สทน. พัฒนาพอลิเมอร์ทนร้อนสูง

สทน. พัฒนาพอลิเมอร์ทนร้อนสูง

สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ หรือ สทน.ปรับปรุงสมบัติของพอลิเมอร์ด้วยรังสีแกมมา ได้พอลิเมอร์ทนร้อนสูง

สทน. จัดตั้งห้องปฏิบัติการปรับปรุงสมบัติของพอลิเมอร์ด้วยรังสี ซึ่งเน้นการทำงานวิจัยที่นำรังสีมาประยุกต์ใช้ในการปรับปรุงสมบัติของพอลิเมอร์ต่าง ๆ ทั้งพอลิเมอร์ธรรมชาติ และพอลิเมอร์สังเคราะห์ โดยมีเครื่องมือวิทยาศาสตร์สำคัญ คือ เครื่องอัดรีด ซึ่งเป็นเครื่องที่ใช้ในการผสมเม็ดพลาสติก (plastic pellets) และเครื่องฉายรังสีแกมมา เพื่อผลิตพอลิเมอร์ที่มีสมบัติตามความต้องการของภาคอุตสาหกรรม

ดร.สมพร จองคำ ผู้อำนวยการ สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ หรือ สทน.กล่าวถึงความเป็นมาของห้องปฏิบัติการดังกล่าวว่า ปัจจุบันในบริษัทใหญ่ ๆ ที่มีความเกี่ยวข้องกับภาชนะหรือบรรจุภัณฑ์ต่าง ๆ ได้ตระหนักถึงผลกระทบของสิ่งแวดล้อม เมื่อมีการเลิกใช้ภาชนะเหล่านี้ จะกลายเป็นปัญหาด้านขยะ ปัญหาหลักคือ ขยะที่มาจากพลาสติกที่ย่อยสลายยาก หรือไม่ย่อยสลายเลยในธรรมชาติ ผู้ประกอบการหลายรายจึงหันมามองการผลิตภาชนะที่มีการย่อยสลายได้ง่ายใช้เวลาที่รวดเร็ว แต่ก็ต้องมีความคงทนมากพอให้การบรรจุ ทั้งในเรื่องทนอุณหภูมิสูง บรรจุได้ตามระยะเวลาที่ต้องการ และความเหนียวทนทานพอจะรับกับผลิตภัณฑ์ที่จะบรรจุลงไปในภาชนะนั้น ๆ ด้วย

สทน.ซึ่งมีนักวิจัยที่มีความเชี่ยวชาญด้านพอลิเมอร์ พร้อมทั้งสามารถนำประโยชน์ของรังสีมาใช้ร่วมกับงานวิจัยด้านพอลิเมอร์ สทน.จึงดำเนินการจัดตั้งห้องปฏิบัติการดังกล่าวขึ้น ห้องปฏิบัติการปรับปรุงสมบัติของพอลิเมอร์ด้วยรังสี เป็นส่วนหนึ่งของกลุ่มงานวิจัยและพัฒนานิวเคลียร์ (วพ.) สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)

สำหรับงานวิจัยที่สำเร็จไปแล้วได้แก่ โครงการ “การขยายขอบเขตของการนำ “พอลิแลกติกแอซิด” (polylactic acid) พลาสติกชีวภาพที่ทรงศักยภาพที่สุด ไปประยุกต์ใช้ทางอุตสาหกรรม โดยกรรมวิธีทางรังสี” ซึ่งได้รับทุนวิจัยสนับสนุนจากสำนักงานคณะกรรมการวิจัยแห่งชาติ (วช.) โดยงานวิจัยดังกล่าวเป็นของ ดร.เกศินี เหมวิเชียร และดร.พิริยาธร สุวรรณมาลา

โดย ดร.เกศินี เหมวิเชียร นักวิทยาศาสตร์นิวเคลียร์ เล่าถึงงานวิจัยว่า เป็นการนำพอลิแลกติกแอซิด (polylactic acid) หรือ PLA ซึ่งเป็นพอลิเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ (biodegradable polymer) ดังนั้นจึงเป็นพอลิเมอร์ที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ซึ่งทำให้ PLA ได้รับความสนใจจากนักวิจัยอย่างกว้างขวางในช่วงหลายปีที่ผ่านมา ถึงแม้ว่า PLA จะมีสมบัติที่ดีหลายประการ เช่น ความสามารถในการย่อยสลายได้ในธรรมชาติ ความเข้ากันได้ทางชีวภาพ และวัตถุดิบซึ่งสามารถเกิดขึ้นใหม่ทดแทนได้

แต่การนำ PLA มาประยุกต์ใช้ยังคงมีขอบเขตจำกัด ทั้งนี้เนื่องจากเสถียรภาพทางความร้อนของ PLA ที่ยังคงด้อยกว่าพลาสติกเชิงพาณิชย์ที่ใช้กันแพร่หลาย จุดประสงค์หลักของงานวิจัยนี้คือการปรับปรุงสมบัติทางความร้อนของ PLA โดยการใช้รังสีเหนี่ยวนำให้เกิดการเชื่อมโยงพันธะ (radiation-induced crosslinking) ระหว่างสายเส้นของ PLA

จากผลการวิจัยในครั้งนี้พบว่า เมื่อมีการเติมสารเติมแต่งบางชนิด การฉายรังสีสามารถเหนี่ยวนำให้เกิด crosslinking ใน PLA ได้ ทำให้โมเลกุลของ PLA มีขนาดใหญ่ขึ้น และก่อให้เกิดโครงสร้างร่างแหแบบสามมิติ (3D network) ซึ่ง 3D network ที่เกิดขึ้นนี้ช่วยปรับปรุงความเสถียรทางความร้อนของ PLA อย่างเห็นได้ชัด นั่นคือ เมื่อนำตัวอย่าง PLA ที่ไม่ผ่านการฉายรังสี มาให้ความร้อน ตัวอย่างจะเริ่มอ่อนตัวและเกิดการเสียรูป (deformation) ที่ประมาณ 80 องศาเซลเซียส และเสียรูปอย่างสิ้นเชิง (หากมีแรงดึง ตัวอย่างจะยืดจนขาด)

ในขณะที่เมื่อนำตัวอย่าง PLA ที่ผ่านการผสมสารเติมแต่งไปฉายรังสี แล้วนำมาให้ความร้อน ตัวอย่างจะเริ่มอ่อนตัวและเสียรูปเพียงเล็กน้อยที่ประมาณ 80 องศาเซลเซียสเช่นกัน แต่สามารถคงรูปอยู่ได้ แม้อุณหภูมิจะสูงกว่า 200 องศาเซลเซียส โดยไม่ยืดจนขาด นอกจากจะมีความเสถียรทางความร้อนมากขึ้นแล้ว ตัวอย่าง PLA ที่ผ่านการ crosslink ด้วยรังสี ยังสามารถคงความใสและโปร่งแสง (transparency) ไว้ได้ ถึงแม้ว่าจะถูกนำไปอบในตู้อบความร้อนที่อุณหภูมิ 90 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 30 นาที หรือที่อุณหภูมิสูงถึง 200 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 5 นาที เมื่อเทียบกับตัวอย่าง PLA ที่ไม่ผ่านการ crosslink ด้วยรังสี ซึ่งนอกจากจะไม่สามารถคงรูปไว้ได้แล้ว ยังสูญเสียความใสและความโปร่งแสงไปอีกด้วย

จากผลการทดลองดังกล่าว ทางทีมวิจัยของ สทน. จะนำไปทดลองต่อยอดความเป็นไปได้ในการผลิตภาชนะพอลิเมอร์ที่สามารถทนความร้อนสูงในเชิงธุรกิจต่อไป