สกว. - นักวิจัยมหิดลทำถุงมือยางเคลือบอนุภาคนาโน เพิ่มความขรุขระ ลดแรงเสียดทาน ใช้งานสะดวกยิ่งขึ้น ที่สำคัญช่วยเพิ่มมูลค่าทางเศรษฐกิจให้น้ำยางของไทย
ยางธรรมชาติที่ประเทศไทยส่งออกนั้นส่วนมากจะอยู่ในรูปวัตถุดิบ เช่น ยางแผ่น และน้ำยางข้น ทำให้มีมูลค่าทางการค้าไม่สูง จึงต้องมีการศึกษาวิจัยเพื่อให้ความรู้ความเข้าใจอย่างดีเกี่ยวกับโครงสร้างพื้นฐาน ส่วนประกอบที่แน่นอนของน้ำยางและอนุภาคยาง ซึ่งจะเป็นองค์ความรู้ที่นำไปสู่การคิดค้นนวัตกรรมใหม่ รวมทั้งหาวิธีปรับแต่งให้ได้ผลิตภัณฑ์แบบใหม่ๆ ทำให้มีสมบัติดีขึ้นกว่าเดิมหรือลดข้อด้อยอันจะทำให้ยางธรรมชาติมีมูลค่าเพิ่มมากขึ้น
ด้วยเหตุผลดังกล่าว ศ.ดร.ประมวล ตั้งบริบูรณ์รัตน์ จากภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล จึงได้รับการสนับสนุนทุนงานวิจัยองค์ความรู้ใหม่ที่เป็นพื้นฐานต่อการพัฒนาจากฝ่ายวิชาการ สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย (สกว.) เพื่อทำวิจัยเรื่อง “การปรับแต่งพื้นผิวของแผ่นฟิล์มที่เตรียมจากน้ำยางธรรมชาติด้วยอนุภาคนาโน”
หลังจากที่ได้นำเทคนิค phase transfer ซึ่งเคยใช้ได้ดีในการศึกษาประจุที่ผิวของอนุภาคของพอลิเมอร์ในลาเทกซ์มาวิเคราะห์ผิวของอนุภาคยางในน้ำยางธรรมชาติ และหาปริมาณประจุที่ผิวของอนุภาคยาง พบว่ามี protein-lipid อยู่ที่ผิวของอนุภาคในลักษณะเป็นกลุ่มๆ ต่อมาจึงได้นำเทคนิคดังกล่าวมาวิจัยเพื่อนำน้ำยางธรรมชาติไปใช้ในรูปแบบใหม่ๆ รวมทั้งศึกษาปฏิกิริยาพรีวัลคาไนซ์ (prevulcanization)ด้วยระบบ sulphur และ peroxide ที่ต้องใช้กันโดยทั่วไปในอุตสาหกรรมน้ำยาง เพื่อให้ผลิตภัณฑ์ยางที่ได้มีความแข็งแรง
โครงการวิจัยนี้เป็นการศึกษาเพื่อปรับแต่งพื้นผิวของแผ่นยางที่เตรียมจากน้ำยางธรรมชาติชนิดน้ำยางข้นที่มีแอมโนเนียสูง และ/หรือน้ำยางพรีวัลคาไนซ์ ให้มีความแข็งและ/หรือมีความขรุขระเพิ่มขึ้น ส่งผลให้การเสียดทานบนผิวยางต่ำลง โดยไม่ทำให้สมบัติเชิงกลของแผ่นยางที่ดีอยู่แล้วเกิดการเปลี่ยนแปลง ทั้งนี้ก็เพื่อแก้ปัญหาของวิธีการเดิมๆ ที่นิยมใช้เพื่อทำให้ผิวของถุงมือลื่นขึ้น เพื่อสะดวกต่อการสวมใส่หรือถอดออก โดยการโรยแป้งหรือทำให้เกิดปฏิกิริยาฮาโลจีเนชัน ซึ่งก่อให้เกิดปัญหาในการนำถุงมือไปใช้ โดยเฉพาะในกระบวนการผลิตอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ หรือในทางการแพทย์ เพราะการฟุ้งของฝุ่นแป้ง พื้นผิวที่ลื่นมากหรือเสื่อมสภาพได้ง่ายของถุงมือที่ผ่านกรรมวิธีฮาโลจีเนชัน
เทคนิคใหม่ในการวิจัยเพื่อการปรับแต่งพื้นผิวของแผ่นยางในที่นี้ทำได้ 2 วิธี วิธีแรก คือ การติดอนุภาคขนาดนาโนของพอลิเมอร์ที่มีความแข็ง ได้แก่ พอลิเมทิล เมทาคริเลต ที่สังเคราะห์ขึ้นในรูปแบบลาเทกซ์ ลงบนผิวของแผ่นยางธรรมชาติ ด้วยเทคนิคการเคลือบผิวทีละชั้น (LbL) ซึ่งต้องทำให้เกิดประจุบนผิวของแผ่นยางก่อนด้วยการใช้พลาสมาทำให้เกิดหมู่ฟังก์ชัน แล้วจึงกราฟท์ด้วยพอลิอะคริลาไมด์ภายใต้แสง UV วิธีที่ 2 ได้แก่ การจุ่มแผ่นยางธรรมชาติลงในคอลลอยด์ของมอนอเมอร์ของเมทิล เมทาคริเลต ที่ผสมกับตัวริเริ่มปฏิกิริยาแบบรีดอกซ์ แล้วจึงพอลิเมอร์ไรซ์มอนอเมอร์ที่บวมตัวบริเวณผิวของแผ่นยางได้เป็นพอลิเมทิล เมทาคริเลต บนผิวของแผ่นยางโดยตรง ซึ่งก็จะได้ลักษณะเป็นกลุ่มเล็กๆ ของพอลิเมทิล เมทาคริเลต หรือเป็นร่างแหชนิดสอดประสาน IPNs (interpenetrating polymer networks) ระหว่างยางกับพลาสติกที่มีขนาดระดับนาโน ทำให้ผิวยางที่ปรับแต่งแล้วมีความแข็งและขรุขระเพิ่มขึ้น
จากนั้นนักวิจัยได้ทำการศึกษาผิวของแผ่นยางก่อนการปรับแต่ง โดยใช้เทคนิคอินฟราเรดสเปคโตรสโครปีและการวัดมุมสัมผัสผิวของหยดน้ำบนผิวของชิ้นงาน ก่อนพิสูจน์ว่ามีพอลิเมทิล เมทราคริเลต บนผิวของแผ่นยางหลังการปรับแต่ง ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด และแบบแรงอะตอม ศึกษาตัวแปรต่างๆ ที่มีผลต่อประสิทธิภาพการติดอนุภาคพอลิเมทิล เมทราคริเลต บนแผ่นยาง อาทิ ผลของความแรงของอิออน เวลาที่ใช้ในการจุ่มชิ้นงาน และความเข้มข้นของลาเทกซ์ เป็นต้น
ต่อมาได้ศึกษาสมบัติเชิงกลของแผ่นยางพรีวัลคาไนซ์ที่ปรับแต่งแล้ว ได้แก่ การวัดค่าการทนแรงดึง และค่าความยาวของชิ้นงานที่จุดขาด ผลการทดลองแสดงว่าการปรับแต่งผิวยางทั้ง 2 วิธี ไม่ได้ส่งผลกระทบต่อสมบัติเชิงกลที่ดีอยู่แล้วของแผ่นฟิล์มยาง โดยค่าที่ได้อยู่ในช่วงเดียวกับค่าที่ได้จากการทดสอบถุงมือมาตรฐานทั่วไป ทั้งนี้พื้นผิวของแผ่นยางหรือถุงมือยางที่วิจัยได้ในงานวิจัยนี้มีความขรุขระมากขึ้น และแรงเสียดทานบนผิวต่ำลง ส่งผลให้เกิดความสะดวกมากขึ้นเมื่อสวมใส่หรือถอดออก อีกทั้งยังรู้สึกสบายในขณะที่สวมถุงมือด้วย
ทั้งนี้ นักวิจัยได้เตรียมอนุภาคพอลิเมอร์ผสมชนิดที่มีการสอดประสานแบบ IPNs ที่ประกอบด้วยยางธรรมชาติชนิดอิพ็อกซิไดซ์ และพอลิเมทิล เมทราคริเลต รวมทั้งได้ศึกษาเพื่อนำนาโนในแคบซูลที่บรรจุยาฆ่าเชื้อโรคที่เตรียมขึ้นมาใช้แทนอนุภาคพอลิเมทิล เมทราคริเลต เพื่อเตรียมถุงมือที่ใช้ในทางการแพทย์ต่อไป
