Blockdit Logo (Mobile)
Mr.Sci
•
26 ธ.ค. 2019 เวลา 18:45 • วิทยาศาสตร์ & เทคโนโลยี
นักวิจัยพบวิธีคืนชีวิตใหม่ให้ยางรถยนต์เก่าด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาที่ช่วยให้รีไซเคิลใช้ได้หลายครั้ง!!!
😁😁นับเป็นข่าวที่น่ายินดียิ่งสำหรับวงการเคมี โดยเฉพาะในสายงานโพลีเมอร์ ที่ในที่สุดก็มีการคิดค้นตัวเร่งปฏิกิริยาแบบพิเศษที่สามารถทำให้ยางรถยนต์เก่าสามารถนำมารีไซเคิลได้เกือบ 90% ทำไมเราถึงต้องตื่นเต้นดีใจอะไรกันขนาดนั้นใช่มั้ยครับ นั่นก็เพราะว่าปกติยางรถยนต์ที่ผ่านกระบวนการแปรรูปด้วยการเติมเติมโมเลกุลกำมะถันโดยผ่านปฏิกิริยาที่เรียกว่า"วัลคาไนซ์ (Vulcanization)" โดยโมเลกุลกำมะถันจะทำหน้าที่เป็นตัวเชื่อมขวาง (crosslinker) จนเกิดเป็น “สะพานกำมะถัน” (sulphidic linkage) ซึ่งถูกคิดค้นโดยบังเอิญโดย ชาลส์ กู๊ดเยียร์ (Charles Goodyear) เมื่อเกือบ 200 ปีก่อน การวัลคาไนซ์จะทำให้ยางมีคุณภาพคงตัวในอุณหภูมิต่าง ๆ มีความยืดหยุ่นได้ดีมากขึ้น ทนความร้อนและแสงแดด ละลายในตัวทำละลายได้ยากขึ้น ทำให้เหมาะแก่การนำมาแปรรูปเป็นยางรถยนต์และผลิตภัณฑ์อื่นๆ
1
กระบวนการวัลคาไนซ์ (Vulcanization) ดดยเติมกำมะถันลงในยางจะทำให้ยางแข็งแรงพอที่จะถูกแปรรูปและมีสมบัติเชิงกลดีขึ้น แต่ก็ทำให้ยางไม่สามารถรีไซเคิลได้ง่ายๆด้วยเช่นเดียวกัน Cr.https://th.wikipedia.org/wiki/Vulcanization
📕📕การเติมกำมะถันลงไปจะทำให้ยางไม่สามารถหลอมเหลวได้อีกครั้ง ซึ่งในวงการโพลีเมอร์จะเรียกวัสดุแบบนี้ว่าเป็น “เทอร์โมเซ็ตติ้งพอลิเมอร์” (Thermosetting polymer) นั่นเป็นสาเหตุที่เราไม่สามารถนำมันกลับมาหลอมใช้ซ้ำได้เหมือนโพลีเมอร์อีกประเภทที่เรียกว่า “เทอร์โมพลาสติกพอลิเมอร์” (Thermoplastic polymer)
📕📕ก่อนจะงงไปกว่านี้ผมขออธิบายความแตกต่างระหว่าง เทอร์โมเซ็ตติ้งพอลิเมอร์ และ เทอร์โมพลาสติกพอลิเมอร์ กันก่อนนะครับว่าอะไรทำให้มันมีคุณสมบัติในการหลอมเหลวต่างกันถึงเพียงนี้ กล่าวคือเทอร์โมเซ็ตติ้งพอลิเมอร์เป็นโพลีเมอร์ที่มีสายโซ่พอลิเมอร์ (polymer chain) สานกันเป็นร่างแห่ (์Network chain) จากตัวเชื่อมขวาง (crosslink-agent) ทำให้มันไม่สามารถขยับเขยื้อนได้และคงรูปเมื่อถูกหลอมเปรียบเทียบง่ายๆก็เหมือนไข่ดาวที่เราไม่สามารถให้ความร้อนแล้วแปรสภาพกลับไปเป็นไข่ขาวได้ตัวอย่างโพลีเมอร์กลุ่มนี้คือ พลาติกเมลามีนที่ใช้ทำถ้วยชามต่างๆ ส่วนเทอร์โมพลาสติกพอลิเมอร์มีคุณสมบัติตรงข้ามกันคือสายโซ่พอลิเมอร์ของมันไม่มีการเชื่อมขวางระหว่างสายทำให้มันสามารถนำกลับมาหลอมใชได้เรื่อยๆ จนกว่าสายโซ่จะขาดเปรียบง่ายๆเหมือนเทียนไขที่ใช้หลอมซ้ำไปซ้ำมาได้ ตัวอย่างโพลีเมอร์กลุ่มนี้เช่น พลาสติก PET PP PS ที่เราใช้ในชีวิตประจำวันที่หลอมเหลวรีไซเคิลได้เรื่อยๆ
ความแตกต่างระหว่างเทอร์โมเซ็ตติ้งพอลิเมอร์ และ เทอร์โมพลาสติกพลิเมอร์ คือพวกมันมีหรือไม่มีโมเลกุลเชื่อมขวาง (crosslink) ที่ทำให้เกิดร่างแห
😁😁ด้วยเหตุนี้การหลอมเทอร์โมเซ็ตติ้งพอลิเมอร์อย่างยางวัลคาไนซ์จึงเป็นไปได้ยาก เราทำได้เพียงบดย่อยมันให้เป็นชิ้นเล็กๆแล้วนำไปผสมกับวัสดุเสริมแรงอื่นๆเพื่อแปรรูปใช้งานต่อ แต่เราเอากลับมาทำยางรถยนต์เหมือนเดิมไม่ได้นะครับ ดังนั้นแล้วเราจึงเชื่อว่ายางรถยนต์ไม่สามารถรีไซเคิลได้อีกแล้วด้วยการหลอม
😁😁แต่แล้วก็มีการค้นพบแบบที่เราคาดไม่ถึงในต้นเดือนธันวาปีนี้เอง เมื่อ ศาสตราจารย์ Michael Brook จาก McMaster University ได้ค้นพบวิธีรีไซเคิลยางรถนยต์เก่าด้วยปฏิกิริยา Reductive silylation โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาในกลุ่ม Hydrosilanes กับโมเลกุลของยางวัลคาไนซ์เก่าหรืออาจะบอกว่าละลายมันด้วยน้ำมันซิลิโคนชนิดพิเศษก็ว่าได้ครับ โดยพวกเขาตั้งชื่อตัวเร่งปฏิกิริยานี้ว่า BCF (ชื่อเคมีคือ Tris (pentafluorophenyl) borane : สูตรเคมี B(C₆F₅)₃) ซึ่งใช้ผสมกับยางในอัตราส่วน 10wt% (1:10 โดยน้ำหนัก) แล้วอะไรคือเคล็ดลับให้ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบนี้ทำงานได้
ศาสตราจารย์ Michael Brook จาก McMaster University ผู้ค้นพบตัวเร่งปฏิกิริยาที่สามารถรีไซเคิลยางรถยนต์เก่าได้ถึง 90% Cr.https://www.researchgate.net/profile/Michael_Brook3
📕📕คำตอบคือตัวเร่งปฏิกิริยานี้มีคุณสมบัติในการรีดิวซ์ (ให้นึกถึงน้ำยากัดผมตอนย้อมผมครับกลไกการทำงานแบบเดียวกันเลย มันจะทำลายสะพานกำมะถันในผมเรา) โดยมันจะทำลายพันธะของสะพานกำมะถัน (sulphidic linkage) จนเกิดเป็นสารประกอบ Silyl thioethers ที่เป็นสารอนุพันธ์ที่เป็นอิสระและไม่สามารถกลับมารวมกันเพื่อสร้างสะพานกำมะถันได้อีก นั่นทำให้ได้ "โมเลกุลยางชนิดใหม่" ที่พร้อมจะนำมาละลายในตัวทำละลายที่เหมาะสมก่อนนำกลับไปรีไซเคิลใช้ใหม่ได้เรื่อยๆ ซึ่งรวมถึงตัวเร่งปฏิกิริยาที่ปั่นแยกออกมาได้ระหว่างการแปรรูป โดยทีมนักวิจัยของ Brook กล่าวว่ากระบวนการนี้สามารถนำยางเก่ากลับมาใช้ได้ถึง 90% นอกจากนี้เมื่อนำมันไปทดสอบอย่างแปรรูปชนิดอื่นที่ไม่ใช่ยางวัลคาไนซ์ก็มีประสิทธิภาพที่ดีเหมือนกัน ว้าว!!! อะไรมันจะเจ๋งขนาดนั้นกันครับ
กระบวนการรีไซเคิลยางวัลคาไนซ์สามารถนำยางกลับมาใช้ซ้ำได้ถึง 90% เลยทีเดียวด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา BCF ( Tris (pentafluorophenyl) borane : สูตรเคมี B(C₆F₅)₃)
😁😁อย่างไรก็ตามแม้มันจะมีประสิทธิภาพที่ค่อนข้างสูงขนาดนี้ แต่ Brook เองก็บอกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาอาจจะยังไม่ถูกนำไปใช้ในภาคอุตสาหกรรมในเร็วๆนี้ เนื่องจากการสังเคราะห์ตัวเร่ง BCF มีขั้นตอนที่ซับซ้อนและราคาแพง อีกทั้งยังใช้ในปริมาณที่สูงมาก (1:10 โดยน้ำหนัก) จึงอาจจะยังไม่คุ้มทุนหากนำไปใช้จริงๆ ถึงยังงั้นก็ตามงานวิจัยนี้ก็ช่วยเปิดพรมแดนของการวิจัยที่นำไปสู่การคิดค้นตัวเร่งปฏิกิริยาที่อาจดีกว่านี้และยังช่วยรักษาสภาพแวดล้อมจากปัญหาการทำลายยางเก่าแบบผิดวิธี นี้หล่ะครับหากมนุษย์ไม่หยุดคิดค้นย่อมมีหนทางแก้ปัญหาเสมอ
โฆษณา