Биополимер на основе крахмала

Актуальность

С развитием науки и ростом численности населения увеличивается количество используемых пластмасс как в производстве, так и в повседневной жизни. Вопрос о переработке полимерных материалов стал одним из самых актуальных в настоящее время для всего человечества. Причинами, породившими эту проблему, являются неспособность самоутилизироваться в естественной среде и долгий срок разложения пластика в природе, что приводит к образованию мусорных полигонов, плавучих мусорных островов. Изобретение разлагаемого биопластика может предотвратить эту проблему, поскольку полученный материал, вероятно, будет разлагаться с меньшим вредом для окружающей среды.

Цель

Получить биополимер на основе крахмала.

Задачи

1. Изучить методики получения биополимера из крахмала.

2. Получить несколько образцов биополимера.

3. Измерить прочность разных образцов биополимера.

4. Проверить разлагаемость биополимера в условиях, максимально приближенных к естественным природным условиям.

5. Выбрать наиболее оптимальную методику получения биополимера.

Оснащение и оборудование, использованное в работе

• Химические реактивы

• Лабораторная посуда

• Индикаторная бумага

• Чашки Петри

• Водяная баня

• Весы

• Динамометр

• Крахмал

Описание

В ходе работы были получены образцы биополимеров из картофельного и кукурузного крахмалов на основе уксусной или соляной кислот.

Для получения образцов биополимеров на основе соляной кислоты в стакан ёмкостью 200 мл добавляли 13 мл дистиллированной воды и 1,25 г крахмала. Затем в данный раствор добавляли 0,5 мл глицерина и 2 мл 0,1 М раствора соляной кислоты. Полученную смесь нагревали 5–10 минут на водяной бане до образования вязкой массы, в которую добавляли 2 мл 0,1 М раствора гидроксида калия.

Для получения образцов биополимеров на основе уксусной кислоты в стакан ёмкостью 200 мл добавляли 60 мл дистиллированной воды и 6 г крахмала. Затем в данный раствор добавляли 5 мл глицерина и 5 мл концентрированной уксусной кислоты (70 %). Полученную смесь нагревали 5–10 минут на водяной бане до образования вязкой массы. В вязкую массу добавляли 5 мл 0,1 М раствора гидроксида калия. Полученные образцы выливали в чашки Петри и оставляли на 3 дня до полного высыхания. Таким образом получили 4 образца: картофельный биополимер на уксусной и соляной кислотах, кукурузный на уксусной и соляной кислотах.

Нагревание биополимеров на водяной бане

Для проверки разлагаемости полученных биополимеров был посажен газон в горшках, в которые предварительно поместили образцы биополимеров. В качестве земли использовали почву с пришкольной территории, а полив обеспечивали дождевой и талой водой. Через три недели проверили результат.

Горшочки с закопанными образцами биополимеров

Для проверки образцов на прочность плёнку биополимера из картофельного крахмала на основе соляной кислоты и плёнку биополимера из кукурузного крахмала на основе уксусной кислоты отделяли от чашки Петри. Образцы других биополимеров оказались очень хрупкими и потрескались. Из плёнок вырезали прямоугольные шаблоны, которые впоследствии закрепили на штативе. Затем к нижней части прикрепили крюк динамометра и тянули до полного разрыва.

Результаты

1. В ходе работы получено четыре вида биополимеров. Биополимеры на основе уксусной кислоты застывают дольше и практически не образуют тонкие плёнки по сравнению с образцами на основе соляной кислоты, поскольку образованная после их нагрева на водяной бане масса более вязкая и плотная.

2. Измерения показали, что биополимер из картофельного крахмала на основе соляной кислоты выдерживает действие силы в 7,1 Н, а биополимер из кукурузного крахмала на основе уксусной кислоты – в 5,5 Н.

3. Полученные биополимеры хорошо разлагаются в окружающей среде. Спустя три недели все они разложились в почве.

Выводы

1. Большое преимущество биополимеров из крахмала – доступность компонентов, требуемых для их производства.

2. Полученные биополимеры дешёвые в производстве и не наносят вред окружающей среде, что позволяет защитить планету от новых загрязнений.

3. Наиболее перспективным является образец биополимера из картофельного крахмала на основе соляной кислоты, поскольку данный образец получился эластичным, твёрдым, цельным, а его тонкая плёнка наиболее прочная.

Перспективы использования результатов работы

Полученный биополимер можно использовать для производства биопластиков или в качестве примеси к синтетическим полимерам.

Мнение автора

«Спасибо организаторам конференции «Старт в медицину» за возможность поднять острую, общеизвестную, но от этого не менее важную проблему, с которой столкнулось человечество, и предложить способы её решения».