikuje od konvencionalno

pridelane. Za identifikacijo tovrstne plastike smo uporabniki vezani le na oznake in napise na

tovrstnih izdelkih.

Vse to nas je napeljalo na raziskovalno delo. Zanimalo nas je, kako izdelati bioplastiko kar v

šolskem laboratoriju. V našem eksperimentalnem delu smo raziskovali, kako reakcijski pogoji

vplivajo na hitrost nastanka bioplastike, kakor tudi na njene končne lastnosti. Glede na

vhodne surovine smo izračunali stroške nastalega produkta. Veseli smo bili, da nam je iz

rastlinskega škroba res uspelo narediti okolju prijazen in v celoti biorazgradljiv produkt –

bioplastiko.

4

1 Uvod

Ljudje v 21. stoletju živimo v dobi plastike. Ta nas obkroža na vsakem koraku. Pri pakiranju

hrane, računalniški tehniki, oblačilih, avtomobilih, itd. Za proizvodnjo plastike se na letni

ravni nameni 4 odstotke pridelane nafte. Le majhen delež tovrstne plastike se reciklira za

ponovno uporabo. S tem nastajajo neželeni odpadki, ki se z leti kopičijo in onesnažujejo

kopno in vodovje našega planeta. Vsekakor pa kvarijo kvaliteto življenja njegovih

prebivalcev.

V Sloveniji še nismo veliko slišali o bioplastiki, v svetu pa je to ena izmed najpomembnejših

tem in novih ekoindustrij. Bioplastika predstavlja relativno novo vrsto materialov, ki so se v

komercialni uporabi pojavili v zadnjih nekaj letih. Prvi biorazgradljiv material za komercialne

namene je dalo na trg podjetje NatureWorks iz ZDA, leta 2005. V proizvodnji »navadne« plastike, katere

predstavniki so npr. PET - polietilen, PP - polipropilen ali HDPE – polietilen visoke gostote, se kot

vhodna surovina uporablja nafta in njeni derivati. V večini materialov, ki jih uvrščamo med

bioplastiko, pa kot osnovno surovino uporabljajo rastline. K bioplastiki štejemo tiste

materiale, ki so izdelani iz rastlinske osnove, torej so narejeni iz naravnih materialov in so

posledično biorazgradljivi. Poznamo tudi razgradljivo plastiko, katere osnova je »fosilna«

plastika, vendar ima v določenem razmerju dodan dodatek, imenovan oxo-aditiv , ki sproži in

pospeši proces razgradnje tudi v tradicionalni plastiki, ki bi po naravni poti potekal več sto let.

To plastiko, ki bi ji lahko rekli tudi hibridna, poznamo pod imenom oxo ali foto razgradljiva

plastika. 4

Bioplastika iz škroba zaseda največji tržni delež z 39 % produktov, sledi ji PLA (mlečna

kislina pridobljena s fermentacijo škroba) s 26 % deležem ter oxo razgradljiva plastika s 16 %

deležem. Ostalih 16 % zasedajo ostale vrste materialov. Biorazgradljiva plastika lahko temelji

na naslednjih osnovnih surovinah: škrob, celuloza, PLA, PHA, PHB, PHV (naravni poliesteri,

ki jih proizvajajo določeni mikrobi). Velika večina današnjih biorazgradljivih produktov je

izdelana na osnovi koruznega škroba, kot npr. sedaj že vsem poznane biovrečke za biološke

odpadke. Po mnenju strokovnjakov se najlepša prihodnost obeta PLA plastiki, prozorni plastiki, ki

ne samo, da je po lastnostih izredno podobna PE in PP materialom, temveč jo lahko

proizvajamo na že obstoječi standardni opremi za proizvodnjo plastike. PLA plastika naj bi

bila izredno uporabna na vrsti področij od folij, tekstila, preprog, kalupov, krožnikov, pribora,

skodelic, steklenic in drugih vrst embalaže.4

5

Trenutno so v uporabi večinoma biovrečke, ki so namenjene transportu ali pa biološkemu

pakiranju hrane. Zaradi dokaj slabe raziskanosti področja, pomanjkanja velikih obratov in

posledično višjih cen pridelave, je razširjenost uporabe vezana le na razvite države. Državam

v razvoju predstavlja v glavnem luksuz, ki si ga njihovi prebivalci ne morejo privoščiti.

Proizvodne zmogljivosti bioplastike so zaenkrat dokaj skromne, le 300.000 ton letno, v

primerjavi z letno proizvodnjo navadne plastike, ki znaša 300 milijonov ton. Vendar bi z

okoljskim ozaveščanjem svetovnega prebivalstva in povečanjem interesa za proizvodnjo v

bližnji prihodnosti ta novi, okolju prijazen material, lahko zamenjal večji delež običajne

plastike. Na ta način bi ljudje pomagali našemu planetu, da se regenerira.8

2 Namen in cilj raziskovalnega dela

Potrošniška družba danes porabi ogromne količine plastičnih izdelkov, ki imajo pri uporabi v

vsakdanjem življenju številne prednosti. Žal pa se vsi vse premalo zavedamo dejstva, kaj

poraba tovrstnih materialov predstavlja s strani kopičenja nerazgradljivih, plastičnih

odpadkov in njihovega negativnega vpliva na okolje.

Začeli smo se spraševati, ali lahko mi kot mladi, ekološko ozaveščeni raziskovalci, kaj

spremenimo? Zanimalo nas je, kaj sploh je bioplastika, iz česa jo lahko pridelamo in kakšne

so njene lastnosti. Prav tako smo želeli ugotoviti, kdaj in v kolikšni meri bo nadomestila

običajno plastiko, ki je pridobljena iz naftnih derivatov. Največja želja pa nam je bila,

resnično izdelati nekaj različnih primerov bioplastike in ugotoviti enostavnost oz. težavnost

procesa. Na osnovi lastnih izkušenj, smo bili enotnega mnenja, da je znanje širše javnosti o

bioplastiki pomanjkljivo, kar posledično zavira njeno uporabo.

Cilj našega raziskovalnega dela je med drugim tudi ozaveščanje sošolcev in javnosti o

rezultatih raziskave, posledično razširiti znanje o novih materialih med ljudi, saj le tako lahko

dosežemo dolgoročne pozitivne učinke in prispevamo k zmanjšanju okoljskih obremenitev.

6

Pri raziskovanju smo si zastavili naslednja raziskovalna vprašanja:

Ali sploh obstoja literatura, s katero bi pridobili ustrezne informacije in znanja, ki so

potrebna za izdelavo bioplastike v šolskem laboratoriju?

Kako količina surovin vpliva na končne mehanske lastnosti bioplastike?

Ali imajo reakcijski pogoji kakšen poseben vpliv na hitrost nastajanja bioplastike?

Kolikšna je cena doma pridelane bioplastike?

Na osnovi raziskovalnih vprašanj, smo lahko postavili štiri hipoteze:

Predvidevali smo, da obstoja več različnih receptur za izdelavo bioplastike in vsaj eno

bomo z gotovostjo lahko uporabili.

Predvidevali smo, da bodo različne količine vhodnih surovin kot sta vrsta škroba in

količina glicerola vplivali na končne mehanske lastnosti bioplastike.

Z veliko verjetnostjo smo pričakovali, da bodo reakcijski pogoji, kot sta temperatura

in mešanje ter sama količina vhodnih surovin močno vplivali na hitrost nastajanja

bioplastike.

Predvidevali smo, da je cena v laboratoriju izdelane bioplastike sprejemljiva za njene

uporabnike.

2.1 Metode dela

Pri izdelavi naše raziskovalne naloge smo tako uporabili naslednje metode dela:

delo z literaturo,

analiza gradiv,

načrtovanje eksperimenta, potrebnega inventarja in reakcijskih pogojev pri izdelavi

bioplastike,

pridobivanje bioplastike,

dokumentiranje eksperimentov in dobljenih rezultatov in produktov,

ugotavljanje mehanskih lastnosti bioplastik,

analiza rezultatov.

7

3 Teoretični del

3.1 Definicija bioplastike

Bioplastika je v strokovnem gradivu definirana kot plastika, ki jo dobimo neposredno s

procesiranjem naravnih polimerov (biopolimerov). Pridobljena mora biti iz obnovljivih virov.

Najpogosteje sta vhodni surovini naravna polimera, škrob ali celuloza. Bioplastika ima

podobne značilnosti kot navadni sintetični polimeri. Razlika je v tem, da je produkt

biorazgradljiv material, saj se po določenem času v naravi popolnoma razgradi in pri tem ne

kontaminira okolja. 4

Bioplastika ima sposobnost, da se ob prisotnosti kisika, pod encimskim delovanjem

mikroorganizmov, UV-svetlobe, toplote, vlage, razgradi v vodo, ogljikov dioksid in različne

organske snovi. Kadar pa kisik ni prisoten, pride do anaerobnega procesa, v katerem je eden

izmed produktov metan.8

Organske snovi krožijo kot je prikazano na sliki 2. Iz kulturnih rastlin kot sta koruza in

krompir lahko pridobivamo škrob in celulozo. Iz teh surovin se v proizvodnji biorazgradljive

plastike ustvarijo različni izdelki. Ko ti odslužijo svojemu namenu, se lahko kompostirajo in

tako služijo kot gnojilo novim rastlinam.

Slika 1: Bioplastika

Vir: http://4.bp.blogspot.com

8

Slika 2: Reciklaža

3.2 Surovine za izdelavo bioplastike

Za proizvodnjo bioplastike potrebujemo škrob, glicerol, razredčeno ocetno kislino – kis in

vodo.

Škrob

Škrob je naravni polisaharid bele barve. Je napogostejša oblika rezervne hrane v rastlinah.

Sestavljen je iz dveh komponent, nerazvejane amiloze (20 %) in razvejanega amilopektina

(80 %). Amilozne molekule običajno vsebujejo 200 - 20 000 glukoznih enot, ki tvorijo

spiralo, kot posledica vodikovih vezi med molekulami. Amilopektin se od amiloze razlikuje

po tem, da je bolj razvejan. Vsebuje lahko tudi do dva milijona glukoznih molekul.

V vodi je topen pri višjih temperaturah. Pri kuhanju molekule škroba nabreknejo in tvorijo

viskozno homogeno raztopino – škrobni klej. Pri segrevanju z razredčenimi kislinami ali pod

vplivom encimov se škrob najprej razgradi v dekstrin, nato v maltozo in končno v glukozo.

Škrob se od rastline do rastline nekoliko razlikuje, razlikuje pa se tudi njegova vsebnost.

Krompir tako vsebuje 23 % škroba, koruza pa 22-28 %.2

CO2, H2O, organske

snov

kulturne rastline

škob, celuloza

proizvodi iz bioplastike

kompost

9

Vir: http://ead.univ- angers.fr/~jaspard/Page2/COURS/Zsuite/1Respiration /6Mobilisation/1

Mobilisation.html

Ocetna (etanojska kislina)

Razredčena (9 %) ocetna kislina ali kar kis za vlaganje, je karboksilna kislina s formulo

CH3COOH. Je šibka kislina v tekočem agregatnem stanju, ki se z vodo meša v vseh

razmerjih in je ostrega vonja. Uporablja se kot konzervans za živila, regulator kislosti, kot

začimba itd.

Slika 3: Amiloza 2

Slika 4: Amilopektin 2

Slika 5: Kis za vlaganje

α(1,4) – glikozidna vez

α(1,4) – glikozidna vez

α(1,6) – glikozidna vez

Vir:http://ead.univ-angers.fr/~jaspard/Page2/COURS/Zsuite/1Respiration/6Mobilisation/

1Mobilisation.htm

Vir: http://images0.zurnal24.si/slika-_original-

1311326396-603190.jpg&w=1024&h= 688&ei=

lBlvT7mtL43tsgbB0qXLAg&zoom=1

10

Glicerol oz. glicerin

Propan-1,2,3 – triol ali glicerol je alkohol. Je gosta, viskozna, brezbarvna tekočina, ki se

uporablja za pripravo krem in mil. Lahko je tudi surovina za proizvodnjo eksplozivov.

3.3 Dejavniki, ki vplivajo na nastanek bioplastike

Hitrost kemijske reakcije je odvisna od kemijskih lastnosti reaktantov. Nekatere reakcije že

po naravi potekajo zelo počasi, druge pa hitro. Na hitrost lahko vplivamo s spreminjanjem

eksperimentalnih pogojev: s povečanjem koncentracije, s temperaturo reakcijske zmesi, z

velikostjo delcev v reakcijski zmesi in s katalizatorjem. Vpliv temperature in koncentracije

lahko pojasnimo s teorijo trkov. 7

a) Temperatura segrevanja

Temperatura je ključni dejavnik pri nastajanju bioplastike, saj je reakcija med ocetno kislino

in glicerolom endotermna, kar pomeni da moramo za potek reakcije dovajati energijo

(toploto). Od intenzivnosti toplote pa je odvisno koliko časa bo nastajanje trajalo.

b) Razmerje sestavin

Od razmerja sestavin je odvisno kakšen produkt bomo pridobili. Če na primer povečamo

delež škroba bo bioplastika bolj lomljiva, če pa povečamo delež glicerola pa bo bolj prožna.

c) Intenzivnost mešanja

Da bo reakcija potekla hitreje, moramo zmes sestavin mešati. Če mešamo, bo tudi reakcija

hitreje potekla, saj reaktantom s tem omogočimo večjo možnost uspešnih interakcij. To

pomeni, da bo mešanje pospešilo nastajanje bioplastike in verjetno vplivalo tudi na njene

mehanske lastnosti.

Vir: sl.wikipedia.org/wiki/Glicerol Vir: http://www.indiamart.com/geistresearch-

pvtltd/products.html

Slika 7: Glicerol Slika 6: Strukturna formula glicerola

11

4 Eksperimentalno delo

Pri raziskovalnem delu smo se najprej lotili študija literature in možnosti izdelave bioplastike.

Izmed kar nekaj najdenih virov, smo se odločili za izdelavo bioplastike iz krompirja,

glicerola, kisa in destilirane vode. Na osnovi tega smo načrtovali, kako bomo eksperiment

izpeljali. Oblikovali smo tudi seznam potrebnega inventarja. Ugotavljali smo, kako reakcijski

pogoji vplivajo na hitrost nastanka in lastnosti bioplastike.

Da pri nastajanju bioplastike med škrobom, glicerolom in ocetno kislino lahko poteče

kemijska reakcija, moramo reakcijski zmesi dovajati toploto. Pri poskusih smo uporabili

električni grelec pri različnih temperaturah. Pri tem voda sodeluje kot mediator toplote - jo

zmesi dovaja. Vloga škroba v bioplastiki je ta, da pod termičnim vplivom zmes zlepi in jo

naredi kompaktnejšo. Končni produkt nastale reakcije je zamreženi termoplastični škrob.

Inventar:

steklene čaše

nož

ribalo

steklena palčka

terilnica

pestilo

velika (jedilna) žlica

mala (čajna) žlička

električni grelnik Rotamix

lij

leseno stojalo za lij

bombažna gaza

Kemikalije:

krompirjev škrob

voda (iz pipe in destilirana)

glicerol

kis za vlaganje (9 % ocetna kislina)

Slika 8: Pripomočki za izvedbo poskusa

(foto: Pia Klančar, 2012)

12

Materiali:

krompir (olupljen in neolupljen)

živilska barvila

4.1 Izolacija škroba

Škrob smo iz krompirja izolirali tako, da smo krompir najprej naribali, mu dodali vodo in ga

strli s pestilom v terilnici. Nato smo vse precedili skozi gazo v čašo in postopek izpiranja z

vodo dvakrat ponovili. Na koncu smo čašo pustili 5-10 minut, da se škrob usede na dno.

Vodo smo odlili, na dnu čaše nam pa je ostal čisti škrob.8

Vir: Foto, Pia Klančar, februar 2012

Slika 9: Postopek izolacije škroba

13

4.2 Postopek pridobivanja bioplastike

V čašo damo 1 veliko žlico škroba, 4 žlice vode, 1 žličko kisa za vlaganje in še eno žličko

glicerola. Čašo postavimo na grelno ploščo in zmes mešamo z palčko. Po določenem času

(odvisno od vrste škroba: laboratorijski cca. 15 minut; iz krompirja približno 3 minute)

začnejo iz zmesi uhajati večji mehurji (vodna para), zmes pa se začne gostiti. Lahko jo

prelijemo na urna stekelca ali v modele, da se strdi.

Slika 10: Postopek pridobivanja bioplastike

Vir: Foto, Pia Klančar, februar 2012

14

5 Rezultati

Tabela 1: Vpliv reakcijskih pogojev na hitrost in lastnost nastale bioplastike

Legenda:

dest - destilirana voda lab k. – kupljen škrob

5.1 Vpliv količine glicerola na nastajanje bioplastike

V naslednjem delu poskusov smo ugotavljali, kako količina sestavin vpliva na elastičnost

pridobljenega produkta. Pri enem od dveh poskusov smo spremenili količino dodanega

glicerola iz ene žličke na dve žlički. Pri obeh eksperimentih smo uporabili kupljeni

krompirjev škrob. Vsi drugi pogoji (temperatura, količine škroba, destilirane vode in kisa) so

bili identični količinam na uporabljerni recepturi. Že v hipotezi smo sklepali, da bo

bioplastika z večjim deležem glicerola bolj prožna. Tako so dobljeni rezultati potrdili našo

hipotezo. Bioplastika, za katero smo uporabili dve žlici glicerola je bila malo bolj prožna,

elastična in mehka, čas nastajanja pa je bil malenkost daljši (16,25 minut namesto 14,5

minut).

Slika 11: Biplastika z manjšim deležem glicerola

št. poskusa količina

škroba

(v žlicah)

voda

(žlic)

glicerol

(žličk)

kis

(žličk)

T

(°C)

t

(min)

uspeh

poskusa

trdota prožnost

1 1- lab. k. 4- dest 1 1 80 14,5 da zelo trda ni prožna

2 1- lab k. 4- dest 2 1 80 16,25 da srednje

trda

malo

prožna

3 1- lab k. 4- dest 1 1 60 27,03 da trda ni prožna

4 1- lab k. 4- dest 1 1 60 27,05 da trda ni prožna

5 1- lab k. 1- dest ½ 1 80 5,33 da srednje

trda

srednje

prožna

15

5.2 Vpliv vrste škroba na nastajanje bioplastike

Pri primerjavi rezultatov dveh poskusov ob enakih pogojih: T=80 °C, enake sestavine (1žlica

škroba, 4 žlice destilirane vode, 1žlička kisa in 1žlička glicerola) smo ugotovili, da je pri

poskusu, kjer smo uporabili kupljeni krompirjev škrob čas nastanka bioplastike (14,5 minut)

precej daljši kot pri poskusu s pridobljenim škrobom iz neolupljenega krompirja (2,88 minut).

Razlika je očitna tudi v lastnostih nastale bioplastike. Bioplastika, za katero smo uporabili

kupljeni škrob, je trda, rahlo upogljiva, lomljiva. Zanimivo je bilo tudi to, da je ta bioplastika

že med sušenjem razpokala v manjše dele. V nasprotju s to, pa je bioplastika, v kateri smo

uporabili škrob iz neolupljenega krompirja bila mehka, prožna in elastična.

Slika 13: Bioplastika iz neolupljenega krompirja

Slika 12: Bioplastika z večjim deležem glicerola

16

Tabela 2: Vpliv različnih vrst vode na pridobivanja bioplastike iz krompirja

Legenda:

dest - destilirana voda

iz pipe - vodovodna voda

št.

posk

usa

masa

krompirja

(g)

količina

škroba

voda

(v žlicah)

glicerol

(žličk)

kis

(žličk)

T (°C) t

(min)

uspeh trdota prožnost

7 100,09 1 žlica 4 - dest 1 1 80 2,88 da mehka prožna

8 100,26 1 žlica 4 - iz pipe 1 1 80 2,88 da mehka prožna

9 100,00 1 žlica 4 - dest 1 1 80 2,88 da mehka prožna

Slika 14: Bioplastika iz industrijskega škroba

17

5.3 Vpliv trdote vode na nastajanje bioplastike

Želeli smo poskusiti, ali ima tudi vrsta uporabljene vode, kakšen vpliv na lastnosti bioplastik.

Prišli smo do nadvse zanimive ugotovitve. Vzporedno smo naredili dva poskusa z izoliranim,

kupljenim krompirjevim škrobom in dva s škrobom iz neolupljenega krompirja. Reakcijski

pogoji so bili v obeh primerih »standardni« (T= 80 °C, sestavine: 1 žlica škroba, 4 žlice

destilirane ali navadne vode, 1 žlička kisa in 1 žlička glicerola). Pri tem smo spoznali, da pri

eksperimentu s kupljenim krompirjevim škrobom in uporabo vodovodne vode, zmes ostane

tekoča še po 24 minutah. Iz rezultata smo lahko sklepali, da so tu s sestavinami reagirali ioni,

ki so onemogočili tvorbo vodikovih vezi, zato do zamreženja ni prišlo. Pri poskusih z

neolupljenim krompirjem, pa razlike v času reakcije in nastalem produktu ni bilo.

Tabela 3: Vpliv različnih vrst škroba in količin glicerola na lastnosti nastale bioplastike

Legenda

lab. k. – laboratorijski krompirjev škrob

lab. n. – navadni laboratorijski škrob

št.

poskusa

masa

krompirja

(g)

količina

škroba

(v žlicah)

voda

(žlic)

glicerol

(žličk)

kis

(žličk)

T

(°C)

uspeh trdota prožnost

10 100,55 1 4 - dest 1 1 80 da mehka prožna

11 100,42 1 4 - dest 1 1 80 da mehka prožna

12 / 1- lab. n. 4 - dest 1 1 80 da trda ni prožna

13 / 1- lab. n 4 - dest 2 1 80 da mehak,

lomljiv

ni prožna

14 / 1- lab. n 4 - dest 1,5 1 80 da srednje

trda

malo

prožna

18

5.4 Vpliv temperature segrevanja na hitrost nastajanja bioplastike

Pri zadnjem od eksperimentov nas je zanimalo, kako temperatura segrevanja vpliva na

lastnosti bioplastike in čas njenega nastanka. Pri enem od poskusov smo zmes sestavin

segrevali pri temperaturi 60 °C, pri drugem pa pri temperaturi 80 °C. Za oba poskusa smo

uporabili kupljeni izoliran krompirjev škrob, količina uporabljenih sestavin pa je bila

identična tisti na recepturi. Ugotovili smo, da je čas nastanka pri segrevanju pri 60 °C (27,05

minut) skoraj dvakrat daljši, kot pri segrevanju na 80 °C (14,5 minut). Bioplastika, ki smo jo

pridobivali s segrevanjem pri nižji temperaturi, je manj trda in malo bolj prožna kot tista, ki

smo jo pridobivali pri višji temperaturi.

Graf 1: Vpliv temperature na čas nastajanja bioplastike

0

5

10

15

20

25

30

čas (min)

T=60 ̊C

T=80 ̊C

19

5.5 Stroški proizvodnje

Pri raziskavi pridobivanja bioplastike nas je med drugim zanimalo tudi kakšni so stroški, da

naredimo 1 kg bioplastike. Pri tem smo upoštevali, da 1 kg škroba stane 10 €, 1 liter glicerola

7 € in 1 liter kisa 1 €. Destilirano vodo v laboratoriju pridobivamo z uporabo ionskih

izmenjevalcev, zato lahko njeno ceno zanemarimo. Prav tako smo zanemarili ceno elektrike,

za delovanje grelca. Ker je v eni veliki žlički približno 14 gramov škroba, ena mala žlička pa

ima volumen približno 2 mililitra, smo na podlagi tega stehiometrično izračunali mase

potrebnih sestavin.

Ko smo izračunali količine potrebnih sestavin, smo ugotovili, da za 1 kg bioplastike porabimo

približno 8,5 €. Posledično lahko sklepamo, da je glede na ceno navadne plastike, proizvodnja

bioplastike cenovno manj ugodna, vendar bi se lahko cena bioplastike pri proizvodnji v

velikih obratih znižala in približala stroškom izdelave navadne plastike. Pozitivni učinki na

okolje pa bi bili neprecenljivi.

20

6 Zaključek

Bioplastika je trenutno eden izmed najbolj ambicioznih materialov in za mnoge predstavlja

izziv za raziskovanja in vlaganja. Zaradi njenih opisanih lastnosti je pritegnila tudi našo

pozornost. Odločili smo se, da raziščemo kako bi jo lahko izdelali v šolskem laboratoriju ali

pa kar doma. Delo se je izkazalo za izredno zanimivo, kakor tudi ustvarjalno. Izdelali smo

namreč pravo bioplastiko in prišli do zanimivih zaključkov.

Prvo hipotezo, v kateri smo predvidevali, da obstoja kar nekaj receptur za izdelavo

bioplastike, lahko potrdimo. Do njih smo se dokopali z brskanjem po svetovnem spletu, kakor

tudi s pomočjo razpoložljive literature, ki pa je je bolj malo. Po pregledu in analizi le-tega,

smo prišli do zaključka, da so potrebne sestavine v večini receptur nenatančno definirane. Na

osnovi tega smo se odločili, da poizkusimo izdelati biooplastiko iz krompirjevega škroba. Pri

tem smo načrtovali uporabo naslednjih vrst škroba:

neposredno izoliranega iz krompirja,

iz navadnega kupljenega škroba in

kupljenega izoliranega krompirjevega škroba.

Tudi drugo hipotezo lahko potrdimo. Uporaba različnih vhodnih surovin, je res vplivala na

končne mehanske lastnosti bioplastike. Izmed zgornjih navedenih treh vrst uporabljenega

škroba, je imela najboljše elastične lastnosti bioplastika, ki smo jo naredili direktno iz

krompirja. Uporaba že pripravljenega škroba kot kemikalij, pa se je izkazala v neprožnosti

končnega produkta. Prav tako smo potrdili, da večja količina glicerola poveča prožnost

končnega produkta.

Pravilno smo predvidevali tudi tretjo hipotezo, kjer smo pričakovali, da pri višji temperaturi

reakcija poteče hitreje. Uporabili smo znanje teorije o vplivih na hitrost kemijske reakcije. Pri

višji temperaturi, je gibanje delcev večje in posledično reakcija hitreje poteče. Tako je

bioplastika pri 80 °C nastala skoraj enkrat hitreje kot pri 60 °C. Močan vpliv na hitost so

imele tudi vhodne surovine. Pri izdelavi bioplastike direktno iz krompirja, je hitrost nastajanja

4 do 5-krat večja od tiste iz škatel s kupljenim škrobom iz kemijskega laboratorija. Prav tako

je močno opazna razlika v hitrosti, če povečamo količino dodanega glicerola. Slednje si

lahko razlagamo s tvorbo močnih vodikovih vezi pri zamreženju nastalega produkta.

Zanimiva je bila tudi ugotovitev, da lahko na hitrost zelo močno vpliva vrsta dodane vode.

21

Vodovodna voda hitrost zamreženja zelo upočasni oziroma celo onemogoči, kadar kot

surovino za izdelavo bioplastike uporabimo kupljeni škrob.

Tudi četrto hipotezo lahko delno potrdimo. Glavna težava bioplastike je, da je njena izdelava

približno 5-krat dražja od navadne, ker za proizvodnjo potrebujemo velike količine škroba.

Pri raziskovalnem delu se je kot najbolša vrsta škroba, izkazal ravno škrob izoliran iz

krompirja. Za tovrstno proizvodnjo bioplastike bi torej potrebovali ogromne količine

krompirja. Iz 100 gramov krompirja namreč pridelamo približno 14 gramov škroba.

Eksperimentalno delo in raziskovalno nalogo smo uspešno končali. Po zaključenem delu smo

bili presenečeni, s kakšno lahkoto lahko izdelamo bioplastiko. Ugotovili smo, da lahko

bioplastiko naredimo doma in, da pri tem ne potrebujemo nikakršnih zahtevnih surovin ali

instrumentov. Pridobljeno znanje bomo z lahkoto prenesli na svoje sošolce in ostale

zainteresirane uporabnike.

Po opravljenem raziskovalnem delu se nam porajajo nova in nova vprašanja, na katera bi radi

odgovorili. Uporabili bi lahko še druge naravne vire škroba ali drugih biopolimerov. Smiselno

bi bilo naredili primerjavo v stroških, kakovosti in porabljenem času za proizvodnjo

bioplastike. Tu vidimo izziv za nadaljnje raziskovalno delo. Dobro bi bilo oceniti LCA

(življenjski cikel proizvoda in njegovo sklenjenost kroženja v naravi) ter ogljični odtis. V

zadnjem času je ogljični odtis zelo pomemben, saj predstavlja vrednost vseh emisij in

posledično vpliv na okolje. V prihodnosti bodo morala namreč vsa podjetja za svoje

proizvode narediti tudi tovrstno oceno.

Po pridobljeni bioplastiki sklepamo, da je to perspektiven material, ki bi z določenimi

inovacijami, vlaganjem in zanimanjem kupcev, lahko postal material sedanjosti in

prihodnosti. Trenutno proizvodnja bioplastike predstavlja le nekaj procentov celotne

proizvodnje plastike, vendar je njena prihodnost svetla, saj se proizvodnja v Evropi povečuje

za kar 20 % letno. Hkrati bi z zamenjavo stare, iz naftnih derivatov pridobljene plastike,

pokazali, da spoštujemo naravo in prispevali k čistejšemu okolju.

22

Viri in literatura

1. Bauman, K. (2008). Ekoinovacije: primer bioplastike. Ljubljana: Univerza v Ljubljani,

Ekonomska fakulteta.

2. Vrančič, P.; Matijevič, J.: PRIMIJENJENA ORGANSKA KEMIJA, Prirodoslovno-

matematički fakultet, Split, 2009.

3. Ferk Savec, V.; Mesec V. Kemija za vsak dan - zbirka poskusov, Univerza v

Ljubljani, Naravoslovnotehniška fakulteta, Oddelek za kemijsko izobraževanje in

informatiko. Ljubljana, 2011.

4. Stojanović, B.(2009). Bioplastika.- embalaža. Celje; EOL-42

5. Industrial Info Resources European Bio-Plastic Industry Growing by 20% Annually.

(15. julij 2011). An Industrial Info News Alert.(pridobljeno iz

http//www.marketeire.com/press-release)

6. Lisec, A. (27. November 2008). Bioplastika. Celje, Fakulteta za logistiko, Univerza v

Mariboru, Slovenija.

7. Bukovec, N.(2010). Kemija za gimnazije 2, učbenik: DZS, Ljubljana.

8. http://www.plastice.org/ (pridobljeno marec, 2012)

9. http://www.nuffieldfoundation.org/practical-chemistry/making-plastic-potato-starch

(pridobljeno januar, 2012)

10. http://en.european-bioplastics.org (pridobljeno marec, 2012)

11. http://en.wikipedia.org/wiki/Bioplastic (pridobljeno marec, 2012)

12. http://www.scientificpsychic.com/fitness/carbohydrates1.html (pridobljeno marec,

2012)

13. http://www.lifestylenatural.com/1091/Bioplastika (pridobljeno marec, 2012)

14. http://www.bpf.co.uk (pridobljeno januar, 2012)

15. http://www.google.si/search?tbm=isch&hl=sl&source=hp&biw=1429&bih=998&q=bi

oplastika&gbv=2&oq=bioplastika&aq=f&aqi=g-

s1&aql=&gs_sm=3&gs_upl=2062l4423l0l4790l11l11l0l0l0l0l113l1015l8.3l11l0&gs_

l=img.3..0i10.2062l4423l0l4790l11l11l0l0l0l0l113l1015l8j3l11l0.frgbld. (pridobljeno

marec, 2012)

16. http://www.uzivajmozdravo.si/dom_in_vrt/clanki/eko/clanek?aid=9604 (pridobljeno

marec ,2012)

17. http://www.plasticdisclosure.org/ (pridobljeno marec, 2012)

18. http://www.vstp.si/Portals/0/Content/novice/krzan.pdf (pridobljeno januar, 2012)

19. http://www.siol.net/novice/znanost_in_okolje/2012/02/bioplastika_okolju_bolj_prijaz

na_kot_navadna_plastika.aspx (pridobljeno marec, 2012)

20. http://www.zelenaslovenija.si/kaj-nudimo/trajnostni-inzeniring/ogljicni-odtis

(pridobljeno marec, 2012)