การศึกษาประสิทธิภาพการทนน้ำของพลาสติกชีวภาพจากผักตบชวา
- ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
จิณณรัตน์ ยอดปัญญา, จรัสศรี พูลสุข, กัลยากร กุลประภา
- อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์
เมวิกา สุกกระจ่าง
- โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์
- ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์
ด้วยปัญหาผักตบชวามีมากและปัญหาถุงพลาสติกที่ใช้เวลาในการย่อยสลายค่อนข้างนานจึงส่งผลให้ทางคณะผู้จัดทำมีความสนใจในการช่วยรักษาระบบนิเวศ และช่วยอนุรักษ์สิ่งแวดล้อมโดยมีแนวคิดที่จะนำพืชที่มีปริมาณมากในประเทศไทย เช่น ผักตบชวา มาแปรรูปเป็นพลาสติกชีวภาพที่สามารถย่อยสลายในธรรมชาติ และมีอายุการใช้งานได้ยาวนานกว่าพลาสติกชีวภาพที่มีคุณสมบัติย่อยสลายด้วยความชื้นและน้ำ
วัตถุประสงค์
1.เพื่อผลิตผง CMC จากเซลลูโลสของผักตบชวา
2.เพื่อพัฒนาพลาสติกชีวภาพให้สามารถทนน้ำเหมาะแก่การย่อยสลายในดิน โดยการเปรียบเทียบเส้นใยกาบกล้วยและการใช้โพลีแลคติดเอซิด
3.เพื่อทดสอบประสิทธิภาพการทนน้ำและความสามารถในการย่อยสลายได้ในดิน
สมมติฐาน
1.สามารถพัฒนาพลาสติกชีวภาพให้สามารถทนน้ำเหมาะแก่การใช้ในเชิงการเกษตร
2.สามารถผลิตผง CMC จากเซลลูโลสของผักตบชวา
3.พลาสติกชีวภาพจากผักตบชวาสามารถทนน้ำได้ดีและสามารถย่อยสลายได้ในดิน
ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับ
1.ได้พัฒนาพลาสติกชีวภาพให้สามารถทนน้ำเหมาะแก่การใช้ในเชิงการเกษตร
2.ได้ผลิตผง CMC จากเซลลูโลสของผักตบชวา
3.ได้พลาสติกชีวภาพจากผักตบชวาสามารถทนน้ำได้ดีและสามารถย่อยสลายได้ในดิน
ขั้นตอนการดำเนินงาน
ประกอบด้วย 3 การทดลอง ซึ่งทั้ง 3 การทดลองมีวิธีการดำเนินแตกต่างกัน ดังนี้
การทดลองที่ 1 เพื่อศึกษาวิธีการสังเคราะห์ CMC จากผักตบชวา
ทำความสะอาดผักตบชวา 500กรัม ด้วยน้ำสะอาด หั่นเป็นชิ้นเล็กๆ ความยาวประมาณ 1 เซนติเมตร อบให้แห้งด้วยตู้อบลมร้อนที่อุณหภูมิ 55 องศาเซลเซียส ต้มด้วยสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) เข้มข้น 1 โมลาร์ ปริมาตร 5 เท่า, 7 เท่า และ10 เท่าของน้ำหนักของผักตบชวา ที่อุณหภูมิ 80-90 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 1 ชั่วโมง กรองเยื่อแล้วล้างด้วยน้ำสะอาดจนฟองหมด ต้มภายใต้สภาวะเดิมอีกครั้ง จากนั้นปั่นเยื่อด้วยเครื่องปั่นเอนกประสงค์ อบให้แห้งด้วยตู้อบลมร้อนที่อุณหภูมิ 55 องศาเซลเซียส แล้วนำมาปั่นด้วยเครื่องปั่นเอนกประสงค์ เพื่อตรวจเอกลักษณ์เซลลูโลสโดยนำสารที่สกัดได้ไปย่อยด้วยกรดแล้วทดสอบด้วยสารละลายเบเนดิกต์ จากนั้นจึงนำไปสังเคราะห์เป็นคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส (carboxymethyl cellulose หรือ CMC)
ชั่งผง CMC จากผักตบชวา 15 กรัม และ 30 กรัม จากนั้นเติมโอโซโพรพิลแอลกอฮอล์ (C_3 H_8 O) ปริมาตร 350 มิลลิลิตร และให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 40 องศาเซลเซียส กวนด้วยเครื่องกวนแม่เหล็กไฟฟ้า เติมสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) เข้มข้น 40% ปริมาตร 50 มิลลิลิตร จากนั้นกวนต่อเป็นเวลา 30 นาที เติมกรดคลอโรแอซิติก (C_2 H_3 O_2 Cl) ปริมาตร 18กรัม กวนต่ออีก 30 นาทีจากนั้นปิดปากบีกเกอร์ด้วยอะลูมิเนียมฟอยล์ นำไปอบในตู้อบลมร้อนที่อุณหภูมิ 55 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 2 ชั่วโมง 30 นาที สารจะแยกออกเป็น 2 ส่วน คือ สารละลายใสอยู่ส่วนบน และของแข็งอยู่ส่วนล่าง เทสารละลายใสส่วนบนทิ้งแล้วเติมสารละลายเอทานอล (C2H5OH) เข้มข้น 70% ปริมาตร 100 มิลลิลิตร ปรับค่าพีเอชให้เป็นกลางด้วยสารละลายกรดอะซิติก (CH3COOH) เข้มข้น 90% ทิ้งไว้ 10 นาที กรองเก็บส่วนที่เป็นของแข็ง ล้างด้วยสารละลายเอทานอล (C2H5OH) เข้มข้น 70% ปริมาตร 100 มิลลิลิตร โดยแช่ทิ้งไว้10 นาที ทำซ้ำ 5 คร้ัง จากนั้นล้างด้วยเอทานอลบริสุทธิ์ปริมาตร 200 มิลลิลิตร กรองแยกส่วนที่เป็นของเหลวออก แล้วนำส่วนที่เป็นของแข็งไปอบในตู้อบลมร้อนที่อุณหภูมิ 55 องศาเซลเซียสจนแห้งสนิท นำไปตรวจเอกลักษณ์ CMCโดยการทดสอบการเกิดฟองและการตกตะกอนด้วยสารละลายคอปเปอร์ซัลเฟต (CuSO_4) จากนั้นนำ CMC ไปทดสอบคุณสมบัติ
การทดลองที่2 พัฒนาพลาสติกชีวภาพให้สามารถทนน้ำเหมาะแก่การย่อยสลายในดิน โดยเปรียบเทียบการใช้เส้นใยกาบกล้วย หรือการใช้โพลีแลคติดเอซิด (C_3 H_4 O_2)n
นำผง CMC ที่ได้จากผักชวา 10 กรัม ผสมกลีเซอรอล 10%, 20% และ 30% โดยน้ำหนัก นำไปละลายในน้ำกลั่นปริมาตร 300 มิลลิลิตร ที่ความร้อนอุณหภูมิ 80 – 90 องศาเซลเซียส และผสมเส้นใยกาบกล้วย โดยอัตราส่วนระหว่าง CMC, กลีเซอรอล, น้ำกลั่น ต่อเส้นใยกาบกล้วย เป็น 1:1, 1:2 และ 2:1
นำผง CMC ที่ได้จากผักชวา 10 กรัม ผสมกลีเซอรอล 10 %, 20% และ 30% โดยน้ำหนัก นำไปละลายในน้ำกลั่นปริมาตร 300 มิลลิลิตร ที่ความร้อนอุณหภูมิ 80 – 90 องศาเซลเซียส และผสมโพลีแลคติดเอซิด โดยอัตราส่วนระหว่างCMC กลีเซอรอล น้ำกลั่น ต่อโพลีแลคติดเอซิด เป็น 1:1, 1:2 และ 2:1
การทดลองที่3 การทดสอบการย่อยสลายทางชีวภาพ
เครื่อง Scanning Electron Microscope (SEM) และ Transmission Electron Microscope (TEM) ในการศึกษาลักษณะพื้นผิว เครื่อง Universal Tester ใช้ศึกษาสมบัติทางกายภาพ เครื่อง Differential Scanning Colorimeter (DSC) และเครื่อง Dynamic Mechanical Analyzer (DMA) ใช้สำหรับศึกษาสมบัติทางความร้อน เครื่อง Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) และ X-Ray Driffraction (XRD) ใช้เพื่อศึกษาการเปลี่ยนแปลงขนาดหมู่ฟังก์ชันในโมเลกุลของพอลิเมอร์และศึกษาการ เปลี่ยนแปลงขนาดของผลึกตามลำดับ
วิธีการทดสอบคุณสมบัติของถุงเพาะชำ
1.ทดสอบประสิทธิภาพการทนน้ำโดยใช้น้ำปริมาตร 1.5 ลิตร แช่พลาสติกชีวภาพขนาด 5×5 เซนติเมตร ทิ้งไว้ 2 ชั่วโมง, 10 ชั่วโมง และ 24 ชั่วโมง จากนั้นนำไปตากแห้งแล้วชั่งน้ำหนักที่เปลี่ยนไป
2.เครื่อง Scanning Electron Microscope (SEM) และ Transmission Electron Microscope (TEM) ในการศึกษาลักษณะพื้นผิว เครื่อง Universal Tester ใช้ศึกษาสมบัติทางกายภาพ เครื่อง Differential Scanning Colorimeter (DSC) และเครื่อง Dynamic Mechanical Analyzer (DMA) ใช้สำหรับศึกษาสมบัติทางความร้อน เครื่อง Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR)
การวิเคราะห์ข้อมูล
1.ทดสอบคุณภาพของ Bio Plastic ที่ใช้วัตถุดิบ และสารเคมีในอัตราส่วนต่างกัน โดยเก็บค่าอัตราการสลายตัว, การทนน้ำของ Bio Plastic
2.นำข้อมูลไปวิเคราะห์สถิติด้วยวิธี F-Test