ห้องสมุด Well-being Material

รศ.ดร.อภิชาต ประดิษฐสมานนท์ ร่วมงานแถลงข่าวโครงการประกวดผู้ประกอบการ Travel Tech Startup 2024

“พลาสติกเทอร์โมเซต” (Thermosetting plastics) เปลี่ยนจากปัญหาสิ่งแวดล้อมสู่ผลิตภัณฑ์ใหม่​

ขยะพลาสติกยังคงเป็นหนึ่งในปัญหาสิ่งแวดล้อมที่เรากำลังเผชิญ แม้เราจะคุ้นเคยกับการรีไซเคิลพลาสติกทั่วไป แต่ยังมีพลาสติกอีกประเภทหนึ่งที่ซับซ้อนและจัดการได้ยากกว่ามาก​โดยทั่วไป เรามักจะคุ้นเคยกับการรีไซเคิลขวดน้ำดื่ม กล่องอาหาร ภาชนะพลาสติก หรือถุงพลาสติก ซึ่งเป็นพลาสติกประเภท “เทอร์โมพลาสติก” (Thermoplastics) ที่สามารถหลอมละลายและขึ้นรูปใหม่ได้เมื่อได้รับความร้อน แต่วันนี้ เราจะมาพูดถึงพลาสติกอีกชนิดที่กำลังเป็นปัญหาต่อสิ่งแวดล้อม นั่นก็คือ “พลาสติกเทอร์โมเซต” (Thermosetting plastics)​พลาสติกเทอร์โมเซต เป็นพลาสติกที่มีความแข็งแรง ทนทานต่อสารเคมี และเมื่อโดนความร้อนแล้วจะไม่อ่อนตัว ไม่สามารถหลอมและนำไปขึ้นรูปใหม่ได้ แต่จะแข็งตัวและไหม้ไปเลย จึงเหมาะกับการใช้งานในสภาพที่หนักหน่วง อย่างเช่น ยางรถยนต์ โฟมพอลิยูรีเทนที่ใช้ทำโซฟา เบาะรถยนต์ พื้นรองเท้า กาว สารเคลือบจากอีพอกซีเรซิน หรือจานชามเมลามีน อย่างไรก็ตาม จากความแข็งแรงทนทานนี้ทำให้พลาสติกเทอร์โมเซตรีไซเคิลได้ยาก ส่งผลให้ขยะพลาสติกเทอร์โมเซตจำนวนมากต้องถูกกำจัดด้วยการฝังกลบหรือเผาทำลาย และส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมในระยะยาว​แล้วเราจะจัดการกับพลาสติกเทอร์โมเซตได้อย่างไร?​“Vitrimerization” คือ กระบวนการที่ทำให้พลาสติกเทอร์โมเซตให้กลายเป็นพลาสติกที่มีโครงสร้างไดนามิก สามารถแตกสลายและเชื่อมต่อใหม่ได้ ผ่านกระบวนการทางเคมีที่เรียกว่า “Transesterification" เมื่อได้รับการกระตุ้นที่เหมาะสม ทำให้พลาสติกที่ผ่านกระบวนการ Vitrimerization มีคุณสมบัติที่ผสานระหว่างเทอร์โมพลาสติก และพลาสติกเทอร์โมเซต หรือก็คือ สามารถหลอม และขึ้นรูปใหม่ได้ แต่ยังคงโครงสร้างที่แข็งแรง ทนทานต่อสภาวะการใช้งานต่างๆ ทั้งความร้อน แสงแดด และสารเคมี อีกทั้งยังมีคุณบัติในการซ่อมแซมตัวเอง (Self-Healing) เนื่องจากพันธะสามารถแตกตัว และเชื่อมโยงใหม่เมื่อได้รับความร้อนในสภาวะที่เหมาะสม ทำให้สามารถขึ้นรูปใหม่ เปลี่ยนรูปร่าง หรือซ่อมแซมตัวเองได้หลายครั้ง (3-5 ครั้ง) โดยไม่สูญเสียสมบัติเชิงกล กระบวนการนี้จึงเป็นอีกแนวทางหนึ่ง เพื่อแก้ไขปัญหาขยะพลาสติกเทอร์โมเซตได้​ตัวอย่างหนึ่งที่น่าสนใจ คือ การจัดการพื้นรองเท้ากีฬา รองเท้าวิ่ง ซึ่งทำมาจากโฟมเอทิลีนไวนิลอะซีเตท (EVA) ที่ถูกเชื่อมขวางโมเลกุล (Crosslink) ทำให้โฟมมีความยืดหยุ่นสูง รับแรงกระแทกได้ดี ทนทาน และไม่ยุบตัว จากงานวิจัยพบว่า EVA Thermoset สามารถเปลี่ยนเป็น EVA Vitrimer ได้ โดยการนำเศษ EVA มาบดย่อยให้มีขนาดเล็กในระดับไมครอน (< 200 µm) ผสมร่วมกับตัวเร่งปฏิกิริยา เช่น ซิงค์อะซีเตท (Zn acetate) และวัสดุที่มีหมู่ไฮดรอกซิล (-OH) เช่น โพลีไวนิลแอลกอฮอล์ (PVOH) เมื่อนำของผสมดังกล่าวอัดขึ้นรูปที่อุณหภูมิสูงจะเกิดปฏิกิริยา Transesterification ทำให้พันธะเชื่อมขวางบางส่วนเปลี่ยนเป็นพันธะแบบไดนามิก เมื่อทำการอัดขึ้นรูปใหม่อีกครั้งพบว่า สามารถขึ้นรูปได้โดยไม่ต้องเติมสารเคมีเพิ่ม และยังคงสมบัติเดิม ไม่เสื่อมสภาพเหมือนกับการรีไซเคิลเชิงกล จะเห็นได้ว่าพันธะไดนามิกที่เกิดขึ้นสามารถแตกสลายและเชื่อมต่อใหม่ได้เมื่อได้รับความร้อน ทำให้สามารถเปลี่ยนขยะพลาสติกเทอร์โมเซตที่รีไซเคิลได้ยาก ให้กลับมารีไซเคิลได้ ทั้งยังเปลี่ยนเป็นผลิตภัณฑ์ใหม่ที่มีคุณภาพ และมูลค่าสูง​อย่างไรก็ตาม กระบวนการ Vitrimerization ยังมีข้อจำกัดในการบดย่อยขยะพลาสติกเทอร์โมเซตให้มีขนาดเล็กระดับไมครอน โดยเฉพาะวัสดุกลุ่มยางที่มีความเหนียวและยืดหยุ่นสูง ซึ่งการบดย่อยที่อุณหภูมิห้องทำได้ยาก จึงจำเป็นต้องทำให้ยางอยู่ในสถานะคล้ายแก้วที่มีความแข็ง และเปราะ เพื่อให้ง่ายต่อการบดย่อย กระบวนการนี้จะต้องใช้ความเย็นสูงเพื่อบดย่อยที่อุณหภูมิติดลบ ทำให้มีต้นทุนการผลิตสูง การพัฒนาเทคโนโลยีนี้ต่อไปจะเปิดโอกาสให้สามารถรีไซเคิลขยะพลาสติกเทอร์โมเซตได้ในอนาคต เช่น การรีไซเคิลแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ กังหันลม ชิ้นส่วนยานยนต์ ยานอวกาศ ฉนวนในแผงโซล่าเซลล์ นับเป็นการช่วยลดปริมาณขยะอุตสาหกรรม และขยะพิษ และช่วยให้การจัดการซากผลิตภัณฑ์เหล่านี้เป็นไปอย่างยั่งยืนมากขึ้น​เนื้อหาโดย คุณ สุพรรณภางค์ รักษาวงค์ นักวิจัยวัสดุ Sustainable Building Material ​อ้างอิงข้อมูลจาก​Amin Jamei Oskouei et, al. 2024. Vitrimerization of crosslinked poly(ethylene-vinyl acetate): the effect of catalysts. RSC Appl. Polym., 2024, 2, 905. ​Alireza Bandegi et, al. 2023. Vitrimerization of crosslinked elastomers: a mechanochemical approach for recycling thermoset polymers. Mater. Adv., 2023, 4, 2648–2658.​