การผลิตฟิล์มเซลลูโลสกันน้ำจากลำต้นปาล์มน้ำมันสำหรับบรรจุภัณฑ์ชีวภาพ

บทคัดย่อ

งานวิจัยนี้เป็นการพัฒนาปรับปรุงคุณสมบัติด้านความแข็งแรงและกันน้ำของฟิล์มเซลลูโลสจากลำต้นปาล์มน้ำมันเพื่อให้สามารถนำฟิล์มเซลลูโลสไปใช้ประโยชน์ในทางบรรจุภัณฑ์ในวงกว้าง โดยเพิ่มความแข็งแรงด้วยการผสมสารพลาสติไซเซอร์ ซึ่งก็คือ กลีเซอรอล เข้าไป โดยได้ทำการศึกษาผลของปริมาณกลีเซอรอลต่อความความแข็งแรงของฟิล์มเซลลูโลสที่เตรียมจากระบบตัวทำละลาย NaOH/urea จากผลการทดลองพบว่าการเติมกลีเซอรอลเข้าไปทำให้ฟิล์มที่ได้มีสมบัติความแข็งแรงที่ดีขึ้น โดยที่ปริมาณการเติมกลีเซอรอลที่ 15% เป็นปริมาณที่เหมาะสมเนื่องจากให้ค่าความแข็งแรงสูง อัตราการแพร่ผ่านของไอน้ำต่ำสุด และมีความคงทนต่ออุณหภูมิดีที่สุด ซึ่งถ้าเติมกลีเซอรอลในปริมาณที่มากกว่านี้ก็ไม่ได้ทำให้สมบัติของฟิล์มที่ได้แตกต่างกัน จากนั้นนำฟิล์มเซลลูโลสที่เตรียมได้จากสภาวะนี้ไปทำการศึกษาการเพิ่มความสามารถในการกันน้ำให้แก่แผ่นฟิล์มโดยการเคลือบด้วยสารละลายเชลแล็กผสมกรดไขมันอิ่มตัว (กรดสเตียริก/กรดปาล์มมาติก) โดยแปรผันปริมาณของกรดไขมันอิ่มตัวที่ 0 5 15 30 45 60 wt% จากผลการวิเคราะห์คุณสมบัติเชิงกล พบว่าฟิล์มเซลลูโลสเมื่อนำมาผ่านการเคลือบด้วยสารละลายเชลแล็กจะทำให้ค่าความต้านทานแรงดึงลดลง (60.70 N/mm2) เมื่อเทียบกับฟิล์มเซลลูโลสที่ไม่ผ่านการเคลือบ (76.30 N/mm2) แต่ก็ยังให้ค่าความต้านทานแรงดึงที่สูงกว่าฟิล์มเซลลูโลสที่ไม่มีการเติมกลีเซอรอล (49.79 N/mm2) และพบว่าการเติมกรดไขมันอิ่มตัวลงไปในสารเคลือบเชลแล็กที่ปริมาณ 5-30 wt% ไม่ทำให้ความต้านทานแรงดึงแตกต่างจากกรณีการใช้สารเคลือบเชลแล็ก100% แต่ที่ปริมาณกรดไขมันอิ่มตัวมากกว่า 45 wt% จะทำให้ค่าความต้านทานแรงดึงของฟิล์มลดลงอย่างเห็นได้ชัด นอกจากนี้ยังทำการวิเคราะห์คุณสมบัติด้านการกันน้ำของฟิล์ม โดยการวิเคราะห์อัตราการซึมผ่านของไอน้ำ ค่าการซึมผ่านของไอน้ำ ค่าการบวมน้ำ และ water contact angle ผลการวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่าการเคลือบฟิล์มเซลลูโลสด้วยสารละลายเชลแล็ก100% ทำให้ฟิล์มเซลลูโลสที่ได้มีค่าอัตราการซึมผ่านของไอน้ำ (WVTR) และค่าการซึมผ่านของไอน้ำ (WVP) ต่ำกว่าของแผ่นฟิล์มเซลลูโลสที่ไม่ได้เคลือบอย่างเห็นได้ชัด คือจากค่า WVTR เท่ากับ 252.80 ลดลงอยู่ที่ 19.79 g/day.m2 และ จากค่า WVP เท่ากับ 2.57 ลดลงอยู่ที่ 0.16 g.mm/m2.day.kPa และเมื่อเติมกรดไขมันอิ่มตัวลงไปผสมในสารเคลือบเชลแล็กจะมีผลทำให้อัตราการซึมผ่านของไอน้ำ และค่าการซึมผ่านของไอน้ำลดลงไปอีก โดยอัตราการซึมผ่านของไอน้ำและค่าการซึมผ่านของไอน้ำลดลงต่ำสุดเมื่อเติมกรดสเตียริกไปเพียง 5 wt% และเติมกรดปาล์มมิติกที่ 15 wt% แสดงให้เห็นว่าการเติมกรดไขมันอิ่มตัวผสมเข้าไปในสารเคลือบเชลแล็กเพียงเล็กน้อยก็ช่วยลดการซึมผ่านของไอน้ำของแผ่นฟิล์มได้ ผลจากการทดสอบการบวมน้ำของฟิล์ม พบว่า แผ่นฟิล์มที่เคลือบด้วยสารละลายเชลแล็ก100% มีค่าการบวมตัวในน้ำลดต่ำลงเมื่อเทียบกับแผ่นฟิล์มที่ไม่ได้เคลือบ คือ จาก 116.58% ลดลงเป็น 48.67% และเมื่อผสมกรดไขมันอิ่มตัวลงไปในสารเคลือบเชลแล็กจะช่วยให้แผ่นฟิล์มมีความต้านน้ำเพิ่มขึ้นอีก ผลวิเคราะห์ water contact angle พบว่า ฟิล์มเซลลูโลสจะมีความชอบน้ำมากที่สุด (34.7?) และฟิล์มถูกเคลือบด้วยสารละลายเชลแล็กจะมีความต้านน้ำที่พื้นผิวมากขึ้น (68.3?) และเมื่อฟิล์มถูกเคลือบด้วยสารละลายเชลแล็กผสมกรดไขมันอิ่มตัวความต้านน้ำที่พื้นผิวจะมากขึ้นไปอีก โดยกรณีของสารละลายเชลแล็กผสมกรดสเตียริก มุมสัมผัสที่วัดได้สูงสุดคือ 104.5? เมื่อปริมาณกรดสเตียริกเท่ากับ 5 wt% และในกรณีของสารละลายเชลแล็กผสมกรดปาล์มมิติก มุมสัมผัสที่วัดได้สูงสุดคือ 96.5? เมื่อปริมาณกรดปาล์มมิติกเท่ากับ 15 wt% จากผลการทดลองจึงกล่าวได้ว่าปริมาณกรดไขมันอิ่มตัวที่เหมาะสมที่จะนำไปผสมในสารละลายเชลแล็กที่เหมาะสม คือ 5 และ 15 wt% สำหรับกรดสเตียริกและกรดปาล์มมิติกตามลำดับ เพื่อใช้เป็นสารเคลือบในการเพิ่มคุณสมบัติการกันน้ำของฟิล์มเซลลูโลส ในงานวิจัยนี้ยังศึกษาคุณสมบัติเชิงความร้อน ลักษณะโครงสร้างผลึก และลักษณะพื้นผิวของแผ่นฟิล์ม ด้วยเทคนิค TGA XRD และ SEM อีกด้วย แผ่นฟิล์มเซลลูโลสกันน้ำจากลำต้นปาล์มน้ำมันที่พัฒนาขึ้นนี้ สามารถนำไปต่อยอดใช้ประโยชน์ทางด้านบรรจุภัณฑ์กันน้ำที่ย่อยสลายได้ ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ที่เป็นมิตรต่อผู้บริโภคและสิ่งแวดล้อมในอนาคต

คำสำคัญ