การพัฒนาเยื่อคราฟท์ผสมถ่านกัมมันต์โดยกรรมวิธีบดเยื่อเพื่อผลิตภัณฑ์กระดาษพิเศษ

บทคัดย่อ

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาเยื่อคราฟท์ผสมถ่านกัมมันต์โดยกรรมวิธีบดเยื่อเพื่อผลิตภัณฑ์กระดาษพิเศษ โดยการศึกษาจะมุ่งเน้นการศึกษาวิธีเพิ่มการตกค้างของถ่านกัมมันต์ในเส้นใยเยื่อกระดาษด้วยการใช้กรรมวิธีการบดเยื่อผสมระหว่างถ่านกัมมันต์กับเยื่อคราฟท์และการใช้สารประสานเป็นตัวช่วยเพิ่มการตกค้างของถ่านกัมมันต์บนเส้นใยและลดการสูญเสียถ่านกัมมันต์จากการขัดถูระหว่างการใช้งานผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปจากเส้นใยผสมถ่านกัมมันต์ให้มากที่สุด และทำศึกษาคุณสมบัติของเส้นใยผสมถ่านกัมมันต์และกระดาษที่ขึ้นรูปจากเส้นใยผสมถ่านกัมมันต์ที่ผลิตได้ในการดูดซับสารต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นสี ก๊าซ และโลหะหนัก โดยในงานวิจัยนี้ได้ทำการทดลองตั้งแต่หาระดับการตีเยื่อคราฟท์ด้วยเครื่อง valley beater ที่เหมาะสม เพื่อให้ได้เส้นใยที่พร้อมจะใช้ในการบดผสมกับถ่านกัมมันต์ จากผลการทดลองพบว่าระดับการตีเยื่อที่เหมาะสม คือ การตีเยื่อให้ได้ระดับความเป็นอิสระของน้ำเยื่อที่ 342 มิลลิลิตร นอกจากนี้ยังทำการศึกษาหาชนิดแป้งประจุบวกที่เหมาะสมในการช่วยการตกค้างของถ่านกัมมันต์ในโครงสร้างกระดาษ โดยทำการเปรียบเทียบแป้งประจุบวก 2 ชนิด คือแป้ง OPTIPRO และ แป้ง CATO จากผลการทดลองพบว่าการใช้แป้ง OPTIPRO จะให้ค่าการตกค้างของถ่านกัมมันต์บนโครงสร้างกระดาษที่ดีกว่า จากนั้นจึงศึกษาอิทธิพลของปริมาณแป้งประจุบวกและปริมาณถ่านกัมมันต์ต่อคุณสมบัติของกระดาษจากเยื่อคราฟท์ผสมถ่านกัมมันต์ โดยการนำเยื่อคราฟท์ที่มีค่าความเป็นอิสระของน้ำเยื่อที่ 342 มิลลิลิตร มาบดผสมกับถ่านกัมมันต์โดยใช้แป้งประจุบวก OPTIPRO เป็นสารช่วยประสาน และแปรผันปริมาณถ่านกัมมันต์ที่ 0, 10, 20, 30, 40 และ 50% ต่อน้ำหนักเยื่อแห้ง และปริมาณแป้งประจุบวกที่ 0, 0.25 และ 0.50% ต่อน้ำหนักเยื่อแห้งตามลำดับ จากนั้นนำไปขึ้นรูปแผ่นทดสอบ ซึ่งกระดาษที่ได้จะถูกนำไปทดสอบคุณสมบัติทางกายภาพตามมาตรฐาน ISO 5270 ได้แก่ น้ำหนักมาตรฐาน ความหนาแน่น ความต้านทานต่อแรงดึง ความต้านทานแรงดันทะลุ ความต้านแรงกดวงแหวน และความต้านทานแรงฉีกขาด และศึกษาลักษณะพื้นผิวและภาคตัดขวางด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (Scanning electron microscope, SEM) และทดสอบคุณสมบัติการดูดซับสี การดูดซับโลหะหนัก และการดูดซับแก๊ซเอทิลีน จากผลการทดสอบทั้งคุณสมบัติเชิงกล และคุณสมบัติการดูดซับ พบว่าคุณสมบัติเชิงกลของกระดาษลดลงเมื่อปริมาณถ่านกัมมันต์เพิ่มขึ้น โดยที่ระดับการเติมถ่านกัมมันต์ 20-30% ต่อน้ำหนักเยื่อแห้ง กระดาษที่ได้จะมีการลดลงของความแข็งแรงไม่มากนัก แต่เมื่อเติมถ่านกัมมันต์มากกว่า 30% ต่อน้ำหนักเยื่อแห้ง คุณสมบัติความแข็งแรงจะลดลงอย่างมาก คุณสมบัติการดูดซับของกระดาษเพิ่มขึ้นตามปริมาณถ่านกัมมันต์ โดยเพิ่มขึ้นชัดเจนในช่วงปริมาณของถ่านกัมมันต์เท่ากับ 20-30% และเพิ่มขึ้นไม่มากนักเมื่อปริมาณถ่านกัมมันต์มากกว่า 30% สำหรับอิทธิพลของปริมาณแป้งนั้น การเติมแป้งประจุบวกที่ 0.25% ต่อน้ำหนักเยื่อแห้ง ให้ผลโดยรวมด้านคุณสมบัติเชิงกลและการดูดซับที่ดี คุณสมบัติการดูดซับอยู่ในเกณฑ์เทียบเท่าหรือดีกว่าคุณสมบัติการดูดซับของตัวอย่างทางการค้าที่นำมาเปรียบเทียบ ดังนั้น คณะวิจัยจึงเลือกสภาวะการใช้แป้งประจุบวกที่ 0.25% ต่อน้ำหนักเยื่อแห้ง และใช้ถ่านกัมมันต์ 30% ต่อน้ำหนักเยื่อแห้ง ในการเตรียมเยื่อคราฟท์ผสมถ่านกัมมันต์ด้วยวิธีบดผสมมาทดลองขึ้นรูปกระดาษด้วยเครื่อง Experimental orientated sheet former โดยกระดาษที่ผลิตได้จะมีขนาด กว้าง x ยาว เท่ากับ 22 x 75 เซนติเมตร ซึ่งได้ทำการทดลองขึ้นรูปกระดาษต้นแบบ 3 ชนิด คือ กระดาษคราฟท์ผสมถ่านกัมมันต์ ที่น้ำหนักมาตรฐาน 120 กรัมต่อตารางเมตร และกระดาษแบบ 3 ชั้น คือชั้นบนและล่างเป็นเยื่อคราฟท์ และชั้นกลางเป็นเส้นใยเยื่อคราฟท์ผสมถ่านกัมมันต์ที่เตรียมขึ้น ที่น้ำหนักมาตรฐาน 120 และ 180 กรัมต่อตารางเมตร จากการทดลองขึ้นรูปกระดาษต้นแบบแสดงให้เห็นว่าเส้นใยเยื่อคราฟท์ผสมถ่านกัมมันต์ที่เตรียมด้วยวิธีบดผสมจากงานวิจัยนี้ สามารถนำมาใช้เป็นวัตถุดิบเส้นใยในการขึ้นรูปกระดาษตามวิธีที่ใช้ดั้งเดิมที่ใช้ทั่วไปในการขึ้นรูปกระดาษได้ เส้นใยจากเยื่อคราฟท์ผสมถ่านกัมมันต์ที่ผลิตได้จากงานวิจัยนี้คาดหวังว่าจะสามารถนำไปต่อยอดขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์กระดาษพิเศษชนิดต่างๆในได้อนาคต เช่น กระดาษดูดซับกลิ่นในครัวเรือน กระดาษกรองเพื่อดูดซับกลิ่น สี หรือสารเคมี และกล่องบรรจุภัณฑ์แอคทีฟสำหรับการถนอมอาหารและดูดซับกลิ่นไม่พึงประสงค์ เป็นต้น

คำสำคัญ