อทิตยา โต๊ะสัน1,2, รศ.ดร.ปราณี ภิญโญชีพ2,3, สุเมธ กิตติภูมิ2, ดร.วันวิสา พัฒนศิริวิศว3 และ Yuko Ikeda1

1 Graduate School of Science and Technology, Kyoto Institute of Technology, Kyoto, Japan

2 สาขาวิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล

3สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน)

          ปัจจุบันยางพาราธรรมชาติถูกนำมาใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตวัสดุอุปกรณ์ต่างๆ มากมายหลายชนิดเพื่อใช้ในเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการใช้ชีวิตประจำวัน จนเหมือนเป็นสิ่งจำเป็นที่ขาดไม่ได้ เช่น ยางรัดของ หมอน ที่นอน อุปกรณ์ด้านการแพทย์ ยางรถยนต์ ถุงมือยาง สายพานขนส่ง ชิ้นงานทางด้านวิศวกรรม และผลิตภัณฑ์ต่างๆ ที่ใช้ในงานก่อสร้าง เป็นต้น กระบวนการแปรรูปยางธรรมชาติให้เป็นเป็นผลิตภัณฑ์จากยางพาราที่มีคุณสมบัติตามที่ต้องการนั้น สามารถทำได้โดยการเติมสารเคมีชนิดต่างๆ เช่น กำมะถัน ผงเขม่าดำ (carbon black) และสารตัวเร่งต่างๆ เป็นต้น สำหรับผงเขม่าดำถือเป็นสารเสริมแรงที่สำคัญที่สุดในอุตสาหกรรมการผลิตยางรถยนต์ เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลให้ดียิ่งขึ้น ทำให้ทนต่อแรงดึง ทนต่อการฉีกขาด และรองรับการกระแทก อย่างไรก็ตามผงเขม่าดำนั้นได้จากการกลั่นปิโตรเลียม ซึ่งอาจจะหมดไปในไม่ช้า ดังนั้นจึงได้มีการใช้สารซิลิกาเป็นตัวเสริมความแข็งแรงแทนผงเขม่าดำ ซึ่งนอกจากจะเป็นตัวเสริมแรงแล้วยังช่วยให้ประหยัดน้ำมันในการขับรถและการลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากการใช้รถบนถนนอีกด้วย

คณะผู้วิจัยจึงได้ทำการศึกษาผลของการเติมสารซิลิกาเข้าไปในยางธรรมชาติแบบ in situ โดยใช้เทคนิคการดูดกลืนรังสีเอกซ์ ณ สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน เพื่อศึกษาซัลเฟอร์คลอสลิงค์ ในกระบวนการวัลเคไนเซซั่น เมื่อมีการเติมสารซิลิกาลงในยางธรรมชาติ โดยกระบวนการวัลคาไนซ์เซซั่นนี้จะเป็นการบอกถึงคุณสมบัติเชิงกลของยางธรรมชาติ เช่น ความยืดหยุ่น เป็นต้น

รูปที่ 1 แสดงสเปกตรัม X-ray Absorption Near Edge Structure (XANES) ของซัลเฟอร์เมื่อมีการเติมสารซิลิกาลงไป ในประมาณ 10, 19 และ 35 phr (part per one hundred of rubber: ส่วนในร้อยส่วนของยางโดยน้ำหนัก) โดยจะเห็นว่าตำแหน่งยอดแหลมของข้อมูลอยู่ที่ประมาณ 2471.4 ถึง 2471.7 eV ซึ่งสอดคล้องกับ polysulfidic โดยยางธรรมชาติเมื่อยังไม่เติมสารซิลิกา (NR20-S) พบว่ามีตำแหน่งยอดแหลมของข้อมูลที่ 2471.5 และเมื่อเพิ่มปริมาณซิลิกา พบว่าตำแหน่งยอดแหลมของข้อมูลมีค่าเพิ่มขึ้น โดยตำแหน่งยอดแหลมของข้อมูลของ NR20-Si35-S อยู่ที่ 2471.7 eV นั้นแสดงว่าความยาวพันธะของ polysulfidic (C–Sx–C (x = 1, 2, 3, 4)) มีค่าลดลง และเกิดเป็น พันธะสั้นๆ ของพันธะ polysilfidic ขึ้นแทน เนื่องจาการเติมสารซัลเฟอร์เข้าไปภายหลังจากที่เติมสารซิลิกาแล้วนั้น ทำให้ซัลเฟอร์ที่ใส่เข้าไปภายหลังเกิดการจับตัวกับเป็นหมู่ silanol (SiH₃OH) บนซิลิกาในยางธรรมชาติ ขณะเดียวกันซัลเฟอร์ที่อยู่ในยางบางส่วนอาจจะถูกจับกับสารซิลิกาที่อยู่รอบๆ เนื้อยางเมื่อแห้งลง เพราะได้มีการพบสารซัลเฟอร์คลอสลิงค์รอบๆ อนุภาคของยาง

สเปกตรัม XANES ในรูปที่ 2 สนับสนุนว่าการเกิดหมู่ silanol ในซัลเฟอร์วัลเคไนเซชั่นนั้นสามารถเปรียบเทียบได้จากการเตรียมตัวอย่างยางธรรมชาติที่มีเปอร์เซ็นต์เนื้อยางแห้ง (DRC) ที่ต่างกัน โดยจะเห็นได้ว่าตำแหน่งยอดแหลมของข้อมูลของ NR20-Si10 และ NR30-Si12 นั้นเป็นพันธะ polysulfidic แต่ความสูงของตำแหน่งยอดแหลมของข้อมูลของ NR30-Si10 นั้นต่ำกว่าและมีค่าการดูดกลืนรังสีเอกซ์ที่ค่าพลังงานสูงกว่า NR20-Si12 ซึ่งแสดงว่าการเพิ่มจำนวนพันธะของ polysulfidic ใน NR30-Si10 นั้นน้อยกว่า NR20-Si12 เนื่องมาจากตัวอย่าง NR30-Si10 นั้นมีความเข้มข้นของเนื้อยาง รวมทั้งซัลเฟอร์และซิลิกาที่มากกว่า NR20-Si12 ทั้งๆ ที่อัตราส่วนในร้อยส่วนของยางโดยน้ำหนักมีค่าเท่ากัน

การเติมสารซิลิกาลงไปจะช่วยให้ยางแข็งแรงขึ้นได้โดยสามารถดูได้จากพันธะ polysulfidic สายสั้นเพิ่มมากขึ้น และการเติมสารซิลิกาแบบ in situ จะเป็นนำไปทำวัสดุยางที่หลากหลายได้ ซึ่งงานวิจัยนี้จะนำไปสู่การพัฒนาและนำสารซิลิกาไปใช้ในยางธรรมชาติ

 

 

 

 

เอกสารอ้างอิง

Atitaya Tohsana, Pranee Phinyocheep, Sumet Kittipoom, Wanwisa Pattanasiriwisawa and Yuko Ikeda, “Novel biphasic structured composite prepared by in situ silica filling in natural rubber latex. Polym. Adv. Technol. (2011). Online published: 13 SEP 2011, DOI: 10.1002/pat.2051.