รายงานวิจัยฉบับสมบูรณ์ อิทธิพลของอนุภาคสารตัวเติมที่มีต่อสมบัติเชิงกลและความร้อน ของฟิล์มเป่า รีดร่วมรีไซเคิลผสมพอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูง INFLUENCE OF PARTICLE FILLERS ON MECHANICAL AND THERMAL PROPERTIES OF RECYCLED CO-EXTRUDED BLOWN FILMS/HIGH DENSITY POLYETHYLENE BLENDS นางสาวกัลยาณี ศรีวารินทร์ คณะวิศวกรรมศาสตร์ ได้รับการสนับสนุนจากกองทุนส่งเสริมงานวิจัย มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลธัญบุรี ประจำปี 2565
ข เรื่อง อิทธิพลของอนุภาคสารตัวเติมที่มีต่อสมบัติเชิงกลและความร้อน ของฟิล์มเป่ารีด ร่วมรีไซเคิลผสมพอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูง ชื่อนักวิจัย นางสาวกัลยาณี ศรีวารินทร์ คณะ วิศวกรรมศาสตร์ ปีการศึกษา 2565 บทคัดย่อ งานวิจัยนี้เป็นการเตรียมและศึกษาสมบัติเชิงกลและสมบัติทางความร้อนของพอลิเมอร์ผสม ฟิล์มรีดร่วมรีไซเคิล (LDPE/LLDPE,RF) ผสมกับพอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูง (HDPE) จากนั้น เตรียมเป็นพอลิเมอร์คอมโพสิตด้วยการเติมแคลเซียมคาร์บอเนตโวลลาสโทไนต์ และมอนต์มอริลโล ไนต์ที่ปริมาณสารตัวเติมต่างๆ คิดเป็นหน่วยเปอร์เซ็นต์โดยนํ้าหนัก การเตรียมพอลิเมอร์ผสมและคอม โพสิตเตรียมด้วยเครื่องผสมอัดรีดแบบสกรูคู่ ขึ้นรูปทดสอบด้วยการฉีดในแม่พิมพ์ ตรวจสอบสมบัติ เชิงกล ความทนแรงกระแทก ความทน แรงดึง มอดุลัส ความทนการโค้งงอ สมบัติทางความร้อนมีการ ตรวจสอบอุณหภูมิอ่อนตัวภายใต้นํ้าหนัก การลามไฟ ดัชนีการไหล พบว่าพอลิเมอร์ผสม (RF/HDPE) ทุกอัตราส่วนไม่มีการแตกหักที่สภาวะการทดสอบ มีความทนแรงดึงใกล้เคียงกัน แต่ค่ามอดุลัสที่ อัตราส่วน RF/HDPEเท่ากับ 70/30เปอร์เซ็นต์โดยนํ้าหนักซึ่งมีค่า สูงกว่าฟิล์มรีไซเคิลถึง 50.9 เปอร์เซ็นต์ จึงนําสูตรนี้ไปเตรียมเป็นพอลิเมอร์คอมโพสิต ผลการทดสอบสมบัติเชิงกลของพอลิเมอร์ คอมโพสิต พบว่าชิ้นทดสอบคอมโพสิตไม่เกิดการแตกหักที่สภาวะการทดสอบ การเติมแคลเซียม คาร์บอเนตโวลลาสโทไนต์และมอนต์มอริลโลไนต์ในทุกๆอัตราส่วน ทําให้มีค่าความทนแรงดึงกับ เปอร์เซ็นต์การยึดตัว ณ จุดขาดพบว่ามีค่าลดลง แต่มีค่ามอดุลัสเพิ่มขึ้น ค่าทนแรงดัดโค้งและค่ามอ ดุลัสแรง ดัดโค้งมีค่าเพิ่มขึ้น สารตัวเติมทําให้ชิ้นทดสอบมีลามไฟช้าลง ค่าดัชนีการไหลและอุณหภูมิ โค้งงอภายใต้ อุณหภูมิและนํ้าหนักของพอลิเมอร์คอมโพสิตมีค่าลดลงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับพอลิเมอร์ ผสม คําสําคัญ พอลิเมอร์ผสม พอลิเมอร์คอมโพสิต แคลเซียสคาร์บอเนต โวลลาสโทต์ มอนต์มอริลโลไนต์
ค Thesis Title Influence of Particle Fillers on Mechanical and Thermal Properties of Recycled of Co-extruded Blown Films/High Density Polyethylene Blends Author Kanlayanee Sriwarin Faculty Engineering Academic Years 2022 Abstract This research is to prepare and study the mechanical and thermal properties of recycled co-extruded polymer film (LDPE/LLDPE, RF) blended with high-density polyethylene (HDPE). A polymer composite was prepared by adding calcium carbonate, wollastonite, and montmorillonite as fillers at various amounts calculated in percentage units by weight. The polymer blends and composites were prepared by using Twin-Screw Extruder then the test specimens were prepared by Injection Molding. The mechanical properties such as impact strength, tensile strength, modulus and bending strength as well as thermal properties such as heat distortion temperature, flammability, and melt flow index were investigated. It was found that all ratios of the polymer blend (RF/HDPE) showed no breakage under the test conditions where their tensile strength showed similarities. However, the modulus of a weight ratio of RF/HDPE at 70/30 percent was 50.9 percent significantly higher value than the recycled film. Therefore, this formula was employed for the preparation of a polymer composite. The mechanical test results for the polymer composite showed that the specimens did not break under the test conditions. By adding calcium carbonate, wollastonite, and montmorillonite at all ratios resulted in a reduction of tensile strength and elongation at break values but it led to an increase in modulus, flexural strength, and flexural modulus values. The presence of fillers in the test specimens leads to a reduction of flammability as well as a decrease in the melt flow index and heat distortion temperature values when compared to the polymer blend. Keyword Polymer blend, Polymer composite, Calcium carbonate, Wollastonite, Montmorillonite
ง กิตติกรรมประกาศ วิจัยเล่มนี้สําเร็จลุล่วงได้ด้วยดีเนื่องจากความกรุณาและความช่วยเหลือจากบุคลากร และ องค์กรต่างๆ ทางผู้จัดทําขอขอบพระคุณผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.อํานวย ลาภเกษมสุข ซึ่งเป็นอาจารย์ ที่ปรึกษาวิจัย ที่ให้ คําปรึกษาและแนวทางแก้ไขปัญหาต่างๆ ตลอดจนสนับสนุนการทำวิจัยนี้จน ประสบความสําเร็จ เพื่อให้วิจัยถูกต้องและกรรมการทุกท่านที่ให้คําแนะนําและแก้ไขรูปเล่ม วิจัย อาจารย์และเจ้าหน้าที่ทุกท่านประจําภาควิชาวิศวกรรมวัสดุและโลหการ คณ ะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลธัญบุรี ที่เอื้อเฟื้อสถานที่และเครื่องจักรสําหรับการเตรียมวัสดุเชิง ประกอบและการทดสอบสมบัติเชิงกล สมบัติทางความร้อนและขอบคุณเจ้าหน้าที่ประจําภาควิชาที่ให้ ความช่วยเหลือการชี้แนะแนวทางในการปฏิบัติในครั้งนี้ สุดท้ายนี้ ขอขอบพระคุณทุกท่านที่มีส่วนเกี่ยวข้องที่ไม่ได้กล่าวนามไว้ ณ โอกาสนี้ ที่มีส่วน ทําให้วิจัยเล่มนี้มีความถูกต้องและสมบูรณ์ นางสาวกัลยาณี ศรีวารินทร์ มกราคม 2566
จ สารบัญ หน้า บทคัดย่อ ข กิตติกรรมประกาศ ง สารบัญ จ สารบัญตาราง ช สารบัญรูป ซ บทที่ 1 บทนํา 1 1.1 ความเป็นมาและความสําคัญ 1 1.2 วัตถุประสงค์ 2 1.3 ขอบเขตปริญญานิพนธ์ 3 1.4 กรอบแนวคิดของโครงการวิจัย 1.5 ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับ 5 12 บทที่ 2 ทฤษฎีที่เกี่ยวข้องและงานวิจัย 13 2.1 พอลิเอทิลีน 13 2.2 การเป่าฟิล์ม 17 2.3 การรีไซเคิล 22 2.4 พอลิเมอร์ผสม 25 2.5 วัสดุคอมโพสิต 25 2.6 สารตัวเติม 27 2.7 สมบัติเชิงกลและสมบัติทางความร้อน 31 2.8 งานวิจัยที่เกี่ยวข้อง 42 บทที่ 3 วิธีดําเนินการ 48 3.1 แผนการดําเนินงาน 48 3.2 วัตถุดิบและสารเคมี 48 3.3 อุปกรณ์และเครื่องมือ 52 3.4 ขั้นตอนการทดลอง 53 3.5 การทดลอง 57 3.6 วิธีการทดสอบ 59
ฉ สารบัญ(ต่อ) หน้า บทที่ 4 ผลการดําเนินงานและวิเคราะห์ 66 4.1 ลักษณะทางกายภาพของชิ้นทดสอบจากฟิล์มรีไซเคิล (RF)HDPE และพอลิเมอร์ ผสม 66 4.2 สมบัติเชิงกลของฟิล์มรีไซเคิล (RF)HDPE และพอลิเมอร์ผสม RF/HDPE 67 4.3 การเลือกสูตรพอลิเมอร์ผสมเพื่อเตรียมเป็นคอมโพสิต 72 4.4 ลักษณะทางกายภาพของชิ้นงานพอลิเมอร์ผสมคอมโพสิต 72 4.5 สมบัติเชิงกลของพอลิเมอร์ผสมคอมโพสิต 74 4.6 อุณหภูมิโค้งงอภายใต้สภาวะการรับนํ้าหนักและความร้อน (HDT) 89 4.7 ดัชนีการหลอมไหล 92 บทที่ 5 สรุปและข้อเสนอแนะ 97 5.1 สรุป 97 5.2 ข้อเสนอแนะ 98 บรรณานุกรม 99 ภาคผนวก ก 106 การทดสอบสมบัติเชิงกล ภาคผนวก ข 132 การทดสอบสมบัติทางความร้อน ภาคผนวก ค 140 การทดสอบดัชนีการหลอมไหล ประวัติผู้ทําวิจัย 144
ช สารบัญตาราง ตารางที่ หน้า 2.1 การแบ่ง PE โดยใช้ค่าความหนาแน่นเป็นเกณฑ์ 14 2.2 สมบัติทั่วไปของงพอลิเอทิลีนประเภทต่าง ๆ 15 3.1 แผนการดําเนินงานของโครงการ 48 3.2 สมบัติของเม็ดพลาสติก HDPE (InnoPlus HD6200B) 50 3.3 สมบัติของ CaCO3 (C6763) 50 3.4 สมบัติของแร่โวลลาสโทไนต์ (Wollastonite XYNFW-SW) 51 3.5 อัตราส่วนการผสมเม็ดพลาสติกจากฟิล์มรีดร่วมรีไซเคิล (LDPE/LLDPE, RF) กับ HDPE 56 3.6 อัตราส่วนการผสมเม็ดพอลิเมอร์ผสม RF/HDPE/Fillers 56 3.7 อุณหภูมิและสภาวะของการหลอมผสมด้วยเครื่องอัดรีดแบบสกรูคู่ 57 3.8 อุณหภูมิและสภาวะของการฉีดชิ้นทดสอบของเครื่องฉีดพลาสติก 58 4.1 ความทนแรงกระแทกของ RF HDPE และ พอลิเมอร์ผสม RF/HDPE 67 4.2 สมบัติเชิงกลของพอลิเมอร์ผสม (RF/HDPE) ที่ใส่สารตัวเติม แคลเซียม คาร์บอเนต โวลลาสโทไนต์ และมอนต์มอริลโลไนต์ 75 4.3 ความทนแรงดัดโค้ง ของพอลิเมอร์ผสม RF/HDPE และพอลิเมอร์ผสมคอมโพสิต RF/HDPE/CaCO3 RF/HDPE/WLT และ RF/HDPE/MMT 85 4.1 อุณหภูมิโค้งงอภายใต้สภาวะการรับนํ้าหนักและความร้อน ของพอลิเมอร์ผสม RF/HDPE และพอลิเมอร์ผสมคอมโพสิต RF/HDPE/CaCO3 RF/HDPE/WLT และ RF/HDPE/MMT 89 4.5 ค่าดัชนีการไหลของพอลิเมอร์ผสมและพอลิเมอร์ผสมคอมโพสิตที่มีสาร เสริมแรงชนิดต่างๆ 92 4.6 พฤติกรรมการลุกไหม้ของพอลิเมอร์ผสมและพอลิเมอร์ผสมคอมโพสิต RF/HDPE/CaCO3 RF/HDPE/WLT และ RF/HDPE/MMT 94
ซ สารบัญภาพประกอบ รูปที่ หน้า 2.1 โครงสร้างทางเคมีของพอลิเอทิลีน 13 2.2 แบบจําลองสายโซ่โมเลกุลของ (ก) LDPE (ข) HDPE และ (ค) LLDPE 15 2.3 กระบวนการเป่าฟิล์ม (Blown film extrusion) 18 2.4 เครื่องเป่าฟิล์มแบบหลายชั้น (Co-extrusion blown film process) 19 2.5 การผลิตฟิล์มหลายชั้น (A) กระบวนการหล่อฟิล์มรีดร่วม (Co-extrusion cast film process) และ (B) การแยกชั้นของพลาสติกระหว่างอยู่ใน Muti-manifold die 20 2.6 กระบวนการเคลือบรีดร่วม (Co-extrusion coating process) 20 2.7 กระบวนการลามิเนตเปียก 21 2.8 กระบวนการลามิเนตแบบแห้ง 21 2.9 การลามิเนตร้อน 22 2.10 การแบ่งประเภทของวัสดุคอมโพสิตโดยใช้สารเสริมแรงหรือโครงสร้างเป็นเกณฑ์ 26 2.11 SEM of ground calcium carbonate (GCC) SEM of precipiated calcium carbonate (PCC) 29 2.12 โวลลาสโทไนต์ (ก) แร่โวลลาสโทไนต์ที่พบในธรรมชาติ (ข) ผงโวลลาสโทไนต์ และ (ค) ผลึกของโวลลาสโทไนต์ 30 2.13 แบบจําลองโครงสร้างของมอนต์มอริลโลไนต์ 31 2.14 ลักษณะแรงกระทํา (ก) แรงดึง (ข) แรงอัด และ (ค) แรงเฉือน 33 2.15 รูปแบบกราฟความเค้น-ความเครียด 34 2.16 เครื่องทดสอบยูนิเวอร์แซล 36 2.17 แผนภูมิวิธีการทดสอบความทนแรงกระแทก 36 2.18 การทดสอบความทนแรงกระแทก (ก) การทดสอบแบบไอซอด และ (ข) การ ทดสอบแบบชาร์ปี 37 2.19 การทดสอบความทนแรงดัดงอ (ก) การทดสอบการดัดงอ แบบ 2 จุด และ (ข) การทดสอบการดัดงอแบบ 4 จุด 38 2.20 เทอร์โมแกรมแสดงการเปลี่ยนแปลงสถานะการดูดกลืนและคายความร้อน 40 2.21 เครื่องวัดอุณหภูมิแอ่นตัวภายใต้สภาวะการรับนํ้าหนักและความร้อน 41 2.22 การวางชิ้นทดสอบอุณหภูมิแอ่นตัวภายใต้สภาวะการรับนํ้าหนักและความร้อน ตามมาตรฐาน ASTM D648 41
ฌ สารบัญภาพประกอบ (ต่อ) รูปที่ หน้า 2.23 ลักษณะหัวกดทดสอบและการวางชิ้นทดสอบอุณหภูมิอ่อนตัวแบบไวแคท ตาม มาตรฐาน ASTM D1525 42 3.1 เม็ดพลาสติกไซเคิลจากฟิล์มผสมรีดร่วม LDPE/LLDPE oligomer/LLDPE 49 3.2 เม็ดพลาสติก HDPE (InnoPlus HD6200B) 49 3.3 ผงแคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO3 C6763) 51 3.4 แร่โวลลาสโทไนต์ (Wollastonite XYNFW-SW) 52 3.5 มอนต์มอริลโลไนต์ (Montmorillonite) 52 3.6 แผนภูมิแสดงวิธีการเตรียมพอลิเมอร์ผสมจากเม็ดพลาสติกฟิล์มรีดร่วมรีไซเคิล/ พอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูงและการทดสอบสมบัติ 54 3.7 แผนภูมิแสดงวิธีการเตรียมพอลิเมอร์ผสมคอมโพสิตจากเม็ดพลาสติกฟิล์มรีดร่วม รีไซเคิล/พอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูง/สารตัวเติมและการทดสอบสมบัติ 55 3.8 เครื่องอัดรีดแบบเกลียวคู่หมุนทิศทางเดียว (CTE-D02L800) 57 3.9 เม็ดพอลิเมอร์ผสมจากฟิล์มรีดร่วมรีไซเคิล (LDPE/LLDPE)/HDPE 58 3.10 เครื่องฉีดพลาสติก Arburg Allrounder 470 C 59 3.11 ชิ้นทดสอบความทนแรงกระแทกแบบชาร์ปี 60 3.12 การทดสอบความทนแรงกระแทกแบชาร์ปี (ก) เครื่องบากชิ้นงาน (Ceast) (ข) เครื่องทดสอบความทนแรง (Ceast) 60 3.13 ชิ้นทดสอบความทนแรงดึงรูปดัมเบลล์ 61 3.14 เครื่องทดสอบยูนิเวอร์เซล (Hounsfield H 50 KS) 61 3.15 ชิ้นงานทดสอบอุณหภูมิการโค้งงอจากความร้อนตามมาตรฐาน ASTM D648 62 3.16 เครื่องทดสอบอุณหภูมิการดัดงอจากความร้อน (Heat Distortion Temperature, HDT) CEAST 6911 62 3.17 เครื่องทดสอบค่าดัชนีการไหล (MFI) 63 3.18 ตู้ทดสอบการติดไฟและลามไฟตามมาตรฐาน UL94 ทดสอบแนวตั้ง 64 3.19 ลักษณะการวางชิ้นงานเพื่อทดสอบการติดไฟและลามไฟ 64 3.20 ลักษณะการวางชิ้นงานเพื่อทดสอบความทนแรงดัด 65 4.1 ชิ้นทดสอบ (ก) ฟิล์มรีไซเคิล (RF) (ข) HDPE (ค) RF/HDPE 90/10 (ง) RF/HDPE 80/20 และ (จ) RF/HDPE 70/30 66
ญ สารบัญภาพประกอบ (ต่อ) รูปที่ หน้า 4.2 ชิ้นทดสอบความทนแรงกระแทกของฟิล์มรีไซเคิล พอลิเอทิลีนความีหนาแน่นสูง และพอลิเมอร์ผสมฟิล์มรีไซเคิล/พอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูง 67 4.3 ความทนแรงกระแทกของฟิล์มรีไซเคิล พอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูง และ พอลิ เมอร์ผสมฟิล์มรีไซเคิล/พอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูง 69 4.4 ความทนแรงดึงของฟิล์มรีไซเคิล พอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูง และ พอลิเมอร์ ผสมฟิล์มรีไซเคิล/พอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูง 70 4.5 ร้อยละการยืดตัว ณ จุดขาดของฟิล์มรีไซเคิล พอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูง และ พอลิเมอร์ผสมฟิล์มรีไซเคิลพอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูง 71 4.6 ร้อยละการยืดตัว ณ จุดขาดของฟิล์มรีไซเคิล พอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูง และ พอลิเมอร์ผสมฟิล์มรีไซเคิลพอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูง 72 4.7 ชิ้นทดสอบพอลิเมอร์ผสมคอมโพสิต (ก) HDPE (ข) RF/HDPE (ค) RF/HDPE/CaCO3 90/10 (ง) RF/HDPE/CaCO380/20 และ (จ) RF/HDPE/CaCO3 70/30 เปอร์เซ็นต์ โดยนํ้าหนัก 73 4.8 ชิ้นทดสอบพอลิเมอร์ผสมคอมโพสิต (ก) HDPE (ข) RF/HDPE (ค) RF/HDPE/WLT 90/10 (ง) RF/HDPE/WLT 80/20 และ (จ) RF/HDPE/WLT 70/30 เปอร์เซ็นต์โดยนํ้าหนัก 73 4.9 ชิ้นทดสอบพอลิเมอร์ผสมคอมโพสิต (ก) HDPE (ข) RF/HDPE (ค) RF/HDPE/MMT 90/10 (ง) RF/HDPE/MMT80/20และ (จ) RF/HDPE/MMT 70/30 เปอร์เซ็นต์โดยนํ้าหนัก 74 4.10 ชิ้นทดสอบความทนแรงกระแทกของฟิล์มรีไซเคิล พอลิเอทิลีนความีหนาแน่นสูง และพอลิเมอร์ผสมคอมโพสิต 78 4.11 ค่าความทนแรงดึงของพอลิเมอร์ผสมคอมโพสิต (a) RF/HDPE/CaCO3 (b) RF/HDPE/WLT และ (c) RF/HDPE/MMT เปอร์เซ็นต์โดยนํ้าหนัก 80 4.12 ค่ายังส์มอดุลัสของพอลิเมอร์ผสมคอมโพสิต (a) RF/HDPE/CaCO3 (b) RF/HDPE/WLT และ (c) RF/HDPE/MMT เปอร์เซ็นต์โดยนํ้าหนัก 82
ฎ สารบัญภาพประกอบ (ต่อ) รูปที่ หน้า 4.13 ร้อยละการยืดตัว ณ จุดขาดของพอลิเมอร์ผสมคอมโพสิต (a) RF/HDPE/CaCO3 (b) RF/HDPE/WLT และ (c) RF/HDPE/MMT เปอร์เซ็นต์โดยนํ้าหนัก 84 4.14 ความทนแรงดัดโค้งของพอลิเมอร์ผสมคอมโพสิต (a) RF/HDPE/CaCO3 (b) RF/HDPE/WLT และ (c) RF/HDPE/MMT เปอร์เซ็นต์โดยนํ้าหนัก 86 4.15 มอดุลัสแรงดัดโค้งของพอลิเมอร์ผสมคอมโพสิต (a) RF/HDPE/CaCO3 (b) RF/HDPE/WLT และ (c) RF/HDPE/MMT เปอร์เซ็นต์โดยนํ้าหนัก 88 4.16 อุณหภูมิโค้งงอภายใต้สภาวะการรับนํ้าหนักและความร้อนของพอลิเมอร์ผสมคอมโพ สิต (a) RF/HDPE/CaCO3(b) RF/HDPE/WLT และ (c) RF/HDPE/MMT เปอร์เซ็นต์โดยนํ้า หนัก 91 4.17 ค่าดัชนีการไหลของพอลิเมอร์ผสมคอมโพสิต (a) RF/HDPE/CaCO3 (b) RF/HDPE/WLT และ (c) RF/HDPE/MMT เปอร์เซ็นต์โดยนํ้าหนัก 93
บทที่ 1 บทนํา 1.1 ความเป็นมาและความสําคัญ ภาควิชาวิศวกรรมวัสดุและโลหการ คณะวิศกรรมศาสตร์ เป็นหน่วยงานที่รับผิดชอบผลิต บัณฑิตสาขาวิศวกรรมวัสดุ-พอลิเมอร์และพลาสติก ซึ่งหนึ่งในวิชาหลักที่นักศึกษาต้องเรียนรู้และฝึก ทักษะคือวิชา 04720211กระบวนการขึ้นรูปพอลิเมอร์ ซึ่งเนื้อหารายวิชาโดยสรุปสอนเกี่ยวกับ กระบวนการขึ้นรูปพอลิเมอร์-พลาสติก และมีภาคปฏิบัติเพื่อฝึกทักษะ โดยในชั่วโมงเรียนภาคปฏิบัติ อาจารย์ผู้สอนจะให้นักศึกษาใช้เม็ดพลาสติกซึ่งเป็นเม็ดใหม่ทั้งหมด และนักศึกษาสามารถฝึกปฏิบัติ นอกเหนือจากชั่วโมงเรียนได้ โดยการจองใช้เครื่องจักรเป็นครั้ง ๆ ไป และเม็ดพลาสติกที่ให้นักศึกษา ฝึกภาคปฏิบัตินอกชั่วโมงเรียนจะให้ใช้เม็ดพลาสติกรีไซเคิลแทน เพื่อเป็นการประหยัดงบประมาณ เม็ดพลาสติกพื้นฐานที่ใช้ส่วนใหญ่คือ พลาสติกกลุ่มพอลิเอทิลีน พอลิโพรพิลีน และ พอลิสไตรีน ดังนั้น เมื่อนักศึกษาฝึกทักษะในชั่วโมงเรียนแล้ว ชิ้นงานส่วนใหญ่มีการนำมารีไซเคิลและนักศึกษาเป็น ผู้รีไซเคิลเอง โดยมีวัตถุประสงค์คือเป็นการฝึกทักษะการรีไซเคิลและปลูกฝังจิตสำนึกในการช่วยลด ปัญหาขยะพลาสติก แต่ในทางปฏิบัติพบว่าเม็ดพลาสติกรีไซเคิลแต่ละชนิดมีการผสมกัน ไม่มีการแยก ประเภทที่ชัดเจน เช่น พอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูงใส่ถุงรวมกันกับพอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ เป็นต้น ในการสืบสวนพบว่า นักศึกษาบางคนเข้าใจว่าเป็นเม็ดพลาสติกพอลิเอทิลีนเหมือนกันจึงใส่ รวมกันได้ ซึ่งเมื่อขึ้นรูปชิ้นทดสอบและทดสอบสมบัติพบว่ามีความแตกต่างจากชิ้นงานที่นักศึกษา เตรียมได้ในชั่วโมงเรียนซึ่งอาจส่งผลทำให้นักศึกษาเข้าใจคลาดเคลื่อนว่าเป็นผลมาจากการรีไซเคิล และในปฏิบัติการที่ศึกษาอิทธิพลของสารตัวเติม (Fillers) ในระหว่างการทดสอบสมบัติเชิงกล พบว่า นักศึกษาหลายรายยังไม่สามารถอธิบายลักษณะอนุภาคของสารตัวเติมที่ต่างกันว่ามีผลต่อสมบัติของ ชิ้นทดสอบอย่างไร ดังนั้นจึงเป็นที่มาของงานวิจัยนี้ ที่จะเตรียมพอลิเมอร์ผสมระหว่าง LDPE และ HDPE จากนั้นจะเลือกสูตรที่มีสมบัติเชิงกลที่ดีมาเติมสารตัวเติมที่มีลักษณะอนุภาคแตกต่างกัน และ เมื่องานวิจัยเสร็จสิ้นจะจัดทำเป็นรายงานฉบับย่อและโปสเตอร์ที่เข้าใจง่าย ๆ สำหรับนักศึกษาชั้นปีที่ 2 ได้ศึกษาด้วยตนเองก่อนลงปฏิบัติการ โดยวัตถุดิบหลักที่ใช้ในงานวิจัยนี้ เลือกใช้ฟิล์มรีดร่วมรีไซเคิล (Recycle Co extrudate film) ระหว่างพอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ (LDPE) และ พอลิเอทิลีน ความหนาแน่นต่ำเชิงเส้นตรง (LLDPE) เนื่องจากมีลักษณะเป็นฟิล์มบาง ใส (มีความเป็นอสัณฐานสูง) มีค่าดัชนีการไหลต่ำ (MFI ประมาณ 0.5-2 กรัม/10นาที) ซึ่งหมายถึงมีน้ำหนักโมเลกุลสูง มีความ เหนียวสูง การยืดตัวสูง ความคงรูปต่ำ (Low stiffness) และทนแรงฉีกขาดได้ดีที่อุณหภูมิต่ำแต่ทน ความร้อนได้ไม่มากนัก ได้จากกระบวนเป่าฟิล์มด้วยเครื่องอัดรีด (Blown film extrusion) มาเตรียม เป็นพอลิเมอร์ผสม (Polymer blend) กับพอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูง (HDPE) ที่มีลักษณะสีขาวขุ่น (มีความเป็นผลึกสูง) พอลิเมอร์ผสมจะเป็นการผสมแบบเข้ากันได้บางส่วน โดยคาดว่าพอลิเมอร์ผสมที่
2 ได้จะมีการแยกเฟสที่เป็นอสัณฐานและเฟสที่เป็นผลึกของ HDPE ทําให้โครงสร้างมีความแข็งตึงมอ ดุลัสมีค่าสูงขึ้น สมบัติของพอลิเมอร์ผสมจะแตกต่างจากพลาสติกตั้งต้น ซึ่งจะเป็นตัวอย่างที่ตอบโจทย์ ปัญหาได้อย่างชัดเจน จากนั้นจึงเติมสารตัวเติม 3 ชนิด ที่มีลักษณะแตกต่างกันเพื่อเตรียมเป็นพอลิเมอร์ผสมคอมโพ สิต (Polymer blend and composite) คือ แคลเซียมคาร์บอเนตเป็นสารประกอบมีสูตรทางเคมีคือ CaCO3 มีลักษณะเป็นอนุภาคที่มีหลายอัยรูป (Polymorph) จัดเป็นสารตัวเติมที่นิยมใช้ในพลาสติก สามารถใช้ได้ในปริมาณสูง ช่วยลดปริมาณการใช้พลาสติกและเพิ่มมอดุลัสของพลาสติกได้ แร่โวลลาส โทไนต์เป็นแร่ในกลุ่มแคลเซียมซิลิเกต มีลักษณะเป็นผงสีขาว มีสัณฐานแบบแท่งคล้ายเข็ม (Needle like) ทนความร้อนสูง เมื่อผสมในพลาสติกจะช่วยปรับปรุงสมบัติ ความทนแรงดึง ความทน แรงดัด โค้งได้ นอกจากนี้ยังช่วยปรับปรุงสมบัติพลาสติกให้มีเสถียรภาพทางความร้อนสูงขึ้น และมอนต์มอริล โลไนต์เป็นแร่ดินเหนียวที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติมีโครงสร้างเป็นแผ่นหรือชั้นของสารประกอบซิลิเกต ซ้อนกัน เมื่อใส่เป็นสารตัวเติมในพอลิเมอร์จะช่วยเพิ่มความแข็งแรง เพิ่มความสามารถในการเป็น ฉนวนที่ดี ป้องกันการลามไฟได้ สกัดกั้นการซึมผ่านของก๊าซ และไอนํ้า ทนทานต่อสารเคมีได้ดีขึ้น ทั้งนี้คาดว่าสารตัวเติมทุกตัวจะช่วยเพิ่มค่ามอดุลัสให้กับพอลิเมอร์ผสมได้ แต่อาจส่งผลต่อสมบัติอื่นๆ เช่นสมบัติทางความร้อน การลามไฟ แตกต่างกัน ซึ่งมาจากหลายปัจจัย เช่น ลักษณะอนุภาค ขนาด และสมบัติอื่นๆ ของสารตัวเติม ดังนั้นในงานวิจัยนี้ จึงมีแนวความคิดที่จะนําเม็ดพลาสติกที่ได้จากการ รีไซเคิลฟิล์มรีดร่วมที่กล่าวมาแล้วมาเตรียมเป็นพอลิเมอร์ผสมกับ HDPE เพิ่มความเป็นผลึกใน โครงสร้าง จากนั้นจะนํามาเตรียมเป็นพอลิเมอร์คอมโพสิตโดยการใส่สารตัวเติมอนินทรีย์ 3 ชนิดที่มี ลักษณะและแสดงสมบัติต่อพลาสติกแตกต่างกัน คือแคลเซียมคาร์บอเนต แร่โวลลาสโทไนต์ และ มอนต์มอริลโลไนต์ และเปรียบเทียบสมบัติที่ได้ โดยคาดว่าจะเป็นประโยชน์ต่อการเรียนรู้ด้วยตนเอง ของนักศึกษาตามเหตุผลที่กล่าวมาแล้วข้างต้น 1.2 วัตถุประสงค์ของการวิจัย 1.2.1 เพื่อเตรียมพอลิเมอร์ผสมจากเม็ดพลาสติกรีไซเคิลของฟิล์มรีดร่วม LDPE/LLDPE กับ HDPE และเตรียมพอลิเมอร์ผสมคอมโพสิต โดยเติมสารตัวเติม 3 ชนิด ได้แก่ แคลเซียมคาร์บอเนต แร่ โวลลาสโทไนต์ และมอนต์มอริลโลไนต์ 1.2.2 เพื่อศึกษาสมบัติเชิงกลและสมบัติทางความร้อนของพอลิเมอร์ผสมและพอลิเมอร์ผสม คอมโพสิตที่เตรียมได้
3 1.3 ขอบเขตของโครงการวิจัย 1.3.1 งานวิจัยนี้เป็นการเตรียมพอลิเมอร์ผสมและพอลิเมอร์ผสมคอมโพสิต โดยมีวัตถุดิบหลัก คือเม็ดพลาสติกรีไซเคิลจากฟิล์มรีดร่วม 2 ชั้น (LDPE/LLDPE) เม็ดพลาสติกพอลิเอทิลีนความ หนาแน่นสูง สารตัวเติมอนินทรีย์ แคลเซียมคาร์บอเนต แร่โวลลาสโทไนต์ และมอนต์มอริลโลไนต์ 1.3.2 ขั้นตอนการเตรียมพอลิเมอร์ผสม เตรียมโดยนําเม็ดพลาสติกรีไซเคิล (LDPE/LLDPE, RF)และเม็ดพลาสติก HDPE มาผสมกันด้วยเทคนิคการหลอมผสมในเครื่องอัดรีดแบบสกรูคู่ โดยมีใน อัตราส่วนของเม็ดพลาสติก HDPE เท่ากับ 0 10 20 และ 30 เปอร์เซ็นต์โดยนํ้าหนัก แดรีดออกมาเป็น เส้นพลาสติกทําการระบายความร้อนด้วยการดึงผ่านนํ้า จากนั้นนําไปผ่านกระบวนการตัดเม็ดใหม่ เพื่อให้ได้เม็ดพอลิเมอร์ผสมรูปทรงกระบอก อบไล่ความชื้น และ ขึ้นรูปชิ้นทดสอบด้วยการฉีดในแบบ ทดสอบสมบัติความทนแรงกระแทก ความทนแรงดึง มอดุลัสแรงดึง และเปอร์เซ็นต์การยืดตัว จากนั้น เลือกสูตรที่เหมาะสมโดยพิจารณาจากค่าความทนแรงกระแทก และมอดุลัสแรงดึงเป็น หลักเพื่อนําไป เตรียมพอลิเมอร์ผสมคอมโพสิตต่อไป 1.3.3 การเตรียมพอลิเมอร์ผสมคอมโพสิต เตรียมโดยการนําพอลิเมอร์ผสมที่มีสมบัติเหมาสม ในข้อ 6.2 มาใส่สารตัวเติมอนินทรีย์แต่ละชนิด โดยมีอัตราส่วนของสารตัวเติมในพอลิเมอร์ผสมเท่ากับ 0 10 20 และ 30 เปอร์เซ็นต์โดยนํ้าหนัก และใช้วิธีการ และสภาวะ การผสม การขึ้นรูป เช่นเดียวกับ การเตรียมพอลิเมอร์ผสม จากนั้นทดสอบสมบัติต่างๆ ดังนี้ 1.3.3.1 ทดสอบความทนแรงกระแทกแบบชาร์ปี ที่มีรอยบาก ตามมาตรฐาน ASTM D6110 1.3.3.2 ทดสอบความทนแรงดึงมอดุลัส ร้อยละการยืดตัว ตามมาตรฐาน ASTMD638 1.3.3.3 ทดสอบความทนแรงดัดโค้ง มอดุลัสแรงดัดโค้ง ตามมาตรฐาน ASTM D790 1.3.3.4 ทดสอบอุณหภูมิการโค้งงอเนื่องจากความร้อน ตามมาตรฐาน ASTM D648 1.3.3.5 ทดสอบดัชนีการหลอมไหล ตามมาตรฐาน ASTM D1238 โดยมีแผนภูมิแสดงวิธีการทดลองตามภาพที่ 1 และ 2 ตามลำดับ
4 ภาพที่ 1 แผนภูมิแสดงวิธีการเตรียมพอลิเมอร์ผสมจากเม็ดพลาสติกฟิล์มรีดร่วมรีไซเคิล/พอลิเอทิลีน ความหนาแน่นสูงและการทดสอบสมบัติ
5 ภาพที่ 2 แผนภูมิแสดงวิธีการเตรียมพอลิเมอร์ผสมคอมโพสิตจากเม็ดพลาสติกฟิล์มรีดร่วมรีไซเคิล/ พอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูง/สารตัวเติมและการทดสอบสมบัติ ระยะเวลาดำเนินงานวิจัย : ระยะเวลา 1 ปี ตั้งแต่เดือนกรกฎาคม พ.ศ.2565ถึงเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2566 1.4 ทฤษฎี สมมุติฐาน (ถ้ามี) และกรอบแนวคิดของโครงการวิจัย: แสดงกรอบแนวคิดในการวิจัย ให้เห็นความเชื่อมโยงกับปัญหาและโจทย์วิจัย (อธิบายในรูปของแผนภูมิ หรือค้นคว้าทฤษฎีมาอ้างอิงก็ ได้) 1.4.1 พอลิเอทิลีน
6 พอลิเอทิลีนหรือ PE เป็นเทอร์โมพลาสติกพลาสติกเชิงพานิชย์ที่มีการใช้งานอย่างกว้างขวาง มีสูตรทางเคมีดังภาพที่ 4.1 ภาพที่ 4.1 โครงสร้างทางเคมีของพอลิเอทิลีน สมบัติทั่วไป PE เป็นพลาสติกกึ่งผลึก ดังนั้นการที่มีกิ่งสาขาในโครงสร้างสายโซ่มากจะลด ความสามารถในการเกิดผลึก ซึ่งมีผลไปถึงความหนาแน่นและสมบัติอื่น ๆ จึงทําให้ PE มีสมบัติ แตกต่างกัน โดย PE ที่มี กิ่งก้านสาขามากจะมีความหนาแน่น จุดหลอมเหลว ความแข็งตึง ความแข็ง ของพื้นผิว (Surface hardness) และจุดอ่อนตัว (Softening point) ตํ่า แต่จะยอมให้แก๊สหรือไอนํ้า ซึมผ่านได้ง่าย ซึ่งสมบัติเหล่านี้ขึ้นกับการมีกิ่งสาขาของโมเลกุล แต่สมบัติทางกายภาพอื่นๆ ยังต้อง คํานึงถึงนํ้าหนักโมเลกุลเฉลี่ย และการกระจายนํ้าหนักโมเลกุลอีกด้วยการที่PE มีกิ่งสาขาแตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับวิธีการสังเคราะห์ ความดัน และสารเร่งปฏิริยา PE เป็นพลาสติกที่มีลักษณะยืดหยุ่น อ่อนตัว ทั้งนี้เป็นผลมาจากสภาพการยืดหยุ่นของพันธะ C-C ในสายโซ่โมเลกุล ทําให้ PE มี Tg ค่อนข้างตํ่าขึ้นกับปริมาณของผลึก โดยมี Tg ตั้งแต่ ประมาณ - 130 ถึง 60 ºC ซึ่งจะมีทั้งตํ่ากว่าและสูงกว่าอุณหภูมิห้อง ดังนั้น PE จึงมีทั้งสภาพยืดหยุ่น และแข็งที่ สภาวะปกติ PE เป็นพลาสติกที่มีสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดีมาก (Excellent) เพราะเป็นวัสดุที่ไม่มีขั้ว สมบัติต่างๆ เช่น ค่าคงที่ไดอิเล็กทริก (Dielectric constant) และเพาเวอร์แฟกเตอร์ (Power factor) จึงไม่ขึ้นกับอุณหภูมิและความถี่ของกระแสไฟฟ้าสลับ แต่บางครั้งอาจพบว่ามีค่าคงที่ไดอิ เล็กทริกเพิ่มขึ้นเล็กน้อยเมื่อความหนาแน่นเพิ่มขึ้น ส่วนสมบัติทางเคมี PE จัดเป็นพาราฟิน (Parafin) ที่มีนํ้าหนักโมเลกุลสูง จึงเป็นวัสดุที่ค่อนข้างเฉื่อย เพราะไม่มีแรงดึงดูดพิเศษ เช่น พันธะไฮโดรเจนกับ ตัวทําละลายและเนื่องจากความเป็นผลึกที่สูงจึงทําให้ PE ไม่ละลายในตัวทําละลายใดๆ ที่ อุณหภูมิห้อง การแบ่งประเภทพอลิเอทิลีน พอลิเอทิลีนที่ได้จากการสังเคราะห์ด้วยกระบวนการต่างๆ จะมี ความหนาแน่นแตกต่างกัน มีโครงสร้างสายโซ่โมเลกุล และกิ่งสาขาแตกต่างกัน ซึ่งส่งผลให้มีสมบัติ และการใช้งานที่แตกต่างกัน ตารางที่ 4.1 แสดงการแบ่งพอลิเอทิลีนโดยใช้ความหนาแน่นเป็นเกณฑ์ ในการแบ่ง
7 ตารางที่ 4.1 การแบ่ง PE โดยใช้ค่าความหนาแน่นเป็นเกณฑ์ Polyethylene Type Density, g/cm3 HDPE (High density polyethylene) Homopolymer 0.941-0.965 MDPE (Medium density polyethylene) Homopolymer 0.926-0.940 LDPE (Low density polyethylene) Homopolymer 0.910-0.925 LLDPE (Linear low density polyethylene) Copolymer 0.925-0.940 VLDPE(very low density polyethylene Copolymer < 0.910 1.4.2 พอลิเมอร์ผสม [g] การเตรียมพอลิเมอร์ผสมมีวัตถุประสงค์เพื่อปรับปรุงสมบัติของพอลิเมอร์ เป็นวิธีการที่ ได้รับความนิยมมากกว่าการเตรียมพอลิเมอร์ชนิดใหม่ๆ เพราะเป็นวิธีที่ง่ายและมีต้นทุนการผลิตต่ำ กว่า ทำได้โดยการนำพอลิ เมอร์ชนิดเดียวกันหรือต่างชนิดที่มีสมบัติต่างกันมาผสมเพื่อปรับให้มี สมบัติตามต้องการการเตรียมพอลิเมอร์ผสมสามารถทำได้ทั้งในขั้นตอนของกระบวนการพอลิเมอไร เซชันหรือการผสมพอลิเมอร์แบบหลอมเหลว (Melt blending) โดยใช้เครื่องผสมแบบปิด (Internal mixer) หรือเครื่องอัดรีด เป็นต้น หลักในการเลือกพอลิเมอร์ที่จะนำมาผสมควรพิจารณาจากความเข้า กันได้(Compatibility) หรือความรวมเข้าเป็นเนื้อเดียวกัน (Miscibility) ของพอลิเมอร์ ทั้งนี้เพื่อ ป้องกันการแยกวัฏภาค ซึ่งสมบัติของพอลิเมอร์ผสมที่ได้ขึ้นกับปัจจัย คือ กระบวนการที่ใช้ในการผสม ประเภทของพอลิเมอร์ที่นำมาผสม ภาวะที่ใช้ในการผสม และ สัดส่วนของพอลิเมอร์ที่นำมาผสม อย่างไรก็ตาม พอลิเมอร์ผสมจะประกอบด้วยพอลิเมอร์ชนิดหนึ่งกระจายอยู่ในเนื้อพอลิ เมอร์อีกชนิดหนึ่งซึ่งเป็นเนื้อหลักหรือเมทริกซ์ที่ต่อเนื่อง ( Continuous matrix) และถ้าหากการ กระจายตัวของพอลิเมอร์ในเนื้อหลักไม่สม่ำเสมอ อาจส่งผลให้เกิดข้อบกพร่อง ( defect) ของ ผลิตภัณฑ์ เช่น เกิดการแยกวัฏภาค (Phaseseparation) ระหว่างพอลิเมอร์ 2 ชนิด ทำให้สมบัติ เชิงกลลดลง ดังนั้น การเลือกคู่ของพอลิเมอร์ผสมจึงมีความสำคัญต่อสมบัติของผลิตภัณฑ์ 1.4.3 วัสดุคอมโพสิต (Composite materials) [19-21] วัสดุคอมโพสิต หมายถึงวัสดุที่มีองค์ประกอบตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปผสมกันและอยู่ด้วยกัน (Distinct components) โดยไม่ได้เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ การผสมกันของวัสดุเหล่านี้จะไม่เป็นเนื้อ เดียวกันแต่จะแยกกันเป็นเฟสที่เห็นได้อย่างเด่นชัด เฟสแรกเรียกว่าเนื้อหลัก (Matrix) ซึ่งจะอยู่ ด้วยกันอย่างต่อเนื่องและล้อมรอบอีกเฟสซึ่งเรียกว่า เฟสที่กระจาย (Dispersed phased) หรือ เฟส เสริมแรง (Reinforcement) สมบัติของวัสดุคอมโพสิตที่ได้จะเป็นฟังก์ชั่นหรือขึ้นกันกับสมบัติและ ปริมาณของสารตั้งต้นและรูปทรงทางเรขาคณิตของเฟสที่กระจายตัว
8 องค์ประกอบหลักของวัสดุคอมโพสิต แบ่งได้ 2 ส่วน คือ เมทริกซ์ (Matrix) เป็นวัสดุที่ทำ หน้าที่ยึดส่วนเสริมแรงเข้าด้วยกัน ให้อยู่ในตำแหน่งและการเรียงตัวที่กำหนด โดยจะล้อมรอบและ ปกป้องส่วนเสริมแรงจากการเสียสภาพเนื่องจากสิ่งแวดล้อม เมทริกซ์เป็นเฟสที่มีความต่อเนื่อง (Continuous phase) โดยทั่วไปเมทริกซ์จะมีความแข็งแรงและมอดุลัสต่ำกว่าส่วนเสริมแรง แต่จะทำ หน้าที่เป็นตัวกลางถ่ายเทแรงที่ได้รับ (Load transfer medium) ไปยังส่วนเสริมแรง ส่วนเสริมแรง (Reinforcement) ทำหน้าที่หลักเป็นส่วนรับแรงหลักของวัสดุคอมโพสิตที่ ให้ความแข็งแรงแก่วัสดุคอมโพสิต วัสดุที่เป็นส่วนเสริมแรงจะมีความแข็งแรงและมอดุลัสสูง เช่น เส้น ใยแก้ว เส้นใยคาร์บอน อนุภาคของแร่ เป็นต้น การเตรียมวัสดุคอมโพสิต มีวัตถุประสงค์ทั่วไปคือเป็นการนำสมบัติเด่นของวัสดุเนื้อหลัก และสารเสริมแรงมาผสมเพื่อทำให้ได้สมบัติที่ดีขึ้นหรือมีสมบัติพิเศษที่เพิ่มขึ้น และมีประโยชน์มากกว่า วัสดุตั้งต้น เช่น ความแข็งแรง ความต้านทานการสึกหรอ เป็นฉนวนทางความร้อน เป็นฉนวนไฟฟ้า และความสวยงาม เป็นต้น ข้อดีและข้อเสียของวัสดุคอมโพสิต 1. ข้อดีของคอมโพสิต - มีสมบัติต่อน้ำหนักหรือความหนาแน่น (Properties to weight/density ratio) สูง เช่น ความแข็งแรงจำเพาะ (Specific strength) มอดุลัสจำเพาะ (Specific modulus)ความแข็งตึง จำเพาะ (Specific stiffness) เป็นต้น เนื่องจากวัสดุคอมโพสิตมีความหนาแน่นต่ำ น้ำหนักเบา - ช่วยลดน้ำหนักของวัสดุ - มีสมบัติหลากหลาย สามารถออกแบบและสร้างวัสดุคอมโพสิตให้เหมาะสมกับการใช้ งาน เช่น จัดให้เส้นใยเสริมแรงจัดเรียงตัวตามแนวรับแรง เป็นต้น - มีอายุการใช้งานยาวนาน มีสมบัติความต้านทานต่อการสึกกร่อนดี - มีสมบัติการรับแรงที่ดี มีความทนทานต่อการล้า (Fatigue resistance) ดี นอกจากนี้ ยังมีเสถียรภาพของรูปร่าง (Dimensional stability) สูง เนื่องจากมีสัมประสิทธิ์การขยายตัวทาง ความร้อน (Coefficients of thermal expansion, CTE) ต่ำ เมื่อ เทียบกับวัสดุอื่นๆ เช่น โลหะ 2. ข้อเสียของคอมโพสิต - มีต้นทุนการผลิตสูง เนื่องจากราคาของวัตถุดิบและเครื่องมือการขึ้นรูปคอมโพสิต - มักแสดงสมบัติเป็นวัสดุแบบแอนไอโซโทรปี (Anisotropy materials) คือมีสมบัติใน แต่ละทิศทางไม่เท่ากัน ซึ่งเป็นผลมาจากการจัดเรียงตัว (Orientation) ของส่วนเสริมแรงเป็นสาเหตุ ให้คอมโพสิตที่มีส่วนเสริมแรงในแนวตั้งฉากกับแนวการเรียงตัว (Transverse direction) มีความ แข็งแรงไม่เท่ากันนอกจากนี้ การต่อ (Attaching) หรือเชื่อมติดกับวัสดุอื่น การตรวจวิเคราะห์สมบัติ ของคอมโพสิต ตลอดจนการทำลายและนำกลับมาใช้ใหม่หรือรีไซเคิล (Recycle) ทำได้ยาก
9 1.4.4 สารตัวเติมหรือฟิลเลอร์ สารตัวเติม หมายถึง สารที่มีลักษณะเป็นของแข็งที่ผสมในพอลิเมอร์ เพื่อเปลี่ยนแปลง สมบัติทางฟิสิกส์และเชิงกลให้ดีขึ้น ช่วยในกระบวนการผลิตหรือเป็นการลดต้นทุนและอายุการใช้งาน 1.4.4.1 แคลเซียมคาร์บอเนต CalciumCarbonate [h] สูตรทางเคมีของแคลเซียมคาร์บอเนตคือ CaCO3 มีสมบัติเฉพาะคือ ไม่เป็นพิษ มีความ ขาว (Whiteness)และความสว่าง (Brightness)สูงจึงนำไปใช้ประโยชน์ได้หลากหลาย เช่น ใช้เป็นตัว เติมเติม (Filler) และตัวเพิ่มปริมาณ (Extender) ในอุสาหกรรมกระดาษ สี พีวีซี และยาง แคลเซียมคาร์บอเนตที่ใช้ในอุตสาหกรรมมี 2 กลุ่มคือ แคลเซียมคาร์บอเนตจาก ธรรมชาติ และ แคลเซียมคาร์บอเนตสังเคราะห์ เหตุผลที่นิยมใช้แคลเซียมคาร์บอเนตเป็นสารตัวเติมในพลาสติกคือ ไม่มีกลิ่น มีค่า ดัชนีการหักเหต่ำทำให้ผสมสีอื่นๆ ได้ง่าย มีค่าความแข็งต่ำ ไม่จับตัวเป็นก้อน สามารถผสมเข้ากับสาร อื่นๆ ได้ง่าย และยังช่วยปรับปรุงสมบัติของพลาสติกคือ ช่วยเพิ่มค่าความทนแรงกระแทก ความทน ต่อแรงฉีกขาด ความทนแรงดึง ค่ามอดุลัสความยืดหยุ่น ความทนต่อสภาวะแวดล้อม และเพิ่มความ มันวาวให้กับชิ้นงาน แต่แคลเซียมคาร์บอเนตก็มีข้อเสียอยู่บางประการเช่น เมื่อทำปฏิกิริยากับกรดจะ เกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และเกลือที่ละลายน้ำ เมื่อได้รับความร้อนถึง 800-900 องศาเซลเซียส จะ สลายตัวเป็นแคลเซียมออกไซด์ (CaO) และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) (a) (b) ภาพที่ 7.2 SEM of ground calcium carbonate (GCC) SEM of precipiated calcium carbonate (PCC) [17] การใช้แคลเซียมคาร์บอเนตเป็นสารตัวเติมในพลาสติก ส่วนใหญ่มีวัตถุประสงค์เพื่อเพิ่ม เนื้อลดต้นทุน นอกจากนั้นยังสามารถปรับปรุงสมบัติด้านความทนแรงกระแทก เสถียรภาพทางความ ร้อนของพอลิเมอร์ได้ แต่ส่งผลกระทบต่อสมบัติความทนแรงดึงและความแข็งตึงทำให้ลดลงได้
10 ปริมาณการเติมนิยมเติมในช่วงร้อยละ 10-40ถ้ามีการเติมสารตัวเติมนี้ในปริมาณมากจะส่งผลให้การ กระจายตัวไม่ดีพอ ทำให้สมบัติเชิงกลของพอลิโพรพิลีนมีความไม่แน่นอน 1.4.4.2 โวลลาสโทไนต์ (Wollastonite) [29-30 เพิ่ม [i] [m] ] โวลลาสโทไนต์เป็นแร่แคลเซียมเมตาซิลิเกต (Calcium metasilicate) มีสูตรเคมีเป็น CaSiO3 หรือ CaOSiO2อัตราส่วนของ Si:O เป็น 1:3 ประกอบ CaO 48.3% และ SiO2 51.7% มีค่า pH ประมาณ 9.9 โวลลาสโทไนต์ เป็นแร่ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ โดยจะมีมลทินพวก Al2O3, MgO, Fe2O3, K2O, Na2O ปนมาบ้างเล็กน้อย มักเกิดร่วมกับแร่ Calcite, Diopside, Dolomite, Quartz การเกิด นั้นสามารถเกิดได้ทั่วไป โดยกระบวนการเกิดเป็นแบบ Thermal metamorphosis ของหินประเภท Siliceous carbonate ซึ่งจะแทรกอยู่ในพวกหินอัคนี (Igneous rock) ภาพที่ 4.3 โวลลาสโทไนต์ (ก) แร่โวลลาสโทไนต์ที่พบในธรรมชาติ (ข) ผงโวลลาสโทไนต์ (ค) ผลึก ของโวลลาสโทไนต์ [i-k] โวลลาสโทไนต์มีการเป็นวัตถุดิบหลักในอุตสาหกรรมเซรามิกส์ และยังใช้งานใน อุตสาหกรรมต่างๆ เช่น อุตสาหกรรมพลาสติก อุตสาหกรรมวัสดุก่อสร้าง อุตสาหกรรมสีและการ เคลือบสี (Coating) และ อุตสาหกรรมผ้าเบรคและวัสดุขัดถู ในอุตสาหกรรมพลาสติกนิยมใช้งานโวลลาสโทไนต์กับพลาสติกวิศวกรรม เช่น ไนลอน พอลิเอสเทอร์ เป็นต้น นอกจากนี้ ยังนำมาเป็นฟิลเลอร์ร่วมกับใยหินในการทำ ผลิตภัณฑ์จากฟีนอลิกเรซิน (เช่น ผ้าเบรค) เพื่อลดต้นทุนการผลิตและยังเป็นการลดอันตรายจากการ ใช้ใยหินปริมาณสูงๆด้วย เช่นเดียวกับฟิลเลอร์ชนิดอื่นๆ ในการทำให้โวลลาสโทไนต์กระจายตัวในพอลิ เมอร์ได้ดีขึ้น สามารถทำได้โดยการปรับแต่งพื้นผิวด้วยซิลเลน นอกจากช่วยเรื่องการกระจายตัวแล้ว ยังช่วยปรับปรุงการก่อพันธะกับพอลิเมอร์ได้ดีขึ้น ในอุตสาหกรรมเซรามิกและวัสดุก่อสร้างมีการใช้ งานโวลลาสโทไนต์เป็นจำนวนมาก และอุตสาหกรรมพลาสติก จะใช้โวลลาสโทไนต์ในการปรับปรุงค่า ความแข็งแรง หรือ เป็น Active filler เนื่องจากโวลลาสโทไนต์มีลักษณะเป็นแบบผลึกรูปเข็ม
11 (Needle-like structure) นอกจากนี้ยังช่วยปรับปรุงเรื่องการเป็นฉนวนไฟฟ้า มีความทนไฟดีขึ้น และ ช่วยเรื่องขนาดของชิ้นงานให้ไม่ผันแปรมากเกินไป สำหรับโวลลาสโทไนต์ที่เป็นเกรดที่มีขนาดอนุภาค ละเอียดมากจะช่วยปรับปรุงเรื่องความทนทานต่อการขูดขีดและการกระแทกได้ดี งานวิจัยที่เกี่ยวกับ การใช้โวลาสโทไนต์เพื่อปรับปรุงสมบัติพลาสติกมีหลายด้าน 1.4.4.3 มอนมอริลโลไนต์ (Montmorillinite) [25-27 [m] ] มอนต์มอริลโลไนต์ เป็นแร่ดินเหนียวที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติมีโครงสร้างเป็นผลึกหรือ แผ่นหรือชั้นของสารประกอบซิลิเกตซ้อนกัน มีสูตรโมเลกุล Mx (Al4-xMgx )Si8O20(OH)4 มีค่า aspect ratio สูง นิยมนำไปใช้เสริมแรงในวัสดุพอลิเมอร์พื้นผิวของเลเยอร์ซิลิเกต (Layered silicate) จะมีประจุลบ โดยแต่ละชั้น สามารถยึดกันด้วยประจุบวกของโซเดียมไอออน (Na+ ) และแคลเซียม ไอออน (Ca+ ) เป็นต้น ทำหน้าที่ยึดชั้นของซิลิเกตไว้ด้วยกันและเนื่องจากแร่ดินชนิดนี้มีโครงสร้างที่ ซ้อนกันอย่างมีระเบียบทำให้ยากต่อการผสมกับพอลิเมอร์จึงนิยมทำการดัดแปรมอนต์มอริลโลไนต์ ซึ่ง วิธีการที่นิยมใช้ดัดแปรมอนต์มอริลโลไนต์ คือ การทำปฏิกิริยาแลกเปลี่ยนประจุ โดยใช้สารอินทรีย์ที่มี ประจุบวก เช่น Quaternary ammonium salt หรือ Phosphonium salt เพื่อให้เกิดการแทนที่ ประจุบวกที่อยู่ระหว่างชั้นของซิลิเกต ทำให้ได้มอนต์มอริลโลไนต์ดัดแปรหรือออร์แกโนเคลย์ (Organoclay) มอนต์มอริลโลไนต์ในธรรมชาติส่วนใหญ่ที่ยังไม่ผ่านกระบวนการดัดแปรจะพบประจุ บวกแทรกอยู่ระหว่างชั้นโครงสร้าง ทำให้สามารถขยายตัวได้เนื่องจากไม่มีพันธะไฮโดรเจนทำให้ประจุ บวกเข้าแทรกในระหว่างชั้นและเกิดการแตกสลายของผลึกได้ง่าย อนุภาคมีขนาดอยู่ระหว่าง 0.01- 0.1 µm ชนิดของมอนมอริลโลไนต์ แบ่งออกตามองค์ประกอบที่มีธาตุโซเดียมและแคลเซียม ภาพที่ 7.4 แบบจำลองโครงสร้างของมอนต์มอริลโลไนต์
12 1.5 ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับ : 1.7.1 ได้วัสดุผสมระหว่างพอลิเมอร์ผสมกับสารตัวเติม 3 ชนิด ได้แก่ แคลเซียมคาร์บอเนต แร่โวลลาสโทไนต์ และมอนต์มอริลโลไนต์ที่มีสมรรถนะเหมาะสําหรับผลิตผลิตภัณฑ์อ่อนที่ได้จากการ ฉีดที่ต้องการความทนแรงกระแทกสูง เพิ่มมูลค่าของฟิล์มรีดร่วมรีไซเคิลและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม 1.7.2 ทราบถึงสมบัติเชิงกล และสมบัติทางความร้อนของวัสดุผสมระหว่างพอลิเมอร์ผสมกับ สารตัวเติม 3 ชนิด ได้แก่ แคลเซียมคาร์บอเนต แร่โวลลาสโทไนต์ และมอนต์มอริลโลไนต์ 1.7.3 เป็นทางเลือกสําหรับวิศวกรออกแบบผลิตภัณฑ์และอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องในการ เลือกใช้วัสดุ 1.6 นิยามคำศัพท์เฉพาะ 1.6.1 พอลิเมอร์ผสม 1.6.2 พอลิเมอร์คอมโพสิต 1.6.3 แคลเซียสคาร์บอเนต 1.6.4 โวลลาสโทต์ 1.6.5 มอนต์มอริลโลไนต์
13 บทที่ 2 ทฤษฎีที่เกี่ยวข้องและงานวิจัย 2.1 พอลิเอทิลีน [1-8] พอลิเอทิลีนหรือ PE ผลิตขึ้นในทางการค้าเป็นครั้งแรกเป็นพอลิเอทิลีนแบบกิ่งสาขา มีความ หนาแน่นตํ่า คือพอลิเอทิลีนความหนาแน่นตํ่า (Low density polyethylene, LDPE) แต่ปัจจุบันมี การพัฒนากระบวนการสังเคราะห์ การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา (Catalysts) และการทําโคพอลิเมอร์ จึงทํา ให้พอลิเอทิลีนมีโครงสร้างหลายรูปแบบแตกต่างกันส่งผลให้มีสมบัติที่แตกต่างกันด้วย พอลิเอทิลีน เป็นพลาสติกที่มีการใช้งานมากที่สุด เตรียมได้จากการพอลิเมอไรซ์แก๊สเอทิลีนจนกลายเป็นพอลิเมอร์ ที่มีนํ้าหนักโมเลกุลสูงมีรูปแบบโครงสร้างโมเลกุล 2 แบบ คือ โครงสร้างแบบเชิงเส้น (linear) และ โครงสร้างแบบกิ่งสาขา (Branched) มีโครงสร้างทางเคมีแสดงในรูปที่ 2.1 รูปที่ 2.1 โครงสร้างทางเคมีของพอลิเอทิลีน [4] PE เป็นพลาสติกกึ่งผลึก ดังนั้นการที่มีกิ่งสาขาในโครงสร้างสายโซ่มากจะลดความสามารถใน การเกิดผลึกซึ่งมีผลไปถึงความหนาแน่นและสมบัติอื่นๆ จึงทําให้ PE มีสมบัติแตกต่างกัน โดย PE ที่มี กิ่งก้านสาขามากจะมีความหนาแน่น จุดหลอมเหลว ความแข็งตึง ความแข็งของพื้นผิว (Surface hardness) และจุดอ่อนตัว (Softening point) ตํ่า แต่จะยอมให้แก๊สหรือไอนํ้าซึมผ่านได้ง่าย ซึ่ง สมบัติเหล่านี้ขึ้นกับการมีกิ่งสาขาของโมเลกุล แต่สมบัติทางกายภาพอื่นๆ ยังต้องคํานึงถึงนํ้าหนัก โมเลกุลเฉลี่ย และการกระจายนํ้าหนักโมเลกุลอีกด้วย ถึงแม้ว่าปัจจุบันพอลิเอทิลีนที่เตรียมได้จะมี หลายชนิด แต่สําหรับอุตสาหกรรมการผลิตฟิล์มพอลิเอทิลีนที่มีบทบาทในการใช้งานมีเพียงไม่กี่ชนิด คือ พอลิเอทิลีนความหนาแน่นตํ่า (Low density polyethylene, LDPE) พอลิเอทิลีนความหนาแน่น สูง (High density polyethylene, HDPE) และ พอลิเอทิลีนความหนาแน่นตํ่าเชิงเส้น (Linear low density polyethylene, LLDPE) 2.1.1 การแบ่งประเภทพอลิเอทิลีน พอลิเอทิลีนที่ได้จากการสังเคราะห์ด้วยกระบวนการต่างๆ จะมีความหนาแน่นแตกต่างกัน มี โครงสร้างสายโซ่โมเลกุล และกิ่งสาขาแตกต่างกัน ซึ่งส่งผลให้มีสมบัติและการใช้งานที่แตกต่างกันด้วย ตารางที่ 2.1 แสดงการแบ่งพอลิเอทิลีนโดยใช้ความหนาแน่นเป็นเกณฑ์ในการแบ่ง
14 ตารางที่ 2.1 การแบ่ง PE โดยใช้ค่าความหนาแน่นเป็นเกณฑ์ Polyethylene Type Density, g/cm3 HDPE (High density polyethylene) Homopolymer 0.941-0.965 MDPE (Medium density polyethylene) Homopolymer 0.926-0.940 LDPE (Low density polyethylene) Homopolymer 0.910-0.925 LLDPE (Linear low density polyethylene) Copolymer 0.925-0.940 VLDPE(very low density polyethylene Copolymer < 0.910 2.1.2 สมบัติทั่วไปของพอลิเอทิลีน PE เป็นพลาสติกที่มีลักษณะยืดหยุ่นอ่อนตัว ทั้งนี้เป็นผลมาจากสภาพการยืดหยุ่นของพันธะ C-C ในสายโซ่โมเลกุล ทําให้ PE มี Tg ค่อนข้างตํ่าขึ้นกับปริมาณของผลึกโดยมี Tg ตั้งแต่ ประมาณ - 130 ถึง 60 ºC ซึ่งจะมีทั้งตํ่ากว่าและสูงกว่าอุณหภูมิห้อง ดังนั้น PE จึงมีทั้งสภาพยืดหยุ่น และแข็งที่ สภาวะปกติPE เป็นพลาสติกที่มีสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดีมาก (Excellent) เพราะเป็นวัสดุที่ไม่มีขั้ว สมบัติต่างๆ เช่น ค่าคงที่ไดอิเล็กทริก (Dielectric constant) และเพาเวอร์แฟกเตอร์ (Power factor) จึงไม่ขึ้นกับอุณหภูมิและความถี่ของกระแสไฟฟ้าสลับ แต่บางครั้งอาจพบว่ามีค่าคงที่ไดอิ เล็กทริกเพิ่มขึ้น เล็กน้อยเมื่อความหนาแน่นเพิ่มขึ้น ส่วนสมบัติทางเคมี PE จัดเป็นพาราฟิน (Parafin) ที่มีนํ้าหนักโมเลกุลสูง จึงเป็นวัสดุที่ค่อนข้างเฉื่อย เพราะไม่มีแรงดึงดูดพิเศษ เช่น พันธะไฮโดรเจนกับ ตัวทํา ละลายและเนื่องจากความเป็นผลึกที่สูงจึงทําให้ PE ไม่ละลายในตัวทําละลายใดๆ ที่ อุณหภูมิห้อง แต่ ถ้าอุณหภูมิสูงกว่า 70 ºC PE จะเริ่มบวมตัวและละลายในตัวทําละลาย ไฮโดรคาร์บอนหรือฮาโลจิเนตไฮโดรคาร์บอน เช่น โทลูอีน คาร์บอนเตตระคลอไรด์ ไซลีน และไดคลอ ไรเอทิลีน เป็นต้น อุณหภูมิที่ใช้ละลาย PE จะสูงขึ้นเมื่อความเป็นผลึกมากขึ้นซึ่งอยู่ในช่วง 60-80 ºC ของเหลวบางชนิด เช่น แอลกอฮอล์ เอสเตอร์ และคีโตน อาจทําให้ PE เกิด “Environmental stress cracking” (ESC) ถ้า ได้รับความเค้นขณะที่แช่อยู่ในของเหลวเหล่านั้น ทําให้เกิดการแตกหัก ได้ที่ความเค้นตํ่ากว่าเมื่อไม่มีของเหลว นอกจากนี้ PE สามารถทนกรดและด่างได้ดี ใช้ทําภาชนะบรรจุ กรด และด่าง หรือสาร ออกซิไดซ์แรงๆได้ ข้อเสียของ PE คือมีสภาพผิวค่อนข้างมันคล้ายมีไข และ เฉื่อยต่อการเกิดพันธะทาง เคมีจึงเป็นอุปสรรคต่อการพิมพ์ และตกแต่งจําเป็นต้องเตรียมผิวเพื่อให้ เกิดออกไซด์บนพื้นผิวเพื่อเป็น การเตรียมผิวให้มีขั้วสามารถรับหมึกพิมพ์ได้ดี รูปที่ 2.2 แสดง แบบจําลองลักษณะสายโซ่โมเลกุล และ ตารางที่ 2.2 แสดงการเปรียบเทียบสมบัติทั่วไปของ LDPE HDPE และ LLDPE
15 รูปที่ 2.2 แบบจําลองสายโซ่โมเลกุลของ (ก) LDPE (ข) HDPE และ (ค) LLDPE [6] ตารางที่ 2.2 สมบัติทั่วไปของงพอลิเอทิลีนประเภทต่าง ๆ Properties LDPE HDPE LLDPE Density (g/cm3) 0.92 0.96 0.94 Tm (ºC) 108 133 123 Tensile strength (Mpa) 10 28 10 Elongation at break (%) 450 500 700 Hardness (Shore D) 45 65 55 Vicat Softening point (0C) 95 120 - ปัจจุบันพอลิเอทิลีนมีเกรดให้เลือกใช้งานมากมาย แต่ละเกรดมีจุดเด่นด้านสมบัติที่ แตกต่าง กัน ความแตกต่างเหล่านี้เกิดขึ้นจากปัจจัยหลักๆ คือ ความยาวและจํานวนกิ่งสาขาในพอลิ เมอร์ นํ้า หนักโมเลกุล และการกระจายนํ้าหนักโมเลกุล การใส่มอนอเมอร์ต่างชนิดกันเพื่อเตรียมโคพอ ลิเมอร์
16 ปริมาณละชนิดของสารเติมแต่งที่ใช้ปรับปรุงสมบัติ แต่อย่างไรก็ตามพอลิเอทิลีนก็มีจุดอ่อนที่ ส่งผล ต่อการใช้งานผลิตภัณฑ์คือ มีจุดอ่อนตัวตํ่า ทําให้ไม่สามารถใช้งานที่อุณหภูมิสูงได้ สามารถ เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันได้ง่าย ทําให้สมบัติเชิงกลลดลง เมื่อแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์ที่หนาจะมีความทึบ แสง มีลักษณะผิวมัน ลื่น มีความต้านทานการการเกิดรอยขูดขีดตํ่า และยอมให้แก๊สบางชนิดผ่านได้ 2.1.3 ฟิล์มพอลิเอทิลีนความหนาแน่นตํ่า [4-6] ฟิล์ม LDPEถูกใช้งานด้านบรรจุภัณฑ์มากที่สุด ใช้ทําถุงเย็น ฟิล์มหด (Shrinkfilm) และฟิล์ม ยืด (Stretch film) โดยมีความเป็นผลึก 55-70% เนื่องจากการที่โมเลกุลมีสายโซ่กิ่งยาวสาย โซ่ โมเลกุลไม่สามารถอยู่ใกล้กัน และจัดเรียงโมเลกุลผลึกสูงๆได้ ดังนั้นเมื่อได้รับความร้อนจะ เคลื่อนไหว และไหลได้ง่าย สมบัติของฟิล์มชนิดนี้คือ มีความเหนียว โปร่งแสง ความอ่อนนิ่ม ความ ยืดหยุ่น และ ยืดตัวได้มากกว่า HDPE มีสมบัติต่างๆ เช่น ความทนแรงดึง (Tensile strength),ความ ทนแรงดัน ทะลุ (Burst strength), ความทนแรงกระแทก (Impact strength) และความทนการฉีก ขาด (Tear strength) ดีพอสมควร สามารถสกัดกั้นนํ้า และไอนํ้าได้ดี แต่สกัดกั้นแก๊สไม่ดีนัก สามารถ ปล่อยให้ อากาศซึมผ่านได้ง่าย จุดอ่อนตัว (Softening point) ของ LDPEตํ่ากว่าจุดเดือดของนํ้า เล็กน้อย ดังนั้นจึงไม่สามารถใช้งานเมื่อมีนํ้าเดือดหรือการสเตอริไลซ์ด้วยไอนํ้า (Steamsterilization) ได้ ฟิล์ม LDPE มีความต้านทานสารเคมีเช่น กรด และด่างทั่วๆ ไป และสารละลายอนินทรีย์ได้ดีมาก แต่ไม่ทน ต่อสารไฮโดรคาร์บอน นํ้ามัน และไขมัน (Grease) สารซักล้าง (Detergents) นํ้ามันหอม ระเหย (Essential oils) บางชนิด สามารถทําให้เกิด ESCR ได้ นอกจากนี้ ฟิล์ม LDPE มีสมบัติดูดฝุ่นในอากาศมาเกาะติดตามผิว ทําให้บรรจุภัณฑ์ที่ทํา จาก LDPE เมื่อทิ้งไว้นานๆจะเปรอะด้วยฝุ่น ฟิล์ม LDPE ไม่มีกลิ่นไม่มีรส จึงใช้อย่างกว้างขวางในการ บรรจุอาหาร สามารถปิดผนึกด้วยความร้อน (Heat sealed) ได้ง่าย และให้ตะเข็บหรือรอยเชื่อม (Seam) ที่แข็งแรง 2.1.4 ฟิล์มพอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูง [8-9] ฟิล์ม HDPEจะมีความแข็งตึง (Stiffer) ความแข็ง (Harder) มากกว่าฟิล์ม LDPEและมี ความลื่นที่ผิว น้อยกว่าฟิล์ม LDPE นอกจากนี้ยังมีจุดอ่อนตัวสูงกว่า (120 °C) สามารถใช้งานที่ อุณหภูมินํ้าเดือดใน ระยะเวลาสั้นๆได้ และสามารถใช้งานที่อุณหภูมิตํ่าได้เช่นเดียวกับ LDPE มีความ ทนแรงดึง และความ ทนแรงดันทะลุสูงกว่า แต่มีความทนแรงกระแทก และความต้านทานการฉีกขาด ตํ่ากว่า LDPE เนื่องจากโมเลกุลของ HDPE เป็นแบบเชิงเส้นจึงมีการจัดเรียงตัวในทิศทางของการไหล ดังนั้นชิ้นงาน ในแนวตามเครื่องจักร (Machine direction, MD) จะมีความต้านทานการฉีกขาดตํ่ากว่าในแนวขวาง เครื่องจักร (Transverse direction,TD) มาก สภาพการซึมผ่านได้ (Permeability) ของ HDPEตํ่า กว่า LDPEดังนั้นจึงสามารถสกัดกั้นไอนํ้าได้ดีกว่า ความต้านทานสารเคมีของ HDPE สูง กว่า LDPE รวมทั้งมีความต้านทานนํ้ามันและไขมันได้ดีกว่า
17 2.1.5 ฟิล์มพอลิเอทิลีนความหนาแน่นตํ่าเชิงเส้น โครงสร้างสายโซ่โมเลกุลของ LLDPEจะแตกต่างจาก LDPE มาก กล่าวคือ LLDPEไม่มี สายโซ่กิ่งยาว (รูปที่ 2.2ค) และความหนาแน่นจะถูกควบคุมด้วยการเติมโคโมนอเมอร์ (Comonomer) เช่น บิวทิน (Butene), เฮกซีน (Hexene) หรือออกทีน (Octene) เข้าไปในแก๊สเอ ทิลีนระหว่างกระบวนการพอลิ เมอไรเซชั่น ซึ่งโคโมนอเมอร์เหล่านี้ทําให้เกิดสายโซ่กิ่งสั้น (Short-chain branch) ความยาวต่างกัน สมบัติของฟิล์ม LLDPEขึ้นกับชนิด และปริมาณโคมอนอเมอร์ที่ใช้ ซึ่ง Octene-based LLDPEจะมี สมบัติดีกว่า และราคาแพงกว่า Hexene-based LLDPE และ Hexene-based LLDPE ดีกว่า Butene-based LLDPEโดยทั่วไป LLDPEจะมีความเหนียวสูงกว่า และทําฟิล์มได้บางกว่า การผลิต ฟิล์มใช้ความดันและอุณหภูมิตํ่ากว่า LDPEแต่ใช้อุณหภูมิในการผนึก ด้วยความร้อนสูงกว่า LDPE เพราะมีจุดหลอมเหลวสูงกว่า และช่วงอุณหภูมิการผนึกด้วยความร้อน แคบกว่า นอกจากนี้ยังมี ESCR มากกว่า LDPE จุดอ่อนของ LLDPE คือ ขุ่นกว่า LDPE 2.1.6 การเปรียบเทียบสมบัติของฟิล์มโอเลฟินส์ เนื่องจากสมบัติเด่นของ LDPEและ LLDPEในการผลิตฟิล์มบาง จึงนิยมผสมเม็ด พลาสติกทั้ง 2 ชนิด เข้าด้วยกัน โดยใช้ LDPEและ LLDPEในอัตราร้อยละส่วน 50/50ดังนั้นฟิล์ม กลุ่มโอเลฟินส์ที่มี ปริมาณการใช้งานในอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์สูงในปัจจุบันจะมีฟิล์ม HDPE ฟิล์ม LDPE ฟิล์มพอลิ เมอร์ผสม LDPE/LLDPEและฟิล์ม PP (Polypropylene) ซึ่งฟิล์มพอลิโอเลฟินส์ เหล่านี้มีสมบัติ หลายอย่างคล้ายกัน แต่มีสมบัติที่สําคัญบางอย่างแตกต่างกัน การที่ HDPE มีความ หนาแน่นมากกว่า จึงมีความทนแรงดึงและความแข็งตึงสูงกว่า และมี Water transmissionrate (WVTR) ตํ่ากว่า LDPE หรือพอลิเมอร์ผสม LDPE/LLDPEส่วนฟิล์ม PP จะมีความทนแรงดึงสูงกว่า HDPE เพราะมี ระดับความเป็นผลึก (Degree of crystallinity) สูงกว่า และสามารถจัดเรียงตัว 2 ทิศทาง (Biaxial orientation) ได้ นอกจากนี้ ฟิล์ม PP ยังมีสมบัติทางแสงคือมีความใสกว่า เพราะมี โครงสร้างผลึก ขนาดเล็กจํานวนมาก และมีการจัดเรียงตัว 2 ทิศทาง แต่การที่ LDPE หรือฟิล์มพอลิ เมอร์ผสม LLDPE/LDPE blends มีความใสมากกว่า เนื่องจากมีระดับความเป็นผลึกตํ่ากว่าในบรรดา พอลิโอ เลฟินส์ทั้ง 3 ชนิด HDPE จะทึบแสงที่สุด ซึ่งเป็นข้อดีในกรณีที่ต้องการความทึบแสง เพราะจะ ใช้ผงสี (Pigment) ปริมาณน้อยกว่าเพื่อให้มีความทึบแสงตามต้องการ ฟิล์ม LDPE และฟิล์มพอลิ เมอร์ผสม LLDPE/LDPEเมื่อถูกดึงจะยึดตัวได้มากกว่า และมีมอดุลัสตํ่ากว่า เพราะมีความเป็นผลึก ตํ่ากว่า ซึ่ง สามารถใช้ประโยชน์ในการทําฟิล์มหด หรือฟิล์มยืด แต่ไม่เหมาะที่จะใช้ทําถุงหูหิ้ว 2.2 การเป่าฟิล์ม (Blown film Extrusion) [9-16] การเป่าฟิล์มเป็นเทคโนโลยีการผลิตฟิล์มที่ใช้ในอุตสาหกรรมพลาสติกโดยเฉพาะใน อุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์ กระบวนการผลิตฟิล์มพลาสติกโดยการเป่า ทําได้โดยนําเม็ดพลาสติกหลอม ในเครื่องอัดรีด จากนั้นรีดพลาสติกผ่านดายน์ออกมาคล้ายท่อกลวงแล้วจึงปล่อยลมเข้าไปในท่อ
18 พลาสติกเหลวหนืดให้พองตัวในอากาศ และรีดออกมาเป็นถุงฟิล์มพลาสติก หรือแผ่นพลาสติกบาง โดยในขั้นตอนการทําแผ่นพลาสติกบาง จะต้องผ่านขั้นตอนการตัดขอบทั้งสองข้างของถุงพลาสติก การขึ้นรูปฟิล์มพลาสติกด้วยกระบวนการนี้สามารถใช้ได้กับพลาสติกหลายชนิด แต่โดยทั่วไปนิยมใช้ ในการผลิตฟิล์มพอลิโพรพิลีน และพอลิเอทิลีน (HDPE LDPE และ LLDPE) รูปที่ 2.3 กระบวนการเป่าฟิล์ม (Blown film extrusion) [46] นอกจากเป่าฟิล์มชนิดชั้นเดียวตามรูปที่ 2.3 แล้วยังมีการผลิตฟิล์มหลายชั้นเพื่อเป็นการ ปรับปรุง หรือเพิ่มสมรรถนะการใช้งานฟิล์ม และทําให้มีสมบัติที่หลากหลายขึ้น ซึ่งสมบัติเหล่านี้อาจ ไม่สามารถได้จากฟิล์มเพียงชนิดเดียว โดยเทคโนโลยีในการผลิตฟิล์มหลายชั้นมีหลายวิธี เช่น การอัด รีดร่วม การเคลือบอัดขึ้นรูป หรือการลามิเนต เป็นต้น 2.2.1 Co-extrusion blownfilm process การเป่าฟิล์มชนิดนี้จะคล้ายกับการเป่าฟิล์มชั้น เดียวแต่จะมีเครื่องอัดรีดมากกว่า 1 ตัว โดยเครื่องอัดรีดแต่ละตัวจะหลอมพลาสติกแต่ละชนิดที่เป็น องค์ประกอบของชั้นฟิล์ม จากนั้นจะอัดพลาสติกหลอมผ่านหัวดายน์เดียวกันเพื่อให้เกิดเป็นชั้นฟิล์ม ประกบกัน ดังรูปที่ 2.4
19 รูปที่ 2.4 เครื่องเป่าฟิล์มแบบหลายชั้น (Co-extrusion blown film process) [10] 2.2.2 Co-extrusioncast film process คือกระบวนผลิตฟิล์มแผ่นหลายชั้นโดยการนําเอา พลาสติกตั้งแต่สองชนิดขึ้นไปมาทําให้หลอม จากนั้นอัดรีดออกมาครั้งเดียวผ่านดายน์รูปตัว T(T die) เป็นฟิล์มหลายชั้น ในการอัดรีดร่วมจะใช้เครื่องอัดรีดแบบแยกส่วนโดยแต่ละส่วนจะเกิดเป็นชั้นฟิล์ม จากนั้นรีดพลาสติกทุกชนิดผ่านลูกกลิ้งอัด ดังรูปที่ 2.5 ซึ่งประโยชน์ของการกระบวนอัดรีดร่วมคือทุก ชั้นของฟิล์มจะให้คุณสมบัติที่จําเป็น เช่น ทนทานต่อสารเคมี มีความแข็งแรงของรอยปิดผนึกหรือรอย ตะเข็บสูง สามารถป้องกันการซึมผ่านของไขมันหรือนํ้ามันได้ดี กระบวนการรีดร่วมสามารถผลิตภัณฑ์ บรรจุภัณฑ์ให้มีสมบัติป้องกันการซึมผ่านได้สูงขึ้น ความแข็งแรงและความสวยงามมากขึ้น 2.2.3 Co-extrusioncoatingเป็นกระบวนการผลิตวัสดุเคลือบหลายชั้น โดยมีวิธีการคือนํา พลาสติกมาทําให้หลอมเหลวในเครื่องอัดรีดแล้วอัดรีดผ่านหัวดายน์ลงบนพื้นผิววัสดุที่กําลังเคลื่อนที่ อยู่ ดังแสดงในรูปที่ 2.6 เพื่อทําให้ผลิตภัณฑ์มีประสิทธิภาพสูงขึ้น ซึ่งวัสดุที่มักจะเคลือบด้วยพลาสติก ได้แก่ กระดาษ อลูมิเนียมฟอยล์ ฟิล์มเซลลูโลส และอื่นๆ เพื่อเป็นการรวมสมบัติที่ดีที่สุดของวัสดุแต่ ละชนิดเข้าด้วยกันเป็นผลิตภัณฑ์เดียว เช่น เพิ่มความทนทานต่อการฉีกขาดหรือรอยพับ ทนต่อ สารเคมี การปิดผนึกด้วยความร้อนสําหรับใช้งานบรรจุภัณฑ์ ป้องกันนํ้าหรือออกซิเจน และก๊าซอื่นๆ ได้ดีขึ้น เป็นต้น
20 รูปที่ 2.5 การผลิตฟิล์มหลายชั้น (A) กระบวนการหล่อฟิล์มรีดร่วม (Co-extrusion cast filmprocess) (B)การแยกชั้นของพลาสติกระหว่างอยู่ใน Muti-manifold die [47] รูปที่ 2.6 กระบวนการเคลือบรีดร่วม (Co-extrusion coating process) [48] 2.2.4 การลามิเนต (Lamination) คือ การนําพลาสติกหลายๆชั้นมาเคลือบติดเข้าด้วยกัน เป็นฟิล์มแผ่นเดียว หรือการเคลือบแผ่นฟิล์มพลาสติกเข้ากับวัสดุอื่น โดยทําการยึดติดระหว่างชั้นของ
21 วัสดุด้วยกาว (Adhesive) หรือความร้อน จํานวนชั้นของฟิล์มและชนิดของฟิล์มจะมากหรือน้อยขึ้นอยู่ กับความต้องการสมบัติของผลิตภัณฑ์สําเร็จที่จะนําไปใช้ในบรรจุภัณฑ์ เทคโนโลยีในการลามิเนตมี หลาย วิธี ดังนี้ 2.2.4.1 การลามิเนตเปียก (Wet lamination) เป็นกระบวนการลามิเนตโดยใช้กาวมาเป็น ตัวเชื่อมประสานระหว่างชั้นฟิล์มหรือชั้นวัสดุ เนื่องจากคุณสมบัติทางกายภาพของฟิล์มแต่ละชั้นไม่ สามารถเข้ากันได้ โดยกาวที่ใช้จะมีนํ้าเป็นส่วนประกอบ และสารยึดเกาะยังคงอยู่ในสถานะของเหลว เมื่อเชื่อมประสานวัสดุต่อเข้าด้วยกัน เทคนิคนี้นิยมใช้ในการประกบติดฟิล์มพลาสติกหรือวัสดุอื่นๆ เช่น อลูมิเนียมฟอยล์ กระดาษ ดังรูปที่ 2.7 รูปที่ 2.7 กระบวนการลามิเนตเปียก [14] 2.2.4.2 การลามิเนตแห้ง (Drylamination) เป็นกระบวนการประกบฟิล์มพลาสติก กระดาษ อลูมิเนียมฟอยล์ เข้าด้วยกันโดยอาศัยกาวที่มีตัวทําละลายเป็นส่วนประกอบในการเชื่อมยึดในแต่ละ ชั้น กาวประเภทนี้จะแห้งและแข็งตัวเร็วกว่า โดยหลักการประกบแห้งจะมีความแตกต่างจากการ ประกบเปียกที่หลังจากทากาวบนผิววัสดุแล้วแทนที่จะประกบกับวัสดุอื่นทันที แต่กระบวนการนี้วัสดุ ต้องผ่านการอบเพื่อให้ตัวทําละลายที่อยู่ในกาวระเหยออกไปก่อน จากนั้นจึงนําไปประกอบติดกับ วัสดุอีกชนิดหนึ่งด้วยการผ่านที่ลูกกลิ้งร้อน ดังรูปที่ 2.8 รูปที่ 2.8 กระบวนการลามิเนตแบบแห้ง [49] 2.2.4.3 การลามิเนตร้อน (Hot lamination) เป็นกระบวนการผลิตฟิล์มลามิเนตแบบ สอง ชั้น โดยฟิล์มจะถูกส่งไปยังลูกกลิ้งความร้อน เพื่อให้ความร้อนทําให้ฟิล์มประสานติดกันจากนั้นฟิล์มจะ ถูกส่งไปยังลูกกลิ้งร้อน (Heat roll) ที่ยังคงให้ความร้อนต่อเนื่องอยู่เพื่อรักษาความหนา และ ขนาด
22 ของฟิล์มให้คงที่ก่อนจะทําการม้วนเก็บ การลามิเนตด้วยวิธีนี้นิยมใช้กับฟิล์มบาง ดังรูปที่ 2.9 รูปที่ 2.9 การลามิเนตร้อน 2.3 การรีไซเคิล [2, 16-18] ความหมายของการรีไซเคิลพลาสติกตามมาตรฐาน ASTM 5033-90 หมายถึง ขยะพลาสติก หลังผ่านกระบวนการผลิตหรือใช้งานแล้วได้ถูกนําเข้าสู่กระบวนการผลิตเพื่อแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์อีก ครั้ง โดยแบ่งเป็น 4 ประเภท คือ 1. การรีไซเคิลปฐมภูมิ (Primary recycling) เป็นการนําขยะ หรือพลาสติกที่ผ่านการใช้แล้ว ที่เป็นประเภทเดียวกัน และไม่มีสิ่งปนเปื้อนกลับมาใช้ซํ้าในรูปของผลิตภัณฑ์เดิม หรือใกล้เคียงโดย สามารถนํามาใช้ซํ้าทั้งหมด หรือเติมผสมกับเม็ดใหม่ 2. การรีไซเคิลทุติยภูมิ (Secondaryrecycling) เป็นการนําขยะ หรือพลาสติกที่ผ่านการใช้ แล้วมาทําความสะอาด และทําการผลิตให้เป็นผลิตภัณฑ์พลาสติกอีกครั้ง โดยผลิตภัณฑ์ที่ได้จะ แตกต่าง จากการใช้งานในครั้งแรก เช่น การรีไซเคิลทางกายภาพ (Physical recycling) เป็นเทคนิคที่ ง่าย และ นิยมใช้มากที่สุด การรีไซเคิลทางกายภาพเป็นการคัดแยกพลาสติกตามประเภทแล้วนํามา ล้างทําความ สะอาดก่อนทําการบดเป็นชิ้นเล็กๆ และหลอมเป็นเม็ดพลาสติกเพื่อนํากลับไปใช้เป็น วัตถุดิบในการ ผลิตเป็นผลิตภัณฑ์ใหม่ หรือนํามาผสมกับเม็ดใหม่เพื่อให้ได้สมบัติที่ต้องการก่อนนําไป ผ่าน กระบวนการขึ้นรูป เนื่องจากการรีไซเคิลทางกายภาพเป็นการหลอมขึ้นรูปใหม่ทําให้โครงสร้าง ทาง เคมีของพลาสติกที่หลอมไม่เกิดการเปลี่ยนแปลงไปจากเดิม 3. การรีไซเคิลตติยภูมิ (Tertiary recycling) เป็นการนําขยะ หรือพลาสติกที่ผ่านการใช้แล้ว มาเข้าสู่กระบวนการแปรรูปเพื่อเป็นวัตถุดิบตั้งต้นอีกครั้งการรีไซเคิลทางเคมี (Chemical recycling) เป็นกระบวนการที่ทําให้โครงสร้างสายโซ่ของพอลิเมอร์เกิดการขาดหรือแตกออกได้เป็นมอนอเมอร์ (Monomer) หรือโอลิโกเมอร์ (Oligomer) และการรีไซเคิลทางความร้อน (Thermolysis) สามารถ แบ่งออกได้ 3 วิธี คือ แบบไม่ใช้ออกซิเจน (Pyrolysis) แบบใช้ออกซิเจน (Gasification) และการเติม ไฮโดรเจน (Hydrogenation) นอกจากนี้ ยังมีการย่อยสลาย เช่น ปฏิกิริยาไฮโดรลิซิส (Hydrolysis)
23 ไกลโคลิซิส (Glycolysis) เป็นต้น โดยวิธีการดังกล่าวทําให้ได้มอนอเมอร์ และสารเคมีตั้งต้น ซึ่ง สามารถนํากลับไปใช้ใหม่ในการสังเคราะห์พอลิเมอร์ หรือสารเคมีอื่นๆ ได้ 4. การรีไซเคิลจตุภูมิ (Quaternary recycling) เป็นการนําพลาสติกมาเผาเพื่อผลิตเป็น เชื้อเพลิงทดแทนโดยการเผาไหม้ของพลาสติกให้ค่าความร้อนใกล้เคียงกับถ่านหิน (23 MJ/kg) ข้อดี ของการรีไซเคิลวิธีนี้ คือ ไม่ต้องคัดแยกประเภทขยะพลาสติกก่อนนํามาเผา ซึ่งช่วยประหยัดค่าใช้จ่าย และเวลาในการรีไซเคิลได้ อีกทั้งยังช่วยลดขยะออกจากสิ่งแวดล้อมได้ดีกว่าวิธีฝังกลบหรือนําขยะไป ถมที่แหล่งนํ้าและยังได้พลังงานทดแทนอีกด้วย 2.3.1 การรีไซเคิลพลาสติก การรีไซเคิลหรือการนําพลาสติกกลับมาใช้ใหม่ เป็นวิธีการหนึ่งที่ช่วยลดปัญหาขยะ พลาสติก และยังช่วยลดปริมาณการใช้งานพลาสติกใหม่ เป็นการนําพลาสติกกลับมาหมุนเวียน ทําให้สามารถใช้ งานพลาสติกได้นานขึ้น ลดปริมาณการใช้งานวัตถุดิบทางธรร มชาติ เช่น ปิโตรเลียมและถ่านหิน นอกจากนี้การรีไซเคิลยังช่วยลดปัญหาสิ่งแวดล้อมที่เกิดจากการฝังกลบ การเผาขยะ ซึ่งส่งผลต่อ คุณภาพของดิน นํ้า และอากาศ พลาสติกที่จะนํามารีไซเคิล หรือหลอม เพื่อนํากลับมาใช้ใหม่ สามารถ แบ่งได้เป็น 2 กลุ่มใหญ่ๆ คือ พลาสติกที่เป็นของเสียจากอุตสาหกรรมที่ ยังไม่ผ่านการใช้งาน (Preconsumer wastes) ซึ่งยังเป็นพลาสติกที่มีคุณภาพดี และพลาสติกที่เป็น ของเสียที่ผ่านการใช้งาน แล้ว และทิ้งเป็นขยะ (Post-consumer wastes) พลาสติกเหล่านี้เมื่อนํา กลับมาหลอมใช้งานใหม่ จะต้องผ่านขั้นตอนต่างๆ ดังนี้ 1. พลาสติกที่เป็นของเสียจากอุตสาหกรรมที่ยังไม่ผ่านการใช้งาน ต้องผ่านขั้นตอนการ ตรวจสอบคุณภาพทางกายภาพ เช่น สี ความสะอาด และคัดแยกสิ่งเจือปนต่างๆ จากนั้นจึงนําบดเป็น เกล็ดพลาสติกที่มีขนาดใกล้เคียงกันแล้ว จึงนําไปหลอมผ่านเครื่องอัดรีด (Extruder) เพื่อตัดเป็นเม็ด พลาสติกอีกครั้ง 2. พลาสติกที่เป็นของเสียที่ผ่านการใช้งานแล้ว เช่น ขยะพลาสติกชนิดต่างๆ จะมี ขั้นตอนที่ ยุ่งยากมากกว่า คือ ต้องผ่านขั้นตอนการแยกสิ่งเจือปน เช่น เศษวัสดุอื่นๆ รวมถึงพลาสติกที่ ไม่ สามารถรีไซเคิลได้ จากนั้นจึงนําไปบด แล้วจึงนําไปล้างทําความสะอาด ทําการแยกพลาสติกคนละ ประเภทออกจากกัน โดยทั่วไปจะใช้วิธีการแยกโดยอาศัยสมบัติความหนาแน่นของพลาสติกที่แตกต่าง กัน เช่นการลอยนํ้าและจมนํ้า เป็นต้น ขั้นตอนต่อไปต้องนําพลาสติกมาอบแห้ง แล้วจึงนําไปหลอมใน เครื่องอัดรีด และทําการตัดเป็นเม็ดพลาสติกอีกครั้ง 2.3.2 กระบวนการรีไซเคิลพลาสติก การรีไซเคิลเพื่อนําพลาสติกกลับมาใช้ใหม่ ปกตินิยมใช้กระบวนการรีไซเคิลเชิงกล ซึ่ง เป็น กระบวนการที่ใช้ความร้อนในการหลอมพลาสติก ข้อดีของกระบวนการนี้คือไม่ยุ่งยาก เป็นมิตร ต่อ สิ่งแวดล้อมและมีค่าใช้จ่ายไม่สูง แต่มีข้อเสีย คือ เนื่องจากพลาสติกที่นํามารีไซเคิลต้องได้รับความ
24 ร้อน และแรงต่างๆในกระบวนการหลอมผลิตซํ้า จึงทําให้มีการเสื่อมสภาพ และการแตกสลายของ โมเลกุลอย่างมากระหว่างกระบวนการแปรรูป ทําให้สมบัติทางกายภาพของพลาสติกลดลงโดยความ ร้อน แรงเฉือน ปฏิกิริยาเคมี และออกซิเจน ซึ่งต่างเป็นปัจจัยที่ส่งผลต่อการเสื่อมสภาพของพลาสติก ทั้งสิ้น ขั้นตอนแรกจะนําขยะพลาสติกมาทําการตรวจสอบแยกสิ่งเจือปนที่ไม่เกี่ยวข้องต่างๆ เช่น แก้ว เทอร์โมเซตพลาสติก ไม้ รวมถึงการแยกประเภทของพลาสติกเบื้องต้น เช่นขวดนํ้าดื่มเพท ขวดนํ้าดื่มพีอี ฝาขวด เป็นต้น จากนั้นนํามาทําความสะอาด และทําการบดให้เป็นเกล็ดพลาสติก ขนาดเล็กด้วยเครื่องบดย่อยขนาด แล้วทําการแยกประเภทของเกล็ดพลาสติกอีกครั้ง ซึ่งอาจใช้วิธีการ แยกจากความหนาแน่นของพลาสติก เช่น การลอย และจมในนํ้า ซึ่งเป็นวิธีที่ง่าย และเป็นที่นิยม จึง นํามาอบ หรือตากให้แห้ง นําเกล็ดพลาสติกที่ได้ไปหลอมในเครื่องอัดรีด ซึ่งในขั้นตอนนี้อาจมีการผสม สารเติมแต่งพลาสติกต่างๆ เช่น สี สารปรับสภาพพลาสติก (Stabilizer) ฟิลเลอร์ สารหล่อลื่น (Lubricant) หรือสารอื่นๆ เพื่อป้องกันการเสื่อมสภาพของพลาสติก ปรับปรุงสมบัติของพลาสติก หรือช่วยกระบวนการผลิต การหลอมด้วยพลาสติกด้วยเครื่องอัดรีดซึ่งเป็นกระบวนการแปรรูปพลาสติก แบบต่อเนื่อง เกล็ด หรือเศษบดพลาสติกจะถูกนําเข้าเครื่องอัดรีดผ่านทางกรวยเติม ( Hopper) เข้าสู่ กระบอก (Barrel) ซึ่งมีฮีตเตอร์ (Heater) เป็นตัวให้ความร้อน ภายในกระบอกจะมีสกรู (Screw) พลาสติกเมื่อ ได้รับความร้อนจะอยู่ในสถานะของหลอมไหล สกรูจะทําหน้าที่หมุนเพื่อส่งพลาสติ ก หลอมด้วยความ ดันไปยังหัวดายน์ (Die) ซึ่งเป็นชิ้นส่วนปลายเปิด ก่อนออกจากหัวดายน์พลาสติก หลอมจะผ่านการ กรองสิ่งเจือปนอีกครั้ง พลาสติกที่ออกจากดายน์มีลักษณะเป็นเส้นยาวต่อเนื่อง (Extrudate) ทําให้ เย็นโดยการดึงผ่านนํ้า แล้วจึงนํามาตัดเป็นเม็ด ลักษณะของเม็ดตัดจะเป็นรูป ทรงกระบอกมีขนาด ใกล้เคียงกัน 2.3.3 สมบัติของพลาสติกรีไซเคิล พลาสติกที่ผ่านกระบวนการรีไซเคิลหรือการนํากลับมา แปรรูปใหม่จะมีสมบัติแตกต่างไป จากเดิม ผลิตภัณฑ์ที่ได้มักมีสมบัติต่างๆลดลง เนื่องจากในขั้นตอนการบด พลาสติกได้รับแรงเฉือน เชิงกล (Mechanical shear) และในขั้นตอนการหลอมพลาสติกต้องผ่านความร้อนและแรงเฉือนอีก ครั้ง ทําให้สายโซ่โมเลกุลขาดสั้นลงเป็นปัจจัยทําให้เกิดการเสื่อมสภาพทั้งทางด้านกายภาพและเชิงกล โดยทั่วไปพลาสติกที่ผ่านการรีไซเคิลหลายๆครั้งมักจะมีสีเพี้ยนไปจากเดิมมีความกรอบมากขึ้น เนื่องจากโครงสร้างทางโมเลกุลและนํ้าหนักโมเลกุลเปลี่ยนแปลงไป ซึ่งส่งผลให้มีความหนืดลดลง การ ดึงผ่านนํ้ายากขึ้น การนําพลาสติกรีไซเคิลมาใช้งานโดยทั่วไป นิยมนํามาใช้งาน 2 แบบด้วยกัน คือ นําไปขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์ใหม่ โดยการนํามาผสมกับสีดําหรือสีที่มีความเข้มขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์ที่ไม่ ต้องการสมบัติของพลาสติกสูงมากนัก มีราคาถูก เช่น ตะกร้า ถุงขยะสีดํา เป็นต้น
25 การใช้งานอีกแบบหนึ่งคือการนําพลาสติกรีไซเคิลไปผสมกับเม็ดใหม่เพื่อขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์ เดิมหรือผลิตภัณฑ์ใหม่ โดยมีวัตถุประสงค์หลักคือเพื่อลดปริมาณการใช้เม็ดพลาสติกใหม่ซึ่งมีราคาสูง กว่า โดยทั่วไปการผสมเม็ดใหม่กับเม็ดรีไซเคิล มักจะใช้อัตราส่วนของเม็ดรีไซเคิลประมาณ 20% เม็ด ใหม่ 80% ซึ่งส่งผลให้สมบัติของผลิตภัณฑ์เปลี่ยนแปลงไม่มากนัก หรืออาจผสมเม็ดรีไซเคิลเพิ่มขึ้น เป็น 50% หรือมากกว่าก็ได้ เนื่องจากอัตราส่วนผสมระหว่างเม็ดใหม่กับเม็ดรีไซเคิลไม่มีเกณฑ์ที่แน่ชัด ขึ้นอยู่กับผู้ผลิตว่าต้องการคุณภาพของผลิตภัณฑ์มาก หรือน้อยเพียงไร ทั้งนี้ให้พิจารณาจากสมบัติ ของผลิตภัณฑ์ว่าสามารถยอมรับได้หรือไม่หรือผ่านเกณฑ์คุณภาพที่ผู้ผลิตกําหนดไว้หรือไม่ 2.4 พอลิเมอร์ผสม [52] การเตรียมพอลิเมอร์ผสมเพื่อปรับปรุงสมบัติของพอลิเมอร์ได้รับความนิยมมากกว่าการ เตรียม พอลิเมอร์ชนิดใหม่ๆ เพราะเป็นวิธีที่ง่าย และมีต้นทุนการผลิตตํ่ากว่า โดยการนําพอลิเมอร์ช นิด เดียวกัน หรือต่างชนิดที่มีสมบัติต่างกันมาผสมเพื่อปรับให้มีสมบัติตามต้องการ การเตรียมพอลิ เมอร์ ผสมสามารถทําได้ทั้งในขั้นตอนของกระบวนการพอลิเมอไรเซชัน หรือการผสมพอลิเมอร์แบบ หลอมเหลว (Melt blending) โดยใช้เครื่องผสมแบบปิด (Internal mixer) หรือเครื่องอัดรีด เป็นต้น หลักในการเลือกพอลิเมอร์ที่จะนํามาผสมควรพิจารณาจากความเข้ากันได้ (Compatibility) หรือ ความ รวมเข้าเป็นเนื้อเดียวกัน (Miscibility) ของพอลิเมอร์ ทั้งนี้เพื่อป้องกันการแยกวัฏภาค ซึ่งสมบัติ ของพอ ลิเมอร์ผสมที่ได้ขึ้นกับปัจจัยต่อไปนี้ - กระบวนการที่ใช้ในการผสม - ประเภทของพอลิเมอร์ที่นํามาผสม - ภาวะที่ใช้ในการผสม - สัดส่วนของพอลิเมอร์ที่นํามาผสม อย่างไรก็ตามพอลิเมอร์ผสมจะประกอบด้วยพอลิเมอร์ชนิดหนึ่ง กระจายอยู่ในเนื้อพอลิเมอร์อีกชนิดหนึ่งซึ่งเป็นเนื้อหลักหรือเมทริกซ์ที่ต่อเนื่อง (Continuous matrix) และถ้าหากการ กระจายตัวของพอลิเมอร์ในเนื้อหลักไม่สมํ่าเสมอ อาจส่งผลให้เกิดข้อบกพร่อง (Defect) ของ ผลิตภัณฑ์ เช่น เกิดการแยกวัฏภาค (Phase separation) ระหว่างพอลิเมอร์ 2 ชนิด ทําให้สมบัติ เชิงกลลดลง ดังนั้นการเลือกคู่ของพอลิเมอร์ผสมจึงมีความสําคัญต่อสมบัติของผลิตภัณฑ์ 2.5 วัสดุคอมโพสิต (Composite materials) [19-21] วัสดุคอมโพสิต หมายถึงวัสดุที่มีองค์ประกอบตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปผสมกัน และอยู่ด้วยกัน (Distinct components) โดยไม่ได้เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ การผสมกันของวัสดุเหล่านี้จะไม่เป็นเนื้อ เดียวกัน แต่จะแยกกันเป็นเฟสที่เห็นได้อย่างเด่นชัด เฟสแรกเรียกว่าเนื้อหลัก (Matrix) ซึ่งจะอยู่ ด้วยกันอย่าง ต่อเนื่อง และล้อมรอบอีกเฟสซึ่งเรียกว่า เฟสที่กระจาย (Dispersed phased) หรือ เฟส เสริมแรง (Reinforcement) สมบัติของวัสดุคอมโพสิตที่ได้จะเป็นฟังก์ชั่น หรือขึ้นกับสมบัติ ปริมาณ ของสารตั้ง
26 ต้น และรูปทรงทางเรขาคณิตของเฟสที่กระจายตัว องค์ประกอบหลักของวัสดุคอมโพสิต แบ่งได้ 2 ส่วน คือ เมทริกซ์ (Matrix) เป็นวัสดุที่ทําหน้าที่ ยึด ส่วนเสริมแรงเข้าด้วยกัน ให้อยู่ในตําแหน่ง และการเรียงตัวที่กําหนด โดยจะล้อมรอบ และปกป้อง ส่วนเสริมแรงจากการเสียสภาพเนื่องจากสิ่งแวดล้อม เมทริกซ์เป็นเฟสที่มีความต่อเนื่อง (Continuous phase) โดยทั่วไปเมทริกซ์จะมีความแข็งแรง และมอดุลัสตํ่ากว่าส่วนเสริมแรง แต่จะ ทําหน้าที่เป็น ตัวกลางถ่ายเทแรงที่ได้รับ (Load transfer medium) ไปยังส่วนเสริมแรง วัสดุที่ทํา หน้าที่เป็นเมท ริกซ์สามารถแบ่งได้ 3 กลุ่ม คือ ถ้าเป็นพอลิเมอร์เรียกคอมโพสิตชนิดนี้ว่าพอลิเมอร์คอม โพสิต (Polymer composite) ซึ่งเมทริกซ์กลุ่มนี้มีทั้งประเภทเทอร์โมพลาสติก และเทอร์โมเซต พลาสติก กลุ่มที่ 2คือโลหะซึ่งเรียกว่าโลหะคอมโพสิต (Metal composites) และกลุ่มสุดท้าย คือ เซรามิกส์ เรียกคอมโพสิตชนิดนี้ว่า เซรามิกส์คอมโพสิต (Ceramic composites) ส่วนเสริมแรง (Reinforcement) ทําหน้าที่หลักเป็นส่วนรับแรงหลักของวัสดุคอมโพสิตที่ให้ ความแข็งแรงแก่วัสดุคอมโพสิต วัสดุที่เป็นส่วนเสริมแรงจะมีความแข็งแรงและมอดุลัสสูง เช่น เส้นใย แก้ว เส้นใยคาร์บอน อนุภาคของแร่ เป็นต้น การแบ่งประเภทของวัสดุคอมโพสิตโดยใช้เกณฑ์ของสาร เสริมแรงหรือเฟสกระจายโดยทั่วไปสามารถแบ่งได้ดังรูปที่ 2.10 รูปที่ 2.10 การแบ่งประเภทของวัสดุคอมโพสิตโดยใช้สารเสริมแรงหรือโครงสร้างเป็นเกณฑ์ [51] การเตรียมวัสดุคอมโพสิตมีวัตถุประสงค์ทั่วไป คือเป็นการนําสมบัติเด่นของวัสดุเนื้อหลัก และ สาร เสริมแรงมาผสมเพื่อทําให้ได้สมบัติที่ดีขึ้นหรือมีสมบัติพิเศษที่เพิ่มขึ้น และมีประโยชน์มากกว่าวัสดุ ตั้ง ต้น เช่น ความแข็งแรง ความต้านทานการสึกหรอ เป็นฉนวนทางความร้อน เป็นฉนวนไฟฟ้า และ ความสวยงาม เป็นต้น ข้อดีและข้อเสียของวัสดุคอมโพสิต 1. ข้อดีของคอมโพสิต
27 - มีสมบัติต่อนํ้าหนักหรือความหนาแน่น (Properties to weight/densityratio) สูง เช่น ความ แข็งแรงจําเพาะ (Specificstrength) มอดุลัสจําเพาะ (Specific modulus) ความแข็งตึง จําเพาะ (Specific stiffness) เป็นต้น เนื่องจากวัสดุคอมโพสิตมีความหนาแน่นตํ่า นํ้าหนักเบา - ช่วยลดนํ้าหนักของวัสดุ - มีสมบัติหลากหลาย สามารถออกแบบ และสร้างวัสดุคอมโพสิตให้เหมาะสมกับการใช้งาน เช่น จัด ให้เส้นใยเสริมแรงจัดเรียงตัวตามแนวรับแรง เป็นต้น - มีอายุการใช้งานยาวนาน มีสมบัติความต้านทานต่อการสึกกร่อนดี - มีสมบัติการรับแรงที่ดี มีความทนทานต่อการล้า (Fatigue resistance) ดี นอกจากนี้ยังมี เสถียรภาพของรูปร่าง (Dimensional stability) สูง เนื่องจากมีสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความ ร้อน (Coefficients of thermal expansion, CTE) ตํ่า เมื่อเทียบกับวัสดุอื่นๆ เช่น โลหะ 2. ข้อเสียของคอมโพสิต - มีต้นทุนการผลิตสูง เนื่องจากราคาของวัตถุดิบ และเครื่องมือการขึ้นรูปคอมโพสิต - มักแสดงสมบัติเป็นวัสดุแบบแอนไอโซโทรปี (Anisotropy materials) คือมีสมบัติในแต่ ละทิศทาง ไม่เท่ากัน ซึ่งเป็นผลมาจากการจัดเรียงตัว (Orientation) ของส่วนเสริมแรงเป็นสาเหตุให้ คอมโพสิต ที่มีส่วนเสริมแรงในแนวตั้งฉากกับแนวการเรียงตัว (Transverse direction) มีความ แข็งแรงไม่ เท่ากันนอกจากนี้ การต่อ (Attaching) หรือเชื่อมติดกับวัสดุอื่น การตรวจวิเคราะห์สมบัติ ของคอมโพ สิต ตลอดจนการทําลาย และนํากลับมาใช้ใหม่หรือรีไซเคิล (Recycle) ทําได้ยาก 2.6 สารตัวเติม (Fillers) [23-24] สารตัวเติม หมายถึง สารที่มีลักษณะเป็นของแข็งที่ผสมในพอลิเมอร์ เพื่อเปลี่ยนแปลงสมบัติ ทางฟิสิกส์ และเชิงกลให้ดีขึ้น ช่วยในกระบวนการผลิต หรือเป็นการลดต้นทุน และอายุการใช้งาน 2.6.1 แคลเซียมคาร์บอเนต CalciumCarbonate [53] สูตรทางเคมีของแคลเซียมคาร์บอเนตคือ CaCO3 มีสมบัติเฉพาะ คือ ไม่เป็นพิษ มีความ ขาว (Whiteness) และความสว่าง (Brightness) สูงจึงนําไปใช้ประโยชน์ได้หลากหลาย เช่น ใช้เป็น ตัวเติม เติม (Filler) และตัวเพิ่มปริมาณ (Extender) ในอุสาหกรรมกระดาษ สี พีวีซี และยาง แคลเซียมคาร์บอเนตที่ใช้ในอุตสาหกรรมมี 2 กลุ่ม คือ - แคลเซียมคาร์บอเนตจากธรรมชาติ - แคลเซียมคาร์บอเนตสังเคราะห์ 1. การผลิตแคลเซียมคาร์บอเนตจากธรรมชาติมี 2 วิธี คือ - แคลเซียมคาร์บอเนตชนิดบดจากธรรมชาติ (Ground calcium carbonate, GCC) เป็น การนําแคลเซียมคาร์บอเนตจากธรรมชาติมาบด เช่น หินปูน (Limestone) ที่ มีความขาวและความ บริสุทธิ์สูง หินอ่อน (Marble) ที่เกิดจากหินปูนแปรสภาพด้วยความร้อน และ ความดันทําให้ตกผลึก
28 ใหม่ ชอล์ก (Chalk) ซึ่งเป็นหินปูนเนื้อร่วนละเอียด และแร่แคลไซต์ (Calcite) เป็นต้น การบดเพื่อลด ขนาดแร่ (Sizereduction) และการคัดขนาด (Classification) ถือ เป็นขั้นตอนสําคัญของการแต่งแร่ ในการผลิตแคลเซียมคาร์บอเนตเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีขนาดอนุภาค ต่างๆตามที่ตลาดต้องการ - แคลเซียมคาร์บอเนตชนิ ดตกผลึก (Precipitated calcium carbonate,PCC) เป็นการนํา แคลเซียมคาร์บอเนตบดจากธรรมชาติ (GCC) มาทําการตกผลึกใหม่ให้ ได้แคลเซียมคาร์บอเนต บริสุทธิ์ที่มีคุณภาพสูงมีลักษณะเป็นผงขนาดเล็กขนาด 0.3-1 ไมโครเมตร ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการตก ผลึกอาจมีรูปร่างของผลึกแตกต่างกันตามวิธีการผลิต แต่ส่วนใหญ่จะเป็นรูป เข็ม หรือ Rhomboids ผงแคลเซียมคาร์บอเนตมีสีขาวไม่มีกลิ่น ไม่มีรส เสถียรในอากาศ และไม่ ละลายนํ้านิยมใช้ใน อุตสาหกรรมกระดาษเป็นส่วนใหญ่ 2. แคลเซียมคาร์บอเนตสังเคราะห์ [53] แคลเซียมคาร์บอเนตที่ได้จากการสังเคราะห์จาก วัตถุดิบ คือ หินปูน (Ca(OH)2) เตรียมโดยการนําไปตกตะกอนแล้วทําปฏิกิริยากับสารต่างๆ เช่น CO2 หรือ Na2CO3 ปฏิกิริยาจะ เป็นไปตามสมการที่ 1 และ 2 เป็นต้น เหตุผลที่นิยมใช้แคลเซียมคาร์บอเนตเป็นสารตัวเติมในพลาสติก คือ ไม่มีกลิ่น มีค่าดัชนีการหักเหตํ่า ทําให้ผสมสีอื่นๆได้ง่าย มีค่าความแข็งตํ่า ไม่จับตัวเป็นก้อน สามารถผสมเข้ากับสารอื่นๆได้ง่าย และ ยังช่วยปรับปรุงสมบัติของพลาสติก คือช่วยเพิ่มค่าความทนแรงกระแทก ความทนต่อแรงฉีกขาด ความทนแรงดึง ค่ามอดุลัสความยืดหยุ่น ความทนต่อสภาวะแวดล้อม และเพิ่มความมันวาวให้กับ ชิ้นงาน แต่แคลเซียมคาร์บอเนตก็มีข้อเสียอยู่บางประการเช่น เมื่อทําปฏิกิริยากับกรดจะเกิดก๊าซ คาร์บอนไดออกไซด์ และเกลือที่ละลายนํ้า เมื่อได้รับความร้อนถึง 800-900องศาเซลเซียส จะ สลายตัวเป็นแคลเซียมออกไซด์ (CaO) และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2)
29 (a) (b) รูปที่ 2.11 SEM of ground calcium carbonate (GCC) SEM of precipiated calcium carbonate (PCC) [17] การใช้แคลเซียมคาร์บอเนตเป็นสารตัวเติมในพลาสติก ส่วนใหญ่มีวัตถุประสงค์เพื่อเพิ่มเนื้อลดต้นทุน นอกจากนั้นยังสามารถปรับปรุงสมบัติด้านความทนแรงกระแทก เสถียรภาพทางความ ร้อนของพอลิ เมอร์ได้ แต่ส่งผลกระทบต่อสมบัติความทนแรงดึง และความแข็งตึงทําให้ลดลงได้ ปริมาณการเติม นิยมเติมในช่วงร้อยละ 10-40ถ้ามีการเติมสารตัวเติมนี้ในปริมาณมากจะส่งผลให้การ กระจายตัวไม่ดี พอทําให้สมบัติเชิงกลของพอลิโพรพิลีนมีความไม่แน่นอน 2.6.2 โวลลาสโทไนต์ (Wollastonite) [29-30 เพิ่ม [54] [58]] โวลลาสโทไนต์เป็นแร่แคลเซียมเมตาซิลิเกต (Calcium metasilicate) มีสูตรเคมีเป็น CaSiO3 หรือ CaOSiO2 อัตราส่วนของ Si:O เป็น 1:3 ประกอบ CaO 48.3% และ SiO2 51.7% มี ค่า pH ประมาณ 9.9โวลลาสโทไนต์เป็นแร่ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ โดยจะมีมวลพวก Al2O3, MgO, Fe2O3,K2O และ Na2O ปนมาบ้างเล็กน้อย มักเกิดร่วมกับแร่ Calcite, Diopside, Dolomite, Quartz การ เกิดนั้นสามารถเกิดได้ทั่วไป โดยกระบวนการเกิดเป็นแบบ Thermal metamorphosis ของหิน ประเภท Siliceous carbonateซึ่งจะแทรกอยู่ในพวกหินอัคนี (Igneous rock) โวลลาสโท ไนต์มี โครงสร้างผลึกอยู่สามแบบคือที่เป็น Polymorphism กัน ได้แก่ - โวลลาสโทไนต์ 1T เป็นโวลลาสโทไนต์ที่มีโครงสร้างผลึกเป็น Triclinic - โวลลาสโทไนต์ 2M เป็นโวลลาสโทไนต์ที่มีโครงสร้างผลึกเป็น Monoclinic - โวลลาสโทไนต์ 7A Pseudowollastonite หรือ Cyclo-wollastoniteเป็นโวลลาส โทไนต์ ที่มีโครงสร้างผลึกเป็น Triclinic
30 รูปที่ 2.12 โวลลาสโทไนต์ (ก) แร่โวลลาสโทไนต์ที่พบในธรรมชาติ (ข) ผงโวลลาสโทไนต์ (ค) ผลึก ของโวลลาสโทไนต์ [54-56] โวลลาสโทไนต์มีการเป็นวัตถุดิบหลักในอุตสาหกรรมเซรามิกส์ และยังใช้งานใน อุตสาหกรรม ต่างๆ เช่น อุตสาหกรรมพลาสติก อุตสาหกรรมวัสดุก่อสร้าง อุตสาหกรรมสี การเคลือบสี (Coating) อุตสาหกรรมผ้าเบรก และวัสดุขัดถูในอุตสาหกรรมพลาสติกนิยมใช้งานโวลลาสโทไนต์กับพลาสติก วิศวกรรม เช่น ไนลอน พอลิ เอสเทอร์ เป็นต้น นอกจากนี้ยังนํามาเป็นฟิลเลอร์ร่วมกับใยหินในการทํา ผลิตภัณฑ์จากฟีนอลิกเรซิน (เช่น ผ้าเบรค) เพื่อลดต้นทุนการผลิต และยังเป็นการลดอันตรายจากการ ใช้ใยหินปริมาณสูงๆด้วย เช่นเดียวกับฟิลเลอร์ชนิดอื่นๆในการทําให้โวลลาสโทไนต์กระจายตัวในพอลิ เมอร์ได้ดีขึ้น สามารถทําได้โดยการปรับแต่งพื้นผิวด้วยซิลเลน นอกจากช่วยเรื่องการกระจายตัวแล้ว ยังช่วยปรับปรุงการก่อพันธะกับพอลิเมอร์ได้ดีขึ้น ในอุตสาหกรรมเซรามิกและวัสดุก่อสร้างมีการใช้ งานโวลลาสโทไนต์เป็นจํานวนมาก และอุตสาหกรรมพลาสติก จะใช้โวลลาสโทไนต์ในการปรับปรุงค่า ความแข็งแรง หรือ เป็น Active filler เนื่องจากโวลลาสโทไนต์มีลักษณะเป็นแบบผลึกรูปเข็ม (Needle-likestructure) นอกจากนี้ยังช่วยปรับปรุงเรื่องการเป็นฉนวนไฟฟ้า มีความทนไฟดีขึ้น และ ช่วยเรื่องขนาดของชิ้นงานให้ไม่ผันแปรมากเกินไป สําหรับโวลลาสโทไนต์ที่เป็นเกรดที่มีขนาดอนุภาค ละเอียดมากจะช่วยปรับปรุงเรื่องความทนทานต่อการขูดขีด และการกระแทกได้ดี งานวิจัยที่เกี่ยวกับ การใช้โวลาสโทไนต์ เพื่อปรับปรุงสมบัติพลาสติกมีหลายด้าน 2.6.3 มอนมอริลโลไนต์ (Montmorillinite) [25-27 [58] ] มอนต์มอริลโลไนต์เป็นแร่ดินเหนียวที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติมีโครงสร้างเป็นผลึก เป็นแผ่น หรือชั้นของสารประกอบซิลิเกตซ้อนกัน มีสูตรโมเลกุล Mx (Al4-xMgx )Si8O20(OH)4 มีค่าaspect ratio สูง นิยมนําไปใช้เสริมแรงในวัสดุพอลิเมอร์พื้นผิวของเลเยอร์ซิลิเกต ( Layered silicate) จะมี ประจุลบ โดยแต่ละชั้นสามารถยึดกันด้วยประจุบวกของโซเดียมไอออน (Na+) และ แคลเซียมไอออน (Ca+) เป็นต้น ทําหน้าที่ยึดชั้นของซิลิเกตไว้ด้วยกัน และเนื่องจากแร่ดินชนิดนี้มีโครงสร้างที่ซ้อนกัน อย่างมีระเบียบทําให้ยากต่อการผสมกับพอลิเมอร์จึงนิยมทําการดัดแปรมอนต์มอริลโลไนต์ ซึ่งวิธีการ ที่นิยมใช้ดัดแปรมอนต์มอริลโลไนต์ คือ การทําปฏิกิริยาแลกเปลี่ยนประจุ โดยใช้สารอินทรีย์ที่มีประจุ
31 บวก เช่น Quaternary ammonium salt หรือ Phosphonium salt เพื่อให้เกิดการแทนที่ประจุ บวกที่อยู่ระหว่างชั้นของซิลิเกต ทําให้ได้มอนต์มอริลโลไนต์ดัดแปร หรือออร์แกโน เคลย์ (Organoclay) มอนต์มอริลโลไนต์ในธรรมชาติส่วนใหญ่ที่ยังไม่ผ่านกระบวนการดัดแปรจะพบประจุ บวกแทรกอยู่ ระหว่างชั้นโครงสร้าง ทําให้สามารถขยายตัวได้เนื่องจากไม่มีพันธะไฮโดรเจนทําให้ประจุ บวกเข้า แทรกในระหว่างชั้น และเกิดการแตกสลายของผลึกได้ง่าย อนุภาคมีขนาดอยู่ระหว่าง 0.01- 0.1 µm ชนิดของมอนมอริลโลไนต์ แบ่งออกตามองค์ประกอบที่มีธาตุโซเดียมและแคลเซียม รูปที่ 2.13 แบบจําลองโครงสร้างของมอนต์มอริลโลไนต์ ประโยชน์ของมอนต์มอริลโลไนต์ [58] - เพิ่มความแข็งแรงให้กับวัสดุพอลิเมอร์ - เพิ่มความสามารถในการเป็นฉนวนที่ดีป้องกันการลามไฟได้ - สกัดกั้นการซึมผ่านของก๊าซและไอนํ้า - เพิ่มความทนทานต่อสารเคมี 2.7 สมบัติเชิงกลและสมบัติทางความร้อน [57-59] 2.7.1 สมบัติเชิงกล (Mechanical properties) สมบัติเชิงกลเป็นสมบัติที่มีความสําคัญมากในงานวิศวกรรม โดยทั่วไปสมบัติชนิดนี้จะเป็น ข้อมูลเบื้องต้นในการตัดสินใจเลือกใช้ชนิดพลาสติก สมบัติเชิงกลเป็นสมบัติที่เกี่ยวข้องกับการรับแรง กระทําของพลาสติก กล่าวคือเมื่อพลาสติกได้รับแรงกระทําจากภายนอก จะทําให้เกิดความเค้น (Stress) ความเครียด (Strain) และเกิดการเปลี่ยนรูป (Deformation) ในที่สุด ดังนั้นสมบัติเชิงกลจึง
32 เป็นตัวที่บ่งชี้พฤติกรรมของพลาสติกภายใต้แรงหรือนํ้าหนักที่มากระทําพฤติกรรมการตอบสนองแรง ที่มากระทํานั้นจะขึ้นอยู่กับความแข็งแรงของโครงสร้าง การจัดเรียงโมเลกุล และจุดบกพร่องภายใน โมเลกุลของพลาสติก นอกจากนี้ชนิดของแรงที่กระทําและลักษณะของแรงที่ใส่เข้าไป เช่น แรงดึง แรงกระแทก เป็นต้น ยังสามารถทําให้พฤติกรรมของพลาสติกเปลี่ยนแปลงไป ดังนี้การทดสอบสมบัติเชิงกลจึง มักจะเกี่ยวข้องกับพฤติกรรมของพลาสติกเมื่อมีแรงมากระทํา และไม่ว่าแรงจะอยู่ในลักษณะใดก็ตาม ย่อมทําให้พลาสติกเกิดความเค้น และความเครียดซึ่งเป็นการตอบสนองแรงที่มากระทํา 1. ความเค้น (Stress, ) คือ แรงต้านทานภายในของวัสดุ (พลาสติก) ที่พยายามต้านทาน แรงภายนอกที่มากระทํา เพื่อไม่ให้เกิดการเปลี่ยนแปลงขนาด และรูปร่าง โดยแรงต้านทานนี้มีการ กระจายตัวอย่างสมํ่าเสมอบนพื้นที่หน้าตัดของวัสดุมี่ได้รับแรงนั้น ดังนั้นความเค้นจะเท่ากับ อัตราส่วนของแรงที่มากระทําต่อพื้นที่หน้าตัดของวัสดุนั้น ซึ่งสามารถเขียนเป็นสมการพื้นฐานได้ดังนี้ = โดยที่ = stress = force = area หน่วยของความเค้น คือ ปอนด์/นิ้ว2 (lb/in2, psi) ถ้าเป็นระบบ SIunit (System of internationalunits) จะใช้ นิวตัน/เมตร2 (N/m2) หรือ พาสคัล (Pascal, Pa) ซึ่ง 1 Pa = 1 N/m2 แต่หน่วยความเค้นที่นิยมใช้ในอุตสาหกรรมพลาสติก มักอยู่ในระดับ เมกะพาสคัล (MPa) ซึ่ง 1 MPa = 1 N/mm2 2. ความเครียด (Strain, ) จะพิจารณาในรูปของวัสดุเมื่อได้รับแรงกระทําจากภายนอก จะ เกิดการเปลี่ยนแปลงขนาด และรูปร่างตามทิศทางแรงที่มากระทํา เช่น เมื่อได้รับแรงดึงวัสดุจะยืดตัว ออก (Elongate) เมื่อได้รับแรงอัดวัสดุจะหดตัวเข้า (Contract) หรือเมื่อได้รับแรงเฉือนวัสดุจะเกิด การเปลี่ยนรูปเอียงเป็นมุม ตามรูปที่ 2.15
33 รูปที่ 2.14 ลักษณะแรงกระทํา (ก) แรงดึง (ข) แรงอัด (ค) แรงเฉือน ความเครียดจะไม่มีหน่วย แต่ในทางวิศวกรรมนิยมรายงานในรูปของเปอร์เซ็นต์ (%) ของการ เปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้น หรืออาจกล่าวได้ว่า ความเครียด คือ อัตราส่วนระหว่างความยาวของวัสดุที่ เปลี่ยนแปลงไปเนื่องจากการยืดหรือหดตัวต่อความยาวเดิมของวัสดุก่อนได้รับแรงกระทํา (กรณีแรง กระทําเป็นแรงดึงหรือแรงอัด) ซึ่งสามารถเขียนสมการอย่างง่ายได้ดังนี้ = = หรือ % elongation = 100 โดย = ความเครียด = ความยาวเดิมของวัสดุ = ความยาวใหม่หลังได้รับแรงกระทํา ความสัมพันธ์ระหว่างความเค้น-ความเครียด (Stress-strain relationship) เมื่อให้แรงกระทําโดยการ ดึงต่อพลาสติก จะทําให้เกิดความเค้นและความเครียดขึ้นใน ชิ้นงานและเมื่อนําค่าทั้งหมดมาพล็อตเป็นกราฟ โดยให้กราฟแนวนอนเป็นความเครียดและกราฟ แนวตั้งเป็นความเค้น จะได้กราฟของความเค้น-ความเครียด ดังรูปที่ 2.16
34 รูปที่ 2.15 รูปแบบกราฟความเค้น-ความเครียด [59] 3. ความเหนียว (Toughness) ความเหนียวสามารถหาได้จากพื้นที่ใต้กราฟความเค้นความเครียด โดยพื้นที่ใต้กราฟแสดงถึงความสามารถในการดูดกลืนพลังงานไว้ก่อนเกิดการแตกหัก ใน กรณีที่กราฟแสดงพื้นที่ใต้กราฟมาก แสดงว่าพลาสติกมีความเหนียวสูง ในทางวิศวกรรมการวัดค่า ความเหนียวจะหมายถึงค่าพลังงานที่ใช้ทําให้วัสดุเกิดการแตกหัก ซึ่งแตกต่างจากความแข็งแรงซึ่งวัด ค่าจากความเค้นที่ใช้ทําให้พลาสติกเกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่างหรือแตกหัก 4. ความแข็งแรง (Strength) ความแข็งแรงเป็นความสามารถของพลาสติกที่ต้านแรงที่มา กระทําในรูปต่างๆ เช่น แรงดึง แรงอัด เป็นต้น โดยไม่เกิดการแตกหัก เช่น ในกรณีแรงที่มากระทําเป็น แรงดึง จะเรียกว่า ความทนแรงดึง (Tensile strength) ซึ่งก็คือความเค้นแรงดึงสูงสุดที่วัสดุสามารถ ทนได้โดยไม่เกิดการแตกหัก ซึ่งได้ว่า Tensile strength = 5. ยังส์มอดุลัส (Young’s modulus) หรือ อิลาสติกมอดุลัส (Elastic modulus or modulusof elasticity, E) เป็นอัตราส่วนระหว่างความเค้นกับความเครียด ซึ่งจะเห็นได้ว่าในช่วง ความเครียดอิสาสติก ความเค้นจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเครียดโดย
35 E = = มีหน่วยเป็น MPa 6. การคืบ (Creep) คือ ปรากฏการณ์การเปลี่ยนรูปร่างของพลาสติกเมื่อเวลาเปลี่ยนไป ภายใต้ความเค้นคงที่ ดังนั้นการคืบจึงเป็นฟังก์ชันของเวลา การทดสอบการคืบมักทําภายใต้แรงดึง โดยการให้นํ้าหนักคงที่กับชิ้นทดสอบและไม่เกินขีดจํากัดความยืดหยุ่นของพลาสติกโดยทั่วไปเมื่อ ได้รับความเค้นพลาสติกจะยืดออกทันที และเมื่อนําความเค้นออกชิ้นพลาสติกจะหดตัวกลับสู่สภาพ เดิม แต่ถ้าดึงทิ้งไว้นานๆชิ้นทดสอบจะค่อยๆยืดออกอย่างถาวร 7. การทดสอบแรงดึง (Tensile test) การทดสอบแรงดึงเป็นการทดสอบความเค้นความเครียดของพลาสติกภายใต้แรงดึง โดยการให้แรงดึงกระทํากับชิ้นทดสอบจนขาด ซึ่งจะได้ผลจาก การทดสอบคือ - ความทนแรงดึง (Tensile strength) ซึ่งก็คือค่าความเค้นสูงสุดที่ใช้ในการดึง - เปอร์เซ็นต์การยืดตัว (% Elongation) คือความยาวของชิ้นทดสอบที่เปลี่ยนแปลงไปจาก ความยาวเริ่มต้น - จุดคราก (Yield point) คือ จุดที่วัสดุได้รับความเค้นสูงสุดโดยวัสดุจะไม่เกิดการเปลี่ยนรูป อย่างถาวร - มอดุลัสแรงดึง (Tensile modulus) ซึ่งวัดได้จากพื้นที่ใต้กราฟความเค้น -ความเครียด นอกจากนี้ยังมีค่าอื่นๆ เช่น เปอร์เซ็นต์การยืดตัว ณ จุดขาด (% Elongation at break) ความทนแรงดึง (Tensile strength at break) ความเครียดสูงสุด (Maximum stress) เป็น ต้น แต่โดยทั่วไปมักจะพิจารณาเพียงค่าความทนแรงดึง เปอร์เซ็นต์การยืดตัว และค่ามอดุลัสแรงดึง เป็นตัวแรกๆเสมอ การทดสอบแรงดึงจะทดสอบด้วยเครื่องทดสอบความทนแรงดึง (Tensiletesting machine) ดังรูปที่ 2.17
36 รูปที่ 2.16 เครื่องทดสอบยูนิเวอร์แซล 8. ความทนแรงกระแทก (Impact property) ความทนแรงกระแทกเป็นสมบัติด้านความแข็งแรงของพลาสติก เมื่อได้รับแรงกระทําโดย ทันทีทันใดจนเกิดการแตกหักเสียหายภายในระยะเวลาอันสั้น ค่าความทนแรงกระแทก ( Impact strength) จะดูจากค่าพลังงานที่ทําให้ชิ้นงานแตกหัก พลาสติกที่มีความทนแรงกระแทกตํ่า (Low impact strength) จะเป็นพลาสติกที่มีความเปราะ (Brittle plastics) เช่น พอลิสไตรีน (PS) พอลิ เมทิลเมทาคริเลต (PMMA) ส่วนพลาสติกที่มีความทนแรงกระแทกสูง (High impact strength) จะ เป็นพลาสติกเหนียว (Tough plastics) เช่น พอลิเอทิลีน (PE) พอลิคาร์บอเนต (PC) เป็นต้น การ ทดสอบความทนแรงกระแทกมีด้วยกันหลายวิธี ดังแผนภูมิในรูปที่ 2.17 รูปที่ 2.17 แผนภูมิวิธีการทดสอบความทนแรงกระแทก [60]
37 สําหรับวัสดุพลาสติกนิยมทดสอบความทนแรงกระแทก ด้วยการใช้ค้อนเหวี่ยงกระแทก (Instrumented,Pendulumimpact test) โดยค้อนที่ใช้ทดสอบจะเป็นค้อนที่มีนํ้าหนักมาตรฐาน ซึ่งจะถูกปล่อยจากความสูงที่กําหนด เพื่อเหวี่ยงกระแทกชิ้นทดสอบที่ถูกวางไว้บนแท่น หรือถูกยึดไว้ กับหัวจับชิ้นงาน ภายหลังการกระแทกพลังงานของค้อนจะสูญเสียไปบางส่วน ซึ่งดูได้จากความสูงของ ค้อนที่ลดลงในส่วนของพลังงานที่สูญเสียไป คือพลังงานที่ชิ้นทดสอบดูดซับไปใช้ในการทําให้เกิดการ แตกหักนั่นเอง ค่าความทนแรงกระแทกจะมีหน่วยเป็น นิ้วปอนด์ หรือ จูล/เมตร การทดสอบความทน แรงกระแทกที่นิยมใช้มี 2 วิธี คือ 1. การทดสอบความทนแรงกระแทกแบบไอซอด (Izod impact testing) วิธีนี้ชิ้นทดสอบรูป สี่เหลี่ยมผืนผ้าที่มีรอยบากจะถูกนํามาตั้งในแนวดิ่ง โดยชิ้นทดสอบจะถูกยึดให้ติดกับเครื่อง ทาง ด้านล่าง และหันชิ้นทดสอบด้านที่มีรอยบากเข้าหาค้อนที่ถูกปล่อยลงมา หัวค้อนจะตีส่วนบนของ ชิ้น ทดสอบให้แตกออก ดังรูปที่ 2.19 (ก) 2. การทดสอบความทนแรงกระแทกแบบชาร์ปี (Charpy impact testing)ชิ้นทดสอบของ วิธีนี้จะมีความยาวมากกว่าวิธีแรก วิธีการทดสอบจะเริ่มจากการนําชิ้นทดสอบไปวางตามแนวนอนบน ฐานรองชิ้นงานทั้ง 2 จุด โดยวางชิ้นทดสอบให้รอยบากอยู่ตรงข้ามกับค้อนที่ถูกปล่อยลงมา ดังรูปที่ 2.18 (ข) รูปที่ 2.18 การทดสอบความทนแรงกระแทก (ก) การทดสอบแบบไอซอด (ข) การทดสอบแบบชาร์ปี 9. ความทนแรงดัดงอ (Flexural strength) การทดสอบแรงดัดงอของพลาสติกเหมาะกับการทดสอบพลาสติกที่มีความแข็ง เปราะ หรือ พลาสติกเสริมแรง เนื่องจากแรงที่ใช้ในการคํานวณจะมีความแม่นยําสูง เมื่อพลาสติก มีการ เปลี่ยนแปลงสภาพในระดับตํ่า เครื่องมือที่ใช้ในการทดสอบนี้จะใช้เครื่องทดสอบยูนิเวอร์แซลเช่น เดียวกับการทดสอบความทนแรงดึง เพียงแต่หัวที่ใช้ทดสอบและการให้แรงกระทําแตกต่างกันเท่านั้น โดยทั่วไปการทดสอบนี้มี 2 วิธี คือ การทดสอบความทนแรงดัดงอแบบ 3 จุด (Three point
38 blending) และการทดสอบความทนแรงดัดงอแบบ 4 จุด (Four point blending) ดังรูปที่ 2.19 รูปที่ 2.19 การทดสอบความทนแรงดัดงอ (ก) การทดสอบการดัดงอ แบบ 2 จุด (ข) การทดสอบการ ดัดงอแบบ 4 จุด [61] การทดสอบความทนแรงดัดงอแบบ 3 จุด มีวิธีการทดสอบคือจะนําชิ้นงานทดสอบตาม มาตรฐานรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้ามาวางบนจุดรองรับ (Supports) ซึ่งมี 2 จุด จากนั้นให้แรงกระทําแก่ ชิ้นงานในรูปแรงกดระหว่างกึ่งกลางชิ้นงาน ส่วนการทดสอบความทนแรงดัดงอแบบ 4 จุด จะมี เหมือนกับการทดสอบแรงดัดงอแบบ 3 จุด แต่จุดที่ให้แรงกระทํา หรือแรงกดจะมี 2 จุด ซึ่งการ ทดสอบนี้เหมาะกับพลาสติกที่อ่อนกว่าวิธีแรก หรืออีกนัยหนึ่งคือเป็นพลาสติกที่มีการเปลี่ยนแปลง รูปร่างได้ง่าย มีความแข็ง เปราะน้อยกว่า 2.7.2 สมบัติทางความร้อน (Thermal properties) [57] สมบัติทางความร้อน ความหมายโดยทั่วไป หมายถึง การตอบสนองของวัสดุที่มีต่อความ ร้อน เช่น การที่วัสดุสามารถดูดซับพลังงานในรูปของความร้อน และเกิดการเปลี่ยนแปลง เช่น การหลอม การเปลี่ยนแปลงขนาดหรือขยายตัวเนื่องจากความร้อน เป็นต้น สมบัติทางความร้อนที่สําคัญของ พลาสติกได้แก่ อุณหภูมิการหลอมตัว (Tm) เป็นอุณหภูมิที่พลาสติกเกิดการหลอมเปลี่ยนจากสถานะของแข็ง เป็นของไหล ในอุตสาหกรรมพลาสติกมักใช้อ้างอิงถึงพลังงานความร้อนที่ต้องใช้ในการหลอมพลาสติก เพื่อขึ้นรูปผลิตภัณฑ์ หรืออุณหภูมิในการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์ อุณหภูมิแก้ว (Tg) เป็นอุณหภูมิที่บ่งบอกถึงสภาพการใช้งาน เช่น ถ้าพลาสติกมีอุณหภูมิแก้ว ตํ่ากว่าอุณหภูมิใช้งานปกติ พลาสติกจะอยู่ในสภาพแข็ง และเปราะ แต่ในทางตรงกันข้ามถ้าพลาสติก มีอุณหภูมิแก้วสูงกว่าอุณหภูมิการใช้งานปกติพลาสติกจะอยู่ในสภาพยืดหยุ่น เหนียว อุณหภูมิแอ่นตัวภายใต้สภาวะการรับนํ้าหนักและความร้อน ( Heat deflection temperature under load, HDT) และอุณหภูมิอ่อนตัวไวแคท (Vicatsofteningtemperature) ทั้ง 2 อุณหภูมินี้จะอ้างอิงถึงอุณหภูมิสูงสุดที่พลาสติกสามารถใช้งานในรูปผลิตภัณฑ์ได้โดยไม่เกิดการ
39 เปลี่ยนแปลงรูปร่าง และทั้ง 2 อุณหภูมินี้จะมีค่าตํ่ากว่าอุณหภูมิหลอมพลาสติกเสมอ สมบัติการติดไฟ (Flammability) ของพลาสติก สมบัตินี้ไม่จัดเป็นสมบัติทางความร้อนของ พลาสติกโดยตรง แต่มีความสําคัญต่อการเลือกใช้งานพลาสติก เนื่องจากพลาสติกแต่ละชนิดเมื่อมีการ ลุกติดไฟจะมีพฤติกรรมแตกต่างกัน เช่น ในกรณีของพลาสติกพีวีซี เมื่อติดไฟเปลวไฟสามารถดับ ได้ เอง แต่ในกรณีของพอลิเอทิลีน เมื่อติดไฟจะมีการลามไฟและเกิดการไหลหยดของเปลวไฟ เป็นต้น เทอร์โมพลาสติกโดยทั่วไปนั้นจะลุกไหม้ได้ง่ายเมื่อได้รับอุณหภูมิที่สูงเพียงพอ พลาสติกจะเผา ไหม้โดยมีการผ่านขบวนการที่ได้รับความร้อนจนถึงขั้น Pre-ignitionเฟส หลังจากนั้นจึงติดไฟ ซึ่ง จะ เป็นการแตกตัวของโครงสร้างที่เป็นยาวแบบลูกโซ่ไปเป็น ไฮโดรคาร์บอน ไฮโดรเจน และอนุมูล อิสระ ของไฮดรอกไซด์ ปฏิกิริยานี้จะเกิดขึ้นเมื่อพลังงานในการแยกสลายสูง และทําปฎิกิริยากับออกซิเจน ซึ่งจะปล่อยความร้อนออกมาทําให้ไฟลุกลาม กระบวนการเผาไหม้ของพอลิเมอร์ heat Plastics + Oxygen Hydrocarbon + H2 + CO + CO2 Decomposition Temp ซึ่งไฟจะติดได้ต้องมีเชื้อเพลิง ออกซิเจน และวัสดุที่ติดไฟ สารหน่วงไฟจะเป็นตัวขัดขวางการ รวมตัว ของสามองค์ประกอบนี้ เพื่อลดปฏิกิริยาการเผาไหม้ ในทางการค้าสารหน่วงไฟจะมีส่วนผสม ของ โบรมีนกับคลอรีน หรือพวกที่มีฟอสฟอรัสเป็นหลัก หรือโลหะออกไซด์ กลไกการหน่วงไฟในพลาสติก จะแบ่งออกเป็น 3 แบบหลักๆ คือ 1. การยับยั้งเฟสไอในระหว่างการเผาไหม้ สารหน่วงไฟจะทําปฏิกิริยากับพอลิเมอร์ที่เผาไหม้ ในเฟสไอที่รบกวนการผลิตอนุมูลอิสระในระดับโมเลกุล และปิดกระบวนการเผาไหม้ 2. Solid Phase Char-Formationสารหน่วงไฟที่ก่อตัวเป็นถ่านจะทําปฏิกิริยากับชั้น คาร์บอนที่ผิวของวัสดุ ชั้นนี้ป้องกันพอลิเมอร์ทําให้ไพโรไลซิสช้าลง และสร้างเกราะป้องกันที่ขัดขวาง การปล่อยก๊าซเพิ่มเติมเพื่อเป็นเชื้อเพลิงในการเผาไหม้ 3. Quench & Coolแร่ธาตุไฮเดรตประกอบด้วยระบบหน่วงการติดไฟที่ปราศจากฮาโลเจน ซึ่งมักใช้สําหรับการอัดรีด เช่น สายไฟและสายเคเบิล ระบบเหล่านี้ใช้ปฏิกิริยาดูดความร้อนในที่ที่มีไฟ เพื่อปล่อยโมเลกุลของนํ้าที่ทําให้พอลิเมอร์เย็นตัวลง และเจือจางกระบวนการเผาไหม้ นอกจากนี้ยังมีสมบัติทางความร้อนอื่นๆอีก เช่น Coefficientof linear thermal expansion,Brittleness temperature,Thermal conductivity,Thermogravimetric analysis (TGA) เป็นต้น