กระบวนการแยกเยื่อแอลฟาเซลลูโลสสูงจากชานอ้อย ใช้วิธีการระเบิดด้วยไอน้ำในการกำจัดเฮมิเซลลูโลสออกจากเยื่อ ตามด้วยการกำจัดลิกนิน และการฟอกขาวเยื่อด้วยเคมี เพื่อหาสภาวะที่เหมาะสมในแต่ละขั้นตอน เพื่อให้ได้เยื่อแอลฟาเซลลูโลสสูงที่มีคุณสมบัติใกล้เคียงกับวัตถุดิบเยื่อ Pulp ที่ใช้ในอุตสาหกรรมให้มากที่สุด และการนำไปใช้ฉีดเป็นเส้นใยด้วยเครื่องขึ้นรูปเส้นใยแบบเปียก (Wet Spinning) ระดับห้องทดลองที่ได้พัฒนาขึ้นใหม่ ซึ่งองค์ความรู้ที่ได้ทั้งกระบวนการแยกเยื่อแอลฟาเซลลูโลสสูงจากชานอ้อย สามารถนำไปต่อยอดกระบวนการผลิตในโรงงานอุตสาหกรรมเยื่อกระดาษได้ ส่วนองค์ความรู้จากกระบวนการฉีดเส้นใยด้วยเครื่องขึ้นรูปเส้นใยแบบเปียก (Wet Spinning) สามารถใช้ในงานวิจัยพัฒนาที่เกี่ยวข้อง และภาคอุตสาหกรรมผลิตเส้นใยเรยอนสามารถนำเยื่อจากชานอ้อยไปใช้ทดแทนเยื่อที่ต้องนำเข้าจากต่างประเทศได้

เยื่อเซลลูโลสจากชานอ้อยที่มีแอลฟาเซลลูโลสร้อยละ 89.7 และมีความหนืด 8.8 เซนติพอยส์ เมื่อนำมาฉีดเป็นเส้นใยด้วยกระบวนการผลิตเส้นใยเรยอน พบว่า เส้นใยเซลลูโลสประดิษฐ์จากชานอ้อยมีความเหนียว (tenacity) และมีร้อยละการยืดตัว ณ จุดขาด (% break extention) สูงกว่าเส้นใยเรยอนเชิงพาณิชย์ (ตารางที่ 1)

ตารางที่ 1  ความเหนียวและร้อยละการยืดตัว ณ จุดขาดของเส้นใยเรยอนและเส้นใยเซลลูโลสประดิษฐ์จากชานอ้อย

ที่มา:  Villavicencio et. al. (1980)

เส้นใยเซลลูโลสประดิษฐ์จากชานอ้อย ที่เตรียมโดยการละลายเยื่อเซลลูโลสจากชานอ้อยในสารละลาย BMIMCl และปั่นเส้นใยด้วยวิธีปั่นแบบเปียก โดยใช้อัตราเร็วในการดึงยืดที่แตกต่างกัน พบว่า เส้นใยที่ได้มีความเหนียวประมาณ 2.05-2.27 กรัมต่อดีเนียร์ มีความแข็งแรง (strength) ประมาณ 585-839 เมกะปาสคาล และมีการยืดตัว (elongation) ประมาณร้อยละ 3.87-4.82 โดยความเหนียวและความแข็งแรงมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นเมื่อเพิ่มอัตราเร็วในการดึง ในขณะที่การยืดตัวมีแนวโน้มลดลงเมื่อเพิ่มอัตราเร็วในการดึง เมื่อเปรียบเทียบกับเส้นใยเซลลูโลสประดิษฐ์จากเยื่อไม้ และเส้นใยเทนเซลจาก Courtaulds Fibers Ltd. พบว่า เส้นใยเซลลูโลสประดิษฐ์จากชานอ้อยมีความเหนียว ความแข็งแรง และการยืดตัว ใกล้เคียงกับเส้นใยเซลลูโลสประดิษฐ์จากเยื่อไม้ (ความเหนียว 2.03-2.06 กรัมต่อดีเนียร์ ความแข็งแรง 563-601 เมกะปาสคาล และการยืดตัวร้อยละ 4.92-6.21)  แต่มีความเหนียวและการยืดตัวน้อยกว่าเทนเซล (ความเหนียว 4.8-5.0 กรัมต่อดีเนียร์ และการยืดตัวร้อยละ 14-16) (Jiang et. al., 2015)  

สมบัติของเส้นใยนอกจากจะขึ้นอยู่กับอัตราเร็วในการดึงยืดแล้ว ยังขึ้นอยู่กับสารที่ทำให้เส้นใยแข็งตัว โดยพบว่า เส้นใยเซลลูโลสประดิษฐ์จากชานอ้อย ที่เตรียมโดยการละลายเยื่อเซลลูโลสจากชานอ้อยในสารละลาย NMMO และปั่นเส้นใยด้วยวิธีการปั่นแบบปั่นแห้ง-ปั่นเปียก โดยใช้สารที่ทำให้เส้นใยแข็งตัวชนิดต่างๆ มีความทนต่อแรงดึง (tensile strength) มอดุลัสของยัง (Young’s modulus) และการยืดตัว ณ จุดขาด (elongation at break) แตกต่างกันขึ้นอยู่กับชนิดของสารที่ทำให้เส้นใยแข็งตัว (ตารางที่ 2)

หมายเหตุ:  df คือ the cross-section of diameter of the solution dope at the spinneret exit. do คือ the fiber cross-sectional diameter at the take-up point.
ที่มา:  Uddin et. al. (2010)

ระดับความเป็นผลึกของเส้นใย

Wide-angle X-ray diffraction (WAXD) เป็นเทคนิคหนึ่งที่ใช้ในการวิเคราะห์ความเป็นผลึกของวัสดุรวมทั้งเส้นใย และสามารถนำมาประยุกต์ใช้ในการวิเคราะห์ระดับการเกิดผลึก โดยระดับการเกิดผลึก (degree of crystallinity) สามารถคำนวณได้ ดังนี้

                            Degree of crystallinity (%)  =  crystalline scattering / total scattering     

เส้นใยเซลลูโลสประดิษฐ์จากชานอ้อย ที่เตรียมโดยการละลายเยื่อเซลลูโลสจากชานอ้อยในสารละลาย BMIMCl และปั่นเส้นใยด้วยวิธีการปั่นแบบปั่นแห้ง-ปั่นเปียก ด้วยอัตราเร็วในการดึงยืดที่แตกต่างกัน มีระดับความเป็นผลึกประมาณร้อยละ 71.29-74.37 ซึ่งสูงกว่าของเส้นใยเซลลูโลสประดิษฐ์จากเยื่อไม้ (ร้อยละ 65.44-66.65) ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับอัตราเร็วในการดึงยืดเส้นใย (ตารางที่ 3)

 

ตารางที่ 3  ระดับความเป็นผลึกของเส้นใยเซลลูโลสประดิษฐ์จากชานอ้อย และเส้นใยเซลลูโลสประดิษฐ์จากเยื่อไม้ที่มีอัตราเร็วในการดึงยืดแตกต่างกัน

ที่มา:  Jiang et. al. (2011)

ส่วนเส้นใยเซลลูโลสประดิษฐ์จากชานอ้อยที่เตรียมโดยการละลายเยื่อเซลลูโลสจากชานอ้อยในสารละลาย NMMO และปั่นเส้นใยด้วยวิธีการปั่นแบบปั่นแห้ง-ปั่นเปียก มีระดับความเป็นผลึกประมาณร้อยละ 48-60 ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับชนิดของสารที่ทำให้เส้นใยแข็งตัว (ตารางที่ 4)

ความหนาแน่นของเส้นใย

         จากการวิเคราะห์ความหนาแน่นของเส้นใย (fiber density) โดยนำเส้นใยไปลอยในของเหลวผสมของคาร์บอนเตตระคลอไรด์ (carbon tetrachloride) และนอมอล-เฮพเทน (n-heptane) ซึ่งทราบความหนาแน่น ที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส  พบว่า ตัวอย่างเส้นใยที่มีความเป็นผลึกร้อยละ 100 (crystalline sample) มีความหนาแน่น 1.620 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร และตัวอย่างที่มีความไม่เป็นผลึกร้อยละ 100 (amorphous sample) มีความหนาแน่น 1.415 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร  ส่วนเส้นใยเซลลูโลสประดิษฐ์จากชานอ้อยมีความหนาแน่นประมาณ 1.41-1.53 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร (ตารางที่ 4)

ตารางที่ 4  ความหนาแน่นและระดับความเป็นผลึกของเส้นใยเซลลูโลสประดิษฐ์จากชานอ้อยที่เตรียมโดยใช้            สารที่ทำให้เส้นใยแข็งตัว (coagulant) ชนิดต่างๆ

หมายเหตุ:  df คือ the cross-section of diameter of the solution dope at the spinneret exit. do คือ the fiber cross-sectional diameter at the take-up point.
ที่มา:  Uddin et. al. (2010)

---

เอกสารอ้างอิง
Jiang, W., L. Sun, A. Hao and J. Y. Chen. 2011. Regenerated cellulose fibers from waste bagasse using ionic liquid. Textile Research Journal. 81(18): 1949-1958.

Uddin, A. J., A. Yamamoto, Y. Gotoh and M. Nagura. 2010. Preparation and physical properties of regenerated cellulose fibers from sugarcane bagasse. Textile Research Journal 80(17): 1846-1858.
Villavicencio, E. J. 1980. Method for preparing bagasse dissolving pulp and producing rayon having a degree of polymerization of at least 800 therefrom. United States Patent. 4,199,399: 1-10.

*ศศิประภา รัตนดิลก ณ ภูเก็ต ภาควิชาคหกรรมศาสตร์ คณะเกษตร มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์