งานวิจัย cmc พลาสติกชีวภาพ

บทคัดย่อ: โครงการนี้จึงมุ่งเน้นวิจัยและพัฒนาบรรจุภัณฑ์โดยเน้นการใช้ประโยชน์จากผลิตผลและวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตรให้เกิดประโยชน์และเกิดมูลค่าสูงสุด โดยพัฒนาและออกแบบให้มีความจำเพาะเจาะจงหรือมีคุณสมบัติพิเศษเพิ่มขึ้น พร้อมทั้งพัฒนาเครื่องมือและเทคโนโลยีการผลิตตั้งแต่เตรียมวัตถุดิบจนถึงกระบวนการขึ้นรูปให้เหมาะสม ลดการสูญเสียในกระบวนการผลิตและสามารถใช้ได้จริงในเชิงพาณิชย์ ทำการทดลองที่กองวิจัยและพัฒนาวิทยาการหลังการเก็บเกี่ยวและแปรรูปผลิตผลเกษตร และสถาบันวิจัยเกษตรวิศวกรรม ระหว่างปี 2554-2558 เริ่มจากการศึกษาคุณสมบัติของวัสดุเหลือใช้ คือ เปลือกทุเรียนพันธุ์หมอนทองและชะนี และต้นกล้วยพันธุ์น้ำว้าและไข่ เนื่องจากมีเซลลูโลสหรือเส้นใยเป็นองค์ประกอบ และถูกทิ้งเป็นขยะจำนวนมากพบว่าเปลือกทุเรียนพันธุ์หมอนทองมีปริมาณโฮโลเซลลูโลสสูงที่สุด 53.7% ต้นกล้วยน้ำว้ามีความยาวเส้นใยสูงที่สุด 4.01 mm. จึงนำมาเตรียมเส้นใยโดยการต้มด้วยสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์เข้มข้น 1 M พบว่าเปลือกทุเรียนและต้นกล้วยมีเซลลูโลส 21.51 และ 20.25% เมื่อฟอกด้วยสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ 30% พบว่าเหลือเซลลูโลสหลังฟอก 84.80 และ 74.75% จึงเลือกเส้นใยจากเปลือกทุเรียนไปพัฒนาเป็นบรรจุภัณฑ์ย่อยสลายได้ 3 ชนิด คือ จานใยอัด กระดาษดูดซับเอทิลีน และฟิล์มคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส (CMC) ดังนี้ จานใยอัด ทำได้โดยนำแผ่น preform ของเส้นใยเติมสารต้านการซึมน้ำชนิด AKD ปริมาณ 3% อัดขึ้นรูปแบบอัดร้อนด้วยเครื่องอัดไฮโดรลิค แรงดันสูง ในสภาวะที่เหมาะสม คือ อุณหภูมิ 160 ?C ความดัน 150 บาร์ เป็นเวลา 5 นาที โดยใช้แม่พิมพ์รูปจาน พบว่าเส้นใยไม่ฟอกขึ้นรูปได้ดีกว่าเส้นใยฟอก ไม่มีรอยฉีกขาดและการหลุดร่วงของเส้นใย แต่จานใยอัดฟอกมีคุณสมบัติทางกายภาพดีกว่า คือ มีความหนาแน่น 573.44 kg/m3 ความชื้น 0.39% การพองตัวทางความหนา 89.68% การดูดซับน้ำ 294.09% และใช้เวลาในการดูดซึมน้ำปริมาตร 0.05 cm3 นานกว่า 7 ชั่วโมง แต่ไม่สามารถทดสอบคุณสมบัติเชิงกลได้ ส่วนจานใยอัดไม่ฟอกมีความต้านแรงกดด้านบนและด้านล่าง 2.97 และ 3.28 kF ความต้านแรงดันทะลุ 419 kPa ความต้านแรงทิ่มทะลุ 0.66 J ความต้านแรงดึงขาด 9.63 kN/m และการยืดตัว 1.72% ซึ่งคุณสมบัติโดยรวมของจานใยอัดจากเปลือกทุเรียนยังด้อยกว่าจานชานอ้อย แต่จานใยอัดจากเส้นใยฟอกมีศักยภาพในการนำไปพัฒนาต่อ เนื่องจากคุณสมบัติทางกายภาพสามารถแข่งขันกับจานชานอ้อยได้ กระดาษดูดซับเอทิลีน จัดเป็นบรรจุภัณฑ์แอคทีฟ คือ ช่วยดูดซับก๊าซเอทิลีนจากผลิตผลเกษตร เพื่อยืดอายุการเก็บรักษา เริ่มโดยศึกษาคุณสมบัติของกระดาษจากเส้นใยฟอกและไม่ฟอก พบว่าเส้นใยไม่ฟอกให้กระดาษที่มีคุณสมบัติดีกว่า และเป็นไปตามคุณลักษณะของกระดาษห่อของชนิด 55 แกรม ตาม มอก.170-2550 ยกเว้นความต้านทานแรงดึงขาด จากนั้นเตรียมกระดาษดูดซับเอทิลีนโดยใช้ถ่านกัมมันต์ 3 ชนิด เป็นตัวดูดซับก๊าซ คือ ชนิดผง ชนิดเม็ด และชนิดแท่ง พบว่าถ่านกัมมันต์ชนิดผงให้กระดาษดูดซับเอทิลีนที่มีประสิทธิภาพในการยืดอายุการเก็บรักษามะม่วงที่อุณหภูมิห้องได้ดีที่สุด คือ สามารถเก็บรักษามะม่วงได้นาน 10 วัน มีเปอร์เซ็นต์การสูญเสียน้ำหนักน้อยที่สุด 10.55% จากนั้นศึกษาปริมาณผงถ่าน กัมมันต์ที่เหมาะสม โดยทดลองที่ปริมาณ 5 15 25 และ 35% โดยน้ำหนักเส้นใย พบว่ากระดาษดูดซับ เอทิลีนทุกกรรมวิธีมีคุณสมบัติเป็นไปตาม มอก.170-2550 ยกเว้นความต้านทานแรงดึงขาด โดยเมื่อประมาณผงถ่านกัมมันต์เพิ่มขึ้นกระดาษมีความแข็งแรงสูงขึ้นแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ กระดาษเติมผงถ่านกัมมันต์ 5% มีประสิทธิภาพการยืดอายุการเก็บรักษามะม่วงที่อุณหภูมิห้องดีที่สุด คือ เก็บรักษามะม่วงได้นาน 15 วัน มีเปอร์เซ็นต์การสูญเสียน้ำหนักน้อยที่สุด 28.59% แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญกับกรรมวิธีอื่นๆ และดีกว่าสารดูดซับเอทิลีนทางการค้าที่มีเปอร์เซ็นต์การสูญเสียน้ำหนัก 30.25% มีต้นทุนการผลิต 1.60 บาท/แผ่น ถูกกว่าสารดูดซับเอทิลีนทางการค้าที่มีราคา 2-3 บาท/ซอง ดังนั้นจึงมีความเป็นไปได้ในการผลิตออกมาใช้งานเชิงพานิชย์ พลาสติกชีวภาพจากเปลือกทุเรียน เริ่มจากนำเส้นใยจากเปลือกทุเรียนมาสังเคราะห์เป็นคาร์บอก-ซีเมทิลเซลลูโลส (CMC) ซึ่งเป็นพลาสติกชีวภาพที่ละลายน้ำได้ เริ่มจากนำเส้นใยที่ผ่านการฟอกแล้วไปบดให้เป็นผงละเอียด แล้วนำไปทำปฏิกิริยากับกรดคลอโรอะซิติกในสภาวะด่าง พบว่าได้ซีเอ็มซี 138.12% ของน้ำหนักเซลลูโลสตั้งต้น มีลักษณะเป็นผงสีเหลืองอ่อน ละลายน้ำได้ดี มีความบริสุทธิ์ 95.63% มีค่าองศาการแทนที่ 0.68 เหมาะสำหรับใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร มีความหนืด 429.9 cPs จัดเป็นซีเอ็มซีชนิดความหนืดปานกลาง มีต้นทุนการผลิต 23.12 บาท/กรัม เมื่อนำมาขึ้นรูปเป็นแผ่นฟิล์มโดยเติมสารเติมแต่ง 4 ชนิด คือ กลีเซอรอล ซอบิทอล พอลิเอทธิลีนไกลคอล และแคลเซียมคาร์บอเนต ปริมาณ 10 20 30 และ 40% โดยน้ำหนัก พบว่าสารละลายทุกกรรมวิธีมีความหนืดแตกต่างกัน แผ่นฟิล์มที่ได้มีความหนา ค่าสี และเปอร์เซ็นต์การละลายน้ำแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ (p