Switch to: uk
27 April 2017 09:27AM

นวัตกรรมสิ่งทอ : เส้นใยพอลิบิวทิลีนเทเรฟทาเลต จากผลิตภัณฑ์พอลิเอสเตอร์ที่ผ่านการใช้งานแล้ว (PBT Fiber from Post-Consumer Recycled Polyester)

08 Mar 12 ,  ดร. ชาญชัย สิริเกษมเลิศ /ดร. นที ศรีสวัสดิ์
  • 0

ในปัจจุบันท่านผู้อ่านคงเห็นด้วยกับผู้เขียนว่าสภาพอากาศแปรปรวนทั้งในประเทศและต่างประเทศ ต้นปี 2012 อากาศที่ยุโรปและเอเซียตอนเหนือ มีอากาศหนาวจัดทำให้มีหิมะตกอย่างมาก ด้วยเหตุนี้ทุกภาคส่วนจำเป็นต้องช่วยกันรณรงค์ในการลดสภาวะโลกร้อน เช่นกันในอุตสาหกรรมสิ่งทอต้องเดินหน้าปรับปรุงกระบวนการผลิตและสร้างนวัตกรรมสิ่งทอที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมต่อไป  ในบทความนี้ผู้เขียนขอกล่าวถึงเส้นใยประดิษฐ์อีกหนึ่งเส้นใยที่อาจเป็นที่รู้จักไม่มากนัก แต่เป็นเส้นใยที่น่าสนใจ คือ เส้นใยพอลิบิวทิลีนเทเรฟทาเลต หรือ PBT ซึ่งในครั้งนี้ได้มีการวิจัยพัฒนาเส้นใยนี้จากผลิตภัณฑ์พอลิเอสเตอร์ที่ผ่านการใช้งานแล้ว

 

พอลิบิวทิลีนเทเรฟทาเลต (PBT) เป็นพอลิเมอร์ในกลุ่มของพอลิเอสเตอร์ (Polyester) เช่นเดียวกับพอลิเอททิลีนเทเรฟทาเลต (PET), พอลิไตรเมทิลีนเทเรฟทาเลต (PTT) โดยที่ข้อแตกต่างของ PBT กับ PET และ PTT คือจะมีกลุ่มเมทิล (CH3) จำนวน 4 หน่วย โดย PET และ PTT จะมี 2 และ 3 หน่วยตามลำดับ PBT เป็นพอลิเมอร์ที่ใช้ในเชิงวิศวกรรมมากกว่าการใช้งานประเภทสิ่งทอ โดยสมบัติที่เด่นคือ มีสมบัติที่เป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดีภายใต้ความชื้น และสามารถระบายความร้อนออกจากเนื้อชิ้นงานได้ดีกว่าพอลิเมอร์ทั่วไป 3-5 เท่า ทนความร้อนได้สูง โดยมีจุดหลอมตัวที่ ประมาณ 227°C โดยสมบัติทางพอลิเมอร์เป็นกลุ่มกึ่งผลึก (Semi-crystalline polymer) มีโครงสร้างที่เป็นเป็นระเบียบ ให้ความแกร่ง เหนียว ทนต่อแรงกระแทกได้ดี ทนสารเคมี ดูดซึมความชื้นต่ำ อย่างไรก็ตามก็สามารถเติมสารเติมแต่ง (Additives) ให้มีความทนทานที่สูงขึ้นได้ การใช้งานดังเช่น ทำเป็นเปลือกหุ้มวงจรไฟฟ้าอีเล็กทรอนิกส์ เครื่องกีฬา อุปกรณ์รถยนต์ (เช่น เกียร์ กันชน เป็นต้น) และอุปกรณ์ทางการแพทย์ ส่วนในงานที่เป็นลักษณะเป็นเส้นใย PBT ได้นำไปใช้เป็นขนแปรงสีฟัน และเส้นใย (เส้นด้าย) ที่ใช้ในการผลิตเสื้อกีฬา ด้วยสมบัติที่ต้านทานการยับได้ดี มีสัมผัสที่นุ่มนวล ซึ่งเป็นสมบัติที่แตกต่างจากเส้นใย PET

 

PBT_001

 

กระบวนการรีไซเคิลของผลิตภัณฑ์พอลิเอททิลีนเทเรฟทาเลต

ปัจจุบันการนำวัสดุที่ผ่านการใช้งานแล้วนำกลับมาใช้ใหม่ สามารถปฏิบัติได้หลายวิธีดังเช่น การนำกลับมาใช้ใหม่โดยตรงโดยไม่ต้องผ่านกระบวนการ (Reuse) และการนำกลับมาใช้ใหม่โดยผ่านกระบวนการ (Recycle) ซึ่งในกรณีการนำกลับมาใช้ใหม่ของผลิตภัณฑ์ PET นั้น การนำกลับมาใช้ใหม่ด้วยการผ่านกระบวนการได้รับความนิยม เพราะสมบัติของผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการ Recycle มีสมบัติที่ยังคงสภาพที่ใกล้เคียงกับผลิตภัณฑ์เดิม ซึ่งเป็นการรีไซเคิลด้วยการหลอมเหลว เพื่อให้ได้เม็ด PET พร้อมกลับเข้าสู่กระบวนการผลิต โดยวิธีการ Recycle นี้เป็นวิธีการที่สะดวกที่สุด แต่อย่างไรก็ตามวิธีการ Recycle อีกวิธีหนึ่งก็คือการนำผลิตภัณฑ์ PET ที่ใช้แล้วนำไปผ่านกระบวนการทางเคมีให้กลับไปสู่วัตถุดิบ (Raw material) ซึ่งได้ให้สมบัติของพอลิเมอร์ที่มีสมบัติที่ดี เหมาะสมในการนำไปผลิตได้ดังเช่นเดียวกับพอลิเมอร์บริสุทธิ์ (virgin polymer)

 

การพัฒนากระบวนการผลิตเม็ดพอลิเมอร์จากผลิตภัณฑ์ PET ที่ใช้แล้วของบริษัท Sabic-Innovative Plastic ซึ่งเป็นการนำผลิตภัณฑ์ PET ที่ใช้แล้วมาผ่านกระบวนการทางเคมี (Chemically Recycled Post-Consumer PET Bottles) ได้พอลิเมอร์ชนิดพอลิบิวทิลีนเทเรฟทาเลต หรือ PBT โดยสมบัติของพอลิเมอร์มีดังนี้

 

สมบัติของ PBT (Valox iQ 315, Sabic-Innovative Plastics)

PBT_004


การผลิตเส้นใยพอลิบิวทิลีนเทเรฟทาเลต จากผลิตภัณฑ์พอลิเอสเตอร์ที่ผ่านการใช้งานแล้ว

การผลิตเส้นใย PBT ที่ได้จากพอลิเมอร์ของบริษัท Sabic-Innovative Plastics (รหัสสินค้า Valox iQ 315) ที่ได้จากผลิตภัณฑ์ PET นั้น เป็นการศึกษาเพื่อให้ทราบถึงความเป็นไปได้ในการนำเม็ดพอลิเมอร์ PBT มาใช้ในการผลิตเส้นใย ได้ทำการศึกษาโดยนำไปขึ้นรูปเส้นใยด้วยเครื่องขึ้นรูปเส้นใยขนาดประลอง (Modular Melt Spin Tester: Fourne’) แล้วได้ทำการศึกษาการผลิตเป็นเส้นด้ายเท็กซ์เจอร์ ด้วยระบบเท็กซ์เจอร์ระบบ Thermomechanical Texturing Process ที่เป็น Friction-Disc และ Pin Twister โดยใช้เครื่องเท็กซ์เจอร์ Draw Texturing Unit (RETECH) ที่บริษัท สยามเส้นใยประดิษฐ์การทอ (SSW) จำกัด เมื่อได้ทำการขึ้นรูปว่าสามารถขึ้นรูปและพัฒนาเป็นเส้นด้ายเท็กซ์เจอร์ได้นั้น จึงได้ทำการศึกษาทดลองโดยความร่วมมือกับ บริษัท ไทยทัฟเฟตา จำกัด เพื่อขึ้นรูปในระดับอุตสาหกรรม จากนั้นได้ทำการขึ้นรูปเป็นผ้าถัก จากบริษัท ไพโอเนียร์เท็กซ์ไทล์ จำกัด และบริษัท โรงงานวรกิจเท็กซ์ไทล์ จำกัด

 

ผลการศึกษา

การขึ้นรูปเส้นใย PBT ได้ทำการขึ้นรูปเส้นใยด้วยเครื่อง Modular Melt Spin Tester: Fourne’

เส้นใย PBT จากการขึ้นรูปด้วยเครื่อง Modular Melt Spin Tester: Fourne’ ที่มีสมบัติและสภาวะที่เหมาะสมนั้น มีดังนี้คือ อบเพื่อไล่ความชื้นที่ 120°C ด้วยเครื่องอบไล่ความชื้นแบบอากาศแห้งเป็นเวลาอย่างน้อย 12 ชั่วโมง ใช้อุณหภูมิในการขึ้นรูปเท่ากับ 270°C โดยใช้ Spinneret ชนิดกลม 24 รู มีเส้นผ่าศูนย์กลางรูเท่ากับ 0.32 mm. ขนาดของเส้นด้ายขึ้นรูปได้เท่ากับ 96.90 denier โดยใช้สภาวะการปรับตั้งการขึ้นรูปคือ ความเร็วของลูกกลิ้งลูกที่ 1, ลูกที่ 2, Duo godet และ Winder เท่ากับ 900, 1120, 1200 และ 1100 m/min ตามลำดับ ส่วนความร้อนที่ให้บนลูกกลิ้งที่ 1, ลูกกลิ้งที่ 2 และ Duo godet เท่ากับ 50, 75 และ 75 ตามลำดับ ซึ่งสมบัติของเส้นใยมีความสามารถในการยืดตัว 97.41 % และมีความแข็งแรงตามยาวเท่ากับ 3.23 g/denier

 

PBT_003

 

การเท็กซ์เจอร์เส้นใย PBT ระบบ Friction Disc ด้วยเครื่อง Draw Texturing Unit: RETECH TEX 2000

จากเส้นด้าย PBT จากเครื่องขึ้นรูปขนาดประลอง ที่มีสมบัติข้างบน นำมาเท็กซ์เจอร์ด้วยเครื่อง Draw Texturing Unit: RETECH TEX 2000 สภาวะที่เหมาะสมคือ ที่ใช้ความเร็วในการเท็กซ์เจอร์ 300 m/min และมีอัตราส่วนการลดขนาด (ความเร็วของ G2 / ความเร็วของ G0 เท่ากับ 1.2 อุณหภูมิของ G1, G2 เท่ากับ 160 และ 100 ตามลำดับ ส่วนอัตราส่วนของความเร็วของแผ่นดิสกับความเร็วของเส้นด้ายที่ผ่านดิส (D/Y ratio) ที่เหมาะสมคือ 1.9 ซึ่งเส้นด้ายเท็กซ์เจอร์มี Crimp Contraction เท่ากับ 38.71%, Crimp Module เท่ากับ 6.02% และ Crimp Stability เท่ากับ 55.56% โดยใช้การทดสอบ Crimp Properties ตามมาตรฐาน DIN 53840

 

PBT_002

 

การขึ้นรูปและการเท็กซ์เจอร์เส้นใย PBT ได้ทำการขึ้นรูปเส้นใยด้วยเครื่องจักรอุตสาหกรรม

การขึ้นรูปเส้นใยด้วยเครื่องจักรอุตสาหกรรม ได้ทำการขึ้นรูปที่บริษัท ไทยทัฟเฟตา จำกัด โดยมีข้อแตกต่างทั้งทางด้านปริมาณของวัตถุดิบในการทดลอง ขั้นตอนการผลิต และเครื่องมือที่มีข้อแตกต่างกัน ซึ่งการศึกษาในการขึ้นรูปเส้นใย PBT ที่ขึ้นรูปได้นั้น มีขนาดเท่ากับ 101.02 denier สภาวะในการขึ้นรูปคือ ความเร็วของลูกกลิ้งลูกที่ 1 และ 2 เท่ากับ 4,388 m/min, ลูกที่ 3 และ 4 เท่ากับ 4,388 m/min และ Winder เท่ากับ 4,300 m/min ตามลำดับ เครื่องนี้ไม่มีระบบไห้ความร้อนบนลูกกลิ้ง ซึ่งสมบัติของเส้นใยมีความสามารถในการยืดตัว 50.92 % และมีความแข็งแรงตามยาวเท่ากับ 3.1 g/denier อุณหภูมิในการขึ้นรูปเท่ากับ 265°C โดยใช้ Spinneret ชนิดกลม 24 รู มีเส้นผ่าศูนย์กลางรูเท่ากับ 0.25 mm.

 

ด้วยเหตุที่สมบัติของเส้นใย PBT ที่ขึ้นรูปด้วยเครื่องจักรอุตสาหกรรมนั้นมีสมบัติที่เปลี่ยนแปลงไปจากสมบัติที่ได้จากการขึ้นรูปเส้นใยขนาดประลอง โดยเฉพาะอย่างยิ่งการยืดตัว ณ จุดขาด ที่ลดลง สภาวะในการเท็กซ์เจอร์จึงได้ทำการทดสอบใหม่ โดยผลที่ศึกษาพบว่า การเท็กซ์เจอร์ด้วยระบบ Pin Spindle ซึ่งเป็นระบบ False Twist นั้น การเท็กซ์เจอร์เป็นไปได้อย่างดี ซึ่งสภาวะที่เหมาะสมนั้นคือ สภาวะในการปรับตั้งเครื่องให้มีความร้อนของแผ่นความร้อน (Heater bar) เท่ากับ 180°C อัตราส่วนการลดขนาด (Draw Ratio) เท่ากับ 1.16 โดยได้ปรับความเร็วของ Spindle ให้มีจำนวนเกลียวเท่ากับ 3,280 Twist/meter ซึ่งสภาวะดังกล่าวนี้ทำให้ความตึงของเส้นด้าย PBT ก่อนและหลัง Spindle เท่ากับ 22 และ 45 ตามลำดับ เส้นด้ายที่เท็กซ์เจอร์ได้นั้นมี Crimp Contraction เท่ากับ 47.34 %, Crimp Module เท่ากับ 23.03 % และ Crimp Stability เท่ากับ 93.11 %

 

ผลการเท็กซ์เจอร์นั้นพบว่า เส้นด้าย PBT ที่มีลักษณะเป็นเส้นตรง (Multifilament) สามารถเปลี่ยนรูปเป็นเส้นใยที่มีความโค้งงอ มีลักษณะที่บิดตัวเป็นเกลียวตามการหมุนของ Pin Spindle ที่เส้นด้ายพันผ่านได้ ทำให้สมบัติทางกายภาพของเส้นด้าย PBT นั้นมีสมบัติที่เพิ่มสูงขึ้น ทั้งความนุ่มนวล และการมองเห็น เหมาะในการใช้งานด้านการผลิตเป็นผลิตภัณฑ์สิ่งทอได้ ดังนั้นการศึกษาจึงได้นำเส้นด้ายเท็กซ์เจอร์ PBT ที่ได้นำไปทำการขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์ตัวอย่าง ดังเช่น ผ้าทอ ผ้าถัก พร้อมได้ผลิตเป็นเสื้อยืด และเสื้อแจกเก็ต

 

การศึกษาการผลิตเส้นใย PBT จากผลิตภัณฑ์ PET ที่ผ่านการใช้งานแล้ว ไปจนถึงการขึ้นรูปเป็นผืนผ้า การผลิตเป็นผลิตภัณฑ์นั้น แสดงให้เห็นได้ว่า PBT ที่ได้จากกระบวนการรีไซเคิลทางเคมีจากผลิตภัณฑ์ PET ที่ผ่านการใช้งานแล้วนั้นสามารถนำมาใช้งานเป็นเส้นใยสิ่งทอได้ ซึ่งการนำพอลิเมอร์ชนิดนี้เป็นส่วนหนึ่งในการรักษาสิ่งแวดล้อม ที่เป็นการนำผลิตภัณฑ์ที่เรียกได้ว่าเป็นขยะกลับมาใช้ให้เป็นประโยชน์ได้ในชีวิตประจำวัน เป็นการเพิ่มมูลค่าของขยะได้ด้วย

 

ท้ายนี้สถาบันพัฒนาอุตสาหกรรมสิ่งทอ ขอขอบคุณ บริษัท Sabic-Innovative Plastics, บริษัท ไทยทัฟเฟตา จำกัด, บริษัท สยามเส้นใยประดิษฐ์การทอ (SSW) จำกัด, บริษัท ไพโอเนียร์เท็กซ์ไทล์ จำกัด, บริษัท โรงงานวรกิจเท็กซ์ไทล์ จำกัด และ ดร. นที ศรีสวัสดิ์ (ภาควิชาวิศวกรรมสิ่งทอ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลธัญบุรี) ที่ได้ร่วมกันวิจัยพัฒนาโครงการนี้ให้เป็นผลสำเร็จ