แผ่นฟิล์มจากเส้นใยนาโนพอลิคาโปรแลคโตนเสริมแรงด้วยนาโนเซลลูโลสเพื่อการประยุกต์เป็นแผ่นกรองอากาศ

ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

ภาวิดา วงศ์กังแห, มนสิชา พลัง, ชญานิศ อาจองค์

อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์

เพื่อนจิต สิงห์เผ่น, กฤษ สุจริตตั้งธรรม

โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์

โรงเรียนเฉลิมขวัญสตรี

ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

พ.ศ. 2561

บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์

ฝุ่นควันและเชื้อโรคต่าง ๆ ล้วนเจือปนอยู่ในอากาศในปริมาณที่สูงขึ้นทุกวัน มลพิษเหล่านี้ทำให้เกิดโรคในระบบทางเดินหายใจมากมาย ดังนั้นการใช้เครื่องฟอกอากาศร่วมกับแผ่นกรองอากาศเพื่อแก้ปัญหาอากาศที่ไม่บริสุทธิ์จึงเป็นที่นิยมมากขึ้นโดยในปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ให้ความสนใจเทคโนโลยีนาโนมากขึ้นเนื่องจากคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์ที่ได้มีขนาดเล็กในระดับนาโนเมตรซึ่งส่งผลให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับผลิตภัณฑ์ที่มีอยู่ก่อนหน้านี้ ดังนั้น โครงงานนี้จึงมีความสนใจศึกษาเกี่ยวกับคุณสมบัติของเส้นใยนาโนเพื่อนำมาประยุกต์ใช้สำหรับเป็นแผ่นกรองอากาศ และเลือกวัสดุที่ช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม โดยการใช้พอลิเมอร์ชีวภาพ ได้แก่ พอลิคาโปรแลคโดต (Polycaprolactone; PCL) ที่สามารถย่อยสลายตัวได้เองตามธรรมชาติซึ่งไม่เป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อมร่วมกับเส้นใยเซลลูโลสธรรมชาติที่ได้จากการนำวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตร ได้แก่ ใบสับปะรด เส้นใยเซลลูโลสสามารถเตรียมได้จากการนำใบสับปะรดมาอบเพื่อไล่ความชื้นเป็นเวลา 48 ชั่วโมง ที่อุณหภูมิ 60 องศาเซลเซียส แล้วนำมาบดให้ละเอียด จากนั้นทำการปรับสภาพเส้นใยด้วยวิธี Alkali Treatment โดยแช่เส้นใยในสารละลาย NaOH ความเข้มข้น 10% เป็นเวลา 15 ชั่วโมง เพื่อชะล้างสารประกอบที่ไม่ใช่เซลลูโลสออกแล้วนำมากรองให้เหลือแต่เซลลูโลส ล้างด้วยน้ำกลั่นหลาย ๆ รอบ แล้วนำมาอบเป็นเวลา 24 ชั่วโมง จากนั้นทำเส้นใยเซลลูโลสให้มีขนาดเล็กลงในระดับนาโนเมตรโดยแช่ลงในสารละลายกรดซัลฟิวริก ความเข้มข้นร้อยละ 64 โดยปริมาตร เป็นเวลา 3 ชั่วโมง แล้วนำมาล้างด้วยน้ำกลั่นจนเป็นกลาง จากนั้นนำมาเข้าเครื่องเหวี่ยงเพื่อให้เส้นในตกตะกอนแล้วจึงนำตะกอนที่ได้มาอบให้แห้ง นำนาโนเซลลูโลสที่ได้ผสมกับสารละลาย PCL ที่ละลายด้วยกรดอะซิติก จากนั้นสกัดสารจากพรอพอลิสด้วยเอทานอลร้อยละ 70 ปริมาตร โดยใช้อัตราส่วนระหว่างพรอพอลิสและตัวทำละลายเป็น 1 ต่อ 10 และสกัดด้วยเครื่อง ultrasonicator เป็นเวลา 30 นาที จากนั้นกรองด้วยกระดาษกรองและนำสารสกัดไปปั่นเหวี่ยงเพื่อแยกตะกอนออก ใช้เครื่องระเหยแห้งที่อุณหภูมิ 40 องศาเซลเซียส นำสารสกัดที่ได้จากพรอพอลิสผสมกับPCLที่ผสมกับนาโนเซลลูโลสแล้วนำไปขึ้นรูปเป็นเส้นใยนาโนด้วยวิธีอิเล็กโตรสปินนิ่งในสภาวะต่างๆ ได้แก่ ความเข้มข้น12% 14% 16% และ18% ความต่างศักย์ 20kV ระยะห่างระหว่างเข็มฉีดและแผ่นรองรับ 20 cm และขนาดของเข็ม 21G นำเส้นใยนาโนที่ความเข้มข้น 16% ไปขึ้นรูปเป็นแผ่นกรองอากาศโดยผสมกับนาโนเซลลูโลสโดยอัตราส่วนระหว่างPCLและนาโนเซลลูโลสกับ 92 : 8 จะได้แผ่นกรองอากาศที่ทนต่อแรงดึงมากและมีความหนาเหมาะสมต่อการนำไปทำเป็นแผ่นกรองอากาศ แผ่นกรองอากาศที่ผลิตได้จะสามารถกรองฝุ่นละอองในอากาศที่มีขนาดมากกว่า ขนาดใหญ่กว่า 0.5 ไมโครเมตรถึงขนาด 1 นาโนเมตร และสามารถยับยั้งการเจริญเติบโตของเชื้อแบคทีเรีย Staphylococcus aureus