พอลิเมอร์

พอลิเมอร์ที่ย่อยสลายได้ (Degradable polymers) 

 
แหล่งที่มาของภาพ : http://lwtchost.ctc.edu/dept/hr/images/recycle.jpg

     คุณค่าทางทางเศรษฐกิจก็เป็นปัจจัยสำคัญอีกประการหนึ่งที่ต้องพิจารณา นอกจากปัญหาด้านอัตราการบริโภค และการกำจัดขยะพลาสติกดังที่กล่าวมาแล้ว ราคาของปิโตรเลียมเพิ่มสูงขึ้นอย่างมากในปัจจุบัน และมีแนวโน้มว่าจะสูงขึ้นอย่างต่อเนื่องในอนาคต อันเนื่องมาจากหลักการตลาดของอุปสงค์และอุปทาน เพราะปริมาณปิโตรเลียมสำรองในธรรมชาติลดลง แต่กระบวนการเกิดขึ้นใหม่ตามธรรมชาติต้องใช้เวลานับร้อยๆปีในการทับถมของซากสิ่งมีชีวิต ซึ่งไม่สมดุลกับอัตราการบริโภคที่เพิ่มขึ้นอย่างก้าวกระโดด ดังนั้น จึงมีการคาดหมายว่าปิโตรเลียมและผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้องจะหมดไปจากโลกภายในแวลาอีกไม่เกิน 100 ปีข้างหน้า สาเหตุเหล่านี้ จึงเป็นปัจจัยที่ผลักดันให้เกิดการศึกษาค้นคว้าเพื่อผลิตวัสดุที่มีสมบัติทางกายภาพเทียบเคียงกับพลาสติก แต่สามารถผลิตได้จากวัตถุดิบที่ไม่ได้มาจากปิโตรเลียม กล่าวคือ ใช้วัตถุดิบทดแทน (renewable) ที่มีวงจรการผลิตค่อนข้างสั้น เช่น ผลิตผลทางการเกษตร เป็นต้น และสมบัติที่สำคัญคือ สามารถย่อยสลายได้ โดยเรียกพอลิเมอร์หรือพลาสติกเพื่อวัตถุประสงค์นี้ว่า พลาสติกชีวภาพ ซึ่งในปัจจุบันมีการผลิตได้หลายชนิด หากแบ่งตามกลไกการสลายตัวสามารถจำแนกได้ดังนี้

     1. Biodegradable คือ พอลิเมอร์ที่สลายตัวได้โดยการใช้เอ็นไซม์ จากจุลินทรีย์ในการตัดสายโซ่ แล้วได้ผลิตผลเป็นสารโมเลกุลเล็กที่มีตามธรรมชาติ เช่น น้ำ แอลกอฮอล์ คาร์บอนไดอ๊อกไซค์ เป็นต้น
     2. Compostable จัดเป็นพอลิเมอร์ชนิด Biodegradable ซึ่งการสลายตัวเกิดขึ้นแบบจำเพาะโดยการหมักที่อุณหภูมิสูงกว่า 50 °C
     3. Hydro-biodegradable พอลิเมอร์ที่สลายตัวได้โดยการสลายพันธะเมื่อทำปฏิกิริยากับน้ำ (hydrolysis)
     4. Photo-biodegradable พอลิเมอร์ที่สลายตัวได้เมื่อได้รับพลังงานจากแสง
     5. Bioerodable พอลิเมอร์ที่สลายตัวได้โดยไม่ต้องพึ่งพาจุลินทรีย์ โดยจะเกี่ยวข้องกับกระบวนการทางเคมีต่างๆ เช่น ปฏิกิริยาอ๊อกซิเดชั่น เป็นต้น

     ปัจจุบันมีพลาสติกชีวภาพ 2 ประเภทหลักที่มีการศึกษาวิจัย และนำมาผลิตใช้ประโยชน์ คือ พอลิเมอร์ประเภทที่มีส่วนผสมของแป้ง (polysaccharide) และพอลิเอสเทอร์ (polyesters) โดยพอลิเมอร์ประเภทแรกเกิดจากการผสมพอลิเมอร์บางชนิด เข้ากับสายโซ่พอลิเมอร์ของแป้งที่เกิดจากการเรียงต่อกันของน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยว เช่นกลูโคส เชื่อมกันด้วยพันธะ glucosidic โดยใช้อัตราส่วนผสมได้ตั้งแต่ 10 -90 % ขึ้นอยู่กับจุดประสงค์ในการใช้งาน ซึ่งหากส่วนผสมของแป้งมากกว่า 60% จะทำให้พลาสติกผสมสามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพ หากส่วนผสมต่ำกว่า 60% ส่วนผสมที่เป็นแป้งจะทำหน้าที่เป็นจุดที่ทำให้เกิดการแตกตัวของชิ้นส่วนพอลิเมอร์ผสมให้มีขนาดเล็กลง ตัวอย่างพอลิเมอร์ที่นำมาผสมกับแป้ง ประกอบด้วย พอลิไวนีลแอลกอฮอล์ พอลิเอสเทอร์ เป็นต้น โดยก่อนกระบวนการผสมอาจมีการปรับปรุงคุณภาพของแป้งที่ใช้โดยกระบวนการทางเคมีก่อน เพื่อให้มีคุณสมบัติทางเคมีที่เหมาะสมก่อนก็ได้

แหล่งที่มาของภาพ : http://www.lbl.gov/Tech-Transfer/images/tech_images/1809b.jpg

     ส่วนพอลิเอสเทอร์ จัดเป็นพอลิเมอร์ที่ย่อยสลายได้เนื่องจากประกอบด้วยพันธะเอสเทอร์อยู่ในสายโซ่เป็นจำนวนมาก ซึ่งพันธะนี้มีความแข็งแรงน้อย สามารถแตกตัวได้ง่ายโดยทำปฏิกิริยากับน้ำ (hydrolysis) ดังนั้นจึงสามารถย่อยสลายเป็นสารโมเลกุลเล็กลงได้ ซึ่งพอลิเอสเทอร์ยังสามารถจำแนกตามส่วนประกอบของสายโซ่เป็น 2 ประเภท คือ aliphatic และ aromatic polyester ในปัจจุบันมีการผลิตพอลิเมอร์ย่อยสลายได้ในกลุ่มนี้หลายชนิดดังแสดงในภาพประกอบ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นพอลิเมอร์ประเภท aliphatic polyester เพราะสายโซ่มีความเหมาะสมต่อการสลายพันธะดีกว่า ในส่วนของ aromatic polyester จะต้องทำการปรับปรุงโครงสร้างให้เหมาะสมขึ้น โดยอาจต่อสายโซ่กับ aliphatic polyester ให้เป็นโคพอลิเมอร์ (aliphatic-aromatic copolyester) ก่อนจึงจะสามารถย่อยสลายได้ ซึ่งในการนี้มีการใช้ PET เป็นส่วนประกอบหลัก

Aliphatic polyester ประกอบด้วยพอลิเมอร์ 4 ตระกูลใหญ่ๆ คือ polybutylene succinate (PBS), polycaprolactone (PCL), polyhydroxyalkanoates (PHA), polylactic acid (PLA) ซึ่ง 2 ชนิดแรกต้องใช้มอนอเมอร์จากปิโตรเคมี ส่วน PLA ใช้วัตถุดิบทดแทนแต่ยังคงอาศัยปฏิกิริยาเคมีในการสังเคราะห์สายโซ่ของพอลิเมอร์ในขั้นตอนสุดท้าย ในขณะที่ PHA เป็นพอลิเมอร์ตระกูลเดียวที่กระบวนการสังเคราะห์ทั้งหมดเกิดขึ้นในจุลินทรีย์ ในปัจจุบันมีนำพอลิเมอร์เหล่านี้มาใช้ทางการค้าโดยมีผลิตภัณฑ์ออกสู่ตลาดบ้างแล้วคือ PLA ที่สามารถนำไปทดแทนพลาสติกประเภทบรรจุภัณฑ์ เช่น ขวด PET ถุงพลาสติก เป็นต้น โดยพอลิเมอร์ชนิดนี้สังเคราะห์ได้จากวัตถุดิบที่เป็นแป้ง เช่น ข้าวโพด มันสำปะหลัง เป็นวัตถุดิบ โดยต้องนำแป้งมาผ่านกระบวนการหมักบ่มด้วยจุลิทรีย์ เพื่อให้ได้ lactic acid monomer จากนั้นจึงนำไปผ่านกระบวนการสังเคราะห์เป็นพอลิเมอร์ (ดูรายละเอียดเพิ่มเติมใน พลาสติกจากข้าวโพด”) แต่ข้อจำกัดของ PLA คือไม่คงรูปเมื่อได้รับความร้อน ส่วนอีกชนิดคือ PHA ที่มีสมบัติทางกลดีกว่า เหมาะกับการขึ้นรูปด้วยความร้อน (thermal forming) โดยพอลิเมอร์ชนิดนี้มีอนุพันธุ์หลายชนิดด้วยกันดังแผนภาพ ส่วนใหญ่สามารถสังเคราะห์ได้โดยตรงโดยจากสารจำพวกแป้งและน้ำตาล แล้วได้เป็นสายโซ่ยาวของพอลิเมอร์ โดยการใช้จุลินทรีย์ตลอดกระบวนการ จึงเรียกพอลิเมอร์ประเภทนี้ว่า microbial polymers

 

แหล่งที่มาของภาพ : http://www.vcharkarn.com/varticle/18774ผลิตภัณฑ์เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม: CD ที่มีส่วนผสมของ PLA ซึ่งสังเคราะห์ได้จากการหมักบ่มข้าวโพด

 

 

สร้างโดย: 
นายชนม์พิสิฐ เพ็ชรรัตน์

มหาวิทยาลัยศรีปทุม ผู้ใหญ่ใจดี
 
 

 ช่วยด้วยครับ
นักเรียนที่สร้างบล็อก กรุณาอย่า
คัดลอกข้อมูลจากเว็บอื่นทั้งหมด
ควรนำมาจากหลายๆ เว็บ แล้ววิเคราะห์ สังเคราะห์ และเขียนขึ้นใหม่
หากคัดลอกทั้งหมด จะถูกดำเนินคดี
ตามกฎหมายจากเจ้าของลิขสิทธิ์
มีโทษทั้งจำคุกและปรับในอัตราสูง

ช่วยกันนะครับ 
ไทยกู๊ดวิวจะได้อยู่นานๆ 
ไม่ถูกปิดเสียก่อน

ขอขอบคุณในความร่วมมือครับ

อ่านรายละเอียด

ด่วน...... ขณะนี้
พระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ (ฉบับที่ 2) พ.ศ. 2558 
มีผลบังคับใช้แล้ว 
ขอให้นักเรียนและคุณครูที่ใช้งาน
เว็บ thaigoodview ในการส่งการบ้าน
ระมัดระวังการละเมิดลิขสิทธิ์ด้วย
อ่านรายละเอียดที่นี่ครับ

 

สมาชิกที่ออนไลน์

ขณะนี้มี สมาชิก 0 คน และ ผู้เยี่ยมชม 7 คน กำลังออนไลน์