บทท 3

ผลการทดลองและอภปรายผลการทดลอง

การวเคราะหสมบตตางๆ ของพอลเมอรเรมตนและพอลเมอรเบลนดในอตราสวนตางๆ แสดงดงหวขอตอไปน

3.1. ผลการวเคราะหหาโครงสรางและองคประกอบของพอลเมอรเรมตนดวยเทคนคโปรตอนเอนเอมอารสเปกโทรสโกป (1H-NMR)

ผลการวเคราะหโครงสรางและองคประกอบของพอลเมอรเรมตนแตละชนดดวยเทคนค 1H-NMR ส าหรบสเปกตรมของ PLA มลกษณะและต าแหนงของพคทระบ ดงรป 3.1 และตารางท 3.3 ซงพบพค 2 ต าแหนง คอคาเคมคอลชฟท 1.57 ppm (พค a) เปนพคของเมทลโปรตอน (CH3-C-) และคา เคมคอลชฟท 5.18 ppm (พค b) เปนพคของเมไทนโปรตอน (-C-H) ซงเมอพจารณาอตราสวนของพนทใตพคของพคทงสอง ซงเปนอตราสวนโดยตรงกบจ านวนโปรตอนเปน 3 : 1 ซงตรงกบจ านวนโปรตอนของเมทลโปรตอน (3H) และเมไทนโปรตอน (1H) ในหนวยซ าของ PLA ซงสามารถยนยนไดวาพอลเมอรมโครงสรางเปน PLA จรง โดยไมพบต าแหนงพคของสารอนเจอปน

ตาราง 3.1 ต าแหนงสญญาณ 1H-NMR สเปกตรมของ PLA

สญลกษณโปรตอน คาเคมคอลชฟท*, (ppm) a 1.57 b 5.18

* วดจากกงกลางของพค

51

C

OHC

CH3

O

n

b

a

รป 3.1 1H-NMR สเปกตรมขอ PLA

ส าหรบผลการวเคราะห 1H-NMR สเปกตรมของ CAB สามารถระบต าแหนงของพคดงรป 3.2 และตาราง 3.4 เนองจาก CAB มโครงสรางทซบซอน โดยมหมอะซเตท (CH3-C-)และหมบวทเรท (CH3-CH2-CH2-C-) สรางพนธะเอสเทอรกบหมไฮดรอกซลของเซลลโลสเปนไปอยางสม ดงนนสามารถระบต าแหนงของพคไดอยางคราวๆ คอ ทคาเคมคอลชฟทท 0.90 ppm (พค a) เปนพคของเมทลโปรตอนของหมบวทเรต (CH3-CH2-CH2-C-) คาเคมคอลชฟทท 1.54 ppm (พค b) เปนพคของเบตา-เมทลนโปรตอน ( -CH2) ของหมบวทเรท (CH3-CH2-CH2-C-) คาเคมคอลชฟท 2.11 ถง 2.33 ppm (พค f) เปนพคของ แอลฟา-เมทลนโปรตอน ( -CH2) ของหมบวทเรท (CH3-CH2-CH2-C-) คาเคมคอลชฟท 1.66-1.67 ppm (พค c) เปนพคของเมทลโปรตอนในหมอะซตล (CH3-C-) คาเคมคอลชฟท 3.33-3.51 ppm (พค g) เปนพคของเมทลนโปรตอนของโครงสรางเซลลโลสทคารบอนต าแหนงท 6 (C6) และคา เคมคอลชฟท 3.63 – 5.07 ppm (พค h) และ 1.90 ppm (พค d+e) เปนพคของเมไทนโปรตอน(-C-H) ของโครงสรางเซลลโลสต าแหนงคารบอนต าแหนงท 1 และ 5 (C1, 5) และ ต าแหนงคารบอนต าแหนงท 2 ถง 4 (C2-4 ) ตามล าดบ

O O

O O

O O

a

b

52

ตาราง 3.2 ต าแหนงสญญาณ 1H-NMR สเปกตรมของ CAB

สญลกษณโปรตอน คาเคมคอลชฟท*, (ppm) a 0.90 b 1.54 c 1.90

d+e 1.66-1.67 f 2.11-2.33 g 3.33-3.51 h 3.63-5.07

* วดจากกงกลางของพค

O

O

O

OR

OR

RO

OR

OR

RO

O R

OR

n

R=H

C

O

CH3

C

O

CH3

or

or

a

b

c

d

f

g

d

e

e

g

h

h

รป 3.2 1H-NMR สเปกตรมของ CAB

h

g

f

d+e

c

b

a

CHCl3

53

เมอพจารณาสเปกตรมของ T80 สามารถระบต าแหนงของพคดงรป 3.3 และตาราง 3.5 จากโครงสรางของ T80 จะเหนวาเปนโครงสรางทซบซอนและใหญ สามารถระบพคหลกอยางคราวๆ ไดดงนคอ คาเคมคอลชฟทท 0.86 (พค a) เปนพคของเมทลโปรตอน (CH3-C-) คาเคมคอลชฟทท 1.23-1.28 (พค b-f, g-h) เปนพคทมการซอนทบของพคของเมทลนโปรตอน ( CH2) คาเคมคอลชฟทท 1.42-1.55 (พค k, i, j) เปนพคทมการซอนทบของพคของเมทลนโปรตอน ( CH2) ทอยต าแหนงเบตา ( ) ของพนธะคและหมคารบอนล (-C-) คาเคมคอลชฟทท 1.95-1.97 (พค l, m) เปนพคของเมทลนโปรตอน ( CH2) ทอยต าแหนงแอลฟา ( ) ของพนธะค คาเคมคอลชฟทท 2.26 (พค n) เปนพคของเมทลนโปรตอน ( CH2) ทอยต าแหนงแอลฟา ( ) ของหมคารบอนล (-C-) คาเคมคอลชฟทท 3.55-3.96 (พค o-z, A, E) เปนพคทมการซอนทบของพคของเมทลนโปรตอน ( CH2) ทมต าแหนงอยใกลเคยงกบออกซเจนอะตอมหรอหมไฮดรอกซล (O หรอ -OH) คาเคมคอลชฟทท 4.49 (พค B) เปนพคของเมทลนโปรตอน ( CH2) ทมต าแหนงอยใกลเคยงกบออกซเจนอะตอม (O) และหมคารบอนล (-C-) คาเคมคอลชฟทท 5.37 (พค C, D) พคของเมไทนโปรตอน (-C-H) ของพนธะค

ตาราง 3.3 ต าแหนงสญญาณ 1H-NMR สเปกตรมของ T80

สญลกษณโปรตอน คาเคมคอลชฟท*, (ppm) a 0.86

b-f, g-h 1.23-1.28

k, i, j 1.42-1.55 l, m 1.95-1.97

n 2.26

o-z, A, E 3.55-3.96

B 4.49

C, D 5.37 * วดจากกงกลางของพค

O

O

O

54

O

O

HO

OOH

OHO O

O

(Z)

O

ab

cd

ef

g

h

i

jk

l

mn

o

p

q

r

s

A

B DC

t z

y

x

w

E

V

u

รป 3.3 1H-NMR สเปกตรมของ T80

C, D

B

o-z, u, A, E

n

l, m

k, i, j

b-f, g-h

a

55

จากผลการวเคราะหโครงสรางและองคประกอบของพอลเมอรเรมตนดวยเทคนคโปรตอนเอนเอมอารสเปกโทรสโกป ยนยนไดวา พอลเมอรเรมตน PLA, CAB และ T80 เปนสารบรสทธและไมมสารอนเจอปน

3.2. น าหนกโมเลกลเฉลยโดยความหนด

จากผลของคาเวลาการไหล (flow-time, t) ของสารละลายพอลเมอรทความเขมขนตางๆ และตวท าละลายบรสทธ น ามาค านวณเปนคาความหนดลดทอน (Reduced viscosity, red

η ) และ คาความหนดภายใน (Inherent viscosity,

inhη ) ซงแสดงวธการค านวณใน ภาคผนวก ก และสราง

กราฟความสมพนธระหวางคาความหนดลดทอนและคาความหนดภายในกบคาความเขมขนของสารละลายพอลเมอรจะไดกราฟค (Double extrapolation) และลากเสนแนวโนมของกราฟทงสองเสนไปทความเขมขนของสารละลายเทากบศนย จะพบจดตดของกราฟเปนจดเดยว คอ คาความหนดแทจรง (Intrinsic viscosity, [η ]) ดงแสดงในรป 3.4 และ 3.5 ซงความสมพนธระหวางคาความหนดแทจรง, [η ] กบน าหนกโมเลกลเฉลยโดยความหนด (Viscosity-average molecular weight, M V

) ตามสมการของ Mark-Houwink-Sakurada (สมการ 3.1)

[η ]= Ka

vM (3.1) โดยทคา K และ a คอ คาคงท

รป 3.4 กราฟความสมพนธระหวาง redη ( ) และ

inhη ( ) กบความเขมขนของ PLA ในตวท า

ละลายคลอโรฟอรม ทอณหภม 25.0 ± 0.1 องศาเซลเซยส

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80

ηre

d , η

inh

Concentration (g/dl)

[η]=1.683

56

จากรป 3.4 พบวาคาความหนดแทจรงของ PLA มคาเทากบ 1.683 dl g-1 โดยมคาคงท K กบ a ทอณหภม 25 องศาเซลเซยส เทากบ 5.45x10-4 dl g-1 และ 0.73 ตามล าดบ [71] ซงสามารถค านวณคา M

V จากสมการ 3.1 ไดเทากบ 6.03x104 g/mol

รป 3.5 กราฟความสมพนธระหวาง redη ( ) และ

inhη ( ) กบความเขมขนของ CAB ในตวท า

ละลายเอทลอะซเตท ทอณหภม 30 ± 0.1 องศาเซลเซยส

จากรป 3.5 คาความหนดแทจรงของ CAB มคาเทากบ 1.318 dl g-1 โดยมคาคงท K กบ a ทอณหภม 30 องศาเซลเซยส เทากบ 1.13×10-4 dl g-1 และ 0.83 ตามล าดบ [71] ซงสามารถค านวณคา M

V จากสมการ 3.1 ไดเทากบ 7.94x104 g mol-1

จากผลการหาคาน าหนกโมเลกลเฉลยของพอลเมอรเรมตนสามารถสรปคาความหนดแทจรงและคาน าหนกโมเลกลเฉลยโดยความหนด ดงตาราง 3.4

ตาราง 3.4 คาความหนดแทจรงและคาน าหนกโมเลกลเฉลยโดยความหนดของพอลเมอรเรมตน

พอลเมอร คาความหนดแทจรง, [η ]

(dl g-1)

น าหนกโมเลกลเฉลยโดยความหนด, M

V (g mol-1)

PLA 1.683 6.03x104 CAB 1.318 7.94x104

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80

ηre

d , ηinh

Concentration (g/dl)

[η]=1.318

57

3.3. ความเปนไปไดของอตราสวนพอลเมอรเบลนด PLA/CAB/T80

เมอเตรยมฟลมพอลเมอรเบลนดตามสดสวนโดยน าหนกของ PLA, CAB และ 80 ในตาราง 2.3 พบวา ฟลมพอลเมอรในอตราสวนตางๆ สามารถขนรปเปนแผนฟลมได ยกเวนในกรณทใชสดสวนโดยน าหนกของ T80 มากกวา 0.167 จะมการแยกเฟสทสามารถมองเหนดวยตาเปลา ดงแสดงผลในตาราง 3.5

ตาราง 3.5 ความเปนไปไดของอตราสวนผสมของพอลเมอร PLA, CAB และ T80

สตร สดสวนโดยน าหนกของพอลเมอรเบลนด ขนรปเปนฟลมได หมายเหต PLA CAB T80

1 - 1.000 - - 2 1.000 - - - 3 0.500 0.500 - 4 0.667 0.167 0.167 - 5 0.167 0.667 0.167 - 6 0.333 0.333 0.333 มการแยกเฟสทสามารถมองเหนดวยตาเปลา 7 0.500 - 0.500 มการแยกเฟสทสามารถมองเหนดวยตาเปลา 8 - 0.500 0.500 - 9 0.167 0.167 0.667 มการแยกเฟสทสามารถมองเหนดวยตาเปลา

10 - - 1.000 -

3.4. ลกษณะความใสของฟลม

จากการศกษาสมบตการสองผานแสงของฟลมพอลเมอรเบลนดดวยเทคนคยว-วสเบล สเปกโทรโฟโตเมทร ทความยาวคลน 600 นาโนเมตร ไดคาความใส (Transparency)และความขน (Opacity) ตามตารางท 3.6 โดยคาทใชค านวณจากคาการดดกลนแสงแสดงในภาคผนวก ข และน าคาความใสไปพลอตกราฟดงแสดงในรป 3.6

58

ตาราง 3.6 ความใสของฟลมพอลเมอรเบลนดทอตราสวนตางๆ

สตร สดสวนโดยน าหนกของพอล

เมอรเบลนด ความใส

(Tranperency) ความขน (Opacity)

ลกษณะทางกายภาพ

PLA CAB T80

1 1.000 - - 91.43 ± 1.18 0.74 ±0.12

2 0.500 0.500 - 45.03 ± 5.62 3.45 ± 0.44

3 - 1.000 - 89.53 ± 1.32 0.90 ± 0.10

4 0.950 - 0.050 73.78 ± 6.86 2.63 ± 0.86

5 0.725 0.225 0.050 49.30 ± 4.64 4.62 ± 1.07

6 0.475 0.475 0.050 49.11 ± 11.10 4.65 ± 0.86

7 0.225 0.725 0.050 54.68 ± 8.71 3.69 ± 1.46

8 - 0.950 0.050 90.48 ± 3.72 1.65 ± 0.71

59

ตาราง 3.6 ความใสของฟลมพอลเมอรเบลนดทอตราสวนตางๆ (ตอ)

สตร สดสวนโดยน าหนกของพอล

เมอรเบลนด ความใส

(Tranperency) ความขน (Opacity)

ลกษณะทางกายภาพ

PLA CAB T80

9 0.900 - 0.100 60.34 ± 11.47 3.21 ± 1.19

10 0.675 0.225 0.100 55.29 ± 2.42 3.61 ± 2.34

11 0.450 0.450 0.100 44.24 ± 2.11 5.75 ± 0.36

12 0.225 0.675 0.100 51.27 ± 1.49 3.99 ± 1.05

13 - 0.900 0.100 89.22 ± 4.18 0.54 ± 0.12

14 0.850 - 0.150 42.12 ± 1.29 7.83 ± 0.26

15 0.625 0.225 0.150 41.59 ± 2.93 4.90 ± 1.07

16 0.425 0.425 0.150 42.34 ± 7.02 4.58 ± 2.19

17 0.225 0.625 0.150 51.55 ± 9.68 4.91 ± 0.81

60

ตาราง 3.6 ความใสของฟลมพอลเมอรเบลนดทอตราสวนตางๆ (ตอ)

สตร สดสวนโดยน าหนกของพอล

เมอรเบลนด ความใส

(Tranperency) ความขน (Opacity)

ลกษณะทางกายภาพ

PLA CAB T80

18 - 0.850 0.150 89.59 ± 6.30 0.86 ± 0.54

19 0.800 - 0.200 35.05 ± 6.57 6.42 ± 2.82

20 0.400 0.400 0.200 39.66 ± 5.97 6.20± 1.02

21 - 0.800 0.200 86.83 ± 2.72 1.65 ± 0.56

Multiple regression results :

Transparency = +51.28 *A+90.88 *B+89.43 *C-181.63*B*C+1245.35 * A * B2 * C โดยท A = T80 B = PLA และ C = CAB (R2 = 0.9845, p < 0.0001) รป 3.6 Contour plot คาความใสของฟลมพอลเมอรเบลนด PLA/CAB/T80 ทอตราสวนตางๆ

Design-Expert® SoftwareComponent Coding: ActualTransparency

Design Points91.4304

35.0543

X1 = A: T80X2 = B: PLAX3 = C: CAB

A: T80

B: PLA C: CAB

Transparency

1.000

1.000

1.000

0.750

0.750

0.750

0.500

0.500

0.500

0.250

0.250

0.250

0.000

0.000

0.000

40

50 50

60

60

70

70

80

80

61

จากรป 3.6 จะพบวา ฟลม PLA และ CAB บรสทธจะมความใสมากทสด แตเมอเตม T80 ลงไปจะมอทธพลท าใหฟลม PLA มความใสลดลงตามปรมาณ T80 ทเพมขนอยางชดเจน ทงนอาจเนองมาจากการเตม T80 ลงใน PLA ท าใหในโครงสรางของ PLA เกดปรมาตรอสระมากขน ท าใหสายโซพอลเมอรของ PLA เกดการเคลอนทไดงายขน จงเกดการเหนยวน าใหเกดการจดเรยงตวของผลกเพมขน ฟลมจงขนมากขน นอกจากนสามารถเกดการหลดออก (Bleeding-out) ของสารเพมความยดหยน แลวเกดการตกผลกใหมของ PLA ดงรป 3.7 ซงการหลดออกนจะเกดขนเมอทงไวใหแหงจงท าใหฟลม PLA มลกษณะแขงและมสขาว (ความใสลดลง) ดงงานวจยของ Shinichi KANAZAWA[72] และอกสาเหตหนงเปนผลของการกระเจงของแสง (Light scattering effect) เนองจาก T80 เปนตวกออมลชน (Emulsifier) และเปนตวชวยในการแพรกระจาย (Dispersing agent) จงท าใหพอลเมอรเบลนดมลกษณะเปนฟลมอมลซไฟด (Emulsified films) มลกษณะเปนอนภาคแขวนลอยอยในฟลม ท าใหฟลมมความขนเพมขน สอดคลองกบงานวจยของ Younes Zahedi[73] ในขณะท CAB เปนพอลเมอรทประกอบดวยหนวยซ ากนทมขนาดใหญและมหมแขนงขนาดใหญจงท าใหสายโซ CAB เกดการจดเรยงตวเปนผลกไดยากท าใหโครงสรางเปนอสณฐาน ดงนนการเตม T80 ลงไปจงไมไดมอทธพลใหสายโซ CAB เกดการเหนยวน าใหเกดผลกขนในโครงสราง สงผลใหฟลม CAB ทเตมและไมเตม T80 มความใสใกลเคยงกนและฟลม CAB มความขนนอยกวาฟลม PLA

รป 3.7 การเกดการตกผลกใหมเนองจากการหลดออกของพลาสตไซเซอร[2]

ส าหรบฟลมพอลเมอรเบลนด PLA/CAB ทกอตราสวนมความใสลดลงอยางชดเจนและเมอเตม T80 ลงในพอลเมอรเบลนด PLA/CAB ในปรมาณทมากขน ท าใหฟลมมความใสลดลงอยางชดเจนดวยเชนกน

62

3.5. ลกษณะพนผวและความเขากนไดของฟลมพอลเมอรเบลนด

การวเคราะหลกษณะพนผวและความเขากนไดของฟลม ดวยกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด แสดงภาพถายโดยใชก าลงขยาย 5000 เทา ดงตาราง 3.7 เมอพจารณาผลภาพถาย ไมพบเหนการแยกเฟสของ PLA และฟลม CAB แตพบการแยกเฟสของฟลมพอลเมอรเบลนดทมสดสวนโดยน าหนกของ PLA/CAB เทากบ 0.5/0.5 ซงจากรปจะเหนวามการแยกเฟสระหวาง PLA และ CAB โดยพบเฟส CAB กระจายตวเปนเฟสขนาดใหญเลกบนเฟสของ PLA อาจเนองมาจากความแตกตางกนในระดบโมเลกล (Molecular level) แตเมอเตม T80 ลงไปพอลเมอรเบลนด PLA/CAB ไมปรากฎการแยกเฟส ซง T80 ท าหนาทเปนสารชวยผสม (Compatibilizer) ซงท าหนาทคลายสะพานเชอมและยดเกาะระหวางวฎภาค (Interface interaction)[74] ของ PLA และ CAB โดยจะเหนวาฟลมมความเปนเนอเดยวกน (Homogeneous phase)

ตาราง 3.7 ภาพถาย SEM ของพนผวฟลมพอลเมอรเบลนดทอตราสวนตางๆ ดวยก าลงขยาย 5000 เทา

สตร สดสวนโดยน าหนกของพอลเมอรเบลนด

SEM PLA CAB T80

1 1.000 - -

2 0.500 0.500 -

3 - 1.000 -

4 0.950 - 0.050

5 0.725 0.225 0.050

PLA

CAB

63

ตาราง 3.7 ภาพถาย SEM ของพนผวฟลมพอลเมอรเบลนดทอตราสวนตางๆ ดวยก าลงขยาย 5000 เทา (ตอ)

สตร สดสวนโดยน าหนกของพอลเมอรเบลนด

SEM PLA CAB T80

6 0.475 0.475 0.050

7 0.225 0.725 0.050

8 - 0.950 0.050

9 0.900 - 0.100

10 0.675 0.225 0.100

11 0.450 0.450 0.100

12 0.225 0.675 0.100

13 - 0.900 0.100

14 0.850 - 0.150

15 0.625 0.225 0.150

64

ตาราง 3.7 ภาพถาย SEM ของพนผวฟลมพอลเมอรเบลนดทอตราสวนตางๆ ดวยก าลงขยาย 5000 เทา (ตอ)

สตร สดสวนโดยน าหนกของพอลเมอรเบลนด

SEM PLA CAB T80

16 0.425 0.425 0.150

17 0.225 0.625 0.150

18 - 0.850 0.150

19 0.800 - 0.200

20 0.400 0.400 0.200

21 - 0.800 0.200

3.6 สมบตเชงกล

การวดสมบตเชงกลโดยการทดสอบแรงดงจะใชตวอยางฟลมชนดละ 5 ตวอยาง ขอมลคาความทนตอแรงดง ณ จดขาด รอยละการยด ณ จดขาด และคายงมอดลสของฟลมพอลเมอรทไดแสดงผลในตาราง 3.8 และรป 3.8 โดยกราฟความเคน-ความเครยด (Stress-strain curve) แสดงในภาคผนวก ค เมอพจารณาคาความทนตอแรงดง ณ จดขาดของฟลม CAB และ PLA มคาเทากบ 67.17±2.20 MPa และ36.38±8.25 MPa ตามล าดบ แสดงวาฟลม CAB มความแขงแรงกวาฟลม PLA ทงนเนองจากในโครงสรางของพอลเมอร CAB มแรงกระท าของพนธะไฮโดรเจน ซงเปนแรง

65

กระท าทเกดขนระหวางสายโซ (Intermolecular forces) และแรงกระท าภายในสายโซเดยวกน (Intramolecular forces) (รป 3.10) ท าใหสายโซยดกนอยางแขงแรงมากในพอลเมอร CAB ในขณะทพอลเมอร PLA มเพยงพนธะไฮโดรเจนทเปนแรงกระท าทเกดขนระหวางสายโซเทานน (รป 3.9) และเมอเตม T80 ปรมาณ 10%wt. ในฟลม PLA และฟลมพอลเมอรเบลนด PLA/CAB จะใหคาความทนตอแรงดง ณ จดขาดสงสด โดยทคาความทนตอแรงดง ณ จดขาดมคาเพมขน อยางเหนไดชดในกรณทม PLA เปนสวนประกอบ ซงเมอพจารณาหนวยซ าของ PLA และ CAB ดงรป 3.11 จะพบวา CAB มโครงสรางในสายโซหลกเปนหมทมขนาดใหญ และมหมแทนทขนาดใหญแยกแขนงออกจากสายโซหลก สงผลใหปรมาตรอสระ (Free volume) ลดลงเนองจากความเกะกะของหมแขนงขนาดใหญ ท าใหโอกาสในการเขาแทรกระหวางสายโซ CAB ของ T80 ทมขนาดใหญจงมนอยกวาเมอเทยบกบสายโซของ PLA ดงแสดงในรป 3.12 ซงเมอเตม T80 ลงไปท าใหสายโซพอลเมอรของ PLA ในพอลเมอรเบลนดทอยในสวนของ อสณฐาน (Amorphous region) เกดการเคลอนทไดงายขน จงท าใหโมเลกลของ PLA ทมขนาดเลกสามารถจดเรยงตวเปนผลกไดงายขนและเกดผลกใหมเนองจากการหลดออกของ T80 จากสายโซ PLA[72] ดวย สงผลใหฟลมพอลเมอรเบลนดทม PLA เปนองคประกอบหลกมความแขงแรงเพมมากขนกวาฟลมพอลเมอรเบลนดทม CAB เปนองคประกอบหลก ท าใหทนตอแรงดงไดมากกวากอนทจะขาด ซงชใหเหนวา T80 มผลตอสมบตเชงกลของ PLA มากกวา CAB

จากรป 3.13 แสดง Contour plot ของคารอยละการยด ณ จดขาดของพอลเมอรเบลนดทอตราสวนตางๆ พบวาฟลมพอลเมอร PLA, CAB และ PLA/CAB ทเตม T80 สวนใหญมแนวโนมทจะยดไดมากกวาฟลมทไมเตม T80 เนองจากในโครงสรางของ T80 ประกอบดวยสวนทเปนสายโซตรงของไฮโดรคารบอน ซงสามารถเคลอนทแทรกไปมาระหวางสายโซของ PLA และ CABไดด นอกจากนพบวาฟลม PLA สามารถยดไดมากกวาฟลม CAB เนองจาก T80 นนจะแทรกตวเขาไปในระหวางสายโซของ PLA ไดมากกวา CAB ทงนเนองจากโครงสรางในสายโซหลกของ CAB ประกอบดวยหมทมขนาดใหญ และยงมหมแทนทขนาดใหญแยกแขนงออกจากสายโซหลกอกดวย ท าใหโอกาสท T80 ซงมโครงสรางขนาดใหญแทรกตวเขาไปไดยาก โดยท T80 จะเพมปรมาตรอสระจงท าใหสายโซของพอลเมอรสามารถเคลอนทไดมากขน จงท าใหเกดความออนนมและยดหยนมากขน และ ฟลมพอลเมอรเบลนด PLA/CAB/T80 ยดไดนอยทสดอาจเนองมาจากความไมเขากนระหวางองคประกอบทงสาม

66

ตาราง 3.8 คาความทนตอแรงดง ณ จดขาด คารอยละการยด ณ จดขาด และคายงมอดลสของฟลมพอลเมอรเบลนดในแตละอตราสวน

สตร สดสวนโดยน าหนกของพอลเมอรเบลนด

ความทนตอแรงดง ณ จดขาด

(MPa)

รอยละการยด ณ จดขาด

(%)

คายงมอดลส (MPa)

PLA CAB T80 1 1.000 - - 36.38±8.25 160.96±21.01 944.01±88.49 2 0.500 0.500 - 18.68±3.23 194.58±21.92 877.07±176.49 3 - 1.000 - 67.17±2.20 67.21±14.86 1,030.25±99.80 4 0.950 - 0.050 69.05±9.00 119.05±18.12 470.06±34.20 5 0.725 0.225 0.050 18.18±3.94 273.77±14.08 1,557.08±67.73 6 0.475 0.475 0.050 11.17±7.18 209.32±10.55 967.97±83.18 7 0.225 0.725 0.050 18.39±2.31 228.45±13.67 1,001.80±77.10 8 - 0.950 0.050 53.09±4.30 77.96±17.50 699.40±34.40 9 0.900 - 0.100 139.68±27.66 329.21±30.45 1,015.73±136.98

10 0.675 0.225 0.100 62.14±4.86 255.88±18.27 1,400.80±1,01.10 11 0.450 0.450 0.100 46.46±4.12 325.78±15.70 647.72±132.62 12 0.225 0.675 0.100 17.53±2.35 106.40±26.73 848.75±62.37 13 - 0.900 0.100 63.42±6.85 89.77±29.39 718.73±69.63 14 0.850 - 0.150 74.22±8.70 177.38±11.00 613.00±23.30 15 0.625 0.225 0.150 68.55±5.03 181.75±15.85 1,458.67±53.16 16 0.425 0.425 0.150 25.25±8.52 226.77±18.45 1,051.53±85.55 17 0.225 0.625 0.150 25.06±3.43 184.77±18.55 751.37±40.57 18 - 0.850 0.150 37.19±8.70 147.06±16.00 280.00±22.80 19 0.800 - 0.200 118.82±38.75 161.53±14.98 903.16±80.15 20 0.400 0.400 0.200 38.17±5.92 161.17±8.18 775.10±48.39 21 - 0.800 0.200 67.66±7.52 118.46±13.63 271.31±26.967

67

Multiple regression results : Tensile strength = -3074.49781*A + 77.97017*B + 19.66549*C - 353.59494*B*C โดยท A = T80 B = PLA และ C = CAB (R2 = 0.6666, p = 0.0191) รป 3.8 Contour plot คาความทนตอแรงดง ณ จดขาดของฟลมพอลเมอรเบลนด PLA/CAB/T80 ทอตราสวนตางๆ

O

O

O

CH2

CH2

O

O

O

O

CH2

CH2

O

OO

O

CH2

CH2

O

O

O

O

CH2

CH2

O

OO

O

CH2

CH2

O

H H H H H

H H H H H

O

O

O

O

CH2

CH2

O

OO

O

CH2

CH2

O

O

O

O

CH2

CH2

O

OO

O

CH2

CH2

O

OC

O

O

CH2

CH2

O

O

HHHHH

HHHHH

nn

nn

รป 3.9 โครงสรางของพอลเมอร PLA

Design-Expert® SoftwareComponent Coding: ActualElongation

Design Points239.68

7.17

X1 = A: T80X2 = B: PLAX3 = C: CAB

A: T80

B: PLA C: CAB

Elongation

1.000

1.000

1.000

0.750

0.750

0.750

0.500

0.500

0.500

0.250

0.250

0.250

0.000

0.000

0.000

050

50100

150

68

O

O

OOO

CH

O

O

H H

H

H

H

CHO

H

H

H

H

H

O

O

OOO

O

H2C

O

O

H

H

H

H

H2CO

H

H

H

H

H

O

CH2

H2C

H3C

O

H2C

CH2H3C

O

HC

CH2

H2C

O

OH2C

CH2

H3C

O

H2CCH2

CH3

O H2C

CH2

CH2

O

CH2

H2C

CH2

O

O

OOO

O

HC

O

O

O

H

H

H

H

CHOH

H

H

H

O H

HO

O

OOO

CH

O

O

O

H

H

H

H

CHOH

H

H

H

O H

HO

OO

H2CO

H

H

H

H

O

OO

H2C O

OH

H

H

H

H

H2C

CH2H2C

O

CH

H2CCH2

O

H

CH2

OH2C

H2C

CH2O

H

H2C

CH2

CH2

O

HH2C

CH2

CH2

OH

H

HH

H

H

CH3

OH

H2C

H2C

CH2

O

H

CH2

H2C

CH3

O

O

H

H

H2C

CH2H3C

O

CH3

O

H2C

CH2H2C

O

H2C

CHH3C

O

CH2

CH2H2C

O

CH

CH2H3CO

n

n

nn

H2C

CH2

H2C

O

CHCH

CH3

O O

CH2H2C

CH3

O

CH2

H2C

H3C

OHH

H

HHH

H

H H

H H

H

รป 3.10 โครงสรางของพอลเมอร CAB

O

O

CH3 n

OOO

CH2

RO

OR

RH

H

H

H

n

R= CH3CO (4%), C3H7CO (51%), H (1%)

(ก) (ข) รป 3.11 โครงสรางหนวยซ าของ PLA (ก) และ CAB (ข)

(ก) (ข) รป 3.12 ภาพจ าลองการเขาแทรกระหวางสายโซของ PLA (ก) และ CAB (ข)

ปรมาตรอสระ

สายโซหลก สายโซหลก ปรมาตรอสระ

หมแขนง

69

จากรป 3.14 แสดงคา Contour plot ของยงมอดลสของฟลมพอลเมอรเบลนดทอตราสวนตางๆ โดยทคายงมอดลสจะบอกถงความแขงแรง เปราะ และความสามารถโคงงอได (ยดหยน) ของฟลม ซงจากกราฟพบวาฟลมทกชนดออนนมลงเมอเตม T80 ทงนเปนผลของพลาสตไซเซอร (Plasticizing effect) และคายงมอดลสของฟลมพอลเมอรเบลนดทมปรมาณ CAB ประมาณ 20-30%wt. จะมคาเพมขนเมอเตม T80 มากขน

เมอพจารณากราฟความเคน-ความเครยด ของฟลมพอลเมอรเบลนดทอตราสวนตางๆในรป 3.15-3.17 พบวาจากรป 3.15 PLA ทเตมและไมเตม T80 จะปรากฏจดคราก (Yield point) ซงเปนจดทพอลเมอรมการเปลยนแปลงโครงสรางสณฐานถาวร และหลงจากนนจะยดออก และมการยดไดไมมากกอนทจะขาด ซงแสดงถงสมบตแบบพลาสตกชนดแขงเกรง (Rigid plastic) นอกจากนพนทภายใตเสนกราฟจะบอกถงความเหนยว (Toughness) ของฟลมพอลเมอรโดยอธบายไดวาฟลม PLA ทเตม T80 จะมความเหนยวมากกวาฟลมทไมม T80 นอกจากนพบวาฟลม PLA ทเตม T80 ปรมาณ 10% wt. จะมความเหนยวมากทสด

Multiple regression results : Elongation = +9208.94225 * A * B+8178.39134 * A* C

โดยท A = T80 B = PLA และ C = CAB (R2 = 0.5059, p = 0.1216) รป 3.13 Contour plot คารอยละการยด ณ จดขาดของฟลมพอลเมอรเบลนด PLA/CAB/T80 ทอตราสวนตางๆ

Design-Expert® SoftwareComponent Coding: ActualTensile strength

Design Points329.21

106.4

X1 = A: T80X2 = B: PLAX3 = C: CAB

A: T80

B: PLA C: CAB

Tensile strength

1.000

1.000

1.000

0.750

0.750

0.750

0.500

0.500

0.500

0.250

0.250

0.250

0.000

0.000

0.000

150

200

200

250250

70

Multiple regression results : Modulus = -1.340x104*A +9877.99* B+1025.623*C

โดยท A = T80 B = PLA และ C = CAB (R2 = 0.7371, p = 0.0830) รป 3.14 Contour plot คายงมอดลสของฟลมพอลเมอรเบลนด PLA/CAB/T80 ทอตราสวนตางๆ

รป 3.15 กราฟแสดงความสมพนธของคาความทนตอแรงดง ณ จดขาด และคารอยละการยด ณ จดขาดของฟลม PLA ทใชปรมาณ T80 ตางๆ

Design-Expert® SoftwareComponent Coding: ActualModulus

Design Points15570.8

2713.13

X1 = A: T80X2 = B: PLAX3 = C: CAB

A: T80

B: PLA C: CAB

Modulus

1.000

1.000

1.000

0.750

0.750

0.750

0.500

0.500

0.500

0.250

0.250

0.250

0.000

0.000

0.000

20004000

6000

8000

ค าคว

ามทน

ต อแรงดง ณ

จด ขา

ด (M

Pa)

รอยละการยด ณ จดขาด

71

รป 3.16 กราฟแสดงความสมพนธของคาความทนตอแรงดง ณ จดขาด และคารอยละการยด ณ จดขาดของฟลม CAB ทใชปรมาณ T80 ตางๆ

รป 3.17 กราฟแสดงความสมพนธของคาความทนตอแรงดง ณ จดขาด และคารอยละการยด ณ จดขาดของ ฟลมพอลเมอรเบลนด PLA/CAB ทมสดสวนโดยน าหนกของเทากบ 0.500/0.500 ทใชปรมาณ T80 ตางๆ

ส าหรบรป 3.16 และ3.17 ซงเปน กราฟความเคน-ความเครยดของฟลม CAB บรสทธและฟลมพอลเมอรเบลนด PLA/CAB ตามล าดบ พบวาฟลมทเตมและไมเตม T80 จะไมปรากฏจดคราก

ค าคว

ามทน

ต อแรงดง ณ

จด ขา

ด (M

Pa)

รอยละการยด ณ จดขาด

ค าคว

ามทน

ต อแรงดง ณ

จด ขา

ด (M

Pa)

รอยละการยด ณ จดขาด

72

ซงเมอออกแรงดงวสดไมมการเปลยนโครงสรางสณฐาน มการยดไดมากกอนทจะขาด ซงแสดงถงสมบตแบบพลาสตกชนดยดหยน (Flexible plastic) เนองจากผลของสารเพมความยดหยนทเตมลงไป โดยพบวาเมอเตม T80 ปรมาณ 10%wt. ในฟลมพอลเมอรเบลนด PLA/CAB และเตม T80 ปรมาณ 20%wt. ในฟลม CAB จะมความเหนยวมากทสด

เมอพจารณากราฟความเคน-ความเครยดโดยแยกพจารณาจากปรมาณ T80 ทเตมลงไปดงรป 3.18 (ก)-(จ)

จากรป 3.18(ก) พบวาฟลม PLA กราฟมความชนนอยใชแรงในการยดนอย เปนสมบตของพอลเมอรทมลกษณะทแขง (Hard) และสามารถยดไปไดมาก แตเมอดจากปรมาณพนทใตกราฟแลวจะใชพลงงานนอยในการท าใหวสดนนขาดซงเปนสมบตของพอลเมอรทมความเปราะ (Brittle)

ฟลม CAB กราฟมความชนสงใชแรงมากแตยดไปไดนอยเปนสมบตของพอลเมอรทมลกษณะทแขง (Hard) และขาดทระยะยดนอยๆซงเปนสมบตของพอลเมอรทมความเปราะ

ฟลมพอลเมอรเบลนด PLA/CAB กราฟมความชนมากกวาฟลม CAB เปนสมบตของพอลเมอรทมลกษณะทแขงและแตกหกงาย ยดออกไปไดมาก ซงเปนสมบตของพอลเมอรทมความเหนยว ชใหเหนวาเมอผสมพอลเมอรระหวาง CAB และ PLA พอลเมอรเบลนดทไดจะมลกษณะทผสมกนระหวางพอลเมอรเรมตนทงสองตวคอยดไดมากเหมอน PLA และแขงเหมอน CAB

จากรป 3.18(ข) เมอเตม T80 ปรมาณ 5%wt. ลง ในพอลเมอรเบลนดทง 3 ชนด พบวาฟลมทงสามชนดมลกษณะออนนม (Soft) เชนเดยวกน โดย CAB มความเหนยวมากกวา PLA ในขณะทฟลมพอลเมอรเบลนด PLA/CAB มความออนนมมากทสดและสามารถยดไดมากทสด

จากรป 3.18(ค) เมอเตม T80 ปรมาณ 10%wt. ลงในฟลมพอลเมอรทง 3 ชนด พบวาฟลม PLA มลกษณะแขงและเหนยวโดยมความเหนยวมากกวา CAB สวนฟลม CAB และฟลมพอลเมอรเบลนด PLA/CAB มลกษณะออนนมโดยฟลมพอลเมอรเบลนด PLA/CAB สามารถยดไปไดมากกวา CAB แตยดไดนอยกวา PLA

จากรป 3.18(ง) เมอเตมทวน 80 ปรมาณ 15%wt. ลงในพอลเมอรเบลนดทง 3 ชนด พบวาฟลม PLA และฟลม CAB มลกษณะออนนม โดยทฟลม PLA จะมความแขงมากทสด

จากรป 3.18(จ) เมอเตม T80 20%wt. ในฟลมพอลเมอรทง 3 ชนด พบวาฟลมทงม 3 ชนด มความออนนมและเหนยว โดยทฟลม PLA ความเหนยวมากทสด ในขณะทฟลม CAB และฟลมพอลเมอรเบลนด PLA/CAB มความเหนยวทใกลเคยงกน

80

คาคว

ามทน

ตอแรงดง ณ

จด ขาด

(MPa

)

รอยละการยด ณ จดขาด

รป 3.18 กราฟแสดงความสมพนธของคาความทนตอแรงดง ณ จดขาด และคารอยละการยด ณ จดขาดของฟลม PLA, CAB และ PLA/CAB ทมปรมาณ T80 ตางกน

(ก) (ข)

(ค) (ง) (จ)

73

74

3.7 การวเคราะหสมบตทางความรอนและโครงสรางทางสณฐานวทยา

จากการวเคราะหสมบตทางความรอนของฟลมพอลเมอรเบลนดทอตราสวนตางๆ โดยแสดงขอมลคาอณหภมเปลยนสถานะคลายแกว (Glass transition temperature, Tg) อณหภมหลอมผลก (Crystalline melting temperature, Tm) อณหภมเกดผลก (Crystallization temperature, Tc) พลงงานทใชในการเกดผลก (Heat of Crystallization, ∆Hc) และพลงงานทใชในการเกดสลายผลก (Heat of melting, ∆Hm) ในตาราง 3.10

ตาราง 3.9 คาอณหภมเปลยนสถานะคลายแกว และอณหภมหลอมผลกของพอลเมอรเรมตนชนดตางๆเปรยบเทยบกบขอมลอางอง

พอลเมอร สมบตทางความรอนของพอลเมอร

Tg (°C) Tg อางอง (°C) Tm (°C) Tm อางอง (°C)

PLA 58.5 50.0 -58.0 [75-76] - 120-170 [75-76] CAB 108.5 98.0-110.0 [71] - 165 [71]

จากการวเคราะหสมบตทางความรอนของ PLA ปรากฏพค Tg ท 58.5 องศาเซลเซยสซง

สอดคลองกบขอมลอางองของ Martin and L.Averousc และ Vernica Carneiro [75-76]ซงมคา Tg

ในชวง 50.0 -58.0 องศาเซลเซยส แตไมปรากฎ Tm และ CAB ปรากฏพค Tg ท 108.5 องศาเซลเซยส ซงสอดคลองกบขอมลอางองของ EASTMAN CHEMICAL COMPANY [71] ซงมคา Tg ในชวง 98.0-110.0 องศาเซลเซยส และไมปรากฎ Tm ดวยเชนกน แสดงใหเหนวาฟลม PLA และฟลม CAB มโครงสรางเปน อสณฐาน โดยจะพบวา Tg ของ CAB มคามากกวา PLA ดวยเหตผลทวา CAB มพนธะอเทอร (C-O-C ) ซงท าใหสายโซมความยดหยนแตกไมสามารถท าใหโครงสรางบดหมนไดอยางอสระ โครงสรางหลกมขนาดใหญ ยงมหมแทนทขนาดใหญซงในประกอบดวยหมบวทลอะซเตท และหมอะซเตท ซงเปนพนธะเอสเทอรสามารถเกดเรโซแนนทไดเชนเดยวกบ PLA ดงแสดงในรป 3.19 จงท าใหโครงสายโซหลกมความแขงแรงมาก ไมคอยมความยดหยน การทสายโซจะหมนเคลอนตวไดอยางอสระตองใชพลงงานสงมากคา Tg จงมคามากกวา PLA ทไมมหมแทนทขนาดใหญอยกบสายโซหลก ในขณะทพอลเมอรเบลนดของ PLA/ CAB มคา Tg ปรากฎ 2 คา คอ 52.13, 106.2 องศาเซลเซยส (รป 3.28) ซงชใหเหนวาพอลเมอร PLA และ CAB เขากนไมไดทงนอาจมาจากโครงสรางทางโมเลกลของพอลเมอรทงสอง

75

ตาราง 3.10 ขอมลสมบตทางความรอนของพอลเมอรเบลนดทอตราสวนทตาง ๆ

สตร สดสวนโดยน าหนกของ

พอลเมอรเบลนด DSC (Second run)

PLA CAB T80 Tg(0c) Tc(

0c) ∆Hc (J/g) Tm (0c) ∆Hm (J/g)

1 1.000 - - 58.5 - - - -

2 0.500 0.500 - 52.1, 106.2

- - - -

3 - 1.000 - 108.6 - - - - 4 0.950 - 0.050 50.5 121.7 6.6391 148.8 9.3009 5 0.725 0.225 0.050 52.5 - - - - 6 0.475 0.475 0.050 52.5 - - - - 7 0.225 0.725 0.050 50.9 93.8 8.6889 148.3 1.2626 8 - 0.950 0.050 96.2 - - - - 9 0.900 - 0.100 47.7 107.5 25.73 147.8 29.81

10 0.675 0.225 0.100 50.3 - - - - 11 0.450 0.450 0.100 48.6 - - - - 12 0.225 0.675 0.100 46.1 - - - - 13 - 0.900 0.100 86.5 - - - - 14 0.850 - 0.150 41.3 108.5 26.5065 148.2 31.21 15 0.625 0.225 0.150 47.2 - - - - 16 0.425 0.425 0.150 45.1 - - - - 17 0.225 0.625 0.150 40.5 121.8 1.20 145.5 1.14 18 - 0.850 0.150 53.9 - - - - 19 0.800 - 0.200 32.0 92.0 28.2978 148.3 33.33 20 0.400 0.400 0.200 42.3 117.0 1.8540 148.3 2.3 21 - 0.800 0.200 40.5 - - - -

76

C

O

O C

O

O รป 3.19 ลกษณะการเกดเรโซแนนซ

นอกจากนยงมผลของพนธะไฮโดรเจนโดยพบวาทง PLA และ CAB สามารถเกดพนธะไฮโดรเจนซงเปนแรงกระท าระหวางโมเลกลทแขงแรงมากจงท าใหสมบตเชงกลของพอลเมอรทงสองมความแขงแตเปราะแตกหกงาย เมอพจารณารป 3.20 (ข) จะเหนวาโครงสรางของ CAB ใน 1 หนวยซ าสามารถเกดพนธะไฮโดรเจนได 9 พนธะ แตในขณะท PLA สามารถเกดพนธะไฮโดรเจนไดเพยง 1 พนธะเทานน นอกจากน CAB สามารถเกดพนธะไฮโดรเจนทงในและระหวางสายโซเดยวกน ดงรป 3.9 ซงการทสายโซของ CAB จะหมนเคลอนตวไดอยางอสระนนตองใชพลงงานสงมาก คา Tg จงมคามากกวา PLA เพราะเหตน CAB จงแขงแรงและเปราะมากกวา PLA โดยสอดคลองกบคายงมอดลสในสมบตเชงกล โดย CAB มคามากกวา PLA

O

O

CH3

n n

OOO

O

HC

OH

H

H

H

H2C

CH2

H3C

O

O

CH2H2C

CH3

O

Hn n

H2C

CH2H3CO

(ก) (ข)

ต าแหนงทสามารถเกดพนธะไฮโดรเจน รป 3.20 ต าแหนงทสามารถเกดพนธะไฮโดรเจนในโครงสรางหนวยซ าของสายโซหลก (ก) PLA และ (ข) CAB

พนธะมความแขงแรงขน

เกดเรโซแนนซ

77

รป 3.21 กราฟความสมพนธระหวางอณหภมเปลยนสถานะคลายแกว (Tg) กบปรมาณ T80 ทเตมลงในฟลมพอลเมอรเบลนด PLA ( ) CAB ( ) และ PLA/CAB ( ) ทมสดสวนโดยน าหนก 0.500/0.500

เมอพจารณาอทธพลของการเตม T80 ลงในฟลมพอลเมอรเบลนด PLA/CAB ทอตราสวนตางๆ ตามรป 3.21 พบวา คา Tg ของฟลมทกตวทเตม T80 ในอตราสวนตางๆ มคาลงลดเมอเปรยบเทยบกบ PLA ทไมเตม T80 และคา Tg ลดลงมากขนเมอเตม T80 เพมขนดวยเหตผลทวา T80 ซงมโครงสรางประกอบดวย 3 สวนตามรป 3.22 ทมหนาทตางกน สวนท 1 ของ T80 เปนสวนทท าใหสายโซของพอลเมอรแยกออกจากกน เมอ T80 ถกแทรกอยระหวางสายโซของพอลเมอร ท าใหมปรมาตรอสระเพมขน การหมนบางสวนของสายโซพอลเมอรเปนไปไดงายขนดงรป 3.23 และในสวนท 2 หมเอสเทอร -O-C ของ T80 เปนหมทมสภาพขว โดยสามารถเกดแรงกระท าไฮโดรเจนกบสายโซพอลเมอรทงสองชนด (PLA และ CAB)ได ท าใหแรงกระท าไฮโดรเจนระหวางสายโซพอลเมอรมคาลดลงดงรป 3.24 สงผลใหปรมาตรอสระในพอลเมอรมมากขนท าใหสายโซ พอลเมอรเคลอนตวไดอยางอสระดวยเชนกน จงเปนเหตใหคา Tg ลดลง สงผลใหพอลเมอรมสมบตเชงกลทเปลยนไปโดยพอลเมอรสามารถบดงอและยดหยนดขนสอดคลองกบผลสมบตเชงกลดงทกลาวมาในหวขอ 3.5 นอกจากน T80, PLA และ CAB เปนโมเลกลทมสภาพขวเชนเดยวกน ดงนนจงมความสามารถเขากนได (Compatibility) เปนอยางด โดยเกดแรงกระท าไฮโดรเจนซงกนและกน

0

20

40

60

80

100

120

0 5 10 15 20

อ ณหภ

มเปล

ยนสถ

านะค

ลายแกว

,Tg (°

C)

T80 (%wt.)

CAB

PLA/CAB PLA

O

78

HOH2CH2C-O-HC-O-H2CH2CO

O

CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH=CHCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3

O

HOH2CH2CH2C-O

HOH2CH2C-O-H2C

รป 3.22 โครงสรางของทวน 80

รป 3.23 ภาพจ าลองการแทรกตวของทวน 80 ในสายโซพอลเมอร

T80 เปนไฮโดรคารบอนสายโซตรง และมน าหนกโมเลกลต า สามารถแทรกตวเขาไปอยระหวางสายโซของพอลเมอรชนดตางๆ และสามารถเคลอนทไปมาระหวางสายโซของพอลเมอรไดงาย ท าใหการวางตวของสายโซในบรเวณอสณฐานของพอลเมอรมปรมาตรอสระเพมขน ดงนนเมอใหความรอนกบพอลเมอรในการเปลยนสถานะจากสถานะคลายแกว (Glassy state) ไปเปนสถานะคลายยาง (Rubbery state) จะใชพลงงานนอยลง เนองจากโมเลกลของพอลเมอรเบลนดทอยในสวนอสณฐานเกดการเคลอนไหวไดงายขน จงไมจ าเปนตองใชพลงงานในการเปลยนสถานะสง ท าใหพอลเมอรเบลนดทเตม T80 มคา Tg ลดลง และมความสามารถในการยดเพมขน ซงสอดคลองกบผลการทดสอบสมบตเชงกลของฟลมพอลเมอรเบลนดโดยมคารอยละการยด ณ จดขาดมแนวโนมสงขนดวยเชนกน ตามรป 3.13

O

OOO

HO

O

OHO

OHO

สายโซพอลเมอร

สายโซพอลเมอรเกดการหมนได

1

2 3

79

พนธะไฮโดรเจน

(ก)

พนธะไฮโดรเจน (ข)

รป 3.24 ภาพจ าลองของการเกดพนธะไฮโดรเจนระหวางสายโซพอลเมอรของ (ก) PLA กบ T80 (ข) CAB กบ T80

80

ในสวนท 3 หมอลคลใน T80 ซงเปนสายตรงมจ านวนคารบอน 17 อะตอมจะไปท าใหสายโซพอลเมอรอยหางกน และไมเกดความระเกะระกะ (Steric hindrance) ในการหมนของสายโซพอลเมอร เปรยบเสมอนหมอลคลท าหนาทหลอลนใหสายโซพอลเมอรมการหมนเคลอนตวไดอยางสะดวก เรยกผลทเกดขนวา การหลอลนภายใน (Internal lubricant) [29] คา Tg จงต าลง

รป 3.25 DSC เทอรโมแกรมของฟลม PLA โดยเตม T80 ทปรมาณตางๆ

จากเทอรโมแกรม DSC รป 3.25 พบวา การเตม T80 ลงในฟลม PLA เมอใหความรอนกบ PLA จะเกดผลกใหมและปรากฏพค Tc ขน นอกจากนพบวาพค Tm ทปรากฎ 2 พค เนองมาจากขนาดผลกของ PLA ทตางกน ซงอาจมาจากการเกดผลกของ PLA ทแตกตางกน 2 สาเหต คอ การเกดผลกอนเนองมาจาก T80 เหนยวน าให PLA เกดการจดเรยงตวอยางเปนระเบยบ โดย T80 ทเตมลงไปจะเคลอนทแทรกอยระหวางสายโซพอลเมอรในบรเวณอสณฐานของ PLA ท าใหสายโซ PLA เกดการเคลอนทไดงายขน กอใหเกดการเหนยวน าให PLA เกดการจดเรยงตวอยางเปนระเบยบและสาเหตทสองคอ การเกดผลกใหม (Recrystallization) เนองจากการหลดออกของ T80 จากสายโซ PLA[72] ซงเมอเตม T80 ในปรมาณมากขนจะท าใหเกดผลกมากขนซงสอดคลองกบคาพลงงานความรอนในการหลอมผลกของ PLA ทเพมขนในรป 3.27 แตผลไมสอดคลองกบสมบตเชงกลทพบวาฟลม PLA ทเตม T80 ปรมาณ 10%wt. มคาความทนแรงดง ณ จดขาดสงสด ทงนเนองจาก T80 มจดเดอดท 148 องศาเซลเซยส [49] ซงอาจมผลตอชวงของการเกดผลกได ดงนนจงท าการวเคราะหครงทหนง (First run) ดงรป 3.28 พบวาเทอรโมแกรมของ T80 เรมมการเปลยนแปลงเปนขน(Step) ในลกษณะเดยวกบ Tg ทอณหภมประมาณ 150 องศาเซลเซยสซงสามารถบงบอกไดวาเปนจดเดอดของ T80 [81] โดยเมอเทยบผลในการวเคราะหครงทหนง

0% wt.

5% wt.

10% wt.

15% wt.

20% wt.

Tm1

Tm1

Tm1 Tm2

Tm2

Tm2

81

(First run) ของฟลม PLA CAB และฟลมเบลนดของ PLA/CAB/T80 ในสตร 0.8/0/0.2 และ 0/0.8/0.2 จะพบการเปลยนแปลงของเทอรโมแกรมในชวง 159 และ 150 องศาเซลเซยสตามล าดบ นนหมายความวาในการวเคราะหครงทสองกสามารถเกดการระเหยของ T80 ในระบบไดเชนเดยวกนเพราะเปนระบบปด โดยพค Tm2 อาจเกดการซอนทบกนระหวางพคของการหลอมผลก PLA และพคของการระเหย T80 ได เนองจากเปนพคทดดกลนความรอน (Endothermic peak) เชนเดยวกน นอกจากนพบวาเมอปรมาณ T80 เพมขนท าใหมพนทใตพคทมากเพราะ T80 เกดการระเหยมากนนเอง ดงนนปรมาณความรอนทดดกลน (H) ณ ต าแหนงนไมใชปรมาณความรอนทใชในการหลอมผลก(Hm) จงไมสามารถเทยบเปนปรมาณผลกได

รป 3.26 DSC เทอรโมแกรมของฟลม PLA CAB PLA/CAB/T80 (0.8/0/0.2) PLA/CAB/T80 (0/0.2/0.8) และ T80 ทไดจากการวเคราะหครงทหนง (First run)

นอกจากน DSC เทอรโมแกรมของฟลมพอลเมอรเบลนด PLA/CAB ในรป 3.28 พบวาเมอเตม T80 20% wt. จะมพค Tm เกดขนท 148.3 องศาเซลเซยสซงอยในชวงอณหภมของการหลอมผลกของ PLA และม Hm = 2.3 J/g ดงนนจงชใหเหนวาพอลเมอรเบลนด PLA/CAB สามารถเกดผลกเกดขนได เมอเตม T80 มากกวา 20% wt.

150 °C

PLA

CAB

PLA/CAB/T80 (0.8/0/0.2)

PLA/CAB/T80 (0/0.2/0.8)

T80

82

รป 3.27 กราฟความสมพนธระหวางH กบปรมาณ T80 ทเตมลงฟลม PLA

รป 3.28 DSC เทอรโมแกรมทไดจากการวเคราะหครงทสอง (Second run)ของฟลม PLA/CAB ท อตราสวนโดยน าหนกเทากบ 0.5/0.5 โดยเตม T80 ทปรมาณตางๆ

0

5

10

15

20

25

30

35

0 5 10 15 20

∆H (J/

g)

T80 (%wt.)

0% wt.

5% wt.

10% wt.

15% wt.

20% wt.

n/d

Tg1 Tg2

83

3.8 การซมผานไอน าของฟลม

ผลการทดสอบความสามารถในการซมผานไอน าของฟลมพอล เมอร เบลนด PLA/CAB/T80 ทอตราสวนตาง ๆ ทอณหภม 30.0 ± 1.0 องศาเซลเซยส รอยละของความชนสมพทธ 50 ± 2 โดยคาเฉลยของอตราการซมผานไอน า (WVPR) และความสามารถในการซมผานไอน า (WVP) ไดแสดงผลในตาราง 3.11 (วธการค านวณแสดงในภาคผนวก ง)

ตาราง 3.11 คาเฉลยของอตราการซมผานไอน าและความสามารถในการซมผานไอน าฟลมพอลเมอรเบลนด PLA/CAB/T80 ทอตราสวนตางๆ ทอณหภม 30.0 ± 1.0 องศาเซลเซยส ความชนสมพทธรอยละ 50 ± 2

สตร สดสวนโดยน าหนกของ

พอลเมอรเบลนด WVPR

(g/m2. day) WVP

x104 (g.m/m2. day.mmHg) PLA CAB T80

1 1.000 - - 58.01 ± 1.23 1.84 ± 0.11 2 0.500 0.500 - 81.89 ± 10.08 2.40 ± 0.06 3 - 1.000 - 147.51 ± 8.84 4.64 ± 0.29 4 0.950 - 0.050 41.98 ± 0.54 1.31 ± 0.04 5 0.725 0.225 0.050 126.64 ± 37.14 4.73 ± 1.64 6 0.475 0.475 0.050 126.11 ± 11.50 3.54 ± 0.42 7 0.225 0.725 0.050 108.95 ± 4.24 4.24 ± 0.33 8 - 0.950 0.050 126.16 ± 5.40 2.06 ± 0.16 9 0.900 - 0.100 36.67 ± 2.75 1.05 ± 0.11

10 0.675 0.225 0.100 56.24 ± 5.66 2.09 ± 0.57 11 0.450 0.450 0.100 71.98 ± 4.42 2.42 ± 0.01 12 0.225 0.675 0.100 64.62 ± 2.95 2.02 ± 0.01 13 - 0.900 0.100 202.87 ± 1.24 6.69 ± 0.03 14 0.850 - 0.150 49.35 ± 4.42 1.44 ± 0.05 15 0.625 0.225 0.150 102.41 ± 6.19 3.06 ± 0.05 16 0.425 0.425 0.150 74.28 ± 1.41 2.65 ± 0.19 17 0.225 0.625 0.150 104.88 ± 0.18 3.44 ± 0.33

84

ตาราง 3.11 คาเฉลยของอตราการซมผานไอน าและความสามารถในการซมผานไอน าฟลมพอลเมอรเบลนด PLA/CAB/T80 ทอตราสวนตางๆ ทอณหภม 30.0 ± 1.0 องศาเซลเซยส ความชนสมพทธรอยละ 50 ± 2 (ตอ)

สตร สดสวนโดยน าหนกของ

พอลเมอรเบลนด WVPR

(g/m2. day) WVP

x104 (g.m/m2. day.mmHg) PLA CAB T80

18 - 0.850 0.150 106.83 ± 1.41 3.70 ± 0.17 19 0.800 - 0.200 58.01 ± 0.71 2.03 ± 0.07 20 0.400 0.400 0.200 128.40 ± 4.24 4.19 ± 0.03 21 - 0.800 0.200 58.01 ± 1.23 1.84 ± 0.11

Multiple regression results : WVP = +0.17411*A+2.07903x104*B+4.86657x10-4*C+1.92278 x10-3*A*C*(B-C) โดยท A = T80 B = PLA และ C = CAB (R2 = 0.8259, p = 0.0496) รป 3.29 Contour plot คา WVP ของฟลมพอลเมอรเบลนด PLA/CAB/T80 ทอตราสวนตางๆ

Design-Expert® SoftwareComponent Coding: ActualWVP

Design Points0.0006692

0.0001047

X1 = A: T80X2 = B: PLAX3 = C: CAB

A: T80

B: PLA C: CAB

WVP

1.000

1.000

1.000

0.750

0.750

0.750

0.500

0.500

0.500

0.250

0.250

0.250

0.000

0.000

0.000

0.0001

0.0002

0.0002

0.0003

0.00030.0004

0.0004

0.0004

0.0005

0.0006

85

จากขอมลในตาราง 3.11 น ามาพลอตกราฟแบบ Contour ดงแสดงในรป 3.29 พบวาฟลม CAB มความสามารถในการซมผานไอน าเทากบ 4.644x10-4 g.m/m2.day.mmHg ซงมคามากกวาฟลมพอลเมอรเบลนด PLA/CAB และฟลมพอลเมอร CAB ซงมคาเทากบ 2.4x10-4 และ 1.839x10-4 g.m/m2.day.mmHg ตามล าดบ ทงนอาจเนองจากสายโซพอลเมอรของ CAB มการจดเรยงตวเปนระเบยบนอยกวา PLA ท าใหโมเลกลของน าซงเปนโมเลกลขนาดเลกสามารถผานเขาออกฟลมพอลเมอรไดงายและมากกวา PLA

และเมอพจารณาอทธพลของการเตม T80 ลงในฟลมพอลเมอรเบลนดทอตราสวนตางๆ พบวาความสามารถในการซมผานไอน าลดลงเมอเตม T80 ลงใน PLA เพมขน ทงนเนองจากการเตม T80 ท าใหสายโซของ PLA เกดการจดเรยงตวอยางเปนระเบยบชดกนมากขนและเกดผลกใหมเนองจากการหลดออกของ T80 จากสายโซ PLA[72] สงผลใหเกดผลกของ PLA ซงการมโครงสรางผลกเพมขนท าใหมชองวางระหวางสายโซนอยลง การเขาออกของน าจงลดลงดวย และความสามารถในการซมผานไอน าของฟลมต าสดเมอเตม T80 10%wt. เนองจาก PLA มปรมาณผลกมากทสดนนเอง ส าหรบการเตม T80 ในฟลม PLA/CAB และ CAB ทปรมาณตางๆนน ความสามารถในการซมผานไอน าไมมแนวโนมทชดเจนแตเมอพจารณาแนวโนมโดยรวม พบวาความสามารถในการซมผานไอน าของฟลมพอลเมอรเบลนดจากนอยไปมากตามล าดบ คอ PLA PLA/CAB และ CAB

นอกจากนยงพบวาฟลมพอลเมอรเบลนดทมองคประกอบของ CAB มากขนจะท าใหฟลมมความสามารถในการซมผานไอน าไดเพมขน เนองจาก CAB จะไปขดขวางการจดเรยงตวเปนผลกของ PLA จงท าใหฟลมพอลเมอรเบลนดมชองวางทไอน าสามารถซมผานไดมากขน 3.9 การแพรผานของกาซออกซเจน

ผลการทดสอบความสามารถในการการแพรผานของกาซออกซเจนของฟลม PLA, CAB และฟลมพอลเมอรเบลนด PLA/CAB ทอตราสวนตางๆ แสดงคาเฉลยอตราการซมผานออกซเจน(OTP) และการแพรผานออกซเจน (OP) ในตาราง 3.12 (การค านวณแสดงในภาคผนวก จ)

86

ตาราง 3.12 คาเฉลยอตราการซมผานออกซเจนและการแพรผานออกซเจนของฟลมพอลเมอรเบลนด PLA/CAB/T80 อตราสวนตางๆ

สตร สดสวนโดยน าหนกของ

พอลเมอรเบลนด OTR

(cm3/m2. day.kPa) OP

(cm3.mm/m2. day.kPa) PLA CAB T80

1 1.000 - - 112.67 ± 14.05 0.07±0.01 2 0.500 0.500 - 640.00 ± 14.93 0.17±0.00 3 - 1.000 - 4891.33 ± 111.10 1.17±0.03 4 0.950 - 0.050 5 0.725 0.225 0.050 185.33 ± 11.50 0.13±0.01 6 0.475 0.475 0.050 423.00 ± 46.03 0.11±0.01 7 0.225 0.725 0.050 1359.00 ± 38.69 0.86±0.02 8 - 0.950 0.050 9 0.900 - 0.100 108.33 ± 5.51 0.04±0.00

10 0.675 0.225 0.100 240.00 ± 11.00 0.06±0.00 11 0.450 0.450 0.100 332.33 ± 34.56 0.21±0.02 12 0.225 0.675 0.100 1158.67 ± 118.85 0.32±0.03 13 - 0.900 0.100 4234.33 ± 178.25 1.93±0.08 14 0.850 - 0.150 15 0.625 0.225 0.150 321.67 ± 16.04 0.07±0.00 16 0.425 0.425 0.150 278.33 ± 42.67 0.06±0.01 17 0.225 0.625 0.150 838.33 ± 25.58 0.57±0.02 18 - 0.850 0.150 19 0.800 - 0.200 94.33 ± 4.16 0.06±0.00 20 0.400 0.400 0.200 231.67 ± 17.21 0.13±0.01 21 - 0.800 0.200 3858.33 ± 119.46 1.01±0.03

จากผลในตาราง 3.12 น าคา OP ของพอลเมอรเบลนดทอตราสวนตางๆ ไปพลอตกราฟแบบ Contour แสดงดงรป 3.30 พบวาความสามารถในการแพรผานออกซเจนของฟลม CAB ดกวา

87

ฟลม PLA/CAB และฟลม PLA ทงนอาจเนองจาก CAB มการชดกนของสายโซพอลเมอรนอยกวา PLA ท าใหโมเลกลของออกซเจนทเปนโมเลกลขนาดเลกสามารถผานเขาออกฟลมพอลเมอรไดงายและมากกวา PLA เชนเดยวกบการซมผานของน า

Multiple regression results : OP = -32.61950 * A+0.72581 * B+1.20794 * C-39.27654 * A * B * C โดยท A = T80 B = PLA และ C = CAB (R2 = 0.9083, p = 0.0067) รป 3.30 Contour plot คา OP ของฟลมพอลเมอรเบลนด PLA/CAB/T80 ทอตราสวนตางๆ

และเมอพจารณาการเตม T80 ลงในพอลเมอรเบลนดทอตราสวนตางๆ พบวาความสามารถในการแพรผานออกซเจนของ PLA ลดลงเมอใช T80 เพมขน ดวยเหตผลเชนเดยวกบการซมผานของไอน า คอ T80 ชวยท าใหสายโซของ PLA ชดกนมากขนและสงผลใหเกดผลกของ PLA อกทงเกดผลกใหมเนองจากการหลดออกของ T80 จากสายโซ PLA[72] ดวย โดยเฉพาะเมอใช T80 10%wt. ซง PLA จะมปรมาณผลกสงสด ท าใหมชองวางระหวางสายโซนอยลง ท าใหการเขาออกของกาซออกซเจนลดลงดวย

Design-Expert® SoftwareComponent Coding: ActualOP

Design Points1.9266

0.01696

X1 = A: T80X2 = B: PLAX3 = C: CAB

A: T80

B: PLA C: CAB

OP

1.000

1.000

1.000

0.750

0.750

0.750

0.500

0.500

0.500

0.250

0.250

0.250

0.000

0.000

0.000

0.5

0.5

0.5

1 1.5

88

ส าหรบฟลม PLA/CAB และ CAB มความสามารถในการผานออกซเจนทเพมขนเมอเตม T80 ทเพมขนถง 10 %wt. และความสามารถในการแพรผานออกซเจนของฟลมพอลเมอรเบลนดจากนอยไปหามากมล าดบดงน คอ PLA, PLA/CAB และ CAB

เมอพจารณาฟลมพอลเมอรเบลนดทม CAB เปนองคประกอบหลก พบวาเมอมความสามารถในการผานออกซเจนสงขน เนองจากการเพม CAB จะสงผลใหสายโซของพอลเมอรแยกหางออกจากกนมากยงขน การเขาออกของโมเลกลกาซออกซเจนจงมคามากขน

3.10 คามมสมผส (contact angle)

เมอน าฟลม PLA, CAB และฟลมพอลเมอรเบลนดทอตราสวนตางๆ วดคามมสมผสดวยเครองวดคามมสมผสไดผลดงแสดงในตาราง 3.13 และรป 3.31

Multiple regression results : Contact angle = -808.21049 * A+69.63293 * B+75.70542 * C

โดยท A = T80 B = PLA และ C = CAB (R2 = 0.9938, p < 0.0001) รป 3.31 Contour plot คา contact angle ของฟลมพอลเมอรเบลนด PLA/CAB/T80 ทอตราสวน ตางๆ

Design-Expert® SoftwareComponent Coding: ActualContact angle

Design Points80.97

0

X1 = A: T80X2 = B: PLAX3 = C: CAB

A: T80

B: PLA C: CAB

Contact angle

1.000

1.000

1.000

0.750

0.750

0.750

0.500

0.500

0.500

0.250

0.250

0.250

0.000

0.000

0.000

2040

60

89

ตาราง 3.13 คามมสมผสและลกษณะมมสมผสเฉลยของฟลมพอลเมอรเบลนดชนดตาง ๆ

สตร สดสวนโดยน าหนกของ

พอลเมอรเบลนด มมสมผสเฉลย (องศา) PLA CAB T80

1 1.000 - - 71.92 2 0.500 0.500 - 68.18 3 - 1.000 - 80.97 4 0.950 - 0.050 52.05 5 0.725 0.225 0.050 76.39 6 0.475 0.475 0.050 77.35 7 0.225 0.725 0.050 76.74 8 - 0.950 0.050 67.64 9 0.900 - 0.100 45.10

10 0.675 0.225 0.100 46.16 11 0.450 0.450 0.100 59.81 12 0.225 0.675 0.100 71.35 13 - 0.900 0.100 66.14 14 0.850 - 0.150 n/d 15 0.625 0.225 0.150 53.84 16 0.425 0.425 0.150 42.74 17 0.225 0.625 0.150 57.84 18 - 0.850 0.150 43.77 19 0.800 - 0.200 n/d 20 0.400 0.400 0.200 41.00 21 - 0.800 0.200 43.29

จากผลการทดลองพบวา T80 ทเตมลงในฟลมพอลเมอรเบลนด PLA/CAB ทอตราสวน

ตางๆ มอทธพลโดยเมอเตม T80 มมสมผสระหวางฟลมกบหยดน ามคาลดลงอยางชดเจนเมอเทยบ

90

กบฟลมพอลเมอรเบลนดทไมไดเตม T80 และเมอเตม T80 ในปรมาณมากขนมมสมผสกจะลดลงดวยเชนกน ดงแสดงลกษณะของมมสมผสในตาราง 3.14 พบวาหยดน ามการแผกระจาย (Spreading) ไปบนฟลมพอลเมอรมากขนเมอใช T80 มากขน คามมสมผสจะบงบอกถงลกษณะการแผกระจายของหยดน าบนฟลม ถาคามมสมผสนอยๆนนแสดงใหเหนวาหยดน าแผกระจายบนฟลมไดดนนเอง ทงนเนองจาก T80 ท าใหฟลมพอลเมอรเบลนดชอบน า (Hydrophilic) มากขน จะสงผลใหฟลมมการเปยกผว (Spreading wetting) มากขน โดยคามมสมผสจะบงบอกถงลกษณะการแผกระจายของหยดน าบนฟลม ถาคามมสมผสนอยๆนนแสดงใหเหนวาหยดน าแผกระจายบนฟลมไดดนนเอง ทงนในการเกดผลกขนในพอลเมอรนนกสามารถท าใหพอลเมอรมความไมชอบน าเพมมากขนได[82] แตอยางไรกตามจากผลทไดพบวาฟลมทมผลกเกดมากทสดจากผลทางสมบตเชงกล คอ PLA/CAB/T80 อตราสวน 0.9/0/0.1 นนมมมสมผสทลดลงเมอเทยบกบ PLA ทไมเตม T80 จงชใหเหนวาอทธพลของ T80 ทเตมลงไปนนมผลท าใหฟลมมความชอบน ามากกวาอทธพลของการเกดผลกโดยท าใหฟลมมความไมชอบน า

นอกจากนพบวาฟลม PLA ทเตม T80 จะมคามมสมผสลดลงมากกวาฟลม CAB ทเตม T80 อาจเนองจาก T80 แทรกตวอยทผวพอลเมอรนอยกวาใน PLA ดงรป 3.32 โดย T80 ทกระจายอยในแมทรกซของ PLA สามารถเคลอนตวออกมาทผวไดงายกวา T80 ทกระจายอยในแมทรกซของ CAB เนองจากโครงสรางของพอลเมอร PLA เปนโครงสรางทไมซบซอนเหมอน CAB จงท าใหผวของฟลม PLA มความชอบน ามากกวาเมอเทยบกบ CAB หยดน าจะแผกระจายบนฟลม PLA มากกวา CAB จงท าใหมมสมผสระหวางหยดน ากบฟลมจงมคานอยกวาฟลม CAB และฟลม PLA จะไมสามารถวดคามมสมผสไดเมอเตม T80 มากกวา 15%wt. ขนไป โดยลกษณะของหยดน าจะแผกระจายเรยบไปกบฟลม PLA ในลกษณะชนเดยว (Monolayer) ดงแสดงในตาราง 3.14

โมเลกลทวน 80

(ก) (ข)

รป 3.32 ภาพจ าลองการกระจายตวของโมเลกลทวน 80 ในพอลเมอรเบลนดและการแผกระจายของหยดน าบนฟลม (ก) PLA (ข) CAB

ตาราง 3.14 ลกษณะมมสมผสของฟลม PLA ฟลม CAB และฟลมพอลเมอรเบลนด PLA/CAB ทอตราสวน 0.5/0.5

ฟลม พอลเมอร

T80 (%wt.)

0 5 10 15 20

PLA

PLA/CAB (0.5/0.5)

CAB

91

92

92

3.11 สมบตการตานการเกดฝาบนฟลม (Antifogging properties)

การทดสอบประสทธภาพการตานทานการเกดฝาบนฟลมพอลเมอรเบลนดทเวลาตางๆ ดวยวธการทดสอบแบบ Hot fog test และ Cold fog test โดยท าการทดลองกบตวอยางฟลมพอลเมอรเบลนดแตละชนดซ า 3 ครง และเวลาทเรมเกดฝาบนฟลมพอลเมอรเบลนดชนดตาง ๆ แสดงดงตาราง 3.15 และรป 3.33-3.34

ตาราง 3.15 เวลาทเรมเกดฝาบนฟลมพอลเมอรเบลนดชนดตาง ๆ โดยวธการทดสอบแบบ Cold fog test และ Hot fog test

สตร สดสวนโดยน าหนกของ

พอลเมอรเบลนด Hot fog test เวลา (วนาท)

Cold fog test เวลา (วนาท)

PLA CAB T80 1 1.000 - - 2.00 84.00 2 0.500 0.500 - 2.33 90.00 3 - 1.000 - 2.10 100.00 4 0.950 - 0.050 31.59 292.00 5 0.725 0.225 0.050 60.00 234.00 6 0.475 0.475 0.050 180.00 393.33 7 0.225 0.725 0.050 60.00 312.00 8 - 0.950 0.050 130.00 196.00 9 0.900 - 0.100 845.00 1756.00

10 0.675 0.225 0.100 41.00 205.00 11 0.450 0.450 0.100 211.00 212.00 12 0.225 0.675 0.100 60.07 202.00 13 - 0.900 0.100 208.33 220.67 14 0.850 - 0.150 1400.00 1809.00 15 0.625 0.225 0.150 214.07 215.00 16 0.425 0.425 0.150 202.00 219.00 17 0.225 0.625 0.150 211.00 225.00 18 - 0.850 0.150 200.00 295.00

93

93

ตาราง 3.15 เวลาทเรมเกดฝาบนฟลมพอลเมอรเบลนดชนดตาง ๆ โดยวธการทดสอบแบบ Cold fog test และ Hot fog test (ตอ)

สตร สดสวนโดยน าหนกของ

พอลเมอรเบลนด Hot fog test เวลา (วนาท)

Cold fog test เวลา (วนาท)

PLA CAB T80 19 0.800 - 0.200 ∞* ∞** 20 0.400 0.400 0.200 220.00 184.00 21 - 0.800 0.200 199.00 396.67

*, **หมายถง ไมปรากฎฝาตลอดชวงการทดสอบ 3 ชวโมง และ 7 วน ตามล าดบ

Multiple regression results : Hot fog time = +33474.59 * A -122.89 * B +125.46 * C

โดยท A = T80 B = PLA และ C = CAB (R2 = 0.9511, p = 0.0002) รป 3.33 Contour plot คาเวลาทเรมเกดฝาของฟลมพอลเมอรเบลนด PLA/CAB/T80 ทอตราสวน ตางๆ เมอทดสอบดวยวธ Hot fog Test

Design-Expert® SoftwareComponent Coding: ActualHot fog

Design Points3000

2

X1 = A: T80X2 = B: PLAX3 = C: CAB

A: T80

B: PLA C: CAB

Hot fog

1.000

1.000

1.000

0.750

0.750

0.750

0.500

0.500

0.500

0.250

0.250

0.250

0.000

0.000

0.000

00

1000

2000

94

94

Multiple regression results :

Cold fog time = +6522.92 * A +106.58 * B + 99.88 * C - 89276.95 * A * B2 * C

โดยท A = T80 B = PLA และ C = CAB (R2 = 0.9805, p < 0.0001) รป 3.34 Contour plot คาเวลาทเรมเกดฝาของฟลมพอลเมอรเบลนด PLA/CAB/T80 ทอตราสวน ตางๆ เมอทดสอบดวยวธ Cold fog Test

จากรป 3.33 และ 3.34 Contour plot แสดงความสมพนธระหวางเวลาทเรมเกดฝาบนฟลมพอลเมอรเบลนด PLA/CAB/T80 ทอตราสวนตางๆ ดวยวธ Hot fog test และ Cold fog test พบวาผลของการทดสอบดวยวธ Cold fog test ใหผลทเหมอนกนกบวธ Hot fog test แตเวลาทเรมเกดฝาจะชากวาเทานน ฟลมพอลเมอรเบลนดทงหมดทไมเตม T80 เกดฝาไดเรวกวาฟลมทเตม T80 โดยสามารถชะลอการเกดฝาไดนานขนเมอเตม T80 มากขน โดยกระบวนการการตานการเกดฝาบนฟลมพอลเมอรเบลนดทม T80 ตามรป 3.35 จะเกดขนโดย T80 ทกระจายอยในแมทรกซของพอลเมอรเบลนด (ขนตอนท 1) จะเกดการเคลอนไปอยทผวฟลมและเกดการจดเรยงตวใหม โดยสวนทชอบน า (Hydrophilic) ของ T80 จะเรยงตวอยทผวของฟลมพอลเมอรเบลนด จงท าใหผวของฟลมม

Design-Expert® SoftwareComponent Coding: ActualCold fog

Design Points3000

84

X1 = A: T80X2 = B: PLAX3 = C: CAB

A: T80

B: PLA C: CAB

Cold fog

1.000

1.000

1.000

0.750

0.750

0.750

0.500

0.500

0.500

0.250

0.250

0.250

0.000

0.000

0.000

1000

2000

3000

95

95

ความชอบน ามากขน (Hydrophilicity) (ขนตอนท2) และเมอไอน าไปเกาะบนฟลม สวนของ T80 ทชอบน าทเกาะบนผวของฟลมจะละลายในน า ท าใหคาลดแรงตงผวของฟลมลดลง หยดน าจะแผออกบนผวฟลมและฝาทเกาะบนฟลมกจะหายไป (ขนตอนท 3-4 ) PLA สามารถชะลอการเกดฝาไดนานอยางเหนไดชดเมอเทยบกบฟลมพอลเมอรเบลนด PLA/CAB ทอตราสวนตางๆ และฟลม CAB ดวยเหตทวา CAB มโครงสรางขนาดใหญ และมหมแทนทขนาดใหญ โครงสรางมความซบซอนท าให T80 ทแทรกอยใน CAB สามารถเคลอนตวมาอยทผวไดนอยและชากวา PLA มาก ดงนนฟลมพอลเมอรถายงมองคประกอบของ CAB มากขนเทาไรกจะยงท าใหฟลมนนเกดฝาเรวขน

รป 3.35 กระบวนการในการตานทานการเกดหยดน า [77]

ขนตอนท 1

ขนตอนท 2

ขนตอนท 3

ขนตอนท 4

Hydrophilic (ชอบน า) Hydrophobic (ไมชอบ

น า)

96

96

3.12 การวเคราะหเพอตรวจสอบ T80 ในฟลม

การวเคราะหเพอตรวจหา T80 ในฟลมพอลเมอรเบลนดทอตราสวนตางๆ กอนและหลงการทดสอบ cold fog test และ hot fog test ดวยเครองอนฟราเรดสเปกโทรมเตอร โดยผลอนฟราเรดสเปกตรมของฟลมทงหมดเทยบกบอนฟราเรดสเปกตรมของฟลม PLA, CAB และ T80 ดงรป 3.38 และ 3.39 ส าหรบพคของการสนสะเทอน (Vibration Peak) ของหมฟงกชนตางๆในฟลมพอลเมอรเบลนดทอตราสวนตางๆ แสดงในตาราง 12 – 32 ในภาคผนวก ฉ โดยยกตวอยางสตรฟลมท 19 คอฟลมพอลเมอรเบลนด PLA/CAB/T80 อตราสวน 0.8/0/0.2 ดงตาราง 3.16 พบวาหลงจากการทดสอบ hot fog test และ cold fog test ยงคงปรากฎพคของ T80 ทความเลขคลน 3500.02, 2924.59, 1740.50, 1487.29, 1375.44, 1077.09 และ 777.12 อย

(ก)

(ข)

รป 3.36 ลกษณะปรากฎของฟลมพอลเมอรเบลนด PLA/CAB/T80 ทอตราสวน 0.8/0/0.2 (ก) กอนการทดสอบ hot fog test (ข) หลงผานการทดสอบ hot fog test

จากลกษณะปรากฎของทฟลมหลงผานการทดสอบ hot fog test ของฟลมพอลเมอรเบลนด PLA/CAB/T80 ทอตราสวน 0.8/0/0.2 ดงรป 3.36 พบวาฟลมมความขนเพมมากขนนนอาจเนองจากการเกดผลกจากการหลดออกของ T80 จากพอลเมอร[72] ดงนนอาจกลาวไดวา T80 จงมโอกาสทจะหลดออกจากพอลเมอรได ทงนเนองจากสภาวะในการทดสอบ hot fog test ทอณหภม 60 องศาเซลเซยส ซงเปนการเรงใหเกดไอน าท าใหไอน าขนไปเกาะบนฟลมเกดฝาและหยดน าเปนจ านวนมาก อาจสงผลใหเกดการชะลาง T80 หลดออกจากผวฟลมบางสวน เนองดวยแรงยดเหนยวระหวางฟลมพอลเมอรเบลนดกบ T80 และแรงยดเหนยวระหวาง T80 กบน าเปนแรงไฮโดรเจน (H-bond) และแรงระหวางขว (Dipole-dipole) เชนเดยวกน ดงรป 3.37 จะเหนวาเปนแรงยดเหนยวทมความแขงแรงเทาๆกน แตเมอมน ามาเกาะเปนจ านวนมากขนเรอยๆ จนหยดน ามขนาดใหญ จงท าใหมแรงดงจากน าหนกของหยดน ามากพอทจะดง T80 โดยเฉพาะบรเวณผวหนาของพอลเมอรให

97

97

หลดออกจากพอลเมอรเบลนดได นอกจากนนความรอนยงสามารถท าลายพนธะไฮโดรเจนระหวาง T80 กบพอลเมอรเบลนดไดอกเชนเดยวกน

รป 3.37 ภาพจ าลองการหลดของ T80 จากผวของฟลม

พอลเมอรเบลนด แรงไฮโดรเจนและแรงระหวางขว

หนกมากขนจะหยดพรอมกบดงทวน 80 มาดวย

หยดน าทมาเกาะ

โมเลกลทวน 80

สวนมขว สวนไมมขว

98

98

รป 3.38 อนฟราเรดสเปกตรมฟลมพอลเมอรเบลนดอตราสวนตางๆ หลงทดสอบ Cold fog test

3504

.13

2995

.71

2945

.40

1757

.25

1454

.82

955.8

7 86

9.61

756.8

3 70

6.84

3490

.12

2967

.83

1757

.10

1463

.40

921.4

6 79

7.43

751.8

0

3500

.02

2924

.59

1740

.52

1487

.29

1375

.44

777.1

2

1077

.09

601.8

9

PLA

CAB

T80

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

99

99

รป 3.39 อนฟราเรดสเปกตรมฟลมพอลเมอรเบลนดอตราสวนตางๆ หลงทดสอบ Hot fog test

3504

.13

2995

.71

2945

.40

1757

.25

1454

.82

955.8

7 86

9.61 756.8

3 70

6.84

3490

.12

2967

.83

1757

.10

1463

.40

921.4

6 79

7.43

751.8

0

3500

.02

2924

.59

1740

.52

1487

.29

1375

.44

777.1

2

1077

.09 60

1.89

PLA

CAB

T80

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

100

100

ตาราง 3.16 พคการดดกลนรงสอนฟราเรดของฟลม PLA/CAB/T80 ทอตราสวน 0.800/0/0.200 กอนและหลงทดสอบ Cold fog test และ Hot fog test

ชนดของการสนของหมฟงกชน (Vibration assignment)

ความยาวคลน (Wave number ,cm-1)

T80 CAB PLA ฟลมกอนทดสอบ PLA/CAB/T80

ฟลมหลงทดสอบ Cold fog test

ฟลมหลงทดสอบ Hot fog test

O-H (stretch) 3500.02 (s) - 3504.13 (s) 3503.63 (s) 3503.78 (s) 3504.22 (s) sp3 C-H (stretch) 2924.59 (s) - 2995.71 (s)

2995.48 (s) 2995.49 (s) 2994.55 (s) -COOH (overtone) - - 2945.40 (s)

C=O (stretch) 1740.50 (s) - 1757.25 (s) 1781.20 (s) 1781.80 (s) 1739.18 (s)

C=C (stretch) 1740.50 (s) - - -COOH (stretch) - - 1454.82 (s) 1455.01 (s) 1454.24 (s) 1454.18 (s)

CH2 (bending) in plane 1487.29 (w) - - 1375.49 (w) 1371.30 (w) 1373.79 (w) CH3 (bending) in plane 1375.44 (w) - -

C-O-C (stretch) 1077.09 (s) - - O-H (bending) out of plane - - 955.87 (w) 954.52 (w) 954.56 (w) 954.19 (w)

C-H2 (rocking) 777.12 (w) - - 869.66 (w) 756.44 (w)

869.75 (w) 756.44 (w)

870.16 (w) 756.39 (w) C-H (bending) out of plane - -

869.61 (w) 756.83 (w)

O-H wagging - - 706.84 (w) 706.96 (w) 706.95 (w) 707.85 (w)

หมายเหต (s) หมายถง strong peak, (w) หมายถง weak peak