Optimering af Maling Helena Mladenovski, Oliver Reith Sørensen & Mathilde Bagger Bagsværd Kostskole og Gymnasium
Indholdsfortegnelse Side 3- Problemformulering Side 3- Baggrund for projektet Side 4- Hypotese og teori Side 5- Naturvidenskabelige teorier Side 6- Fremgangsmåder Side 8- Resultater Side 10- Diskussion Side 11- Konklusion og perspektivering Side 11- Kildeliste Optimering af Maling Ingen organiske opløsningsmidler & ingen konserveringsmidler 2
1 Problemformulering Vi undrer os over, at maling stadig i dag er betragtet som farlig og at man ikke har lavet en mere revolutionerende udvikling af maling. Hvordan kan man producere en maling der hverken er sundheds- eller miljøskadelig? Baggrund for projekt Vi har valgt at lave en optimering af maling, fordi det faktisk er en af nutidens rigtig store problemer. Det er et problem i forhold til den sundhedsmæssige risici, der er under maling. Maling udleder organisk opløselige stoffer under tørring, hvilket kan medføre at fedtet i hjernen bliver opløst, det er det, man kalder malersyndrom. I dag er de fleste malinger vandbaseret, men de indeholder stadig en hvis mængde organisk opløselige stoffer og derudover konserveringsmidler. Vi mener, at man kan fremstille en maling uden hverken organiske opløsningsmidler eller konserveringsmidler. Formålet ved fremstilling af denne maling er at skabe en sundere maling for både miljøet og dig. Ved fremstilling af denne maling er der kun anvendt stoffer, der ikke skader, og vi har udeladt de giftstoffer der normalt findes i maling. Det betyder at malingen stadigvæk har de samme egenskaber, men ikke er sundhedsskadelig eller miljøskadelig. Denne maling udleder ingen farlige stoffer under afbrænding, og man behøver ikke at have maske på, når man maler med den, da den ikke indeholder stoffer, der er giftige for dig. Ved at lave en sund maling kan vi undgå fysiske skader ved maling og derudover gøre afbrændingen af malingen helt sikker. 3
Hypotese og teori Vores hypotese er, at hvis man tager udgangspunkt i en opskrift på bland selv maling og fjerner de ingredienser, som er sundhedsskadelige og erstatter dem med ikke skadelige stoffer med tilsvarende egenskaber, kan man lave en optimeret maling. Derved kan man skabe en maling der er 100% godkendt i forhold til sundhed og miljø. Et stof der skal erstattes, er vitriol som har evnen at konservere. Vi vil erstatte vitriolen med en stor forskel på carbonnitrogen indholdet i vores maling. Den store forskel på forholdet vil medføre, at mikroorganismer og bakterier vil være længere tid om at starte en forrådnelsesproces, og derved vil malingen der indeholder organiske stoffer ikke gå i forrådnelse med det samme. Mange organiske stoffer har et naturligt forhold mellem carbon og nitrogen. Hvis man gør forholdet forkert, kan man udskyde en forrådnelsesproces. Ved at læse deklarationerne på de forskellige ingredienser vi har tilsat til vores maling, kan vi regne os frem til hvor meget carbon, vi cirka skal tilsætte. Måden vi gør det på er, at vi først aflæser proteinindholdet og tager 16% af samlet antal gram protein. Derefter omregner vi gram til mol, fordi det skal beregnes i antal i stedet for masse. Vi formoder, at vi skal have et forhold på cirka 20:1, og derfor skal vi bare gange vores mol op med 20, og derved har vi antal mol carbon hvilket kan omregnes til gram. Derudover vil vi tilføje mel, som blev og bliver stadig brugt til enkelte typer maling, for eksempel svenskrød maling. Melet vil forårsage at væsken bliver absorberet, hvilket gør at malingen ikke vil løbe. Derudover vil melet medføre en tykkere konsistens, da malingen stort set kun består af flydende ingredienser, som indebærer at Brug af et forkert forhold af carbon nitrogen i stedet for konserveringsmiddel. malingen ikke er tilstrækkeligt dækkende. Derudover indeholder vores maling linolie, som er en olie, der er brugt gennem mange hundrede år. Linolie er på ingen måde sundhedsskadelig og er derudover naturligt fremstillet. Man stoppede med at bruge linolie i maling, fordi de nye opløsningsmidler er kraftigere og dertil meget sundhedsskadelige. Der findes i dag 2 former for maling akryl- og alkydmaling. Akryl er vandbaseret hvorimod alkyd er oliebaseret, det er den oliebaseret der er mest sundhedsskadelig. Men dér er det værd at bemærke at linolie altså er en god form for olie i sundhedsmæssig sammenhæng. Linolie har derudover også den effekt, at det hjælper malingen til at tørre, hvilket gør den mere anvendelig i daglig brug. Vi vil derudover også tilsætte kærnemælk til vores maling. Kærnemælken vil give en god konsistens, og derudover i samarbejde med melet gøre den organisk, hvilket medfører at vi kan benytte vores teori om carbon-nitrogen forhold til konservering. Det er vigtigt når vi bruger kærnemælk og mel som er organiske stoffer, at vi tager højde for forrådnelsesprocesser. Til slut vil vi tilsætte hjortetaksalt, som i bagning har den egenskab at gøre brød eller kager sprøde. Vores hypotese er, at hjortetaksalten vil påføre malingen den samme form for sprødhed, hvilket betyder at den kan tørre og får en hård overflade. 4
Naturvidenskabelige teorier CN forhold Mange organiske stoffer har et naturligt forhold af Carbon- Nitrogen, for eksempel indeholder protein nitrogen. Hvis man laver det forhold forkert, vil mikroorganismer og bakterier ikke være i stand til at gå ind og starte en forrådnelsesproces, derved har vi i princippet konserveret vores maling. Vi vil selvfølgelig ikke kunne udelukke en forrådnelsesproces helt, men det vi kan gøre er at udskyde den. Hvis forholdet er 1:1, som det for eksempel er i urin, så vil nedbrydelsen gå rigtig hurtigt, hvorimod hvis forholdet er 500:1 som det er i savsmuld, vil nedbrydningen gå meget langsommere. Vi formoder at forholdet cirka skal ligge på omkring 20:1 for at udskyde forrådnelsesprocessen tilstrækkeligt. Absorption I vores maling er det derudover også vigtigt, at den er holdbar. Ifølge vores hypotese, mener vi at mel vil have den effekt på malingen, at den kan absorbere væsken. Hvilket derfor vil medføre, at den kan fordampe og derved efterlade væggen med det tørre produkt. Vi begrunder vore hypotese med henblik på svenskrød maling, hvori man bruger rugmel. Vi har lavet et forsøg, hvor vi har testet de forskellige meltypers absorption og evne til at tørre. Vi fandt ud af, at det er fine meltyper som suger og tørre bedst. Dette giver god mening, fordi der er mere overflade pr. gram, og fordi den optager igennem overfladen så går det hurtigere. Det kan vores forsøg også bekræfte, fordi vi havde både durum- og fuldkornsdurummel og den normale durummel var langt bedre. Mol Mol er et tal som bruges til at finde et antal af et stof, for eksempel kunne stoffet være NaOH. 1 mol= 6,02*10 23 Man kan for eksempel bruge det til at finde mol-vægten af et stof. Natrium vejer 23 g/mol Oxygen vejer 16 g/mol Hydrogen vejer 1 g/mol I alt vejer NAOH altså 40 g/mol. På den måde beskriver man antallet af atomer på en simpel måde. 5
Fremgangsmåder Melet Vi er kommet frem til, at vi vil bruge mel i vores maling, fordi det har været brugt før, og det kan give en holdbarhed og hjælpe med at få malingen til at størkne. Spørgsmålet var hvilken mel vi skulle bruge. Derfor lavede vi et forsøg, hvor vi testede en masse forskellige meltyper. Vi testede dem ved at klippe klude ud i strimler, gøre dem våde og så sprede melet ud i et så lige fordelt lag som muligt. Grunden til at vi vejede kludene var, at vi regnede med at de stadig var lidt våde, så vi kunne skrabe melet af og veje dem, men de var knas tørre, så det kunne vi ikke. Derefter ventede vi i 18 timer for at vende tilbage og observere forsøget. Vi bedømte ud fra følgene ting tørhed, klumper, sprødhed og hvor meget det var krøllet sammen, altså hvor hurtigt det var tørret. Vi kom frem til at der var 3 rigtig gode typer: durum-, hvede- og kartoffelmel. Der var dog nogle ulemper ved alle 3. Kartoffelmel er meget tungt, og det suger ekstremt hurtigt, men det krakelerer og klumper også. Hvede havde nogle gode evner, den sugede fint og havde en sprødhed som var rigtig god, men den klumpede også mere end durum og sugede ikke lige så meget, så vi valgte durum. Durum er rigtig godt, fordi det sugede ekstremt godt, (vi kunne se det med det samme) klumpede slet ikke og lagde sig som et beskyttende lag, der er dog en ulempe, det er dyrere end fx hvedemel. Formålet er dog ikke at lave en billig maling, men en god maling. Selve malingen 1 del Linolie Vægt vi- skestykker tør (g) Vægt vi- skestyk- ker våd (g) 5 g af hver Vurdering af melet Økologisk Ikke god sugeevne, der er ikke meget der rugmel 1,3 13 sidder fast. Umiddelbart ret god, meget krøl altså hur- Speltmel 1,2 13,2 tigt sug, kan bruges, dog grov Meget krøl, god sugeevne, helt stiv, størk- Durummel 1,3 16,1 ner godt, kan bruges Grahams- mel 1,3 15,9 Klumper meget, fint sug, dog ikke brugbar Hvedemel 1,1 13,2 Fuld- kornshve- demel 1,1 15,3 Samme evner som durummel, klumper, suger ikke optimalt Meget der falder af, krøller lidt, grynet konsistens Maltmel 1,3 16 Fint sug, ikke samme sprødhed Kartoffel- mel 1,4 17,1 Krakelerer, suger hurtigt og effektivt Fuld- kornsdu- rummel 1,2 Smuldre, fint sug, slet ikke lige så god som 15,2 normal durummel 6
2 dele kærnemælk 20-25 g hjortetaksalt pr. liter maling x g durummel 4 mol carbon Rør 1 del linolie op med 2 dele kærnemælk, og tilføj 20-25 gram hjortetaksalt pr. liter maling og rør melet i blandingen. Lav CN forholdet rigtigt, for at forhindre algevækst eller andet uønsket svamp. Begynd så at male. Det er de ting der skal til for at skabe malingen. Vi har taget udgangspunkt i en kasein tempera maling, men optimeret den så den har taget udgangspunkt i vores behov. Vandafvisende For at teste om malingen var vandafvisende tog vi vores bræt der var malet på og skyllede den over med vand. Deriblandt tjekkede vi om malingen kunne tåle at vi gned vores fingre på brættet og om vi med en tør serviet kunne gnide på brættet. Til sidst observerede vi hvordan vandet lagde sig på brættet, altså om den trængte ind i træet eller om malingen dannede en form for lag. Resultatet af dette var at vores maling var helt vandafvisende og lagde sig oven på brættet. Forudsætning for mikroorganismer og bakterier Vores måde at konservere på ved hjælp af et stort CN-forhold var kun en teori, s derfor var vi selvfølgelig nød til at teste den. For at teste den opstillede vi et forsøg som skulle fremprovokere bakterier og mikroorganismer. Vi tog et lille stykke træ som vi havde malet på og lagde det ned i en kasse. I kassens låg satte vi en våd klud fast, og satte kassen i varmeskab på 37 o C. Alt dette fordi vi ville skabe de ideelle forhold for bakterievækst. Efter to døgn i varmeskab kunne vi tage kassen ud til observation. Både inden og efter opholdet i varmeskab målte vi ph-værdien af malingen. Meningen med den måling var at hvis der var sket en ændring af ph-værdien ville der formegentlig være sket noget i forhold til bakterievækst. Resultatet af dette forsøg var at ph-værdien forblev på 7 hvilket bekræftede vores teori om en udskudt forrådnelsesproces. Hvid maling En af de store hovedelementer i maling er at man skal kunne vælge ud fra hele farvespektret derfor er vi nød til at kunne udvikle en tilsvarende maling i hvid hvilket vil give mulighed for alle farver. Problemet var at vi var nødsaget til at tilsætte carbon til konservering. Vi fik ideen at måske var vores naturlige carbonindhold stort nok i sig selv, da der både er carbon i kulhydrater, proteiner, fedt og i den grad i linolie. Vi kom frem til at forholdet i vores grundbase er 1:23,65 hvilket er stort nok ifølge vores hypotese. Derfor begyndte vi at eksperimentere med hvide pigmenter (som selvfølgelig var naturlige og ufarlige). Vi prøvede at bruge Titandioxid som vores hvide pigment men dette forsøg fejlede desværre. Problemet var at Titandioxid var opløseligt i vand hvilket forårsagede at vores maling ikke var tilstrækkeligt vandafvisende. Derfor skal der gøres yderligere forsøg med et andet hvidt pigment. 7
Resultater Beregninger af CN forhold Til at starte med skal vi finde ud af hvor meget nitrogen, der er i de forskellige stoffer. Med en formodning om, at vi skal bruge forholdet 20:1, kan vi dermed gange vores nitrogental op, så vi får det ønskede carbontal. Man kan tilmed regne det carbon, der allerede er i de forskellige ingredienser med. Det har vi dog valgt at udelade, da vi bare behøver en mindste værdi af carbon, og dermed gør det ikke noget, at der allerede er lidt carbon i vores maling. Måden vi gør det på er simpel. Proteiner er dem der indeholder N, derved er vi først nød til at finde ud af, hvor meget protein, der er i de forskellige ingredienser. Vi kan via en af vores kilder sige, at der cirka er 16% nitrogen i protein, derfor tager vi 16% af det antal gram, vi kunne læse os til på deklarationerne og omregner det til mol. I hjortetaksalt var der ikke en deklaration, så derfor bruger vi molvægten for nitrogen og dividerer den med den samlede molvægt, som vi kender på grund af formlen NH4HCO3, for at finde ud af, hvor meget nitrogen procentvis udgør af hele hjortetaksalten. Den procent ganger vi derefter op med tilsat antal gram. Til sidst ganger vi det samlede tal op med 20, for at finde moltallet for carbon. Nitrogen Kærnemælk = 3,3 g protein Durum hvedemel = 12,1 g protein Hjortetaksalt: 14,01 79,056 = 0,1772162 2,1 g hjortetaksalt 0,1772162 = 0,372154 g gà mol (3,3 + 12,1) 0,16 = 2,464 2,464 + 0,372154 = 2,836154 2,836154 g = 14,01 g/mol x x = 0,20243783 mol Mængde Carbon der skal bruges 0,20243783 20 = 4,048757 mol carbon Carbon Carbon Molmasse: 12 g/mol Hydrogen molmasse: 1 g/mol Oxygen molmasse: 16 g/mol Nitrogen molmasse: 14 g/mol Protein Gennemsnitsformel: C 5 H 7 NO 2 12,1 2,5 + 3,3 5 = 46,75 g protein 8
5 12 + 7 1 + 14 1 + 16 2 = 113 5 12 = 60 60 = 0,5309735 113 46,75 0,5309735 = 24,82 𝑔 𝐶𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛 Kulhydrat Durum hvedemel 68,6 2,5 = 171,5 𝑔 Kærnemælk 3,7 5 = 18,5 𝑔 I alt 171,5 + 18,5 = 190 𝑔 Formel: C6H12O6 12 6 + 1 12 + 6 16 = 180 72 = 40% 180 190 0,4 = 76 𝑔 𝐶𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛 𝑖 𝑎𝑙𝑡 Fedt Durum hvedemel 1,3 2,5 = 3,25 𝑔 Kærnemælk 0,5 5 = 2,5 𝑔 I alt Formel C51H98O6 3,25 + 2,5 = 5,75 𝑔 6 51 + 98 1 + 6 16 = 500 51 6 = 306 306 = 61,2% 500 5,75 0,612 = 3,519 𝑔 𝐶𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛 𝑖 𝑎𝑙𝑡 Linolie Linolensyre: C18H30O2 Linololie: C18H32O2 Densitet på linolie Carbon i linolie 9,3 = 0,93 10 18 12 + 31 1 + 16 2 = 279𝑔/𝑚𝑜𝑙 18 12 = 0,77 279 250 0,93 0,77 = 179𝑔 𝐶𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛 𝑖 𝑙𝑖𝑛𝑜𝑙𝑖𝑒 Samlet mængde Carbon 179 + 3,52 + 76 + 24,82 = 283,34 𝑔 𝐶𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛 CN forhold 283,34 = 23,65 11,98 CN forholdet er på 1:23,65 9
Mængde mel i maling Da vi endeligt skulle producere vores maling, var vi selvfølgelig nødt til at undersøge, hvor meget mel vi skulle putte i. Alle er malet med to lag. Fra venstre ser vi en blanding med 30 g mel, en blanding med 15 g mel og til sidst en blanding med 7,5 g mel. Vi har kun ændret på den faktor, for at se mels indvirkning på malingen, og vi kan dermed konkludere at mel altså giver malingen en tykkere konsistens og dertil giver bedre dækning. Så til vores endelige maling skal vi bruge cirka 30 g. Som svarer til en del. Diskussion Der er mange problemer man skal tage hensyn til, når man prøver at udvikle et nyt produkt, så det har vi selvfølgelig også gjort. Vores hovedpunkt var at lave en maling, der kunne fungere så optimalt som muligt og have en holdbarhed der var realistisk. Derfor har vi prøvet os frem med forskellige melarter og forskellige mængder. Derfra er vi kommet frem til at durrummel er den mest optimale mel for malingen og jo mere mel man tilsætter blandingen, jo tykkere bliver konsistensen og derfor også mere dækkende. Som sagt har vi ud fra vores forsøg fundet ud af at den maling med mest mel i, har den tykkeste konsistens og den glatteste overflade. Spørgsmålet er nu om blandingen er holdbar nok og vil kunne holde til flere års slid. I det at melet fremstår som en stor del af malingen og det er uvist hvordan melet kommer til at opføre sig efter et par år. Vi tilsatte Carbon til vores blanding, for at booste Carbon indholdet og udskyde forrådnelses processen så lang tid, som muligt. Dette medvirkede at blandingen blev sort pga. Carbon i form af kul. Vi har endnu ikke fundet frem til andre farver, eller hvordan vi skal tilsætte Carbon på en anden form. Dette kan blive problematisk hvis man ønsker andre farver, som også skal kunne holde, så det skal der videreudvikles på. Vejrforhold skal der også testes på i fremtiden. Vi har endnu ikke testet nok på malingen til at vide hvor slidstærk den er. Hvis malingen f.eks. bliver brugt udendørs kan vind, regn, uv-stråler og andre vejrforhold være afgørende for holdbarheden af malingen. 10
Vores maling er meget anderledes end dem der er på markedet, men hvis der bliver videreudviklet på den, vil den hurtigt kunne måle sig og endda være bedre end dem på markedet. Økonomisk ved vi endnu ikke om det kan betale sig, da de ingredienser vi bruger er dyrere, end dem man normalt benytter. Vil folk betale mere for denne optimerede maling? Det mener vi, da den både er til gavn for miljøet og samfundet. Da den jo ikke skal deponeres, bliver der ikke brugt meget energi og penge, på deponeringen. Udover det vil folk kunne håndtere malingen i sikrere omfang. Konklusion og perspektivering Vi kan til slut konkludere, at det er muligt at lave en maling, der ikke er farlig i forhold til aspekterne sundhed og miljø. Vores resultat er dog så nyt, at vi stadigvæk ikke kan konkludere på holdbarhed, om CN-teorien holder, økonomi, mulige farver og anvendelse. Det vil kræve langt flere forsøg og eksperimenter, langt mere tid og flere ressourcer at bringe malingen på markedet. I forhold til de forsøg vi har fortaget os, kan vi nu sige at farven er dækkende, den er i stand til at tørre, den har en tyk konsistens og den kvalificerer sig som en normal maling. Hvis man kan formå at producere en hvid maling, vil man potentielt kunne lave alle farver, og derved bliver den anvendelig for den almene forbruger. Til at starte med skal man finde et pigment som er ufarligt og ikke vandopløseligt i malingen. Et bud på det kunne være Zinkhvid da det før har været brugt til maling, den eneste komplikation der eventuelt kunne være med zinkhvid ville være at den krakelerer på træoverflader. Vi har en tese om at denne problematik kan undgås ved eventuelt at tilsætte gummi arabikum som kunne give en overfladespænding altså holde malingen sammen. Derudover er det først en forbedring sundhedsmæssigt, når malingen når ud til forbrugeren, og der faktisk er en forholdsvis stor andel der køber produktet. Kildeliste http://da.wikipedia.org/wiki/hjortetakssalt http://bolius.dk http://miljøstyrelsen.dk http://mst.dk/media/mst/66871/baggrundsnotat%20aat-pbvteknologi_fina-rettet%20110328l.pdf http://www.skoven-i-skolen.dk/content/nedbrydning http://www-mst.dk Periodiske system Kirsten Thøgersen Claus Rintza 11