พลาสติกที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ

ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

ธนกร ไชยพิษ

อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์

ดนุพล เดชอุดม

โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์

โรงเรียนอนุกูลนารี

ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

พ.ศ. 2566

บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์

ปัญหาพลาสติกล้นโลกเป็นเรื่องที่ทุกประเทศ ทุกหน่วยงานเริ่มหันมาให้ความสนใจกันเป็นอย่างมาก เพราะไม่เพียงแค่เป็นขยะที่ย่อยยากใช้เวลานับร้อยๆปีในการสลาย แล้วยังส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อมอีกด้วย มันเป็นไปได้ยากมากที่จะให้มนุษย์ลดการใช้พลาสติกลง เพราะฉะนั้นแทนที่เราจะรอให้ขยะเหล่านั้นย่อยสลายไปเอง เราควรต้องทำอะไรสักอย่างกับมันก่อนที่มันจะสร้างปัญหาไปมากกว่านี้

คณะผู้จัดทำจึงเล็งเห็นถึงปัญหาดังกล่าว จึงได้นำเอามันสำปะหลังจากภาคเกษตรกร มาทำการหมักและแปรรูปตามขั้นตอนจนได้กรดแลคติกออกมา โดยศึกษาสภาวะที่เหมาะสมต่อการเจริญและการผลิตกรดแลคติกจากมันสำประหลัง พบว่าการแปรรูปกากมันสำปะหลังเป็นน้ำตาลด้วย 2 ขั้นตอนในส่วนการย่อยแป้งจากเอนไซม์ย่อยเซลลูโลส และใช้เอนไซม์ α- Amylase และ Glucoamylase ช่วยในการย่อยแป้งในมันสำปะหลังเปลี่ยนเป็นน้ำตาลแบบต่อเนื่องเป็นเวลา 20 ชั่วโมง อัตราการผลิตสูงสุดอยู่ที่ pH 5.5 และทำการศึกษาสภาวะที่เหมาะสมในการเปลี่ยนกรดแลคติกให้เป็นพอลิแลคติกแอซิด หรือ PLA ที่ได้จากธรรมชาติ ทำการศึกษาที่อุณหภูมิ 140°C, 150°C และ 160°C และทำการศึกษาเวลาที่ใช้ในการทำปฏิกิริยาที่ 24 hr, 36 hr และ 48 hr พบว่า ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการเปลี่ยนกรดแลคติคเป็นพอลิแลคติกแอซิด (PLA) ด้วยปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันแบบควบแน่นโดยตรง ที่ทุกสภาวะการทดลองมีลักษณะเป็นผงของแข็งสีขาว เมื่อทำการคำนวณหาค่าร้อยละผลได้สูงสุด ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อทำการเปลี่ยนภายใต้อุณหภูมิ 150°C เวลาในการทำปฏิกิริยา 24 hr และทำการศึกษาคุณสมบัติทางกายภาพของพอลิแลคติกแอซิด หรือ PLA ที่ผสมเส้นใยจากวัชพืชในอัตราส่วนที่แตกต่างกัน พบว่าค่าแรงเค้นสูงสุดของ PLA ที่ผสมเส้นใยผักตบชวาในอัตราส่วน 40wt% มีค่าเท่ากับ 30 Pa และค่าระยะยืด ณ จุดขาดมีค่าเท่ากับ 2.8% ซึ่งดีกว่าค่าแรงเค้นสูงสุดของ PLA ที่ผสมเส้นใยธูปฤาษีในอัตราส่วน 30% มีค่าเท่ากับ 27 Pa และค่าระยะยืด ณ จุดขาดมีค่าเท่ากับ 2.8% นำชิ้นงานทดสอบตามมาตรฐาน ASTM D638 ของ PLA ที่ผสมเส้นใยจากธูปฤาษีและผักตบชวาเข้าตู้อบที่อุณหภูมิ 150°C, 160°C, 170°C, 180°C และ 190°C เป็นเวลา 10 นาที และสังเกตจุดหลอมเหลวและรูปลักษณ์ของพลาสติกที่ผสมในอัตราส่วนต่างกัน สรุปผลการทดลองได้ว่า PLA ที่ผสมเส้นใยผักตบชวาในอัตราส่วน 40wt% สามารถทนความร้อนได้ดีที่สุดที่อุณหภูมิ 190°C รองลงมาคือ PLA ที่ผสมเส้นใยธูปฤาษีในอัตราส่วน 30% มีความสามรถในการทนความร้อนได้ดีที่สุดที่อุณหภูมิ 180°C ส่วน PLA ที่ผสมเส้นใยผักตบชวาในอัตราส่วน 30wt% และ PLA ที่ผสมเส้นใยธูปฤาษีในอัตราส่วน 40wt% มีความสามารถในการทนความร้อนใกล้เคียงกันคือทนความร้อนได้ถึง 180°C หลังจากนั้นจะเริ่มละลายที่อุณหภูมิ 190 °Cและ PLA มีคุณสมบัติในการทนความร้อนต่ำที่สุด

จัดทำโครงงานในครั้งนี้มีความเป็นไปได้เป็นอย่างมากในการประยุกต์ใช้ทั้งมันสำปะหลังจากภาคเกษตรกรและวัชพืชเพื่อให้เกิดประโยชน์สูงสุด โดยนำเอาวัชพืชคือผักตบชวาและธูปฤาษี มาทำเป็นวัสดุเสริมแรงผสมกับพอลิแลคติกแอซิด หรือ PLA เพื่อให้มีคุณสมบัติทางกายภาพที่เหมาะสมต่อการใช้งานมากขึ้นและเป็นการเพิ่มมูลค่าไปในตัว ซึ่งจะมีผลดีต่อมนุษย์ทางด้านเศรษฐกิจและสิ่งแวดล้อมได้อีกด้วย