เพิ่มคุณภาพการพิมพ์ด้วยนาโนซิลิกาจากแกลบข้าว

การพิมพ์ระบบเฟล็กโซกราฟีบนกระดาษคราฟท์ขาวซึ่งปกติจะให้คุณภาพการพิมพ์ต่ำ สามารถปรับปรุงให้มีความสวยงามและความคมชัดเพิ่มมากขึ้นโดยใช้การเคลือบผิวด้วยสารเคลือบนาโนซิลิกาสังเคราะห์จากแกลบข้าว

แกลบข้าวจัดเป็นวัสดุเศษเหลือที่ได้จากการสีข้าว แต่เป็นวัสดุเศษเหลือที่สามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้มากมาย ด้วยองค์ประกอบภายในของแกลบข้าวประกอบด้วยเซลลูโลส ลิกนิน และสารประกอบอนินทรีย์ โดยในส่วนประกอบหลักของสารอนินทรีย์นี้ มีซิลิกาอยู่กว่าร้อยละ 95 โดยน้ำหนัก กระบวนการสังเคราะห์ซิลิกาจากแกลบนั้นทำได้โดยการใช้แกลบดิบหรือขี้เถ้าแกลบที่ผ่านการเผามาแล้ว นำมาเผาซ้ำ แต่ขี้เถ้าแกลบที่ได้จากการเผามาแล้วจะมีสีเทาหรือสีดำ เนื่องจากมีเขม่าและคาร์บอนของสารอินทรีย์เข้าไปปะปน แต่ถ้าเปลี่ยนมาสกัดซิลิกาที่สังเคราะห์จากการเผาแกลบดิบภายใต้การควบคุมอากาศในการเผาไหม้ จะได้ซิลิกาที่มีความขาวบริสุทธิ์ และซิลิกาที่ได้เป็นอสัณฐานซิลิกาที่มีรอยแตกรูพรุนอยู่ในเนื้อ มีพื้นที่ผิวจำเพาะสูง สามารถนำไปใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมยา เครื่องสำอาง ใช้เป็นสารขัดถู สารดูดความชื้น สารเพิ่มความหนืด สารเคลือบ หรือสารดูดซับตะกอนน้ำเสียจากโรงพิมพ์ และอื่นๆอีกมากมาย

ผศ.ดร.เลอพงศ์ จารุพันธ์ อาจารย์ประจำภาควิชาเทคโนโลยีการบรรจุ คณะอุตสาหกรรมเกษตร มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ได้ทำการสังเคราะห์ซิลิกาบริสุทธิ์จากแกลบข้าว  และลดขนาดอนุภาคของซิลิกาให้มีขนาดเล็กถึงระดับนาโนเมตร โดยที่นาโนซิลิกาที่ผลิตได้นี้มีคุณสมบัติเด่นเหมาะสมในการนำมาผสมกับสารเคลือบผิวกระดาษ เพื่อเพิ่มคุณภาพงานพิมพ์บนกระดาษคราฟต์ที่ใช้ผลิตบรรจุภัณฑ์ต่างๆ โดยได้ทำการศึกษาหาอัตราส่วนที่เหมาะสมในการผสมนาโนซิลิกาในสารเคลือบกระดาษฐานน้ำ ศึกษาสมบัติทางเคมีและกายภาพ ทดสอบสมบัติทางการพิมพ์ระบบเฟล็กโซกราฟีของสารเคลือบที่ผลิตได้บนกระดาษคราฟท์ขาวเพื่อศึกษาประสิทธิภาพของสารเคลือบนาโนซิลิกาในการปรับปรุงคุณภาพงานพิมพ์ระบบเฟล็กโซกราฟีบนกระดาษคราฟต์สำหรับใช้ทำบรรจุภัณฑ์กล่องกระดาษ

กระบวนการสกัดซิลิกาความบริสุทธิ์สูงจากแกลบข้าว เริ่มการทดลองด้วยการแยกสิ่งปนเปื้อนโดยการต้มด้วยกรดไฮโดรคลอริกที่ความเข้มข้น 1, 2 และ 3 โมลาร์ เป็นระยะเวลา 60 และ 120 นาที จากนั้นนำไปเผาภายใต้การควบคุมอากาศระหว่างเผาที่ 650 องศาเซลเซียส เป็นระยะเวลา 240 นาที  พบว่าความเข้มข้นของกรดและระยะเวลาในการต้ม มีผลต่อสีของเถ้าแกลบ และเมื่อเผาที่ 650 องศาเซลเซียส ความขาวของเถ้าแกลบจะเพิ่มขึ้น แต่จนถึงจุดหนึ่ง ความขาวก็จะไม่เพิ่มขึ้น  จากนั้นนำซิลิกาบริสุทธิ์ไปลดขนาดเป็นอนุภาคนาโนด้วยการสังเคราะห์เป็นวัสดุ MCM-41 โดยใช้สารเฮกซะเดซิลไตรเมททิลแอมโมเนียมโบร์ไมด์  (CTAB) เป็นตัวช่วยจัดเรียงโครงสร้าง ได้นาโนซิลิกาจากแกลบข้าว ที่มีพื้นที่ผิวจำเพาะของรูพรุนเพิ่มสูงขึ้นได้ถึง 200 ตารางเมตรต่อกรัม มากกว่าซิลิกาทั่วไปที่มีพื้นที่ผิวจำเพาะประมาณ 60 ตารางเมตรต่อกรัม  และพบว่าขนาดของรูพรุนมีขนาดเล็กลง รวมทั้งมีการขึ้นรูปใหม่โดยมีลักษณะโครงสร้างเหมือนรังผึ้งตามสารกำหนดโครงสร้าง CTAB

จากนั้นนำนาโนซิลิกาที่ผลิตได้ไปผลิตสารเคลือบกระดาษฐานน้ำ  ทดลองโดยเติมนาโนซิลิกาจากแกลบข้าวลงในสารเคลือบที่ 1-5 % ของน้ำหนักเรซิน  เคลือบบนกระดาษคราฟท์ขาว 170 แกรม ด้วยการเคลือบผิวระบบกราวัวร์ ที่ความหนา 2-3 ไมครอน  ทดสอบคุณภาพการพิมพ์ระบบเฟล็กโซกราฟีที่มีรายละเอียดภาพพิมพ์ 31.5 เส้นต่อเซนติเมตร พิมพ์ด้วยหมึกพิมพ์ฐานน้ำสีไซแอน มาเจนต้า เหลือง และดำ (Cyan, Magenta, Yellow, Black)

การประเมินคุณภาพเมื่อนำไปเคลือบผิวกระดาษคราฟท์ พบว่า คุณภาพการพิมพ์เพิ่มขึ้นเป็นผลมาจากตัวนาโนซิลิกาจากแกลบข้าว โดยกระดาษคราฟท์ที่เคลือบนาโนซิลิกาจากแกลบข้าวที่ต้มด้วยกรดไฮโดรคลอริกที่ความเข้มข้น 2 โมลาร์  120 นาที เมื่อนำไปผสมลงในสารเคลือบที่ 1 % ของน้ำหนักเรซิน มีความเหมาะสมที่สุดในการนำไปปรับปรุงคุณภาพกระดาษ เพราะทำให้กระดาษคราฟท์มีคุณสมบัติในการดูดซึมน้ำน้อย และยังอยู่ภายใต้ข้อกำหนดเรื่องวัสดุทางการพิมพ์ของมาตรฐานทางการพิมพ์ระบบเฟล็กโซกราฟี  โดยให้คุณภาพทางการพิมพ์ดีที่สุด  นาโนซิลิกาจากแกลบข้าวสามารถช่วยยึดสารสีในหมึกพิมพ์ ไม่ให้จมสู่เนื้อกระดาษ  ทำให้การพิมพ์มีความคมชัดของตัวอักษรสูง และเส้นงานพิมพ์มีความคมชัดเจน มีความสมจริงของภาพ การขยายตัวของโทนภาพพิมพ์อยู่ในข้อกำหนดของมาตรฐานการพิมพ์ระบบเฟล็กโซกราฟี (ISO 12647-6) ค่าการขยายเม็ดสกรีนของเม็ดสกรีนต่ำ ได้ขอบเขตการแสดงสีสันงานพิมพ์ กว้างที่สุด ค่าความแตกต่างสี ต่ำที่สุด อีกทั้งยังมีความทนทานต่อการขัดถูดีที่สุดอีกด้วย

การใช้นาโนซิลิกาที่สังเคราะห์จากแกลบข้าว นอกจากเป็นการใช้ประโยชน์เพื่อเพิ่มมูลค่าวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรแล้ว ยังสามารถประยุกต์ใช้กับการเคลือบผิวบนกระดาษในขั้นตอนการขึ้นแผ่นกระดาษคราฟท์  ทำให้กระดาษกราฟท์มีประสิทธิภาพในการรับหมึกเพิ่มขึ้น นับเป็นกระบวนการผลิตจากผลงานวิจัยที่สามารถนำไปใช้งานในอุตสาหกรรมการพิมพ์ระบบเฟล็กโซกราฟีบนกล่องกระดาษคราฟท์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ขอขอบคุณที่ท่านเข้ามาอ่านบทความวิจัยนี้ และขอความกรุณาสละเวลาตอบแบบสอบถามการให้บริการข้อมูล เพื่อการปรับปรุงต่อไปด้วย จะขอบคุณยิ่ง  

คลิกที่นี่เพื่อตอบแบบสอบถาม—> https://goo.gl/forms/hcBXc1080pJmdUmF3

ผศ.ดร.เลอพงศ์ จารุพันธ์

ที่มาข้อมูล   :    โครงการวิจัยทุนอุดหนุนวิจัย มก. หัวหน้าโครงการ : ผศ.ดร.เลอพงศ์ จารุพันธ์ ภาควิชาเทคโนโลยีการบรรจุ คณะอุตสาหกรรมเกษตร มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ เรียบเรียง/สื่อเผยแพร่ :   วันเพ็ญ นภาทิวาอำนวย ฝ่ายเผยแพร่งานวิจัย สถาบันวิจัยและพัฒนาแห่ง มก. โทร. 02 561 1474 e-mail : rdiwan@ku.ac.th