การย้อมผ้าใยสังเคราะห์ PLA ด้วยสีครามธรรมชาติ

    อุตสาหกรรมสิ่งทอในปัจจุบันมีความตื่นตัวและให้ความสำคัญกับการผลิตผลิตภัณฑ์ที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม เช่น การผลิตผ้าจากเส้นใยพอลิแลคติคแอซิด (PLA)  ซึ่งเป็นพอลิเอสเทอร์ที่สามารถย่อยสลายได้ตามธรรมชาติ เพื่อเป็นทางเลือกในการใช้งานแทนผ้าที่ทอจากใยสังเคราะห์ที่ใช้พอลิเอทธิลีนเทเรฟทาเลท (PET) ซึ่งเป็นพอลิเอสเทอร์ที่ย่อยสลายได้ยาก  ทั้งนี้เพราะ PLA ผลิตจากพืช เช่น ข้าวโพด และมันสำปะหลัง เป็นวัตถุดิบที่เกิดทดแทนใหม่ได้ (renewable resources) ขณะที่ PETผลิตจากปิโตรเลียมซึ่งเป็นวัตถุดิบที่ใช้แล้วหมดไป (nonrenewable resources  แต่เทคโนโลยีการผลิตในขณะนี้ยังอยู่ในวงจำกัด ทำให้ต้นทุนการผลิตของ PLA ยังคงสูงกว่า PET  อย่างไรก็ดีเทคโนโลยีการผลิตในอนาคต น่าจะทำให้ต้นทุนการผลิตเส้นใยจาก PLE ลดต่ำลงได้

       ปัจจุบันการย้อมผ้าจากเส้นใยสังเคราะห์ทั้ง PET และ PLA จะนิยมใช้สีดิสเพิร์ส (disperse dyes) มาใช้ในการย้อม  เนื่องจากเป็นสีกลุ่มที่ไม่ละลายน้ำ ทำให้ได้ผ้าที่สีไม่ตกเมื่อซัก อย่างไรก็ดี ยังมีสีอีกกลุ่มหนึ่งที่สามารถนำมาย้อมผ้าจากเส้นใยสังเคราะห์ได้เช่นกัน คือ สีแวต (vat dyes) ซึ่งในกระบวนการย้อม  สีแวตซึ่งไม่ละลายน้ำจะถูกรีดิวซ์ให้ละลายน้ำได้ก่อน และเมื่อสีเข้าไปอยู่ในผ้าแล้วก็จะถูกออกซิไดซ์กลับไปอยู่ในรูปที่ไม่ละลายน้ำเช่นเดิม  สิ่งที่น่าสนใจคือ  ประเทศไทยมีพืชที่สามารถให้สีแวตประเภทอินดิโก (indigo vat dyes) คือ คราม (indigofera tinctoria) และฮ่อม (strobilanthes flaccidifolius)  ซึ่งนิยมนำมาใช้ในการย้อมผ้าฝ้าย ซึ่งได้มีการถ่ายทอดสืบสานมาเป็นเวลานานจากรุ่นสู่รุ่น อันถือเป็นภูมิปัญญาและมรดกทางวัฒนธรรมของไทย 

      ด้วยเหตุนี้ นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ประกอบด้วย ผศ.ดร.พจนารถ สุวรรณรุจิ อาจารย์ประจำภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ และ ผศ.ดร.จันทร์ทิพย์ เศรษฐยานนท์ อาจารย์ประจำภาควิชาวิทยาการสิ่งทอ คณะอุตสาหกรรมเกษตร จึงมีความสนใจที่จะนำสีแวตธรรมชาติ คือ คราม ซึ่งเป็นวัตถุดิบที่มีและหาได้ในประเทศไทย  มาศึกษาหาสภาวะที่เหมาะสมในการนำมาย้อมบนผ้า PLA

    ในงานวิจัยนี้จะได้นำวิธีการพื้นผิวตอบสนอง ( response surface methodology ,RSM)  ซึ่งเป็นเทคนิคทางสถิติมาใช้ในการออกแบบและวิเคราะห์ผลการย้อมที่เกิดขึ้น ทำให้ทราบความสัมพันธ์ของปัจจัยต่างๆ ที่มีผลต่อการย้อม อันได้แก่ อุณหภูมิ  เวลา และความเข้มข้นของสีในการนำสีแวตไปย้อมบนผ้า PLA   แล้วนำมาสร้างเป็นสมการและแผนภาพคอนทัวร์ จึงนำสภาวะที่เหมาะสมดังกล่าวไปใช้จริงในการผลิตผ้า PLA ที่ย้อมด้วยสีครามธรรมชาติ รวมทั้งทดสอบความคงทนของสีครามที่ย้อมบนผ้าPLA  ได้แก่ ความทนทานต่อการซักและการขัดถูด้วย

  เทคนิค RSM นับว่ามีประโยชน์และสะดวกกว่าการทดลองแบบเดิม  สิ่งสำคัญของเทคนิคนี้คือ จำนวนชุดการทดลองจะมีจำนวนที่น้อยกว่าแบบเดิม  เนื่องจาก RSM จะนำเสนอข้อมูลได้จำนวนมากจากการทดลองเพียงไม่กี่ สมการของ RSM จะช่วยเพิ่มความเข้าใจต่อผลที่เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างกันของตัวแปรอิสระต่างๆ ซึ่งเป็นประโยชน์ในการหาจุดที่เหมาะสมในการทดลอง

   การหาสภาวะในการย้อมด้วยวิธีพื้นผิวตอบสนอง โดยออกแบบการทดลองแบบ central composite design โดยพิจารณา 3 ปัจจัย 5 ระดับ สามารถสร้างสมการความสัมพันธ์ในรูปแบบสมการกำลังสองหรือ quadratic model ระหว่างปัจจัยอุณหภูมิ ระยะเวลา และความเข้มข้นของสีกับค่าตอบสนองหรือค่าความเข้มสี และสมการความสัมพันธ์มีความน่าเชื่อถือสูง การทดสอบความเหมาะสมของสมการความสัมพันธ์ด้วยพารามิเตอร์ต่างๆ แสดงให้เห็นว่าสมการความสัมพันธ์ที่ได้มีความเหมาะสมและมีความแม่นยำในการคำนวณค่าความเข้มสีได้ใกล้เคียงกับค่าจริง

   ผลการวิจัยพบว่าสภาวะที่เหมาะสมที่สุดในการย้อมเส้นใย PLA ด้วยสีครามธรรมชาติด้วยการใช้เทคนิคทางสถิติมาช่วยในการออกแบบและวิเคราะห์ คือ การย้อมที่อุณหภูมิ 85^oC เป็นระยะเวลา 56 นาที  โดยใช้ความเข้มข้นของสีคราม 13%owf ซึ่งสามารถย้อมได้ความเข้มสี(K/S) เท่ากับ 3.050  ขณะที่ความเข้มสีที่ได้จากการคำนวณจากสมการความสัมพันธ์เท่ากับ 3.187 ซึ่งเป็นค่าความแตกต่างกันที่อยู่ในเกณฑ์ที่ยอมรับได้ รวมทั้งมีความคงทนต่อการซักดีมากและสีไม่มีการเปลี่ยนแปลงเฉดและความเข้ม อีกทั้งยังมีความคงทนต่อการขัดถูดีมากทั้งในขณะแห้งและเปียก

    องค์ความรู้เกี่ยวกับการย้อมสีแวตชนิดอินดิโกบนผ้า PLA ด้วยการใช้เทคนิคทางสถิติวิธีการพื้นผิวตอบสนอง RSM เพื่อสร้างสมการและแผนภาพคอนทัวร์ สามารถหาสภาวะที่เหมาะสมในการใช้สีครามธรรมชาติย้อมบนเส้นใยสังเคราะห์ PLA ได้อย่างมีประสิทธิภาพ นับเป็นผลงานวิจัยที่เป็นประโยชน์ ทั้งในวงวิชาการและในวงการอุตสาหกรรมการสิ่งทอเพื่อใช้สีครามจากธรรมชาติที่มีอยู่มากในประเทศไทยมาใช้ในการย้อมสิ่งทอในวงกว้างขึ้น นอกเหนือจากการใช้ย้อมผ้าฝ้ายที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน

	ที่มาข้อมูล : โครงการวิจัยทุนอุดหนุนวิจัย มก. หัวหน้าโครงการ : ผศ.ดร.พจนารถ สุวรรณรุจิ ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์   เรื่อง : วันเพ็ญ นภาทิวาอำนวย ฝ่ายเผยแพร่งานวิจัย สถาบันวิจัยและพัฒนาแห่ง มก. โทร. 02 561 1474 e-mail : rdiwan@ku.ac.th
ผศ.ดร.พจนารถ สุวรรณรุจิ