อิทธิพลของสารเพิ่มความเหนียวและสารกันซึมต่อสมบัติเชิงกลของเยื่อกระดาษจากทางใบปาล์มน้ำมัน
เพื่อการพัฒนาเป็นบรรจุภัณฑ์เยื่อกระดาษขึ้นรูป
Effects of dry strength and sizing agents on mechanical properties of oil palm frond pulp
for the development of molded pulp packaging
       

          จากความต้องการส่งออกน้ำมันปาล์มเพื่อจำหน่ายไปยังต่างประเทศอย่างต่อเนื่อง ส่งผลให้ปริมาณการปลูกปาล์มน้ำมัน (Elaeis guineensis Jacq.) เพิ่มสูงขึ้น อย่างไรก็ตามพบว่ามีวัสดุเหลือใช้ที่เกิดจากกิจกรรมการปลูกปาล์มน้ำมัน โดยวัสดุเหลือใช้ปาล์มน้ำมันที่พบภายในสวนปาล์มน้ำมันที่สามารถนำมาใช้ประโยชน์ ได้แก่ ทางใบปาล์มน้ำมันที่ต้องตัดทิ้งเป็นประจำเมื่อมีการเก็บเกี่ยวผลปาล์ม

          เพื่อให้การใช้ทรัพยากรเกิดประโยชน์สูงสุด จึงได้มีการนำทรัพยากรปาล์มน้ำมันกลับมาใช้ใหม่โดยการพัฒนาให้เกิดเป็นประโยชน์ พบว่าทางใบปาล์มน้ำมันนั้นมีเส้นใยที่สามารถนำมาผลิตเป็นกระดาษ จึงเป็นอีกทางเลือกหนึ่งเพื่อเพิ่มมูลค่าให้กับวัสดุเหลือทิ้ง กอรปกับปัญหาสิ่งแวดล้อมในปัจจุบันที่ส่งผลให้มีความสนใจและคำนึงถึงผลกระทบจากปัญหาดังกล่าวมากขึ้น จึงได้มีการพยายามหาวัสดุเพื่อนำมาผลิตเป็นบรรจุภัณฑ์ที่ไม่ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

          เยื่อกระดาษจากวัสดุธรรมชาตืถือว่าเป็นวัสดุที่นำมาผลิตเป็นบรรจุภัณฑ์เพื่อสิ่งแวดล้อมได้ เนื่องจากมีน้ำหนักเบา ราคาถูก สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ รวมถึงสามารถย่อยสลายได้ตามธรรมชาติ โดยกระดาษถูกนำมาใช้เป็นวัสดุในการผลิตเป็นบรรจุภัณฑ์ประเภทที่มีอายุการใช้งานสั้น เช่น เยื่อกระดาษขึ้นรูป เพื่อใช้เป็นบรรจุภัณฑ์สำหรับบรรจุสินค้าประเภทอุตสาหกรรม บรรจุสินค้าทางการเกษตร เป็นต้น โดยบรรจุภัณฑ์เยื่อกระดาษขึ้นรูปในปัจจุบัน นิยมผลิตมาจากกระดาษนำกลับมาใช้ใหม่ เนื่องจากมีราคาถูก เมื่อเปรียบเทียบกับการผลิตจากเยื่อกระดาษบริสุทธิ์ที่มีราคาแพงและต้องนำเข้าจากต่างประเทศ ดังนั้นการนำเส้นใยเหลือทิ้งจากกิจกรรมการเกษตรต่าง ๆมาใช้เป็นวัสดุสำหรับบรรจุภัณฑ์จึงถือว่าเป็นการสร้างมูลค่าได้อีกทางหนึ่ง

          เพื่อให้บรรจุภัณฑ์เยื่อกระดาษขึ้นรูปที่ผลิตได้ มีความแข็งแรงและมีคุณสมบัติที่ดีในการนำไปใช้งานในสภาวะการขนส่ง จึงจำเป็นต้องมีการปรับปรุงคุณสมบัติด้านความแข็งแรงของบรรจุภัณฑ์เยื่อกระดาษขึ้นรูป โดยการเติมสารเพิ่มความเหนียว เช่น สตาร์ช และสตาร์ชดัดแปร เพื่อเพิ่มพันธะระหว่างเส้นใยในกระดาษส่งผลให้มีความแข็งแรงเพิ่มมากขึ้น นอกจากนี้ในบางสภาวะการขนส่งที่ต้องอาศัยอุณหภูมิต่ำ และในสภาวะที่มีความชื้นสัมพัทธ์สูงสามารถส่งผลให้การคงรูปของบรรจุภัณฑ์และความแข็งแรงลดลงเนื่องจากอัตราการดูดซึมน้ำที่สูงขึ้น การเติมสารตัวเติมประเภทสารกันซึมเช่น ไขผึ้ง อิมัลชันพอลิเมอร์ จึงสามารถช่วยลดพื้นที่ผิวของการดึงดูดระหว่างเส้นใยและโมเลกุลของน้ำ ส่งผลให้มีการดูดซึมน้ำเข้าสู่กระดาษลดลงได้

          ทางใบปาล์มน้ำมันสดที่เป็นเศษเหลือจากกิจกรรมการเกษตรประกอบด้วยเส้นใยที่แข็งแรงและหยาบจำนวนมาก หากต้องการนำทางใบปาล์มน้ำมันนั้นมาใช้ในการทำเยื่อกระดาษต้องผ่านทำความสะอาดโดยใช้ผ้าชุบน้ำเช็ดเศษดินหรือเศษสิ่งสกปรกอื่นออกให้หมดก่อน จากนั้นทำให้แห้งโดยการตากแดด ทำการปอกเปลือกสีเขียวออก หั่นทางใบให้เป็นท่อน ๆ ขนาดเล็ก ความยาว 15 เซนติเมตร เส้นผ่านศูนย์กลาง 2 เซนติเมตร ก่อนการใช้เครื่องบดเยื่อให้ได้เยื่อในลักษณะเป็นชิ้นเล็ก ๆ และทำการเก็บรักษาทางใบในถุงดำกันแสงที่อุณหภูมิ -18C ซึ่งวิธีนี้สามารถช่วยรักษาคุณสมบัติของเยื่อได้ดีและสามารถเก็บให้เยื่อมีสภาพคงเดิมได้หลายเดือน

          เยื่อกระดาษจากทางใบปาล์มน้ำมันสามารถเตรียมได้จากกระบวนการคราฟท์ โดยใช้สภาวะที่เหมาะสมในการต้มเยื่อคือ ร้อยละแอคทีฟแอลคาไลเท่ากับ 16 ร้อยละซัลฟิติตีเท่ากับ 25 อัตราส่วนระหว่างสารเคมีและวัตถุดิบเท่ากับ 5:1 และใช้อุณหภูมิในการต้มเท่ากับ 160 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 3 ชั่วโมง จากนั้นนำเยื่อที่ได้ไปทำให้แห้ง และทำการปรับปรุงคุณสมบัติของเยื่อต่อไปโดยวิธีการเติมสารเติมแต่งประเภทสตาร์ชดัดแปรชนิดประจุบวกและสารกันซึมชนิดอัลคิลคีทีนดิมเมอร์ (Alkyl ketene dimmer, AKD) โดยมีสัดส่วนเป็น 1.4% และ 0.5% ต่อน้ำหนักเยื่อแห้งโดยผลที่คาดว่าจะได้รับคือ การใช้สารเติมแต่งที่เหมาะสมจะทำให้ได้กระดาษจากทางใบปาล์มน้ำมันมีคุณสมบัติที่แข็งแรงขึ้น และเหมาะต่อการผลิตเป็นเยื่อกระดาษขึ้นรูปต่อไป

          จากการศึกษาลักษณะผิวหน้าของกระดาษที่ปรับปรุงสมบัติโดยการเติมแป้งประจุบวกร่วมกับแอลคิลคีตีนไดเมอร์จากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (Scanning Electron Microscope, SEM) ที่กำลังขยายระดับ 100 500 เท่าพบว่า กระดาษก่อนเติมแป้งประจุบวกร่วมกับแอลคิลคีตีนไดเมอร์มีลักษณะพื้นผิวหน้าที่ไม่เรียบและสามารถเห็นช่องว่างระหว่างเส้นใยอย่างชัดเจน โดยความเรียบจะมากขึ้นและช่องว่างระหว่างเส้นใยจะลดลง เนื่องจากแป้งประจุบวกและแอลคิลคีตีนไดเมอร์สามารถยึดเกาะบนเส้นใยได้ดี ทำให้สามารถเห็นเป็นลักษณะการแทรกตัวและปกคลุมอยู่ระหว่างช่องว่างของเส้นใยและผิวหน้าของกระดาษ ทั้งนี้ความเรียบจะเพิ่มมากขึ้นและช่องว่างระหว่างเส้นใยจะลดลงตามปริมาณของแป้งประจุบวกและแอลคิลคีตีนไดเมอร์ที่เพิ่มสูงขึ้น อีกทั้งยังส่งผลให้ค่าสมบัติเชิงกลและความต้านทานการซึมน้ำของเยื่อกระดาษที่ได้สูงขึ้นด้วย เนื่องจากผิวหน้ากระดาษที่มีความเรียบมากขึ้นและช่องว่างระหว่างเส้นใยลดลง ทำให้น้ำสามารถซึมผ่านได้ลดลง รวมถึงสมบัติของแอลคิลคีตีนไดเมอร์ซึ่งมีสมบัติเป็นอิมัลชันที่มีหมู่ฟังก์ชันสองหมู่ที่มีคุณสมบัติชอบน้ำและไม่ชอบน้ำ โดยหมู่ที่ไม่ชอบน้ำจะยึดเกาะกับเส้นใยเซลลูโลสส่วนหมู่ที่ชอบน้ำจะยึดเกาะกับน้ำและป้องกันการซึมผ่านของน้ำสู่กระดาษ

          อย่างไรก็ตาม ปริมาณสารเติมแต่งดังกล่าวจะถูกใช้สำหรับเตรียมบรรจุภัณฑ์เยื่อกระดาษขึ้นรูปในขั้นตอนต่อไป พบว่า บรรจุภัณฑ์เยื่อกระดาษขึ้นรูปที่ผลิตได้ยังต้องมีการปรับปรุงความหนาของถาดเยื่อกระดาษขึ้นรูป เนื่องจาก ยังพบรอยขาดเนื่องจากความหนาและกระบวนผลิตในส่วนของการกดอัดยังไม่เหมาะสม ซึ่งอาจเกิดจากอุณหภูมิในการอบให้แห้งยังไม่เหมาะสม ดังนั้น จึงจำเป็นต้องศึกษาเพื่อหาสภาวะในการขึ้นรูปเป็นบรรจุภัณฑ์ที่เหมาะสมต่อไป เมื่อได้บรรจุภัณฑ์เยื่อกระดาษขึ้นรูปที่สมบูรณ์แล้วยังต้องมีการทดสอบการนำไปใช้งานจริงกับผลิตผลผลไม้สด เพื่อให้เกิดความมั่นใจว่าบรรจุภัณฑ์เยื่อกระดาษขึ้นรูปที่ผลิตได้นั้นสามารถทนต่อสภาวะอุณหภูมิและความชื้นระหว่างการขนส่งได้จริง

01

ผิวหน้ากระดาษจากการส่องกราดด้วย SEM หลังการเติมสารเติมแต่งแป้งประจุบวกและ AKD

 
02

มุมสัมผัสระหว่างน้ำและผิวกระดาษจากทางใบปาล์มน้ำมันหลังการเติมสารเติมแต่งแป้งประจุบวกและ AKD

 
04
03

บรรจุภัณฑ์เยื่อกระดาษขึ้นรูปจากทางใบปาล์มน้ำมัน


  
คณะผู้วิจัย :
เลอพงศ์ จารุพันธ์ และ ตนพรรษ หรรษอุดม
หน่วยงาน :
ภาควิชาเทคโนโลยีการบรรจุและวัสดุุ คณะอุตสาหกรรมเกษตร มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์
โทร. 02-562-5059