สัปดาห์ก่อน “FSci Q1 Research” อะตอมพาไปเปิดโลกกับจักรวาลหลุ่มดำ วันนี้อะตอมจะพาทุกท่านมาพบกับ สุดยอดยางพารากับสารเติมแต่ง DES (Deep Eutectic Solvent) ??
.
อะตอมได้มีโอกาสเข้าไปสัมภาษณ์ ดร.เยี่ยมพล นัครามนตรี อาจารย์ประจำภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ หนึ่งในทีมวิจัยผลงานสารเติมแต่งในยางพาราของกลุ่มวิจัย SPICE อาจารย์เล่าให้ฟังว่า ปัจจุบันในกระบวนการผลิตยางพาราให้มีคุณสมบัตินำไฟฟ้าสามารถทำได้โดยการใช้สารตัวเติมผสมลงไปในยางพารา ได้แก่ การเติมของเหลวไอออนิก (Ionic liquid) สำหรับเพิ่มไอออนบวกและลบ หรือการเติมวัสดุท่อนาโนคาร์บอน (Carbon nanotube) ที่มีอิเล็กตรอนคู่โดนเดี่ยว ????
.
ซึ่งสารตัวเติมทั้ง 2 ชนิดนี้จะช่วยให้ยางพารามีคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าได้ แต่อย่างไรก็ตามข้อจำกัดของการใช้สารในกลุ่มนี้ คือ ราคาของ Ionic liquid มีมูลค่าสูงกว่าหนึ่งแสนบาทต่อกิโลกรัม อีกทั้งสารเหล่านี้จะไปลดทอนความสามารถในการยืดหยุ่นของยางพาราทำให้ขาดง่าย หรือเสียสภาพความยืดหยุ่นไป และควบคุมการกระจายตะวของสารในยางได้ยาก ??
.
ด้วยเหตุนี้ทีมวิจัยจึงพัฒนาสารตัวเติมขึ้นมา 2 ชนิด สำหรับใช้ผสมในสูตรยางพารานำไฟฟ้า ตัวแรกเป็นสารตัวเติมจาก Choline chloride และ Urea เรียกว่า DES (Deep Eutectic Solvent) และตัวที่สอง คือ สารตัวเติมที่ผสมซิงออกไซด์ เรียกว่า ZnO-Dissolved ChCl-Urea (mDES) ซึ่งทั้ง 2 ตัวนี้ถูกนำมาผสมกับยางพารา 2 ประเภท ได้แก่ ยางพาราธรรมชาติ (Natural Rubber หรือ NR) เพื่อศึกษาผลของสารตัวเติมกับยางพาราแบบไม่มีขั้ว และยางพาราอีพอกซี่ (Epoxidized NR หรือ ENR) เพื่อศึกษาผลของสารตัวเติมกับยางพาราแบบมีขั้ว ??
.
จากการศึกษาและพัฒนาการวิจัยสารตัวเติมทั้ง 2 ชนิด ทีมวิจัยได้ประสบความสำเร็จในการปรับปรุงคุณภาพยางพาราจากสารตัวเติมสำหรับเปลี่ยนคุณสมบัติน้ำยางพาราให้มีความสามารถในการนำไฟฟ้าแต่ยังคงความยืดหยุ่นที่เป็นจุดเด่นของยางพาราได้ โดยทีมวิจัยได้ใช้สารตัวเติมที่พัฒนาขึ้นแล้วทำการขึ้นรูปผ่านกระบวนการทำให้ยางคงรูป (Vulcanization) จากนั้นนำไปทดสอบคุณสมบัติทางกลและคุณสมบัติทางไฟฟ้าของยางพาราที่อุณหภูมิ -20 ºC และ 60 ºC ??
.
ผลการวิจัยพบว่า สารตัวเติมที่พัฒนาขึ้นสามารถเพิ่มความสามารถในการนำไฟฟ้าฟ้าได้สูงกว่าการใช้สารตัวเติมจาก Ionic liquid และเพิ่มประสิทธิภาพของสมบัติทางกล เช่น ทำให้ความสามารถในการยืดหยุ่น (Elasticity) สูงขึ้น และที่สำคัญสารตัวเติม DES ที่ถูกพัฒนาขึ้นสามารถช่วยลดระยะเวลาในการอัดขึ้นรูปยางพาราที่อุณหภูมิ 160 ºC จากเดิมจะใช้ระยะเวลาประมาณ 6 – 10 นาที แต่ทีมวิจัยสามารถลดเวลาเหลือเพียง 1 – 2 นาที เท่านั้น ซึ่งในอุตสาหกรรมการผลิตยางแปรรูปถือว่ามีผลอย่างมากในกระบวนการผลิตที่สามารถลดเวลาและพลังงานที่ใช้ในกระบวนการผลิตลงได้ ??
.
หลายคนอาจตั้งคำถามว่า การเปลี่ยนคุณสมบัติยางที่เป็นฉนวนให้กลายเป็นยางนำฟ้าจะมีประโยชน์อย่างไร? ยางที่นำไฟฟ้าได้จะมีความแตกต่างกับวัสดุนำไฟฟ้าทั่วไปหรือไม่ อย่างไร? จากการสัมภาษณ์กับอาจารย์เยี่ยมพล ทำให้รู้เลยว่าประโยชน์ของยางนำไฟฟ้ามันคือจุดเปลี่ยนของการเพิ่มมูลค่าให้กับอุตสาหกรรมยางพาราไทยที่จะทำให้น้ำยางพาราธรรมดากลายเป็นน้ำยางที่มีคุณค่าต่อการพัฒนาเทคโนโลยีต่าง ๆ ???
.
ยางนำไฟฟ้าจะเป็นตัวทำลายข้อจำกัดของการใช้วัสดุนำไฟฟ้าที่ไม่สามารถยืดหยุ่นได้เพื่อตอบโจทย์การสร้างเทคโนโลยีที่หลากหลาย ไม่ว่าจะเป็นการนำยางไฟฟ้ามาใช้ในการสร้าง “หุ่นยนต์นิ่ม (Soft Robot)” ที่อาศัยการออกแบบวงจรและสายตัวนำไฟฟ้าที่ต้องการความยืดหยุ่นสูงและมีความแข็งแรงแต่สามารถนำไฟฟ้าได้ดี หรือแม้แต่การทำ Motion Sensor จากเส้นยางพารานำไฟฟ้าที่อาศัยหลักการเปลี่ยนสัญญาณทางไฟฟ้าจากการเคลื่อนไหวในลักษณะยืดหดของยางพารา ??
.
และการประยุกต์อีกด้านที่สำคัญ คือ การพัฒนายางรถยนต์สำหรับเทคโนโลยีการสร้างกระแสไฟฟ้าผ่านการเคลื่อนที่ทางกลของล้อยางเพื่อตอบโจทย์อุตสาหกรรมยานยนต์ที่ขับเคลื่อนโดยมอเตอร์ไฟฟ้าแทนการใช้เครื่องยนต์ (Electric Vehicle) ได้ในอนาคต ???
.
และนี่คืออีกหนึ่งความภาคภูมิใจในผลงานวิจัยของบุคลากร คณะวิทยาศาสตร์ ซึ่งเป็นประโยชน์อย่างมากในการพัฒนาอุตสาหกรรมยางพาราที่จะช่วยเพิ่มขีดความสามารถและมูลค่าของยางพาราไทย ???
.
ผลงานชิ้นนี้เกิดจากความร่วมมือหลายศาสตร์และได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Polymer Testing ปี 2021 (Q1, Impact factor 3.275) และได้รับรางวัล Best Research Award จาก NESIN 2021 Awards (International Research Awards on New Science Inventions) for the Contribution and Honorable Achievement in Innovation Research ในชื่อผลงาน “Positive Synergistic Effects on Vulcanization, Mechanical and Electrical Properties of Using Deep Eutectic Solvent in Natural Rubber Vulcanizates”
#FSciResearchInnovation #KMUTT