อิทธิพลของแคลเซียมคาร์บอเนตต่อสมบัติเชิงกลและต้นทุนการผลิตของวัสดุพอลิแลคติกแอซิดไบโอคอมพอสิตInfluence of Calcium Carbonate on Mechanical Properties and Production Costs of Polylactic Acid Biocomposite Material

Abstract

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาวัสดุไบโอคอมพอสิตฐานพอลิแลคติกแอซิดและปรับปรุงสมบัติเชิงกล ต้นทุนการผลิตและความสามารถในการแข่งขัน โดยใช้เส้นใยเยื่อไม้ยูคาลิปตัสและแคลเซียมคาร์บอเนตเป็นสารเสริมแรง จากการศึกษา พบว่า มอดุลัสต่อการดัดงอของวัสดุไบโอคอมพอสิตมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของแคลเซียมคาร์บอเนตและมีค่าสูงสุดที่ 5462 เมกะปาสคาล ในขณะเดียวกันความแข็งแรงต่อการดัดงอและความต้านทานต่อการกระแทกมีค่าลดลงต่ำสุดที่ 22.76 เมกะปาสคาล และ 0.67 กิโลจูลต่อตารางเมตรที่ 35 เปอร์เซ็นต์แคลเซียมคาร์บอเนต ตามลำดับ อย่างไรก็ตามที่ 20 เปอร์เซ็นต์แคลเซียมคาร์บอเนตมีสมบัติเชิงกลที่ดีที่สุด การศึกษาอัตราการแพร่ของน้ำพบว่า วัสดุไบโอคอมพอสิตสามารถต้านทานการแพร่ผ่านของน้ำและค่าความต้านทานต่อการแพร่ผ่านจะลดลงเมื่อปริมาณแคลเซียมคาร์บอเนตเพิ่มขึ้น ในด้านต้นทุนการผลิตของวัสดุไบโอคอมพอสิตได้ทำการคำนวณราคาวัตถุดิบทั้งหมดรวมทั้งค่าผลิตงานพบว่า ต้นทุนอยู่ระหว่าง 108.68–130.28 บาทต่อกิโลกรัม ในขณะที่ต้นทุนของพอลิแลคติกแอซิดอยู่ที่ 155.44 บาทต่อกิโลกรัม เมื่อพิจารณาความสามารถในการแข่งขัน (ความแข็งแรงต่อการดัดงอ/ต้นทุนการผลิต) วัสดุไบโอคอมพอสิตที่ 20 เปอร์เซ็นต์แคลเซียมคาร์บอเนตมีประสิทธิภาพสูงกว่าพอลิแลคติกแอซิด 1.95 เท่า

This research was to develop formulation of polylactic acid biocomposite, and investigate their improvement of mechanical properties, production cost and competitiveness, by using a eucalyptus pulp fiber and a calcium carbonate (CaCO3) as reinforcing fillers. According to the results, flexural modulus of biocomposites tended to increase with calcium carbonate and maximize to 5462 MPa. Meanwhile, the flexural strength and impact strength were reduced to the lowest of 22.76 MPa and 0.67 kJ/m2 with CaCO3 of 35 wt%. However, 20 wt% of CaCO3 performed the best mechanical properties of all. The kinetic study of water diffusion rate, revealed that the PLA biocomposite incorporated CaCO3 20 wt% could mostly resist water diffusing, and be gradually losing their resistance when CaCO3 raising. The production cost of biocomposites was calculated from all raw material prices including utility. It was found that the cost was ranged between 108.68-130.28 baht per kilogram, while polylactic acid cost 155.44 baht per kilogram. As considered competitiveness (flexural strength/cost), the biocomposite of 20 wt% CaCO3 showed the higher efficiency than that of neat PLA equally 1.95 times.