การผลิตและสมบัติบางประการของนาโนเซลลูโลสที่ทำจากเศษขอบกระดาษเหลือทิ้ง

ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

ธันยมัย อินทร์แย้ม, ชินกฤต สถิตย์กุล

อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์

อัจฉริยะ โชติขันธ์, กฤษณา สัสดีพันธุ์

โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์

โรงเรียนมอ.วิทยานุสรณ์ สุราษฎร์ธานี

ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

พ.ศ. 2562

บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์

กระดาษสำนักงานที่ใช้ในการเขียน การพิมพ์เอกสารและข้อมูลต่างๆนั้นต่างเป็นกระดาษคุณภาพดี

เมื่อผ่านการใช้งานแล้ว ก็จะถูกนำไปใช้ซ้ำ การนำไปผ่านกระบวนการรีไซเคิล (Recycle) ซึ่งกระดาษรีไซเคิลนั้น สามารถทำการผลิตซ้ำได้สูงสุด 4-6 ครั้งเท่านั้น เมื่อผ่านกระบวนการรีไซเคิลหลายครั้ง เยื่อของกระดาษจะสั้นลงเรื่อยๆ ส่งผลให้คุณภาพของกระดาษที่ผลิตได้ลดลง โรงงานจึงต้องเพิ่มเยื่อใหม่ลงไปด้วย เพื่อเพิ่มความแข็งแรงให้กับกระดาษที่ผลิตใหม่ ปัจจุบันประเทศไทยยังมีการนำเศษกระดาษเหลือใช้ไปผ่านการรีไซเคิลในปริมาณน้อยมาก เนื่องจากการทิ้งขยะโดยไม่แยกประเภท ทำให้เศษกระดาษเหล่านี้ถูกทิ้งรวมกับขยะประเภทอื่น ทำให้การรวบรวมและจัดเก็บกระดาษจากสำนักงาน หรือแหล่งต่างๆ ไปยัง โรงงานผลิตกระดาษใหม่ไม่ดีพอ และเป็นไปได้ยาก หากเก็บรวบรวมกระดาษเหล่านี้และนำไปขายให้ ร้านรับซื้อกระดาษทั่วไป จะได้ราคากิโลกรัมละ 3-8 บาทเท่านั้น กระดาษที่ผ่านการใช้งานแล้วจำนวนมากกลายเป็นกระดาษเหลือทิ้ง ซึ่งเป็นปัญหาใหญ่ของขยะอีกประเภทหนึ่ง เนื่องจากมีเพียงส่วนน้อยที่สามารถกลับไปทำผลิตภัณฑ์ใหม่อีกครั้ง ส่วนที่เหลือถูกทิ้งไว้ในแหล่งทิ้งขยะ นอกจากนี้ ขอบกระดาษยังเป็นเศษขยะเหลือทิ้งที่ถูกมองข้าม เพราะไม่สามารถนำไปใช้งานได้ เนื่องจากเป็นส่วนหนึ่งของกระดาษที่ได้ผ่านการใช้งานมาแล้ว ส่วนของขอบกระดาษที่ไม่ได้ผ่านการพิมพ์ แต่ถูกตัดขอบกระดาษจากการเข้าเล่มเอกสารนั้น เป็นส่วนที่ยังมีความบริสุทธิ์ ปราศจากหมึกพิมพ์ จึงเล็งเห็นว่าไม่ควรนำเศษกระดาษเหล่านี้ไปรวมกับกระดาษที่เปื้อนหมึกพิมพ์เพื่อการรีไซเคิล

กระดาษเป็นวัสดุที่ทำมาจากเส้นใยของพืชเป็นหลัก ทำมาจากไม้ใบแคบ เช่น ต้นสน ต้นยูคาลิปตัส และมีการนำไม้กว้างจำพวก ต้นโอ๊ก ต้นเมเปิ้ล รวมทั้งการนำพืชล้มลุก เช่น ต้นกก ปอกระเจา อ้อย ฝ้าย มาใช้ทำเยื่อกระดาษด้วย ซึ่งเส้นใยประกอบด้วยเซลลูโลส (Cellulose) เป็นเส้นใยพืชที่มีความแข็งแรงมาก เนื่องจากมีโครงสร้างที่เป็นระเบียบ สามารถสกัดได้จากพืช เช่น ไม้ยางพารา สับปะรด และกล้วย เป็นต้น สามารถนำมาเป็นวัตถุดิบตั้งต้นในการผลิตนาโนเซลลูโลสด้วยวิธีการทางเคมีและเชิงกล โดยทำให้เส้นใยเหล่านี้มีขนาดอนุภาคเล็กลงถึงระดับนาโนเมตรได้

นาโนเซลลูโลส (Nanocellulose) นิยมนำไปใช้งานในการเสริมแรงให้วัสดุมีความแข็งแรงและทนทานขึ้น นาโนเซลลูโลสถูกนำมาใช้ในด้านอุตสาหกรรมอย่างกว้างขวาง ทั้งในด้านอาหารและยา เครื่องสำอาง กระดาษ สิ่งทอ พอลิเมอร์ นอกจากนี้ยังมีการผลิตแบตเตอรี่จากนาโนเซลลูโลสเพื่อลดสารอันตรายเช่น โลหะหนักจำพวกตะกั่วหรือแคดเมียมในแบตเตอรี่หลังเสื่อมประสิทธิภาพ (ธัญญ์นลิน, 2560) การผลิตชิปคอมพิวเตอร์ที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ซึ่งมีข้อดีในเรื่องของความยืดหยุ่น แข็งแรง และเมื่อหมดสภาพการใช้งาน สามารถย่อยสลายได้ทางธรรมชาติอีกด้วย

จากงานวิจัยที่ผ่านมา ได้มีการนำใบสับปะรดที่ถูกทิ้งเป็นจำนวนมากมาใช้เป็นสารตั้งต้นในการเตรียมนาโนเซลลูโลส โดยใช้กระบวนการระเบิดด้วยไอน้ำแรงดันสูง เพื่อทำลายพันธะที่ยึดเกาะกันระหว่างเส้นใยเซลลูโลสระดับไมโคร จนได้เป็นเส้นใยขนาดนาโนที่มีการกระจายตัวแยกออกจากกัน เส้นใยที่ได้มีความแข็งแรง ทนทานต่อสารเคมี สามารถนำไปใช้ประโยชน์ในหลายๆด้าน เช่น ฟิล์มห่ออาหารที่จะช่วยให้แข็งแรงขึ้น แต่ยังคงความโปร่งใส ผ้าปิดแผล สารทดแทนไขมัน และหลอดเลือดเทียม เป็นต้น (ศุภโชค, 2560)

ทางผู้ศึกษาจึงมีความสนใจที่จะผลิตนาโนเซลลูโลสจากเศษขอบกระดาษเหลือทิ้งด้วยวิธีการใช้ปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสและวิธีการเชิงกล แล้วทำการศึกษาคุณสมบัติบางประการของนาโนเซลลูโลสที่มีการผลิตที่แตกต่างกัน ซึ่งเป็นอีกทางเลือกหนึ่งในการเพิ่มมูลค่าให้กับเศษกระดาษเหลือทิ้งได้