การพัฒนาระบบแปรรูปน้ำยางธรรมชาติเป็นยางผงและยางเม็ด

บทคัดย่อ

การแปรรูปน้ำยางธรรมชาติเป็นยางผงสามารถช่วยลดเวลาและพลังงานในการแปรรูปและสะดวกในการนำไปแปรรูปหรือใช้ประโยชน์ในการทำผลิตภัตภัณฑ์ปลายนำ งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาการผลิตยางธรรมชาติผงจากน้ำยางธรรมชาติด้วยกระบวนการอบแห้งละอองน้ำยางภายใต้สภาวะอากาศร้อนที่สร้างจากห้องเผาไหม้แบบพัลส์ โดยห้องเผาไหม้ที่ใช้เป็นห้องเผาไหม้แบบ Helmholtz ชนิดไร้วาล์ว ที่มีท่อทางเข้าอากาศทางเดียวและมีท่อส่งเป็นแบบท่อเดียว ในการทดลองจะศึกษาลักษณะพฤติกรรมการไหลของเจ็ทลมร้อนที่สร้างจากห้องเผาไหม้แบบพัลส์ โดยตัวแปรที่ใช้ใช้ในการศึกษาประกอบด้วย ระยะห่างจากปากทางออกท่อส่งถึงหัววัดเท่ากับ 1D, 2D, 3D, 4D, 5D, 6D, 7D และ 8D โดยที่ D คือ ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อส่งเท่ากับ 47 mmและปรับเปลี่ยนอัตราการจ่ายเชื้อเพลิงของแก๊ส LPG ที่ 22, 25 และ 29 l/min เพื่อศึกษาดูพฤติกรรมการไหลของลมร้อนจากห้องเผาไหม้แบบพัลส์ และงานวิจัยนี้ได้สนใจที่จะศึกษารูปแบบของหัวฉีดทีสามารถสร้างละอองน้ำยาง โดยตัวแปรที่ใช้ในการศึกษารูปแบบหัวฉีดสร้างละอองน้ำยางประกอบด้วยรูปแบบหัวฉีดที่ระยะท่อทางเข้าอากาศที่แตกต่างกัน 3 รูปแบบ อัตราการไหลของอากาศที่ 70, 80 และ 90 V/min และอัตราการไหลของน้ำยางที่ 20, 40 และ 60 g/min จากนั้นจะศึกษาสภาวะต่าง ๆ ในกระบวนการอบแห้งแบบพ่นฝอยและหลังจากอบแห้งโดยได้ผลิตภัณฑ์ยางธรรมชาติผงแล้ว จะนำอนุภาคยางธรรมชาติมาวิเคราะห์ลักษณะทางสัณฐานและขนาดของอนุภาคยางธรรมชาติผงด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) และเครื่องวิเคราะห์อิเล็กตรอนแบบจุลภาค ตามลำดับ ทั้งนี้ได้ทำการวิเคราะห์สมบัติทางความร้อนของยางธรรมชาติผง การทดสอบสมบัติของยางดิบและความหนืดมูนนี้ การทดสอบคุณสมบัติทางกลของยางธรรมชาติผงรวมถึงการคำนวณค่าความสิ้นเปลืองพลังงานรวมในระบบอบแห้ง จากผลการศึกษาพบว่า อุณหภูมิเฉลี่ยและความเร็วเฉลี่ยของเจ็ทลมร้อนที่สร้างจากห้องเผาไหม้แบบพัลส์จะมีค่าลดลงตามการเพิ่มขึ้นของระยะห่างจากปากทางออกท่อส่ง โดยเฉพาะอุณหภูมิจะลดลงอย่างรวดเร็ว เมื่อระยะห่างจากปากทางออกท่อส่ง X/D เพิ่มขึ้น โดยการกระจายอุณหภูมิของลมร้อนภายในห้องอบที่สร้างจากห้องเผาไหม้แบบพัลส์ มีการกระจายได้ทั่วห้องอบ ทำให้การอบแห้งมีประสิทธิภาพและละสามารถอบแห้งละอองน้ำยางได้อย่างรวดเร็ว สำหรับผลของรูปแบบหัวฉีดสร้างละองน้ำยางที่ตำแหน่งท่อทางเข้าอากาศที่แตกต่างกัน จากการทดลองพบว่ารูปแบบหัวฉีดที่ตำแหน่งท่อทางเข้าอากาศเอียงทำมุมกับท่อทางเข้าน้ำยาง 40 องศา มีลักษณะการกระจายของละอองน้ำยางได้ดีในทุกกรณีของอัตราการไหลของอากาศ โดยที่เงื่อนไขกรณีอัตราการไหลของอากาศเท่ากับ 90 l/min และอัตราการไหลของน้ำยางที่ 20 g/min มีลักษณะกระจายของละออง น้ำยางเป็นละองขนาดเล็กได้ดีโดยไม่เกิดการอุดตันของยางในรูหัวฉีด จากการศึกษาสภาวะต่าง ๆ ในกระบวนการอบแห้งแบบพ่นฝอย กรณีศึกษาใช้ผงทัลคัมเป็นสารเคลือบผิวอนุภาคยางธรรมชาติ พบว่าสภาวะที่เหมาะสมในการอบแห้งละอองนำยางคือ เงื่อนไขกรณีอัตราการจ่ายเชื้อเพลิงของแก๊ส 29 l/min ความเร็วทางเข้าห้องอบ 12 m/s และอัตราการไหลของนำยาง 20 g/min เมื่อนำยายางธรรมชาติผงที่เตรียมได้จากกระบวนการอบแห้งแบบบพ่นฝอยมาวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด พบว่าลักษณะทางสัณฐานของอนุภาคยางธรรมชาติที่เคลือบด้วยผงทัลคัม มีลักษณะเป็นเม็ดทรงกลมยึดเกาะติดกันและมีขนาดของอนุภาคอยู่ในช่วง 50 ?m ถึง 300 ?m จากการทดสอบสมบัติทางความร้อนพบว่ามีความเสถียรภาพทางความร้อนอยู่ที่ประมาณ 200oC จากการทดสอบความหนืดมูนนี่พบว่ายางธรรมชาติผงมีค่าความหนืดมูนนี่เท่ากับ 43.87 และยางธรรมชาติผงมีความต้านทานต่อแรงดึงและค่าความแข็งเท่ากับ 16 MPa และ 55 ตามลำดับ สำหรับในการศึกษาสภาวะต่างๆ ในกระบวนการอบแห้งแบบพ่นฝอย กรณีศึกษาใช้ชิงค์สเตียเรทเป็นสารเคลือบผิวอนุภาคยางธรรมชาติ พบว่าสภาวะที่เหมาะสมในการอบแห้งละอองน้ำยางแบบพ่นฝอยคือเงื่อนไขกรณีอัตราการจ่ายเชื้อเพลิงของแก๊สเท่ากับ 29 l/min ความเร็วทางเข้าห้องอบเท่ากับ 12 m/s และปรับอัตราการไหลของน้ำยางเท่ากับ 20, 40 และ 60 g/min โดยในขณะทำการทดดลองมีการกระจายอุณหภูมิได้ทั่วห้องอบ ทำให้การอบแห้งมีประสิทธิภาพและอบแห้งละอองน้ำยางได้อย่างรวดเร็ว จากผลการศึกษาลักษณะทางสัณฐานของอนุภาคยางธรรมชาติผงด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่งกราด พบว่ามีการกระจายตัวเป็นอนุภาคทรงกลมโดยที่ไม่ยึดเกาะติดกันเป็นกลุ่มก้อนและมีขนาดของอนุภาคอยู่ในช่วง 90 ?m ถึง 600 ?m จากผลการทดสอบสมบัติทางความร้อนของยางผง พบว่ามีค่าความเสถียรภาพทางความร้อนของยางธรรมชาติประมาณ 200oC โดยที่ยางธรรมชาติผงมีค่าความหนืดมูนน (Mooney viscosity) เท่ากับ 47.65 จากการทดสอบสมบัติทางกล พบว่ายางธรรมชาติผงที่เคลือบด้วยซิงค์สเตียเรท มีค่าความต้านทานต่อแรงดึง และค่าโมดลัสที่ใกล้เคียงกับกรณีของยางแท่ง STR 5L โดยมีค่าประมาณ 10 และ 0.95 MPa ตามลำดับ ในขณะที่ค่าความแข็งและระยะยืด ณ จุดขาดของยาง มีค่าเท่ากับ 59 และ 755% ตามลำดับ อย่างไรก็ตามยังต้องพัฒนาแนวทางการเพิ่มกำลังการผลิตเพื่อให้นำไปใช้งานได้ในระดับอุตสาหกรรม ในการศึกษากระบวนการผลิตวัตถุดิบยางธรรมชาติรูปแบบเม็ด โดยหลักการหยดน้ำยางลงบนสารเคลือบผิว โดยการออกแบบเครื่องมือที่ควบคุมปริมาณการหยดน้ำยางได้ หัวหยดอออกแบบให้อยู่กับที่และให้มีสายพานรองรับน้ำยางที่หยดลงมา โดยสายพานสามารถปรับความเร็วได้ ออกแบบให้มีชุดโรยสารเคลือบนสายพาน และให้มือโมงค์ความร้อน พบว่าสารเคลือบผิวที่มีความเหมาะสมเป็นสารเคลือบผิวผสมระหว่างแคลเซียมคาร์บอเนตและทัลคัมที่อัตราส่วน 75/25 โดยน้ำหนัก ความเข้มข้นของน้ำยางที่ให้รูปทรงยางเม็ดลักษณะกลมมากที่สุดคือที่ความเข้มข้นเนื้อยางเท่ากับ 60% และในการทดดลองในระดับขยายส่วนพบว่าที่อุณหภูมิอุโมง 140C ความของลูกกลิ้งควบคุมสายพานเท่ากับ 250 หรือประมาณ 6 mm/s เป็นสถาวะการทดสอบที่ให้ยางเม็ดในลักษณะสมบูรณ์ที่สุดในช่วงการแปรสภาวะการทดสอบนี้ นอกจากนี้ในการศึกษากำลังการผลิตของยางเม็ดด้วยเครื่องต้นแบบ พบว่าเครื่องต้นแบบในปัจจุบันสามารถผลิตได้ในอัตรา 0.36 kg/h โดยยางเม็ดที่เตรียมได้เป็นทรงกลมมีขนาดอนุภาคประมาณ 4 มิลลิเมตร มีสารเคลือบผิวอยู่น้อยกว่า 5%นอกจากนี้พบว่าในกรณีเตรียมคอมพาวนด์ขึ้นยางธรรมชาติรูปแบบเม็ดจะมีค่าเวลาการสก็อชที่สั้น และมีค่าความแตกต่างของทอร์กต่ำสุดและสูงสุดที่มากกว่าการเตรียมคอมพาวนต์จากยางธรรมชาติขนิดยางแท่ง

คำสำคัญ