塑造科學:將牛奶變成塑膠!

來自科學夥伴的凝乳化學工藝


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核心概念
塑膠
聚合物
牛奶
酪蛋白

引言
您聽說過塑膠可以用牛奶製成嗎?如果這聽起來很牽強,您可能會驚訝地發現,從 20 世紀初到 1945 年左右,牛奶通常被用來製作許多不同的塑膠裝飾品。這包括紐扣、裝飾釦、珠子和其他珠寶、鋼筆、手持鏡子的後背,以及精美的梳子和刷子套裝。牛奶塑膠(通常稱為酪蛋白塑膠)甚至被用來為英國瑪麗女王制作珠寶!在本次活動中,您將用熱牛奶和醋製作自己的酪蛋白塑膠。

背景
塑膠是一組材料,它們可能看起來或感覺不同,但都可以被塑造成不同的形狀。不同塑膠產品之間的相似性和差異歸結為構成它們的分子。所有塑膠都由分子組成,這些分子以鏈狀重複自身,稱為聚合物。聚合物可以是單一型別分子的鏈,也可以是不同型別分子的鏈,它們以規則的模式連線在一起。此外,在聚合物中,分子模式的單個重複稱為單體,它可以僅由一種型別的分子組成,也可以包括幾種不同的型別。

牛奶含有大量稱為酪蛋白的蛋白質分子。每個酪蛋白分子都是一個單體,而酪蛋白單體的鏈則是一個聚合物。該聚合物可以被舀起並塑形,這就是為什麼用牛奶製成的塑膠被稱為酪蛋白塑膠。

材料
•    量杯
•    牛奶
•    爐頂烤箱和平底鍋或微波爐和微波爐專用容器
•    馬克杯或其他耐熱杯子
•    量勺
•    白醋
•    紙巾
•    不會被潮溼損壞的乾淨、堅硬的表面
•    勺子
•    餅乾模具、閃光粉、食用色素、記號筆(均為可選)
•    成人協助和監督加熱和處理熱液體

準備
•    在平底鍋或爐頂上加熱一杯牛奶,直到冒熱氣。或者,您可以在微波爐專用容器中以 50% 的功率加熱五分鐘來微波牛奶。它的溫度應該與您用來製作熱可可的牛奶溫度大致相同;如果需要,可以加熱更長時間。

步驟
•    在馬克杯或其他耐熱杯中加入四茶匙(tsp.)白醋。
•    將一杯熱牛奶倒入馬克杯。您應該看到牛奶形成白色塊狀物,稱為凝乳。您認為牛奶加入醋後為什麼會形成凝乳?您認為它們是由什麼製成的?
•    用勺子緩慢攪拌馬克杯幾秒鐘。牛奶和醋混合在一起會發生什麼?您認為這是為什麼?
•    在不會因受潮而損壞的堅硬表面上堆疊四層紙巾。
•    一旦牛奶和醋的混合物冷卻一點,用勺子舀出凝乳。您可以將勺子傾斜靠在馬克杯內側,讓多餘的液體流出,同時將凝乳保留在勺子裡。儘可能多地收集凝乳,並將它們放在紙巾堆的頂部。
•    將紙巾堆的邊緣摺疊到凝乳上,然後向下按壓以吸收多餘的液體。如果需要,可以使用額外的紙巾來吸乾剩餘的水分。
•    像揉麵團一樣將所有凝乳揉成一個球。您手中拿著的是酪蛋白塑膠。揉好的凝乳與最初的凝乳相比,感覺和外觀有何不同?
•    如果您想用酪蛋白塑膠製作東西,您可以現在(在製作塑膠麵糰的一小時內)對其進行著色、塑形或模製,並將其放在紙巾上乾燥至少 48 小時。一旦乾燥,酪蛋白塑膠就會變硬。
•    提示:要塑造塑膠,麵糰必須充分揉捏。模具和餅乾模具效果很好,或者,更有耐心的話,也可以手工雕刻麵糰。可以將食用色素、閃光粉或其他裝飾物新增到溼的酪蛋白塑膠麵糰中,乾燥的酪蛋白塑膠可以用記號筆進行繪製或著色。
•    額外內容:所用醋的量如何影響酪蛋白塑膠的產量?要找出答案,您可以重複此活動—但除了測試四茶匙白醋加一杯熱牛奶外,還可以嘗試測試一茶匙、兩茶匙或八茶匙醋,每種醋都加一杯熱牛奶。為了收集最多的凝乳並更好地瞭解其酪蛋白塑膠的產量,您可以用勺子舀凝乳,而不是用勺子舀凝乳,您可以將醋和牛奶的混合物倒在一塊棉布上(例如舊的 T 恤),用橡皮筋固定在杯子頂部。
•    額外內容:除了醋之外,我們在廚房裡經常會遇到許多其他酸,例如檸檬汁、橙汁、汽水和番茄汁。這些常見的酸中,哪種在製作酪蛋白塑膠時效果更好?
•    額外內容:您在此活動中使用了溫度不特定的熱牛奶,但使用更熱或更冷的牛奶可能會影響酪蛋白塑膠的反應。設計一個實驗來調查這個問題。牛奶的溫度如何影響您可以生產多少酪蛋白塑膠? 觀察和結果
當熱牛奶和醋混合在一起時,您是否能夠看到凝乳,並且是否能夠舀出凝乳來製作酪蛋白塑膠?

將熱牛奶新增到醋中後,混合物中應出現小的白色塊狀物或凝乳。這是因為向牛奶中新增酸(例如醋)會改變後者的 pH 值(酸度),並使酪蛋白分子展開並重新組織成長鏈,從而使牛奶凝固。您應該能夠使用勺子將凝乳與大部分液體分離。用紙巾進一步乾燥凝乳應使凝乳準備好揉成球並用作酪蛋白塑膠,可以對其進行模製和裝飾。

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將牛奶變成塑膠!,來自科學夥伴

此活動由 科學夥伴 合作推出

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