กระดาษฟอยล์จากเส้นใยนาโนเซลลูโลสของใบสับปะรด
- ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
ณิชภัทร พินนัตศักดา, กรกนก ศรีบุญนาค
- อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์
จิราภา ยอดเพชร
- โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์
- ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์
กระดาษฟอยล์นิยมใช้กันมากในปัจจุบัน เนื่องจากฟอยล์เป็นอะลูมิเนียมชนิดหนึ่งที่มีคุณสมบัติ กันความร้อน กันแสง กันความชื้น และยังยืดหยุ่นได้ดีและแข็งแรงอีกด้วย ซึ่งคุณสมบัติเหล่านี้เป็นคุณสมบัติสำคัญที่สามารถนำมาประยุกต์ใช้ได้มากมาย โดยสามารถนำมาถนอมอาหารได้ แปรรูปเป็นบรรจุภัณฑ์ต่างๆได้ แต่ฟอยล์ก็เป็นปัญหาหนึ่งของโลก เนื่องจากฟอยล์ใช้เวลาในการย่อยสลายตามธรรมชาตินานถึง 80-100 ปี (สำนักงานประชาสัมพันธ์.2560) หากต้องการย่อยสลายฟอยล์โดยใช้เวลาสั้นๆ มักใช้กระบวนการอย่างผิดวิธี ซึ่งเป็นเหตุให้เกิดภาวะโลกร้อน ดังนั้นผู้จัดทำจึงตระหนักถึงปัญหานี้ ผู้จัดทำจึงได้คิดค้น กระดาษฟอยล์ที่ใช้วัสดุเหลือใช้จากธรรมชาติคือ ใบสับปะรด โดยใช้เส้นใยเซลลูโลสของใบสับปะรดผลิตเป็นกระดาษฟอยล์ที่แข็งแรงและมีคุณสมบัติคล้ายกระดาษฟอยล์ทั่วไป
ใบสับปะรดเป็นผลพลอยได้ทางการเกษตรปัจจุบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเจริญก้าวหน้ามาก สามารถสกัดเอานาโนเซลลูโลสจากเส้นใยพืชมาใช้ประโยชน์ได้ การสกัดนาโนเซลลูโลสสามารถทำได้หลายวิธีทั้งการใช้เอนไซม์สารเคมีและแรงกลนาโนเซลลูโลส นอกจากนี้นาโนเซลลูโลสยังสามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้หลากหลายด้านเช่นใช้เป็นสารให้ความคงตัวสารทดแทนไขมันอิมัลซิไฟเออร์ใยอาหารเป็นองค์ประกอบในบรรจุภัณฑ์สำหรับอาหาร(ดร.สุภโชค.2560)เป็นเส้นใยจากธรรมชาติที่ใช้ระยะเวลาในการย่อยสลายสั้นกว่าฟอยล์ทั่วไป นอกจากนี้นาโนเซลลูโลสยังมีคุณสมบัติที่เหมาะสมในการนำมาใช้เป็นวัสดุในการผลิตบรรจุภัณฑ์ได้ เนื่องจากมีคุณสมบัติเพิ่มความแข็งแรงและลดการแลกเปลี่ยนก๊าซจึงเหมาะสำหรับการนำมาขึ้นรูปเป็นตัวผลิตภัณฑ์ จากข้อมูลและเหตุผลดังกล่าว ผู้จัดทำจึงคิดที่จะนำนาโนเซลลูโลสมาผลิตกระดาษฟอยล์แทนฟอยด์ทั่วไป นาโนเซลลูโลสมีโครงสร้างขนาดเล็กในระดับนาโน สามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภท ได้แก่ เซลลูโลสนาโนคริสตัล หรือ ผลึกนาโนเซลลูโลส (Cellulose nanocrystals, CNCs) และ เซลลูโลสนาโนไฟบริล (Cellulose nanofibril, CNFs) ทางผู้จัดทำเลือกผลิตนาโนเซลลูโลสแบบคริสตัลเซลลูโลสนาโนคริสตัล หรือ ผลึกนาโนเซลลูโลส (Cellulose nanocrystals, CNCs) หรือ Nanocrystalline cellulose (NCC) หรือ Cellulose nanowriskers (CNWs) มีวิธีการสกัดโดยใช้สารเคมีประเภทกรด เช่น กรดซัลฟูริก (Sulfuric acid) กรดไฮโดรคลอริก (Hydrochloric acid) เป็นต้น แต่จากงานวิจัยพบว่า กรดซัลฟูริกมีประสิทธิภาพในการสกัดดีที่สุดโดยกรดจะเข้าไปทำปฏิกิริยาตรงส่วนอสัณฐาน เพื่อให้คงเหลือแต่ส่วนผลึก จึงทำให้อัตราส่วนลักษณะ (Aspect ratio)เซลลูโลสนาโนคริสตัลมีเส้นผ่านศูนย์กลางโดยเฉลี่ยระหว่าง 4-25 นาโนเมตร และมีความยาวเฉลี่ยระหว่าง100-1000 นาโนเมตรขนาดและความยาวขึ้นอยู่กับ ชนิดของพืชที่นำมาเป็นวัสดุตั้งต้น ลักษณะของผลึกที่ได้นั้นจะมีรูปทรงคล้ายเข็ม (Needle shape) และมีประจุลบจึงเกิดแรงผลักทางไฟฟ้าสถิตย์ (Electrostatic repulsion) ซึ่งช่วยในเรื่องการป้องกันการรวมตัวกันของผลึกทำให้ระบบมีความเสถียร(ดร.ธญัญน์ลิน.2560)
การใช้นาโนเซลลูโลสเป็นการลดการใช้พลังงานและลดการใช้สารเคมีที่เป็นอันตราย นอกจากนี้ยังมีการทดลองสกัดนาโนเซลลูโลสจากวัตถุดิบหลายชนิดเพื่อเป็นการลดวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรและเพิ่มมูลค่าให้กับผลิตภัณฑ์ และยังลดปัญหาฟอยล์ที่มีสารเคมีได้ในปริมาณมาก