โพลีเอสเตอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพพร้อมคุณสมบัติทัดเทียมโพลีเอธีลีนความหนาแน่นสูง

ทุกท่านคงพอทราบว่าพลาสติกที่เราใช้กันในปัจจุบัน อายุการใช้งานเมื่อเทียบกับระยะเวลาที่ย่อยสลายใช้เวลาหลายร้อยปีนั้นถือว่าสั้นมาก ตัวอย่างเช่น ถุงพลาสติกจากร้านสะดวกซื้อที่หลายคนใช้เพียงครั้งเดียวและทิ้ง ซึ่งอันที่จริงสามารถใช้ได้เป็นหลายสิบหลายร้อยครั้ง พลาสติกแต่เดิมถูกออกแบบมาเพื่อการใช้งานที่ทนทานหลาย ๆ ครั้ง แต่ด้วยพฤติกรรมผู้บริโภคที่ไปในทางตรงกันข้ามกัน พลาสติกจำนวนมากจึงปนเปื้อนไปในสิ่งแวดล้อม ถึงขั้นมีการกล่าวว่าถ้าในอนาคตอีกหลายร้อยปีถัดจากนี้

ยุคของพวกเราน่าจะถูกเรียกได้ว่า ‘ยุคแห่งพลาสติก’ (Plastic Era) แม้กระทั่งไมโครพลาสติกที่ปนเปื้อนเข้าไปอยู่ในปลาทะเล ในน้ำดื่ม สุดท้ายก็ย้อนกลับมามีผลกระทบต่อมนุษย์เอง ปนเปื้อนเข้ามาในห่วงโซ่อุปทานของวัตถุดิบในการผลิตใหม่ที่พวกเราจำเป็นต้องใช้ การเสาะหาวัสดุที่สามารถย่อยสลายเองได้ทางชีวภาพ จึงเป็นหนึ่งในความพยายามเพื่อบรรเทาผลกระทบที่เกิดขึ้น ในปัจจุบันเริ่มมีพลาสติกชีวภาพเกิดขึ้น เพื่อลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมแทนพลาสติกแบบเดิมที่ใช้เวลาหลายร้อยปีในการย่อยสลาย สำหรับบทความนี้จะกล่าวถึงโพลีเอสเตอร์ที่ย่อยสลายได้ มีคุณสมบัติเชิงกลเหมือนโพลีเอสเตอร์ความหนาแน่นสูง 

โพลีเอธีลีน (Polyethylene) มีประโยชน์หลายอย่าง แต่ไม่สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ทีมนักวิจัยจึงได้พัฒนาพลาสติกที่มีคุณสมบัติเทอร์โมพลาสติกเหมือนกันกับโพลีเอธีลีนแต่สามารถย่อยสลายได้ด้วย

ความสามารถในการย่อยสลายทางเคมีและชีวภาพได้เป็นอย่างดี พร้อมด้วยคุณสมบัติเชิงกล ทำให้โพลีเอสเตอร์ชนิดใหม่นี้ใช้เป็นวัสดุเทอร์โมพลาสติกที่สามารถรีไซเคิลได้โดยที่กระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยที่สุด 

(ที่มี: Pixabay)

โพลีเอธีลีนความหนาแน่นสูง (High-Density Polyethylene – HDPE) เป็นวัสดุที่มีความแข็งแรงและมีความทนทานเป็นพิเศษ มีคุณสมบัติเทอร์โมพลาสติกโดยมาจากโครงสร้างภายในของห่วงโซ่โมเลกุล ซึ่งเรียงตัวในลักษณะที่เป็นผลึกพร้อมแรงดึงดูดที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากแรง Van der Waals ห่วงโซ่โมเลกุลจึงเป็นไฮโดรคาร์บอนบริสุทธิ์ การรวมตัวกันของผลึกและไฮโดรคาร์บอนนั้นก็คือการที่จุลินทรีย์ที่ย่อยสลายพลาสติกได้นั้นไม่สามารถเข้าถึงห่วงโซ่เพื่อเข้าไปทำลายหรือย่อยสลายได้นั่นเอง

ทีมวิจัยของ Stefan Mecking และเพื่อนร่วมงานที่มหาวิทยาลัย Konstanz ประเทศเยอรมนี ได้พัฒนา โพลีเอสเตอร์ (Polyester) ที่เป็นผลึกคล้ายกับ HDPE แต่ยังรักษาคุณสมบัติเชิงกลที่เป็นประโยชน์ไว้ ซึ่งในทางทฤษฎีโพลีเอสเตอร์จะมีตัวที่สามารถย่อยสลายได้ทั้งทางเคมีหรือเอนไซม์ แต่อย่างไรก็ตาม หากโพลีเอสเตอร์ยิ่งมีผลึกมากเท่าใดความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น

สิ่งที่ทำให้ทีมงานประหลาดใจ คือ โพลีเอสเตอร์ผลึกสามารถย่อยสลายได้เร็วเมื่อโดนเอนไซม์ “เราทดสอบการย่อยสลายด้วยเอนไซม์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติและพบว่าย่อยสลายเร็วขึ้นกว่าวัสดุอ้างอิงของเรา” Mecking อธิบาย ไม่ใช่เพียงแต่เอนไซม์เท่านั้นที่สามารถย่อยสลายวัสดุนี้ได้ จุลินทรีย์จากดินก็สามารถย่อยสลายโพลีเอสเตอร์นี้ได้อย่างสมบูรณ์เช่นเดียวกัน

สิ่งที่ทำให้โพลีเอสเตอร์นี้ย่อยสลายได้ทางชีวภาพได้อย่างยอดเยี่ยมคืออะไร? ทีมงานระบุไว้ว่า Ethylene Glycol เป็นหนึ่งในส่วนประกอบสำคัญของโพลีเอสเตอร์ “เป็นสิ่งที่พบได้ทั่วไปในโพลีเอสเตอร์ มีจุดหลอมเหลวสูง แต่ก็สามารถย่อยสลายวัสดุที่เหมือนโพลีเอธีลีนได้” Mecking กล่าวเสริมความสามารถในการย่อยสลายทางเคมีและชีวภาพได้เป็นอย่างดี ประกอบกับคุณสมบัติเชิงกล ทำให้โพลีเอสเตอร์ชนิดใหม่นี้ใช้เป็นวัสดุเทอร์โมพลาสติกที่สามารถรีไซเคิลได้โดยที่กระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยที่สุด เป้าหมายสุดท้าย คือ การรีไซเคิลทางเคมีแบบวงปิดเพื่อแยกพลาสติกออกเป็นวัตถุดิบและการผลิตพลาสติกใหม่ Mecking กล่าวต่อว่า ผลประโยชน์ที่จะได้จากพลาสติกของเรา คือ หากวัสดุพวกนี้เข้าสู่สิ่งแวดล้อมแล้ว ถึงแม้ว่าจะวงปิดก็ตาม ก็จะสามารถย่อยสลายได้ และไม่ก่อให้เกิดผลกระทบใด ๆ ในระยะยาว

บทความอ้างอิง: https://www.etmm-online.com

• หนทางสู่การผลิตเหล็กกล้าที่ปล่อยคาร์บอนเป็นศูนย์
• การเลือกใช้วัสดุเพื่อการก่อสร้างน้ำหนักเบาจะต้องคำนึงถึงอะไรบ้าง?
• ระบบวัสดุแบบเปิด vs แบบปิด: การแบ่งขั้วที่มีอิทธิพลต่อตลาดวัสดุการพิมพ์ 3 มิติ
• เครื่องประดับไฮเทค ผลิตด้วยเทคโนโลยีการหลอมผงวัสดุทีละชั้นด้วยเลเซอร์

About The Author