Regenerated Cellulose Fiber
10 ก.ย. 2556 Web Administrator 457 เข้าชม

ในอีก20 ปีข้างหน้าประชากรโลกจะมีเพิ่มขึ้นกว่าปัจจุบันประมาณ 1.4 พันล้านคน ปริมาณความต้องการอาหารจะเพิ่มขึ้น 43 เปอร์เซ็นต์ การขยายพื้นที่เพื่อใช้สำหรับเพาะปลูกพืชเพื่อเป็นอาหารจะมีมากขึ้น ปริมาณความต้องการเสื้อผ้าและเครื่องนุ่งห่มก็จะมีมากขึ้น ทำให้มีการคาดการว่าความต้องการเส้นใยเพื่อนำไปผลิตเป็นสิ่งทอและเครื่องนุ่งห่มจะเพิ่มขึ้นมากกว่าปัจจุบันถึง 84 เปอร์เซ็นต์ ในทางกลับกันพื้นที่สำหรับเพาะปลูกพืชอื่นที่ไม่ใช้เป็นอาหาร ซึ่งรวมถึงพื้นที่สำหรับเพาะปลูกพืชเส้นใยเพื่อนำเป็นสิ่งทอและเครื่องนุ่งห่มจะถูกจำกัดและมีจำนวนน้อยลง

เส้นใยเซลลูโลสมีสมบัติชอบน้ำ สามารถดูดซับและปลดปล่อยความชื้นได้ดีทำให้ผ้าที่ทำจากเส้นใยเซลลูโลสให้ความรู้สึกสบายขณะสวมใส่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อถูกนำไปใช้งานในประเทศที่มีสภาพอากาศร้อนชื้น เส้นใยเซลลูโลสสำหรับผลิตเป็นสิ่งทอและเครื่องนุ่งห่มส่วนใหญ่ได้จากเส้นใยฝ้าย

ซึ่งปริมาณการผลิตเส้นใยฝ้ายเพื่อพัฒนาเป็นผลิตภัณฑ์ในอนาคตจะมีไม่เพียงพอกับความต้องการ เนื่องจากประชากรโลกที่เพิ่มปริมาณขึ้นอย่างรวดเร็ว ส่งผลให้เส้นใยเซลลูโลสจากฝ้ายในอนาคตจะยิ่งมีราคาแพงขึ้น เนื่องจากการลดน้อยลงของผลผลิตเส้นใยที่เกิดจากการนำพื้นที่เพาะปลูกฝ้ายไปปลูกพืชอาหาร และความแปรปรวนของสภาพอากาศจากการเกิดปรากฏการณ์เอลนีโนและลานีนา ด้วยสาเหตุดังกล่าวทำให้เกิดการพัฒนาผลิตภัณฑ์ทดแทน ที่ทำจากเส้นใยสังเคราะห์ที่ผลิตขึ้นจากวัตถุดิบจากการกลั่นปิโตรเลียม เช่น เส้นใยพอลิเอสเตอร์ เส้นใยพอลิเอไมด์ เส้นใยพอลิพรอพิลีน เส้นใยพอลิอะคริโลไนไตรล์ และอื่นๆซึ่งสามารถผลิตได้ในปริมาณมากและรวดเร็ว อย่างไรก็ตามเนื่องจากความแตกต่างทางเคมีและทางกายภำพ เส้นใยสังเคราะห์เหล่านี้เมื่อนำมาผลิตเป็นสิ่งทอและเครื่องนุ่งห่มจึงไม่สามารถให้ความรู้สึกสบายขณะสวมใส่ ซึ่งเกิดจากความสามารถในการปรับสมดุลความชื้นขณะสัมผัสผิว (Moisture management) ที่ไม่ดีเท่ากับสิ่งทอที่ผลิตจากเส้นใยเซลลูโลส และจากปริมาณที่ลดน้อยลงของทรัพยากรน้ำมันบนโลก ทำให้วัตถุดิบที่ใช้ผลิตเส้นใยสังเคราะห์ขาดความยั่งยืนและมีราคาสูงขึ้น ด้วยเหตุผลดังกล่าวทำให้ปัจจุบันผู้ผลิตเส้นใยเซลลูโลสธรรมชาติจากฝ้ายให้ความสนใจการผลิตเส้นใยทดแทนที่มีสมบัติที่คล้ายหรือใกล้เคียงกับเสื้อผ้าที่ผลิตขึ้นจากเส้นใยฝ้ายอันได้แก่เส้นใยประดิษฐ์เซลลูโลส

เส้นใยประดิษฐ์เซลลูโลสเป็นเส้นใยที่ที่นำไปผลิตเป็นเสื้อผ้าที่เมื่อสวมใส่แล้วมีสมบัติที่คล้ายกับฝ้าย เนื่องจากเส้นใยเซลลูโลสประดิษฐ์ “Man-made cellulosic fiber” ใช้เซลลูโลสจากเนื้อไม้เป็นวัตถุดิบในการผลิต โดยต้นไม้มีขั้นตอนในการเพาะปลูกและดูแลรักษาไม่ซับซ้อน ใช้เนื้อที่ น้ำ ปุ๋ย และยาฆ่าแมลงในการเพาะปลูกน้อย สามารถให้ปริมาณผลผลิตที่สูงและใช้ทรัพยากรน้ำน้อย มีรอบการเพาะปลูกทดแทนในระยะเวลาที่สั้น นอกจากนี้ต้นไม้ยังดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากบรรยากำศลดสภาวะเรือนกระจก ช่วยรักษาสภาพแวดล้อมได้อีกด้วย

เซลลูโลสได้จากพืชซึ่งเป็นแหล่งผลิตเซลลูโลสที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดของโลก แบ่งเป็นกลุ่มที่มาจากวูด (wood) และนอนวูด (non-wood) เซลลูโลสกลุ่มนอนวูดได้จากหญ้า เปลือก ใบ หรือ ผล หรือของเหลือหรือผลพลอยได้จากกระบวนการผลิตทางการเกษตร (byproduct) เช่น ชานอ้อย ลำต้นข้าวสาลี และลำต้นข้าวโพด นอกจากนี้เซลลูโลสกลุ่มนอนวูดยังรวมถึงกลุ่มเซลลูโลสจากกลุ่มพืชเส้นใย ซึ่งเป็นกลุ่มพืชที่มีปริมาณเซลลูโลสค่อนข้างสูง ประกอบด้วย ป่าน ปอ ลินิน และ ฝ้าย สามารถนานอนวูดมาพัฒนาเป็นผลิตภัณฑ์กระดาษโดยผสมรวมกับวูด สามารถลดปริมาณการใช้สารเคมีในการผลิตเป็นเยื่อกระดาษ ลดเวลากระบวนการผลิต ประหยัดพลังงาน ขณะที่เซลลูโลสของวูดมีประมาณ 35 ถึง 49 เปอร์เซ็นต์ ใยฝ้ายเส้นสั้น (Cotton linter) มีปริมาณเซลลูโลสสูง 90 เปอร์เซ็นต์ ประกอบกับปริมาณลิกนินกลุ่มนอนวูดที่มีปริมาณต่ำซึ่งมีค่าประมาณ 3 เปอร์เซ็นต์ในเส้นใยตระกูลป่าน ทำให้ปัจจุบันเซลลูโลสจากกลุ่มนอนวูดมีคุณค่ามากในอุตสาหกรรมกระดาษ

นอกจากมีปริมาณเซลลูโลสที่ไม่สูงมากนักเนื้อไม้หรือวูดยังประกอบด้วยเฮมิเซลลูโลส 15-25 เปอร์เซ็นต์ และลิกนิน 15-30 เปอร์เซ็นต์ โดยโครงสร้างของเนื้อไม้มีความซับซ้อนเกิดจากการเชื่อมประสานกันเองและระหว่างกันของเฮมิเซลลูโลสและเซลลูโลสโดยลิกนิน ซึ่งโครงสร้างในลักษณะนี้ทำให้ไม่สามารถทำละลายเนื้อไม้ด้วยตัวทำละลายทั่วๆไป ในการสกัดแยกเซลลูโลสออกจากเนื้อไม้จึงมีความจำเป็นต้องใช้สารเคมีเข้าไปทำลายโครงสร้างที่เชื่อมประสานกันของลิกนินและเฮมิเซลลูโลส เนื่องจากลักษณะโครงร่างผลึกและความแข็งแรงของพันธะไฮโดรเจนในและระหว่างโมเลกุลในโครงร่างผลึกทำให้เซลลูโลสไม่สามารถหลอมละลายด้วยความร้อนเนื่องจากโครงสร้างจะถูกทำลายด้วยความร้อนก่อนการหลอมละลาย ซึ่งการทำเซลลูโลสให้อยู่ในรูปสารละลายและเปลี่ยนกลับเป็นเซลลูโลสอีกครั้งโดยใช้สารเคมีและกระบวนการที่เหมาะสมจะได้ผลิตภัณฑ์ที่เรียกว่ารีเจนเนอเรตเซลลูโลส (Regenerated cellulose)

เนื่องจากกระบวนการผลิตรีเจนเนอเรตเซลลูโลสออกแบบและควบคุมได้โดยมนุษย์ จึงมีความหลากหลายของการนำรีเจนเนอเรตเซลลูโลสไปใช้งานในรูปแบบต่ำงๆนอกเหนือจากการนำไปขึ้นรูปเป็นเส้นใยสำหรับใช้งานด้านสิ่งทอและเครื่องนุ่งห่ม กระบวนการที่รีเจเนอเรตเซลลูโลสถูกเปลี่ยนเป็นเส้นใยสามารถทำได้หลายวิธี เช่น 1) กระบวนการวิสคอส (Viscose process) ซึ่งในกระบวนการนี้เซลลูโลสจะถูกเปลี่ยนรูปเป็นสารละลายข้นหนืดด้วยคาร์บอนไดซัลไฟด์ ซึ่งทำให้มีผลิตผลพลอยได้เป็นก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ที่เป็นอันตรายต่อสุขภาพและเป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อม 2) กระบวนการคิวแพรมโมเนี่ยม (Cuprammonium) การใช้อนุพันธุ์ของตัวทำละลายและตัวทำละลายในกระบวนการนี้ยังมีข้อด้อยในเรื่องความเป็นพิษและอันตรายจากไอของตัวทำละลาย นอกจากนี้โลหะหนักที่เกิดจากกระบวนการยังยากต่อการกำจัด 3) กระบวนการอื่นๆ เช่น N2O4/ N,Ndimethylformamide (DMF), SO2 / amine, Me2SO / paraformaldehyde (PF), LiCl / N,N-dimethylacetamide (DMAc) และ N-methyl-morpholine-N-oxide (NMMO) โดยการใช้ตัวทำละลาย NMMO ผสมน้ำ เป็นกระบวนการที่มีค่าใช้จ่ายสูงแต่สามารถทำละลายเซลลูโลสได้อย่างมีศักยภาพ ซึ่งถูกนำไปใช้ในการผลิตเส้นใยไลโอเซล (Lyocell)

เพื่อตอบสนองความต้องการใช้เส้นใยเซลลูโลสในการผลิตเป็นสิ่งทอและเครื่องนุ่งห่มในอนาคต ผู้วิจัยมีความสนใจศึกษาความเป็นไปได้ในการทำละลายเซลลูโลสที่ได้จากนอนวูดส่วนที่เป็นใบของพืชเพื่อใช้ในการผลิตเส้นใยรีเจนเนอเรตเซลลูโลส รวมถึงศึกษาสมบัติของสารละลายเซลลูโลสและรีเจนเนอเรตเซลลูโลสที่สอดคล้องกับกระบวนการผลิตและการใช้งานเส้นใย โดยเลือกใช้วัตถุดิบในการวิจัยเป็นใบสับปะรดซึ่งเป็นของเหลือใช้ทางการเกษตร ทำการวิจัยเปรียบเทียบกับเยื่อกระดาษจากอุตสาหกรรมกระดาษภายในประเทศไทยที่ผลิตจากเซลลูโลสกลุ่มวูด และเลือกทำละลายวัตถุดิบโดยใช้อัลคาไลน์โซลูชั่น (Alkali solution) ซึ่งเป็นกระบวนการที่ไม่มีความซับซ้อน ราคาถูก มีความเป็นพิษน้อย และได้เส้นใยรีเจนเนอเรตเซลลูโลสที่มีคุณภาพดี องค์ความรู้ที่ได้จากงานวิจัยในครั้งนี้ จะนาไปสู่การวิจัยและพัฒนาการผลิตเส้นใยรีเจนเนอเรตเซลลูโลสจากส่วนต่างๆของพืชชนิดอื่นๆ รวมถึงของเหลือใช้ทางการเกษตร ที่มีอยู่อย่างมากมายหลากหลายในประเทศ และพัฒนาต่อยอดสู่การผลิตเป็นเส้นใยสิ่งทอในระดับอุตสาหกรรมเพื่อสนองตอบต่อความต้องการของคนภายในประเทศและภูมิภาค