Doğa Dostu Biyoplastik Yapalım
Plastikler günlük yaşamımızın bir parçası. Kolay şekillendirilebilmeleri, maliyetlerinin düşük olması, ısı ve elektrik yalıtımı sağlamaları gibi özellikleri nedeniyle yaygın olarak kullanıyorlar. Plastiklerin üretiminde petrol kaynaklı maddelerin kullanılması, bu nedenle atmosfere karbon salınımını artırmaları, doğada uzun süre bozunmadan kalmaları, kanserojen etkileri ve besin zincirine dâhil olmaları nedeniyle ekosistem için tehlike oluşturabiliyorlar. Peki, plastiksiz bir dünya mümkün mü? Biyoplastikler, plastiklerin neden olduğu sorunlara çözüm olabilir mi?
Deneyler köşesinin bu projesinde evde bulabileceğimiz malzemelerle mısır nişastasından biyoplastik yapıyoruz. Bu sırada biyoplastik malzemelerin kullanım alanları hakkında bilgi sahibi oluyoruz.
Bilmekte Fayda Var!
Plastikler yaklaşık yüz yıldır hayatımızda. Ambalaj malzemelerinin üretiminde, tekstil ürünlerinde, otomotiv endüstrisinde, inşaat sektöründe, mobilya, mutfak eşyası, diş dolgusu, gözlük çerçevesi ve lens imalatı gibi birçok alanda plastik ürünler kullanılıyor. Plastikler hayatımızın birçok alanında kolaylıklar sağlasa da çevre ve canlılar için oluşturduğu zararlı etkiler çok ciddi boyutlara ulaşmış durumda.
Plastik yapay olarak üretilen bir polimer türüdür ancak günlük hayatta çoğunlukla polimer kavramı yerine kullanılır. Polimerler çok sayıdaki küçük molekül parçalarının birbirine bağlanmasıyla oluşan çok uzun moleküllerdir.
Plastikler, genellikle petrol ürünlerinden elde ediliyor. Bu nedenle üretimleri sırasında karbon salımına yol açıyor, dolayısıyla sera gazı etkisini ve küresel ısınmayı artırıyorlar. Ayrıca plastiklerin doğada parçalanarak yok olması çok uzun sürüyor. Yapılarındaki zehirli maddeler çevreye ve canlılara zarar veriyor. Mikro ölçekteki plastik parçaları okyanuslardaki canlılar tarafından besin zincirine dâhil ediliyor. Deniz kuşlarının yüzde 90’ı atık plastik yiyor. Yani plastikler yalnızca biz insanları değil gezegeni paylaştığımız tüm canlıların yaşamını tehdit ediyor. Çok sayıda olumsuz özelliğe sahip plastiklerin bir alternatifi var: biyoplastikler!
Biyoplastikler (biyopolimer olarak da isimlendirilirler), kullanıldıktan sonra mikroorganizmalar tarafından çevreye zarar vermeyen ürünlere dönüştürülebilen polimerlere verilen isimdir. Doğal yollarla parçalanabildikleri için biyobozunur polimerler olarak da isimlendirilirler.
Biyoplastikler bitkilerden elde edilen farklı biyokütle kaynaklarından (örneğin mısır veya patates nişastası, selüloz) üretilebiliyor. Biyoplastikler petrole olan bağımlılığı azaltıyor. Biyoplastikler üretilirken harcanan enerji petrol kaynaklı plastikler üretilirken harcanan enerjiye göre daha düşük. Plastiğin türüne göre değişmekle birlikte biyoplastiklerin üretimi sırasında petrol kaynaklı plastiklere göre daha az karbondioksit açığa çıkıyor. Biyoplastiklerin doğada kısa sürede bozunması ise en önemli avantajlarından biri.
Biyoplastikler tıp ve sağlık, elektronik, otomotiv, kozmetik, spor ve oyuncak endüstrisi gibi birçok alanda kullanılıyor. Örneğin tıp ve sağlık alanında biyolojik olarak parçalanma özelliğine sahip dikişler, kırık kemiklerin onarılması için vücuda yerleştirilen vida ya da çiviler, tıkanan ya da daralan kalp damarlarının açılmasında kullanılan kalp damar stentleri ikinci cerrahi müdahale zorunluğunu ortadan kaldırıyor.
Tıkanan ya da daralan kalp damarlarının açılmasında kullanılan biyobozunur özellikte bir kalp damar stenti
Deneyler köşesinin bu etkinliğinde mısır nişastasından biyoplastik elde ediyoruz.
Nelere İhtiyacımız Var?
- Mısır nişastası
- Saf su
- Gliserin
- Sirke
- Gıda boyası
- Dereceli silindir ya da ölçü kabı
- Beher ya da ısıya dayanıklı kap (tava vb.)
- Çay kaşığı
- A4 boyutunda alüminyum folyo
- Isıtıcı
Uyarı:
Etkinliğe başlamadan önce koruma gözlüğü ve eldiven takılmalı, laboratuvar önlüğü giyilmelidir.
Kimyasal maddeleri kullanırken dikkatli olunmalı, bu maddeler solunmamalı ve yutulmamalıdır.
Ne Yapıyoruz?
. Üzerinde hacim ölçümü için derecelendirmeler bulunan bir ölçü kabı yardımı ile 60 mililitre saf suyu ısıya dayanıklı bir kaba dolduralım. İçine yaklaşık 5 çay kaşığı (10 g) mısır nişastası ekleyip karıştıralım.
. Nişasta-su karışımına yaklaşık bir çay kaşığı (5 mililitre) sirke ve bir çay kaşığı (5 mililitre) gliserin ekleyelim ve karıştıralım.
. Hazırladığımız karışıma bir damla gıda boyası damlatalım.
. Renk karışımın her yerine eşit bir şekilde dağılıncaya kadar karıştıralım.
. Karışımı bir ocak üzerinde karıştırarak ısıtalım.
. Karışımdan kabarcıklar çıkmaya başlayınca bir süre daha karıştıralım ve yarı şeffaf jel hâline gelince ocağın üzerinden alalım.
. Karışım soğumadan alüminyum folyo üzerine kaşıkla yayalım. Kuruması için birkaç gün bekleyelim.
Biyoplastiğimiz hazır.
Dilerseniz kendi yaptığınız biyoplastiğin ne kadar sağlam olduğunu test edebilirsiniz.
Ne Oldu?
Nişasta, glikoz moleküllerinin birbirine bağlanmasıyla oluşur. Nişastanın yapısındaki glikoz molekülleri iki farklı şekilde birbirlerine bağlıdır: glikoz moleküllerinin doğrusal bir zincir oluşturduğu amiloz ve dallanmalara sahip amilopektin. Nişasta yaklaşık dörtte bir oranında amiloz, dörtte üç oranında amilopektinden oluşur.
Amilopektin dallanmış bir yapıda olduğundan glikoz moleküllerinin birbirine bağlanarak uzun molekül yani polimer oluşturmasını engeller. Bu nedenle biyoplastik oluşumunun ilk aşamasında nişastadaki glikoz molekülleri birbirinden ayrılır. Isı, su ve sirke nişastanın molekülleri arasındaki bağların kopmasında etkilidir. Sirke (asetik asit adı verilen bir asit çözeltisidir) nişastadaki, dallanmış bir yapıya sahip olan amilopektin moleküllerinin düz zincirli amiloz moleküllerine parçalanmasını sağlar.
Nişasta-su karışımına sirke eklenip karışım ısıtıldığında nişasta molekülleri suda çözünür ve karışım akışkanlığı düşük bir hâl alır. Yani karışım jelatinleşmeye başlar. Karışım soğumaya başlandığında amiloz molekülleri arasında hidrojen bağları oluşur ve böylece uzun zincirli biyoplastik elde ederiz.
Gliserin biyoplastikteki molekül zincirlerinin düzenli bir yapı oluşturacak şekilde (bu bölgeler kristal bölgeler olarak isimlendirilir) bir araya gelmesini zorlaştırır. Bu sayede elde edilen biyoplastik daha esnek olur. Karışıma gliserin eklenmeseydi elde edilen biyoplastik hayli kırılgan olacaktı.
Hazırladığınız karışıma farklı miktarlarda gliserin ekleyerek esneklik derecesi birbirinden farklı biyoplastikler üretebilir ve elde ettiğiniz biyoplastiklerin dayanıklılığını test edebilirsiniz. Ayrıca elde ettiğiniz biyoplastiklerin hangi koşullar altında, ne kadar sürede bozunmadan kaldığını ölçebilirsiniz. Biyoplastik yaparken hangi maddeden ne kadar eklediğinizi ve elde ettiğiniz sonuçları not edebilirsiniz.
Biyoplastik yaparken farklı renkte gıda boyaları ve kalıplar kullanıp biyoplastiğinize bardak gibi farklı şekiller verebilirsiniz.
Kaynaklar:
- Gümüşderelioğlu, M., Kesgin, D., Çevreyle Dost Polimerler, Bilim ve Teknik, Sayı 438, s. 82-84, 2004.
- Gümüşderelioğlu, M., Biyoplastikler, Bilim ve Teknik, Sayı 541, s.76-79, 2012.
- Niaounakis, M., Biopolymers: Applications and Trends, William Andrew Publishing, 2015.
- Arıkan, B. E. & Özsoy H. D., Bitkilerden Biyoplastik Üretimi, Bursa Tarım Kongresi, 2014.
- http://stanford.edu/~dsull/Making_Bioplastics.pdf
- https://csp.umn.edu/wp-content/uploads/2017/03/Make-it-and-Break-it.pdf
- https://www.plasticpollutioncoalition.org