โครงสร้างผลึกและกระบวนการก่อผลึกของพอลิแลกไทด์ Crystal Structure and Nucleation Process of Polylactide

Abstract

บทคัดย่อ การใช้พอลิเมอร์ย่อยสลายได้ทางชีวภาพเพื่อทดแทนการใช้งานพลาสติกที่ได้จากปิโตรเลียมเป็นทางเลือกหนึ่งในหลาย ๆ ทางที่น่าสนใจเพื่อลดปริมาณการสะสมของขยะพลาสติกซึ่งก่อให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม          พอลิแลกไทด์เป็นหนึ่งในพลาสติกย่อยสลายได้ทางชีวภาพที่โดดเด่นมากที่สุดชนิดหนึ่ง เนื่องจากมีข้อดีหลายประการ เช่น สมบัติเชิงกลสูง ความสามารถในการขึ้นรูปได้ง่าย ความใส และสามารถย่อยสลายได้ในเวลาไม่นาน แต่อย่างไรก็ตาม ข้อด้อยของพอลิแลกไทด์ คือ ความแข็งเปราะ ความเป็นผลึกที่ต่ำ รวมทั้งการมีอัตราการเกิดผลึกช้าซึ่งล้วนจำกัดการนำพอลิแลกไทด์ไปประยุกต์ใช้ในงานต่าง ๆ เช่น ด้านยานยนต์และด้านบรรจุภัณฑ์   ดังนั้นการเข้าใจเกี่ยวกับโครงสร้างผลึกและกระบวนการก่อผลึกจึงสำคัญอย่างยิ่งต่อการควบคุมและออกแบบความเป็นผลึกของพอลิแลกไทด์ในแต่ละการนำไปประยุกต์ใช้งาน  การศึกษาเกี่ยวกับพฤติกรรมการเกิดผลึกของพอลิแลกไทด์ช่วยให้เข้าใจและนำไปสู่การพัฒนาสมบัติต่าง ๆ ของวัสดุ เช่น อัตราการสลายตัว ความต้านทานต่อความร้อน ความใส ความแข็งแรงเชิงกล และสมบัติขวางกั้น  บทความนี้ได้อธิบายและรวบรวมความรู้พื้นฐานและองค์ความรู้ปัจจุบันจากงานวิจัยต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการเกิดผลึกของพอลิแลกไทด์  วัตถุประสงค์เพื่อความเข้าใจที่ชัดเจนถึงผลของสายโซ่โมเลกุล  โครงสร้างผลึก วัฏภาคทางความร้อน กระบวนการก่อผลึก และสารก่อผลึกต่าง ๆ ที่มีต่อพฤติกรรมการเกิดผลึกของพอลิแลกไทด์  ปัจจัยต่าง ๆ ที่แตกต่างกันเหล่านี้สามารถนำไปใช้เพื่อปรับปรุงการเกิดผลึกของพอลิแลกไทด์และขยายขอบเขตการใช้งานพร้อมการมีสมบัติต่าง ๆ ที่ดีขึ้น   คำสำคัญ: พลาสติกย่อยสลายได้ทางชีวภาพ  โครงสร้างผลึก  กระบวนการก่อผลึก  สารก่อผลึก พอลิแลกไทด์ ABSTRACT The usage of biodegradable polymers for replacing petroleum-based plastics is one of the alternative ways to reduce the accumulation of plastic wastes that causes environmental pollutions.  Polylactide (PLA) is one of the most outstanding biodegradable polymers because of high mechanical properties, easy processability, transparency, and biodegradability in a few weeks.  On the other hand, the disadvantages of PLA are brittleness, low crystallinity, and slow crystallization rate that limit some applications, such as automotive and packaging.  Hence, understanding about crystal structure and nucleation process is particularly crucial to control and design the proper PLA’s crystallinity for each specific application.              In addition, the study about crystallization behavior leads to the development in terms of degradation rate, heat resistance, transparency, mechanical strength, and barrier properties of PLA.  This article explains and reviews the basic knowledge and current researches on PLA crystallization.  The objective of this article is to clearly understand the effects of molecular chain, crystal structure, thermal transition, nucleation process, and nucleating agent on the crystallization behaviors of PLA.  These different factors can be applied for improving the PLA properties and for supporting widespread applications.   Keywords: Biodegradable plastic, Crystal structure, Nucleation process, Nucleating agent, Polylactide