| พลาสติกชีวฐาน (bio-based plastic) เป็นพลาสติกที่มาจากสิ่งมีชีวิต เช่น พืช และสัตว์ บางครั้งอาจเรียกพลาสติกชีวภาพ (bioplastic) ตัวอย่างของพลาสติกชีวฐาน เช่น เทอร์โมพลาสติกสตาร์ช (thermoplastic starch, TPS) พลาสติกจากโปรตีนถั่วเหลือง (soy protein plastic) พอลิแลคติกแอซิด (polylactic acid, PLA) และพอลิไฮดรอกซีอัลคาโนเอท (polyhydroxy alkanoate, PHAs) เป็นต้น พลาสติกชีวฐานส่วนใหญ่สามารถย่อยสลายได้โดยจุลชีพในธรรมชาติ จึงไม่ก่อให้เกิดการตกค้างของขยะพลาสติกภายหลังการใช้งาน นอกจากนี้ยังเป็นวัสดุที่มาจากธรรมชาติซึ่งไม่ก่อให้เกิดอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต และสามารถหาใหม่ทดแทนได้ ปัจจุบันวัสดุชีวฐานได้เข้ามามีบทบาทมากขึ้น ทั้งนี้เพื่อทดแทนวัสดุสังเคราะห์จากอุตสาหกรรมปิโตรเคมี ซึ่งใช้เป็นวัตถุดิบหลักในการผลิตพลาสติกทั้งในรูปของบรรจุภัณฑ์ที่ใช้กันทั่วไป เฟอร์นิเจอร์ ชิ้นส่วนต่างๆ ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิค และชิ้นส่วนยานยนต์ เป็นต้น
ประเทศไทยเป็นประเทศเกษตรกรรมและมีความอุดมสมบูรณ์ในเรื่องของวัตถุดิบเกษตร เช่น ข้าว ข้าวโพด อ้อย มันสำปะหลัง และถั่วต่างๆ ซึ่งสามารถใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับการผลิตพลาสติกชีวฐาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเทอร์โมพลาสติกสตาร์ช โดยทั่วไปสตาร์ชในรูปของเม็ดแป้งไม่สามารถเปลี่ยนแปลงหรือขึ้นรูปโดยเทคโนโลยีที่ใช้กับพอลิเมอร์ประเภทเทอร์โมพลาสติกได้ เนื่องจากอุณหภูมิหลอมเหลวของเม็ดแป้ง (Tm~220-240ºC) สูงกว่าอุณหภูมิสลายตัว (Td~220ºC) ส่งผลให้เม็ดสตาร์ชสลายตัวก่อนที่จะหลอมเหลว การผสมเม็ดสตาร์ชกับพลาสติไซเซอร์ (เช่น น้ำ กลีเซอรอล และซอร์บิทอล เป็นต้น) ในสภาวะที่มีการให้ความร้อน ความดัน และแรงเฉือน จะให้วัสดุที่เรียกว่าเทอร์โมพลาสติกสตาร์ชซึ่งสามารถขึ้นรูปได้โดยกระบวนการหลอมหรือการใช้ความร้อนเข้าช่วย อย่างไรก็ตามเทอร์โมพลาสติกสตาร์ชยังมีข้อจำกัดในเรื่องของความว่องไวต่อความชื้น ความยืดหยุ่นหรือความอ่อนตัว และการทนต่อความร้อน
การปรับปรุงคุณสมบัติของเทอร์โมพลาสติกสตาร์ชอาจทำได้โดยการดัดแปรโครงสร้างทางเคมี เช่น การกราฟท์โมเลกุลที่ไม่มีขั้วหรือโมเลกุลไฮโดรโฟบิคไปบนโมเลกุลของสตาร์ช การผสมทางกายภาพระหว่างเทอร์โมพลาสติกสตาร์ชกับพอลิเมอร์อื่นๆ และการผลิตคอมพอสิทที่มีเทอร์โมพลาสติกสตาร์ชเป็นเมทริกซ์เพียงอย่างเดียวหรือร่วมกับพอลิเมอร์อื่น
การผสมเทอร์โมพลาสติกสตาร์ชกับพอลิเมอร์อื่นๆ เป็นวิธีที่ง่ายและต้นทุนต่ำ เทอร์โมพลาสติกสตาร์ชอาจผสมกับพอลิเมอร์สังเคราะห์ที่ไม่สามารถย่อยสลายได้ (non-degradable synthetic polymers) เช่น พอลิเอทิลีน เอทิลีนไวนิลอะซีเตท (EVA) และพอลิเอทิลีนไวนิลอัลกอฮอล์ (PVOH) หรือพอลิเมอร์ที่สามารถย่อยสลายได้ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นพอลิเอสเทอร์ เช่น พอลิแลคติกแอซิด พอลิไฮดรอกซีอัลคาโนเอท พอลิคาโปรแลคโตน (polycaprolactone, PCL) และพอลิบิวทิลีนซัคซิเนทอะดิเพท (PBSA) เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่สามารถย่อยสลายได้อย่างสมบูรณ์ การผสมไม่เพียงแต่จะพัฒนาสมบัติเชิงกลของเทอร์โมพลาสติกสตาร์ช แต่ยังช่วยลดการดูดซับความชื้นและการหดตัวขณะขึ้นรูปอีกด้วย
การพัฒนาสมบัติของเทอร์โมพลาสติกสตาร์ชอีกวิธีหนึ่งคือการเสริมแรงด้วยเส้นใยธรรมชาติประเภทต่างๆ เช่น ป่าน ปอ และเซลลูโลส เป็นต้น เส้นใยธรรมชาติเป็นวัสดุที่น่าสนใจเนื่องจากสามารถใช้แทนเส้นใยแก้วที่ใช้อยู่ทั่วไป และมีข้อได้เปรียบทั้งในเรื่องของน้ำหนัก และการยึดติดระหว่างเส้นใยธรรมชาติและเมทริกซ์ของเทอร์โมพลาสติกสตาร์ช ส่งผลต่อการพัฒนาสมบัติเชิงกลของเมทริกซ์ดังกล่าว นอกจากนี้เส้นใยธรรมชาติยังสามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพ การเสริมแรงด้วยเส้นใยจะช่วยพัฒนาสมบัติหลายประการ เช่น ความสามารถในการทนความร้อน การลดอัตราการดูดซับความชื้น รวมทั้งการหดตัวขณะขึ้นรูปของเทอร์โมพลาสติกสตาร์ช
เทอร์โมพลาสติกสตาร์ชจึงเป็นวัสดุอีกทางเลือกหนึ่งที่มีศักยภาพในการนำมาใช้แทนพลาสติกที่มาจากอุตสาหกรรมปิโตรเลียม วัสดุดังกล่าวไม่เพียงช่วยลดปริมาณขยะพลาสติกตกค้างซึ่งนับวันมีปริมาณเพิ่มขึ้น แต่ยังช่วยอนุรักษ์สิ่งแวดล้อมอีกด้วย
โครงการหน่วยปฏิบัติการวิจัยเชี่ยวชาญเฉพาะด้าน นวัตกรรมวัสดุชีวฐานเพื่ออุตสาหกรรมเกษตร (Special Research Unit: Bio-based Materials Innovation for Agro-Industry) คณะอุตสาหกรรมเกษตร มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ได้เล็งเห็นถึงความสำคัญของการเพิ่มมูลค่าของวัตถุดิบเกษตร การพัฒนาเทคโนโลยีด้านพลาสติกชีวฐานของประเทศ และการมีส่วนร่วมในการรักษาสิ่งแวดล้อม จึงได้จัดตั้งกลุ่มวิจัยเพื่อพัฒนาพลาสติกชีวฐานจากวัตถุดิบเกษตรของประเทศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งจากพืชเศรษฐกิจไทย ซึ่งทางโครงการฯ ได้ประสบความสำเร็จในการเตรียมผลิตภัณฑ์ดังต่อไปนี้
1. ชีทพลาสติกชีวฐานต้นแบบที่มีสตาร์ชเป็นองค์ประกอบหลัก ซึ่งมีความคงตัวระดับหนึ่ง
2. เรซินพลาสติกชีวฐานต้นแบบที่มีสตาร์ช และ/หรือพอลิแลคติกแอซิดเป็นองค์ประกอบหลัก ซึ่งพร้อมขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์
3. ผลิตภัณฑ์พลาสติกชีวฐานต้นแบบ ที่ผลิตจากเรซินพลาสติกชีวฐานที่เตรียมได้ในข้อที่ 2 ตัวอย่างของผลิตภัณฑ์ต้นแบบ เช่น จานรองแก้ว ถาด ถ้วย ชิ้นงานที่มีรูปร่างดัมเบลล์ เป็นต้น
4. ดินน้ำมันไร้โปรตีน ที่มีสตาร์ชเป็นองค์ประกอบหลัก
5. ภาพรวมของตัวอย่างผลิตภัณฑ์
|
