Bio-composites

posted on 27 May 2015 23:44 by kevonillingworth

ขอบคุณข้อมูลภายใต้ความร่วมมือของบริษัท ปตท.จำกัด (มหาชน) และ วิชาการ.คอม โดย วารสาร Bio Plastice http://www.pttplc.com/TH/Default.aspx


               ในปัจจุบันพลาสติกชีวภาพกำลังเป็นวัสดุทางเลือกมากขึ้นเรื่อยๆ โดยดูได้จากปริมาณการผลิตพลาสติกชีวภาพของบริษัทชั้นนำต่างๆ รวมทั้งการนำไปใช้งานที่หลากหลายมากขึ้น เช่น บรรจุภัณฑ์ เครื่องใช้ไฟฟ้า ยานยนต์ วัสดุก่อสร้างหรือการแพทย์ ซึ่งปฏิเสธไม่ได้ว่าการเป็นที่ยอมรับของพลาสติกชีวภาพนั้น เกิดจากการวิจัยและพัฒนาอย่างต่อเนื่องขององค์กรต่างๆ  ไม่ว่าจะเป็นบริษัทเอกชน มหาวิทยาลัย หรือแม้แต่ภาครัฐเอง และหนึ่งในเทคโนโลยีที่ทำให้พลาสติกชีวภาพมีคุณสมบัติที่สามารถตอบสนองการใช้งานต่างๆ ได้ดี คือ Bio-composites ซึ่งเป็นการนำพลาสติกชีวภาพหรือพลาสติกทั่วไปมาผสมกับวัสดุจากธรรมชาติ เช่น เส้นใยธรรมชาติจากพืชโดยมีข้อดีอื่นๆ นอกเหนือความสามารถในการตอบสนองคุณสมบัติการใช้งาน คือ เป็นการลดการพึ่งพาทรัพยากรปิโตรเลียมมาใช้ทรัพยากรที่สามารถสร้างขึ้นทดแทนได้ (Renewable resources) ลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เมื่อพิจารณาวัฏจักรของผลิตภัณฑ์เปรียบเทียบกับการใช้ทรัพยากรปิโตรเลียม และสามารถย่อยสลายได้ตามการใช้งานที่ต้องการ

5               ตัวอย่างของ Bio-composites ที่จะนำมาเล่าให้ฟังตัวอย่างแรก คือ พลาสติกผสมข้าว จากบริษัท AGRI FUTURE JOETSU จำกัด ประเทศญี่ปุ่น โดยมีจุดเริ่มต้นจากเมื่อ 10 ปีก่อน ประเทศญี่ปุ่นมีผลผลิตข้าวเป็นจำนวนมาก ในเวลานั้นผู้ที่เกี่ยวข้องต่างพากันหาวิธีแก้ไขสถานการณ์ โดยมีโจทย์ว่าจะต้องไม่ทำห้าวมีมูลค่าลดลง จึงเป็นที่มาของการศึกษาความเป็นไปได้ในการนำข้าวมาทำเป็น Bio-composites รัฐบาลจึงร่วมมือกับภาคเอกชนจัดตั้งบริษัทสำหรับวิจัยในเรื่องดังกล่าว ผู้วิจัยได้พยายามคิดค้นวิธีการที่จะนำข้าวมาผสมกับพลาสติกให้เกิดประสิทธิภาพมากที่สุด โดยจากการสังเกตจึงทำให้พบจุดเด่นของข้าวที่มีเหนือวัสดุจากธรรมชาติชนิดอื่น กล่าวคือ ข้าวเมื่อผ่านการให้ความร้อนโดยการหุงเพื่อรับประทานในชีวิตประจำวัน จะสามารถปั้นให้เป็นก้อนได้ และเมื่อให้ความร้อนสูงขึ้นไปอีก ก็จะสามารถปั้นให้เป็นรูปทรงต่างๆ ได้หลากหลายยิ่งขึ้น ซึ่งเป็นลักษณะเดียวกับการขึ้นรูปพลาสติก ตัวอย่างเช่น การทำขนมโมจิ ที่เกิดจากการนำข้าวมาตำให้ละเอียด จากนั้นนำไปให้ความร้อน แล้วจึงนำไปขึ้นรูปให้เป็นทรงกลมตามที่ต้องการโดยใช้แม่พิมพ์ ผู้วิจัยจึงได้ค้นพบวิธีในการเตรียมข้าวเพื่อนำไปผสมในพลาสติก และได้จดสิทธิบัตรเรื่องดังกล่าวไว้ ซึ่งนักวิจัยได้ใช้วิธีการเตรียมพลาสติกผสมข้าวให้อยู่ในรูป Masterbatch เพื่อทำให้ต้นทุนการผลิตต่ำลง และสามารถแข่งขันได้ในตลาด (รูปประกอบที่ 1)

               พลาสติกผสมข้าวสามารถนำไปใช้งานได้หลากหลาย เช่น บรรจุภัณฑ์ หรือ ข้าวของเครื่องใช้ต่างๆ ผ่านกระบวนการขึ้นรูปแบบฟิล์ม การฉีด (Injection molding) หรือการอัดรีด (extrusion) โดยการขึ้นรูปแบบฟิล์มจะสามารถผสมข้าวได้ไม่เกิน 30% เนื่องจากจะมีผลต่อความใส และการขึ้นรูปฟิล์ม ส่วนการขึ้นรูปแบบฉีดและแบบอัดรีดสามารถผสมข้าวได้ไม่เกิน 50% และ 70% ตามลำดับ เนื่องจากจะมีผลต่อการขึ้นรูปเช่นกัน (รูปประกอบที่ 2) อีกหนึ่งตัวอย่างของ Bio-composites คือการนำไปใช้งานเป็นวัสดุในการก่อสร้างบ้านพักชั่วคราวสำหรับผู้ประสบภัย ซึ่งบ้านลักษณะนี้จะต้องแข็งแรง ทนทานต่อการอยู่อาศัยในระยะเวลาประมาณ 2 – 3 ปี ในขณะเดียวกันจะต้องไม่ก่อให้เกิดปัญหาสิ่งแวดล้อมเมื่อไม่งาน ดังนั้น Bio-composites จึงเป็นวัสดุที่ตอบโจทย์ทั้งในแง่ของการใช้งาน (In-service functionality) และการกำจัด (Out-of-service biodegradability) นอกจากนี้คุณสมบัติที่สำคัญอีกประการของบ้านพักชั่วคราวสำหรับผู้ประสบภัย ก็คือ จะต้องมีน้ำหนักเบา หรือลดการใช้วัสดุลงเพื่อให้ง่ายต่อการขนส่งไปยังสถานที่ประสบภัย นอกจากนี้ยังเป็นการประหยดต้นทุนการผลิต และประหยัดพลังงานที่ใช้ในการขนส่งด้วย

4

               Bio-composites ดังกล่าวเกิดจากการนำ Polylactic acid (PLA) มาผสมกับเส้นใยธรรมชาติจากป่าน (Cellulosic fiber) และขึ้นรูปโดยใช้เทคโนโลยี Microcellular injection molding หรือ MuCell®ของ Trexel Inc. ประเทศสหรัฐอเมริกา โดย MuCell® คือ การใช้ Supercritical fluid (SCF) ช่วยในการขึ้นรูปโดยสามารถใช้ได้ทั้งกระบวนการขึ้นรูปแบบฉีด (Injection molding) และการอัดรีด (Extrusion) (รูปประกอบที่3)

3               SCF จะถูกเตรียมขึ้นจากก๊าซไนโตรเจน (N2) หรือก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ที่ถูกควบคุมอุณหภูมิและความดันให้อยู่ในสถานะของไหลแบบวิกฤติยิ่งยวดและก๊าซดังกล่าวจะถูกส่งผ่านเข้าไปในเครื่องเพื่อช่วยในการขึ้นรูป ข้อดีของ SCF คือ SCF จะมีสถานะที่ก้ำกึ่งระหว่างของเหลวและก๊าซ ดังนั้นการใช้ SCF จะทำให้ได้ข้อดีของทั้ง 2 สถานะ ได้แก่ ไหลได้ดีเหมือนของเหลว และแพร่เข้าสู่เนื้อวัสดุต่างๆ ได้ดีเหมือนก๊าซ ซึ่งเมื่อนำมาใช้ในกระบวนการขึ้นรูป จะช่วยทำให้อุณหภูมิที่ใช้ในการหลอมเหลวและความหนืดของวัสดุต่ำลง หรือก็คือทำให้สามารถขึ้นรูปได้ที่อุณหภูมิต่ำลงนั่นเอง นอกจากนี้เมื่อสามารถขึ้นรูปได้ที่อุณหภูมิต่ำ จะช่วยลดปัญหาเรื่องการสลายตัวจากความร้อน (Thermal degradation) ของวัสดุ ซึ่งเป็นหนึ่งในปัญหาหลักของพลาสติกชีวภาพได้อีกด้วย

               ข้อดีอีกอย่างของ MuCell® คือ SCF จะทำให้เกิดรูพรุนขึ้นในชิ้นงานอย่างสม่ำเสมอ ดังนั้น วัสดุที่ถูกขึ้นรูปด้วยเทคโนโลยีนี้จะมีลักษณะเหมือนโฟม วัสดุที่ได้มีจึงมีน้ำหนักเบา สามารถลดปริมาณการใช้วัสดุได้ โดยจะไม่สูญเสียความแข็งแรงของวัสดุไป (รูปประกอบที่4)

2

               จากตัวอย่างข้างต้นจะพบว่า ด้วยความก้าวหน้าในการพัฒนาเทคโนโลยีพลาสติกชีวภาพและวิวัฒนาการของกระบวนการขึ้นรูปพลาสติก ทำให้พลาสติกชีวภาพสามารถนำไปใช้ในงานด้านต่างๆ ได้หลากหลายยิ่งขึ้นกว่าแต่ก่อน ซึ่งพลาสติกชีวภาพไม่ใช่พลาสติกที่มาทดแทนพลาสติกที่ใช้กันอยู่ปัจจุบัน หากแต่เป็นทางเลือกและเป็นพลาสติกที่มีคุณค่าในตัวเองสิ่งที่ท้าทายก็คือ การหาที่อยู่หรือการใช้งานที่เหมาะสมให้กับพลาสติกชนิดนี้

Comment

Comment:

Tweet