BIO-BASED เทรนด์ใหม่ของ 3D PRINTING เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

หลายองค์กรที่ทำการวิจัยและพัฒนาพลาสติกให้เป็น Bio Plastic โดยใช้วัสดุที่มาจากธรรมชาติ หรือย่อยสลายได้ง่าย มาผสมกับพลาสติกเดิม เพื่อทำหน้าที่เป็น Bio-Based ให้กับพลาสติกนั้นๆ

ในยุคปัจจุบันคงไม่มีใครที่ไม่เคยใช้ผลิตภัณฑ์จากพลาสติก ซึ่งเป็นที่รู้กันโดยทั่วไปว่าพลาสติกนั้นย่อยสลายยาก ใช้เวลานาน ทำให้เกิดมลภาวะและขยะปริมาณมาก ส่งผลเสียต่อสิ่งแวดล้อมทั้งทางตรงและทางอ้อม ดังนั้นจึงมีหลายองค์กรที่ทำการวิจัยและพัฒนาพลาสติกให้เป็น Bio Plastic โดยใช้วัสดุที่มาจากธรรมชาติ หรือย่อยสลายได้ง่าย มาผสมกับพลาสติกเดิม เพื่อทำหน้าที่เป็น Bio-Based ให้กับพลาสติกนั้น ๆ

ในปี 2020 เป็นต้นไปในประเทศไทยเองก็มีการรณรงค์งดรับถุงในร้านสะดวกซื้อและห้างร้านจำนวนมาก โดยเปลี่ยนไปใช้ถุงผ้าแทน ก็สามารถช่วยเรื่องสิ่งแวดล้อมได้อีกทาง แต่หลายที่ก็ไปใช้ถุงผ้าพลาสติกที่อันตรายไม่แพ้กันอยู่ดี ดังนั้นพลาสติกกลุ่ม Bio จึงเป็นทางเลือกที่ดีสุดในอนาคต บทความนี้จะพาไปแนะนำวัสดุพลาสติกในปัจจุบันที่สามารถย่อยสลายได้เอง โดยไม่ต้องผ่านกระบวนการที่ซับซ้อน

Bio-Base คือวัสดุอะไร ?

วัตถุดิบที่มาจากธรรมชาติ เช่น ข้าวโพด ข้าวสาลี อ้อย มันสำปะหลัง มันฝรั่ง มันเทศ ถั่ว เป็นต้น มักถูกจัดให้เป็น Bio-based สำหรับใช้ในการผลิตเป็น Bio Plastic ซึ่งพลาสติกที่ผลิตขึ้นจากวัสดุธรรมชาติ ส่วนใหญ่เป็นวัสดุชีวภาพที่บางส่วนหรือทั้งหมดถูกผลิตขึ้นมาจากสิ่งมีชีวิต ไม่ว่าจะเป็นพืช ต้นไม้ หรือสัตว์ ทำให้สามารถเกิดการย่อยสลายได้เองในธรรมชาติ (biodegradable) และกลับคืนสู่ธรรมชาติได้ 100% แต่บางชนิดจะต้องใช้วิธีการและขั้นตอนการย่อยสลายอย่างถูกต้องกับพลาสติกชีวภาพเหล่านี้จึงจะย่อยสลายได้ถึงแม้ว่าจะมี Bio-Based ก็ตาม ทำให้ช่วยลดปัญหามลพิษในสิ่งแวดล้อม และปริมาณขยะตกค้าง ทำให้พลาสติกชีวภาพเป็นแนวทางการพัฒนาวัสดุสำหรับการใช้งานเพื่อการอนุรักษ์สิ่งแวดล้อมที่ยั่งยืน

นอกจากนี้ผลิตภัณฑ์ที่มาจาก Bio-Based ยังมีประโยชน์ในด้านอื่น ๆ อีก อาทิเช่น ผลิตภัณฑ์มีความปลอดภัยมากขึ้น เนื่องจากวัตถุดิบมาจากธรรมชาติ, ผลิตภัณฑ์สามารถเกิดการย่อยสลายได้ เป็นต้น อีกทั้งยังมีคุณสมบัติทางชีวภาพ หรือเป็นทางชีวภาพเพียงบางส่วน แต่มีคุณสมบัติที่เหมือนกันกับพลาสติกชีวภาพทั่วไป แตกต่างจากพลาสติกทั่วไป คือ ไม่ใช่วัสดุที่มาจากการสังเคราะห์ทางวิทยาศาสตร์เพียงอย่างเดียว โดยในปัจจุบันมีวัสดุ Bio-Plastic หลากหลายชนิดมาก บางอย่างเราก็คุ้นเคย อย่างเช่น PLA บทความนี้จะพาทุกคนมาทำความรู้จักกับพลาสติกที่มีส่วนประกอบเป็น Bio-Based ดังนี้

1. PLA พอลิแลคติคแอซิด (Polylactic acid หรือ Polylactide) เป็นพลาสติกที่ผลิตจากข้าวโพด มันสำปะหลัง หรืออ้อย แต่ส่วนใหญ่นิยมผลิตจากข้าวโพด เพราะเป็นพืชที่มีอายุในการเก็บเกี่ยวเร็ว กระบวนการผลิตคือจะนำเมล็ดข้าวโพดไปทำเป็นแป้งแล้วนำแป้งที่ได้ไปผ่านกระบวนการหมัก (fermentation) โดยใช้แบคทีเรีย

2. PETG พอลิเอทิลีนเทเรฟทาเลต (Polyethylene terephthalate) เป็นบรรจุภัณฑ์ที่เราคุ้นชินมากที่สุด นิยมผลิตเป็นขวดน้ำดื่ม ขวดน้ำอัดลม หรือภาชนะบรรจุอาหารต่าง ๆ เพราะมีน้ำหนักเบา แข็งแรง ใช้งานได้หลากหลาย และปลอดภัยต่อผู้บริโภค ซึ่งได้จากกระบวนการหมักของน้ำตาล จากผลผลิตจากการเกษตร เช่น อ้อย กากน้ำตาล ฟางข้าว เป็นต้น และเมื่อผ่านกระบวนการผลิตจะทำให้ได้เป็น Bio-based polyethylene terephthalate (Bio-PET) จึงถือเป็นอีกหนึ่งทางเลือกที่ดีสำหรับสิ่งแวดล้อมในอนาคต

3. PBS พอลิบิวทิลีนซัคซิเนต (Polybutylene succinate) เป็นพลาสติกชีวภาพที่สามารถย่อยสลายได้ และยังเป็นวัสดุอีกชนิดหนึ่งที่ใช้ทำวัสดุทางการแพทย์ เป็นผลิตภัณฑ์ที่สามารถผลิตขึ้นได้จากทั้งแหล่งปิโตรเคมี หรืออาศัยวัตถุดิบจากธรรมชาติก็ได้ แต่นิยมผลิตมาจากด้วยการใช้น้ำตาลเป็นวัตถุดิบตั้งต้น สำหรับผลิตเป็น Bio Plastic

ในส่วนของการวิจัยและพัฒนาเพื่อผลิตเส้นในการใช้กับ 3D Printer ได้ผลการทดสอบเป็นที่น่าพอใจ คาดว่าในอนาคตน่าจะมีการผลิตสู่เชิงพาณิชย์ให้ได้ใช้งานจริงกัน

4. PVC พอลิไวนิลคลอไรด์ (Polyvinyl chloride) ส่วนใหญ่แล้วโดยทั่วไปจะเคยได้ยินในชื่อ PVC และที่ใช้ในทุกบ้านก็คือ ท่อน้ำประปาสีฟ้า นั่นเอง โดยทั่วไปแล้ว PVC มีความนิยมใช้ในกลุ่มงานอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์น้อยกว่ากลุ่มอุตสาหกรรมอื่น เนื่องจาก PVC ประกอบไปด้วยสารเคมีปรุงแต่ง จึงทำให้เกิดการตกค้างของสารเคมีในบรรจุภัณฑ์ได้ง่าย แต่ก็มีบรรจุภัณฑ์บางชนิดผลิตจาก PVC สามารถนำมาใช้ได้โดยไม่มีสารเคมีตกค้าง เช่น ฟิล์มยืดสำหรับห่อเนื้อสัตว์และผลไม้สด ถาดบรรจุอาหารแห้ง ถาดหรือกล่องบรรจุอาหารสด ขวดบรรจุน้ำมันพืช เป็นต้น

5. PCL พอลิคาโปรแลคโตน (Polycaprolactone) เป็นพลาสติกชนิดหนึ่งที่สามารถเข้ากับวัสดุอื่น ๆ ได้ง่าย สังเคราะห์มาจากน้ำมันดิบ ผ่านกระบวนการทางเคมี และผ่านปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรเซชั่นแบบควบแน่น สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ซึ่งวัสดุในกลุ่มนี้เป็นทางเลือกใหม่ของการพัฒนาที่ยั่งยืนทั้งในทางด้านเศรษฐกิจ สาธารณสุข และสิ่งแวดล้อม

สำหรับเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิตินั้นไม่ได้มีความก้าวหน้า แต่เป็นวัสดุที่ใช้ต่างหากที่มีความก้าวหน้าไปไกล ซึ่ง PCL เองก็ได้รับการผลิตให้ออกมาในรูปแบบเส้น เพื่อใช้กับเครื่องพิมพ์ 3 มิติ

6. PHAs พอลิไฮดรอกซีอัลคาโนเอต (Poly-hydroxylakanoates) เป็นสารพอลิเมอร์ตั้งต้นที่สามารถนำมาใช้ผลิตผลิตภัณฑ์พลาสติกที่ย่อยสลายได้ โดยพัฒนาเทคโนโลยีการผลิต PHAs จากการใช้วัตถุดิบจำพวกน้ำมันพืช แป้ง หรือน้ำตาลที่มาจากทรัพยากรธรรมชาติที่เกิดขึ้นใหม่ได้

7. PHB พอลิไฮดรอกซีบิวทีเรต (Polyhydroxy-butyrate) เมื่อย่อยสลายแล้วจะได้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์กับน้ำ แบคทีเรียและราที่มีอยู่ทั่วไปจะย่อยวัสดุชนิดนี้จนหมดสิ้นไปในเวลาเพียงไม่กี่สัปดาห์เท่านั้น

8. PC พอลิคาร์บอเนต (Polycarbonate) เป็นเทอร์โมพลาสติกผสมแป้ง เป็นพลาสติกชีวฐาน เป็นพอลิเมอร์ที่สำคัญอีกชนิดหนึ่งที่สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพ จัดอยู่ในกลุ่มที่มาจากธรรมชาติโดยตรง ไม่เป็นพิษ ย่อยสลายได้โดยการฝังกลบ โดยการกระทำของจุลินทรีย์ และหาใหม่ทดแทนได้

9. PA พอลิเอไมด์ (Polyamide) ชื่อที่เรารู้จักกันน่าจะเป็นไนลอน (Nylon) และเกิดจากการกระบวนการพอลิเมอร์ไรเซชันของเอไมด์ และกรดอินทรีย์ มีการเพิ่มสารแต่งเติม ประเภทกราไฟต์และโมลิบเดนั่มไดซัลไฟต์ ทำให้เพิ่มสมบัติให้ดียิ่งขึ้น เป็นพลาสติก Bio-Based อีกชนิดหนึ่งที่ไม่สามารถย่อยสลายเองได้

10. TPS เทอร์โมพลาสติกสตาร์ช (Thermoplastic starch) คือ กลุ่มที่ใช้วัตถุดิบตั้งต้นที่มาจากพืชและสัตว์โดยตรง ถือว่าเป็นพลาสติกชีวฐาน (bio-based plastics) ที่มาจากสิ่งมีชีวิต เช่น พืชและสัตว์ ซึ่งเป็นวัตถุดิบหมุนเวียนหรือสามารถหาใหม่ทดแทนได้ สามารถขึ้นรูปด้วยเทคนิคการขึ้นรูปตามที่นิยมใช้กับพลาสติกที่ผลิตจากปิโตรเลียมได้เช่นกัน

11. PP พอลิพรอพิลีน (Polypropylene) จัดเป็นพอลิเมอร์ประเภทเทอร์โมพลาสติกที่นิยมใช้ในอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์ และยังมีการใช้ในงานอื่น ๆ เช่น สิ่งทอ ขวด สติกเกอร์ ธนบัตรพอลิเมอร์ เป็นต้น

Bio-PP เป็นพลาสติกชนิดหนึ่งที่ใช้เป็นวัสดุสำหรับผลิตบรรจุภัณฑ์สำหรับอาหาร มีความทนทาน และยืดหยุ่น พลาสติกชนิดนี้ผลิตจากวัตถุดิบจากพืช แต่มีคุณสมบัติเหมือนกับพลาสติกธรรมดาทั่วไป ที่ไม่สามารถย่อยสลายได้เองตามธรรมชาติ จึงนิยมนำไปใช้งานอย่างกว้างขวาง เช่น ทำเป็นหลอดดูดพลาสติก กล่องบรรจุอาหารแช่แข็ง เครื่องมือแพทย์ ขวดบรรจุสารเคมี อะไหล่รถยนต์ ปกแฟ้มเอกสาร ถุงพลาสติกบรรจุอาหารที่ทนความร้อน ตลับเครื่องสำอาง ถุงปุ๋ย เป็นต้น

12. PU พอลียูรีเทน (Polyurethane) วัตถุดิบที่ใช้เป็นมอนอเมอร์ในการผลิต Bio-PU หาได้จากวัสดุที่สามารถผลิตทดแทนได้ อย่างเช่น พืชและจุลินทรีย์ โดยคุณสมบัติของ Bio-PU ทั้งทางกายภาพและทางเคมีแตกต่างกันขึ้นกับมอนอเมอร์และสภาวะในการทำปฏิกิริยา โดยส่วนใหญ่สมบัติของ Bio-PU จะขึ้นกับการนำไปใช้งาน และไม่สามารถช่วยให้ย่อยสลายได้ง่ายขึ้น

13. PE พอลิเอทิลีน (polyethylene) คือ พลาสติกกลุ่มพิลิเอทีลีนจากเอทานอลที่ผลิตมาจากอ้อย จึงเป็นพลาสติกชนิด Bio-Based หรือ Bio-PE มีคุณสมบัติเหมือนพอลิเอทิลีน มีสีขาวขุ่น โปร่งแสง และยืดหยุ่นได้ดี มีอัตราการปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์น้อยกว่า PE แบบเดิม

14. PBAT พอลิบิวทิลีนอะดิเปต โค เทเรฟทาเรท (polybutylene adipate co terephthalate) เป็นพลาสติกชีวภาพที่ได้จากผลิตภัณฑ์จากแหล่งปิโตรเคมี โดย Bio-PBAT มาจากการสังเคราะห์โดยปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรเซชันของมอนอเมอร์ฐานปิโตรเลียม เป็นพลาสติกชีวภาพที่สามารถสลายตัวได้ทางชีวภาพ ในทางการตลาดทั่วไป PBAT เป็นพลาสติกทางเลือกหนึ่งที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพที่สามารถทดแทนการใช้พลาสติก โดยพลาสติกชนิดนี้มีคุณสมบัติความยืดหยุ่นและการคืนรูป จึงถูกนำไปใช้ในกระบวนการผลิตที่เหมือนกัน เช่น ถุงพลาสติก และพลาสติกที่ใช้ในการห่อหุ้ม เป็นต้น

Bio-Based Plastic ย่อยสลายเองได้หรือไม่

พลาสติกที่สลายตัวได้เป็นพลาสติกประเภทหนึ่งของ “พลาสติกชีวภาพ” ที่ผลิตจากแหล่งวัตถุดิบชีวภาพหรือมาจากธรรมชาติ (bio-based plastics) สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ชนิด คือ ชนิดที่สลายตัวได้ทางชีวภาพ และชนิดที่ไม่สลายตัวทางชีวภาพ ดังนั้นในความเป็นจริงแล้วพลาสติกที่มีส่วนประกอบจากวัตถุดิบธรรมชาติไม่ได้แปลว่าจะสลายตัวได้เสมอไป หรืออีกนัยหนึ่งก็คือเป็นพลาสติกใด ๆ ที่เพียงแค่ทำมาจาก bio-based เท่านั้น แต่อาจสลายตัวได้หรือไม่ก็ได้

ปัจจุบันพลาสติกที่สลายตัวได้มี 12 ชนิด คือ PHA, PHB, PLA, PCL, PBS, PBSA, PEC, PES, PBT, PTT, PVAL และพอลิเมอร์ธรรมชาติ

Bio Filaments for 3D Printing

วัสดุแบบเส้น หรือ Filament ที่ใช้กับเครื่องพิมพ์ 3D Printer จะมีพลาสติกหลายชนิดด้วยกัน คงพอทราบกันมาบ้างแล้วว่าเส้นวัสดุนี้ สามารถใช้วัตถุดิบที่มาจาก Bio-Based มาผสมด้วยสัดส่วนต่าง ๆ และผ่านกระบวนการขึ้นรูปมาเป็นเส้น Filament สำหรับเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบัน นอกจากนี้ยังมีการใช้ PLA ผสมกับวัสดุเหลือทิ้งจากธรรมชาติได้เพิ่มอีกด้วย ไม่ว่าจะเป็นกากกาแฟ เยื่อจากต้นสมุนไพร ถือว่าเป็น Bio-Plastic ที่ไม่ทิ้งสารตกค้างที่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมเหมือนกับพลาสติกแบบเดิม ทั้งยังเป็นมิตรต่อสุขภาพของผู้ใช้งาน จึงเป็นเทรนด์แห่งอนาคตที่คาดว่าจะได้รับความนิยมมากในอุตสาหกรรมการผลิตผลิตภัณฑ์เพื่อการบริโภค รวมถึงยังพัฒนาไปสู่การใช้งานด้านการแพทย์ อุตสาหกรรมยานยนต์ ตลอดจนด้านการเกษตร