การขึ้นรูปฟิล์มชีวภาพที่มีฤทธิ์ต้านจุลินทรีย์ในระดับอุตสาหกรรมเพื่อใช้งานด้านบรรจุภัณฑ์อาหาร

Abstract

งานวิจัยนี้ได้รายงานการศึกษาการผลิตฟิล์มชีวภาพที่มีคาร์บอกซี่เมทิลเซลลูโลสเป็นองค์ประกอบ ในระดับอุตสาหกรรม ด้วยเทคนิคการขึ้นรูปแบบเป่าฟิล์ม เพื่อใช้ประโยชน์ในรูปของบรรจุภัณฑ์ โดยในการผลิตแบ่งเป็นสองขั้นตอน คือ 1) การผลิตเม็ดไบโอพลาสติกคอมพาวด์โดยใช้เครื่องผสมอัดรีดแบบเกลียวหนอนคู่ (Twin-screw extruder) และ 2) การเป่าฟิล์มจากเม็ดไบโอพลาสติกคอมพาวด์หลอมด้วยกระบวนการอัดรีดแบบเป่าฟิล์ม (Blown film extrusion) ผลจากการศึกษาพบว่า การผลิตเม็ดพลาสติกชีวภาพที่มีคาร์บอกซี่เมทิล-เซลลูโลสเป็นองค์ประกอบสามารถทำได้โดยใช้พลาสติกที่ย่อยสลายได้ด้วยวิธีทางชีวภาพชนิดอื่น ได้แก่ พอลิบิวทิ-ลีนอะดิเพทเทเรฟทาเลต (Polybutylene adipate terephthalate, PBAT (Ecoflex®)) หรือ พอลิเอทิลีนชนิดความหนาแน่นต่า (Low-density polyethylene, LLDPE) เป็นวัสดุหลัก และมีองค์ประกอบของคาร์บอกซี่เมทิล-เซลลูโลสไม่เกินร้อยละ 30 อุณหภูมิที่ใช้ในการคอมพาวด์เม็ดพลาสติกฐานชีวภาพมีค่าไม่เกิน 170 ℃ และ อุณหภูมิที่ใช้ในการเป่าฟิล์มไม่เกิน 180 ℃ ฟิล์มพลาสติกชีวภาพที่ได้มีความหนาอยู่ระหว่าง 0.020–0.280 มม. ขึ้นกับองค์ประกอบ และการเกิดเจลของคาร์บอกซี่เมทิลเซลลูโลสในระหว่างการคอมพาวด์ เม็ดคอมพาวด์พลาสติกฐานชีวภาพคาร์บอกซี่เมทิลเซลลูโลสเทอร์โมพลาสติกสตาร์ช กับ Ecoflex® และ LLDPE ซึ่งมีคาร์บอก-ซี่เมทิลเซลลูโลสเป็นองค์ประกอบในปริมาณมาก มีค่า Blow up ratio อยู่ในช่วง 2.2–3.4 ซึ่งเป็นค่าปกติของการเป่าฟิล์มในอุตสาหกรรมการผลิตถุงพลาสติก โดยค่าความหนาของฟิล์มจะแปรผกผันกับค่า Blow-up ratio สำหรับเม็ดคอมพาวด์พลาสติกฐานชีวภาพเทอร์โมพลาสติกสตาร์ชกับ LLDPE ที่มีคาร์บอกซี่เมทิลเซลลูโลสเป็นองค์ประกอบในปริมาณต่า มีค่า Blow-up ratio ใกล้เคียงกัน และอยู่ในช่วง 3.0–3.2 นอกจากนี้ความหนาของฟิล์มทุกสูตรยังมีค่าใกล้เคียงกัน และค่อนข้างสม่าเสมอ อยู่ในช่วง 20–27 ไมครอน ซึ่งใกล้เคียงกับฟิล์มพอลิเอ-ทิลีนชนิดความหนาแน่นต่า ฟิล์มทุกสูตรที่ได้มีลักษณะทางกายภาพที่ใกล้เคียงกัน มีความสามารถในการส่องผ่านแสงได้ค่อนข้างดี มีเนื้อสัมผัสเนียน ลื่น เกิดเจลน้อย มีความหนาพอเหมาะในการใช้งานด้านฟิล์ม ผลการตรวจสอบสมบัติทางกายภาพและสมบัติเชิงกลของฟิล์ม พบว่า สำหรับฟิล์มพลาสติกฐานชีวภาพคาร์บอกซี่เมทิลเซลลูโลสเทอร์โมพลาสติกสตาร์ช กับ Ecoflex® และ LLDPE ซึ่งมีคาร์บอกซี่เมทิลเซลลูโลสเป็นองค์ประกอบในปริมาณมาก ฟิล์มที่มีส่วนประกอบหลักของพอลิเมอร์ต่างกันมีสมบัติเชิงกลที่แตกต่างกันอย่างมาก ฟิล์มที่มีส่วนประกอบหลักเป็น LLDPE แสดงค่ามอดุลัสของยังสูงกว่าฟิล์มที่มีส่วนประกอบหลักเป็น Ecoflex® (20 MPa และ 7.9 MPa) แต่ให้ค่าระยะยืดต่ำกว่า (29% และ 63%) ฟิล์มที่เติมกลีเซอรอลปริมาณมากมีค่าร้อยละการยืด ณ จุดขาด ความแข็งแรงดึง และมอดูลัสของยัง สูงกว่าฟิล์มที่เติมกลีเซอรอลปริมาณน้อย ฟิล์มที่มีอัตราส่วนระหว่างการผสมคาร์บอกซี่เมทิลเซลลูโลสกับน้ำน้อยกว่า มีค่าร้อยละการยืด ณ จุดขาด ความแข็งแรงดึง และมอดูลัสของยัง สูงกว่าฟิล์มที่มีอัตราส่วนระหว่างการผสมคาร์บอกซี่เมทิลเซลลูโลสกับน้ามากกว่า สาหรับฟิล์มพลาสติกฐานชีวภาพเทอร์โมพลาสติกสตาร์ชกับ LLDPE ที่มีคาร์บอกซี่เมทิลเซลลูโลสเป็นองค์ประกอบในปริมาณต่ำ แสดงค่าความทนต่อแรงกระแทก มอดูลัสของยัง ความแข็งแรงดึง และร้อยละการยืด ณ จุดขาดของฟิล์มลดลง เมื่อฟิล์มมีปริมาณคาร์บอกซี่เมทิลเซลลูโลสเพิ่มขึ้น งานวิจัยนี้ได้ผลิตผลิตภัณฑ์ต้นแบบถุงหูหิ้วจากฟิล์มที่มีองค์ประกอบที่แตกต่างกัน มีความหนา ผิวสัมผัส และสีที่แตกต่างกัน แต่สามารถนำมาใช้งานจริงได้ จากการสำรวจความพึงพอใจของผู้บริโภค พบว่าผลิตภัณฑ์ต้นแบบถุงหูหิ้วที่ได้รับการประเมินว่าผู้ประเมินมีความพึงพอใจมากที่สุดคือ ถุงหูหิ้วจากฟิล์ม PBAT-CMC,Starch-Plas เนื่องจากมีส่วนผสมที่สามารถย่อยสลายได้ถึงร้อยละ 100 รองลงมาคือ LLDPE-CMC1%-TPS และ ฟิล์ม LLDPE-CMC2%-TPS เนื่องจากมีเนื้อสัมผัสที่เรียบเนียน มีความแข็งแรงและยืดหยุ่น รวมถึงมีส่วนประกอบที่สามารถย่อยสลายได้มากถึงร้อยละ 30 สุดท้ายโครงการวิจัยนี้ยังได้จัดอบรม/ สัมมนา เพื่อถ่ายทอดองค์ความรู้ เรื่อง ไบโอพลาสติก....จากต้นน้ำสู่ปลายน้ำ พบว่าผู้เข้าร่วมโครงการมากกว่าร้อยละ 85 มีความรู้เกี่ยวกับไบโอ-พลาสติกมากขึ้น ผู้เข้าร่วมโครงการมากกว่าร้อยละ 65 จะนำความรู้และประสบการณ์จากเข้าร่วมโครงการไปใช้ประโยชน์ได้จริง และผู้เข้าร่วมโครงการมากกว่าร้อยละ 85 คิดว่าการอบรมส่งเสริมการนำไปปฏิบัติได้จริง