การพัฒนาไบโอพลาสติกจากเส้นใยเซลลูโลสร่วมกับน้ำยางธรรมชาติ
- ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
ภัทรานิษฐ์ จีนหลักร้อย, ชนกานต์ เกิดภู่, มานิตา สุดเลิศ
- อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์
เพื่อนจิต สิงห์เผ่น
- โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์
- ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์
ในปัจจุบันปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมที่มาจากขยะประเภทพลาสติก มีแนวโน้มเพิ่มมากขึ้นในแต่ละปี
ประเทศไทยมีปริมาณขยะมูลฝอยประมาณ 28.7 ล้านตัน โดยเพิ่มขึ้นจากปี พ.ศ.2561 ร้อยละ 3 ในช่วง 10
ปีที่ผ่านมามีขยะพลาสติกเกิดขึ้นโดยเฉลี่ยประมาณปีละ 2 ล้านตัน นำกลับไปใช้ประโยชน์เพียง 0.5 ล้านตัน
และส่วนที่เหลือ 1.5 ล้านตัน ถูกนำมากำจัดด้วยวิธีต่างๆ ที่อาจก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม
ไม่ว่าจะเป็นการฝั่งกลบที่ต้องใช้พื้นที่จำนวนมาก และใช้เวลานานถึง 450 ปี ในการย่อยสลายพลาสติก
หรืออาจใช้วิธีการเผา ซึ่งก่อให้เกิดมลภาวะโลกร้อน หากเลือกใช้การเผาทำลาย (กระทรวงทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม,2562)
หลังจากเกิดวิกฤตการณ์โควิด -19 (COVID 19) ธุรกิจด้านการขนส่งอาหาร หรือ Food Delivery
ได้กลายมาเป็นธุรกิจที่มีความนิยมสูงมากขึ้น เนื่องจากพฤติกรรมการบริโภคอาหารของประชาชนได้เปลี่ยนแปลงไปที่เน้นการทานอาหารที่บ้านเป็นรูปแบบการเว้นระยะห่างทางสังคม (Social Distancing)
อย่างไรก็ตามผลดีของการเว้นระยะห่างทางสังคมได้ส่งผลกระทบต่อการเพิ่มจำนวนขยะพลาสติกมากขึ้น
ซึ่งหากไม่มีแนวทางในการป้องกันปัญหาเหล่านี้เป็นที่แน่นอนว่าขยะพลาสติกจะเป็นปัญหาระดับประเทศที่
มีความยุ่งยากในการแก้ปัญหา ที่ผ่านมาการป้องกันขยะพลาสติกยังไม่ได้รับการตอบสนองอย่างมีประสิทธิภาพเนื่องจากกระบวนการผลิต และนำมาใช้ง่ายกว่าการเลือกใช้บรรจุภัณฑ์ชีวภาพ
แต่เมื่อหากวิเคราะห์ผลในระยะยาวบรรจุภัณฑ์ชีวภาพเหล่านี้จะเป็นเทคโนโลยีสะอาดที่ช่วยในการอนุรักษ์
สิ่งแวดล้อม
ทั้งนี้ทางคณะผู้จัดทำเล็งเห็นว่าการนำวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรมาใช้ให้เกิดประโยชน์และไม่ก่อมลพิษ จากการศึกษาพบว่าวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตรแต่ละชนิดให้ปริมาณเส้นใยเซลลูโลสในปริมาณที่เหมาะสม เช่น กาบกล้วย ผักตบชวา เส้นใยป่าน ใบสับปะรด และฟางข้าว พบว่าใบสับปะรดและฟางข้าวเป็นวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรที่มีปริมาณมากต่อปี โดยที่ฟางข้าวมีมากถึง 27 ล้านตันต่อปีโดยประมาณ (กรมการข้าว,2562) และใบสับปะรดมีมากถึง 4 ตัน/ไร่(สถาบันพัฒนาอุตสาหกรรมสิ่งทอ) โดยในฟางข้าวประกอบด้วยเส้นใยที่มีเซลลูโลสประมาณร้อยละ 38.19 โดยน้ำหนักแห้ง (ปุณณวิทย์ หาญไพบูลย์
และคณะ,2559) และใบสับปะรดประกอบด้วยเส้นใยที่มีปริมาณเซลลูโลสร้อยละ 70-82 (วิศวกรรมสารเกษมบัณฑิต, 2558) ซึ่งให้ความแข็งแรง และใช้กาวเฮมิเซลลูโลสจากเมล็ดมะขามเป็นวัตถุประสานเนื่องจากเมล็ดมะขามเป็นวัสดุเหลือทิ้งจากการบริโภคเนื้อมะขาม และมีความหนืด เหนียวและแน่น(ธนทัต ไทรงาม และคณะ,2559) โดยนำมาผสมกันในอัตราส่วนเหมาะสม และทำการขึ้นรูปโดยกระบวนการขึ้นรูปแบบเย็น
ดังนั้นทางคณะผู้จัดทำจึงเลือกใช้เส้นใยเซลลูโลสจากใบสับปะรดและฟางข้าว มาใช้ในการขึ้นรูปเป็นบรรจุภัณฑ์ และช้อนส้อมจากวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตร ซึ่งจะช่วยลดปัญหาสิ่งแวดล้อมในอนาคตได้
วัตถุประสงค์
ศึกษาสภาวะที่เหมาะสมในกระบวนการผลิต และสมบัติเชิงกลของช้อนและส้อมจากวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตร
กระบวนการหรือขั้นตอนในการทำโครงงาน
วิธีการทดลอง
การเตรียมเส้นใย
นำใบสับปะรด และฟางข้าวอบในตู้อบลมร้อน โดยอบที่อุณหภูมิ 180 องศา เป็นเวลา 1 ชั่วโมงนำส่วนที่ได้จากการอบไปปั่นให้ละเอียดด้วยเครื่องปั่นจากนั้นนำมาร่อนผ่านตะแกรงขนาด 30 mesh เก็บไว้ในถุงซิปล็อคแล้วเก็บที่อุณหภูมิห้อง
การเตรียมตัวประสานและการวัดค่าความหนืดของตัวประสาน
นำเมล็ดมะขามเปรี้ยวมาล้างน้ำเพื่อทำความสะอาด อบเมล็ดมะขามในตู้อบที่อุณหภูมิ 140 องศา เซลเซียส เป็นเวลา 30 นาที จากนั้นแช่เมล็ดมะขามในน้ำทันที ทิ้งไว้ข้ามคืน เพื่อให้เปลือกหุ้มเมล็ดหลุดออก นำเนื้อในเมล็ดมะขามมาบดให้เป็นผงด้วยเครื่องปั่นไฟฟ้า นำผงเมล็ดมะขามมา 2.00 กรัม ละลายในน้ำกลั่น 100 มิลลิลิตร ให้ความร้อนพร้อมกวนตลอดเวลา จนได้น้ำกาวเมล็ดมะขามสีขาวขุ่นที่ความเข้มข้นร้อยละ 2.00 โดย น้ำหนักต่อปริมาตร นำไปวัดความหนืดของตัวประสานโดยใช้เครื่องมือวัดความหนืดรุ่น HAAKE Viscometer 550 Rotational Viscometer
การขึ้นรูปชิ้นงาน
นำส่วนผสมของเส้นใยวัตถุดิบและตัวประสานตามอัตราส่วนแต่ละชุดการทดลองลงในแบบพิมพ์ อัดวัสดุที่ผสมแล้วที่แรงอัดเริ่มต้น 13.7 MPa แล้วจึงเพิ่มความดันถึง 27.5 MPa นาน 10 นาที นำชิ้นงานออกจากแม่แบบ จากนั้นนำไปอบที่อุณหภูมิ 232°C นาน 72 ชั่วโมง เก็บรักษาไว้ในถุงซิปล็อคเพื่อรอการทดสอบสมบัติต่าง ๆ ต่อไป
การวิเคราะห์ข้อมูล
นำผลิตภัณฑ์ที่ได้มาทำการทดสอบสมบัติ ดังนี้
1.ศึกษาสัณฐานวิทยา
2.ทดสอบหาค่าความหนาแน่น
3.หาค่าการดูดซึมน้ำ
4.ศึกษาการย่อยสลายผลิตภัณฑ์ในสภาพกรด เบส
5.ศึกษาสภาวะของสารละลายกรดที่เหมาะสมสำหรับการย่อยสลายผลิตภัณฑ์
6.ศึกษาการสภาพการเปลี่ยนแปลงผลิตภัณฑ์ในสภาพดินฝังกลบ
7.การทดสอบสมบัติทางความร้อน
8.ทดสอบสมบัติเชิงกล ซึ่งได้แก่ การทดสอบแรงดึง (Tensiletest) ความแข็งแรงกระแทก (Impactstrength) ความแข็ง (Hardness) การทดสอบแรงดัดโค้ง
และ 9.การคำนวณจุดคุ้มทุน