เปลี่ยน “น้ำมันปาล์ม → Epoxidized FAME (EFAME)” เพื่อพัฒนา Green Rubber Process Oil สำหรับอุตสาหกรรมยางและยางล้อ
ดร.ศุรเชษฐ์ หงษ์ไกรเลิศ นางสาวกฤติยา เพิ่มพิมพ์ นางสาวกชมน ยิ้มหมุด ศาสตราจารย์ ดร.ชวลิต งามจรัสศรีวิชัย และศาสตราจารย์ ดร.นพิดา หิญชีระนันท์ นักวิจัยจาก CBRC จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ร่วมกับ Prof. Dr. Toshiyuki Yokoi, Institute of Science Tokyo ประเทศญี่ปุ่น ประสบความสำเร็จในการพัฒนากระบวนการ epoxidation ของเมธิลเอสเทอร์จากกรดไขมันปาล์ม (Fatty acid methyl esters, FAME) ให้เป็น epoxidized FAME (EFAME) เพื่อใช้เป็นน้ำมันผสมยางชีวภาพ (green rubber process oil) สำหรับการผสมและขึ้นรูปยางในอุตสาหกรรมยางและยางล้อ
งานวิจัย “Epoxidation of palm oil-derived fatty acid methyl esters over TiO2-based catalysts in the absence of acid assistance for green rubber process oil application” ได้รับการเผยแพร่ในวารสาร Cleaner Engineering and Technology (Tier1 Journal, Citescore = 14.3, Impact factor = 5.8)
หัวใจสำคัญของงานวิจัยนี้ คือการต่อยอด FAME จากน้ำมันปาล์ม ให้เป็น EFAME ซึ่งสามารถใช้เป็น สารช่วยแปรรูปยางชีวภาพ ช่วยให้ยางผสมและขึ้นรูปง่ายขึ้น ส่งเสริมการกระจายตัวของสารเสริมแรงอย่าง carbon black และช่วยปรับสมบัติความยืดหยุ่นของยาง โดยมีศักยภาพใช้ทดแทนสารช่วยแปรรูปจากปิโตรเลียมบางชนิด เช่น Tetrakis(dimethylamino)ethylene (TDAE) และ Dioctyl Phthalate (DOP) ในระบบยางไนไตร (NBR) และ ยางบิวทาไดอีน(SBR/BR) อย่างไรก็ตาม การผลิต EFAME แบบดั้งเดิมมักต้องใช้กรดช่วย ซึ่งอาจทำให้เกิดการกัดกร่อน แยกตัวเร่งออกจากระบบได้ยาก และทำให้หมู่ epoxide ที่ต้องการถูกทำลายจากปฏิกิริยาข้างเคียง งานวิจัยนี้จึงพัฒนา กระบวนการ epoxidation แบบไม่ใช้กรด โดยใช้ตัวเร่งไททาเนียมไดออกไซด์ (TiO2) ร่วมกับ H2O2 และ tert-butanol ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ปรับปรุงนี้มีโครงสร้างรูพรุนที่ช่วยให้โมเลกุลน้ำมันขนาดใหญ่เข้าถึงตำแหน่งเร่งปฏิกิริยาได้ดี จึงช่วยผลิต EFAME ได้อย่างมีประสิทธิภาพและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น
ไฮไลท์สำคัญของงานวิจัย
- ตัวเร่ง TiO2-H ให้การเปลี่ยน FAME สูงถึง 71% และสามารถสร้างหมู่ epoxide ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ภายใต้ระบบ acid-free epoxidation
- TiO2-H ทำงานได้ดีกว่าตัวเร่งปฏิกิริยา TS-1 และ TiO2 เชิงพาณิชย์ เพราะมีโครงสร้างรูพรุนที่ช่วยให้โมเลกุลน้ำมันขนาดใหญ่แพร่เข้าไปถึงตำแหน่งเร่งปฏิกิริยาได้ง่ายกว่า
- ระบบนี้ช่วยลดปัญหาที่พบในกระบวนการแบบใช้กรด เช่น การกัดกร่อน การแยกตัวเร่งยาก และการสูญเสียหมู่ epoxide จากปฏิกิริยาข้างเคียง
- EFAME ที่ได้สามารถนำไปใช้เป็น green rubber process oil ในยาง NBR และ SBR/BR โดยให้สมบัติการคงรูปและสมบัติเชิงกลใกล้เคียงกับสารช่วยแปรรูปจากปิโตรเลียม
- ในยาง NBR การใช้ EFAME ช่วยให้ carbon black กระจายตัวดีขึ้น ส่งผลให้ยางมีความยืดหยุ่นดีขึ้น ลดการสูญเสียเนื้อยางจากการขัดถู และยังคงความแข็งแรงในระดับใกล้เคียงน้ำมันปิโตรเลียม
- ในยาง SBR/BR ซึ่งเป็นระบบที่เกี่ยวข้องกับยางล้อ EFAME ให้สมบัติเชิงกลและความยืดหยุ่นเทียบเคียง TDAE ได้ เมื่อควบคุมระดับ epoxidation ให้เหมาะสม
งานวิจัยนี้สะท้อนศักยภาพของ น้ำมันปาล์ม ในฐานะวัตถุดิบชีวภาพหมุนเวียนสำหรับผลิตสารช่วยแปรรูปยางมูลค่าสูง ช่วยลดการพึ่งพาวัตถุดิบจากปิโตรเลียม และสนับสนุนการพัฒนา green rubber technology, bio-based plasticizer, circular bioeconomy และวัสดุอุตสาหกรรมที่ยั่งยืนสำหรับอนาคต
อ่านรายละเอียดงานวิจัยได้ที่: https://bit.ly/4eusfDn
