โมเดลสมองมนุษย์จากหน้ากากอนามัย

ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

กฤตภาส บุญอยู่, นรวีร์ คงวรรณ, ภาณุพงศ์ อุประโจง

อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์

กนกรดา คงทวี, หิรัญ แซ่ลิ่ม

โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์

โรงเรียนเตรียมวิทย์พัฒนา

ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

พ.ศ. 2566

บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์

การใช้หน้ากากอนามัยพร้อมกันทั่วโลกในช่วงสถานการณ์โควิด-19 ส่งผลให้เกิดขยะปริมาณมหาศาล ในประเทศไทยก็เช่นเดียวกัน ถ้าคนไทยหนึ่งคนต้องใช้หน้ากากอนามัยอย่างน้อย 1 ชิ้นต่อวัน ประชากรไทยเกือบ 70 ล้านคนก็จะมีปริมาณหน้ากากอนามัยที่ใช้แล้วประมาณ 2,100,000,000 ชิ้นต่อเดือน หรือ 8.4 ล้านกิโลกรัมต่อเดือน (หน้ากากอนามัย 1 ชิ้นมีน้ำหนักประมาณ 4 กรัม) หน้ากากอนามัยแบบใช้ครั้งเดียวทิ้งนี้ผลิตจากพลาสติกมากมายหลายชนิด เช่น พอลิโพรไพลีน (Polypropylene), โพลีเอทิลีน (Polyethylene) และ ไวนิล (Vinyl) กว่าที่หน้ากากอนามัยเหล่านี้จะย่อยสลายได้ต้องใช้ระยะเวลานานถึง 450 ปี แม้กระนั้นพลาสติกเหล่านี้ก็จะยังตกตกค้างในรูปของอณูที่เล็กที่สุดอย่างไมโครพลาสติก

หน้ากากอนามัยแบบที่ได้รับการรับรองว่าสามารถป้องกันการแพร่ระบาดของเชื้อไวรัสโควิด-19 ได้นั้น เป็นหน้ากากอนามัยชนิดที่มี 3 ชั้น ซึ่งจะผลิตจากผ้าไม่ถักไม่ทอ 2 ชนิด คือ Spun lace Nonwoven Sheets และ PP Melt-blown Nonwoven Fabric โดย Spun lace Nonwoven Sheets ทำจากพลาสติกชนิด พอลิโพรไพลีนขึ้นรูปแบบสปันบอนด์ เกิดจากการฉีดพลาสติกเป็นเส้นใยขนาดเล็กและอัดเป็นผืน เป็นเส้นใยสังเคราะห์ที่ไม่ผ่านการถักทอ (non-woven fabric) มีคุณสมบัติกันน้ำ ซึ่งจะถูกนำไปใช้ผลิตเป็นหน้ากากอนามัยชั้นที่ 1 และ 3 ในขณะที่ PP Melt-blown Nonwoven Fabric ทำจากเส้นใยพอลิโพรไพลีนขึ้นรูปด้วยกระบวนการ Melt-blown extrusion ทำให้ได้เส้นใยที่มีขนาดเล็กละเอียด มีความแข็งแรงน้อย ซึ่งจะถูกนำไปใช้ผลิตเป็นหน้ากากอนามัยชั้นที่ 2 เป็นชั้นแผ่นกรองสามารถกรองเชื้อโควิด-19 ได้ ซึ่งพอลิโพรไพลีนถือเป็นหัวใจสำคัญของกระบวนการผลิต

พอลิโพรไพลีน (Polypropylene, ย่อว่า PP) สูตรทางเคมี คือ (C3H6)n เป็นพอลิเมอร์เทอร์โมพลาสติกในกลุ่มพอลิโอลีฟินด์ มีความแข็งแรงกว่าพอลิเอทิลีน Polypropylene เป็นสารไม่มีขั้ว ทนต่อไขมันและตัวทำละลายอินทรีย์เกือบทั้งหมด มีจุดหลอมเหลวประมาณ 130–171 °C การผลิต Polypropylene ในเชิงอุตสาหกรรมแบ่งได้เป็น 3 แบบคือ แบบแก๊สที่ใช้การผ่านแก๊สโพรพีน (Propene - C3H6) เข้าไปในเครื่องปฏิกรณ์ที่มีตัวเร่งปฏิกิริยาจนได้พอลิเมอร์เป็นชิ้นๆ, แบบบัลค์ที่ใช้โพรพีนในรูปของเหลวทำปฏิกิริยากับอีทีนในเครื่องปฏิกรณ์แบบวน และแบบสเลอรีที่ใช้แอลเคนที่มีคาร์บอน 4–6 อะตอมทำปฏิกิริยากับแก๊สโพรพีน

พอลิโพรไพลีนเป็นพลาสติกที่แปรใช้ใหม่ได้ เนื่องจากมีคุณสมบัติน้ำหนักเบา มีความยืดหยุ่นสูงและไม่ดูดซึมน้ำ พอลิโพรไพลีนจึงถูกนำไปใช้ประโยชน์หลายอย่าง เช่น ของเล่น เสื้อผ้า บรรจุภัณฑ์ อุปกรณ์ทางการแพทย์ และชิ้นส่วนรถยนต์ บางครั้งใช้แทนพอลิไวนิลคลอไรด์ (Polyvinyl Chloride - PVC) เป็นฉนวนในสายไฟฟ้าในพื้นที่ปิด เนื่องจากพอลิโพรไพลีนก่อควันและแก๊สพิษน้อยกว่าเมื่ออยู่ในอุณหภูมิสูง คณะทำงานด้านสิ่งแวดล้อมระบุว่าพอลิโพรไพลีนมีอันตรายระดับต่ำถึงกลาง ขณะที่มาตรฐานว่าด้วยการจำแนกสารเรซินจัดให้พอลิโพรไพลีนเป็นหมายเลข 5 บนสัญลักษณ์จำแนกเรซิน และยอมรับโดยทั่วไปว่าปลอดภัย

จากข้อมูลสถิติ Website Trade การค้าไทย ระบุว่าปี 2562 มีการนำเข้าผลิตภัณฑ์พอลิโพรไพลีนชนิดพิเศษ Melt-blown แบบผ้าชั้นเดียวเพื่อนำมาใช้งานสำหรับกลุ่มหน้ากากอนามัยและงานอื่น ๆ ทั่วไปประมาณ 1,500 ตัน และในปี 2563 ที่เกิดโรคระบาดโควิด-19 มียอดการนำเข้าเพิ่มสูงขึ้นถึง 2,200 ตัน โดยนำเข้าจากประเทศจีนและไต้หวันเป็นหลัก โดยมูลค่าของพอลิโพรไพลีนเฉลี่ยอยู่ที่ตันละ 1,200 ดอลลาร์

แม้หน้ากากอนามัยที่ผ่านการใช้แล้วจะถือว่าเป็นขยะติดเชื้อ ต้องกำจัดด้วยวิธีการเผาทำลาย แต่ในกฎกระทรวงสาธารณสุข ว่าด้วยการกำจัดมูลฝอยติดเชื้อ พ.ศ.2545 ข้อที่ 25 (3) ทำลายเชื้อด้วย ความร้อน และ (4) วิธีอื่นตามที่กระทรวงสาธารณสุขกำหนด จากข้อกำหนดดังกล่าวหากในการศึกษา และวิจัยสามารถหาวิธีทำลายเชื้อที่ปลอดภัยตามมาตรฐานของกฎกระทรวงก็สามารถแยกพลาสติก พอลิโพรไพลีนจากหน้ากากอนามัยที่ใช้แล้ว ไปทำประโยชน์อย่างอื่นได้ ก็นับว่าเป็นการช่วยกันรักษาสิ่งแวดล้อม ได้ใช้ทรัพยากรต่างๆอย่างคุ้มค่า เป็นการรีไซเคิล ลดขยะ ลดปัญหาสิ่งแวดล้อมที่จะเกิดขึ้นตามมา

จากแนวคิดดังกล่าวจึงเกิดเป็นการทำโครงงานนำร่องเพื่อจะหาวิธีการที่ปลอดภัยในการแยกพลาสติกพอลิโพรไพลีนออกจากหน้ากากอนามัยที่ใช้แล้ว จากนั้นนำพอลิโพรไพลีนมาหลอมแล้วขึ้นรูปใหม่ทำเป็นของใช้ โดยในโครงงานศึกษาวิจัยนี้จะทดลองนำมาขึ้นรูปทำเป็นแบบจำลองสมอง สามารถนำไปใช้เป็นสื่อประกอบการเรียนการสอนได้ ลดต้นทุนการซื้อสื่อสำเร็จรูปซึ่งมีราคาสูง ถือว่าเป็นการแปรรูปพลาสติก พอลิโพรไพลีนจากหน้ากากอนามัยที่ใช้แล้วอย่างคุ้มค่าและได้ประโยชน์สูงสุดทางหนึ่ง