การศึกษาการย่อยสลายทางชีวภาพของยางธรรมชาติดัดแปรเพื่อเป็นแนวทางในการจัดการของเสียจากยางธรรมชาติ
Article Sidebar
Main Article Content
Abstract
Phetdaphat Boonsuk
รับบทความ: 23 ตุลาคม 2566; แก้ไขบทความ: 8 เมษายน 2567; ยอมรับตีพิมพ์: 8 เมษายน 2567; ตีพิมพ์ออนไลน์: 10 พฤษภาคม 2567
บทคัดย่อ
ยางธรรมชาติและผลิตภัณฑ์จากยางธรรมชาติมีการผลิตและการใช้เพิ่มขึ้นในทุกวัน ก่อให้ เกิดปัญหาในการจัดการของเสียจากยางธรรมชาติ เนื่องจากการย่อยสลายทางชีวภาพเกิดขึ้นได้ยาก งานวิจัยนี้จึงมุ่งเน้นดัดแปรยางธรรมชาติโดยนำยางธรรมชาติ (NR) กราฟต์แป้งมันสำปะหลังดัดแปร (CST) ที่มีสัดส่วน CST 50 phr (NR–g–CST 50 phr) เพื่อศึกษาการย่อยสลายทางชีวภาพและเปรียบ-เทียบกับแป้งมันสำปะหลังดัดแปรร้อยละ 10 โดยน้ำหนัก (CST) ยางธรรมชาติผสมกับแป้งมันสำปะ-หลังดัดแปรที่มีสัดส่วน CST 50 phr (พอลิเมอร์ผสม NR/CST 50 phr) ยางธรรมชาติกราฟต์กับแป้งมันสำปะหลังดัดแปรที่มีสัดส่วน CST 50 phr และผสมกลีเซอรอลร้อยละ 3 โดยน้ำหนัก (พอลิเมอร์ผสม NS–GE) ยางพรีวัลคาไนซ์ผสมกับแป้งมันสำปะหลังดัดแปรที่มีสัดส่วน CST 50 phr (พอลิเมอร์ผสม PR/CST 50 phr) ยางธรรมชาติร้อยละ 30 DRC (NR 30% DRC) ยางพรีวัลคาไนซ์ร้อยละ 30 DRC (PR 30% DRC) และถุงมือยาง โดยนำแผ่นฟิล์มตัวอย่างฝังกลบในดินธรรมชาติ พบว่า แผ่น ฟิล์ม CST ย่อยสลายทางชีวภาพได้ประมาณร้อยละ 97 โดยน้ำหนัก ใน 8 สัปดาห์ แผ่นฟิล์ม NR–g–CST 50 phr ย่อยสลายทางชีวภาพได้หมดใน 12 สัปดาห์ แผ่นฟิล์ม NS–GE NR/CST 50 phr PR/ CST 50 phr PR 30% DRC NR 30% DRC และถุงมือยาง ย่อยสลายทางชีวภาพได้ประมาณร้อยละ 54 53 52 38 32 และ 24 โดยน้ำหนักใน 24 สัปดาห์ ตามลำดับ การศึกษาลักษณะทางกายภาพและโครงสร้างเคมีก่อนและหลังการฝังดิน พบว่า มีการเปลี่ยนแปลงที่เกี่ยวข้องกับการย่อยสลายทางชีวภาพ ดังนั้นการดัดแปรยางธรรมชาติโดยนำยางธรรมชาติกราฟต์แป้งมันสำปะหลังดัดแปรที่มีสัดส่วน CST 50 phr สามารถนำไปประยุกต์ใช้เป็นแนวทางในการปรับปรุงและพัฒนายางธรรมชาติและผลิตภัณฑ์จากยางธรรมชาติให้สามารถย่อยสลายทางชีวภาพได้ และเป็นแนวทางในการจัดการของเสียจากยางธรรมชาติและผลิตภัณฑ์ยางธรรมชาติในสิ่งแวดล้อมต่อไป
คำสำคัญ: การย่อยสลายทางชีวภาพ ยางธรรมชาติ แป้งมันสำปะหลัง การดัดแปรโครงสร้าง ยางธรรมชาติย่อยสลายได้ทางชีวภาพ
Abstract
Natural rubber and its products have been produced and used increasingly every day. This has caused waste management problem because biodegradation is difficult to occur. Therefore, this research focused on the modification of natural rubber with grafted natural rubber with modified cassava starch at the ratio of 50 phr (NR–g–CST 50 phr) for study on biodegradation by compare with modified cassava starch 10% by weight (CST), natural rubber blended with modified cassava starch at the ratio of 50 phr (NR/CST 50 phr), natural rubber grafted with modified cassava starch at the ratio of 50 phr and glycerol 3% by weight (NS–GE), pre–vulcanized rubber blended with modified cassava starch at the ratio of 50 phr (PR/CST 50 phr), natural rubber 30% DRC (NR 30% DRC), pre–vulcanized rubber 30% DRC (PR 30% DRC) and rubber gloves which buried in natural soil. It was found that the CST film was biodegraded about 97 wt% within 8 weeks. The NR–g–CST 50 phr film was completely biodegraded within 12 weeks. The NS–GE, NR/CST 50 phr, PR/CST 50 phr, PR 30% DRC, NR 30% DRC and rubber gloves films were biodegraded about 54 wt%, 53 wt% 52 wt%, 38 wt%, 32 wt% and 24 wt% within 24 weeks, respectively. From the study of physical appearance and chemical structures before and after burial, it was found that there were changes related to biodegradation. Therefore, NR modification by grafting modified CST at the ratio of 50 phr can be applied as guideline for the development of biodegradable NR and its products and for the waste management of NR and its products in the environment in the future.
Keywords: Biodegradation, Natural rubber, Cassava starch, Structure modification, Biodegradable natural rubber
Downloads
Article Details
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
References
Afig, M. M., and Azura, A. R. (2013). Effect of sago starch loadings on soil decomposition of natural rubber latex (NRL) composite films mechanical properties. Inter-national Biodeterioration & Biodegradation 85: 139–149.
Bhatt, R., Shah, D., Patel, K. C., Trivedi, U. (2008). PHA–rubber blends: Synthesis, characterization and biodegradation. Bioresource Technology 99: 4615–4620.
Boonsuk, P., Sukolrat, A., Kaewtatip, K., Chantarak, S., Kelarakis, A. and Chibundit, C. (2019). Modified cassava starch/poly(vinyl alcohol) blend films plasticized by glycerol: Structure and properties. Journal of Applied polymer science: app.48848.
Boonsuk, P., Sukolrat, A., Kaewtatip, K., Chantarak, S., Kelarakis, A. and Chibundit, C. (2022). Poly(vinyl alcohol)/modified cassava starch blends plasticized by glycerol and sorbitol. Journal of Applied Polymer Science: app.52362.
Ghasemlou, M., Khodaiyan, F., and Oromiehie, A. (2011). Physical, mechanical, barrier, and thermal properties of polyol–plasticized biodegradable edible film made from efiran. Carbohydrate Polymer 84(1): 477–483.
Isa, S. Z., Yahya, R., Hassan, A., and Tahir, M. (2007). The influence of temperature and reaction time in the degradation of natural rubber latex. Malaysian Journal of Analytical Sciences 11(1): 42–47.
Izmar, M. H., Afiq, M. M., and Azura, A.R. (2012). Effect of different additions of sago starch filler on physical and biodegradation properties of pre–vulcanized NR latex composites. Composites: Part B 43: 2746–2750.
Linos, A., Berekaa, M. M., Reichelt, R., Keller, U., Schmitt, J., Flemming, H., Kroppen-stedt, R. M., and Steinbüchel, A. (2000) Biodegradation of cis–1,4–polyisoprene rubbers by distinct actinomycetes: Microbial strategies and detailed surface analysis. Applied and Environmental Microbiology 66(4): 1639–1645.
Mohd, F. A. R., Arjulizan, R., Muhammad, A. M., and Azura, A. R. (2020). Biodegradable gloves for waste management post–COVID–19 outbreak: A shelf–life predicttion. ACS Omega 5(46): 30329–30335.
Muniandy, K., Ismail, H., and Othman, N. (2012). Biodegradation, morphological, and FTIR study of rattan powder–filled natural rubber composites as a function of filler loading and silane coupling agent. Bioresources 7(1): 957–971.
Ramírez–Hernández, A., Aparicio–Saguilán, A., Reynoso–Mezaa, G., and Carrillo–Ahumada, J. (2017). Multi–objective optimization of process conditions in the manufacturing of banana (Musa paradisiaca L.) starch/natural rubber films. Carbohydrate Polymers 157: 1125–1133.
Riyajan, S. (2015). Robust and biodegradable polymer of cassava starch and modified natural rubber. Carbohydrate Polymers 134: 267–277.
Riyajan, S., and Patisat, S. (2018). A novel packaging film from cassava starch and natural rubber. Journal of Polymers and the Environment 26: 2845–2854.
Riyajan, S.–A., Sasithronsonti, Y., and Phin-yocheep, P. (2012). Green natural rubber–g-modified Starch for controlling urea release. Carbohydrate Polymers 89: 251–258.
Rose, K., and Steinbuchel, A. (2005). Biodegradation of natural rubber and related compounds: recent insights into a hardly understood catabolic capability of microorganisms. Applied Environmental Microbiology 71: 2803–2812.
Rose, K., Tenberge, K. B., and Steinbutchel, A. (2004). Identification and characterization of genes from Streptomyces sp. strain K30 responsible for clear zone formation on natural rubber latex and poly cis(1,4–isoprene) rubber degradation. Biochemistry 41: 181–186.
Rubber Authority of Thailand (2021). Rubber situation of the world and Thailand during 2015-2020. Rubber Journal 1: 2–45.
Rubber Authority of Thailand (2023). Summary of Rubber Situation. Retrieved from http://www.raot.co.th/ewt_dl_link.php?nid=6750, July 9, 2023. (in Thai)
Sanhawong, W., Banhalee, P., Boonsang, S., and Kaewpirom, S. (2017). Effect of con-centrated natural rubber latex on the properties and degradation behavior of cotton–fiber–reinforced cassava starch biofoam. Industrial Crops & Products 108: 756–766.
Vieira, M. G. A., da Silva, M. A., Santos, L. O., and Beppu, M. M. (2011). Natural–based plasticizers and biopolymer films: A review. European Polymer Journal 47: 254–263.