การวิเคราะห์เชิงโครงสร้างของซัลเฟอร์ในยางพารา
โดยเทคนิคสเปกโทรสโกปีการดูดกลืนรังสีเอกซ์

ดร.วันวิสา พัฒนศิริวิศว
สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน)

ยางพาราเป็นหนึ่งของสินค้าส่งออกที่สำคัญของประเทศไทย และมีคุณสมบัติเด่นหลายประการ อาทิเช่น มีความยืดหยุ่นสูง ทนทานต่อการฉีกขาดได้ดี และมีสมบัติการเหนียวติดกัน (Tack) ที่ดี เป็นต้น นอกจากนี้ยางพารายังเป็นวัตถุดิบที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมหลายประเภท ได้แก่ ยางรถยนต์ ถุงมือยาง ยางกันรั่วที่ใช้ในเครื่องจักรกล สายพานขนส่ง ชิ้นงานทางด้านวิศวกรรม และผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ ที่ใช้ในงานก่อสร้าง เป็นต้น

รูปที่ 1 ตัวอย่างผลิตภัณฑ์ยาง

กระบวนการแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์จากยางพารานั้นมีได้หลากหลายวิธี โดยปกติในการขึ้นรูปยางพาราจะมีการใส่สารเคมีต่าง ๆ เช่น กำมะถัน ผงเขม่าดำ และสารตัวเร่งต่าง ๆ เป็นต้น เรียกว่า ยางผสม ซึ่งจะถูกนำไปขึ้นรูปโดยผ่านกระบวนการแรงดันและความร้อน

กระบวนการนี้เรียกว่า วัลคาไนซ์เซชั่น (Vulcanization) โดยจะทำให้มีการเกิดการเชื่อมต่อระหว่างสายโมเลกุล หรือเรียกว่า การเกิดซัลเฟอร์ครอสลิงค์ในโครงสร้าง ซึ่งกระบวนการวัลคาไนซ์เซซั่นนี้จะทำให้คุณสมบัติเชิงกลของยางพาราดีขึ้น เช่น มีความยืดหยุ่น เป็นต้น

การผลิตผลิตภัณฑ์ยางให้มีสมบัติที่เหมาะสมต่อการใช้งานแต่ละประเภทจะขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ เช่น ชนิดของสารเร่งให้ยางคงรูป ปริมาณกำมะถัน ช่วงเวลาแข็งตัว (Curing Time) และระบบในการวัลคาไนซ์ เป็นต้น

ดังนั้นโครงการวิจัยที่มี ดร.วันวิสา พัฒนศิริวิศว จากสถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน) เป็นหัวหน้าโครงการ ซึ่งเป็นโครงการที่ได้รับทุนสนับสนุนการวิจัยจากสถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน) ประจำปี 2549 และผลงานที่อ้างถึงเป็นผลงานตีพิมพ์ในวารสารวิชาการระดับนานาชาติ คือ “Structural Analysis of Sulfur in Natural Rubber using X-ray Absorption Near-Edge Spectroscopy”, Journal of Synchrotron Radiation, 15, 510-513 (2008)

จึงได้ใช้แสงซินโครตรอนร่วมกับเทคนิค X - ray Absorption Near - Edge Spectroscopy (XANES) ณ Beamline - 8 ห้องปฏิบัติการแสงสยาม ในการวิคราะห์โครงสร้างโมเลกุลของยางพาราที่ผ่านกระบวนการวัลคาไนซ์เซชั่นที่สภาวะต่าง ๆ กัน เพื่อศึกษาผลของชนิดของสารเร่งให้ยางคงรูป (รูปที่ 2) และระบบในการวัลคาไนซ์ (รูปที่ 3) ที่มีต่อโครงสร้าง ณ บริเวณรอบ ๆ อะตอมของกำมะถันในยางพารา

รูปที่ 2 Sulfur K-shell XANES Spectra ของยางพาราที่เติมสารเร่งให้ยางคงรูปชนิดต่าง ๆ คือ TMTD (Tetramethyl Thiuram Disulfide), CBS (N-cyclohexyl-2-benzothiazole Sulphenamide) และ MBT (2 - mercaptobenzothiazole)

รูปที่ 3 การเปรียบเทียบ Sulfur K-shell XANES Spectra ของยางพาราที่เติมสารเร่งให้ยางคงรูปชนิด MBT โดยผ่านกระบวนการคงรูป แบบต่าง ๆ กัน

ผลจากงานวิจัยนี้ทำให้ได้ข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างโมเลกุล โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การเกิด Sulfur-crosslink ในโครงสร้าง (Mono Poly Sulfur Crosslink) ซึ่งจะช่วยให้เข้าใจสมบัติทางกายภาพของยางพาราได้ดียิ่งขึ้น อีกทั้งข้อมูลที่ได้ยังเป็นประโยชน์ต่ออุตสาหกรรมยางในการปรับปรุงคุณภาพของผลิตภัณฑ์ยางและกระบวนการผลิต

อ้างอิง
http://www.uvprocess.com
http://www.rubberimpex.com/NaturalRubber
http://www.kmutt.ac.th/p-prof/invention.html