ท่ามกลางการระบาดของโควิด-19 เราได้เห็นความสำคัญของการขนส่งอาหาร การเก็บถนอมอาหารในช่วงล็อคดาวน์ ซึ่งบรรจุภัณฑ์คือปัจจัยหนึ่งที่ช่วยเก็บรักษาความสดใหม่และคุณค่าทางโภชนาการไว้ได้ และปัจจุบันในอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์อาหารนิยมนำฟิล์มคาร์บอนเสมือนเพชร (Diamond-Like Carbon) หรือเรียกสั้นๆ ว่าฟิล์มดีแอลซี (DLC) มาประยุกต์ใช้กับบรรจุภัณฑ์อาหารมากขึ้น

สมบัติที่โดดเด่นของฟิล์มดีแอลซีมีหลายอย่าง เช่น มีความเฉื่อยต่อปฏิกิริยาทางเคมีจึงไม่ทำปฏิกิริยาที่ก่อเกิดอันตรายใดๆ ทนต่อกัดกร่อนสูง มีความแข็งสูง ไม่เป็นพิษต่อร่างกายหรือสิ่งแวดล้อม และแรงเสียดทานต่ำทำให้สามารถยึดอายุการใช้งานผลิตภัณฑ์ได้ ในหลายๆ อุตสาหกรรมจึงประยุกต์ใช้งานฟิล์มบางชนิดนี้กันมากขึ้น

แบบจำลองเครื่องผลิตฟิล์ม DLC

สำหรับกลุ่มอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์อาหารได้มุ่งเน้นการใช้เทคโนโลยีสมัยใหม่ที่มีความเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น ขณะเดียวกันก็ให้ความสำคัญต่อสมบัติอันเป็นเยี่ยมของบรรจุภัณฑ์ด้วย ซึ่งฟิล์มบางดีแอลซีมีสมบัติที่ตอบโจทย์ดังกล่าว ได้แก่ อัตราการซึมผ่านแก๊สออกซิเจน (Oxygen Transmission Rate: OTR) ที่ต่ำ ความหนาแน่นสูง การป้องกันความชื้น ความยืดหยุ่นสูง ง่ายต่องานพิมพ์ และยังนำไปรีไซเคิลได้

 

ทั้งนี้ คุณสมบัติที่ดีของฟิล์มดีแอลซีขึ้นกับหลายปัจจัย หนึ่งในนั้น คือ วิธีการสังเคราะห์ฟิล์มดีแอลซีด้วย “วิธีเพิ่มการตกสะสมด้วยพลาสมาจากไอระเหยเชิงเคมีในย่านความถี่วิทยุ (Radio Frequency Plasma Enhanced Chemical Vapor: RF-PECVD)” ซึ่งเป็นวิธีการที่ได้รับความนิยมใช้ เพราะมีกระบวนการไม่ซับซ้อน ต้นทุนต่ำ และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

 

งานวิจัยที่ได้รับการสนับสนุนการบูรณาการเทคโนโลยีจาก บริษัท เบทาโกร จำกัด (มหาชน) และบริษัท เอสซีจี เคมิคอลส์ จำกัด พบว่า ฟิล์มดีแอลซีที่เคลือบบนพลาสติก PET นั้นให้ความหนาแน่นของฟิล์มสูง ส่งผลให้ได้ค่าอัตราการซึมผ่านแก๊สออกซิเจนต่ำ และสามารถนำไปประยุกต์ใช้กับงานบรรจุภัณฑ์อาหารสด กึ่ง-แห้ง และอาหารแห้ง ตามลำดับ อีกทั้งค่า Barrier Improvement Factor (BIF) ที่แสดงให้เห็นถึงการปรับปรุงค่าความเป็น Barrier ของบรรจุภัณฑ์จากงานวิจัยนี้สูงเพิ่มขึ้นถึง 20 เท่า

 

ทว่าโครงสร้างทางเคมีของฟิล์มดีแอลซีนั้นมีความซับซ้อน จึงต้องวิเคราะห์โครงสร้างทางเคมีเชิงลึกระดับอะตอมด้วยเทคนิคแสงซินโครตรอน โดยอาศัยเทคนิคการวิเคราะห์ขั้นสูงที่เรียกว่า “เทคนิคการดูดกลืนรังสีเอกซ์ย่านพลังงานต่ำ (Near Edge X-ray Absorption Fine Structure: NEXAFS)” ณ ระบบลำเลียงแสงที่ 3.2Ua/b ของสถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน) ผลจากการวิเคราะห์สมบัติของฟิล์มในเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณ ทำให้สามารถควบคุมสมบัติทางเคมีของฟิล์มให้เหมาะกับการนำไปใช้งานทางบรรจุภัณฑ์ได้

 

งานวิจัยนี้ถือว่าประสบความสำเร็จในเบื้องต้นสำหรับการสังเคราะห์ฟิล์มดีแอลซีบนบรรจุภัณฑ์ PET ซึ่งจะช่วยถนอมอาหารให้อายุการเก็บรักษาของอาหารได้ยาวนานขึ้น ผู้บริโภคสามารถรับประทานอาหารที่สดและคงคุณค่าทางโภชนาการไว้ได้ครบถ้วน ในอนาคตเทคโนโลยีดีแอลซีอาจจะมีความเป็นไปได้ในการทดแทนกระบวนการสังเคราะห์ฟิล์มแบบดั้งเดิม ซึ่งเป็นกระบวนการที่มีการปนเปื้อนของวัสดุโลหะที่เป็นอันตรายต่อผู้บริโภค และส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

ผลงานนำเสนองานวิจัยการพัฒนาฟิล์มคาร์บอนเสมือนเพชรสำหรับบรรจุภัณฑ์อาหารแบบยั่งยืน

ได้รับรางวัล Gold Award ในงาน Thailand Research Expo 2021

 

นอกจากนี้สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน ยังนำผลงานวิจัยการพัฒนาฟิล์มคาร์บอนเสมือนเพชรสำหรับบรรจุภัณฑ์อาหารแบบยั่งยืนนี้ ไปจัดแสดงในมหกรรมงานวิจัยแห่งชาติ 2564 (Thailand Research Expo 2021) ซึ่งจัดขึ้นโดยสำนักงานการวิจัยแห่งชาติ (วช.) และสถาบันฯ ได้รับรางวัล Gold Award จากการนำเสนอผลงานวิจัยดังกล่าวด้วย

 

บทความโดย
ดร.ศรายุทธ ตั้นมี นักวิทยาศาสตร์ระบบลำเลียงแสง
ดร.ชนรรค์ เอื้อรักสกุล ผู้ช่วยหัวหน้าฝ่ายสถานีวิจัย และนักวิทยาศาสตร์ระบบลำเลียงแสง
นายอุกฤษฏ์ ฤทธิหงส์ ผู้ช่วยนักวิจัย