สัมภาษณ์และเรียบเรียงโดย งานพัฒนาคุณภาพการเผยแพร่เทคโนโลยีวัสดุ
ฝ่ายเผยแพร่เทคโนโลยี
ทีมวิจัยพัฒนาผลิตภัณฑ์พลาสติก กลุ่มวิจัยกระบวนการทางวัสดุและการผลิตอัตโนมัติ ดำเนินกิจกรรมการวิจัยพัฒนาและการให้บริการด้านเทคนิคในด้านต่างๆ ที่ทีมวิจัยมีความเชี่ยวชาญ ได้แก่ การเลือกและการพัฒนาวัสดุ การออกแบบและพัฒนาผลิตภัณฑ์พลาสติก การพัฒนากระบวนการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์พลาสติก และการวิเคราะห์ทดสอบผลิตภัณฑ์พลาสติก
“ผลิตภัณฑ์ท่อพอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูงจากวัสดุหมุนเวียนปรับปรุงคุณภาพ” เป็นหนึ่งในผลงานการวิจัยและพัฒนาของทีมวิจัยพัฒนาผลิตภัณฑ์พลาสติกที่ช่วยแก้ปัญหาเรื่องการจัดการของเสียที่เกิดขึ้นจากกระบวนการผลิตให้แก่บริษัท วิค จำกัด (มหาชน) ซึ่งเป็นผู้ผลิตและจัดจำหน่ายท่อ HDPE (High-Density Polyethylene), PVC (Polyvinyl chloride) และ PP-R (Polypropylene Random Copolymer) ที่มีคุณภาพได้มาตรฐานระดับสากล
ที่มา
ดร.บงกช หะรารักษ์ นักวิจัย ทีมวิจัยพัฒนาผลิตภัณฑ์พลาสติกเล่าว่า “ในการผลิตท่อ HDPE มักมีของเสียที่เกิดขึ้นจากกระบวนผลิต เช่น ท่อที่มีตำหนิ หรือท่อคุณภาพต่ำที่ผลิตในช่วงการปรับสภาวะกระบวนการขึ้นรูป เดิมทีบริษัทฯ กำจัดของเสียเหล่านี้โดยการขายทิ้งในราคาต่ำ แต่ถ้าบริษัทฯ สามารถนำเศษพลาสติกเหล่านี้กลับมาใช้งานใหม่ก็จะช่วยลดต้นทุนของวัตถุดิบ และลดปัญหาขยะพลาสติกได้ ด้วยเหตุนี้ทีมวิจัยเอ็มเทคจึงเข้าไปมีส่วนร่วมในการเพิ่มมูลค่าของเสียเหล่านี้ โดยพัฒนาสูตร HDPE คอมพาวนด์ให้มีสมบัติเทียบเท่ากับเม็ดพลาสติกใหม่ (virgin) เพื่อให้นำกลับมาผลิตเป็นท่อได้อีกครั้ง ซึ่งสอดคล้องกับนโยบายการขับเคลื่อนประเทศไทยด้วยโมเดลเศรษฐกิจ BCG (BCG Economy Model)”
แก้ปัญหาด้วยความเชี่ยวชาญ
การนำเศษ HDPE ที่เป็นของเสียกลับมาพัฒนาเป็นผลิตภัณฑ์ใหม่ยังมีข้อจำกัดหลายด้าน เนื่องจากกระบวนการคัดแยก การจัดเก็บ การบดย่อย และการอัดรีดเป็นเม็ดพลาสติกอีกครั้งทำให้ลักษณะโครงสร้างทางเคมีของ HDPE เปลี่ยนแปลงไป ซึ่งส่งผลต่อสมบัติทางกล (mechanical property) อัตราการไหลเมื่อหลอมเหลว (Melt Flow Rate, MFR)[1] และระยะเวลาการเกิดออกซิเดชัน (Oxidation-Induction Time, OIT)[2] ปัจจัยเหล่านี้ทำให้พลาสติก HDPE คอมพาวนด์จากวัสดุหมุนเวียนใช้ซ้ำมีสมบัติด้อยกว่าพลาสติก HDPE คอมพาวนด์ใหม่
ดร.บงกช เล่าว่า “การผลิตพลาสติก PIR (Post-Industrial Recycled plastics)[3] มีตัวแปรที่ต้องให้ความสำคัญ 2 ตัวหลักคือ ค่า OIT และค่า MFR จากการศึกษาค่า OIT ของพลาสติก HDPE คอมพาวนด์ใหม่ที่จะใช้เป็นวัสดุหลักในการผลิตท่อ เราพบว่าวัสดุในแต่ละล็อตมีความแปรปรวน (variation) ค่อนข้างสูง เช่น บางล็อตมีค่า OIT สูงมาก เมื่อนำมารีไซเคิลเป็นเม็ดพลาสติก PIR ค่า OIT ก็ยังอยู่ในเกณฑ์มาตรฐาน ในขณะที่บางล็อตมีค่าค่อนข้างต่ำตั้งแต่ต้น เมื่อนำไปรีไซเคิลก็มีโอกาสทำให้เม็ดพลาสติก PIR ตกมาตรฐานได้ (ภาพที่ 1) ส่วนค่า MFR ของพลาสติก HDPE คอมพาวนด์จากวัสดุหมุนเวียนใช้ซ้ำมีแนวโน้มเพิ่มสูงขึ้น”
[1] อัตราการไหลเมื่อหลอมเหลว (Melt Flow Rate, MFR) คือความสามารถในการไหลของพอลิเมอร์หลอมเหลวผ่านเครื่องวัด Melt flow index tester ซึ่งเป็นการวัดค่าความหนืดของพอลิเมอร์หลอมเหลว ค่าที่รายงานคือน้ำหนักของพอลิเมอร์ที่ไหลผ่านเครื่องวัดในเวลา 10 นาที โดยค่า MFR ที่ต่างกันของพอลิเมอร์ชนิดเดียวกันเกี่ยวข้องกับการกระจายตัวของน้ำหนักโมเลกุลของพอลิเมอร์ที่ต่างกันในแต่ละตัวอย่างที่นำมาทดสอบ ดังนั้นค่า MFR ที่เปลี่ยนไปสามารถบ่งบอกถึงการเปลี่ยนแปลงของค่าเฉลี่ยน้ำหนักโมเลกุล หรือลักษณะของกระจายตัวของน้ำหนักโมเลกุลที่เปลี่ยนไปได้
[2] ระยะเวลาการเกิดออกซิเดชัน (Oxidation-Induction Time, OIT) เป็นค่าที่บ่งถึงความเสถียรของวัสดุต่อการเสื่อมสภาพแบบออกซิเดทีฟภายใต้อุณหภูมิสูง โดยค่า OIT เป็นตัวบ่งชี้ว่าวัสดุที่ผ่านกระบวนการขึ้นรูปแล้วมีความเสถียรต่อความร้อนมากเพียงใด
[3] พลาสติก PIR (Post-Industrial Recycled plastics) คือ พลาสติกรีไซเคิลที่ผลิตจากพลาสติกที่เหลือทิ้งจากกระบวนการผลิตหรือแปรรูปในโรงงานอุตสาหกรรม
ภาพที่ 1 (ซ้าย) ค่า OIT ที่แปรปรวนของเม็ด HDPE คอมพาวนด์ใหม่จากผู้ผลิตเม็ดคอมพาวนด์ 2 บริษัท และ (ขวา) ค่า OIT คาดการณ์สำหรับคอมพาวนด์หมุนเวียนใช้ซ้ำหลังจากผ่านกระบวนการขึ้นรูปเป็นท่อ การบดย่อย และการอัดรีด/ตัดเป็นเม็ด
ในการแก้ไขปัญหาดังกล่าว ดร.บงกช อธิบายว่า “ทีมเลือกใช้วัสดุให้เหมาะกับปัญหาที่เกิดขึ้น อย่างปัญหาที่เกิดจากค่า OIT มีความแปรปรวน ทีมจะพิจารณาก่อนว่าควรเติมสารกลุ่มใด กรณีนี้เราเติมสารต้านอนุมูลอิสระ (antioxidant) ร่วมกับสารเพิ่มความเสถียรต่อแสง (light stabilizer) ส่วนค่า MFR ที่มีแนวโน้มเพิ่มสูงขึ้นก็จะเติมสารเชื่อมขวาง (crosslinker) ภายหลังจากเติมสารดังกล่าวพบว่า สามารถปรับค่า OIT ได้ดีขึ้น ในขณะที่ค่า MFR ก็ลดลง”
“เมื่อศึกษาการเกิดดายดรูลิง (die drooling) ที่เป็นสาเหตุทำให้ผิวท่อไม่เรียบขณะขึ้นรูป โดยเปรียบเทียบระหว่างสูตรผสม HDPE คอมพาวนด์ใหม่กับเม็ดพลาสติกหมุนเวียนใช้ซ้ำ และ HDPE คอมพาวนด์ใหม่กับเม็ดพลาสติกหมุนเวียนใช้ซ้ำที่ผ่านการปรับปรุงคุณภาพพบว่า สูตรผสม HDPE คอมพาวนด์ใหม่กับเม็ดพลาสติกหมุนเวียนใช้ซ้ำที่ผ่านการปรับปรุงคุณภาพส่งผลให้การเกิดดายดรูลิงลดลงอย่างเห็นได้ชัด”
ภาพที่ 2 ลักษณะของผิวท่อ (ซ้าย) ผิวท่อระหว่างกระบวนการขึ้นรูป และดายดรูลิงบริเวณปากทางออก (กลาง) ผิวด้านในของท่อ (ขวา) ผิวด้านนอกของท่อและลักษณะของดายดรูลิงที่หลุดติดมากับผิวท่อ
เมื่อถามถึงประสบการณ์ของทีมวิจัยเกี่ยวกับการแก้ปัญหาดังกล่าว ดร.บรรพต ไม้งาม นักวิจัย ทีมวิจัยพัฒนาผลิตภัณฑ์พลาสติกกล่าวว่า “ทีมวิจัยเรามีความเชี่ยวชาญในกระบวนการคอมพาวนด์ (compounding) และกระบวนการขึ้นรูปพลาสติก เพื่อพัฒนาเป็นผลิตภัณฑ์ต่างๆ โดยโจทย์วิจัยส่วนใหญ่จะมาจากภาคอุตสาหกรรมที่มีหัวข้อที่หลากหลายแตกต่างกันไป ในส่วนของการพัฒนาเป็นผลิตภัณฑ์ท่อพอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูงจากวัสดุหมุนเวียนปรับปรุงคุณภาพ เป็นหัวข้อวิจัยที่ทางทีมยังไม่เคยทำมาก่อน ซึ่งเราได้ใช้องค์ความรู้ที่เรามีทั้งในด้านการเลือกวัสดุ การทำคอมพาวนด์ และการตรวจสอบความถูกต้อง (validation) ที่ทีมมีความเชี่ยวชาญมาช่วยแก้ปัญหา”
“นอกจากเรื่องของวัสดุแล้ว ทีมวิจัยยังแก้ปัญหาในมิติอื่นร่วมด้วย แนวทางในการแก้ปัญหาทีมวิจัยต้องศึกษาวิจัยใน 3 มิติควบคู่กันไป ได้แก่ วัสดุ เครื่องจักร และสภาวะของกระบวนการขึ้นรูป ซึ่งในเรื่องของวัสดุเราสามารถแก้ไขได้แล้ว ส่วนเครื่องจักรเป็นสิ่งที่ไม่สามารถแก้ไขได้ แต่สิ่งที่สามารถปรับได้คือ สภาวะในการผลิต” ดร.บงกช กล่าวเสริม
การปรับสภาวะในกระบวนการผลิตจริง ทีมวิจัยต้องมีการวางแผนในการดำเนินงานเป็นอย่างดี ดร.บงกชเล่าว่า “การขึ้นรูปผลิตภัณฑ์ท่อต้องไปทำที่โรงงานและใช้เวลาประมาณ 3 วันต่อการผลิต 1 ครั้ง การเช็ตสภาวะเครื่องมือเป็นขั้นตอนที่ต้องใช้เวลา แม้ทีมวิจัยจะมีองค์ความรู้ในเชิงเทคนิค แต่ก็ต้องสื่อสารกับผู้ปฏิบัติงานจริง เพราะเขามีประสบการณ์และความรู้ในเชิงปฏิบัติมากกว่า ปัญหาที่เราพบคือ ในกระบวนการขึ้นรูปด้วยเครื่องอัดรีด ผู้ปฏิบัติงานใช้ความร้อนค่อนข้างสูง ซึ่งการใช้อุณหภูมิที่สูงมากจะทำให้วัสดุเกิดการเสียสภาพไปก่อนจะเริ่มการผลิต ทำให้ผิวท่อที่ผลิตได้ไม่เรียบ ดังนั้น ทีมจึงแก้ปัญหาโดยหาสภาวะที่เหมาะสมที่วัสดุจะไม่เกิดการเสียสภาพ”
ภาพที่ 3 การผลิตท่อจากคอมพาวนด์หมุนเวียนปรับปรุงคุณภาพ
“จากการทดลองผลิตท่อจากสูตรคอมพาวนด์และสภาวะการขึ้นรูปที่ทีมวิจัยเอ็มเทคพัฒนาพบว่า ทั้งผลิตภัณฑ์ท่อน้ำดื่มและท่อเพื่อการเกษตรที่ผลิตจากวัสดุหมุนเวียนปรับปรุงคุณภาพผ่านมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม (มอก.) อีกทั้งได้รับอนุสิทธิบัตรเกี่ยวกับกรรมวิธีการใช้งานสารเชื่อมขวางในการแก้ไขปัญหาดายดรูลิง ส่วนผลิตภัณฑ์ยังสามารถขึ้นบัญชีนวัตกรรมไทยได้อีกด้วย ปัจจุบันผลิตภัณฑ์ท่อดังกล่าวได้ผลิตและจำหน่ายจริงแล้ว”
ภาพที่ 4 คุณภาพผิวท่อที่ผลิตจากคอมพาวนด์หมุนเวียนปรับปรุงคุณภาพ
ความท้าทาย
เมื่อถามถึงความท้าทายของงานวิจัย ดร.บรรพตกล่าวว่า “ขั้นตอนการเติมสารเชื่อมขวาง โดยทั่วไปเราสามารถเติมสารในลักษณะผงเข้าเครื่องได้เลย แต่งานนี้เราทำเช่นนั้นไม่ได้ เพราะการใช้สารเชื่อมขวางในงานนี้มีข้อจำกัดที่ใช้สารเพียงปริมาณน้อยและสารสามารถโดนความร้อนได้เพียงครั้งเดียว เราจึงต้องหาวิธีใหม่โดยพยายามใช้เครื่องมือที่บริษัทมีอยู่ ส่วนวัสดุต่างๆ ก็พยายามใช้ที่มีจำหน่ายในท้องตลาดจะได้ไม่มีค่าใช้จ่ายเพิ่ม”
ดร.บงกชอธิบายเพิ่มเติมว่า “เราคิดวิธีการใส่สารเชื่อมขวางใหม่โดยนำมาละลายในตัวทำละลายอินทรีย์และใส่ในฟองน้ำในปริมาณน้อยๆ (ระดับส่วนในล้านส่วน หรือ ppm) จากนั้นเมื่อระเหยตัวทำละลายออกก็จะสามารถนำตัวทำละลายกลับไปใช้ซ้ำได้ เมื่อเติมในพอลิเมอร์ พอลิเมอร์ที่ผ่านกระบวนการ สายโซ่จะสั้นลง ส่วนสารเชื่อมขวางเมื่อโดนความร้อนก็จะทำงานโดยเข้ามาจับสายโซ่พอลิเมอร์ที่สั้นให้มาต่อกัน งานนี้ใหม่ที่เราเติมสารที่เป็นสารเชื่อมขวางในฟองน้ำ ซึ่งโดยทั่วไปสารที่เติมในฟองน้ำมักเป็นน้ำมัน”
เกี่ยวกับแนวคิดดังกล่าว ดร.บงกช เล่าว่า “ก่อนหน้านี้เคยพัฒนาฟิล์มกันฝ้า (antifog) ซึ่งจะต้องเติมน้ำมันเข้าในเนื้อพอลิเมอร์ แต่การทำเช่นนี้ไม่ใช่เรื่องง่ายเพราะน้ำมันจะพยายามแยกตัวออกจากพอลิเมอร์ จึงต้องนำน้ำมันใส่ในฟองน้ำเสียก่อนที่จะนำไปใส่ในผลิตภัณฑ์ เราจึงดัดแปลงวิธีดังกล่าวนำมาใช้กับสารเชื่อมขวาง”
จุดแข็งของทีมวิจัย
ดร.บงกช กล่าวถึงจุดแข็งของทีมวิจัยพัฒนาผลิตภัณฑ์พลาสติกว่า “ทีมวิจัยมีความเชี่ยวชาญและองค์ความรู้ในหลากหลายสาขา สามารถเป็น ‘Solution Provider’ ให้แก่อุตสาหกรรมได้ นอกจากการช่วยแก้ปัญหาแล้ว เรายังสามารถพัฒนาผลิตภัณฑ์ใหม่ สร้างนวัตกรรม ออกแบบแม่พิมพ์และชิ้นส่วนต่างๆ อีกทั้งสามารถสร้างแบบจำลองของผลิตภัณฑ์ที่ออกแบบใหม่ได้ก่อนการผลิตจริงด้วย”
“นอกจากนี้ เรายังเป็นจุดเชื่อมต่อให้แก่อุตสาหกรรม เช่น กรณีของการผลิตผลิตภัณฑ์ท่อพอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูงจากวัสดุหมุนเวียนปรับปรุงคุณภาพ เราได้แนะนำบริษัทผู้ผลิตคอมพาวนด์ให้แก่บริษัท วิค จำกัด (มหาชน) ซึ่งเป็นผู้ผลิตท่อ เรามีงานรับจ้างวิจัย การบริการวิเคราะห์ทดสอบต่างๆ การบริการเชิงเทคนิค โดยทดลองทำในระดับแล็บและไพลอตเพื่อประหยัดค่าใช้จ่ายให้แก่อุตสาหกรรม ตลอดจนการอบรมเรื่องเฉพาะทางให้แก่อุตสาหกรรมที่สนใจด้วย”
สิทธิประโยชน์สำหรับผู้ประกอบการ
สำหรับผู้ประกอบการธุรกิจขนาดกลางและขนาดย่อมที่ต้องการผู้เชี่ยวชาญเฉพาะทางเพื่อให้คำปรึกษาและช่วยเหลือสามารถขอทุนสนับสนุนจากโปรแกรมสนับสนุนการพัฒนาเทคโนโลยีและนวัตกรรม (Innovation and technology assistance program, ITAP) ซึ่งเป็นหน่วยงานภายใต้ สวทช. ได้ (https://itap.nstda.or.th/th/)
ข้อมูลเพิ่มเติม
สนใจรายละเอียดติดต่อ
คุณกนกพร มั่นสกุล นักวิเคราะห์
งานประสานธุรกิจและอุตสาหกรรม ฝ่ายพัฒนาธุรกิจ
โทรศัพท์: 0 2564 6500 ต่อ 4305
อีเมล: kanokpom@mtec.or.th
ขอบคุณข้อมูลจาก
ดร.บงกช หะรารักษ์ และ ดร.บรรพต ไม้งาม นักวิจัย ทีมวิจัยพัฒนาผลิตภัณฑ์พลาสติก กลุ่มวิจัยกระบวนการทางวัสดุและการผลิตอัตโนมัติ ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ (เอ็มเทค)