Kā no dabīgiem materiāliem izgatavot bioloģiski noārdāmu plastmasu
Tradicionālā plastmasa jau sen ir ikdienas dzīves sastāvdaļa: sākot ar pārtikas iepakojumu, iepirkumu maisiņiem, pudelēm un beidzot ar sadzīves tehniku. Tomēr, neskatoties uz to praktiskumu, uz naftas bāzes izgatavotā plastmasa rada ievērojamas problēmas — tā ir grūti sadalāma, uzkrājas poligonos un okeānos, un rada mikroplastmasu, kas rada risku ekosistēmai. Tāpēc bioloģiski noārdāmā plastmasa kļūst par arvien populārāku alternatīvu, īpaši tā, kas izgatavota no dabīgiem materiāliem, piemēram, cietes un augu šķiedrām.
Bioloģiski noārdāma plastmasa ir polimēru materiāls, ko mikroorganismu aktivitāte var sadalīt vienkāršākos savienojumos, piemēram, ūdenī, oglekļa dioksīdā (vai metānā anaerobos apstākļos) un biomasā. Lai gan termins "bioloģiski noārdāms" bieži tiek pielīdzināts terminam "videi draudzīgs", ir svarīgi saprast, ka sadalīšanās ātrums un intensitāte ir atkarīga no apstākļiem (temperatūras, mitruma, skābekļa un mikrobu sugām). Šajā rakstā ir aplūkots, kā nelielā mērogā (mājās vai vienkāršā laboratorijā) no dabīgiem materiāliem, galvenokārt uz cietes bāzes, izgatavot bioloģiski noārdāmu plastmasu.
Sākot no
Cietes bāzes bioloģiski noārdāmo plastmasu pamatprincipi
Ciete ir polisaharīds, kas bagātīgi atrodams maniokā, kukurūzā, kartupeļos un sāgo. Sildot ar ūdeni, cietes granulas želatinizējas: struktūra izplešas, saites vājinās un maisījums kļūst viskozs. Pievienojot plastifikatoru, piemēram, glicerīnu, cietes matrica kļūst elastīgāka un mazāk pakļauta plaisāšanai. Pēc maisījuma formēšanas un žāvēšanas tiek izveidota vienkārša bioplastmasas loksne.
Svarīgas sastāvdaļas:
1. Dabīgie polimēri: ciete (vai maisījums ar celulozi/šķiedrvielām).
2. Šķīdinātājs: ūdens.
3. Plastifikators: glicerīns (alternatīva: sorbīts, vairāki cukura/cukura spirta veidi).
4. Pastiprinošs līdzeklis (pēc izvēles): smalka dabīgā šķiedra, celuloze vai augļu mizas pulveris.
5. pH/reakcijas regulators (pēc izvēles): etiķis (etiķskābe), lai veicinātu homogenizāciju un plēves raksturu.
Sākot no
Nepieciešamie materiāli un instrumenti
Sastāvdaļas (1–2 mazām plāksnītēm)
– Maniokas ciete/kukurūzas ciete: 10 grami
– Ūdens: 100 ml
– Glicerīns (pārtikas kvalitātes ir drošāks): 5 ml (var būt 3–8 ml atkarībā no vēlamās elastības)
– Etiķis (5%): 5 ml (pēc izvēles, bet noderīgs)
– Dabīga krāsviela (pēc izvēles): piemēram, kurkumas pulveris, pandāna lapas vai aktivētā ogle pēc nepieciešamības
– Smalka šķiedra (pēc izvēles): žāvēts banānu mizas pulveris/ļoti smalka celulozes šķiedra 0,5–1 grams
Rīks
– Maza katliņa vai karstumizturīga mēģene
– Plīts vai sildvirsma
– Lāpstiņa/maisītājs
– Svari vai mērkarotes
– Termometrs (pēc izvēles, palīdz kontrolēt temperatūru)
– Smalks siets (pēc izvēles, lai samazinātu kunkuļu veidošanos)
– Plakana/stikla/teflona cepšanas forma kā veidne
– Žāvēšanai zemā temperatūrā cepeškrāsnī vai ventilējamā telpā
Sākot no
Bioloģiski noārdāmas plastmasas izgatavošanas soļi
1) Sagatavojiet cietes šķīdumu
Vispirms sajauciet 10 gramus cietes ar nelielu daudzumu ūdens (piemēram, 30–40 ml). Maisiet, līdz masa ir pilnībā izšķīdusi un nav kunkuļu. Pēc tam pievienojiet atlikušo ūdeni, lai iegūtu kopā 100 ml. Tas palīdzēs novērst cietes salipšanu karsējot.
2) Pievienojiet palīgmateriālus
Pievienojiet glicerīnu un (ja izmantojat) etiķi. Kārtīgi samaisiet. Glicerīns darbojas kā plastifikators; jo vairāk glicerīna, jo elastīgāka būs plastmasa, taču tā mēdz būt lipīgāka un absorbējošāka. Etiķis var palīdzēt maisījumam kļūt viendabīgākam, un dažās receptēs tas var radīt vienmērīgāku plēvi.
Ja vēlaties stiprāku plastmasu, pievienojiet nedaudz smalkas šķiedras. Pārliecinieties, ka šķiedra ir pilnīgi smalka, lai virsma nekļūtu raupja un viegli neplaisātu.
3) Karsē līdz želatīna veidošanās brīdim
Karsē maisījumu uz mazas vai vidējas uguns, nepārtraukti maisot. Aptuveni 70–90 °C temperatūrā maisījums mainīsies no duļķaina šķidruma uz biezāku, dzidru/caurspīdīgu konsistenci. Turpini maisīt, lai tas nepiedegtu pie pannas dibena.
Veiksmīgas procedūras pazīmes:
– Palielinās viskozitāte (kļūst līdzīga biezai līmei).
– Nav lielu kunkuļu.
– Maisījums izskatās viendabīgs un spīdīgs.
Izslēdziet uguni, kad tekstūra ir vienmērīgi bieza (parasti 5–10 minūtes atkarībā no karstuma).
4) Noņemiet burbuļus un izlīdziniet
Ļaujiet tai nostāvēties 1–2 minūtes, lai gaisa burbuļi paceltos. Varat viegli pamaisīt, lai samazinātu burbuļu daudzumu. Pārāk daudz burbuļu padarīs plēvi pakļautu caurumu veidošanās riskam vai trauslu pēc nožūšanas.
5) Drukājiet uz līdzenas virsmas
Ielejiet karsto mīklu plakanā vai stikla cepšanas pannā. Izlīdziniet biezumu ar lāpstiņu. Biezums lielā mērā ietekmē rezultātu:
– Pārāk plāns: viegli saplēšams.
– Pārāk biezs: žūšanai nepieciešams ilgs laiks un var deformēties.
Iesācējiem ieteicams izmantot aptuveni 0,5–1,5 mm biezumu.
6) Sauss
Pastāv divas izplatītas metodes:
– Žāvēšana gaisā: 24–48 stundas tīrā, vēdināmā un mitrā vietā.
– Cepeškrāsns zemā temperatūrā: 50–60 °C 3–6 stundas (pielāgojiet biezumu).
Kad plēvi var uzmanīgi noņemt no formas. Ja tā ir lipīga, vispirms viegli ieeļļojiet formu vai izmantojiet silikona/teflona paliktni.
Sākot no
Kā pārbaudīt vienkāršus rezultātus
1. Elastības pārbaude: Viegli salieciet. Ja tas saplaisā, ir pārāk maz glicerīna vai plēve ir pārāk sausa/pārāk plāna.
2. Vienkārša stiepes izturības pārbaude: Pavelciet abas puses. Ja tas viegli plīst, mēģiniet pievienot nedaudz cietes vai samazināt glicerīna daudzumu.
3. Ūdensizturības pārbaude: uzpiliniet uz tās ūdeni. Cietes bioplastmasa parasti absorbē ūdeni, tāpēc tā nav tik izturīga pret šķidrumiem kā uz naftas bāzes izgatavota plastmasa. Ūdensizturību var uzlabot, sajaucot citus polimērus (piemēram, nedaudz dabīgā vaska kā pārklājumu), taču tas joprojām ir ierobežoti.
4. Bioloģiskās noārdīšanās tests: Ierakiet nelielu gabaliņu mitrā augsnē/kompostā. Katru nedēļu reģistrējiet izmaiņas. Parasti tas sāk sadalīties/sadalīties ātrāk nekā parastā plastmasa, atkarībā no tā sastāva un apstākļiem.
Sākot no
Dabisko sastāvdaļu variācijas, ko izmēģināt
1. Maniokas ciete (tapioka): viegli iegūstama, veido diezgan caurspīdīgu plēvīti.
2. Kukurūzas ciete (kukurūzas ciete): bieži izmantota, smalka tekstūra.
3. Kartupeļu ciete: mēdz veidot gludu plēvi, bet var būt dārgāka.
4. Agars vai jūraszāles: var veidot plēvīti, bet pēc būtības tas vairāk atgādina želeju; nepieciešama plastifikatora optimizācija.
5. Celuloze/augu šķiedra: kā stiegrojums var palielināt mehānisko izturību, bet, ja tās ir pārāk daudz, tā padara plēvi trauslu.
Sākot no
Padomi labāku rezultātu sasniegšanai
– Karsēšanas laikā nepārtraukti maisiet, lai novērstu kunkuļu veidošanos vai piedegšanu.
– Lai iegūtu vienmērīgu biezumu, izmantojiet pilnīgi plakanas veidnes.
– Ja plēve ir pārāk cieta un viegli plīst: pamazām pievienojiet glicerīnu.
– Ja plēve ir pārāk mīksta vai lipīga: samaziniet glicerīna daudzumu vai pievienojiet cieti.
– Uzglabāt sausā vietā; cietes bioplastmasa mēdz absorbēt gaisa mitrumu.
Sākot no
Ierobežojumi, kas jāsaprot
Vienkāršas uz cietes bāzes izgatavotas bioplastmasas ir piemērotas izglītības mērķiem, maza mēroga pētījumiem vai ierobežotiem pielietojumiem, piemēram, sausajam iepakojumam, amatniecībai vai pagaidu pārklājumiem. Tomēr tām ir kopīgi trūkumi: slikta ūdensizturība, zema karstumizturība un mehāniskās īpašības, kas joprojām ir zemākas par parastajām plastmasām. Rūpnieciskiem pielietojumiem parasti ir nepieciešama papildu apstrāde un materiāli (polimēru sajaukšana, kontrolēta šķērssavienošana vai pārklāšana).
Sākot no
Pennutup
Bioloģiski noārdāmas plastmasas izgatavošana no dabīgiem materiāliem, īpaši cietes, ir praktisks solis ceļā uz bioloģiski noārdāmu plastmasas alternatīvu izpratni. Ar vienkāršām sastāvdaļām, piemēram, cieti, ūdeni, glicerīnu un nedaudz etiķa, var izgatavot bioplastmasas loksnes, kuru elastību un noārdīšanās ātrumu var pārbaudīt. Lai gan šie eksperimenti vēl nespēj aizstāt visu parasto plastmasu, tie ir svarīgi kā sākumpunkts inovācijām: no virtuves vai mazas laboratorijas līdz ilgtspējīgākiem materiālu risinājumiem.
Ja vēlaties, varu palīdzēt jums izveidot recepti ar pielāgotiem mērījumiem (piemēram, elastīgāku, stiprāku vai ūdensizturīgāku plēvi) un pilnīgu zinātniskā raksta formātu ar pamatinformāciju, metodoloģiju un rezultātu apspriešanu.
