พลาสติกกรองแสงชีวภาพเสริมด้วยนาโนเซลลูโลสจากกากกาแฟเคลือบไทเทเนียมไดออกไซด์

ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

ชนัญชิดา ไหมชุม, นภัสวรรณ สามนตราช

อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์

กุสุมา เชาวลิต, ปิยดา เกิดด้วยทอง

โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์

โรงเรียนวิทยาศาสตร์จุฬาภรณราชวิทยาลัย นครศรีธรรมราช

ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

พ.ศ. 2563

บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์

พลาสติกเป็นวัสดุสังเคราะห์ที่มีบทบาทอย่างมากในชีวิตประจำวันของมนุษย์ในยุคนี้ พลาสติกมีคุณสมบัติในด้านความแข็งแรง ทนทาน ราคาถูก และน้ำหนักเบา ทำให้พลาสติกได้เป็นที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายและมีปริมาณการใช้งานเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง เช่น การนำไปเป็นบรรจุภัณฑ์อาหาร ถุงพลาสติกใส่ของ เฟอร์นิเจอร์ เป็นต้น (สุภาวดี สาระวัน , 2562 ) ถึงแม้พลาสติกจะมีข้อดีหลาย ๆ ด้านมากกว่าวัสดุอื่น ในปี พ.ศ. 2561 ประเทศไทยมีขยะมูลฝอยเกิดขึ้น 27.4 ล้านตัน และบริโภคถุงพลาสติกหูหิ้วจำนวน 45,000 ล้านใบต่อปี (กรมควบคุมมลพิษ , 2561) ซึ่งพลาสติกเหล่านี้เป็นวัสดุที่ย่อยสลายเป็นเวลานาน และด้วยปริมาณพลาสติกที่เพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ทำให้เกิดขยะมูลฝอยเป็นจำนวนมากและเป็นภาระต่อการจัดการ ก่อให้เกิดปัญหาสิ่งแวดล้อมตามมา เช่น มลพิษทางอากาศ เกิดการปนเปื้อนในดินหรือแหล่งน้ำ ส่งผลอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตและกระทบต่อห่วงโซ่อาหาร อีกทั้งพลาสติกยังประกอบด้วยสารก่อมะเร็งในมนุษย์ เช่น Vinyl chloride และ Formaldehyde (IARC , 2562)

ผู้จัดทำเห็นถึงปัญหาที่เกิดขึ้นจึงคิดวิธีการแก้ไขปัญหาดังกล่าวโดยการสังเคราะห์พลาสติกชีวภาพ (Bioplastic) คือพลาสติกที่ถูกออกแบบมาให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางเคมีภายใต้สภาวะแวดล้อมที่กำหนดไว้โดยเฉพาะ และเป็นแนวทางหนึ่งในการพัฒนาวัสดุสำหรับการใช้งานเพื่ออนุรักษ์สิ่งแวดล้อม พลาสติกชีวภาพสามารถย่อยสลายได้เร็วกว่าพลาสติกทั่วไป และผลิตมาจากวัตถุดิบที่สามารถทดแทนขึ้นใหม่ได้ตามธรรมชาติ (สถิตรัตน์ รอดอารี , 2555) ผู้จัดทำเลือกใช้กากกาแฟมาสังเคราะห์เป็นพลาสติกชีวภาพ เหตุผลที่เลือกกากกาแฟ นั่นคือ กากกาแฟเป็นเศษผงของกาแฟคั่วบดที่ผ่านการสกัดด้วยน้ำร้อน การชงกาแฟสดนั้นจะไม่นำกากกาแฟที่ใช้แล้วมาใช้ซ้ำ กากกาแฟจึงเป็นของเสียที่ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม เพราะมีปริมาณคาร์บอนเป็นองค์ประกอบจำนวนมาก และเป็นแหล่งสะสมของเชื้อราและแบคทีเรียต่าง ๆ ทำให้เป็นอันตรายต่อมนุษย์ได้ (Tipsza , 2558) ผู้จัดทำจึงใช้เป็นวัตถุดิบในการสังเคราะห์พลาสติกชีวภาพและเสริมด้วยนาโนเซลลูโลสจากกากกาแฟ เพื่อเพิ่มความแข็งแรง ทนทาน ป้องกันการซึมผ่านของก๊าซและไอน้ำ มีคุณสมบัติคล้ายพลาสติกมากยิ่งขึ้น และการใช้ประโยชน์จากกากกาแฟสูงสุด อีกทั้งยังเพิ่มคุณสมบัติการกรองแสงด้วยการเคลือบไทเทเนียมไดออกไซด์ซึ่งเป็นสารที่หักเหช่วงแสงที่ตามนุษย์มองเห็นได้สูง สะท้อนรังสียูวีได้ดี ขนาดอนุภาคเล็ก ทนต่อสภาพกรด-ด่าง ทนต่อแสงและความร้อนได้ดี (Siamchemi , 2563) อาจเพิ่มความแข็งแรงให้กับพลาสติกชีวภาพมากขึ้น

พลาสติกกรองแสงชีวภาพเสริมด้วยนาโนเซลลูโลสจากกากกาแฟเคลือบไทเทเนียมไดออกไซด์ จะใช้กับบรรจุภัณฑ์อาหารหรือยาที่ต้องการจะเก็บไว้ได้นานและป้องกันแสงความยาวคลื่นสั้นที่มีพลังงานสูงจากภายนอก ให้สารที่บรรจุมีความเป็นกลาง ไม่เกิดปฏิกิริยากับแสง มีความคงทนไม่เสื่อมสภาพ และสามารถย่อยสลายได้ง่ายและไม่เป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อม