Современные упаковочные материалы доклад по биологии
Обновлено: 02.07.2024
2 Содержание Введение. 3 Глава I. Теоретическая часть 1.1 Что такое биоупаковка История создания биоупаковки Ингредиенты для создания биопластика. 9 Глава II. Практическая часть. Создание крахмалопластов 2.1 Методика получения крахмалопласта Результаты исследования. 13 Выводы. 16 Список литературы. 17 Приложения 2
3 Введение Пластик в наши дни стал одним из самых используемых материалов в мире. Только полиэтиленовых пакетов используется ежегодно более десятка миллиардов. Полимерные изделия повсеместно используются в быту. Однако, несмотря на все свои, казалось бы, привлекательные свойства, пластик имеет ряд недостатков. Два основных из них заключаются в следующем: во-первых, пластиковые изделия производятся из невосстанавливаемых природных ресурсов нефти, угля, газа и, во-вторых, долговечность пластика, к которой так стремились его изобретатели, и которая считалась одним из его достоинств, в долгосрочной перспективе обернулась одним из его главных недостатков и теперь угрожает экологии всей планеты. С каждым годом потребление пластмассы растет, а вместе с ней растут и горы неразлагающихся отходов, загрязняющих окружающую среду. Пластик - это настоящее бедствие для природы! По данным ООН пластиковые отбросы становятся причиной гибели 1 млн. морских птиц в год. Таким образом, проблемы, связанные с использованием пластика, стимулировали ученых из многих стран задуматься к концу XX века о создании материала, близкого пластмассе по свойствам, но, в отличие от нее, разлагаемого бактериями и производимого из восстанавливаемых компонентов скажем, из растений. И нам не безразлична экология нашей планеты и жизнь братьев наших меньших, именно поэтому мы постараемся помочь в решении проблемы загрязнения планеты синтетическим мусором. Актуальность работы: мы попытались обратить внимание людей на проблему загрязнения окружающей среды бытовыми отходами и возможность заменить пластическую упаковку на упаковку, сделанную из биоразлагающегося материала. Целью нашей работы является получение биоупаковки на основе крахмала, которая не будет наносить вреда окружающей природе. Задачи: 3
4 1. Подобрать опытным путем оптимальный состав для создания биопластика 2. Проверить свойства полученного биопластика в качестве упаковочного материала 4
9 сейчас. Более того, хлеб можно есть, не снимая пленку. Из новоизобретенного крахмала можно также сделать и поддон, аналогичный тем, в которых продаются суповые наборы в супермаркетах. В таком случае суповой набор не придется разворачивать, а прямо с поддоном кинуть в воду, - через несколько минут он полностью растворится. Сергей Тымчук уверяет, что биоразлагаемые упаковочные материалы не меняют вкус пищи, так как у них вообще нет вкусовых качеств. Если же пленку выбросить, то через четыре недели она полностью разложится в естественной среде. К сожалению, пока рано говорить о массовом производстве съедобной пленки, поскольку предпринимателям дешевле изготовлять обычный полиэтилен[5]. Нельзя не отметить, что развитие производства биоразлагаемых полимеров требует значительных инвестиций в исследования, сельскохозяйственные работы, строительство заводов. Несмотря на это, многие европейские и американские компании готовы идти на эти траты. По данным СМИ, затраты на переработку пластика также требуют крупных вложений. Производственная линия полного цикла переработки синтетического пластика с производительностью около 1 т/ч по состоянию на 2016 год обойдется производителю в тыс. долларов[5]. 1.3 Ингредиенты для создания биопластика Для лучшего понимания сходств и отличий рецептур и для облегчения поиска правильных подходов к приготовлению биопластика на основе крахмала, важно понимать механику протекающих в процессе его получения реакций и их предназначения. Главным компонентом является природный биополимер- крахмал. Крахмал состоит в основном из двух видов полисахаридов: линейной амилозы и ветвистого амилопектина. 9
10 Для получения пластика намного лучше подходят линейные молекулы, именно поэтому в рецептах присутствуют кислоты и соли. Ионы в растворе способствуют гидролизу связей, соединяющих ветви амилопектина, разрывая его на множество более коротких цепочек амилозы. Эти длинные молекулы перепутываются и образуют прочные связи. Гидролиз: (C 6 H 10 O 5 ) n + nh 2 O t,h2so4 nc 6 H 12 O 6 глюкоза Гидролиз протекает ступенчато: (C 6 H 10 O 5 ) n (C 6 H 10 O 5 ) m xc 12 H 22 O 11 n C 6 H 12 O 6 (Примечание, m 11 Такие крепкие переплетения приводят к образованию достаточно твердого и жесткого пластика, что может стать причиной его хрупкости и ограниченности сфер применения. Для того, чтобы обеспечить некоторое скольжение между цепочками и сделать материал достаточно гибким, в рецептах присутствуют глицерин. Он выполняет роль смазки в структуре полученного пластика и делает его мягким и гибким, увеличивает гигроскопичность. Глицерин относится к группе стабилизаторов, обладающих свойствами сохранять и увеличивать степень вязкости и консистенции пищевых продуктов[2]. Для получения линейных структур крахмала мы использовали ионы соли и уксусную кислоту. Вода является одним из основных реактивов реакции гидролиза крахмала. От количества воды зависит и степень вязкости и, соответственно, толщина упаковки. Глава II. Практическая часть. Создание крахмалопластов 2.1 Методика получения крахмалопласта Часть рецептов мы нашли в Интернете, а часть составляли самостоятельно, опираясь на результаты проведенных опытов. Для создания крахмалопластов мы использовали крахмал кукурузный и картофельный и ингредиенты, которые способствуют гидролизу крахмала и придают определенные свойства биоупаковке. 1 рецепт (солевой): Крахмал 10г (1 ст. ложка) Поваренная соль 150 мг. Глицерин 60 мл 1% раствора (4 ст.ложки) Все ингредиенты смешать, нагревать на плите при постоянном помешивании до 95 С или до начала вспенивания. Снять с огня, продолжая помешивать массу для осаждения пены. Горячая масса выкладывается в форму и оставляется высыхать на тефлоновой бумаге. 11
12 2 рецепт (содовый): Крахмал 10 г (1 ст.ложка) Сода 20 г (2 ст. ложки) Вода 10 мл Все смешать, нагреть. Продукт похож на массу для лепки, после высыхания масса затвердевает. 3 рецепт (уксусный): Крахмал 10г (1 ст.ложка) Вода 60 мл (4 ст.ложки) Уксус 5 мл 9% раствора (1 ч. ложки) Глицерин 5 мл (1 ч. ложки) Все ингредиенты смешиваются в кастрюле и варятся при постоянном помешивании до загустения. Смесь охлаждается и приобретает форму. 4 рецепт. Для создания боле эластичной и тонкой пленки увеличили содержание воды и глицерина в два раза Крахмал 10г (1 ст. ложка) Вода 120 мл (8 ст. ложек) Уксус 5 мл 9% раствора (1 ч. ложки) Глицерин 10 мл (1 ст. ложка) 5 рецепт (на основе крахмала и глицерина) Крахмал 10г (1 ст. ложка) Вода 120 мл (8 ст. ложек) Глицерин 10 мл (1 ст. ложка) После получения крахмалопластов, все образцы были проверены на то, как они взаимодействуют с водой. Образцы были погружены в воду на три дня и снова рассмотрены их свойства. 12
13 2.2. Результаты исследования После высыхания, все образцы крахмалопластов, были изучены на наличие качеств необходимых для упаковочного материала. Данные представлены в таблице (см. таблицу 1 и приложение). Кроме того выяснилось, что крахмалопласты, полученные на основе кукурузного крахмала, более хрупкие и легко рассыпаются при высыхании(приложение, фото 6,7). Поэтому мы далее использовали только картофельный крахмалом. На основании изученных свойств полученных биопластов, мы предположили возможность их применения и данные представили в таблице. Таблица 1. Свойства крахмалопластов и возможное применение Состав крахмалопла ста 1. Солевой: Крахмал 10г (1 ст. ложка) Поваренная соль 150 мг. Глицерин 60 мл 1% раствора (4 ст.ложки) 2. Содовый: Крахмал 10 г (1 ст.ложка) Сода 20 г (2 ст. ложки) Органолептическ ие свойства Взаимодействие с водой Возможность применения Прозрачная, Не растворяется, Одноразовая твердая, при частично посуда, усилии ломается набухает, контейнеры, становится менее детские игрушки. прочной, эластичной Белого цвета, В воде Контейнеры, а твердая, при растворяется после усилии ломается, через 6 часов использования более хрупкая, чем можно применять первый вариант в качестве 13
14 Вода 10 мл чистящего средства 3.Уксусный: Прозрачная, Не Одноразовая Крахмал 10г (1 твердая, при растворяется, посуда, ст.ложка) усилии ломается, частично контейнеры, Вода 60 мл (4 но хрупкость набухает, оболочка для ст. ложки) меньше, чем становится менее колбас, сыра и Уксус 5 мл 9% солевой вариант прочной хлебобулочных раствора (1 ч. изделий ложки) Глицерин 5 мл (1 ч. ложки) 4.Крахмал 10г Прозрачная, Не растворяется, Оболочка для (1 ст. ложка) тонкая, твердая, частично колбас, сыра и Вода 120 мл (8 при усилии набухает, хлебобулочных ст. ложек) ломается, становится более изделий, также Уксус 5 мл 9% съедобная эластичной может быть раствора (1 ч. съедобной ложки) оболочкой для Глицерин 10 этих изделий мл (1 ст. ложка) 5. Крахмал 10г Прочный, гибкий и Не растворяется, Оболочка для (1ст. ложка) эластичный, частично колбас, сыра и Вода 120 мл (8 съедобная набухает, хлебобулочных ст. ложек) становится более изделий, также Глицерин 10 эластичной может быть мл (1 ст. ложка съедобной оболочкой для 14
15 этих Материал пакетов. изделий для После изучения свойств полученных крахмалопластов, мы пришли к выводу, что все полученные образцы можно использовать в качестве упаковочного материала, согласно их свойствам. Мы можем предположить, что хрупкость крахмалопластов с солью и уксусной кислотой, связана с возможность образования солевых и эфирных мостиков между полимерными цепочками амилопектина. Расчет себестоимости продукта Мы провели расчет себестоимости получения 1 т/час крахмалопласта состава: 1 часть крахмала 1 часть глицерина, 12 частей воды. Крахмал 71,4 кг- 928,2 руб Глицерин 71,4 л руб Вода 856,8 л- 27,62 руб Затраты на электроэнергию 3.43 руб Итого ,25 руб (при предварительном расчете). По данным, которые мы нашли в Интернете, производственная линия полного цикла переработки синтетического пластика с производительностью около 1 т/ч по состоянию на 2016 год обойдется производителю в тыс. долларов. Согласно нашим расчетам производство крахмалопластов дешевле в 178 раз. 15
16 Выводы 1. Крахмал можно использовать как материал для получения биоупаковки 2. Можно получать биоупаковки разного назначения, подбирая соответствующие ингредиенты 3. Биоупаковки на основе крахмала экологически безопасны как для природы в целом, так и для здоровья человека. 4. Экономические затраты на изготовление крахмалопластов ниже в сравнении с затратами на сбор и переработку синтетического пластика, а это значит, что получение биопластов можно считать перспективным направлением. 16
17 Список литературы 1.Касьянов Г.И. Биоразрушаемая упаковка для пищевых продуктов Вестник науки и образования Северо-Запада России , Т. 1, N o 1 стр sinteticheskomu-plastiku-sovremennoe-sostoyanie-i-napravlenierabot-po-razru/ 4. takoe_aktivnaja_upa
18 Проверка на водоустойчивость: Приложения Фото 1.Рецепт 4 Фото2. Рецепт 1 Фото 3.Рецепт 3 Фото 4. Рецепт 2 18
19 Фото 5. Рецепт 5 Фото 6. Пленка на основе кукурузного крахмала Фото 7. Образцы после высыхания 19
20 Фото 8. Пленка на основе соды Фото 10. Пленка с хлоридом натрия Фото 9. Пленка с уксусной кислотой Фото 11. Пленка с уксусной кислотой (воды вдвое больше) 20
21 Фото 12. Пленка с глицерином Фото 13. Эластичность пленки с глицерином 21
Читайте также: