นวัตกรรมการผลิตเส้นใยและการใช้ประโยชน์เศษเหลือทิ้งจากใบสับปะรดอย่างครบวงจร เพื่อรองรับอุตสาหกรรมสิ่งทอเทคนิคและบรรจุภัณฑ์

บทคัดย่อ

ชุดโครงการวิจัยนี้ มีวัตถุประสงค์เพื่อใช้ประโยชน์ของเส้นใยจากใบสับปะรดที่เป็นเศษเหลือทิ้งในไร่สับปะรดหลังการเก็บเกี่ยว ที่สามารถนำมาทำสิ่งทอและสิ่งทอเทคนิค โดยการผลิตเส้นใยป้อนให้กับอุตสาหกรรม จำเป็นต้องใช้เครื่องขูดเส้นใยอัตโนมัติ เพิ่อผลิตเส้นใยในปริมาณที่เพียงพอที่ส่งไปยังโรงงานได้ รวมทั้งการพัฒนาใช้เครื่องสลัดเส้นใยให้ได้เส้นใยที่สะอาดเพื่อให้ได้คุณภาพเส้นใยที่สะอาด ดีกว่าเครื่องขูดเส้นใยแบบมือในปัจจุบัน ร่วมกับการใช้ฐานข้อมูลด้านสัณฐานวิทยาของเส้นใยสับปะรดจากแหล่งปลูกสับปะรดปริมาณมากในประเทศไทย เพื่อให้ได้เส้นใยจากแหล่งปลูกสับปะรดที่เหมาะกับการนำไปทำผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ โดยหนึ่งในการใช้เส้นใยสับปะรดที่ผลิตได้นำมาพัฒนาและออกแบบผลิตภัณฑ์สิ่งทอเทคนิคประเภทฉนวนดูดซับเสียงและกันความร้อนภายในอาคาร ส่วนเศษเส้นใยสั้นได้นำมาพัฒนาเป็นกระดาษ หรือเยื่อเพื่อผลิตภาชนะบรรจุที่มีความสามารถกันน้ำ และน้ำมัน รวมทั้งย่อยสลายทางชีวภาพ และเศษขุยจากใบสับปะรดหลังการขูดนำมาศึกษาองค์ประกอบที่สำคัญสำหรับเป็นอาหารสัตว์ต่อไป โดยความสัมพันธ์ของโครงการย่อยทั้ง 4 โครงการ สรุปได้ดังนี้โครงการย่อยที่ 1 การพัฒนาเครื่องต้นแบบขูดใบสับปะรดแบบอัตโนมัติเพื่อเพิ่มกำลังการผลิตเส้นใยการวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาสร้างเครื่องสลัดเส้นใยสับปะรดแบบอัตโนมัติ โดยเป็นเครื่องที่ทำงานต่อเนื่องกับเครื่องขูดใบสับปะรดแบบอัตโนมัติ มีหน้าที่ในการสลัดเยื่อที่ผิวของเส้นใยทำให้เส้นใยสับปะรดสะอาด และมีคุณภาพ โดยจะเก็บข้อมูลเชิงประสิทธิภาพและเชิงคุณภาพของเครื่องสลัดเส้นใยสับปะรดแบบอัตโนมัติ เพื่อเพิ่มศักยภาพและคุณภาพในการผลิตเส้นใยสับปะรดในการนำเข้าสู่อุตสาหกรรมการผลิตสำหรับงานอาคารและบรรจุภัณฑ์ เครื่องสลัดเส้นใยสับปะรดแบบอัตโนมัติ ที่ทำการพัฒนา ประกอบด้วย สายโซ่ลำเลียงเส้นใยใบสับปะรด และลูกกลิ้งสลัดเยื่อ 2 ชุด ชุดละทิศทาง ทำการประเมินประสิทธิภาพเครื่องสลัดเส้นใยสับปะรดแบบอัตโนมัติโดยใช้ตัวแปร ได้แก่ ความเร็วรอบของชุดสายโซ่ลำเลียงเส้นใยสับปะรด และความเร็วรอบของชุดสลัดเส้นใยสับปะรด ผลการศึกษาแสดงได้ว่า ความเร็วรอบของชุดสายโซ่ที่เหมาะสมที่สุด คือ 30.63 วินาทีต่อเมตร (15 Hz) และชุดลูกกลิ้งสลัดเส้นใยสับปะรดที่ 188 รอบต่อนาที (20 Hz) สามารถกำจัดเยื่อที่ติดอยู่ที่ผิวของเส้นใยออกไปได้มากที่สุด ร้อยละ 91.04 โดยที่ได้กำลังการผลิตเส้นใยสับปะรดที่ 254.63 ถึง 673.82 กิโลกรัมของใบสับปะรดต่อวัน ศึกษาคุณสมบัติทางกายภาพ เส้นใยสับปะรดมีขนาด 76.00 ไมครอน ความแข็งแรง 405.99 MPa และความสามารถในการยืดตัวเท่ากับร้อยละ 2.67 เมื่อเปรียบเทียบกับเส้นใยสับปะรดที่ใช้เครื่องขูดเส้นใยสับปะรดแบบดั้งเดิม พบว่า คุณสมบัติไม่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติที่ 0.05 ส่วนร้อยละน้ำหนักของเยื่อที่ถูกกำจัดออกไปเมื่อเปรียบเทียบกับกระบวนการขูดแบบดั้งเดิม และเส้นใยที่ผ่านการขูดด้วยเครื่องขูดใบสับปะรดแบบอัตโนมัติ พบว่าสามารถกำจัดเยื่อที่ผิวเส้นใยออกไปได้มากที่สุดโครงการย่อย 2 การพัฒนาวัสดุฉนวนดูดซับเสียงและกันความร้อนภายในอาคารที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมจากเส้นใยสับปะรดโครงการวิจัยนี้ มีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาแผ่นดูดซับเสียงและฉนวนกันความร้อนจากเส้นใยใบสับปะรดใน พื้นที่ อ.บ้านคา จ.ราชบุรี และพื้นที่ อ.ปลวกแดง จ.ราชบุรี และผ่านการล้างด้วยสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ความเข้มข้น 4% ร่วมกับการผสมเส้นใยพอลิเอทิลีนเทเรฟทาเลต (polyethylene terephthalate, PET) รีไซเคิลและมีพื้นที่หน้าตัดแบบเป็นรูพรุน เพื่อขึ้นรูปเป็นคอมพอสิทที่ค่าน้ำหนักต่อพื้นที่ 2,250 g/m2 ความหนา 5 cm จากการขึ้นรูปในระดับห้องปฏิบัติการและในโรงงานอุตสาหกรรมพบว่าการใช้สัดส่วนเส้นใยจากใบสับปะรด 30% ร่วมกับการใช้เส้นใยพอลิเอสเทอร์ที่ผ่านกระบวนการรีไซเคิล และมีโครงสร้างแบบมีรูพรุน ร่วมกัน 2 ชนาด คือ 3 ดีเนียร์ และ 7 ดีเนียร์ ในปริมาณชนิดละ 30% และเส้นใย PET ที่จุดหลอมเหลวต่ำ (Low metling PET, LPET) ในปริมาณ 10% มีสมบัติทางความร้อนที่ดี โดยมีค่าการนำความร้อนอยู่ที่ 0.0333 W/mk.และให้ประสิทธิภาพในการดูดซับเสียงดีที่สุด โดยให้ค่า NRC เท่ากับ 0.6 นอกจากนี้ ได้นำเส้นใยจากใบสับปะรดที่ได้จากเครื่องต้นแบบขูดใบสับปะรดแบบอัตโนมัติและเครื่องสลัดเส้นใยสับปะรดภายใต้โครงการย่อยที่ 1 มาทำการขึ้นรูปเป็นแผ่นเส้นใยไม่ถักทอโดยใช้สัดส่วนในการขึ้นรูปเดียวกันนี้ ซึ่งให้ค่าสมบัติทางความร้อนและความสามารถในการดูดซับเสียงไม่แตกต่างจากการใช้เส้นใยสับปะรดที่ได้จากเครื่องขูดแบบดั้งเดิม ซึ่งจะช่วยลดค่าใช้จ่ายในส่วนของกระบวนการล้างเส้นใยด้วยด่างและน้ำการประเมินความเป็นไปได้ทางธุรกิจ เมื่อเปรียบเทียบกับผลิตภัณฑ์ทางการค้าที่จำหน่ายในประเทศไทยพบว่า คอมพอสิทเส้นใยสับปะรดมีสมบัติทางความร้อนและการดูดซับเสียงที่ใกล้เคียงกับผลิตภัณฑ์จากเส้นใยแก้วและเส้นใยหิน และมีความเป็นฉนวนความร้อนดีกว่าผลิตภัณฑ์ที่มีเส้นใยพอลิเอสเทอร์เป็นองค์ประกอบ แต่ความสามารถในการดูดซับเสียงยังมีประสิทธิภาพต่ำกว่าเล็กน้อย ส่วนการประเมินราคาต้นทุนของแผ่นเส้นใยสับปะรดอยู่ที่ 317.49 บาทต่อตารางเมตร และประเมินราคาจำหน่ายไว้ที่ 396.86 บาทต่อตารางเมตร ซึ่งยังมีราคาสูงกว่าผลิตภัณฑ์ประเภทใยแก้วและใยหิน แต่ต่ำกว่าราคาจำหน่ายของคอมพอสิทเส้นใยพอลิเอสเทอร์ และจากเส้นใยไม้จากประเทศสวีเดน จึงมีแนวโน้มที่จะพัฒนาเป็นผลิตภัณฑ์ดูดซับเสียงที่มีมิตรต่อสิ่งแวดล้อมได้การทดสอบติดตั้งแผ่นดูดซับเสียงเส้นใยสับปะรดในห้องเรียน ณ อาคารศูนย์เรียนรวม 3 มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ โดยทำการปิดแผ่นผ้ากันลามไฟที่ผลิตจากเส้นใยรีไซเคิลของผ้ายผสมเส้นใยพอลิเอสเทอร์ มีค่า NRC เพิ่มขึ้นเป็น 0.70 ซึ่งสามารถดูดซับเสียงในช่วงความถี่คลื่น 0- 2000 Hz ได้ดี และผ่านมาตรฐานการทดสอบการลามไฟสำหรับวัสดุติดตั้งในอาคาร (ISO 11925) ทำการติดตั้งภายในห้องบริเวณเพดาน เหนือหน้าต่าง ด้านข้างประตู และบริเวณกำแพงของห้องเรียน คิดเป็นพื้นที่ในการติดตั้งแผ่นดูดซับเสียง เท่ากับ 30 ตารางเมตร หรือประมาณ 12% ของพื้นที่ผนังรวมฝ้าเพดาน ประมาณ 272 ตารางเมตร (เนื่องจากมีหน้าต่าง ประตู ที่ติดตั้งเดิมแล้ว) และวิเคราะห์ระดับความเข้มเสียงที่เปลี่ยนแปลงไปจากก่อนการติดตั้ง และหลังการติดตั้ง พบว่าสามารถลดความเข้มของเสียงลดได้ 5 dB แผ่นเส้นใยสับปะรดผสมเส้นใยพอลิเอสเทอร์รีไซเคิลจึงมีศักยภาพในการใช้งานและแข่งขันกับผลิตภัณฑ์ทางการค้าทั้งทางด้านคุณภาพ ราคา และความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมได้โครงการย่อย 3 การประยุกต์ใช้กรรมวิธีการผลิตกระดาษหัตถกรรมจากเส้นใยใบสับปะรดเพื่อการผลิตภาชนะบรรจุย่อยสลายได้ทางชีวภาพงานวิจัยนี้ มีจุดประสงค์เพื่อทำการทดลองขึ้นรูปกระดาษด้วยเครื่องผลิตแผ่นกระดาษกึ่งอุตสาหกรรม สำหรับการใช้เป็นแนวทางในการพัฒนาคุณสมบัติภาชนะถาดรองผลไม้ย่อยสลายได้ทางชีวภาพทดแทนการใช้โฟม จากผลผลิตเยื่อจากเศษเส้นใยจากใบสับปะรด พบว่า เยื่อจากเศษเส้นใยใบสับปะรด ให้ผลผลิตที่เป็นส่วนของโฮโลเซลลูโลสอยูที่ 66-68% ปริมาณลิกนินอยูที่ 3-5% ปริมาณสารแทรกอยู่ที่ 23-24% และมีปริมาณเถ้าอยู่ที่ 2-3% จากการวิเคราะห์องค์ประกอบเคมีดังกล่าวแสดงให้เห็นว่าเศษเส้นใยใบสับปะรด มีองค์ประกอบที่เป็นเซลลูโลสสูง ซึ่งสามารถนำมาผลิตกระดาษหัตถกรรม และกระดาษกึ่งอุตสาหกรรมได้ อีกทั้งยังมีแนวโน้วที่จะสามารถนำมาผลิตเป็นภาชนะที่ได้จากวัตถุดิบธรรมชาติ จากการขึ้นรูปกระดาษเพื่อเป็นแนวทางในการกำหนดอัตราส่วนผสม พบว่า เยื่อที่ได้จากเศษเส้นใยใบสับปะรด (ซึ่งมีลักษณะเป็นมัดเส้นใยยาว) เพียงชนิดเดียวสามารถขึ้นรูปกระดาษได้ อย่างไรก็ตาม กระดาษที่ได้จากการขึ้นรูปกระดาษดังกล่าว มีความแข็งแรงแต่โปร่ง ซึ่งความแข็งแรงหลักของกระดาษที่ได้มาจากการสานตัวของเส้นใยใบสับปะรดเพียงอย่างเดียว เนื้อกระดาษที่โปร่งทำให้เกิดช่องว่างรูพรุนค่อนข้างมากและผิวสัมผัสไม่สม่ำเสมอ คุณสมบัติดังกล่าวจึงยังไม่เพียงพอต่อการใช้งานเป็นภาชนะบรรจุภัณฑ์ เนื่องจากมีช่องว่างรูพรุนขนาดใหญ่ทำให้น้ำซึมผ่านได้ง่าย คณะวิจัยจึงปรับวิธีการผลิต ด้วยการใช้ เส้นใยสั้นที่ได้จากวัตถุดิบทางการเกษตรชนิดอื่น ซึ่งเป็นเศษของเส้นใยที่ไม่ได้มีการใช้ประโยชน์ ได้แก่ เส้นใยสั้นจากฟางข้าวมาเป็นส่วนผสมในการผลิตเพื่อช่วยในการอุดช่องว่างรูพรุนในเนื้อกระดาษ และเพื่อช่วยให้ผิวสัมผัสมีความสม่ำเสมอ จากผลการทดลอง พบว่า อัตราส่วนเยื่อที่ได้จากเศษเส้นใยใบสับปะรดต่อเยื่อฟางข้าว ที่เหมาะสมคือ 80 : 20 และเมื่อทำการขึ้นรูปภาชนะ ที่อัตราส่วนเยื่อที่ได้จากเศษเส้นใยใบสับปะรดต่อเยื่อฟางข้าว 80 : 20 และมีการผสมสารเคมีเพื่อการปรับปรุงคุณภาพ และสารเคมีเพื่อการควบคุมการผลิต พบว่า การใช้สารเพิ่มความแข็งแรงขณะเปียก ชนิด A ที่ 1% สารกันซึม ชนิด B ที่ 1%, แป้งประจุบวก ชนิด C ที่ 0.3% และ ที่ 1.5% และสารกันน้ำมัน ชนิด D ที่ 1% มีแนวโน้มที่จะใช้เป็นสูตรที่ช่วยลดความสามารถในการดูดซึมน้ำและน้ำมันได้โครงการย่อย 4 ฐานข้อมูลลักษณะสัณฐานวิทยาและองค์ประกอบทางเคมีของเส้นใยใบสับปะรดพันธุ์ต่างๆ ที่ปลูกในพื้นที่ประเทศไทย งานวิจัยนี้จึงมีวัตถุประสงค์เพื่อจัดทำฐานข้อมูลลักษณะทางพฤกษศาสตร์ ลักษณะสัณฐานวิทยาของเส้นใย องค์ประกอบทางเคมีของเส้นใยใบสับปะรด และ วิเคราะห์กากเศษเหลือจาการขูดเส้นใยด้านคุณภาพโภชนะอาหารสัตว์ ของสับปะรดสายพันธุ์ปัตตาเวีย โดยทำการศึกษาและเก็บข้อมูลในพื้นที่ภาคเหนือ ได้แก่ จังหวัดลำปาง จังหวัดพิษณุโลก และจังหวัดอุทัยธานี ภาคตะวันออกเฉียงเหนือ ได้แก่ จังหวัดหนองคาย ภาคตะวันออก จังหวัดระยอง และภาคใต้ จังหวัดชุมพร สับปะรดพันธุ์ปัตตาเวียจากพื้นที่เพาะปลูกต่างกันของประเทศไทย มีความยาวลำต้นเฉลี่ยอยู่ในช่วง 95.5 – 122.0 เซนติเมตร มีจำนวนใบเฉลี่ยในช่วง 19 – 60 ใบต่อต้น มีผลผลิตเส้นใยสดอยู่ในช่วง 336 – 735 กิโลกรัมต่อไร่ มีกากเศษเหลือจากการขูดเส้นใยสด 1.23 -5.78 ตันต่อไร่ เมื่อพิจารณาค่า flexibility coefficient, slenderness ratio, runkel ratio และ wall fraction ของเส้นใยสับปะรดในทุกพื้นที่เพาะปลูก พบว่าเส้นใยสับปะรดมีความเหมาะสมในการทำกระดาษได้ โดยกระดาษที่ได้จะมีความต้านทานแรงดึง ต้านทานแรงดันทะลุ ต้านทานแรงฉีกขาด และต้านทานแรงหักพับได้ นอกจากนี้ข้อมูลของขนาดลูเมนสามารถนำไปใช้ในการพัฒนาวัสดุดูดซับเสียงได้ องค์ประกอบเคมีของเส้นใยสับปะรดจากพื้นที่ต่างๆ มีปริมาณสารแทรกอยู่ในช่วงร้อยละ 17.2 – 26.6 ลิกนินอยู่ในช่วงร้อยละ 2.5 – 4.4 และแอลฟาเซลลูโลสอยู่ในช่วงร้อยละ 48.4 – 62.3 โดยพบว่าองค์ประกอบทางเคมีของเส้นใยสับปะรดแตกต่างกันไปตามพื้นที่ปลูก ซึ่งข้อมูลที่ได้สามารถนำไปใช้ปรับปรุงคุณสมบัติของเส้นใยก่อนนำไปพัฒนาเป็นผลิตภัณฑ์ได้ ปริมาณโปรตีนและปริมาณเส้นใย เช่น NDF และ ADF ส่งผลต่อคุณภาพคุณภาพโภชนะอาหารสัตว์ โดยพบว่ากากเศษเหลือจากการขูดเส้นใยสับปะรด มีโปรตีนอยู่ในช่วงร้อยละ 5.19-12.50 NDF อยู่ในช่วงร้อยละ 37.98 – 57.24 ADF อยู่ในช่วงร้อยละ 23.47 – 30.71 และ TDN อยู่ในช่วงร้อยละ 66.44 – 74.03 แสดงว่ากากเศษเหลือจากการขูดเส้นใยสับปะรดทุกพื้นที่เพาะปลูกในประเทศ อยู่ในเกณฑ์คุณภาพดี เหมาะสำหรับเป็นอาหารสัตว์เคี้ยวเอื้อง

คำสำคัญ