| ชื่อโครงการวิจัย/ชื่อเรื่อง |
นวัตกรรมฟิล์มไบโอแบบดึงยืดสองทิศทางเพื่อผลิตภัณฑ์มูลค่าเพิ่ม |
| ชื่อนักวิจัย/ชื่อผู้แต่ง |
ศ.ดร. สุวบุญ จิรชาญชัย |
| เจ้าของผลงานร่วม |
รศ.ดร.อภิรัตน์ เลาห์บุตรี ,
รศ.ดร.รังรอง ยกส้าน ,
ผศ.ดร.อมรรัตน์ เลิศวรสิริกุล ,
ผศ.ดร.อัญมณี อาวุชานนท์ ,
ผศ.ดร.สุทธินันท์ พงษ์ธรรมรักษ์ ,
ดร.ปิยะวณี จริยะสกุลโรจน์ |
| คำสำคัญ |
พลาสติกแตก(ย่อย)สลายได้ทางชีวภาพ;พลาสติกชีวภาพ;ฟิล์มดึงยืดสองทิศทาง;พอลิแลคติกแอซิด;เทอร์โมพลาสติกสตาร์ช;ฟิล์มคลุมดิน;ฟิล์มหด |
| หน่วยงาน |
วิทยาลัยปิโตรเลียมและปิโตรเคมี จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย |
| ปีที่เผยแพร่ |
2563 |
| คำอธิบาย |
ฟิล์มคลุมดินเป็นวัสดุที่ใช้รักษาสภาพดิน ควบคุมปริมาณน้ำ และควบคุมวัชพืชให้เหมาะสมกับการเพาะปลูก ในปัจจุบันฟิล์มคลุมดินที่จำหน่ายกันส่วนใหญ่ผลิตจากพอลิเอทิลีนหรือพอลิเอทิลีนโคพอลิเมอร์ เมื่อฟิล์มเหล่านี้ถูกนำมาใช้จนไม่สามารถใช้งานได้แล้ว แต่ก็ไม่สามารถแตกสลายทางชีวภาพได้ก่อให้เกิดปัญหาสิ่งแวดล้อมตามมา เพื่อแก้ปัญหาดังกล่าวนี้ คณะวิจัยจึงได้พัฒนาฟิล์มคลุมดินที่มีองค์ประกอบหลักของพอลิแลคติกแอซิดและเทอร์โมพลาสติกสตาร์ชเพื่อลดต้นทุนการผลิต และอาศัยเทคนิคการขึ้นรูปฟิล์มด้วยกระบวนการดึงยืดในสองทิศทาง (biaxial stretching) เพื่อปรับปรุงความเหนียว ในโครงการวิจัยในระยะที่ 4 นี้ได้ทำการเติมไทเทเนียมไดออกไซด์ลงในคอมพาวนด์พอลิแลคติกแอซิดผสมเทอร์โมพลาสติกสตาร์ช ก่อนผ่านกระบวนการอัดรีดเป็นแผ่นชีทและดึงแบบ biaxial stretching ทำให้ฟิล์มที่ได้มีลักษณะเหนียวทนต่อการแทงทะลุได้ดีขึ้น และทึบแสงมากขึ้น รวมถึงศึกษาความเป็นไปได้ในการใช้ประโยชน์ของฟิล์มคลุมดินระดับภาคสนามในแปลงเพาะปลูกจำลองสำหรับพืชตามฤดูกาล ซึ่งฟิล์มที่ได้ยังคงมีความต้านทานแรงดึงในระดับที่นำไปใช้งานได้จริง และมีต้นทุนการผลิตที่แข่งขันในเชิงพาณิชย์ได้
การพัฒนาต้นแบบฟิล์มคลุมดินจากพลาสติกแตกสลายได้ทางชีวภาพได้เริ่มต้นจากการเตรียมเทอร์โมพลาสติกสตาร์ช (TPS) และเทอร์โมพลาสติกสตาร์ชดัดแปร (mTPS) จากนั้นได้ทำการเตรียมเม็ดคอมพาวนด์ของพอลิแลคติกแอซิดผสมเทอร์โมพลาสติกสตาร์ช และเทอร์โมพลาสติกสตาร์ชดัดแปร ในสัดส่วน 60/40 โดยน้ำหนัก (PLA/TPS และ PLA/mTPS 60/40) และทำการเติมไทเทเนียมไดออกไซด์ลงในคอมพาวนด์ (PLA/TPS/TiO2 และ PLA/mTPS/TiO2) จากนั้นการหล่อขึ้นรูปแผ่นชีทของคอมพาวนด์ที่ได้ทั้งหมด เพื่อนำไปดึงยืดสองทิศทาง รวมถึงศึกษาความเป็นไปได้ในการใช้งานเป็นฟิล์มคลุมดินจากการทดลองคลุมบนแปลงเพาะปลูกจำลอง
สำหรับการเพิ่มความทึบแสงโดยการเติม TiO2 ในฟิล์มดึงยืดสองทิศทางของ PLA/TPS/TiO2 และ PLA/mTPS/TiO2 คณะวิจัยได้ทำการผันแปรปริมาณ TiO2 2 ระดับ ได้แก่ 0.01 phr และ 0.05 phr จากผลการทดลองชี้ให้เห็นว่า TiO2 ทำหน้าที่เป็นสารเร่งตกผลึก โดยการเติม TiO2 ลงในคอมพาวนด์ได้ช่วยเร่งการตกผลึกของ PLA โดยระดับความเป็นผลึก (degree of crystallinity) เพิ่มขึ้น 2 – 3 เท่า ตามปริมาณของ TiO2 แต่อย่างไรก็ดีเมื่อทำการผสม TiO2 เข้ากับ PLA/mTPS แผ่นชีทที่ได้มีลักษณะเป็นรูพรุนและเกิดการแยกวัฏภาค (phase separation) เนื่องจากสารประกอบไซเลนอลเกิดปฏิกิริยาควบแน่นกันเอง (self condensation) จนเกิดเป็นโครงสร้างของ siloxanes ที่มีลักษณะเป็นเจล (gelation) และเกาะกลุ่ม ในกรณีการศึกษาการเก็บรักษาความชื้นในเบื้องต้นด้วยการวัดมุมสัมผัสของน้ำบนผิวฟิล์ม ผลการทดสอบชี้ให้เห็นว่ามุมสัมผัสของน้ำอยู่ในช่วง 70-90 องศา โดยการเติม TiO2 ไม่ทำให้ความไม่ชอบน้ำเกิดการเปลี่ยนแปลง แต่ความไม่ชอบน้ำเพิ่มขึ้น เมื่อใช้เทคนิคการดึงยืดสองทิศทางในการขึ้นรูปฟิล์ม
ในกรณีของความทึบแสง จากการวัดการผ่านได้ของแสง คณะวิจัยพบว่าการเติม TiO2 ในปริมาณ 0.05 phr สามารถยับยั้งการส่องผ่านของแสงผ่านฟิล์มได้เกือบทั้งหมด โดยร้อยละการผ่านได้ของแสงเข้าใกล้ 0% ในช่วงความยาวคลื่น 200 – 900 นาโนเมตร ทั้งนี้เมื่อฟิล์มถูกดึงยืดในสองทิศทาง ได้ทำให้ความหนาของฟิล์มลดลง 80 – 90% จากความหนาเริ่มต้น แต่อย่างไรก็ดีฟิล์ม PLA/TPS/TiO2 0.05 phr ยังคงมีค่าร้อยละการผ่านได้ของแสงไม่เกิน 10% ที่ช่วงความยาวคลื่น visible light (400 - 700 นาโนเมตร) ฟิล์มคลุมดินที่ได้พัฒนาขึ้นนี้จึงมีความเป็นไปได้ที่จะนำมาพัฒนาต่อยอดเป็นฟิล์มคลุมดินเชิงพาณิชย์ต่อไปได้ โดยมีสมบัติที่แข่งขันได้เมื่อเปรียบเทียบกับฟิล์มคลุมดินจากพลาสติกฐานปิโตรเลียมหรือฟิล์มพลาสติกชีวภาพ EcoMulch®
ฟิล์มหด (shrink film) เป็นอีกหนึ่งผลิตภัณฑ์ที่มีการใช้งานอย่างแพร่หลาย ในรูปของฟิล์มหดรัดแพคผลิตภัณฑ์หรือฟิล์มหดหุ้มขวดยา เป็นต้น และยังเป็นผลิตภัณฑ์แบบใช้แล้วทิ้ง ไม่นำกลับมาใช้ใหม่ การนำพอลิเมอร์แตกสลายได้ทางชีวภาพมาใช้ทดแทนพลาสติกที่ผลิตจากปิโตรเลียมนั้นจึงเริ่มมีบทบาทเพิ่มขึ้น
งานวิจัยนี้ได้ศึกษาปัจจัยในการดึงยืดฟิล์ม PLA สองทิศทาง และผลการหดตัวเมื่อได้รับความร้อนของฟิล์มที่เตรียมได้ โดยการดึงยืดฟิล์ม PLA สองทิศทาง ผลการวิจัยพบว่า เมื่อดึงยืดฟิล์มในสองทิศทางพร้อมกัน (simultaneous biaxial stretching) การหดตัวของฟิล์มในทั้งสองทิศทางใกล้เคียงกัน (10-45% ขึ้นกับจำนวนเท่าของการดึงยืด) โดยการดึงยืดฟิล์มให้มีการขยายใหญ่ขึ้น ส่งผลให้ฟิล์มมีการหดตัวได้มากขึ้นเมื่อได้รับความร้อน ดังเห็นได้จากตัวอย่างฟิล์มที่ดึงยืด 5 เท่าในสองทิศทางพร้อมกัน มีการหดตัวถึง 45% ที่อุณหภูมิ 100 C คณะวิจัยยังได้ทดลองเตรียมฟิล์ม PLA ด้วยเทคนิคการเป่าฟิล์ม (blown film extrusion) ซึ่งเป็นอีกเทคนิคหนึ่งในการเตรียมฟิล์มเทียบเคียงการดึงยืดสองทิศทาง (MD และ TD) ที่ใช้งานในระดับอุตสาหกรรม เมื่อทดสอบการหดตัวของฟิล์ม PLA ที่ขึ้นรูปได้ โดยจุ่มในน้ำร้อนที่อุณหภูมิ 80 C ฟิล์ม PLA แสดงการหดตัวได้ (ในแนว MD 30% และในแนว TD 50%) เทียบเท่าฟิล์มหด PVC ที่บริษัทฯ จำหน่ายในปัจจุบัน
นอกจากนี้ เพื่อเป็นการลดต้นทุนของการผลิตฟิล์มหด คณะวิจัยได้เตรียมแผ่นฟิล์มดึงยืดสองทิศทางจากคอมพาวนด์ PLA ผสม TPS โดยดึงยืดสองทิศทางพร้อมกันให้มีขนาด 5 เท่า ด้วยความเร็ว 35 mm/s ฟิล์มดึงยืดสองทิศทาง PLA/TPS ที่ได้มีสีขาวขุ่นและความเหนียวสูง เมื่อทดสอบเบื้องต้นด้วยการให้ความร้อนแล้วห่อหุ้มขวดบรรจุภัณฑ์ พบว่า ฟิล์มดังกล่าวสามารถใช้เป็นฟิล์มหดได้
|
| สาขาการวิจัย |
|
