บทนำ
        ยาง Acrylonitrile Butadiene rubber (NBR) หรือยาง Nitrile เป็นโคพอลิเมอร์ของอะครีโลไนไตร์ล (Acrylonitrile) และบิวตาไดอีน (Butadiene) ซึ่งส่วนของ ในอะครีโลไนไตร์ล ทำให้ยาง NBR มีความเป็นขั้วค่อนข้างสูง ยางชนิดนี้จึงมีสมบัติเด่นคือทนต่อน้ำมันปิโตรเลียมและตัวทำละลายที่ไม่มีขั้วต่างๆได้ดี จึงถูกนำไปผลิตเป็นผลิตภัณฑ์ที่ต้องสัมผัสกับน้ำมัน [1] ยกตัวอย่าง เช่น ยางโอริง ท่อยางเสริมแรง และสายพานลำเลียง เป็นต้น ในขณะที่ส่วนของบิวตาไดอีนเป็นส่วนที่ให้ความยืดหยุ่น และเป็นตำแหน่งที่สายโซ่โมเลกุลของยางสามารถเกิดการเชื่อมโยงได้ด้วยกำมะถันในระหว่างการเกิดปฏิกิริยาคงรูป (Vulcanization) เนื่องจากในส่วนของบิวตาไดอีนที่มีพันธะคู่ อย่างไรก็ตามการมีพันธะคู่หรือพันธะคู่ที่เหลืออยู่หลังจากการเกิดปฏิกริยาคงรูปส่งผลให้ยาง NBR ไม่ทนต่อสภาพแวดล้อม ดังนั้นงานวิจัยนี้จึงได้ทำการศึกษา และหาแนวทางในการปรับปรุงสมบัติของยาง NBR โดยใช้สารตัวเติม (Filler) จากวัสดุพลาสติไซด์ พอลิไวนิลคลอไรด์ (Plasticized Polyvinyl Chloride ; pPVC) เนื่องจาก สมบัติเด่นของ PVC ในด้านการทนทานต่อสภาพแวดล้อมและต้านทานต่อการติดไฟ โดยงานวิจัยนี้ pPVC ที่นำมาใช้เป็นสารตัวเติมเป็นผลิตภัณฑ์ของเสีย (Defected part) ที่เกิดขึ้นในกระบวนการผลิตยางขอบกระจก โดยส่วนใหญ่แล้วผลิตภัณฑ์ของเสียจากวัสดุ PVC เกิดขึ้นมากในขั้นตอนเริ่มแรกของการผลิต และในกรณีที่ผลิตภัณฑ์ไม่ได้ขนาดตามต้องการของลูกค้า ของเสียเหล่านี้จะถูกนำไปฝังกลบหรือเผาทำลาย ซึ่งก่อให้เกิดมลพิษแก่สิ่งแวดล้อม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการเผาทำลายที่ก่อให้เกิดก๊าซพิษ HCl จากการสลายตัวเนื่องจากความร้อนของ PVC ที่เป็นอันตรายต่อผู้สูดดมเข้าไปดังนั้นการนำวัสดุของเสียหรือวัสดุที่ผ่านกระบวนการผลิตแล้วกลับมาทำใช้ใหม่อีกครั้งจึงมีความสำคัญ นอกเหนือจาก ความเป็นไปได้ในการปรับปรุงสมบัติการต้านทานต่อการเสื่อมสภาพแล้ว ยังเป็นแนวทางที่สำคัญในการลดต้นทุนการผลิตผลิตภัณฑ์จากยาง NBR และต้นทุนที่ใช้ในการกำจัดของเสียของโรงงาน ตลอดจนลดปัญหาขยะมลพิษที่ส่งผลต่อสิ่งแวดล้อมอีกด้วย
วิธีการทดลอง
        นำยาง NBR มาบดผสมด้วยเครื่องบดผสมระบบปิด (Internal mixer) ที่อุณหภูมิ 70 0C เป็นเวลา 3 นาที เพื่อให้ยางนิ่ม และทำการเติมกำมะถัน (Sulfur) ก่อนเพื่อเพิ่มระยะเวลาในการเข้ากันเนื่องจากกำมะถันละลายเข้าไปในยาง NBR ได้ยาก [3] จากนั้นจึงทำการผสมสารตัวเติม pPVC โดยใช้เวลาในการบดผสม 2 นาทีเท่ากันทุกสูตร สารตัวเร่ง (Accelerator) และสารหน่วงใช้เวลาในการบดผสม 1 นาที และผสมสารกระตุ้นเร่ง (Activator) ซึ่งใช้เวลาในการบ่มผสม 1 นาที เป็นลำดับสุดท้าย โดยใช้เวลารวมทั้งสิ้นประมาณ 4 นาทีสูตรยางที่ใช้ในงานวิจัยนี้แสดงดังตารางที่ 1 จากนั้นนำยาง NBR ที่ผ่านการบดผสมโดยใช้เครื่องบดผสมระบบปิด มาบดผสมต่อด้วยเครื่องบดผสมแบบสองลูกกลิ้ง (Two-roll mill) ใช้อุณหภูมิลูกกลิ้งประมาณ 70 0C โดยขณะทำการบดผสมต้องใช้มีดตัดยาง (Mill knife) ม้วนยางที่ถูกตัด ใส่เข้าไปในลูกกลิ้งอีกครั้ง ควรสังเกตว่าสารเคมีทั้งหมดได้ผสมเข้ากันทั่วถึง จากนั้นจึงใช้มีดตัดยางและรีดแผ่นยางออกจากเครื่อง นำยางคอมปาวน์ที่เตรียมได้ไปทดสอบสมบัติการคงรูป โดยใช้เครื่อง Oscillating Disk Rheometer (ODR) และนำไปผ่านกระบวนการคงรูปโดยใช้เครื่องอัดขึ้นรูป (Compression molding) เพื่อทดสอบสมบัติในด้านต่างๆ ต่อไป

ตารางที่ 1 แสดงสูตรยางและปริมาณ pPVC ที่ใช้ในงานวิจัย (หน่วย phr)

ผลการทดลองและอภิปราย
        อิทธิพลของปริมาณ pPVC ที่มีต่อสมบัติเชิงความต้านทานต่อแรงดึงของยาง NBR
จากผลการทดสอบค่าความต้านทานต่อแรงดึงของยาง NBR ที่ผสมสารตัวเติม pPVC ในปริมาณต่างๆ กัน ดังรูปที่ 1 พบว่า เมื่อปริมาณ pPVC ที่ผสมในยาง NBR เพิ่มมากขึ้น ค่าความต้านทานแรงดึงสูงสุดมีแนวโน้มเพิ่มขึ้น เนื่องมาจาก pPVC ซึ่งมีค่าความต้านทานแรงดึงที่สูงกว่ายาง NBR (11.07 MPa) [4] รวมทั้งเขม่าดำที่ผสมใน pPVC ซึ่งอาจช่วยในการเสริมแรงในยาง NBR ได้ นอกจากนี้การที่ pPVC และยาง NBR มีความเป็นขั้ว (Polarity) เช่นเดียวกัน จึงมีความสามารถในการเข้ากันได้ (Compatibility) ส่งผลให้ pPVC ที่ผสมลงในยาง NBR ทำหน้าที่เหมือนสารตัวเติมประเภทเสริมแรง(Reinforcing filler) ที่มีประสิทธิภาพ ดังรูปที่ 2

อิทธิพลของปริมาณ pPVC ที่มีต่อความแข็งของยาง NBR
        เมื่อพิจารณาค่าความแข็งของยาง NBR ที่ผสมสารตัวเติม pPVC ในปริมาณต่างๆ กัน ดังแสดงในรูปที่ 3 พบว่า ค่าความแข็งที่ได้มีค่าใกล้เคียงกันแต่มีแนวโน้มเพิ่มสูงขึ้นตามปริมาณ pPVC ที่ผสมในยาง NBR ทั้งนี้อาจเนื่องมาจาก pPVC ที่มีความแข็งสูงถึง 74 [4] ซึ่งมากกว่าในยาง NBR ที่มีความแข็งเพียง 48 ตลอดจนปริมาณเขม่าที่ผสมใน pPVC และความเข้ากันได้ระหว่าง pPVC และ ยาง NBR ดังที่กล่าวไว้แล้วข้างต้น

อิทธิพลของปริมาณ pPVC ที่มีต่อสมบัติการต้านทานการเสื่อม สภาพเนื่องจากความร้อน
        รูปที่ 4 แสดงผลการเปรียบเทียบค่าความต้านทานแรงดึงสูงสุดของชิ้นทดสอบที่ผ่านการบ่มเร่งและไม่ผ่านการบ่มเร่งด้วยความร้อน จากผลการทดสอบพบว่า ยาง NBR ที่ไม่ผสมสารตัวเติม pPVC ให้สมบัติการต้านทานต่อแรงดึงลดลง เนื่องจากพันธะเชื่อมขวางแบบ Polysulphide ที่เกิดขึ้นในระบบการวัลคาไนซ์แบบดังเดิม (Conventional vulcanization; CV) [5] ในขณะที่ การเพิ่มปริมาณสารตัวเติม pPVC มีแนวโน้มให้ความต้านทานต่อแรงดึง หลังผ่านการบ่มเร่งด้วยความร้อน เพิ่มสูงขึ้น ทั้งนี้อาจเนื่องมาจากสารทำให้อ่อนตัว (Plasticizer) สามารถสลายตัวออกมาจากโครงสร้าง pPVC ซึ่งทำให้ pPVC มีค่าความต้านทานแรงดึงและความแข็งเพิ่มสูงขึ้น [4]

อิทธิพลของปริมาณ pPVC ที่มีต่อสมบัติการต้านทานการเสื่อมเนื่องจากรังสียูวี
        รูปที่ 5 แสดงผลการเปรียบเทียบค่าความต้านทานแรงดึงสูงสุดของชิ้นงานทดสอบที่ผ่านการบ่มเร่ง และไม่ผ่านการบ่มเร่งด้วยรังสียูวี จากผลการทดสอบพบว่ายาง NBR ที่ไม่ผสมสารตัวเติม pPVC ให้สมบัติการต้านทานต่อแรงดึงลดลง เนื่องจากการที่รังสียูวีและโอโซน เข้าทำปฏิกิริยากับสายโซ่โมเลกุลของยาง โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่บริเวณพันธะคู่ ทำให้สายโซ่โมเลกุลขาดออกจากกัน ส่งผลให้ค่าความต้านทานต่อแรงดึงของยาง NBR ลดลงอย่างเห็นได้ชัด ในขณะที่การเพิ่มปริมาณสารตัวเติม pPVC ในยาง NBR มีแนวโน้มทำให้สมบัติการต้านทานต่อการเสื่อมสภาพเนื่องจากรังสียูวีของยาง NBR ดีขึ้น (โดยพิจารณาจากอัตราส่วนระหว่างค่าความต้านทานต่อแรงดึงก่อนและหลังการบ่มเร่ง มีแนวโน้มลดลงเมื่อเพิ่มปริมาณสารตัวเติม pPVC เพิ่มมากขึ้น) ทั้งนี้เนื่องจากการที่ pPVC เกิดปรากฎการณ์เจลเลชั่น (Gelation) ก่อให้เกิดพันธะเชื่อมขวางระหว่างสายโซ่โมเลกุลของ pPVC ดังแสดงได้จากค่าความต้านทานแรงดึงสูงสุดของ pPVC ที่เพิ่มสูงขึ้นจาก 2.45 MPa เป็น 12.02 MPa [4]

สรุปผลการทดลอง
        งานวิจัยนี้ได้ทำการศึกษาอิทธิพลของปริมาณสารตัวเติม pPVC ที่มีต่อสมบัติการคงรูป สมบัติเชิงกล และสมบัติการต้านทานการเสื่อมสภาพเนื่องจากความร้อนและรังสียูวีของยาง NBR ซึ่งสามารถสรุปได้ดังต่อไปนี้
สมบัติความต้านทานต่อแรงดึงและความแข็งของยาง NBR มีแนวโน้มเพิ่มสูงขึ้น เมื่อปริมาณ pPVC เพิ่มมากขึ้นเนื่องมาจากสมบัติการต้านทานแรงดึงของ pPVC ที่สูงกว่ายาง NBR รวมถึงความเข้ากันได้ของวัสดุทั้งสองประเภท
หากพิจารณาอิทธิพลของปริมาณ pPVC ที่มีผลต่อการเสื่อมสภาพเนื่องจากความร้อนและรังสียูวี พบว่าเมื่อเพิ่มปริมาณสารตัวเติม pPVC ลงไปในยาง ภายหลังบ่มเร่งด้วยความร้อน สมบัติความต้านทานต่อแรงดึงของยาง NBR มีค่าเพิ่มสูงขึ้น เนื่องจากสารทำให้อ่อนตัวภายใน pPVC เกิดการสลายตัวเมื่อผ่านกระบวนการทางความร้อน และการเพิ่มปริมาณสารตัวเติม pPVC ในยาง NBR มีแนวโน้มเพิ่มสมบัติความต้านทานการเสื่อมสภาพเนื่องจากรังสียูวี ทั้งนี้เนื่องจากการเกิดปรากฎการณ์เจลเลชั่นขึ้นในโครงสร้างสายโซ่โมเลกุลของ pPVC