การสังเคราะห์การตรวจสอบสมบัติและการใช้ประโยชน์บล็อกโคพอลิเมอร์ระหว่างพอลิแลคติกแอซิดและยางธรรมชาติ

บทคัดย่อ

งานวิจัยนี้ ศึกษาถึงการสังเคราะห์ไตรบล็อกโคพอลิเมอร์ของยางธรรมชาติกับพอลิแลคติกแอซิดหรือพีแอลเอ (PLA-block-NR-block PLA) ด้วยปฏิกิริยาควบแน่นระหว่างยางธรรมชาติเหลวที่มีหมู่ปลายเป็นหมู่ไฮดรอกซิล (hydroxyl termimated liquld natural rubber หรือ HTNR) กับพอลิ-แลคติกแอซิดน้ำหนักโมเลกุลต่ำซึ่งเรียกว่า พอลิแลคติกแอซิดพรีพอลิเมอร์ (polylactic acid prepolymer หรือ pre-PLA) และเปรียบเทียบผลการทำหน้าที่เป็นสารเสริมความเหนียว (toughening agent) สำหรับพอลิแลคติกแอซิดของ HTNR กับ PLA-block-NR-block PLA HTNR ถูกเตรียมขึ้นโดยใช้กระบวนการแยกสลายด้วยแสงและเคมี (photochemical degradation) ทำให้เกิดการตัดสายโซ่และเติมหมู่ไฮดรอกซิล (depolymerization and hydroxylation) เข้าสู่ด้านปลายสายโซ่ของยางธรรมชาติ pre-PLA ที่มีน้ำหนักโมเลกุลแตกต่างกัน 2 ขนาด ซึ่งเรียกว่า PLA1 และ PLA2 ถูกเตรียมขึ้นโดยปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันแบบควบแน่นของกรดแลคติก การตรวจสอบโครงสร้างทางเคมีของ HTNR และ pre-PLA ด้วยเทคนิคโปรตอนและคาร์บอน-13 นิวเคลียร์แมกเนติกเรโซแนนสเปกโตรสโกปี (1H and 13C-nuclear magnetic resonance spectroscopy, 1H-NMR and 13C-NMR) และฟูเรียทรานสฟอร์มอินฟาเรดสเปกโตรสโกปี (Furior transform infarred spectroscopy, FTIR) ยืนยันการปรากฏของ HTNR และ pre-PLA ผลการตรวจสอบน้ำหนักโมเลกุลด้วยเทคนิคเจลเพอมีเอชันโครมาโตรกราฟี (gel permeation chromatography, GPC) ชี้ให้เห็นว่า น้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยโดยจำนวน ("M" ?_"n" ) ของ HTNR PLA1 และ PLA2 เท่ากับ 28,000 3,091 และ 9,696 กรัมต่อโมล ตามลำดับ จากการตรวจสอบหมู่ไฮดรอกซิลโดยเฉลี่ยต่อ 1 โมเลกุล (hydroxyl functionality) ของ HTNR ตามมาตรฐาน ASTM D4274-11 พบว่า มีค่าประมาณ 1.77 ? 0.21 PLA-block-NR-block PLA จำนวน 2 ชนิด ถูกเตรียมขึ้นโดยกระบวนการพอลิเมอไรเซชันแบบสารละลาย ณ อุณหภูมิ 130 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 24 ชั่วโมง ใช้โทลูอีน และสแตนเนียส-ออกโทเอท (stanneous octoate, Sn(Oct)2) เป็นตัวทำละลายและตัวเร่งปฏิกิริยาตามลำดับ บล็อกโค-พอลิเมอร์ชนิดแรกเตรียมจาก HTNR และ PLA1 บล็อกโคพอลิเมอร์ชนิดที่ 2 เตรียมจาก HTNR และ PLA2 อัตราส่วนโดยโมลของ HTNR:PLA1 และ HTNR:PLA2 เท่ากับ 1:2 เรียกโคพอลิเมอร์ที่ได้ว่า PLA1-block-NR-block-PLA1 และ PLA2-block-NR-block-PLA2 ตามลำดับ จากผลการสังเคราะห์ พบว่า ผลได้ (yield) ของ PLA1-block-NR-block-PLA1 และ PLA2-block-NR-block-PLA2 มีค่าเท่ากับ 34.87 ? 0.84 และ 29.85 ?1.87 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก ตามลำดับ ผลการตรวจสอบโครงสร้างทางเคมีของบล็อกโคพอลิเมอร์ด้วยเทคนิค 1H-NMR 13C-NMR และ FTIR ยืนยันการเกิดขึ้นของบล็อกโคพอลิเมอร์ และจากการตรวจสอบน้ำหนักโมเลกุลด้วยเทคนิค GPC พบว่า "M" ?_"n" ของ PLA1-block-NR-block PLA1 และ PLA2-block-NR-block-PLA2 มีค่าเป็น 34,681 และ 48,487 กรัมต่อโมล ตามลำดับ พอลิเมอร์ผสมระหว่างพอลิแลคติกแอซิดกกับ HTNR (PLA/HTNR) เตรียมขึ้นโดยใช้เครื่องผสมแบบภายใน ปริมาณของ HTNR ในพอลิเมอร์ผสมเท่ากับ 3, 5, 10 และ 15 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก และขึ้นรูปชิ้นทดสอบด้วยกระบวนการขึ้นรูปแบบกดอัด (compression molding) ตรวจสอบสมบัติการดึงและความทนต่อแรงกระแทกของพอลิเมอร์ผสม ผลที่ได้แสดงให้เห็นว่า ที่ปริมาณ HTNR เท่ากับ 10 เปอร์เซ็นต์ [PLA/HTNR(90/10)] มีค่าความทนต่อแรงกระแทก (impact strength) สูงสุดเท่ากับ 67.78 ? 12.10 กิโลจูลต่อตารางเมตร ซึ่งสูงกว่าความทนต่อแรงกระแทกของพอลิแลคติกแอซิด ประมาณ 3.7 เท่า เปอร์เซ็นต์การดึงยืด (% Elongation) เพิ่มขึ้นจาก 12.91 ? 1.00 เปอร์เซ็นต์ (ของพอลิแลคติกแอซิด) เป็น 127.23 ? 6.00 เปอร์เซ็นต์ [ของ PLA/HTNR(90/10)] ในขณะที่ค่าความต้านแรงดึง (tensile strength) และมอดุลัสของพอลิเมอร์ผสมมีค่าต่ำกว่าของพอลิ-แลคติกแอซิด จากการตรวจสอบสัณฐานวิทยาของพอลิเมอร์ผสม พบว่า ภาพถ่ายจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (scanning electron microscope, SEM) ของพื้นผิวที่แตกหักจากการทดสอบความทนต่อแรงกระแทกของ PLA/HTNR แสดงการกระจายของอนุภาคยาง HTNR ในพอลิแลคติกแอซิดที่เป็นเมทริกซ์ ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางโดยเฉลี่ยของอนุภาค HTNR ใน PLA/HTNR(90/10) มีค่าเป็น 0.92 ? 0.71 ไมโครเมตร พอลิเมอร์ผสมระหว่างพอลิแลคติกแอซิดกับบล็อกโคพอลิเมอร์เตรียมขึ้นโดยใช้ปริมาณบล็อกโคพอลิเมอร์เท่ากับ 10 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก (สัดส่วนที่พอลิเมอร์ผสม PLA/HTNR แสดงค่าความทนต่อแรงกระแทกสูงสุด) ผสมโดยใช้เครื่องผสมแบบภายใน และขึ้นรูปชิ้นทดสอบโดยกระบวนการขึ้นรูปแบบกดอัด (compression molding) จากการตรวจสอบความทนต่อแรงกระแทกแสดงให้เห็นว่า โคพอลิเมอร์ทั้งสองชนิดสามารถทำหน้าที่เป็นสารเสริมความเหนียวแก่พีแอลเอ โดยความทนต่อแรงกระแทกของพอลิเมอร์ผสมระหว่าง PLA/PLA1-block-NR-block PLA1 และ PLA/PLA2-block-NR-block PLA2 มีค่าเป็น 41.91 ? 6.68 และ 46.42 ? 8.45 กิโลจูลต่อตารางเมตร ตามลำดับ ซึ่งมีค่าต่ำกว่าของพอลิเมอร์ผสม PLA/HTNR(90/10) แต่ยังคงสูงกว่าความทนต่อแรงกระแทกของพอลิแลคติกแอซิดประมาณ 2.3 ถึง 2.5 เท่า ในขณะที่ค่ามอดุลัสและค่าความต้านแรงดึงของพอลิเมอร์ผสมระหว่างพอลิแลคติกแอซิดกับบล็อกโคพอลิเมอร์มีแนวโน้มสูงกว่าของพอลิ-เมอร์ผสม PLA/HTNR(90/10) จากการตรวจสอบสัณฐานวิทยา พบว่า เส้นผ่านศูนย์กลางโดยเฉลี่ยของอนุภาคบล็อกโคพอลิเมอร์ที่กระจายตัวอยู่ในพอลิเมอร์ผสมมีขนาดเล็กกว่าอนุภาค HTNR ที่กระจายตัวอยู่ใน PLA/HTNR(90/10) โดยขนาดอนุภาคของ PLA1-block-NR-block PLA1 และ PLA2-block-NR-block PLA2 มีค่าเท่ากับ 0.34 ? 0.09 และ 0.22 ? 0.05 ไมโครเมตร ตามลำดับ

คำสำคัญ