ิต 2549 ัมหาวิทยาลัิยศลปา ... - silpakorn...

ผลของสภาวะทใชในกระบวนการอดรดทมตอโครงสรางทเปลยนแปลงของพอลไวนลคลอไรด ในพอลเมอรผสมแบบหลอม

โดย นางสาวอาทชา โยธารกษ

วทยานพนธนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรปรญญาวศวกรรมศาสตรมหาบณฑต สาขาวชาวทยาการและวศวกรรมพอลเมอร

ภาควชาวทยาการและวศวกรรมวสด บณฑตวทยาลย มหาวทยาลยศลปากร

ปการศกษา 2549 ลขสทธของบณฑตวทยาลย มหาวทยาลยศลปากร

จ

EFFECT OF REPEATED EXTRUSION CONDITION ON THE STRUCTURE CHANGES OF PVC IN PVC/PE MELT BLENDS

By Athicha Yotharuk

A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree MASTER OF ENGINEERING

Department of Materials Science and Engineering Graduate School

SILPAKORN UNIVERSITY 2006

บณฑตวทยาลย มหาวทยาลยศลปากร อนมตใหวทยานพนธเรอง “ผลของสภาวะทใชในกระบวนการอดรดทมตอโครงสรางทเปลยนแปลงของพอลไวนลคลอไรดในพอลเมอรผสมแบบหลอม” เสนอโดย นางสาวอาทชา โยธารกษ เปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรปรญญา วศวกรรมศาสตรมหาบณฑต สาขาวชาวทยาการและวศวกรรมพอลเมอร ......................................................................................... (รองศาสตราจารย ดร. ศรชย ชนะตงกร) คณบดบณฑตวทยาลย วนท...........เดอน...............................พ.ศ............ ผควบคมวทยานพนธ

1. ผชวยศาสตราจารย ดร.จนทรฉาย ทองปน 2. ศาสตราจารย ดร.ณรงคฤทธ สมบตสมภพ

คณะกรรมการตรวจสอบวทยานพนธ .......................................................ประธานกรรมการ (อาจารย ดร. อรญ วสนตกรณ) ........../............./.......... .......................................................กรรมการ .................................................กรรมการ (ผชวยศาสตราจารย ดร.จนทรฉาย ทองปน) (ศาสตราจารย ดร.ณรงคฤทธ สมบตสมภพ) ........../............./.......... ........../............./.......... .......................................................กรรมการ ................................................กรรมการ (ผชวยศาสตราจารย ดร.จฑารตน ปรชญาวรากร) (อาจารย ดร.ณฐกาญจน หงสศรพนธ) ........../............./.......... ........../............./..........

ง

46402202 : สาขาวชาวทยาการและวศวกรรมพอลเมอร คาสาคญ : พอลไวนลคลอไรด / เสถยรภาพทางความรอน / พอลเมอรผสม / กระบวนการอดรดซา อาทชา โยธารกษ : ผลของสภาวะทใชในกระบวนการอดรดทมตอโครงสรางทเปลยนแปลงของพอลไวนลคลอไรดในพอลเมอรผสมแบบหลอม. อาจารยผควบคมวทยานพนธ : ผศ.ดร.จนทรฉาย ทองปน และ ศ.ดร.ณรงคฤทธ สมบตสมภพ. 113 หนา. งานวจยนศกษาอทธพลของอณหภม ความเรวรอบสกรของเครองอดรด อทธพลของชนดและดชนการไหลของ PE ทปรมาณ 5, 15 และ 25 phr ผสมใน PVC ทมผลตอสมบตทางความรอน ทางกล ของพอลเมอรผสม โดยทาการผสมแบบหลอมผานเครองอดรดถงรอบท 5 ซงผลการวเคราะหดวยเทคนค TGA พบวา ณ ความเรวรอบสกร 100 rpm ทอณหภมเครองอดรดทหวดาย 160, 180 และ 210 ๐C พบวาการผสม LDPE ปรมาณ 5 phr จะสามารถปรบปรงเสถยรภาพทางความรอนของ PVC ในพอลเมอรผสมได ซงการเพมเสถยรภาพทางความรอนนสามารถเกดไดททกอณหภมการผสม กลไกการเพมเสถยรภาพ เกดจากปฏกรยาการเคลอนยายอนมลอสระ (Radical transfer reaction) จากสายโซ PVC ทเรมเกดการสลายตวไปยง LDPE สาหรบทปรมาณการผสม LDPE 15 phr นน อณหภมสลายตวของ PVC มแนวโนมลดลง เนองจาก LDPE ในพอลเมอรผสม ณ ขณะทาการอดรดนน เกด การสลายตวแลวเกดการใช Heat stabilizer ใน PVC ทปรมาณการผสม LDPE 25 phr นน อณหภมสลายตวของ PVC ในพอลเมอรผสมมคาสงขนอกครง เนองจากการแยกวฏภาคของพอลเมอรทงสองชนดน ในพอลเมอรผสม ทาให Heat Stabilizer ใน PVC สามารถทาหนาทในการเพม เสถยรภาพทางความรอนของ PVC ไดเตมประสทธภาพ สาหรบอทธพลของ MFI ของ LDPE ซงผสมลงในพอลเมอรผสมทมตอ การสลายตวทางความรอน ของ PVC ในพอลเมอรผสมนน พบวา LDPE ทม คา MFI สงกวา สามารถเพมเสถยรภาพทางความรอนใหกบ PVC ไดดกวา LDPE ทมคา MFI ตากวา อยางไรกตาม การเพมเสถยรภาพทางความรอนของ PVC ดวย LDPE นน ขนอยกบอณหภมสลายตวของ LDPE ดวย สาหรบอทธพลของความเรวรอบในการหมนของสกรนน ท 40 rpm และอณหภมของเครองอดรดทหวดาย 160 ๐C 180๐C และ 210 ๐C พบวา การผสม LDPE ท MFI 5 g/10 min ปรมาณ 5 phr สงผลใหอณหภมสลายตวของ PVC ในพอลเมอรผสมลดลงเมออณหภมการอดรดทหวดายเพมขน และทความเรวรอบสกรทเพมขนอณหภมสลายตวของ PVC ไมมการเปลยนแปลงมากนกเนองจากเมอ พอลเมอรผสมอยในหองหลอมเปนเวลานาน จะเกดการสลายตวไดมากขน ทงวฏภาคของ LDPE และ PVC ในขณะเดยวกน Heat stabilizer จะถกใชไป ในขณะทพอลเมอรผสมอยในหองหลอม เมออยนาน Heat stabilizer กเหลอนอยลง ทาให PVC เกดการสลายตวไดงายขน ในการเปรยบเทยบสภาวะการผสมและความแตกตางของชนด PE ในงานวจยน ศกษาการเปรยบเทยบเฉพาะทความเรวรอบสกร 100 rpm โดย ศกษา อณหภมของเครองอดรดทหวดาย 160, 180 และ 210 ๐C เชนกน ซงจากการทดลองพบวา เมอมการผสม HDPE ทปรมาณ 5 phr ลงในพอลเมอรผสม สามารถปรบปรงเสถยรภาพทางความรอนของ PVC ไดดกวา LDPE และพบผลเชนนในทกๆ อณหภมการผสม ซสามารถอธบายไดจากการท HDPE มองศาของความเปนกงนอยกวา LDPE ดงนน HDPE จะสามารถกระจายไปในวฏภาคของ PVC ไดดกวา การผสม LDPE ลงในพอลเมอรผสม

สาหรบการศกษาสภาวะในการอดรดทมตอสมบตเชงกลของพอลเมอรผสมนน พบวา คาความตานทานตอการเสยรปและคาความตานทานแรงดงสงสดของพอลเมอรผสม จะขนอยกบปรมาณของ PE แตเมอมการเพมความเรวรอบในการผสม เพม จานวนรอบการอดรด และ เพมอณหภมของเครองอดรด สมบตดงกลาวมการเปลยนแปลงไมมากนก หรออาจสามารถพดไดวา สมบตทกลาวขางตนนไมไดรบอทธพลจาก สภาวะในการขนรปพอลเมอรผสม อยางไรกตามคาความทนตอแรงกระแทกของพอลเมอรผสม ทปรมาณการผสม LDPE 5 phr นน คาความตานทานตอแรงกระแทก เพมขนเมอเพมจานวนรอบการอดรด และพบผลเชนนในทกๆ อณหภมทหวดาย ซงตวแปรสาคญทมตอสมบตเชงกลของพอลเมอรผสมคอ ระดบการกระจายตวของ PE ในวฏภาคของ PVC

ภาควชาวทยาการและวศวกรรมวสด บณฑตวทยาลย มหาวทยาลยศลปากร ปการศกษา 2549 ลายมอชอนกศกษา........................................ ลายมอชออาจารยผควบคมวทยานพนธ 1. ........................... 2. .............................

จ

46402202 : MAJOR : POLYMER SCIENCE AND ENGINEERING KEY WORD: POLY (VINYL CHLORIDE) / THERMAL STABILITY / POLYMER BLENDS / REPEATED EXTRUSION

ATHICHA YOTHARUK: EFFECT OF REPEATED EXTRUSION CONDITION ON THE STRUCTURE CHANGES OF PVC IN PVC/PE MELT BLENDS. THESIS ADVISORS: ASST.PROF.DR.CHANCHAI THONGPIN AND THESIS CO – ADVISORS: PROF.DR.NARONGRIT SOMBATSOMPOP. 114 pp.

The purposes of this research are to study the effects of twin screw process conditions such as die temperatures and screw speeds, the variations of polyethylene type, melt flow index are also studied. In this research, the content of the PE in the blends were varied at 5, 15 and 25 phr. The properties concerned in this study were thermal and mechanical properties of PVC in the PVC-PE melt blended. Thermogravimetric analysis (TGA) results showed that at the rotating screw speed of 100 rpm and die temperature of 160, 180 and 210 oC, PVC in the blend with LDPE of 5 phr could be thermally stabilized in every die temperature used. This could be explained by the radical transfer reaction from PVC to PE molecules. At higher PE loading, 15 phr, the PVC encountered more degradation as a result of a competitive consumption of the heat stabilizer by PE degradation. On the other hand, at relatively high PE contents, 25 phr, the decomposition temperature of PVC in the blends increased again. This was due to the effect of phase separation between PVC and PE in the blend leading to the stabilization with optimum efficiency of the added heat stabilizer. In the case of melt flow index of LDPE added in the blends, it was found that the PVC decomposition temperatures increased with higher MFI than those with lower MFI. However, it was dependent on decomposition temperature of LDPE. It was also shown in this study that the low screw speeds used for blending would lower the Td of the PVC in the blend at any die temperatures as the longer the blend stayed in the barrel the more heat stabilizer to be consumed, during the heating experienced in the barrel.

In the case of effect of PE type used in the blend with various die temperatures at 160, 180, and 210 oC, the screw speed at 100 rpm was selected. It was shown that the stabilization of PVC in the blend by adding 5 phr of HDPE was better than LDPE. This was because LDPE was a long chain branching PE whereas HDPE was a straight with rarely short chain branching which could lead to very well dispersion in PVC phase.

The mechanical properties of the blends were also studied and it was shown that the ultimate tensile strength and Young’s modulus were dependent upon PE contents. However those mentioned parameters did not affect these properties. On the other hand, the impact properties of PVC-PE blended with 5 phr LDPE showed higher impact strength when the recycle pass were increased. The phenomena were similar in any die process temperatures. The main variable that affected the mechanical properties of PVC-PE blended was dispersion of PE in PVC matrix.

Department of Materials Science and Engineering Graduate School, Silpakorn University Academic Year 2006 Student's signature ........................................ Thesis Advisors' signature 1. ........................... 2. ...........................

ฉ

กตตกรรมประกาศ

งานวจยและวทยานพนธฉบบนสาเรจลลวงไปดวยด ทงนผวจยไดรบความร คาแนะนาแนวทางในการแกไขปญหา ประสบการณการทางาน รวมทงความดแลเอาใจใส จากอาจารยทปรกษาวทยานพนธ ผชวยศาสตราจารย ดร.จนทรฉาย ทองปน และอาจารยทปรกษารวมวทยานพนธ ศาสตราจารย ดร.ณรงคฤทธ สมบตสมภพ (อาจารยคณะพลงงานสงแวดลอมและวสด มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาธนบร) ผวจยขอขอบพระคณคณะกรรมการสอบวทยานพนธ อาจารย ดร.อรญ วสนตกรณ ผชวยศาสตราจารย ดร.จฑารตน ปรชญาวรากร อาจารย ดร.ณฐกาญจน หงสศรพนธ และอาจารยภาควชาวทยาการและวศวกรรมวสด คณะวศวกรรมศาสตรและเทคโนโลยอตสาหกรรม มหาวทยาลยศลปากร สาหรบความร ขอแนะนา และการสละเวลาสาหรบการสอบวทยานพนธ ขอขอบคณสานกงานกองทนสนบสนนการวจย (สกว.) สาหรบการสนบสนนทนสาหรบงานวจยน ขอขอบคณภาควชาวทยาการและวศวกรรมวสด มหาวทยาลยศลปากร ภาควชาวศวกรรมวสด มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาธนบร ภาควชาวศวกรรมวสดและโลหะการ สถาบนเทคโนโลยราชมงคล (คลองหก) บรษทแปซฟก คลเลอร ทใหความอนเคราะหในการใชอปกรณและเครองทดสอบ และขอขอบคณ บรษท Thai Plastic and Chemicals จากด และ บรษท Thai Petrochemical Industry จากด สาหรบความอนเคราะหเมดพลาสตกทใชในการวจย ขอขอบคณเพอน รนพ รนนอง เจาหนาททกทานในภาควชาวทยาการและวศวกรรมวสด มหาวทยาลยศลปากร และสมาชกกลม Polymer PROcessing and Flow (P-PROF) สาหรบความชวยเหลอทงแรงกาย กาลงใจ และขอแนะนาในการทางาน สดทายนขอขอบพระคณ คณพอคณแม และครอบครว สาหรบกาลงใจและทนทรพยตลอดระยะเวลาทใชในการศกษาระดบบณฑตศกษา

ช

สารบญ หนา บทคดยอภาษาไทย....................................................................................................................... ง บทคดยอภาษาองกฤษ................................................................................................................. จ กตตกรรมประกาศ....................................................................................................................... ฉ สารบญตาราง............................................................................................................................... ญ สารบญรป.................................................................................................................................... ฎ บทท 1 บทนา.............................................................................................................................. 1 1.1 ความเปนมาและความสาคญของปญหา.............................................................. 1 1.2 วตถประสงคของงานวจย....................................................................................... 2 1.3 แนวคดงานวจย......................................................................................................... 2 1.4 ขอบเขตของงานวจย................................................................................................ 4 1.5 ประโยชนทคาดวาจะไดรบและการประยกตใช................................................ 4 2 เอกสารและงานวจยทเกยวของ.................................................................................... 5 2.1 กระบวนการนา PVC กลบมาหมนเวยนใชใหม................................................ 5 2.1.1 กระบวนการเชงกล........................................................................................ 5 2.1.2 กระบวนการใชความรอน............................................................................ 5 2.1.3 กระบวนการเปลยนแปลงทางเคม.............................................................. 6 2.2 พอลไวนลคลอไรด [Poly(vinyl chloride), PVC]............................................... 6 2.2.1 การผลตไวนลคลอไรดมอนอเมอร.............................................................. 7 2.2.2 กระบวนการสงเคราะหพอลไวนลคลอไรด.............................................. 7 2.2.3 โครงสรางและสมบตของ PVC................................................................... 9 2.2.4 การเสอมสภาพของ PVC.............................................................................. 13 2.2.5 สารเตมแตง (Additives)................................................................................ 19 2.3 พอลเอทธลน [Polyethylene, PE].......................................................................... 20 2.3.1 โครงสรางและสมบตของ PE....................................................................... 20 2.3.2 กระบวนการสงเคราะหพอลเอทธลน......................................................... 22 2.3.3 การเสอมสภาพทางความรอนของ PE......................................................... 23

ซ

บทท หนา 2.4 หลกการเบองตนเกยวกบพอลเมอรผสม............................................................... 26 2.4.1 ความหมายของพอลเมอรผสม...................................................................... 26 2.4.2 ความสาคญของการทาพอลเมอรผสม......................................................... 26 2.4.3 ประเภทของพอลเมอรผสม.......................................................................... 28 2.5 รายงานผลการวจยทเกยวของ................................................................................ 31 3 วธดาเนนงานวจย........................................................................................................... 37 3.1 วสดทใชในงานวจย................................................................................................ 37 3.2 การออกแบบการทดลอง......................................................................................... 38 3.3 การเตรยมตวอยางทดสอบในรปแบบเมดคอมปาวด.......................................... 42 3.4 การเตรยมตวอยางชนงานทดสอบทเปนแผน..................................................... 44 3.5 วธการทดสอบสมบตของพอลเมอรผสม.............................................................. 46 3.5.1 อณหภมสลายตว............................................................................................ 46 3.5.2 สมบตตานทานแรงดง.................................................................................. 47 3.5.3 สมบตทนแรงกระแทก................................................................................. 48 3.5.4 การตรวจสอบโครงสรางทางจลภาค.......................................................... 49 3.5.5 การตรวจสอบคา Yellowness (b*).............................................................. 49 3.5.6 การตรวจสอบคา Polyene Index................................................................. 50 4 ผลการทดลองและวจารณผลการทดลอง.................................................................... 53 4.1 สมบตทางความรอน................................................................................................. 54

4.1.1 อทธพลของดชนการไหลของ LDPE และอณหภมในการอดรดทมตอสมบต ของพอลเมอรผสม PVC/LDPE เมอผานกระบวนการอดรดซา............... 54

4.1.2 อทธพลของความเรวรอบสกรของเครองอดรดทมตอสมบตของ พอลเมอรผสม PVC/LDPE เมอผานกระบวนการอดรดซา...................... 66

4.1.3 อทธพลของชนด PE และอณหภมของการอดรดทมตอสมบตของพอลเมอร ผสมระหวาง PVC และ PE เมอผานกระบวนการอดรดซา...................... 69

4.2 สมบตเชงกล............................................................................................................. 77 4.2.1 อทธพลของดชนการไหลของ LDPE และอณหภมในการอดรดทมตอสมบต

เชงกลของพอลเมอรผสม PVC/LDPE เมอผานกระบวนการอดรดซา.... 77

ฌ

4.2.2 อทธพลของความเรวรอบสกรเครองอดรดทมตอสมบตเชงกลของพอลเมอร ผสมระหวางPVC และ LDPE เมอผานกระบวนการอดรดซา................ 89

4.2.3 อทธพลของชนด PE และอณหภมของการอดรดทมตอสมบตเชงกลของ พอลเมอรผสมระหวาง PVC และ PE เมอผานกระบวนการอดรดซา...... 92

5 สรปผลการทดลองและขอเสนอแนะ............................................................................ 101 5.1 สรปผลการทดลอง.................................................................................................... 101

5.2 ขอเสนอแนะ............................................................................................................. 103 บรรณานกรม............................................................................................................................... 104 ภาคผนวก ก................................................................................................................. 109

ภาคผนวก ข................................................................................................................ 111 ประวตผวจย................................................................................................................ 113

ญ

สารบญตาราง

ตารางท หนา 2.1 ความสมพนธระหวางคานาหนกโมเลกล, K-Valueและความหนดดงเดม

ของ PVC..................................................................................................... 12 2.2 ลกษณะเฉพาะของชนดพอลเอทธลน.............................................................. 21 2.3 ชนดพอลเมอรผสมทนยมใชทางการคา............................................................. 27 3.1 แหลงทมาของเมดพลาสตก PE เกรดตางๆ........................................................ 38 4.1 อณหภมสลายตวของ PVC/LDPE (5g/10 min) ทปรมาณ LDPE 5 phr

ทไมละลายในตวทาละลาย THF............................................................. 64 4.2 อณหภมสลายตวของ LDPE ทผานการอดรดแลว 1 รอบ................................ 64 4.3 อณหภมสลายตวของ PVC/HDPE (5g/10 min) ทปรมาณ HDPE 5 phr

ทไมละลายในตวทาละลาย THF............................................................. 76

ฎ

สารบญรป

รปท หนา 2.1 ขนตอนของกระบวนการพอลเมอไรเซชนของ VCM.......................................... 8 2.2 ลกษณะโครงสรางทางเคมของ PVC........................................................................ 10 2.3 กลไกการหลอมตวของ PVC....................................................................................... 11 2.4 โครงสรางและคาแรงยดเหนยวระหวางอะตอมในโมเลกลของ PVC................ 14 2.5 แสดงตาแหนงทมการแตกตวออกของพนธะระหวางอะตอมของคารบอน

กบคลอรนในโมเลกลของPVC................................................................... 14 2.6 กลไกการขจดไฮโดรเจนคลอไรด แบบอนมลอสระ............................................... 15 2.7 กลไกการขจดไฮโดรเจนคลอไรด แบบคประจ......................................................... 16 2.8 การสลายตวของพอลอน (a) การขาดออกของสายโซ PVC บรเวณพอลอน และ (b) การเชอมโยงโมเลกล (cross-link)................................................ 17 2.9 การเกดปฏกรยา Thermooxidative เปนแบบ five or six-membered

cyclic peroxides............................................................................................... 18 2.10 ลกษณะโครงสรางทางเคมของ PE............................................................................. 21 2.11 โครงสรางทเปลยนแปลงของ LDPE เมอผานกระบวนการขนรป....................... 25 2.12 การแบงประเภทของพอลเมอรผสม........................................................................... 28 2.13 ความสมพนธระหวางสมบตทวไปกบสดสวนผสมของพอลเมอรผสม

ประเภท Miscible............................................…............................................. 29 2.14 ความสมพนธระหวางสมบตทวไปกบสดสวนผสมของพอลเมอรผสม

ประเภท Immiscible........................................................................................ 30 3.1 เมดพลาสตก PVC คอมปาวด เกรดเปาขวด (B0504BLA)..................................... 37 3.2 แผงผงแสดงการดาเนนงานสวนท 1.......................................................................... 39 3.3 แผงผงแสดงการดาเนนงานสวนท 2.......................................................................... 40 3.4 แผงผงแสดงการดาเนนงานสวนท 3.......................................................................... 41 3.5 เครอง High speed mixer............................................................................................... 42 3.6 เครองอดรดแบบเกลยวหนอนคของบรษท HAKKE Co., Ltd. (Germany)........ 43 3.7 ตวอยางของเมดทผานการผสมจากเครองอดรดแบบเกลยวหนอนค.................... 44

ฏ

3.8 เครองบดลกกลงคและเครองอดแผนขนรปรอนของบรษท Lab Tech Engineering จากด......................................................................... 45

3.9 ตวอยางชนงานทดสอบความตานทานแรงดงและความทนแรงกระแทก................ 45 3.10 เครอง Thermogravimetric Analyser (TGA) ของบรษท Perkin Elmer..................... 46 3.11 เครอง Universal Testing Machine ของบรษท LLOYD Instruments...........….......... 47 3.12 เครอง Impact Pendulum Tester ของบรษท ZWICK.......................................…........ 48 3.13 แกนสามมตแสดงระดบของสแตละเฉด......................................................................... 49 3.14 เครอง Spectrophotometer ยหอ GretagMacbeth............................................................ 50 3.15 เครอง Fourier Infrared Spectroscopy (FTIR) ของบรษท Nicolet............................... 50 4.1 แสดงเปอรเซนตนาหนกทหายไปและอณหภมของ neat PVC และ PVC/LDPE

(5 g/ 10min) ทปรมาณ LDPE 5 phr เมอผานกระบวนการอดรดรอบท 5 54 4.2 อณหภมสลายตวของ neat PVC และ PVC ใน PVC/LDPE (MFI 5g/10min)

ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย(a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C 58 4.3 อณหภมสลายตวของ neat PVC และ PVC ใน PVC/LDPE (MFI 20g/10min)

ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย(a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C 59 4.4 อณหภมสลายตวของ neat PVC และ PVC ใน PVC/LDPE (MFI 43g/10min)

ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย(a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C 60 4.5 Infrared spectrum ของ neat PVC ทผานการอดรด (a) 1 รอบ และ (b) 5 รอบ ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย 210 ๐C................................................. 61 4.6 คาดชนพอลอน ของ neat PVC และ PVC ใน PVC/LDPE (MFI 5g/10 min)

ทปรมาณ LDPE 5 phr ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย (a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C............................................................ 62

4.7 คาความเหลองของ neat PVC และ PVC/LDPE (MFI 5g/10 min) ทปรมาณ LDPE 5 phr อณหภมของเครองอดรดทหวดาย (a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C............................................................ 63

4.8 ภาพถายโครงสรางจลภาคของพอลเมอรผสม PVC/LDPE (MFI 5g/10min) ปรมาณ LDPE 5 phr ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย 180 ๐C

เมอผานการอดรดรอบท 3................................................................................. 64

ฐ

4.9 กราฟความสมพนธระหวางเปอรเซนต Derivative และอณหภมของ Residue ทเหลอจากการละลายในตวทาละลาย THF ของ PVC/LDPE (MFI 5g/10min) ทปรมาณ LDPE 5 phr ณ อณหภมของเครองอดรด 160 ๐C......................... 65

4.10 กราฟความสมพนธระหวางเปอรเซนต Derivative และอณหภมของ Residue ทเหลอจากการละลายในตวทาละลาย THF ของ PVC/LDPE (MFI 5g/10min) ทปรมาณ LDPE 5 phr ณ อณหภมของเครองอดรด 160 ๐C........................... 65

4.11 อณหภมสลายตวของ PVC ใน PVC/LDPE (MFI 5g/10min) blends มปรมาณ LDPE 5 phr ณ ความเรวรอบสกรของเครองอดรด 100 rpm และ 40 rpm............... 67 4.12 ( a) คาดชนพอลอน (Polyene index) (b) คาความเหลอง (Yellowness, b*)

ของ PVC ใน PVC/LDPE (MFI 5g/10 min) blends มปรมาณ LDPE 5 phr ณ ความเรวรอบสกรของเครองอดรด 100 rpm และ 40 rpm..................... 68

4.13 อณหภมสลายตวของ PVC ใน PVC/LDPE (MFI 5g/10min) และใน PVC/HDPE (MFI 5g/10min) ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย (a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C.............................................................. 71

4.14 อณหภมสลายตวของ PVC ใน PVC/LDPE (MFI 20g/10min) และใน PVC/HDPE (MFI 5g/10min) ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย (a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C................................................................................ 72

4.15 คาดชนพอลอนของ PVC ใน PVC/LDPE (MFI 5g/10 min) และ ใน PVC/HDPE (MFI 5g/10min) ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย (a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C.................................................................................................. 73

4.16 คาดชนพอลอนของ PVC ใน PVC/LDPE (MFI 20g/10 min) และ ใน PVC/HDPE (MFI 20g/10min) ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย (a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C.................................................................................................. 74

4.17 กราฟความสมพนธระหวางเปอรเซนต Derivative และอณหภมของ Residue ทเหลอจากการละลายในตวทาละลาย THF ของ PVC/HDPE (MFI 5g/10min) ทปรมาณ HDPE 5 phr ณ อณหภมของเครองอดรด 160 ๐C....................... 76

4.18 Young’s Modulus ของ neat PVC และ PVC/LDPE (MFI 5 g/10min) ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย (a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C 78


ฑ


4.21 Ultimate Tensile Stress ของ neat PVC และ PVC/LDPE (MFI 5 g/10min) ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย (a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C 81



4.24 Impact Strength ของ neat PVC และ PVC/LDPE (MFI 5 g/10min) ณ อณหภม ของเครองอดรดทหวดาย (a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C................... 85

4.25 Impact Strength ของ neat PVC และ PVC/LDPE (MFI 20 g/10min) ณ อณหภม ของเครองอดรดทหวดาย (a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C................... 86

4.26 Impact Strength ของ neat PVC และ PVC/LDPE (MFI 43 g/10min) ณ อณหภม ของเครองอดรดทหวดาย (a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C.................... 87

4.27 ภาพถายโครงสรางจลภาคของพอลเมอรผสม PVC/LDPE (MFI 5g/10min) ปรมาณ LDPE 5 phr ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย 210 ๐C (a) เมอผานการอดรดรอบท 1 (b) รอบท 3 และ (c) รอบท 5........................... 88

4.28 Young’s Modulus ของ PVC/LDPE (MFI 5g/10min) ความเรวรอบสกร ของเครองอดรด (a) 100 rpm และ (b) 40 rpm...................................................89

4.29 Ultimate Tensile Stress ของ PVC/LDPE (MFI 5g/10min) ความเรวรอบสกร ของเครองอดรด (a) 100 rpm และ (b) 40 rpm................................................. 90

4.30 Impact Strength ของ PVC/LDPE (MFI 5g/10min) blends ความเรวรอบสกร ของเครองอดรด (a) 100 rpm และ (b) 40 rpm...................................................91

4.31 Young’s Modulus ของ PVC/LDPE (MFI 5 g/10min) มปรมาณ LDPE 5 phr และ PVC/HDPE (MFI 5 g/10min) มปรมาณ HDPE 5 phr ณ อณหภมของ เครองอดรดทหวดาย (a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C............................ 93

4.32 Young’s Modulus ของ PVC/LDPE (MFI 20 g/10min) มปรมาณ LDPE 5 phr และ PVC/HDPE (MFI 20 g/10min) มปรมาณ HDPE 5 phr ณ อณหภมของ เครองอดรดทหวดาย (a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C........................ 94

ฒ

4.33 Ultimate Tensile Stress ของ PVC/LDPE (MFI 5 g/10min) มปรมาณ LDPE 5 phr และ PVC/HDPE (MFI 5 g/10min) มปรมาณ HDPE 5 phr ณ อณหภมของ เครองอดรดทหวดาย (a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C............................ 95

4.34 Ultimate Tensile Stress ของ PVC/LDPE (MFI 20 g/10min) มปรมาณ LDPE 5 phr และ PVC/HDPE (MFI 20 g/10min) มปรมาณ HDPE 5 phr ณ อณหภมของ เครองอดรดทหวดาย (a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C............................ 96

4.35 ภาพถายโครงสรางจลภาคของพอลเมอรผสม ทมปรมาณ PE 5 phr ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย 210๐C เมอผานการอดรดรอบท 5 (a) PVC/LDPE (MFI 5) (b) PVC/HDPE (MFI 5)........................................... 97

4.36 Impact Strength ของ PVC/LDPE (MFI 5 g/10min) มปรมาณ LDPE 5 phr และ PVC/HDPE (MFI 5 g/10min) มปรมาณ HDPE 5 phr ณ อณหภมของ เครองอดรดทหวดาย (a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C............................ 98

4.37 Impact Strength ของ PVC/LDPE (MFI 20 g/10min) มปรมาณ LDPE 5 phr และ PVC/HDPE (MFI 20 g/10min) มปรมาณ HDPE 5 phr ณ อณหภมของ เครองอดรดทหวดาย (a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C............................ 99

4.38 ภาพถายโครงสรางจลภาคของ PVC/HDPE ณ อณหภมของเครองอดรดท หวดาย 210 ๐C (a) HDPE (MFI 5) ทผานการอดรดรอบท 1 (b) HDPE (MFI 5) ผานการอดรดรอบท 5 (c) HDPE (MFI 20) ทผานการอดรดรอบท 1 และ (d) HDPE (MFI 20) ผานการอดรดรอบท 5.................................................... 100

1

บทท 1 บทนา

1.1 ความเปนมาและความสาคญของปญหา

ในปจจบนวสดประเภทพลาสตกไดเขามามบทบาทในการดาเนนชวตของคนเรามากขน เชนในรปแบบบรรจภณฑ วสดกอสราง ผลตภณฑทางการแพทย เปนตน โดยสมบตเดนของวสดพลาสตกกคอ นาหนกเบา สามารถขนรปทซบซอนไดงาย มสมบตเชงกลทด และมราคาถก

พอลไวนลคลอไรดจดเปนพลาสตกชนดหนงทไดใชงานกนอยางกวางขวาง สงผลใหเกดปญหาเรองขยะพลาสตกเพมขนซงมผลกระทบตอสภาพแวดลอมเปนปญหาทสาคญปญหาหนง การแกปญหาของขยะพลาสตกดงกลาวไมเหมาะสมทจะกาจดดวยวธทวไป เชนการฝงกลบ หรอนาไปเผา เนองจากจะกอใหมลภาวะตอสงแวดลอมได การนาเอาพลาสตกดงกลาวกลบมาหมนเวยนใชใหม (Recycling) จงเปนอกแนวทางหนงทไดรบความสนใจ

การนาเอาขยะพอลไวนลคลอไรดกลบมาหมนเวยนใชใหมมกจะพบกบปญหาการปนเปอนของฉลากพลาสตก กระดาษ และหมกพมพ ซงสามารถสงผลตอสมบตของพลาสตกหลงกระบวนการหลอมขนรปใหมได ในกรณของพอลไวนลคลอไรดกพบวามการปนเปอนของฉลากของผลตภณฑประเภทฟลมพลาสตกพอลเอทธลนเสมอซงกาจดออกไดไมงายนก Thongpin, C และคณะ [1] ไดทาการศกษากลไกการสลายตวของพอลไวนลคลอไรดในพอลเมอรผสม โดยทาการผสมแบบหลอมผานเครองอดรด 1 รอบพบวา การผสมพอลเอทธลนจานวนเลกนอย (5 phr) ลงในพอลไวนลคลอไรด จะสงผลใหอณหภมสลายตวของพอลไวนลคลอไรดเพมขน ในขณะทอณหภมกลาสทรานสชนและคาดชนพอลอนของพอลไวนลคลอไรดลดลง เนองจากปฏกรยาการเคลอนยายอนมลอสระ อยางไรกตามการเตมพอลเอทธลนลงไปผสมในพอลไวนลคลอไรดดวยปรมาณมากกวา 5 phr จะสงผลใหพอลไวนลคลอไรดกลบมาสลายตวไดงายขน เนองจากทอนมลอสระของพอลเอทธลนทเกดจากปฏกรยาการเคลอนยายอนมลอสระเขาแยงใชสารเพมเสถยรภาพทางความรอนของพอลไวนลคลอไรด โดยการผสมพอลไวนลคลอไรดดวยพอลเอทธลนความหนาแนนสง จะสามารถสงเกตพฤตกรรมการเปลยนแปลงสมบตทางความรอน และโครงสรางโมเลกลของพอลไวนลคลอไรด ไดชดเจนทสด

ดงนน งานวจยนมวตถประสงคทจะขยายผลการศกษาถงอทธพลของปรมาณ นาหนกโมเลกล และชนดของพอลเอทธลนในพอลเมอรผสมโดยพอลไวนลคลอไรดเปนองคประกอบหลก

2

และพอลเอทธลนเปนองคประกอบรอง ในงานวจยนจะศกษาอณหภม และความเรวรอบของเครองอดรดทใชในกระบวนการขนรปซา ซงผลการทดลองทจะไดรบอาจจะสามารถนานามาใชเปนแนวทางในการประเมนความเปนไปไดของพฤตกรรมทางความรอน นอกจากนยงศกษากลไกการสลายตวของพอลไวนลคลอไรดและพอลเอทธลนทเกดขน เมอผานเครองอดรดจานวน 5 รอบ และสมบตเชงกลของผลตภณฑพอลไวนลคลอไรดผสมกบพอลเอทธลทไดจากการนามาหลอมขนรปใหม 1.2 วตถประสงคของงานวจย

1.2.1 ศกษาอทธพลของ ดชนการไหล และชนดของพอลเอทธลนในพอลเมอรผสมเมอพอลเมอรผสมดงกลาวมพอลไวนลคลอไรดเปนองคประกอบหลกและพอลเอทธลนเปนองคประกอบรอง ทมตอสมบตเชงกลและเสถยรภาพทางความรอนของพอลไวนลคลอไรด

1.2.2 ศกษาอทธพลของอณหภม และความเรวรอบสกรของเครองอดรด เมอพอลเมอรผสมผานเครองอดรดจานวน 5 รอบ โดยพอลเมอรผสมดงกลาวมพอลไวนลคลอไรดเปนองคประกอบหลกและพอลเอทธลนเปนองคประกอบรอง ทมตอสมบตเชงกลและเสถยรภาพทางความรอนของพอลไวนลคลอไรด

1.2.3 นาเสนอกลไกการสลายตวทเกดขนของพอลไวนลคลอไรด ทมสวนผสมของพอลเอทธลน โดยทาการผสมแบบหลอมเมอผานกระบวนการอดรดจานวน 5 รอบ 1.3 แนวคดงานวจย

งานวจยนตองการศกษาอทธพลของอณหภม และความเรวรอบสกรของเครองอดรดเมอพอลเมอรผสมผานกระบวนการอดรดจานวน 5 รอบ และศกษาอทธพลของดชนการไหล และชนดของพอลเอทธลนทมตอสมบตเชงกลและความเสถยรภาพทางความรอนของพอลไวนลคลอไรด เมอพอลเมอรผสมดงกลาวมพอลไวนลคลอไรดเปนองคประกอบหลกและมพอลเอทธลนเปนองคประกอบรอง เพอนาเสนอกลไกการสลายตวทเกดขนของพอลไวนลคลอไรด และสมบตเชงกล ดงนนงานวจยนจงสามารถแบงออกเปน 4 สวนคอ สวนของการพสจนเอกลกษณของพอลเมอรทนามาใชการทดลอง สวนของการเตรยมสดสวนขององคประกอบตางๆ ในพอลเมอรผสม สวนของกระบวนการขนรป และสวนของการวเคราะหสมบตตางๆ ของพอลเมอรผสม

3

1.3.1 การพสจนเอกลกษณของพอลเมอรทนามาใชในงานวจย ในสวนนจะทาการพสจนเอกลกษณของพอลไวนลคลอไรดและพอลเอทธลนเกรดตางๆ

ในดานของดชนการไหลกอนทจะนาพอลเมอรดงกลาวไปผานกระบวนการขนรป เพอนาขอมลทไดไปใชเปรยบเทยบกบสมบตพอลเมอรผสมทไดหลงจากผานกระบวนการขนรป 1.3.2 การเตรยมสดสวนขององคประกอบตางๆ ในพอลเมอรผสม

งานวจยนจะทาการผสมพอลเมอรทมอตราสวนในการผสม และมองคประกอบในพอล-เมอรผสมแตกตางกน 5 กรณ ดงน

1.3.2.1 ศกษาอทธพลของปรมาณ ดชนการไหลของพอลเอทธลนทแตกตางกนทมตอสมบตเชงกลและเสถยรภาพทางความรอนของพอลไวนลคลอไรดในพอลเมอรผสม เมอผานกระบวนการอดรด 5 รอบ

1.3.2.2 ศกษาสภาวะทเหมาะสม ของเครองอดรดในพอลเมอรผสมระหวางพอลไวนลคลอไรดและพอลเอทธลน โดยตวแปรทจะทาการศกษามดงน

1.3.2.5.1 อทธพลของความเรวรอบสกรของเครองอดรด 1.3.2.5.2 อทธพลของอณหภมของเครองอดรด

1.3.2.3 ศกษาอทธพลจากสถาปตยกรรมเชงโครงสรางของพอลเอทธลนทแตกตางกนในพอลเมอรผสม โดยงานวจยนใชพอลเอทธลนทมความแตกตางปรมาณของกงกานจานวน 2 ชนด คอ พอลเอทธลน ความหนาแนนสง (HDPE) และ พอลเอทธลนความหนาแนนตา (LDPE) ทมตอสมบตเชงกลและเสถยรภาพทางความรอนของพอลไวนลคลอไรดในพอลเมอรผสม เมอผานกระบวนการอดรด 5 รอบ

1.3.3 กระบวนการขนรป การขนรปชนงานตวอยางสามารถทาไดโดยการนาเมดพลาสตกในแตละสตรขางตนมา

ผสมกนดวยเครอง High speed mixer ใหเกดการกระจายตวของแตละองคประกอบเขาหากนกอน จากนนจงนาของผสมดงกลาวไปผสมใหมความเขากนของแตละองคประกอบมากขนดวยเครอง Twin-screw extruder แลวนาคอมปาวดทไดเขาเครอง Two roll mill และใช Compression molding อดขนรปชนงานตวอยาง

4

1.3.4 การวเคราะหสมบตตางๆ ของพอลเมอรผสม คอมปาวดตวอยางทไดจากเครอง Twin screw extruder จะถกนามาวเคราะหผลดวยเทคนค

ตางๆ ดงน TGA เพอศกษาถงอณหภมการสลายตวของพอลเมอรผสม FTIR เพอศกษาปรมาณของพอลอนในชนงานตวอยาง

ชนงานตวอยางทไดจากเครอง Compression molding จะถกนามาวเคราะหผลดวยเทคนคตางๆ ดงน

Tensile-test ศกษาหาคาความทนตอแรงดงของพอลเมอรผสม Impact-test ศกษาหาคาความทนตอแรงกระแทกของพอลเมอรผสม Yellowness (b*) เพอใชดการเปลยนแปลงของสชนงานตวอยาง

1.4 ขอบเขตของงานวจย

งานวจยนจะศกษาสมบตเชงกลและความเสถยรภาพเชงความรอนของพอลไวนลคลอไรด ในพอลเมอรผสมของพอลไวนลคลอไรดและพอลเอทธลนความหนาแนนตาและสง ม 3 กรณ ดงน

1.4.1 ศกษาอทธพลจากดชนการไหลของพอลเอทธลนความหนาแนนตาทมตอสมบตของพอลเมอรผสม โดยใช LDPE ซงมคาดชนการไหลท 5, 20 และ 43 g / 10 min

1.4.2 ศกษาอทธพลจากปรมาณของพอลเอทธลนในการผสมทแตกตางกนในพอลเมอรผสม กรณนใชสดสวนของพอลเอทธลนในพอลเมอรผสมท 5 phr, 15 phr และ 25 phr เทานน

1.4.3 ศกษาอทธพลของความเรวรอบสกรของเครองอดรด กรณนจะทาการผสมพอลไว-นลคลอไรดและพอลเอทธลน โดยความเรวรอบสกรของเครองอดรด 100 rpm และ 40 rpm

1.5 ประโยชนทคาดวาจะไดรบและการประยกตใช

1.5.1 สามารถประเมนพฤตกรรมทางความรอน สมบตเชงกล และทราบกลไกการสลายตวของพอลไวนลคลอไรดในพอลเมอรผสมทมพอลไวนลคลอไรดเปนองคประกอบหลกและพอลเอทธลนเปนองคประกอบรอง

1.5.2 การนาพอลไวนลคลอไรดและพอลเอทธลนมาหมนเวยนใชใหมเปนการลดภาระการกาจดขยะ อนจะกอใหเกดสภาวะแวดลอมทเปนพษ เชน การเผาขยะโดยตรง เปนตน เนองจากการยอยสลายของพอลไวนลคลอไรดจะนาไปสการกระจดกระจายของไอระเหยกาซไฮโดรเจนคลอไรดซงเปนกรดรายแรงมอนตรายตอสขภาพ

5

บทท 2 เอกสารทเกยวของกบงานวจย

2.1 กระบวนการนา PVC กลบมาหมนเวยนใชใหม [2,3]

พอลไวนลคลอไรด [Poly(vinyl chloride)] หรอทเรยกกนวา PVC เปนพลาสตกชนดหนงทเปนวตถดบสาคญในอตสาหกรรมแขนงตางๆ เนองจาก PVC เปนพลาสตกทมนาหนกเบา ไมตดไฟงาย ทนทาน และยงสามารถผลตผลตภณฑเพอใหไดสมบตทเหมาะสมกบการนาไปใชงานไดอยางหลากหลาย กลาวคอสามารถผลตผลตภณฑ PVC ทมความออนตว หรอมความแขงใหเหมาะสมกบการใชงาน อกทงยงสามารถผลตใหมความใสหรอทบตามตองการ จงทาให PVC เปนวสดทจาเปนชนดหนงในพลาสตกทางการคาทนยมใชกนมาก จะสงผลใหขยะทมาจาก PVC นบวนยงเพมจานวนมากขน ดงนน จงมความสนใจทจะนา PVC กลบมาหมนเวยนใชใหม หรอทเรยกวา การ รไซเคล (Recycling) โดยทวไปม 3 รปแบบดงน

2.1.1 กระบวนการเชงกล (Mechanical process) กระบวนการเชงกลเปนกระบวนการเปลยนแปลงทางกายภาพ ซงจะเปลยนพลาสตกทใช

แลวกลบมาเปนเมดพลาสตก เพอนาไปขนรปใหมอกครง โดยมขนตอนดงน 2.1.1.1 แยกผลตภณฑ PVC ออกจากพลาสตกชนดอน ดวยการใชเทคนคและ

เครองชวยแยกพลาสตก 2.1.1.2 ทาความสะอาดกาจดฝนผง สปนเปอนภายในจากสนคา และจากภายนอก

รวมทงแยกชนสวนวสดอนๆ ทประกอบมากบสนคา 2.1.1.3 บด ตด ยอย ใหเปนเกลดชนเลกๆ พอลงเครองบดพลาสตกได และลางทา

ความสะอาดเศษทถกบดอกครง 2.1.1.4 หลอมตดเมดเปนวตถดบเกรดรอง แลวนาไปขนรปผลตภณฑทไมสมผส

อาหาร เชน ทอนา โตะ เกาอ กระถางตนไม เปนตน

2.1.2 กระบวนการใชความรอน (Thermal process) ขณะทเทคโนโลยการกาจดขยะดวยเตาเผายงคงมอย จงทาใหเทคโนโลยนถกมองเพอใช

เปนทางเลอกในการกาจดขยะในอนาคตตอไป ซงในปจจบนนมการกลาวถงสารทกอตวขนจากการ

6

เผาไหม PVC ทมผลกระทบตอสงแวดลอม เชน การกอตวของสารไดออกซน (Dioxin) และกาซไฮโดรเจนคลอไรด แตสารเหลานกสามารถลดปรมาณลงไดดวยเทคโนโลยสมยใหมในการเผาขยะ และปจจบนกมการใชตวจบควน (Scrubber) เปนตวดงกาซไฮโดรเจนคลอไรดเอาไว ทาใหปรมาณกาซไฮโดรเจนคลอไรดทออกสสภาวะแวดลอมลดลง ถงอยางไรกยงสามารถนากาซไฮโดรเจนคลอไรดกลบไปใชเปนสารตงตนของกระบวนพอลเมอไรเซชนดวยวธตางๆ

2.1.3 กระบวนการเปลยนแปลงทางเคม (Chemical process) กระบวนการเปลยนแปลงทางเคมเปนกระบวนการทใชปฏกรยาเคม เพอทาใหพลาสตก

เปนวตถดบในรปของมอนอเมอรใหม อยางการนาเศษ PVC ไปทาใหเกดออกไซดดวยการใชสารละลายโซเดยมไฮดรอกไซดทอณหภมในชวง 150 – 260 องศาเซสเซยส และเพมความดนเพอใหไดกรดออกซาลก (Oxalic acid) สวนผสมของกรด Benzenecarboxylic และกาซคารบอนไดออกไซด ซงจะพบวากรดออกซาลกทเพมขนตามความเขมขนของโซเดยมไฮดรอกไซดโดยปฏกรยาเคมทเกดจากสารละลายของ PVC ทเกดออกซเดชน (Oxidation) ในขนแรกจะเกดปฏกรยาดไฮโดรคลอโรรเนชนของ PVC ททาใหเกดกลมพอลอน จากนนออกซเจนในอากาศและกลมอะโรมาตกจบตวกนเปนโมเลกลค (Bimolecule) เพมเขาในปฏกรยาและเกดการขดมวนของกลมพอลอน สวนของเหลวทเกดออกซเดชนจากเกดปฏกรยาดไฮโดรคลอโรรเนทของ PVC ทเปนกลมอะโรมาตกจะรวมตวเปนกรด Benzenecarboxylic ชนดตางๆ

2.2 พอลไวนลคลอไรด [Poly(vinyl chloride), PVC]

กระบวนการผลตพอลไวนลคลอไรดไดถกบนทกไวตงแตป 1872 แตยงคงทาการทดลองอยเพยงในหองปฏบตการมากวา 50 ป เนองจากมปญหาในดานอณหภมทใชในการผลต พอลไวนลคลอไรด เปนทรจกเรมแรกในป 1928 ภายใตสทธบตรของบรษทคารไบดและคารบอนเคมคอล, บรษทอไอดปองค (E.I. du Pont de Nemours and Company : USA) และสถาบนไอจฟารเบน (I.G. Farben Industrial : Germany) ตอมาในป 1930 บรษทบเอฟกดรช (B.F. Goodrich Chemical : USA) ไดคนพบทางเลอกในการพฒนาสมบตในดานการทนความรอนของพอลไวนลคลอไรด โดยการผสมกบสารทมจดเดอดสง เชน ไตรโทลลฟอตเฟส (Tritolyl phosphate) ซงจะใหผลตางจากการใชโคพอลเมอร และสงผลใหมการวจย และพฒนาพอลไวนลคลอไรดมากขน ตอมาในชวงสงครามโลกครงท 2 มความตองการพอลไวนลคลอไรดในปรมาณมากขนเพอใชผลตเปนฉนวนในสายเคเบล และแมวาสงครามโลกสนสดลงแลวปรมาณการผลตพอลไวนลคลอไรดยงคงเพมขนอยางรวดเรว โดยมการพฒนาพอลไวนลคลอไรดชนดใหมๆ ขน เชน พอลไวนลคลอไรดแบบนมท

7

สามารถขนรปไดงาย และพอลไวนลคลอไรดแบบแขง แตตอมาในป 1974 บรษทบเอฟกดรช ไดพบวาไวนลคลอไรดมอนอเมอรเปนสารทกอใหเกดมะเรง เปนผลใหมการปรบปรงเปลยนแปลงการควบคมการผลตเพอใหไมเปนภยตอสขภาพ ไมเปนพษตอสงแวดลอม และมระดบมอนอเมอรทเหลออยในปรมาณนอย ซงโดยทวไปแลวในการผลตพอลเมอรจะตองมมอนอเมอรเหลออยนอยกวา 5 สวนจากลานสวน (ppm) [4]

2.2.1 การผลตไวนลคลอไรดมอนอเมอร [5, 6] กระบวนการผลตไวนลคลอไรดมอนอเมอร สามารถทาได 2 วธ

2.2.1.1 กระบวนการผลตโดยใชเอทธลนเปนสารตงตน (Ethylene route)

2.2.1.2 กระบวนการผลตโดยใชอะเซททลนเปนสารตงตน (Acetylene route)

2.2.2 กระบวนการสงเคราะหพอลไวนลคลอไรด [6, 8, 9] สมบตอนหลากหลายของ PVC เกดจากกรรมวธการสงเคราะหทแตกตางกน จงมการใช

งานทแตกตางกนดวย กระบวนการผลต PVC ทสาคญมดงน

2.2.2.1 การสงเคราะหแบบสารแขวนลอย (Suspension Polymerization) โดยการผลตระบบแขวนลอย PVC ทไดมขนาดเลกเหมาะสาหรบการใชงานทวไป

ตอนเรมตนปฏกรยาจะประกอบดวย นา มอนอเมอร(VCM) ตวรเรม (Initiator) ทละลายใน

CH2 CH2Cl / catalyst H2C CH2

ClCl

pyrolysis CH

Cl

H2C + HCl

High temperature

O2 / catalyst + HClCH2 CH2

H2C CH2

ClCl

pyrolysis CH

Cl

H2C + HCl

สมการท 2.1


HC CH + HCl (excess)

catalyst

80 - 250 oCCH

Cl

H2C สมการท 2.3

8

มอนอเมอร และสารชวยในการกระจายตว (Dispersing agent, Protective colloids) และการกวนจะทาใหมอนอเมอรกระจายตวเปนหยดเลกๆ และชวยปองกนการรวมตวของมอนอเมอร โดยทวไปสารชวยกระจายตวจะเปนพอลเมอร ทละลายนาได เชน Polyvinyl alcohol (PVA)กระบวนการนเปนปฏกรยาทเกดขนเปนแบบคายความรอนจนกลายเปนอนภาคปฐมภม (Primary particle) และรวมตวกนมากขนจนเปนอนภาคเลกๆ (Particles) ภายในอนภาคจะประกอบไปดวยอนภาคปฐมภมมากมายรวมตวกนอย เปนกอน (Agglomerate) ดงรปท 2.1

รปท 2.1 ขนตอนของกระบวนการพอลเมอไรเซชนของ VCM [7]

9

2.2.2.2 การสงเคราะหแบบอมลชน (Emulsion Polymerization) การผลตแบบอมลชนเหมาะกบงานเคลอบผว ไดแก การทาหนงเทยม ขนตอนการ

Polymerization ตอนเรมตนจะมนา มอนอเมอร(VCM) ตวรเรม (Initiator) ทละลายในนา เชน Potassium persulphate และ Emulsifier ซงเปนสารทมขวและไมมขวอยในสารเดยวกน เมอปฏกรยาสนสดจะไดเปนลาเทกซ ทประกอบดวยอนภาคเลกๆ ของพอลเมอร ซงอยในรปของคอลลอยดกระจายอยในนา การผลต PVC แบบอมลชนนจะผลตนอยกวาการผลตแบบแขวนลอย แมจะมสมบตการหลอมตวทดกวา และเหมาะสาหรบการทาฟลมหรองานทตองการผวเรยบ งานทากระเปาหนงเทยม หมเบาะเฟอรนเจอร กระเบองยาง ผาใบ ถงมอซงเรยกเมด PVC ทไดจากกระบวนการนวา “E-PVC” แต E-PVC มขอเสยคอ ใชเทคนคทยงยาก ซบซอนกวา ราคาแพงกวา และ PVC บรสทธนอยกวา

2.2.2.3 การสงเคราะหแบบบลค (Bulk Polymerization) กระบวนการสงเคราะหแบบบลค ตอนเรมตนจะมเพยงมอนอเมอรและอนมล

อสระของตวรเรมปฏกรยาเทานน (เปนพวกอะคลเปอรออกไซด (Acyl peroxide) หรอเปอรออกซคารบอเนต (Peroxidecarbonate)) PVC ทไดเรยกวา “Mass-PVC” เหมาะสาหรบงานสมผสอาหาร เชน การบรรจขวดนาดม นาแร นาสม แตมขอเสยคอ การควบคมอณหภมการผลตไดยาก เพราะเมอเกดพอลเมอไรเซชนมากขน จะทาใหความหนดมากขน ความสามารถในการระบายความรอนลดลง ควบคมขนาดของ PVC ไดยาก และการกาจด VMC ตกคางไดยาก

2.2.3 โครงสรางและสมบตของ PVC

2.2.3.1 โครงสราง (Structure) PVC จดเปนพลาสตกทจดอยในประเภทเทอรโมพลาสตก ทมโครงสรางทางเคม

ดงรปท 2.1 โดยสวนใหญจะมการจดเรยงตวแบบอะแทคตก (atactic) ดงนนโครงสรางสวนใหญของ PVC จงเปนแบบอสณฐาน (Amorphous) แตในสวนของ Microdomain นนมการจดเรยงตวของโมเลกลหรอผลกของ PVC ท เ รยกวา ผลกปฐมภม (Prinmary crystallinity) โดยพบวาโครงสรางดงกลาวมอยประมาณ 5 – 10 % [10]

10

รปท 2.2 ลกษณะโครงสรางทางเคมของ PVC

2.2.3.2 การหลอมตว (Fusion) ของ PVC หรอการเกดเจล (Gelation) ของ PVC สมบตของ PVC ทงในระหวางกระบวนการผลตและหลงขนรปผลตภณฑนน

ขนอยกบโครงสรางของเกรนหรอรปรางลกษณะซงมความซบซอน ทงหมดนจะเกยวของกนในระหวางกระบวนการผลต ซงเปนปรากฏการณทหมายถงการเกดเจล หรอเกดการหลอมตวของ PVC นนเอง โดยมกลไกการหลอมตวของ PVC [11] ดงแสดงในรปท 2.3 ซงถกแบงออกเปน 2 ชวง คอ

ชวงท 1 ระหวางกระบวนการขนรปของ PVC ทไดรบความรอนและแรงเฉอน จนทาใหอนภาคของ PVC ทมขนาดอนภาคหยาบๆ และมรพรนแตกออกเปนอนภาคทละเอยดมากขน เรยกวา Microparticles (Primary particles) ซงมขนาดประมาณ 1 ไมโครเมตร หรออาจแตกออกจนมขนาดเลกกวานน คอ Sub-primary particles (Domains) มขนาดประมาณ 200-800 องสตรอม การทอนภาคแตกออกจนมขนาดเลกลงแคไหนนน ขนอยกบ อณหภมทใชในการขนรป แรงเฉอน ความดน ประเภทของเครองจกรทใชในการขนรป และในชวงนสายโซโมเลกลทมลกษณะเปนตาขายยงคงอยภายในขอบเขตของแตละอนภาค

ชวงท 2 เมอกระบวนการหลอมตวของ PVC เกดขนอยางตอเนอง ความรอนและแรงเฉอนจะทาใหสวนทเปนผลกปฐมภมเกดการหลอมและขอบเกรนเกดการเคลอนยายเพอทาใหสายโซโมเลกลมการพนขามกน (Entanglement) ระหวางอนภาคจนเปนโครงสรางตาขายและจบกนแนนขนดวยการสรางผลกทตยภม (Secondary crystallinity) ขณะทถกทาใหเยนตวลง [11] ถาสายโซโมเลกลมความยาวมากกทาใหโครงสรางตาขายนนแขงแรงขน เนองจากสายโซโมเลกลสามารถขามผานสวนทเปนผลกไดมากกวา แลวทาใหเกดการเชอมโยงกนของสายโซโมเลกลของ PVC ทางกายภาพขน

CH2 CH

Cln

11

รปท 2.3 กลไกการหลอมตวของ PVC [11]

2.2.3.3 นาหนกโมเลกล (Molecular weight) [6, 13] นาหนกโมเลกลของ PVC จะขนอยกบอณหภมทใชในการพอลเมอไรเซชนแบบ

อนมลอสระ (Free radical) ทมขนตอนสาคญ 3 ขนตอน คอ ขนขยายตวของการเกดพอล-เมอรแบบลกโซ (Chain propagation), การถายโอนสายโซ (Chain transfer) และสนสดของการเกดพอลเมอรแบบลกโซ (Chain termination) ดงนน นาหนกโมเลกลจะมากหรอนอยตองขนอยกบความสมพนธระหวางอตราการขยายตว (Rate of propagation) ตอ อตราการถายโอนสายโซ (Rate of chain transfer) ซงกคอระดบการพอลเมอไรเซชน (Degree of Polymerization) แต PVC ไมไดมเพยงสายโซเดยวทตอเชอมกนจนเปนโมเลกลใหญ แตจะประกอบไปดวยสายโซทมความยาวแตกตางกนออกไป

ดงนนคาการกระจายตวของนาหนกโมเลกล (Molecular weight distribution, MWD) เปนความสมพนธระหวาง นาหนกโมเลกลเฉลยโดยนาหนก (Weight-average molecular weight, WM ) และ นาหนกโมเลกลเฉลยโดยจานวน (Number-average molecular weight, nM ) โดยท

12

MWD = n

W

MM สมการท 2.4

นอกจากน nM ยงสามารถแสดงถงคาระดบการพอลเมอไรเซชนไดโดยเปน

ความสมพนธระหวาง nM และ นาหนกโมเลกลของมอนอเมอรทใช คาระดบการพอล-เมอไรเซชนนเรยกวา “K-Value” โดยใชคา ความหนดดงเดม (Inherent viscosity) จากเทคนคการหาคาความหนดโดยวธสารละลายเจอจาง ตามมาตรฐานการทดสอบ ASTM D 1243 ในการอธบายถงนาหนกโมเลกลและระดบพอลเมอไรเซชนของ PVC โดยทง คา K คาความหนดดงเดม และนาหนกโมเลกลเฉลยสามารถแสดงความสมพนธไดดงตารางท 2.1

ตารางท 2.1 ความสมพนธระหวางคานาหนกโมเลกล K-Valueและความหนดดงเดมของ PVC [13]

Average molecular weight by

K-Value ASTM D 1243-58T

Weight Numerber 0.5% in ethylene

dichloride

1 % in cyclohexanone

0.4 % in nitrobenzen

Method A Inherent viscosity

Method B Specific viscosity

54000 26000 45 47 52 0.49 0.13 70000 36000 50 54 57.5 0.62 0.24 100000 45500 55 60 62.5 0.75 0.30 140000 55000 60 65 68 0.88 0.36 200000 64000 65 70 70.5 1.01 0.41 260000 73000 70 74 78 1.13 0.47

จากมาตรฐานการทดสอบ ASTM D 1243 การวดคาความหนดของสารละลายเจอ

จาง ทาไดโดยการละลาย PVC ในตวทาละลายไซโคลเฮกซานอน (Cyclohexanone) และจบเวลาในการไหลผานหลอดคารปลลารของตวทาละลายและสารละลายทมความเขมขนตาๆ โดยการควบคมอณหภมของอางทดสอบใหคงทท 30 องศาเซลเซยส และนาเวลามาคานวณเปนคาความหนดสมพนธ (Relative viscosity, ηrel) ดงสมการท 2.5

13

relη =

0tt สมการท 2.5

จากสมการท 2.4 สามารถนาคาความหนดสมพนธทไดมา คานวณหาคา K จากสมการ

Fikentshner Equation ในสมการท 2.6

( ) cKKc

Krel ⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡×+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛×+

×= −

−

−3

3

62

10 10105.11

1075log η สมการท 2.6

โดยท relη = Relative viscosity t = Efflux time of the solution 0t = Efflux time of the pure solvent c = Concentration of solution สาหรบคา K ของ PVC จะมคาทแตกตางกนตามวธการวดทใชและความเขมขนของสารละลายทใชและยงขนอยกบชนดของตวทาละลายทใชละลาย PVC อกดวย สาหรบการแสดงคา K ตองระบชนดตวทาละลายและความเขมขนทใช พรอมทงระบมาตรฐานทใชในการทดสอบ สวนใหญคา K ทางการคาจะอยในชวง 55-80 คา K เปนตวเลขทมความสาคญสาหรบการเลอกใชเกรด PVC ใหเหมาะสมกบกระบวนการผลตทางพลาสตกหลายๆ กระบวนการ คา K ประมาณ 50-58 เปน PVC มนาหนกโมเลกลตา ใชอณหภมในการขนรปตา ความหนดตา ใชผลตเปนผลตภณฑทมความแขงแรงตา ใชในกระบวนการฉดขนรป คา K ประมาณ 55-63 สาหรบทาการผลต Rigid Sheet คา K ประมาณ 60-68 เปน PVC ทมนาหนกโมเลกลสง ใชอณหภมในการขนรปสง ความหนดสง ใหผลตภณฑทมความแขงแรงสง ใชสาหรบทาการผลตทอ

2.2.4 การเสอมสภาพของ PVC (Degradation) การเสอมสภาพทางความรอน (Thermal Degradation) [14-19] กลไกสาคญในการเกดการสลายตวทางความรอนของ PVC คอ การเกดปฏกรยาการขจด

ไฮโดรเจนคลอไรด (Dehydrochlorination) โดยเมอ PVC ไมมสารเพมเสถยรภาพและไดรบความรอนสงกวา 100 องศาเซลเซยส ทาใหมการแตกตวแบบขจดโซดานขาง โดยจะเกดกรดไฮโดรคลอ-รกขน กรดไฮโดรคลอรกมผลทาใหปฏกรยาดไฮโดรคลอรเนชนเกดเรวขน คอ มนทาหนาทเปน

14

ตวเรงปฏกรยาแบบอตโนมต (Auto-catalyst) และเรยกกระบวนการแตกตวดงกลาววา เธอมอลด-ไฮโดรคลอรเนชน (Thermal dehydrochlorination) ซงการแตกตวออกของพนธะทจะเกดขนนนขนอยกบคาแรงยดเหนยวระหวางอะตอมของพนธะ [14] แสดงในรปท 2.4 และจะสามารถเกดขนไดหลายตาแหนงซงเปนพนธะระหวางอะตอมของคารบอนกบคลอรน สาหรบการหลดของอะตอมคลอรนจะเกดขนงายทบรเวณทอยใกลตาแหนงพนธะคทเรยกวา “Allylic chlorine และ Tertiary chlorine” [16] แสดงในรปท 2.5

รปท 2.4 โครงสรางและคาแรงยดเหนยวระหวางอะตอมในโมเลกลของ PVC [14]

รปท 2.5 แสดงตาแหนงทมการแตกตวออกของพนธะระหวางอะตอมของคารบอนกบ คลอรนในโมเลกลของPVC [15] ดงนนเมอไดรบความรอนอะตอมของคลอรนจะแตกตวออกไปกอน จากนนจะไปดง

อะตอมของไฮโดรเจนขางเคยงใหหลดออกมากลายเปนไฮโดรเจนคลอไรด และจะมการเกดเปนพนธะคหลายๆ ตาแหนงขนในสายโซของ PVC ซงลาดบของพนธะคจะยาวขนเรอยๆ เรยกกลไกท

15

เกดขนน เปนแบบ zipper ในทสดสายโซจะกลายเปนพนธะคสลบพนธะเดยวอยางตอเนอง (Polyconjugate) หรอทเรยกวาพอลอน (Polyene) การเกดพนธะคขนนทาใหพอลเมอรเกดการเปลยนส (Discoloration) เปนสเขมขนจนเปนสนาตาลไหมและสดา เนองจากโครงสรางลกษณะดงกลาวจะมหมทสามารถดดกลนแสงในชวงยวและแสงในชวงทสามารถมองเหนได เรยกวา โคร-โมฟอร (Chromophore) นอกจากนสมบตทางกลของชนงานทเกดขนจากการเสอมสภาพของ PVC จะลดลง แตความสามารถในการนาไฟฟาจะมากขนเนองจากโครงสรางเคมแบบพอลอนจะมการเคลอนทของอเลกตรอนได

สาหรบกลไกการเกดปฏกรยาการขจดไฮโดรเจนคลอไรดออกจากสายโซ PVC ทาใหเกดเปนพอลอนขนนน มการนาเสนอไวหลายรปแบบแตกตางกน ซงสามารถจาแนกออกเปน 2 กระบวนการหลก คอ การเกดปฏกรยาแบบอนมลอสระ (Free radical mechanism) และการเกดปฏกรยาแบบคประจ (Ion pair mechanism) โดยแตละปฏกรยาจะเกดขนในรปแบบทแตกตางกนดงน

กลไกการเกดปฏกรยาแบบอนมลอสระ (Free radical mechanism) ปฏกรยาเรมตนโดยอาศยอนมลอสระจากตวกระตนหรอจากการเกดปฏกรยาออกซเดชน

เปนการเรมตน จากนนอนมลอสระนจะเขาทาปฏกรยากบไฮโดรเจนทอยในสายโซหลกใหหลดออกมา ทาใหมอนมลอสระเกดขนในสายโซ สงผลตอใหอะตอมของคลอรนทอยขางเคยงถกขจดใหหลดออกมาดวย ทาใหสายโซพอลเมอรเกดเปนพนธะค และสาหรบคลอรนทหลดออกมาจะกลายเปนอนมลอสระทวองไวในการทาปฏกรยาตอไป แสดงในรปท 2.6 จากนนตวกลางทไดจะเกดปฏกรยาขนแผขยาย (Propagation) ตอโดยอนมลอสระของคลอรนทเกดขนจากขนตอนแรก จะเขาทาปฏกรยากบไฮโดรเจนทอยตาแหนงตดกนเกดเปนไฮโดรเจนคลอไรด ซงการขจดอะตอมของไฮโดรเจนน จะทาใหเกดอนมลอสระตวใหมขนในสายโซอกครง และสงผลใหอะตอมของคลอรนทอยตดกนถกขจดใหหลดออกมาเกดเปนอนมลอสระทพรอมจะทาปฏกรยาตอไดอก สวนสายโซพอลเมอรจะเกดเปนพนธะคเกดขนตามลาดบปฏกรยาจะเกดเชนนตอไปอยางตอเนองตลอดสายโซ

รปท 2.6 กลไกการขจดไฮโดรเจนคลอไรด แบบอนมลอสระ [16]

16

ปฏกรยาขนแผขยายนนจะเกดการหยดหรอยบยงปฏกรยา เมอมการดงอะตอมของคลอรนหรอไฮโดรเจนจากโมเลกลของ PVC ตวอนเขามาทาปฏกรยา หรอเกดปฏกรยากนเองของอนมลอสระระหวางสายโซ PVC เกดเปนโครงสรางเคมแบบตาขายเกดขน

กลไกการเกดปฏกรยาแบบคประจ (Ion pair mechanism) โดยเรมตนจากปฏกรยาการแตกตวเปน ไอออน (Ionization) ของสารตงตน แสดงในรปท

2.7 โดยอะตอมของคลอรนจะถกขจดออกมาจากสายโซ PVC อยางรวดเรวและเกดเปนประจลบขน (Cl-) สวนคารบอนในสายโซจะเกดเปนประจบวก (Carbonation) จากนนประจลบของคลอรนจะไปดงไฮโดรเจนทอยตดกบอะตอมของคารบอน ซงมประจบวกใหหลดออกมาแลวเกดเปนไฮโดรเจนคลอไรดเชนเดยวกบในกรณเกดแบบปฏกรยาแบบอนมลอสระ หลงจากนนสายโซพอลเมอรทไดจะกลายเปนพนธะคเกดขนพรอมกบเกดปฏกรยาการขจดคลอรนตวถดไปใหหลดออกมาและเกดเปนประจลบของคลอรนขนอกครงปฏกรยาจะดาเนนตอไปเรอยๆ ในลกษณะเชนน

รปท 2.7 กลไกการขจดไฮโดรเจนคลอไรด แบบคประจ [16]

นอกจากนนยงพบวาอตราเรวในการเกดปฏกรยาสามารถเพมได โดยการเพมความมขวของตวทาละลายโดยเมอตวทาละลายมขวมาก จะทาใหเกดการแตกออกของอะตอมของคลอรนเกดเปนประจลบและทาใหเกดประจบวกทอะตอมของคารบอนไดมาก (Carbonium ion และ chloride ion) เนองจากแรงดงดดระหวางขว ดงนนจงทาใหอตราเรวในการเกดปฏกรยามากขนดวย เมอหม Polyene ทเกดขนจะเกดการเสอมสภาพตอ ซงทาใหสายโซโมเลกลของ PVC เกดการขาดออก (Chain scission) หรอ เชอมโยงโมเลกล (Crosslinking) นาไปสการเกดสารประกอบอะโรมาตก (Aromatic compounds) เชน Benzene และ Toluene แสดงในรปท 2.8 (a) และ 2.8 (b) ตามลาดบ

17

CH CHCH

CHCH

CHHC

HCCl

CH CHCH

CHCH

CHHC

HCCl

- Cl

CH CHCH

CHCH

CHHC

CHCH CH + C6H6

benzen

(a)

HC CH CH CH CH CH CH CH

HC CH CH CH CH CH CH CH+

CH CH

CH

HC CH

CH

HC CH

CH CH

CH CH CH CH CHCH (b)

รปท 2.8 การสลายตวของพอลอน (a) การขาดออกของสายโซ PVC บรเวณพอลอน และ (b) การเชอมโยงโมเลกล (cross-link) [18]

18

สาหรบการเสอมสภาพทางความรอนเมอมการสมผสกบออกซเจนในระหวางกระบวนการขนรป หรอการมออกซเจนเหลออยภายในโมเลกลของ PVC จากกระบวนการสงเคราะหทเปนปฏกรยา Thermo-oxidative สามารถอธบายไดจากขนตอนดงน R + O2 R O O และ Peroxide radical สามารถเปนตวเรมการเกดปฏกรยา Autooxidation โดย

R O O + H R R O O H + R

R O O + R R O O R R O2

R O O H R O + O H

R O + H R R O H + R

จากกลไกขางตนน พบวาสามารถเกดพนธะคและ HCl ขนไดในปรมาณสง และเมอเกด Oxidation กบสวนทเปนกลมพอลอนในสายโซ สามารถเกดเปน five หรอ six-membered cyclic peroxides ดงรปท 2.9

+ O2

O O

O O

รปท 2.9 การเกดปฏกรยา Thermooxidative เปนแบบ five or six-membered cyclic peroxides [19]

19

2.2.5 สารเตมแตง (Additives) [5, 20 - 24] การเตมสารเตมแตงกอนนาไปขนรปผลตภณฑ เพอใหไดสมบตของผลตภณฑตามตองการ

อาท สมบตทางกล ความทนทานตอสภาพดนฟาอากาศ สสน สมบตทางไฟฟา โดยหนาทของสารเตมแตงทใชเตมในพลาสตก PVC มสารเพมความเสถยรทางความรอน (Heat stabilizer) สารหลอลน (Lubricants) และสารเพมความยดหยน (Plasticizer) สาหรบผลตภณฑทตองการความออนตว นอกจากน ยงมสารชวยในการขนรป (Processing aids) สารเพมแรงกระแทก (Impact modifiers) สารเพมความเสถยรตอแสงอลตราไวโอเลต (UV stabilizer) สารชวยพองตว (Blowing agents) และสารเตมแตงทชวยเพมสมบตเฉพาะตามตองการ มดงน

2.2.5.1 สารเพมความยดหยน (Plasticizer) Plasticizer เปนสารทชวยเพมความออนตวหรอยดหยนให PVC โดยปกต PVC ถา

ไมเตม Plasticizer จะแขงและเปราะทอณหภมหอง ดงนนการเตม Plasticizer กเพอใหเกดการยดหยนตวทด โดยจะทาใหแรงดงดดระหวางโซโมเลกลพอลเมอรลดลง เนองจากสายโซของ Plasticizer ไปขดขวางโซโมเลกลของ PVC ทาใหสายโซเปนอสระทจะเคลอนผานซงกนและกนมากขน ทาให Glass transition temperature ลดตาลง ความหนดลดลง สามารถขนรปทอณหภมตาลงรวมทง Melting point, Softening point, Elastic modulus, Hardness, Tensile strength ลดตาลงดวย แตคา Elongation, Flexibility, Impact strength มคาทเพมขน ซงสามารถนา PVC ไปทาเปนผลตภณฑตางๆ ไดหลากหลาย

2.2.5.2 สารเพมความเสถยร (Stabilizer) Stabilizer เปนสารททาหนาทปองกนการเกดปฏกรยาออกซเดชนจากความรอน

(Thermo oxidation) และจากแสง (Photo oxidation) ไมให PVC เสอมสภาพเมอถกความรอนหรอแสง หรอเมอถกแรงบดหรอเคลอนในระหวางกระบวนการผลต ปกตจะมมากมายหลายชนด และการเลอกใช PVC stabilizer จะตองคานงถงวา PVC stabilizer นนมผลตอกระบวนการผลตดวยหรอไม คอมผลตอ Rheology ของ PVC compound อยางไร

2.2.5.3 สารหลอลน (Lubricant) PVC ทไมไดผานการผสมสารอนลงไปจะมคณสมบตแขง ไมยดหยน และเปราะ

ทาใหกระบวนการผลตเปนไปไดยาก ดงนนจงตองเตม Lubricant ลงไป หนาทหลกของ Lubricant คอการชวยใหกระบวนการผลตงายขน คอ ชวยลด Melt viscosity ทาใหความหนดของพอลเมอรหลอมเหลวลดลง มากทสดเทาทจะมากได ณ อณหภมทเราคงทไวท

20

shear rate ทเรากาหนด ชวยลดความเสยดทานระหวางภายในสายโซกบ External operation (ระหวางพอลเมอรทงหมดกบ Barrel และ Sub-machine) และชวยปรบปรง Surface quality ชวยแกปญหาการเกด Die swell และยงตานทานการแตกจาก Enviroment stress

2.3 พอลเอทธลน [Polyethylene, PE]

พอลเอทธลน ไดถกสงเคราะหขนเปนครงแรกเมอป ค.ศ. 1933 โดย March แตไมมการนาไปผลตใชจรงแตตอมา Fawcett ไดนาผลงานเสนอ เมอป ค.ศ. 1936 ภายใตลขสทธของบรษท อมพเรยล เคมกล อนดสตร (Imperial Chemicals Industries Co., England) และเปนทยอมรบในป ค.ศ. 1937 จนกระทงกลางป ค.ศ. 1950 พอลเอทธลน ไดถกผลตใชในทางการคาโดยกระบวนการ “กระบวนการความดนสง” (High Pressure Process) ซงพอลเอทธลนทไดนนจะมกงกานสาขา และนาหนกโมเลกลเฉลยปานกลาง (ตากวา 50,000) จนถงป ค.ศ. 1954 วธการผลตอก 2 วธ ไดถกพฒนาขน โดยวธแรกใชโลหะออกไซดเปนตวเรงปฏกรยา เรยกวา “กระบวนการฟลลปส” (Phillips Process) และวธทสองใชอะลมเนยมแอลคล (Aluminium alkyl) หรอสารทใกลเคยงกน เรยกวา “กระบวนการซเกลอร” (Ziegler Process) และจากกระบวนการเหลาน ทาใหสามารถผลตพอลเอทธลนไดทความดนและอณหภมตา รวมทงโครงสรางทไดตางไปจากเดม นนคอ พอลเอทธลนทมความหนาแนน ความแขง และจดออนตวสงขน

ปลายป ค.ศ. 1970 ไดมการคนพบพอลเอทธลนเชงเสนความหนาแนนตา (Linear Low Density Polyethylene, LLDPE) ซงมสมบตและโครงสรางอยระหวางพอลเอทธลนชนดความหนาแนนสง (High Density Polyethylene, HDPE) และพอลเอทธลนชนดความหนาแนนตา (Low Density Polyethylene, LDPE) [6]

2.3.1 โครงสรางและสมบตของ PE [26] PE จดเปนพลาสตกทจดอยในประเภทเทอรโมพลาสตก ทมโครงสรางทางเคม ดงรปท

2.10 เปนพลาสตกทมการใชงานมากทสด เนองจากมราคาถกและมสมบตทเออตอการใชงานหลายๆ ดาน เชน มความแขงแรงพอสมควร เมออยในรปแผนบางสามารถพบงอไดดมาก มความยดหยนสง ฉกขาดยาก ไมมกลน ไมเกาะตดนา เปนฉนวนไฟฟาดเยยมเนองจากโมเลกลของ PE ไมมหมทมขวเลย สามารถทนสารเคมดเยยม ขนรปไดงาย เหนยว ความยดหยน (Flexibility) ของพนธะ C-C ทาใหม Tg คอนขางตา ขนอยกบปรมาณทเปนสวนอสณฐานและผลก โดย Tg จะมคา

21

ตงแต -130 ถง 60 องศาเซลเซยส ซงมทงตากวา และสงกวาอณหภมหอง ดงนน PE จงมลกษณะทยดหยนและแขงแรงมากกวาปกตแลวแตชนดของ PE นนๆ

C C

Hn

H H

H

รปท 2.10 ลกษณะโครงสรางทางเคมของ PE

พอลเอทธลน (Polyethylene, PE) สามารถแบงออกเปนชนดไดตามลกษณะความหนาแนน ซงเปนผลมาจากลกษณะของโครงสรางทางสถาปตยกรรมทแตกตางกนของ PE แสดงดงตารางท 2.4 เนองมาจากการพอลเมอไรเซชนทแตกตางกน และ PE สามารถแบงออกเปน 3 ชนดใหญๆ คอ พอลเอทธลนชนดความหนาแนนตา (Low Density Polyethylene, LDPE), พอลเอทธลนชนดความหนาแนนสง (High Density Polyethylene, HDPE) และ พอลเอทธลนเชงเสนความหนาแนนตา (Linear Low Density Polyethylene, LLDPE) ตารางท 2.2 แสดงลกษณะเฉพาะของชนดพอลเอทธลน. [17]

Polyethylene Density (g/cm3)

Number of branches (per 1000 carbon atoms)

Degree of crystalline (%)

LDPE (Low Density Polyethylene)

0.910-0.925 20-30 (methyl) 3-5 (n-butyl)

40-50

LLDPE (Linear Low Density

Polyethylene)

0.910-0.925 - -

MDPE (Medium Density Polyethylene)

0.926-0.940 4-6 -

HDPE (High Density Polyethylene)

0.942-0.965 < 4 (Phillips) 5-7 (Ziegler)

60-80

22

2.3.2 กระบวนการสงเคราะหพอลเอทธลน [6, 9, 26, 27] การสงเคราะห PE มหลายแบบ การจะเลอกใชวธใดขนอยกบโครงสรางทางสถาปตยกรรม

และสมบตทผผลตตองการ

2.3.2.1 กระบวนการพอลเมอไรเซชนทความดนสง (High pressure process) กระบวนการนจะใชความดนในการผลตประมาณ 1000-3000 บรรยากาศ และถา

ตองการใหไดพอลเมอรทมนาหนกโมเลกลสงมากๆ ตองใชมอนอเมอรทมความบรสทธสง เพราะสารปนเปอนเชนไฮโดรเจนและอะซทลน (C2H2) ทาหนาทเปนตวยายแรดคลได จากการศกษาถงโครงสรางของ LDPE พบวาพอลเมอรชนดนจะมกงกานทเปนไฮโดรคารบอน ซงสามารถเกดได 2 วธคอ การยายแรดคลระหวางโมเลกล (Intermolecular chain transfer) และการยายแรดคลภายในโมเลกล (Intramolrcular chain transfer) หรอเรยกวาการเกด Backbiting ซงจะเกดไดดในกรณสายโซคารบอนจดตวเปนวงรปหกเหลยม (six-membered ring) ซงจะไดสาขาเปนหมบวทล (butyl, -C4H9) และการเกด Backbiting ของพอลเมอรกงสาขาดงกลาวจะนาไปสสาขาทเปนหมเอทล (ethyl, -C2H5) และถาตองการลกษณะของกงกานทตางออกไป อาจทาไดโดยการเปลยนอณหภม ความดน ชนดของตวรเรม หรออาจฉดตวรเรมเขาไปทตาแหนงตางๆ กนของเตาปฏกรณ

2.3.2.2 กระบวนการซเกลอร (Ziegler process) กระบวนการนใชตวเรงของซเกลอร-แนตตา (Ziegler-Natta catalyst) พอลเมอรท

ไดแตกตางจากพอลเมอรทเตรยมจากกระบวนการใชความดนสงมาก คอมกงกานสาขาเพยงเลกนอยเทานน การศกษาโครงสรางโดยวธอนฟราเรดสเปคโตรสโกปพบวา มหมเอทลเพยง 5-7 หมตอคารบอนอะตอม 1000 อะตอมเทานน และไมปรากฏกงกานสาขาทเปนหมบวทล

2.3.2.3 กระบวนการฟลลปส (Phillips process) กระบวนการนใชโครเมยมออกไซด (Cr2O3) ทมตวพยง เชน ซลกา หรอ อะลมนา

เปนตวเรงในตวกลางเฉอย สภาวะของปฏกรยาอยระหวางกลางของกระบวนการความดนสงทใชเตรยมพอลเอทธลนทมความหนาแนนตาและกระบวนการซเกลอร พอลเอทธลนทไดมโครงสรางเชงเสนตรงเกอบสมบรณ การศกษาโครงสรางโดยวธอนฟราเรดสเปคโตรสโกปไมปรากฏมหมเอทลหรอบวทลเปนกงกานสาขา และมหมเมทล (-CH3) เพยง 3 หมตอคารบอนอะตอม 1000 อะตอมเทานน

23

2.3.2.4 กระบวนการสแตนดารด ออยล (Standard Oil process) กระบวนการนคลายคลงกบกระบวนการฟลลปสมาก ตวเรงทใชไดแก ออกไซด

ของโลหะ พอลเมอรทไดเชนเดยวกบพอลเมอรทไดจากกระบวนการฟลลปส คอมโครงสรางเชงเสนตรงเกอบสมบรณ

2.3.3 การเสอมสภาพทางความรอนของ PE (Thermal Degradation) [17,23] สาหรบ PE แมจะเปนพอลเมอรทคอนขางเสถยรเมอเปรยบเทยบกบพอลเมอรชนดอนๆ แต

กมความวองไวตอการเสอมสภาพตอออกซเจน โดยทกลไกการเสอมสภาพของ PE สามารถแบงออกไดเปน 3 ขนตอน คอ Initiation, Propagation และ Termination

การเสอมสภาพของ PE สามารถเกดในระหวางกระบวนการขนรปเนองจากไดรบความรอนหรอแรงเคนเฉอน สงผลใหเกดอนมลอสระ (Free radical) ทมความวองไวตอการทาปฏกรยา ดงสมการท 2.5 อนมลอสระทเกดจะรวมตวกบออกซเจนเกดเปนปฏกรยาออกซเดชนแบบอตโนมต (Auto-oxidation process) เกดเปน Peroxide radical ดงสมการท 2.6 Peroxide radical ซงสามารถดงไฮโดรเจนอะตอมจากสายโซ PE อนไดทาใหสายโซ PE เกดอนมลอสระขนและจะทาใหเกด Hydroperoxide ดงสมการท 2.7 อนมลอสระทเกดขนใหมนจะเขาปฏกรยากบโมเลกลของออกซเจน และสรางเปน Peroxide radical ตอไปอก สวน Hydroperoxide อาจจะเขาทาปฏกรยากบสายโซ PE อก ดงสมการท 2.8 และอาจจะเกดการสลายตว ดงสมการท 2.9-2.10 ปฏกรยาทงหมดจะสนสดได ดงสมการท 2.11-2.13

ขน Initiation

ขน Propagation

CH2CH3 CH2CH2 + H สมการท 2.5

CH2CH2 + O2 CH2CH2OO สมการท 2.6

CH2CH2OO

+

CH2CH2

CH2CH2OOH

CH2CH+ สมการท 2.7

24

ขน Propagation

ขน Termination

จากปฏกรยา Thermooxidation ของ PE จะสงผลใหนาหนกโมเลกล และความหนดของ PE เปลยนไป ซงความหนดจะมากขนหรอลดลงนนขนอยกบกลไกการเสอมสภาพของ PE โดยกรณทความหนดเพมมากขนมกเปนผลมากจากการเสอมสภาพผานปฏกรยาการเชอมโยงโมเลกล (Crosslinking) เปนหลก และกรณทความหนดของ PE ลดลง เปนผลจากการเสอมสภาพผานปฏกรยาการขาดออกของสายโซโมเลกล (Chain scission) เปนหลก ดงรปท 2.11


CH2CH2OOH CH2CH2O + OH

CH2CH2OOH + CH2CH3 CH2CH2O + H2O


CH2CH2OOH

CH2CH2OO

CH2CH2O

H2O

2


สมการท 2.11 CH2CH2OO2 Inert products

CH2CH2OO+CH2CH2 CH2CH2OOCH2CH2 สมการท 2.12

CH2CH2 CH2CH2+ CH2CH2CH2CH2 สมการท 2.13

25

C CH2CH2

CH2

C CHCH2

CH2

C CHCH2

CH2

OO

O2 Excess

C CHCH2

CH2

C CHCH2

CH2

C CHCH2

CH2

C CHCH2

CH2

ORO

R

Cross-linking

C CHCH2

CH2

OOH

RH

C CHCH2

CH2

O

OH+ C CHO

CH2

+ CH2

Chain scission

รปท 2.11 โครงสรางทเปลยนแปลงของ LDPE เมอผานกระบวนการขนรป [23]

26

2.4 หลกการเบองตนเกยวกบพอลเมอรผสม [24, 25, 28] 2.4.1 ความหมายของพอลเมอรผสม วสดททามาจากพอลเมอรสวนใหญ มกจะไมไดมาจากพอลเมอรลวนๆ แตมกจะมการผสม

กบสารเตมแตง (Additive) หรอผสมกบพอลเมอรชนดอนๆ เพอใหไดสมบตทกวางขนและสามารถนาไปใชงานไดกวางขน ในกรณพอลเมอรผสม (Polymer blend) นนจะหมายถงโครงสรางแบบทมสายโซโมเลกลของพอลเมอรมากกวาหนงชนดมาอยรวมกน และระหวางโมเลกลของพอลเมอรสองชนดมกจะเชอมตอกนโดยแรงทางฟสกส มากกวาทจะเปนพนธะทางเคม (ยกเวนบางกรณทมปฏกรยาระหวางโมเลกลตรงรอยตอระหวางเฟส)

2.4.2 ความสาคญของการทาพอลเมอรผสม ในชวงอดตทผานมาไดมการคนพบวสดพอลเมอรชนดใหมๆ ทนามาใชทางการคาเปน

จานวนมากและกยงคงมการพฒนาเปนไปอยางตอเนอง ซงพอลเมอรผสมจดเปนกลมทมการศกษาและพฒนาเปนจานวนมาก ทงนอาจจะมสาเหตเนองมาจากการทาพอลเมอรผสมมกรรมวธทไมยงยากเมอเทยบกบวธการอนๆ เชน การสงเคราะหพอลเมอรตวใหมขนมาจากมอนอเมอร ซงในกรณหลงจะมขนตอนทยงยากมากกวา เชน ขนตอนการทาสารตงตนใหบรสทธและขนตอนการศกษาหาสภาวะทเหมาะสม ในการสงเคราะหเพอใหไดผลตภณฑทมโครงสรางนาหนกโมเลกล และปรมาณทตองการ นอกจากวธการนยงตองการใชผทมความรเฉพาะดานเกยวกบเคมพอลเมอรในการทางาน และเมอพจารณาในแงของการผลตในระดบปรมาณมากๆ แลว กจะพบวาวธการสงเคราะหพอลเมอรจะมคาใชจายในการลงทนทสงกวา และอาจจะมปญหาในดานสงแวดลอมทเกดจากการใชตวทาละลายอนทรยรวมในการสงเคราะห ในขณะทการผสมพอลเมอรจะสามารถทาไดงายกวา และไดปรมาณของผลตภณฑ (% Yield) ในปรมาณทสงมากกวา

เหตผลโดยทวไปในการทาพอลเมอรผสม คอการปรบปรงคณสมบตบางประการของพอลเมอรทมอยแลวใหดยงขนเพอตอบสนองตอเงอนไขของสภาวะในการใชงาน โดยนาไปผสมกบพอลเมอรทมสมบตตามทตองการ เชน ตองการปรบปรงสมบตดานความเหนยวใน Polystyrene ในการผสมเขากบยาง หรอทรจกในชอของ HIPS (High Impact Polystyrene) การทาพอลเมอรผสมบางกรณจะเปนการทาเพอลดปรมาณการใชพอลเมอรทมคณสมบตดแตราคาแพง โดยการผสมกบพอลเมอรทเขากนไดแตมราคาถกกวา โดยทสมบตเดนของพอลเมอรตวแรกอาจจะลดลงไปบางแตอยในเกณฑทยอมรบไดในการใชงาน นอกจากนในการทาพอลเมอรผสมจะเปนวธการหนงในการลดขนตอนในการแยกขยะพลาสตก (Sorting) โดยการนาขยะพลาสตกหลายๆ ชนดมาผานกระบวนการ Recycle รวมกน

27

จากตารางท 2.3 จะเหนไดวามการนาพอลเมอรผสมไปใชในเชงการคาเปนจานวนมาก เชน พอลเมอรผสมระหวาง Nitrile Rubber, NBR กบ Poly(vinyl chloride), PVC ทอตราสวนผสม 23 ถง 43% ของ NBR พอลเมอรผสมคนจดอยในประเภท Miscible โดยเปนการรวมเอาสมบตเดนของ PVC คอ ความแขง เขากบสมบตเดนของ NBR คอ ความสามารถในการยดตวไดมาก โดยเรมใชเชงการคาตงแตป ค.ศ. 1940 โดยนาไปทาผลตภณฑหลายๆ ดาน เชน ลกลอในเครองพมพ ปะเกน(Gaskets) ทอนามน ปลอกหมสายไฟ และสายพาน ตารางท 2.3 ชนดพอลเมอรผสมทนยมใชทางการคา [28] ชนดพอลเมอรผสม สมบตทไดจากการผสม การใชงาน

LLDPE/LDPE เพมความเหนยวและความสามารถในการผลต ฟลมหอของ PP/EPR หรอ EPDM เพมความเหนยว กนชนสาหรบรถยนต PVC/PMMA เพมความเหนยว ตดไฟตาและทนตอสารเคม พลาสตกแผนขนรป PVC/EVA หรอ CPE เพมความเหนยว กรอบโครงหนาตาง PVC/PBA มความใสเหนยวและทนตอสภาพแวดลอม หลงคาโปรงใส PVC/MBS มความใสและความเหนยว ขวดทใชกบวธการเปา PVC/ABS เพมความเหนยวและตดไฟตา กรอบจอคอมพวเตอร PVC/TPE นมและโคงงอไดด สายไฟแบบออน PVC/NBR Thermoplastic Elastomer Car norn pad NBR/EPDM ทนตอความรอนและทนตอนามน สายยางทใชในรถยนต BR/SBR เพมความสามารถในการยดเกาะถนน ยางรถยนต PC/ABS เพมความเหนยวและ Strength balance กรอบเครองพมพเลเซอร PA-6,6/EPR-g-MA ปรบปรงสมบตดานการรบแรงกระแทก ชนสวนรถยนต PC/PBT/rubber เพมความแขงเหนยวสาหรบงานพลาสตก

วศวกรรม กนชนรถยนตและชนสวนอเลคโทรนกส

พอลเมอรผสมระหวาง Poly(phenyl oxide), PPO กบ Polystyrene, PS เปนพอลเมอรผสม

ประเภท Miscible มชอทางการคา LURANYL และ PREVEX เปนการรวมเอาสมบตเดนของ PPO คอ ความสามารถทนตอเปลวไฟไดสง การทนตออณหภมตอในการเปลยนรปทด เขากบสมบตเดนของ PS คอ ความสามารถในการผานกระบวนการผลต (Processability) และราคาถก ผลตภณฑท

28

ไดจากพอลเมอรผสมคนจะนาไปใชงาน เปนชนสวนเครองลางจานชาม ชนสวนเครองเปาผม ชนสวนในเครองฟอกอากาศ แผนกนโคลนรถยนต อปกรณในการตดตงทอนาประปา [29] เปนตน

ในนา PVC มาผสมกบ MBS จะทาใหผลตภณฑทไดมความเหนยวทดขน โดยยงคงความใสของ PVC เอาไว และนาไปใชงานเก ยวกบการทาขวด สวนพอลเมอรผสมระหวาง Polycarbonate, PC กบ Poly(butylene thalapthalate), PBT จะมความแขงและเหนยวและนาไปใชทาเปนกนชนรถยนต ภายใตชอทางการคาวา XENOY โดยบรษท General Motor

สรปวตถประสงคของการทาพอลเมอรผสม เพอปรบปรงใหพอลเมอรมสมบตทดขนในราคาทเหมาะสม โดยสมบตทตองการปรบปรง

ไดแก สมบตในการตานทานแรงกระแทกและการทนทานตอสภาพดนฟาอากาศ (Weathering resistance) เปนตน การขยายขดความสามารถในการนาไปใชประโยชนของพอลเมอรทมราคาแพง การนาพลาสตกทใชแลวหรอเศษพลาสตกกลบมาใชใหมใหเปนประโยชน เพอสรางวสดใหมเอกลกษณพเศษทเหมาะสม สามารถนาไปแปรรปเปนผลตภณฑตางๆ ได

2.4.3 ประเภทของพอลเมอรผสม

รปท 2.12 การแบงประเภทของพอลเมอรผสม

พอลเมอรผสมสามารถแบงไดเปน 2 คอ พอลเมอรผสมทละลายเขาเปนเนอเดยวกน

(Miscible blend) และพอลเมอรผสมแบบแยกเฟส (Immiscible blend) ชงในสวนของ Miscible blend สามารถแบงยอยไดเปน 2 แบบ คอ Homogeneous ซงเปนพอลเมอรชนดเดยวกนแตตางเกรด

Polymer blends

Miscible blends Immiscible blends

Homogeneous Heterogeneous Compatible Incompatible

29

กน และ Heterogeneous ซงเปนพอลเมอรเนอเดยวกนทมาจากสารตงตนทตางชนดกน เชน Poly(vinyl chloride) ผสมกบ Nitrile rubber โดยสมบตของพอลเมอรผสมแบบ Miscible มกจะอยกลางๆ ระหวางสมบตของสารตงตน ดงรปท 2.13 เชน คา Tg ของพอลเมอรผสมแบบ Miscible จะอยตรงกลางระหวางคา Tg เดมของพอลเมอรทนามาผสมและสามารถทานายคาไดโดย Rule of Mixture ดงสมการขางลาง

เมอ bgT คอ อณหภมในการเปลยนสถานะคลายแกวของพอลเมอรผสม 1gT คอ อณหภมในการเปลยนสถานะคลายแกวของพอลเมอรตวท 1 2gT คอ อณหภมในการเปลยนสถานะคลายแกวของพอลเมอรตวท2 1W คอ Weight fraction ของพอลเมอรตวท 1 2W คอ Weight fraction ของพอลเมอรตวท 2

รปท 2.13 ความสมพนธระหวางสมบตทวไปกบสดสวนผสมของพอลเมอรผสม ประเภท Miscible [30]

พอลเมอร A พอลเมอร B สดสวนการผสม

สมบต

ของพ

อลเมอ

ร

21

2211

WWWTWT

T gggb +

+= สมการท 2.14

30

สวนพอลเมอรผสมแบบ Immiscible จะมโครงสรางแบบแยกเฟสซงเกดจากการทพอลเมอรทไมละลายเปนเนอเดยวกน ซงแบงยอยไดเปน 2 ชนด คอ เปนพอลเมอรผสมทมการยดเกาะทเหนยวแนนระหวางเฟส (Compatible blend) และ เปนพอลเมอรผสมทมการยดเกาะระหวางเฟสทไมด (Incompatible blend) ซงจะมสมบตทางกลทตาแตการยดเกาะและสมบตทางกลของพอลเมอรผสมดงกลาว สามารถปรบปรงใหดขนไดโดนการเตมสารชวยผสม (Compatibilizer หรอ Coupling agent) ลงไป ซงสารดงกลาวมกจะเปนพวก Block หรอ Graft copolymer ทเขากนไดทงพอลเมอรทงสองเฟส (โดยอาจจะมโครงสรางทางเคมทเหมอนกนหรอคลายคลงกนกได) และตองมนาหนกโมเลกลสงพอทจะทาใหเกดการพนกน (Entanglement) กบสายโซของพอลเมอรแตละเฟสดวย

พอลเมอรผสมทมโครงสรางแบบแยกเฟส (Immiscible blend) จะมสมบตอยางไรนนขนอยกบวาโครงสรางของพอลเมอรผสมมพอลเมอรชนดไหนเปนหลก หรอเปนเฟสทมปรมาณมากกวา ดงรปท 2.14 ซงตวแปรหลกทกาหนดวาพอลเมอรใดจะเปนเฟสตอเนอง (Matrix) คอสดสวนในการผสมและสดสวนของความหนด โดยทวไปพอลเมอรตวทมปรมาณมากกวาจะมโอกาสเกดเปน Matrix ไดมากกวา และพอลเมอรชนดทมความหนดนอยกวา กจะมโอกาสเปน Matrix ไดมากกวาเชนกน

รปท 2.14 ความสมพนธระหวางสมบตทวไปกบสดสวนผสมของพอลเมอรผสม ประเภท Immiscible [9]

พอลเมอร A พอลเมอร B ปรมาณสวนผสม

สมบต

ของพ

อลเมอ

ร

31

2.5 รายงานผลการวจยทเกยวของ

2.5.1 Wenguang, M. และ Mantia, F.P.L. [31] ไดศกษาเกยวกบสมบตเชงกลและสมบตในการขนรปไดทงเกรดขวดและเกรดทอของ PVC ทนากลบมาใชใหมผสมเขากบ PVC บรสทธเกรดทอ โดยศกษาถงสมบตเชงกลและความเสถยรทางความรอนของ PVC ทนากลบมาใชใหมทงเกรดขวดและเกรดทอ พบวา สมบตเชงกลดานการตานทานแรงดงลดลง แตมการยดตว ณ จดขาดและการทนทานตอแรงกระแทกเพมขน เมอมการเตม PVC ทนากลบมาใชใหมเพมขน สวนสมบตดานความเสถยรทางความรอนนน PVC บรสทธมคาความเสถยรตอความรอนไดดกวา PVC ทนากลบมาใชใหม และอณหภมการเปลยนสถานะคลายแกว (Tg) มคาลดลง เมอเตม PVC ทนากลบมาใชใหมเพมขน

2.5.2 Torikai, A. และ Hasegawa, H. [32] ศกษาการเสอมสภาพของขยะพลาสตก PVC โดยการฉายแสงทมความยาวคลน 253.7 นาโนเมตร เปนเวลา 0, 1, 3 และ 10 ชวโมง ลงบน PVC เกรดบรสทธ แลวนามาทดสอบฉายแสงอกครงทความยาวคลนตงแต 275-500 นาโนเมตร (ใกลเคยงกบความยาวคลนของแสงดวงอาทตย) พบวา PVC ทผานการฉายแสงเกดโครงสรางของพนธะคทตอเนองกน (Conjugate double bond) และหมคารบอนล (Carbonyl group) ขนภายในโครงสรางโมเลกลของ PVC นอกจากนนา PVC ไปทดสอบหาการเปลยนแปลงของนาหนกโมเลกลดวยเทคนค GPC พบวา PVC มสดสวนของสวนประกอบทมนาหนกโมเลกลตาเพมขน และมสดสวนของสวนประกอบทมนาหนกโมเลกลสงลดลง ในขณะท PVC ทไมไดผานการฉายแสงจะมการเปลยนแปลงของนาหนกโมเลกลนอยมาก แสดงวากลไกการสลายตวของ PVC ทเกดจากการฉายแสงเปน 2 แบบ คอ การสลายตวทสายโซโมเลกลของ PVC สนลงจากการขาดออกของสายโซหลก (Main chain scission) และ การสลายตวใหโครงสรางแบบรางแห (Crosslinking)

2.5.3 Yarahmadi, N. และคณะ [33] ไดศกษาผลจากกระบวนการขนรปซาดวยวธการอดรดแบบเกลยวหนอนค ทมตอสมบตและความทนทานของ PVC ชนดแขง โดยการนาเมดพลาสตก PVC มาผานกระบวนการขนรปซาถง 5 รอบ ซงแตละครงจะนามาทดสอบสมบตการตานทานแรงดง การเปลยนส สภาวะเรงอาย พบวาการเปลยนสของ PVC เพมเปนสเหลองเขมขนเมอเพมจานวนครงการอดรด ซงมสาเหตมาจากการเกดการหลดออกของคลอรนในสายโซโมเลกล ทาใหเกดพนธะคในโครงสรางทไวตอแสงและออกซเจน และจากผลการทดสอบสมบตดานการตานทานตอแรงดง พบวาคา Tensile strength มแนวโนมเพมขน เมอเพมจานวนรอบของการอดรดจากรอบท 1

32

ถงรอบท 3 และเรมลดลงในรอบท 4 และรอบท 5 แตอยางไรกตามคา Tensile strength ทไดยงคงสงกวา PVC ทผานการอดรดเพยงรอบเดยว ทงนคาดวาเปนเพราะการเกด Gelation เนองจากกระบวนการอดรด

2.5.4 Braun, D. [34] ไดศกษาประสทธภาพของการเตมสารเพมความเสถยรทางความรอน (10 wt% Chalk) ใน PVC เมอผานกระบวนการขนรปซาดวยวธการอดรด พบวาคาความแขงแกรง (Modulus) และคา Tensile strength มคาเพมขน เมอเพมจานวนรอบในการอดรดซามากขนจาก 1-8 รอบและคาดงกลาวจะเรมลดลงเมอผานการอดรดในรอบท 9-12 รอบ สาหรบ PVC บรสทธ พบวา คาความแขงแกรง (Modulus) มแนวโนมคงท และยงมคาตากวากรณทเตมสารเพมความเสถยรทางความรอน เมอผานจานวนรอบในการอดรดถง 8 รอบ

2.5.5 Loultcheva, M.K. และคณะ [35] ไดศกษาผลของความแตกตางระหวางกระบวนการอดรดซาแบบเกลยวหนอนเดยวและกระบวนการอดรดแบบเกลยวหนอนค โดยนาเอาขวด HDPE ทผานการใชงานแลวมาหลอมขนรปใหม พบวา HDPE ทผานกระบวนการอดรดแบบเกลยวหนอนเดยว สงผลตอสมบตเชงกลและคาความหนดทลดลง เนองจากการขาดออกของสายโซหลก (Chain scission) อยางไรกตาม HDPE ทผานกระบวนการอดรดแบบเกลยวหนอนคนนมสมบตเชงกลทไมเปลยนแปลงแมผานกระบวนการขนรปใหมถง 5 รอบ สวนคาความหนดเพมขนเลกนอยทงนคาดวาเปนผลจากการเกดกงสาขาขนบนสายโซของ HDPE ซงสมบตทตางกนของ HDPE หลงผานกระบวนการอดรดดวยอปกรณทแตกตางกน มสาเหตมาจากระยะเวลาทอยภายในเครองอดรด (Residence times) และแรงเคนเฉอน (Shear stress) ทแตกตางกน โดยทการอดรดแบบเกลยวหนอนเดยวไดรบแรงเคนเฉอนตาและระยะเวลาทอยภายในเครองอดรดนานกวากรณการอดรดแบบเกลยวหนอนคแตมแรงเคนเฉอนทสงกวา

2.5.6 Radu, S. และคณะ [36] และ Jin, W.P. และคณะ [37] ไดศกษาความเสถยรภาพทางความรอนของ PE สามชนดเปรยบเทยบกน คอ HDPE, LDPE และ LLDPE ดวยเทคนค Thermogravimetry analysis (TGA) ผลจากการวจยดงกลาวพบวา ความเสถยรภาพทางความรอนของ PE สามารถเรยงลาดบจากมากไปนอยได คอ HDPE, LLDPE และ LDPE เนองจาก PE มปรมาณและความยาวของกงสาขาในสายโซทแตกตางกน

33

2.5.7 Andersson, T. และคณะ [38] ศกษาผลของอณหภมทมตอการเสอมสภาพทางความรอนของ HDPE, LDPE และ LLDPE ในกระบวนการ Extrusion coating พบวากรณของ LDPE เมอใชอณหภมในการขนรปตา เกดการเสอมสภาพของ LDPE ผานปฏกรยา Cross-linking เปนหลกและเมอใชอณหภมในการขนรปสง การเสอมสภาพของ LDPE จะเกดผานปฏกรยา Scission เปนหลก สวนกรณของ HDPE และ LLDPE พบวาเกดการเสอมสภาพผานปฏกรยา Scission เปนหลกไมวาจะขนรปทอณหภมสงหรอตา

2.5.8 Abad, M.J. และคณะ [39] ไดศกษาประสทธภาพของการเตมสารเพมความเสถยรทางความรอน (Primary Antioxidant:Pheonolic และ Secondary Antioxidant:Phosphite) ลงใน HDPE และ LDPE เมอผานกระบวนการขนรปซา ดวยการอดรด พบวา HDPE เกดการเสอมสภาพผานปฏกรยา Chain scission แตสาหรบการเสอมสภาพของ LDPE จะเกดผานปฏกรยา Cross-linking และ Chain branching เมอเตมสารเพมความเสถยรทางความรอนลงใน LDPE สงผลตอคา Melt flow index เพมขน เนองจาก LDPE เกดการเสอมสภาพแบบ Chain scission เพมขน และ เมอเตมสารเพมความเสถยรทางความรอนลงใน HDPE พบวาคา Melt flow index ตากวากรณทไมเตมสารเพมความเสถยรทางความรอน เนองจาก HDPE เกดการเสอมสภาพแบบ Chain scission ลดลง

2.5.9 Pinheiro, L.A. และคณะ [40] ศกษาอทธพลของตวเรงปฏกรยาทใชในการสงเคราะห HDPE มผลตอการเสอมสภาพทางความรอนเมอผานกระบวนการขนรปดวยการอดรดในรอบท 5 พบวา HDPE ทสงเคราะหจากกระบวนการฟลลปส เกดการเสอมสภาพแบบ Chain branching มากกวากรณท HDPE สงเคราะหดวยกระบวนการซเกลอร เนองจากการสงเคราะหดวยตวเรงปฏกรยาทแตกตางกนทาใหไดโครงสรางของ HDPE ทมนาหนกโมเลกลและมปรมาณของ Vinyl groups ทแตกตางกน

2.5.10 Ajji, A. [41] ศกษาคณสมบตเชงกลของพอลเมอรผสมระหวาง PVC และ LDPE เมอเตมสารชวยใหเกดการเชอมโยงโมเลกล (Crosslinking agent) ชนด Dibenzoyl Peroxides โดยทาการผสมพอลเมอรดงกลาวดวยเครอง Brabender mixer ทอณหภม 180 องศาเซสเซยส ความเรวรอบ 60 รอบตอนาท เวลาทาการผสมตงแต 2 นาทถง 8 นาท พบวา คา Tensile modulus และคา Stress at break มคาเพมขนเมอเวลาในการผสมนานขน เนองจากการกระจายตวของ LDPE ทเพมมากขนและเกด Graft ระหวางโครงสรางของพอลเมอร

34

2.5.11 Sakata, Y. และคณะ [42] ไดศกษาการเสอมสภาพของ HDPE, PVC และพอลเมอรผสมระหวาง PVC และ HDPE ดวย Glass reactor พบวา PVC ปรมาณ 10-12% wt ผสมกบ HDPE จะทาใหผลตภณฑทไดจากการเสอมสภาพในสวนท เปนของเหลว มทงสวนท เกดจากการเสอมสภาพของ HDPE และ PVC นอกจากนนพบสารทเกดขนใหมซงสารดงกลาวจะมจดเดอดตา ซงคาดวาเปนผลตภณฑทเกดจาก Interaction ระหวาง HDPE และอนมลอสระทเกดจากการเสอมสภาพของ PVC ผลตภณฑทเกดจากการเสอมสภาพในสวนทเปนของเหลวนจะลดลงเมอเพมปรมาณของ PVC ในการผสมมากขน โดยของเหลวดงกลาวจะมสวนประกอบของสารทมนาหนกโมเลกลตาในปรมาณทเพมขน จงคาดวา Interaction ทเกดระหวาง HDPE กบอนมลอสระทเกดจากการเสอมสภาพของ PVC จะกระตนให HDPE เกดการเสอมสภาพใหสารทมนาหนกโมเลกลตาไดเรวขน

2.5.12 Pospisil, J. และคณะ [43] ศกษาการสลายตวและเสอมสภาพของพอลเมอรผสมภายใตความรอนและแรงเชงกล พบวาในบางพอลเมอรผสมจะสามารถเกดอนตรกรยาระหวางสวนผสมเชน การเกดปฏกรยา cross-recombination ระหวาง macro-molecule และโมเลกลทมนาหนกโมเลกลตาๆ หรอ กบ free radical ทหลดออกมาอยทบรเวณขอบเฟสของการผสม เนองจากการสลายตวระหวางกระบวนการหลอมทใชในการผสมพอลเมอร (melt blending) กอใหเกด graft copolymer ในระหวางผว (interface) ของพอลเมอรผสมได ซงการเกดปฏกรยาดงกลาวจะสงผลตอลกษณะโครงสรางทางกายภาพ (morphology) ของพอลเมอรผสม และชวยปรบปรงสมบตเชงกลของพอลเมอรผสมได นอกจากนนยงพบวาเสถยรภาพทางความรอนของพอลเมอรผสมดงกลาวจะขนอยกบปฏกรยา และโครงสรางทเกดขนในของผสมนนๆ หรอปฏกรยาทเกดขนรวมกนระหวางพอลเมอร และ/หรอผลตภณฑทเกดจากการสลายตวซงอาจเปนสารชนดใหม

ในกรณการผสมของ LDPE และ PVC ในอตราสวน 80:20 ดวยกระบวนการหลอมในเครองผสมแบบปด (closed mixer) ทอณหภม 180oC เปนเวลา 5 นาท พบวามโครงสราง LDPE-g-PVC เกดขน โดยพบการเชอมตอ (graft) ระหวางโมเลกลของ PVC ลงบนโมเลกลของ LDPE ประมาณ 30% และจานวนการเชอมตอดงกลาวจะเพมขนเมอเพมปรมาณของ PVC ใน

พอลเมอรผสม ซงการเชอมตอระหวางโมเลกลของพอลเมอรทงสองชนดคาดวานาจะเกดจากการทาปฏกรยาระหวาง macro-radical ของพอลเมอรทงสอง ซงเกดขนในระหวางทพอลเมอรทงสองเกดการสลายตวในขณะทถกผสมโดยทาการหลอมเขาดวยกน อยางไรกตามผลตภณฑทเกดจากการเสอมสภาพของ PVC (HCl, Cl-radical) จะเขาไปทาปฏกรยากบ LDPE-macroradical สงผลให LDPE สลายตวไดเรวขน

35

2.5.13 Anold, J.C. และ Maund, B. [44] ทาการศกษาวเคราะหถงกระบวนการผลตซาของ PVC จากเครอง Torque Rheometer ดวยการเพมความเรวและเวลา เพอใหเกดการสลายตว ซงชวงทเรมเกดการสลายตวของ PVC สของวสดคลาขน และมกาซไฮโดรเจนคลอไรดเกดขน แลวนาเกลดเลกๆ ทไดจากเครองมาเตรยมเปนฟลมบาง เพอนาวเคราะหหาปรมาณของสารจากการสลายตวของ PVC ดวยเครองอนฟาเรด พบวาหมพอลอนสงขน จากการเกดเชอมโยงของสายโซโมเลกล และกลมคารบอนลทคอยๆ ลดลง ซงหมายถงสารเพมความเสถยรทางความรอนนนเรมลดลง จนทาใหเกดการสลายตวของพอลเมอรอยางเตมท เมอนาไปวเคราะหการกระจายนาหนกโมเลกลดวยวธ GPC นน พบวา การกระจายนาหนกโมเลกลสงขน เนองมาจากเกดการเชอมโยงของสายโซโมเลกลและรวมกนของสายโซโมเลกลสนๆ สงทมผลตอการสลายตวของ PVC อกอยางคอ สงปะปน ซงพบวาเมอเตม PE เขาไปในปรมาณเพยงรอยละ 0.2 ทาใหความสามารถของกระบวนการผลตซาลดลง เนองจากเกดการสลายตวของ PE ทเตมไป จงทาใหมการแตกตวเปนอะตอมอสระ แลวเปนตวเรงททาใหเกดการสลายตวของ PVC เรวขน

2.5.14 Starnes Jr. W.H. [16] ไดศกษาการเสอมสภาพของ PVC เนองจากความรอนจะเรมจากบรเวณโครงสรางแบบ Internal allylic chloride และ Tertiary chloride ซงเปนสวนของโครงสรางทไมสมบรณของ PVC ทเกดขนระหวางกระบวนการสงเคราะห สาหรบการเสอมสภาพของ PVC ในระบบพอลเมอรผสมนน จะไดรบอทธพลจากปจจยทางกายภาพและเคม ความเขากนได (Miscible) กบพอลเมอรทนามาผสม ความเปนขวของพอลเมอรทนามาผสม การเกาะกลมของอนภาค PVC ความสามารถในการละลายและการแพรของ HCl ในพอลเมอรผสม อนตรกรยาระหวาง HCl กบหมฟงกชนของพอลเมอรทนามาผสม และอนตรกรยาระหวาง PVC กบผลตภณฑทเกดจากการเสอมสภาพในระหวางการผสมพอลเมอร ซงในกรณการผสม PVC กบ Polyolefin (PP, PE, PIB) พบวาระบบการผสมทโมเลกลของของผสมดงกลาวไมสามารถแนบชดกนได (Incompatible) นนจะไมสงผลกระทบตอการเสอมสภาพทางความรอนของ PVC แตในระบบการผสมแบบ Elastic-deformation grinding พบวาการเตม PE ลงไปจะสงผลใหเกดการเรงการปลดปลอย HCl ของ PVC

2.5.15 Guowai, M. และคณะ [45] ศกษาผลระบบการผสมระหวาง PVC และ LDPE เมอม

การเตม Dicumyl peroxide ในอตราสวน 100 : 10 : 1 ดวยเครอง Two-roll-mill (Roll ดานหนาอณหภม 155-160 องศาเซสเซยส Roll ดานหลงอณหภม 145-150 องศาเซสเซยส เปนเวลา 5 นาท) หลงจากการสกดพบวาอาจเกด Co-crosslink ขนระหวางพอลเมอรทงสองชนดและ PVC อาจเกด

36

การเชอมโยงโมเลกลภายใน PVC เอง และเมอเปลยนแปลงอตราสวนในการผสมเปน 50 : 50 : 1 (PVC : LDPE : DCP) จะสงผลใหโมเลกลของ LDPE เกดการเชอมโยงโมเลกลภายใน LDPE เอง (Semi-interpenetrating network) และไปหอหมสายโซโมเลกลของ PVC ไว (Entrapping)

2.5.16 Sombatsompop, N. และคณะ [46] ไดศกษาการเสอมสภาพทางความรอนของพอลเมอรผสมระหวาง PVC และ LDPE (9.0 % wt)โดยทาการผสม PVC และ LDPE ดวยเครองอดรดแบบเกลยวหนอนค และใชอณหภมในการอดรดเรยงตามจากสวนทใกล Hopper ไปจนถงหว Die คอ 140 150 160 160 องศาเซสเซยส ตามลาดบ ใชความเรวรอบในการหมนของเกลยวหนอนเปน 100 รอบตอนาท พบวาหลงผานกระบวนการอดรดซา 5 รอบ นาหนกโมเลกลเฉลยโดยนาหนก และนาหนกโมเลกลเฉลยโดยจานวน เพมสงขนเมอผานการอดรดครงท 1-4 แตจะลดลงเมอผานการอดรดครงท 5 แสดงวาโมเลกลมขนาดใหญขนจากปฏกรยา Macro-radical cross-recombinaton จนเกดโครงสรางแบบกงกานในสายโซของ PVC และความสามารถในการละลายของพอลเมอรผสมในสารละลาย THF มแนวโนมลดลง นอกจากนยงยนยนผลของโครงสรางโมเลกลดวยเทคนค NMR ทาใหสรปไดวาเกดการกราฟทเปนโคพอลเมอรระหวางโมเลกลของ PVC กบโมเลกลของ LDPE (LDPE-g-PVC) 2.5.17 Thongpin, C และคณะ [1] ไดศกษาผลจากปรมาณ คาดชนการไหล และองศาของความเปนกง (ชนด) ของพอลเอทธลน ทมตอกลไกการสลายตวของพอลไวนลคลอไรดในพอลเมอรผสม โดยทาการผสมแบบหลอมผานเครองอดรด 1 รอบ พบวา การผสมพอลเอทธลนจานวนเลกนอย (5 phr) ลงในพอลไวนลคลอไรด จะสงผลใหอณหภมสลายตวของพอลไวนลคลอไรดเพมขน ในขณะทอณหภมกลาสทรานสชนและคาดชนพอลอนของพอลไวนลคลอไรดลดลงเนองจากปฏกรยาการเคลอนยายอนมลอสระ อยางไรกตามการเตมพอลเอทธลนลงไปผสมในพอลไวนลคลอไรดดวยปรมาณมากกวา 5 phr จะสงผลใหพอลไวนลคลอไรดกลบมาสลายตวไดงายขน เนองจากทอนมลอสระของพอลเอทธลนทเกดจากปฏกรยาการเคลอนยายอนมลอสระเขาแยงใชสารเพมเสถยรภาพทางความรอนของพอลไวนลคลอไรด โดยการผสมพอลไวนลคลอไรดดวยพอลเอทธลนความหนาแนนสง จะสามารถสงเกตพฤตกรรมการเปลยนแปลงสมบตทางความรอน และโครงสรางโมเลกลของพอลไวนลคลอไรด ไดชดเจนทสด สาหรบสมบตเชงกลของพอลเมอรผสม จะขนอยกบปรมาณของพอลเอทธลนทนามาผสมเปนหลก ในขณะทชนดและคาดชนการไหลของพอลเอทธลน มผลตอสมบตเชงกลนอยมาก โดยตวแปรสาคญทมผลตอสมบตเชงกลของพอลเมอรผสมคอ ระดบการกระจายตวของพอลเอทธลน ในวฏภาคของพอลไวนลคลอไรด

37

บทท 3 วธดาเนนงานวจย

งานวจยนทาการศกษาสมบตเชงกลและความเสถยรตอความรอนทเปลยนแปลงไปของ

PVC เมอถกผสมดวย PE โดยสามารถแบงงานวจยออกเปน 3 สวน คอ 1. การศกษาอทธพลของปรมาณ Melt Flow Index ของ PE และอณหภมทใชใน

กระบวนการอดรดของพอลเมอรผสมระหวาง PVC และ PE เมอผานกระบวนการอดรดซา 2. การศกษาอทธพลของความเรวรอบสกรในกระบวนการอดรดของพอลเมอรผสม

ระหวาง PVC และ PE เมอผานกระบวนการอดรดซา 3. การศกษาอทธพลของชนด PE และอณหภมทใชในกระบวนการอดรดในพอลเมอร

ผสมระหวาง PVC และ PE เมอผานกระบวนการอดรดซา เพอนาเสนอกลไกการสลายตวทเกดขนของ PVC ในพอลเมอรผสมดงกลาว เมอผานเครอง

อดรดซา ซงม PVC เปนองคประกอบหลกและม PE เปนองคประกอบรอง 3.1 วสดทใชในงานวจย

3.1.1 เมดพลาสตก PVC สาหรบงานวจยนใชเมดพลาสตก PVC ซงอยในรปคอมปาวด (Compound) มาใชในการทา

การทดลอง คอ เกรดสาหรบเปา (B0504BLA) ซงมคา Melt Flow Index 5 g/10min และคา K-value 58 โดยไดรบความอนเคราะหจากบรษทไทยพลาสตกและเคมภณฑ จากด (มหาชน) โดยตวอยางเมดพลาสตกแสดงดงรปท 3.1

รปท 3.1 เมดพลาสตก PVC คอมปาวด เกรดเปาขวด (B0504BLA)

38

3.1.2 เมดพลาสตก PE เนองจากงานวจยนทาการศกษาอทธพลของสถาปตยกรรมเชงโครงสราง และดชนการไหล

ของ PE [ภาคผนวก ก] ทมตอการเปลยนแปลงไปของสมบตของ PVC ดงนน PE ทเลอกนามาใชในงานวจยแบงออกไดดงน

3.1.2.1 แบงตามลกษณะทางสถาปตยกรรมเชงโครงสรางของ PE ชนดของ PE ทใชในงานวจยนน ประกอบดวย High Density Polyethylene

(HDPE) และ Low Density Polyethylene (LDPE) 3.1.2.2 แบงตามคา Melt Flow Index (MFI) ของ PE โดยงานวจยนมการใช LDPE ทมคา MFI แตกตางกน 3 คา คอ 5, 20 และ 45

g/10min ดงแสดงในตารางท 3.1

ตารางท 3.1 แหลงทมาของเมดพลาสตก PE เกรดตางๆ ชนดของ

พลาสตก PE Melt Flow

Index*(g/10min) ชอทางการคา บรษทผผลต

HDPE 5 20

H6205JU H5818J

Thai Polyethylene Co.,Ltd. Thai Polyethylene Co.,Ltd.

LDPE 5 20 43

1905F s1018

su1018

Thai Polyethylene Co.,Ltd.**

Thai Petrochemical Industry Public Co.,Ltd.**

Thai Petrochemical Industry Public Co.,Ltd.**

* ทดสอบตามมาตรฐาน ASTM D 1238 โดยใชนาหนกกด 2.16 kg และอณหภมทใช 190 ๐C ** ไดรบความอนเคราะห 3.2 การออกแบบการทดลอง

3.2.1 การศกษาอทธพลของ ปรมาณและนาหนกโมเลกลของ PE และอณหภมทใชในกระบวนการอดรดของพอลเมอรผสมระหวาง PVC และ PE เมอผานกระบวนการอดรดซา ซงมแผนผงแสดงการดาเนนงานดงรปท 3.2

39

รปท 3.2 แผงผงแสดงการดาเนนงานสวนท 1

PVC

Variant ratio of the mixture (PVC compound : PE) by phr

LDPE

100 : 0 100 : 5 100 : 15 100 : 25

Blending (Twin screw extruder) - 1st – 5th of Extrusion Pass - Temperature Profile : 140 150 160 160 ๐C : 150 160 180 180 ๐C : 160 170 210 210 ๐C - Screw Speed : 100 rpm

Thermal - TGA

Specimen preparation Molecular structure - FTIR - NMR

Solubility - TGA

Testing properties - Tensile - Impact - SEM - Yellowness Index

40

3.2.2 การศกษาอทธพลของ ความเรวรอบสกรในกระบวนการอดรดของพอลเมอรผสมระหวาง PVC และ PE เมอผานกระบวนการอดรดซาซงมแผนผงแสดงการดาเนนงานดงรปท 3.3


PVC LDPE

Ratio of the mixture (PVC compound : PE) by phr 100 : 5

Blending (Twin screw extruder) - 1st – 5th of Extrusion Pass - Temperature Profile : 140 150 160 160 ๐C : 150 160 180 180 ๐C : 160 170 210 210 ๐C - Screw Speed : 100 rpm

: 40 rpm

Thermal - TGA


Solubility - TGA


41

3.2.3 การศกษาอทธพลของ สถาปตยกรรมเชงโครงสราง ของ PE ในพอลเมอรผสมระหวาง PVC และ PE เมอผานกระบวนการอดรดซาซงมแผนผงแสดงการดาเนนงานรปท 3.4


Thermal - TGA


Solubility - TGA


Ratio of the mixture (PVC compound : PE) by phr 100 : 5

Blending (Twin screw extruder) - 1st – 5th of Extrusion Pass - Temperature Profile : 140 150 160 160 ๐C : 150 160 180 180 ๐C

: 160 170 210 210 ๐C - Screw Speed : 100 rpm

PVC

LDPE HDPE

42

จากรปท 3.2-3.4 แสดงการดาเนนงานวจยสวนท 1-3 ตามลาดบ ซงเรมจาการนาเอาเมดพลาสตก PVC มาผสมกบ PE แตละชนดในอตราสวนตางๆ ดวยเครองอดรดแบบเกลยวหนอนค (Counter Rotating Intermshing Twin Screw Extruder) สวนผสมจะผานกระบวนการอดรดตงแตครงท 1 ถงครงท 5 จากนนนาเอาคอมปาวดทผสมไดสวนหนงมาทดสอบสมบตทางความรอนดวยการหาอณหภมการสลายตว (Decomposition Temperature) ดวยเครอง TGA อกสวนหนงนาไปขนรปเปนแผนเพอทดสอบสมบตทางกลดวยการทดสอบตานทานแรงดง ความทนแรงกระแทก และตรวจสอบโครงสรางทางจลภาคดวยเครอง SEM นอกจากนนยงตรวจสอบการเปลยนแปลงของลกษณะโครงสรางโมเลกลของ PVC หลงการผสมกบ PE ดวยเครอง FTIR และ NMR

3.3 การเตรยมตวอยางทดสอบในรปแบบเมดคอมปาวด

สามารถเตรยมไดโดยการนาเอา PVC และ PE แตละสตรทจะทาการผสมตามอตราสวนตางๆ ดงตารางท 3.2 มาผานการคลกเคลาใหเมดพลาสตกดงกลาวมการกระจายตวเขาหากน (Distribution) กอนดวยเครอง High speed mixer ของบรษท Lab Tech Engineering จากด ดงรปท 3.5 จากนนนาไปผสมดวยเครองอดรดแบบเกลยวหนอนค (Twin screw extruder) ของบรษท HAKKE Co., Ltd. (Germany) รน HAKKE Polylab Rhemex CTW 100p ดงรปท 3.6 (a)เพอผสมใหเมดทงสองชนดเกดการแตกออกจากกลมของพลาสตกแตละชนด (Disperse) และเกดการกระจายตวเขาหากนของพลาสตกทงสองชนดมากขน ภายใตความรอนและแรงเคนเฉอน โดยของผสมดงกลาวจะถกผาน Circular die ซงมขนาดเสนผานศนยกลาง 3 มลลเมตร และเปน die ประเภท 3 ร ดงรปท 3.6 (c)สาหรบขนตอนการผสมนไดทาการตอเครองอดรดแบบเกลยวหนอนคเขากบระบบหลอเยนดวยนาทอณหภมหอง และเครองตดเมด เพอผลตพอลเมอรผสมออกมาในรปแบบของเมดคอมปาวด

รปท 3.5 เครอง High speed mixer

43

(a)

(b) (c)

รปท 3.6 เครองอดรดแบบเกลยวหนอนคของบรษท HAKKE Co., Ltd. (Germany) โดยลาดบดงน (a) เครองอดรดแบบเกลยวหนอนคและตาแหนงของอณหภมในแตละชวงของเครอง (b) ระบบหลอเยนและเครองตดเมด (c) หวขนรปชนด 3 รทใชในการอดรด

ชวงท 1 ชวงท 2 ชวงท 3 ชวงท 4

44

3.4 การเตรยมตวอยางชนงานทดสอบทเปนแผน ในขนตอนของการเตรยมแผนจากเครองบดลกกลงค (Two-roll-mill) จะใชเมดพลาสตกท

ไดจากการผสมจากเครองอดรดแบบเกลยวหนอนค ดงรปท 3.7 ปรมาณ 100 กรม เทลงบนเครองบดลกกลงคของบรษท Lab Tech Engineering จากด ดงรปท 3.8 (a) ซงใชอณหภมผสม 180 องศาเซลเซยส เปนเวลา 7 นาท เพอใหคอมปาวดดงกลาวเกดการหลอมตวเขาหากนกอน จากนนนาไปแยกอดแผนขนรปรอนตามขนาดทตองการทความหนา 3 มลลเมตร ดวยเครองอดแผนขนรปรอน (Hot press) รน LP-S-20 ของบรษท Lab Tech Engineering จากด ดงรปท 3.8 (b) โดยใชแมพมพทมลกษณะเปนแผนสเหลยมมขนาดกวาง 20 เซนตเมตร ยาว 20 เซนตเมตร และขนรปตามโดยใชอณหภมขนรปท 180 องศาเซลเซยส ซงเรมจากการอนแมพมพใหรอนเปนเวลา 4 นาท แลวจงอดขนรปเปนเวลา 4 นาท จากนนหลอเยนอก 4 นาท ซงแผนชนงานทดสอบทไดหลงการอดแผนขนรปรอน ผวจะเรยบขน จากนนนาแผนชนงานทดสอบไปตดชนงานทดสอบตานทานแรงดง โดยใชเครองกด (Contour cutting) ซงมรปรางชนงานตามมาตรฐาน ASTM D 638 Type I และชนงานทดสอบทไดมลกษณะดงรปท 3.9 (a) สวนชนงานทดสอบแรงกระแทก ตดรปรางชนงานตามมาตรฐาน ASTM D 256 แบบ Izod พรอมกบทารอยบากดวยมดตดดวยเครองทารอยบากรน CS-93E ของ บรษท Ceast จากด และชนงานทดสอบทไดมลกษณะดงรปท 3.9 (b)

(a) (b) (c) (d) (e)

รปท 3.7 ตวอยางของเมดทผานการผสมจากเครองอดรดแบบเกลยวหนอนค (a) ผานกระบวนการอดรดครงท 1 (b) ผานกระบวนการอดรดครงท 2 (c) ผานกระบวนการอดรดครงท 3 (d) ผานกระบวนการอดรดครงท 4 (e) ผานกระบวนการอดรดครงท 5

45

(a) (b)

รปท 3.8 (a) เครองบดลกกลงคของบรษท Lab Tech Engineering จากด

(b) เครองอดแผนขนรปรอนของบรษท Lab Tech Engineering จากด

รปท 3.9 (a) ตวอยางชนงานทดสอบความตานทานแรงดง (b) ตวอยางชนงานทดสอบความทนแรงกระแทก

(a)

(b)

46

3.5 วธการทดสอบสมบตของพอลเมอรผสม

3.5.1 อณหภมสลายตว (Decomposition Temperature : Td) ในก ารทดสอบอณหภ ม เ ร มก า รสลายต วน น ได ท า ก า รทดสอบจ าก เ ค ร อ ง

Thermogravimetric Analyser (TGA) ซงเปนเครองมอวดปรมาณนาหนกทสญเสยเมอไดรบความรอนเพมขน จากการทดสอบดวยเครอง TGA มกจะแสดงผลในรปของความสมพนธระหวางนาหนกทสญเสยกบอณหภมทเพมขน โดยเฉพาะชวงทมการสญเสยนาหนกของตวอยางชนงานมากๆ แสดงถงการสลายตวของสวนประกอบทมอยในพอลเมอร

สาหรบงานวจยนจะทดสอบดวยเครอง Thermogravimetric Analyser ของบรษท Perkin Elmer รน TGA 7 Serial no.519 N7031104 ดงรปท 3.10 โดยมการเตรยมตวอยางชนงานจากเมดพลาสตกทผานจากการผสมดวยเครองอดรดแบบเกลยวหนอนค มาตดใหมขนาด 7-12 มลลกรม แลวบรรจลงในจาน (Pan) ทแขวนอยบน Micro balance แลวทาการทดสอบโดยการตงโปรแกรมทดสอบใหความรอนตอชนงานตวอยางทอณหภม 50 องศาเซลเซยส เปนเวลา 1 นาท จากนนเพมอณหภมจาก 50 องศาเซลเซยส จนถง 700 องศาเซลเซยส ดวยอตราการเพมของอณหภมเปน 10 องศาเซลเซยสตอนาท ภายใตบรรยากาศของไนโตรเจน

รปท 3.10 เครอง Thermogravimetric Analyser (TGA) ของบรษท Perkin Elmer

47

3.5.2 สมบตตานทานแรงดง (Tensile properties) สมบตตานทานแรงดงของวสด เปนตวบอกความแขงแรงและความสามารถในการทนรบ

แรงดงของวสดจนขาดในระยะเวลาสนๆ ดวยอตราการดงคงท โดยการเตรยมชนงานสาหรบทดสอบ จะเตรยมใหอยในรปของดมเบล (Dumbbell) ตามมาตรฐาน ASTM D 638, Type I การทดสอบทาไดโดยนาชนงานทเตรยมไวไปจบยดดวยหวจบขนาด 5 กโลนวตน ทปลายทงสองขางของชนงาน แลวทาการดงชนงานดวยเครอง Universal Testing Machine ของบรษท LLOYD Instruments รน LR50K Serial no. 10396 ดงรปท 3.11 ดวยอตราเรว 50 มลลเมตรตอนาท จนชนงานแยกขาดจากกน โดยผลการทดลองทไดจะแสดงในรปของความสมพนธระหวางความเคน (Stress) และความเครยด (Strain) โดยคาดงกลาวสามารถคานวณไดจากสตร [ภาคผนวก ข]

รปท 3.11 เครอง Universal Testing Machine ของบรษท LLOYD Instruments

48

3.5.3 สมบตทนแรงกระแทก (Impact properties) ในการทดสอบสมบตทนแรงกระแทกนน เปนการทดสอบทบอกถงความสามารถของการ

ทนแรงกระแทก โดยแสดงใหเหนวาพอลเมอรนนมความเปราะหรอเหนยว ซงความเหนยวนนเปนความสามารถทพอลเมอรดดซบพลงงาน (Energy absorbing) ทใหได โดยทดสอบโดยการใหแรงกระแทกกบชนงานทมรอยบาก (Notch) ซงเปนจดเรมของการเสยหาย จากการทดสอบมกจะแสดงในรปคาความทนแรงกระแทก (Impact strength) ดงสมการท 3.1 ตามมาตรฐาน ASTM D256 แบบ Izod นาชนงานตวอยางทเตรยมไดไปทดสอบสมบตทนแรงกระแทกดวยเครอง Impact Pendulum Tester ของบรษท ZWICK รน B5120.202 Serial no.140503/98 ดงรปท 3.12 โดยงานวจยนใชหวเหวยง (Pendulum) ขนาด 4 จล

Impact strengthnwΕ

= สมการท 3.1

โดย Impact strength คอ คาความทนแรงกระแทก หนวยเปนจลตอเมตร Ε คอ คาพลงงานดดซบทชนงานรบได หนวยเปนจล nw คอ ความกวางของชนงาน หนวยเปนมลลเมตร

รปท 3.12 เครอง Impact Pendulum Tester ของบรษท ZWICK

49

3.5.4 การตรวจสอบโครงสรางทางจลภาคดวยเครอง Scanning Electron Microscope (SEM)

ในงานวจยนใช SEM ดโครงสรางทางจลภาคเพอสงเกตการกระจายตวของ PE ใน PVC โดยนาคอมปาวดของพอลเมอรผสมทผานกระบวนการขนรปเปนแผนแลวมาทดสอบ โดยทาการหกชนงานหลงจากแชไนโตรเจนเหลว 2 นาท แลวตดตวอยางไปวางบนแผนรองตวอยางททาจากกระดาษฟอยลและทาเคลอบกาวคารบอนทผวขอบของชนงานจนถงเปนรอง เพอใหอเลกตรอนสามารถเคลอนทได แลวนาไปเคลอบทอง (Gold Sputter) จากนนนาตวอยางทเตรยมไดไปวเคราะหดวยเครอง SEM ของ Cam Scan Analytical รน Maxin2005 ภายใตสภาวะสญญากาศ ดวยกระแสไฟฟา 15 กโลโวลต ทาการจบภาพและเลอกภาพบรเวณทตองการ

3.5.5 การตรวจสอบคา Yellowness (b*) โดยเครอง Spectrophotometer CIE LAB การทดสอบดวยเครอง Spectrophotometer ภายใตแหลงกาเนดแสงในการสองตวอยางท

เปน Daylight (D65/10o) การทดสอบนใชวดคาความเหลอง ตวอยางสามารถแสดงแกนแตละเฉดสดงรปท 3.13 สาหรบงานวจยนทดสอบโดยใชเครอง Spectrophotometer ยหอ GretagMacbeth รน Color-Eye 3100 ดงรปท 3.14 ทดสอบตามมาตรฐาน ASTM D 1925 การทดสอบนใชวดคาความเหลอง ทแสดงในแกน CIEΥ คอคา Yellowness (b*) ทงนเนองจากเมดพลาสตกกอนผานกระบวนการอดรดเปนเมดสฟาเมอผานกระบวนการอดรดตงแตครงท 1 ถงครงท 5 เกดการเปลยนแปลงของสเนองจากเกดการเสอมสภาพของตวอยาง

รปท 3.13 แกนสามมตแสดงระดบของสแตละเฉด

50

รปท 3.14 เครอง Spectrophotometer ยหอ GretagMacbeth

3.5.6 การตรวจสอบคา Polyene Index ดวยเครอง Fourier Infrared Spectroscopy (FTIR)

ในงานวจยนใชเครอง FTIR ของบรษท Nicolet รน Impact 410 Serial no. ADF9600608 ดงรปท 3.15 ในการตรวจสอบเอกลกษณโครงสรางทางเคมของชนงานตวอยาง โดยการยงรงสอนฟราเรด (IR) ลงบนชนงานตวอยาง แลววดปรมาณรงสทถกดดกลน (Absorbance) หรอทะลผานออกมา (Transmission) สมพนธกบชวงความยาวคลนของรงส ทชวงความยาวคลน 400 – 4000 เซนตเมตร-1

รปท 3.15 เครอง Fourier Infrared Spectroscopy (FTIR) ของบรษท Nicolet

51

หลกการของการตรวจสอบเอกลกษณทางโครงสรางเคมของสารตวอยางดวยเครอง FTIR อาศยการสน (ยด หรอ งอ) ของพนธะทเชอมระหวางอะตอมตางๆ ภายในโมเลกลของสาร เมอไดรบพลงงานจากคลนแมเหลกแถบรงสอนฟราเรด ซงธรรมชาตทางเคมในโมเลกลของสารตวอยาง จะสามารถดดกลนพลงงานดงกลาวไดเลขคลนตางๆ กนไป

cν

λν ==

1 สมการท 3.3

โดย ν คอ เลขคลน มหนวยเปนเซนตเมตร-1 λ คอ ความยาวคลน มหนวยเปนเซนตเมตร ν คอ ความถ มหนวยเปนจานวนรอบตอวนาท c คอ ความเรวของแสง (3×1010 เซนตเมตรตอวนาท)

เมอโมเลกลของสารตวอยางไดรบรงสอนฟราเรด ทมความถตรงกบการสนของพนธะใดๆ กจะดดกลนรงสทมความถนนในรปของพลงงาน ตามความสมพนธในสมการท 3.4

ขอดของการใชเทคนค Fourier transfer คอ ชวยใหการวเคราะหหรอการวดสเปกตรมของสารตวอยางทาไดเรวกวาเครองอนฟราเรดสเปกโตรโฟมเตอรธรรมดาหลายเทา เพราะการวดดวยเครองธรรมดาจะสามารถวดไดทละความถ (Sequentially) แต FTIR จะสามารถวดทความถตางๆ ไดอยางตอเนอง (Simultaneously)

νh=Ε สมการท 3.4

โดย Ε คอ พลงงาน มหนวยเปนเอรก h คอ คาคงตวของ Planck (6.624×10-27 เอรก-วนาท) ν คอ ความถ มหนวยเปนจานวนรอบตอวนาท การเตรยมชนตวอยางทดสอบในรปของแผนฟลม ทาไดโดยการนาเอาคอมปาวดของของผสม ทไดหลงจากการผสมดวยเครองอดรดแบบเกลยวหนอนค มาอดเปนแผนฟลมดวยเครอง Hot press โดยทาการอนแมพมพเปนเวลา 1 นาท แลวอดขนรปแผนฟลมเปนเวลา 2 นาท จากนนหลอเยนอก 2 นาท ทอณหภม 190 องศาเซลเซยส ภายใต

52

ความดน 30,000 ปอนด แลวเลอกชนงานทมความหนาประมาณ 60-80 ไมครอน มาทดสอบ FTIR โดยผลการทดสอบทไดจะถกนาไปคานวณหาคา Polyene Index ดงสมการท 3.5

Polyene Index ( )( )2916

1579

Τ−ΤΤ−Τ

=b

b สมการท 3.5

โดย bΤ คอ Base line 2916Τ คอ % Transmission ของ C-H stretching 1579Τ คอ % Transmission ของ polyene sequences

53

บทท 4 ผลการทดลองและวจารณผลการทดลอง

งานวจยนเปนการศกษาสมบตตางๆ จากเมดพอลเมอรผสม ซงมรายละเอยดดงตอไปน

1. ศกษาอทธพลของดชนการไหลของพอลเอทธลนความหนาแนนตา (LDPE) ทปรมาณ 5, 15 และ 25 phr ในพอลเมอรผสม และอทธพลของอณหภมทใชในกระบวนการอดรดอดรด เมอผานเครองอดรด 5 รอบ ทมตอสมบตเชงกลและเสถยรภาพทางความรอนของพอลไว-นลคลอไรดในพอลเมอรผสม

2. ศกษาอทธพลของความเรวรอบสกรและอณหภมทใชในกระบวนการอดรดทมปรมาณพอ-

ลเอทธลนความหนาแนนตาทปรมาณ 5 phr ในพอลเมอรผสม เมอผานเครองอดรด 5 รอบทมตอสมบตเชงกลและเสถยรภาพทางความรอนของพอลไวนลคลอไรดในพอลเมอรผสม

3. ศกษาอทธพลจากสถาปตยกรรมเชงโครงสรางของพอลเอทธลนทแตกตางกนในพอลเมอร

ผสม โดยงานวจยนใชพอลเอทธลนทมความแตกตางปรมาณของกงกานจานวน 2 ชนด คอ พอลเอทธลน ความหนาแนนสง (HDPE) และพอลเอทธลนความหนาแนนตา (LDPE) ทมตอสมบตเชงกลและเสถยรภาพทางความรอนของพอลไวนลคลอไรดในพอลเมอรผสม

54

4. สมบตทางความรอน

4.1.1 อทธพลของดชนการไหลของ LDPE และอณหภมในการอดรดทมตอสมบตของ พอลเมอรผสม PVC/LDPE เมอผานกระบวนการอดรดซา

-10

10

30

50

70

90

110

50 150 250 350 450 550 650 750

Temperature (๐C)

% We

ight

neat PVC

PVC/LDPE Blends

รปท 4.1 กราฟความสมพนธระหวางเปอรเซนตนาหนกทหายไปของสารและอณหภม จากการทดสอบหาคาอณหภมสลายตวของ neat PVC และ PVC/LDPE (5 g/10 min) blends ทปรมาณ LDPE 5 phr เมอผานกระบวนการอดรดรอบท 5

จากรปท 4.1 กราฟแสดงอณหภมสลายตวของ neat PVC และ PVC/LDPE (5 g/10 min) blends ทปรมาณ LDPE 5 phr เมอผานกระบวนการอดรดรอบท 5 ดวยเครอง TGA พบวา neat PVC ซงมพนธะ C-Cl อยในโครงสรางโมเลกลนนคลอรนอะตอมสามารถหลดออกจากโมเลกลไดงายเมอไดรบความรอนสงกวา 100 ๐C [14, 19, 47] เกดการสลายตวของสวนประกอบอย 2 ชวงโดยอณหภมการสลายในชวงแรก 250 – 370 ๐C การลดลงของนาหนกเกดจากการปลดปลอยของกาซไฮโดรเจนคลอไรด ผานปฏกรยาดไฮโดรคลอรเนชน (Dehydrochlorination) ซงในขนตอนดงกลาวจะกอใหเกดโครงสรางของหมพอลอน (Polyene) ขนในโครงสรางของ PVC และอณหภมในชวง

55

400 – 550 ๐C นาหนกของสารจะลดลงอกขน เนองจากการสลายตวของสารประกอบไฮโดรคารบอน โดยสายโซโมเลกลขาดจากกน แลวเขาทาปฏกรยากนเปนสารประเภทอะโรมาตก (Aromatic) ซงจะเปนสวนของเถา (Char) ทเหลอภายหลงการทดสอบ ซงเถาดงกลาวทาใหเปอรเซนตนาหนกสดทายของสารไมเปนศนย [42, 48-49] และ PVC ทผสม LDPE มชวงการลดลงของเปอรเซนตนาหนก แนวโนมเลอนไปทางขวา นนหมายความวา เมอมการผสม LDPE ใน PVC มผลตออณหภมสลายตวของ PVC ในพอลเมอรผสมทอณหภมสงขน

พจารณาอทธพลของอณหภมในการอดรด รปท 4.2 - 4.4 แสดงผลการทดสอบอณหภมการสลายตวของ neat PVC เปรยบเทยบกบ

PVC ใน PVC/PE blends พบวา neat PVC ทผานการอดรด ณ อณหภมของเครองอดรดท 160 ๐C 180 ๐C และ 210 ๐C คาอณหภมสลายตวของ neat PVC จะเพมขนในรอบการผสมท 2 หลงจากนนอณหภมสลายตวของ neat PVC จะคอยๆ ลดลงเมอผานการอดรดเพมขน แตอณหภมสลายตวทลดลงมากทสด คอกรณของอณหภมของเครองท 210 ๐C ซงเมอตรวจสอบโครงสรางโมเลกลของ PVC ดวยเครอง FTIR ดงรป 4.5 พบวาคาดชนพอลอนของ neat PVC มคาเพมขนจาก 0.12 ไปเปน 0.18 หลงผานเขาเครองอดรด 1 รอบไปเปน 5 รอบ ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย 210 ๐C เนองจาก neat PVC เกดการเสอมสภาพทางความรอนเมอไดรบความรอนและแรงเฉอน นนหมายความวาทาใหเกดการหลดออกของ Chlorine radical จงทาใหเกดเปนปฏกรยา Dehydrochlrination ทเกดกาซไฮโดรเจนคลอไรด และในสายโซโมเลกลของ PVC เกดเปนหมพอลอน (Polyene group) หรอ เอทธลนพนธะค (-CH=CH-) เพมขน [32-33, 44, 46]

สาหรบงานวจยน การผสมซาทอณหภมอดรดทหวดาย 160 ๐C LDPE ทปรมาณ 5 phr นน พฤตกรรมการเปลยนแปลงอณหภมการสลายตวมแนวโนมเดยวกบใน neat PVC ยกเวนทจานวนรอบในการผสมทสงขน คอทรอบท 4 และรอบท 5 คาอณหภมสลายตวของ PVC ในพอลเมอรผสมจะสงกวาใน neat PVC สาหรบทปรมาณการผสม LDPE 15 phr นน คาอณหภมสลายตวมแนวโนมลดลง ดวยเหตผลเนองจากการท LDPE ดง heat stabilizer ใน PVC ไปใชในการเพมเสถยรภาพ จงทาใหคาอณหภมสลายตวของ PVC ใน พอลเมอรผสมลดลง ทปรมาณการผสม LDPE 25 phr คาอณหภมสลายตวของ PVC ในพอลเมอรผสม กลบมาสงขนอกครง เนองจากการแยกวฏภาคของพอลเมอรทงสองชนดน อยางสนเชงทปรมาณการผสม LDPE ทสงขน [1] ในรปท 4.6 ยงแสดงใหเหนการเพมขนของคาดชนของพอลอน ใน PVC เมอเพมจานวนรอบของการผสมซา ซง พอลอนทเกดขน เกดจากการสลายตว แบบ Dehydrochlorination ของ PVC แลวไดพนธะค เกดขนในโมเลกลของ PVC ถามการเกด การสลายตวดงกลาวมากขน กจะมพนธะคทมากขน สงทนาสงเกตคอ ดชนพอลอนของ PVC ในพอลเมอรผสมทผานการอดรดซาทม LDPE ปรมาณ 5 phr จะมคา

56

ดชนพอลอนทตากวาดชนพอลอนของ neat PVC ทมการผสมซา นอกจากนนคาความเหลอง (Yellowness, b*) ซงเปนคาทแสดงถงแกนของสระหวางสฟา (-b) และสเหลอง (+b) จากคาความเหลองทมคาตดลบ ทงนเนองจากเมดพลาสตกกอนนามาผานกระบวนการอดรดเปนเมดสฟา เมอผานการอดรดสงผลใหเกดการเสอมสภาพทางความรอนสของเมดพลาสตกจะมความเปนสเหลองเพมขน แสดงในรปท 4.7 (a) ยงเปนสงทยนยนใหเหน การเพมเสถยรภาพทางความรอนของ PVC ในพอลเมอรผสม ทมการผสม LDPE ปรมาณ 5 phr เนองจากการเปลยนสของพอลเมอรผสมไปเปนสเหลองเกดนอยกวาในกรณ neat PVC

เมออณหภมทใชในการผสมซาทหวดายของเครองอดรด สงขนคอท 180 และ 210 ๐C ดงแสดงในรป 4.2 - 4.4 (b) – (c) จะพบวา การผสม LDPE ลงใน PVC ท ปรมาณ 5 phr จะชวยทาใหเกดการเพมเสถยรภาพทางความรอนของ PVC ไดเชนกน แตเมออณหภมของเครองอดรดทหวดาย ทใชในการผสมสงขน เกดการสลายตวของ PVC ในพอลเมอรผสม จะเกดไดงายขน ทาใหมคาดชนพอลอนทสงขนทงในกรณ neat PVC และ PVC ในพอลเมอรผสม ดงแสดงในรปท 4.6 (b) และ (c) อยางไรกตาม ยงสามารถเหนการเพมเสถยรภาพทางความรอนของ PVC ดวยการผสม LDPE 5 phr ทการผสมทอณหภมสงอยบาง จากคาความเหลอง ดงแสดงในรปท 4.7 (b) และ (c) จะเหนวา ความเหลองของพอลเมอรผสม มคาตากวา (หรอออกไปทางสฟา) neat PVC ทงในการผสมทอณหภม 180 และ 210 ๐C แตความเหลองของพอลเมอรผสมทผสมทอณหภมสง จะมมากกวา พอลเมอรผสมทผสมทอณหภม 160 ๐C

กลไกในการเพมเสถยรภาพของ PVC ดวย LDPE เมอมการใหความรอนและแรงเฉอนกบพอลเมอรผสม PVC จะเกดการหลดออกของ

Chlorine radical กอน สงผลใหเกด radical ขนในโมเลกลของ PVC LDPE ทปรมาณนอยๆ จะสามารถเกดการกระจายตวเปนอนภาคเลกๆ ดงแสดงในภาพ SEM รปท 4.8 ซงจะสามารถสมผสกบวฏภาคของ PVC และสามารถเกดการถายโอน radical (radical transfer) จากสายโซโมเลกลของ PVC ไปสสายโซโมเลกลของ LDPE อนมลอสระทเกดขน [1] สามารถเกดการสลายตว เกดการเชอมขวางหรอเกดเปนกง เชนเดยวกบทคนพบโดย Abad และคณะ [39] ทาใหได PE ทมโมเลกลขนาดเลกลงกรณเกดการสลายตว และมขนาดโมเลกลใหญขนกรณเกดการเชอมขวางหรอเกดเปนกง ในกรณแรกอณหภมสลายตวของ LDPE จะตาลง ในกรณถดมาอณหภมสลายตวจะสงขน ดงแสดงใหเหนในรปท 4.9 และ 4.10 ซงเปนรปแสดง TGA thermogram ของ LDPE ทสกด โดยใช THF จากพอลเมอรผสมทผานการผสมดวยจานวนรอบตางๆกน โดยปกต LDPE จะสามารถเกดการเชอมขวางและกงมากกวาเกดการสลายตว ดงนนอณหภมสลายตวของ LDPE ทเพมขนมาจากการ transfer radical จาก PVC มาสโมเลกลของ LDPE เองแลวเกดการเชอมขวาง หรอเกดการเปน

57

กงเพมขน ตารางท 4.1 แสดงคาอณหภมการสลายตวของ LDPE ทมาจากการสกดออกจากพอล-เมอรผสม และทดสอบดวย TGA

พจารณาอทธพลของMFI (Melt flow index) เมอ LDPE ทใชในการผสมมคา MFI เพมขน กลาวคอ ท 5 g/10min, 20 g/10min และ 43

g/10min จากผลการทดลอง พบวาพฤตกรรมการเพมเสถยรภาพทางความรอนของ PVC จะมความแตกตางกน โดยจะขอพจารณา ทปรมาณ LDPE 5 phr และ มากกวา 5 phr

ทปรมาณการผสม LDPE 5 phr พฤตกรรมการเปลยนแปลงของอณหภมสลายตวของ PVC ในพอลเมอรผสมทม LDPE MFI 5 g/10min และ 43 g/10 min นน จะคลายคลงกน คออณหภมสลายตวจะเพมขน แลวจงลดลง เชนเดยวกบพฤตกรรมการเปลยนแปลงของอณหภมสลายตวใน neat PVC โดยภาพรวมแลวจะพบวา เมอผสม LDPE ทมคา MFI สงขน PVC ในพอลเมอรผสม จะมเสถยรภาพทางความรอนสงขน โดยจะเหนวา ท LDPE ทม MFI 20 g/10min ดงรปท 4.3 (a) พบวา LDPE จะสามารถเพมเสถยรภาพทางความรอนให PVC ในพอลเมอรผสม ไดดทสด โดยอณหภมสลายตวของ PVC ในพอลเมอรผสม เพมขนเรอยๆ ถงรอบการผสมท 4 แลวจงลดลง

สาหรบกลไกในการเพมเสถยรภาพทางความรอนของ PVC สามารถอธบายดวยกลไกของ radical transfer ดงทไดกลาวแลวขางตน แตกรณทมการใช LDPE ทม MFI สงขน สามารถเพมเสถยรภาพทางความรอนใหกบ PVC ไดดกวานน เนองจาก LDPE ทม นาหนกโมเลกลตา มความหนดตา จะสามารถสมผสวฏภาคของ PVC ในมากกวา และอาจจะเปนผลจากอณหภมสลายตวของ LDPE เอง ดงแสดงในตารางท 4.2 ซงแสดงใหเหนวาอณหภมสลายตวของ LDPE ท MFI สง (นาโมเลกลตา) มคาตากวา จงสามารถเกด radical transfer ไดมากกวา LDPE ทม MFI ตากวา (นาหนกโมเลกลสง) นนเอง

สาหรบการผสม LDPE ทมคา MFI 20 และ 43 g/10 min ทปรมาณ 15 และ 25 phr นน จะพบวา เสถยรภาพทางความรอนของ PVC จะเพมขน ซงกลไกในการเพม เสถยรภาพทางความรอนของ PVC หรออณหภมการสลายตวทสงกวาน นาจะมาจากทงสวนทเปนทง radical transfer และ การทางานของ heat stabilizer ทมอยใน วฏภาคของ PVC

58

(a) (b) (c)

First cycle Second cycle Third cycle Fourth cycle Fifth cycle

รปท 4.2 อณหภมสลายตวของ neat PVC และ PVC ใน PVC/LDPE (MFI 5g/10min) blends ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย (a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C

300

305

310

315

320

325

330

neat PVC 5 15 25phr of PE

Decom

positio

n temp

eratur

e (๐ C)

300

305

310

315

320

325

330


Decom

positio

n temp

eratur

e (๐ C)300

305

310

315

320

325

330


Decom

positio

n temp

eratur

e (๐ C)

160 ๐C 180 ๐C 210 ๐C

59

(a) (b) (c)


รปท 4.3 อณหภมสลายตวของ neat PVC และ PVC ใน PVC/LDPE (MFI 20g/10min) blends ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย

(a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C

300

305

310

315

320

325

330


Decom

positio

n temp

eratur

e (๐ C)

300

305

310

315

320

325

330


Decom

positio

n temp

eratur

e (๐ C)300

305

310

315

320

325

330


Decom

positio

n temp

eratur

e (๐ C)

160 ๐C 180 ๐C 210 ๐C

60

(a) (b) (c)


รปท 4.4 อณหภมสลายตวของ neat PVC และ PVC ใน PVC/LDPE (MFI 43g/10min) blends ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย (a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C

300

305

310

315

320

325

330


Decom

positio

n temp

eratur

e (๐ C)

300

305

310

315

320

325

330


Decom

positio

n temp

eratur

e (๐ C)300

305

310

315

320

325

330


Decom

positio

n temp

eratur

e (๐ C)

160 ๐C 180 ๐C 210 ๐C

61

-20

0

20

40

60

80

100

05001000150020002500300035004000

Wavenumbers (cm-1)

% T

rans

mitta

nce

(a)

-20

0

20

40

60

80

100

05001000150020002500300035004000

Wavenumbers (cm-1)

% T

rans

mitta

nce

(b)

รปท 4.5 Infrared spectrum ของ neat PVC ทผานการอดรด (a) 1 รอบ และ (b) 5 รอบ ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย 210 ๐C

-C=C-C=C- C-Cl

-C=C-C=C- C-Cl

62

(a) (b) (c)


รปท 4.6 คาดชนพอลอน (Polyene index) ของ neat PVC และ PVC ใน PVC/LDPE (MFI 5g/10 min) blends ทปรมาณ LDPE 5 phr

ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย (a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

neat PVC PVC/LDPE

160๐C

Polye

ne ind

ex

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

neat PVC PVC/LDPE

180๐C

Polye

ne ind

ex

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

neat PVC PVC/LDPE

210๐C

Polye

ne ind

ex

63

(a) (b) (c)


รปท 4.7 คาความเหลอง (Yellowness, b*) ของ neat PVC และ PVC/LDPE (MFI 5g/10 min) blends ทปรมาณ LDPE 5 phr ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย (a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C

-20

-10

0

10

20160๐C

Yello

wness

(b*)

neat PVC PVC/LDPE

-20

-10

0

10

20180๐C

Yello

wness

(b*)

neat PVC PVC/LDPE

-20

-10

0

10

20210๐C

Yello

wness

(b*)

neat PVC PVC/LDPE

Yellow

Blue

64

ตารางท 4.1 อณหภมสลายตวของ PVC/LDPE (5 g/10min) มปรมาณ LDPE 5 phr ทไมละลายในตวทาละลาย THF

Decomposition Temperature: Td, max (๐C) จานวนรอบของ พอลเมอรผสมทผานกระบวนการอดรด

PVC/LDPE ทไมละลายในตวทาละลาย THF ณ อณหภมของ

เครองอดรด 160 ๐C

PVC/LDPE ทไมละลายในตวทาละลาย THF ณ อณหภมของ

เครองอดรด 210 ๐C 1 538 545 2 548 544 3 547 540 4 549 543 5 540 546

ตารางท 4.2 อณหภมสลายตวของ LDPE ทผานการอดรดแลว 1 รอบ

ชนดของเมดพลาสตก Decomposition Temperature : Td,max (oC) LDPE (MFI = 5g/10min) 518 LDPE (MFI = 20g/10min) 519 LDPE (MFI = 43g/10min) 516

รปท 4.8 ภาพถายโครงสรางจลภาคของพอลเมอรผสม PVC/LDPE (MFI 5g/10min) ปรมาณ LDPE 5 phr ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย 180 ๐C เมอผานการอดรดรอบท 3

65

รปท 4.9 กราฟความสมพนธระหวางเปอรเซนต Derivative และอณหภมของ Residue ทเหลอ จากการละลายในตวทาละลาย THF ของ PVC/LDPE (MFI 5g/10min) blends ทปรมาณ LDPE 5 phr ณ อณหภมของเครองอดรด 160 ๐C

รปท 4.10 กราฟความสมพนธระหวางเปอรเซนต Derivative และอณหภมของ Residue ทเหลอ จากการละลายในตวทาละลาย THF ของ PVC/LDPE (MFI 5g/10min) blends ทปรมาณ LDPE 5 phr ณ อณหภมของเครองอดรด 210 ๐C

-35-30-25-20

-15-10

-50

100 200 300 400 500 600 700Temperature (๐C)

Deriv

ative w

eight %

(% / m

in)

. LDPE

First cycle

Second cycles

Third cycles

Fourth cycles

Fifth cycles

518 oC

-35-30-25-20-15-10

-50

100 200 300 400 500 600 700

Temperature (๐C)

Deriv

ative w

eight %

(% / m

in) .

LDPE

First cycle

Second cycles

Third cycles

Fourth cycles

Fifth cycles518 oC

66

4.1.2 อทธพลของความเรวรอบสกรของเครองอดรดทมตอสมบตของพอลเมอรผสม PVC/LDPE เมอผานกระบวนการอดรดซา

จากการศกษาในหวขอท 4.1.1 พบวา จานวนครงท พอลเมอรผสม ผานการอดรด อณหภม ทใชในการอดรด และ คา MFI ของ LDPE ทผสมกบ PVC มผลตอความสามารถในการเพมเสถยรภาพทางความรอนของ PVC ในพอลเมอรผสม งานวจยในขนตอมาจงสนใจทจะศกษาอทธพลของความเรวรอบสกรของเครองอดรดทมตอ พอลเมอรผสม เนองจากความเรวรอบในการอดรด คอ แรงเฉอนนนเอง และยอมหมายถง ระยะเวลาท พอลเมอรผสมจะอยในกระบอกหลอม ของเครองอดรดดวย ในการศกษาขนนจงไดเลอกอตราสวนการผสมของ LDPE 5 phr เนองจาก LDPE ทปรมาณน จะมการกระจายของอนภาคเขาไปในวฏภาค PVC ไดด และยงเปนปรมาณการผสม ทมการเพมเสถยรภาพของ PVC ในพอลเมอรผสมไดดทสด โดยจะทาการศกษาการอดรด พอลเมอรผสมทความเรวรอบ 100 rpm และ 40 rpm

จากรปท 4.11 แสดงอณหภมสลายตวของ PVC ใน พอลเมอรผสม ท LDPE (MFI 5g/10min) มปรมาณ 5 phr ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย 160 180 และ 210 ๐C พบวาความเรวรอบสกรท 100 rpm อณหภมสลายตวของ PVC ไมมการเปลยนแปลงมากนก แตทความเรวรอบสกร 40 rpm ณ อณหภมของเครองอดรดเพมสงขน สงผลใหอณหภมสลายตวของ PVC ในพอลเมอรผสมลดลง เนองจากระดบของความเรวรอบสกรตา สงผลใหพอลเมอรผสมไดรบความรอนในกระบอกหลอมเปนระยะเวลาทนานกวา มผลตอการเสอมสภาพทางความรอนของ PVC ซงมผลสอดคลองกบคาดชนพอลอน ดงรปท 4.12 (a) ซงแสดงคาดชนพอลอนทเพมขน เมออณหภมของเครองอดรดเพมสงขน ทความเรวรอบสกร 40 rpm และคาความเหลองของพอลเมอรผสมมคาเพมขน เมออณหภมของเครองอดรดเพมสงขน ดงรปท 4.12 (b)

67

First cycle Second cycles Third cycles Fourth cycles Fifth cycles

รปท 4.11 อณหภมสลายตวของ PVC ใน PVC/LDPE (MFI 5g/10min) blends มปรมาณ LDPE

5 phr ณ ความเรวรอบสกรของเครองอดรด 100 rpm และ 40 rpm

300

305

310

315

320

325

330

160 180 210๐

Decom

positio

n temp

eratur

e (๐ C)

300

305

310

315

320

325

330

160 180 210(๐ )

Decom

positio

n temp

eratur

e (๐ C)

100 rpm 40 rpm

Die temperature (oC) Die temperature (oC)

68

(a)

(b)

First cycle Second cycles Third cycles Fourth cycles Fifth cycles

รปท 4.12 ( a) คาดชนพอลอน (Polyene index) (b) คาความเหลอง (Yellowness, b*)

ของ PVC ใน PVC/LDPE (MFI 5g/10 min) blends มปรมาณ LDPE 5 phr ณ ความเรวรอบสกรของเครองอดรด 100 rpm และ 40 rpm

Yellow

Blue

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

160 180 210

Polye

ne ind

ex

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

160 180 210Po

lyene

index

100 rpm 40 rpm

-20

-10

0

10

20

Yello

wness

(b*)

160 180 210

-20

-10

0

10

20

Yello

wness

(b*) 160 180 210

100 rpm 40 rpm



69

4.1.3 อทธพลของชนด PE และอณหภมของการอดรดทมตอสมบตของพอลเมอรผสมระหวาง PVC และ PE เมอผานกระบวนการอดรดซา

สาหรบงานวจยน มจดประสงคในการศกษาอทธพลของการขนรปซาของ PE 2 ชนด คอ HDPE และ LDPE ทอณหภมในการอดรดตางกน โดย PE ทง 2 นมโครงสรางทตางกนโดยสนเชง กลาวคอ HDPE มโครงสรางเปนเสนตรง ขณะท LDPE มโครงสรางเปนกง ซงผลของลกษณะโครงสรางทางสถาปตยกรรมทางโมเลกลของ PE ทแตกตางน และอณหภมในการอดรดพอลเมอรผสมพบวามผลตออณหภมสลายตวของ PVC ในพอลเมอรผสม ดงแสดงในรปท 4.13 - 4.14 ซงจะเหนไดวาอณหภมสลายตวของ PVC ในพอลเมอรผสม PVC/HDPE มคาสงกวาอณหภมสลายตวของ PVC ใน พอลเมอรผสม PVC/LDPE และ neat PVC ในทกรอบการผสม โดย PVC ทผสมใน PVC/HDPE จะมความเสถยรตอความรอนสงทสด ในทกอณหภมการผสม และ ทกรอบการผสม ทงน เนองจากเหตผลของการเกด radical transfer ดงในงานวจยกอนหนาน Thongpin, C และคณะ [1]ไดศกษาผลจากปรมาณ คาดชนการไหล และองศาของความเปนกง (ชนด) ของ PE ทมตอกลไกการสลายตวของ PVC ในพอลเมอรผสม โดยทาการผสมแบบหลอมผานเครองอดรด 1 รอบ พบวา การผสม HDPE จานวนเลกนอย (5 phr) สามารถชวยปรบปรงเสถยรภาพทางความรอนของ PVC ในพอลเมอรผสมได เนองจากการสลายตวเกดอนมลอสระขนบนสายโซโมเลกลของ PVC แสดงดงสมการท 1 อนมลอสระบนสายโซโมเลกลของ PVC จะเคลอนยาย (Transfer radical) ไปสสายโซโมเลกลของ HDPE โดยดงไฮโดรเจนจาก HDPE มาชวยเพมเสถยรภาพทางความรอนใหกบ PVC ชวยใหเกดการชะลอปฏกรยาการเรงสลายตวโดยอตโนมต (Autocatalytic degradation หรอ Zipper) ของ PVC จากปฏกรยา Dehydrochlorination อณหภมสลายตวของ PVC ในพอลเมอรผสมจงเพมขน ในขณะทการเกดอนมลอสระบนสายโซของ HDPE จะสงผลใหเกดการเสอมสภาพผานปฏกรยา Chain scission เปนสวนใหญ สาหรบงานวจยนเมอผานกระบวนอดรดในรอบท 2 ถงรอบท 5 อนมลอสระทเกดบนสายโซโมเลกลของ PVC สามารถทจะเคลอนยายไปสสายโซโมเลกลของ HDPE ไดอยางตอเนองชวยใหเกดการชะลอปฏกรยาการเรงการสลายตวของ PVC ซงแตกตางกบกรณของ LDPE เมออนมลอสระบนสายโซโมเลกลของ PVC จะเคลอนยายไปสสายโซโมเลกลของ LDPE สงผลใหอนมลอสระบนสายโซของ LDPE สามารถเกดการเสอมสภาพผานปฏกรยา Cross-linking และ Chain branching ดวยสายโซโมเลกลของ LDPE ดวยกนเองสงผลใหเกด Hindered effect จากกงกานของสายโซโมเลกล LDPE เมอผานกระบวนอดรดในรอบตอไปการเกดปฏกรยาการเตมอนมลอสระบนสายโซ LDPE นอยลง [38]

70

การใช PE ทมคา MFI 5 g/10min และ 20 g/10min อดรดทอณหภมเครองอดรดทหวดาย 160 ๐C 180 ๐C และ 210 ๐C จะเหนไดวา PVC ใน พอลเมอรผสม จะมเสถยรภาพทางความรอนดขน โดยเฉพาะ เมอมการใช HDPE ในการผสม ทงนเนองมาจาก HDPE ท MFI คาสง นาหนกโมเลกลตา (สายโซโมเลกลสน) HDPE จะสามารถเกดการ Transfer radical จาก PVC ไดดกวา HDPE ทมนาหนกโมเลกลสง ดงนนจงเกดการสลายตวไดงายกวา เนองจาก ความหนดทตาลง ของ HDPE ทมคา MFI สง นอกจากนน HDPE ทมคา MFI สง ยงสามารถเขาใกลวฏภาคของ PVC ไดดหกวา HDPE ทมคา MFI ตา

นอกจากนน การหาคาดชนพอลอนของพอลเมอรผสม แสดงดงรปท 4.15 – 4.16 แสดงคาดชนพอลอนของพอลเมอรผสมมคาตากวาดชนพอลอนของ neat PVC โดยเฉพาะอยางยงพอลเมอรผสม ในระบบ PVC/HDPE จะมคาดชนพอลอนตาทสด และท PE ทม MFI สงขน จะสามารถทาให ดชนพอลอนของพอลเมอรผสมตาลงกวา กรณการใช PE ท MFI คาตากวา โดยเฉพาะอยางยงการใช HDPE ผสมลงใน PVC จะเหนผลไดชดเจนยงขน

71

(a) (b) (c)


รปท 4.13 อณหภมสลายตวของ PVC ใน PVC/LDPE (MFI 5g/10min) blends และ PVC ใน PVC/HDPE (MFI 5g/10min) blends


300

305

310

315

320

325

330

neat PVC PVC/LDPE PVC/HDPE

160 ๐CDe

compos

ition te

mpera

ture (

๐ C)

300

305

310

315

320

325

330


180 ๐C

Decom

positio

n temp

eratur

e (๐ C)

300

305

310

315

320

325

330


210 ๐C

Decom

positio

n temp

eratur

e (๐ C)

72

(a) (b) (c)


รปท 4.14 อณหภมสลายตวของ PVC ใน PVC/LDPE (MFI 20g/10min) blends และ PVC ใน PVC/HDPE (MFI 20g/10min) blends


300

305

310

315

320

325

330


160 ๐C

Decom

positio

n temp

eratur

e (๐ C)

300

305

310

315

320

325

330


180 ๐C

Decom

positio

n temp

eratur

e (๐ C)

300

305

310

315

320

325

330


210 ๐C

Decom

positio

n temp

eratur

e (๐ C)

73

(a) (b) (c)


รปท 4.15 คาดชนพอลอน (Polyene index) ของ PVC ใน PVC/LDPE (MFI 5g/10 min) blends และ PVC ใน PVC/HDPE (MFI 5g/10min) ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย (a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25


160๐C

Polye

ne ind

ex

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25


180๐C

Polye

ne ind

ex0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25


210๐C

Polye

ne ind

ex

74

(a) (b) (c)


รปท 4.16 คาดชนพอลอน (Polyene index) ของ PVC ใน PVC/LDPE (MFI 20g/10 min) blends และ PVC ใน PVC/HDPE (MFI 20g/10min)


0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25


160๐C

Polye

ne ind

ex

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25


180๐C

Polye

ne ind

ex

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25


210๐C

Polye

ne ind

ex

75

CH2CHCH2CHCH2CH

Cl Cl Cl

Thermal degradation

CH2CHCH2CHCH2CH

Cl Cl

CH2CH2CH2CH2CHCH2CH2CH2CH2CH2

H

CH2CH2CH2CH2CHCH2CH2CH2CH2CH2

CH2CH2CH2CHCH2CH

Cl Cl

CH2CH2CH2CH2CH2CH

Cl

more degradation

and transfer of macro-radical PVC

futher chain scission to shorter PE chain

PVC with more methylene in the chain

สมการท 4.1 ปฏกรยาการเตมอนมลอสระทเกดจากการสลายตวทางความรอนของ PVC ลงบนสายโซ PE สงผลตอการเสอมสภาพ [1]

เมอพอลเมอรผสมระหวาง PVC และ HDPE ท MFI 5 g/10min และมปรมาณ HDPE 5 phr

ณ อณหภมของเครองอดรด 210 ๐C นาพอลเมอรผสมมาทาการละลายในตวทาละลาย THF เปนเวลา 4 วน นาสวนทไมละลายในตวทาละลาย THF ซงเปนสวนของ HDPE หลงการเกดอนตรกรยาระหวางผสมกบ PVC แบบหลอม มาทาใหแหงแลวทดสอบหาอณหภมสลายตวดวยเครอง TGA เพอสงเกตสมบตทางความรอนทเปลยนแปลง แสดงดงรปท 4.17 กราฟความสมพนธระหวาง %Derivative weight และอณหภม และตารางท 4.2 แสดงอณหภมสลายตวของพอลเมอรผสมทไมละลายในตวทาละลาย THF พบวาอณหภมสลายตวของพอลเมอรผสมทไมละลายในตวทาละลาย THF มคาตากวาอณหภมสลายตวของเมดพลาสตก HDPE ทผานกระบวนการอดรด 1 รอบ ซงมคาอณหภมสลายตวท 549๐C เนองจากสวนของพอลเมอรผสมทไมละลายในตวทาละลาย THF เปน HDPE ทเกดการเสอมสภาพผานปฏกรยา Chain scission ทาให HDPE สลายตวเปนสารทมนาหนกโมเลกลตา [42] จงสลายตวทอณหภมตาลง

76

รปท 4.17 กราฟความสมพนธระหวางเปอรเซนต Derivative และอณหภมของ Residue ทเหลอ จากการละลายในตวทาละลาย THF ของ PVC/HDPE (MFI 5g/10min) blends ทปรมาณ HDPE 5 phr ณ อณหภมของเครองอดรด 210 ๐C ตารางท 4.3 อณหภมสลายตวของ PVC/HDPE blends (5 g/10min) มปรมาณ HDPE 5phr ทไมละลายในตวทาละลาย THF

จานวนรอบของ พอลเมอรผสมทผาน กระบวนการอดรด

Decomposition Temperature: Td, max (๐C) PVC/HDPE ทไมละลายในตวทาละลาย THF

ณ อณหภมของเครองอดรด 210 ๐C 1 536 2 539 3 519 4 537 5 520

-35-30-25-20

-15-10

-50

100 200 300 400 500 600 700Temperature (๐C)

Deriv

ative w

eight %

(%/ m

in) . HDPE

First cycle

Second cycles

Third cycles

Fourth cycles

Fifth cycles 549 oC

77

4.2 สมบตเชงกล สมบตเชงกลโดยทวไปจะสนใจถงความแขงแรงของพอลเมอรผสมซงในงานวจยนไดทาการทดสอบความตานทานแรงดง และ ความทนทานตอแรงกระแทก เพอศกษาผลจากปรมาณ ดชนการไหล และชนดของ PE และศกษาถงความเรวรอบสกรและอณหภมทใชในกระบวนการอดรดทมตอสมบตของพอลเมอรผสมซงม PVC เปนองคประกอบหลกและม PE เปนองคประกอบรอง

4.2.1 อทธพลของดชนการไหลของ LDPE และอณหภมในการอดรดทมตอสมบตเชงกล

ของพอลเมอรผสม PVC/LDPE เมอผานกระบวนการอดรดซา 4.2.1.1 สมบตดานความตานทานแรงดง (Tensile properties) สมบตดานความตานทานตอการเสยรป (Young’s modulus) ของพอลเมอรผสม แสดงในรปท 4.18 - 4.20 โดยรวมแลว การเพมปรมาณ LDPE มผลทาให Young’s Modulus มคาลดลง เนองจากเปนการผสม พอลเมอรทมคา Young’s Modulus ตาลงไป จงทาให Young’s Modulus ของพอลเมอรผสมลดลง [9, 27] ไมวาจะผสมท อณหภมของเครองอดรดทหวดายสงขน และ MFI ของ LDPE ทสงขน กตาม อยางไรกตาม สงทนาสงเกต คอระบบพอลเมอรผสมทมการใช LDPE 5 phr จานวนรอบของการผสม คา MFI ของ LDPE และ อณหภมในการอดรด จะมผลตอสมบตเชงกล ทงนอาจเปนเพราะ การใช LDPE ทม MFI สง (20 และ 43 g/10 min) จะสามารถเกดการกระจายเขาไปใกลกบวฏภาคของ PVC ทาใหเกดการสลายตวของ LDPE ไดมากขน ซงการสลายตวของ LDPE ทาใหเกดการ เชอมขวางหรอกงไดมากขน ซงสงผลตอการลดลงของคา Young’s Modulus ของ PVC นอยลง เมอจานวนรอบการผสมซาทเพมขน ยกเวนกรณการใช LDPE MFI 5 g/10min ปรมาณ 5 phr คา Young’s Modulus จะมคาลดลง เมอ จานวนรอบในการผสมเพมขน ซงเกดจากการเสอมสภาพของ neat PVC นนเอง จากรปท 4.21 - 4.23 แสดงใหเหนคาความตานทานแรงดงสงสด (Ultimate Tensile Stress) พบวาเมอเพมปรมาณของ LDPE ในพอลเมอรผสมคาความตานทานแรงดงสงสดจะมคาลดลง [50] ทงนเนองจากเพราะความเปนขวทตางกนของ PVC และ PE [51] เกดการรวมกลมเปนกอนของ PE อยางชดเจนและเกดการแยกวฎภาคของพอลเมอรผสม สงผลใหไมสามารถสงผานแรงภายในชนงานทดสอบไดอยางตอเนอง เพราะความสามารถในการยดตดระหวางผวของพอลเมอรทงสองชนด (Interface adhesion) มนอยการสงผานแรง (Transfer stress) ระหวางวฎภาคของพอลเมอรจงเปนไปไดยาก ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดายทกอณหภมและทก MFI ของ LDPE ไมมผลตอคาความตานทานแรงดงสงสด และเมอเพมจานวนรอบของการอดรดพบวาคาความตานทานแรงดงสงสดของพอลเมอรผสมจะมแนวโนมคงท [52]

78

(a) (b) (c)


รปท 4.18 Young’s Modulus ของ neat PVC และ PVC/LDPE (MFI 5 g/10min) blends ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย (a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C

300

500

700

900

1100

PVC 5 15 25phr of PE

Yo

ung's M

odulus

(MPa)

300

500

700

900

1100


Yo

ung's M

odulus

(MPa)

300

500

700

900

1100


Yo

ung's M

odulus

(MPa)

160 ๐C 180 ๐C 210 ๐C

79

(a) (b) (c)


รปท 4.19 Young’s Modulus ของ neat PVC และ PVC/LDPE (MFI 20 g/10min) blends ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย

(a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C

300

500

700

900

1100


Yo

ung's M

odulus

(MPa)

300

500

700

900

1100


Yo

ung's M

odulus

(MPa)

300

500

700

900

1100


Young

's Modu

lus (M

Pa)

160 ๐C 180 ๐C 210 ๐C

80

(a) (b) (c)


รปท 4.20 Young’s Modulus ของ neat PVC และ PVC/LDPE (MFI 43 g/10min) blends ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย

(a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C

300

500

700

900

1100


Young

's Modu

lus (M

Pa)

300

500

700

900

1100


Young

's Modu

lus (M

Pa)300

500

700

900

1100


Young

's Modu

lus (M

Pa)

160 ๐C 180 ๐C 210 ๐C

81

(a) (b) (c)


รปท 4.21 Ultimate Tensile Stress ของ neat PVC และ PVC/LDPE (MFI 5 g/10min) blends ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย

(a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C

0

10

20

30

40

50

60


Ultim

ate Te

nsile S

tress (

MPa)

0

10

20

30

40

50

60


Ultim

ate Te

nsile S

tress (

MPa)

0

10

20

30

40

50

60


Ultim

ate Te

nsile S

tress (

MPa)

.

160 ๐C 180 ๐C 210 ๐C

82

(a) (b) (c)



(a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C

0

10

20

30

40

50

60


Ultim

ate Te

nsile S

tress (

MPa)

0

10

20

30

40

50

60


Ultim

ate Te

nsile S

tress (

MPa)

0

10

20

30

40

50

60


Ultim

ate Te

nsile S

tress (

MPa)

.

160 ๐C 180 ๐C 210 ๐C

83

(a) (b) (c)



(a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C

0

10

20

30

40

50

60


Ultim

ate Te

nsile S

tress (

MPa)

0

10

20

30

40

50

60


Ultim

ate Te

nsile S

tress (

MPa)

0

10

20

30

40

50

60


Ultim

ate Te

nsile S

tress (

MPa)

160 ๐C 180 ๐C 210 ๐C

84

4.2.1.2 ความทนตอแรงกระแทก (Impact strength) สมบตดานความทนตอแรงกระแทกของพอลเมอรผสม แสดงดงรปท 4.24 – 4.26 กราฟของความทนตอแรงกระแทกของ neat PVC เปรยบเทยบกบ PVC/LDPE blends ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย 160 ๐C, 180 ๐C และ 210 ๐C พบวาคาความทนตอแรงกระแทกของ neat PVC มแนวโนมคงทเปนสวนใหญ เมอมการผสม LDPE ท MFI 5 g/ 10 min ปรมาณ 5 phr ลงในพอลเมอรผสมมลกษณะการแตกโดยไมหกออกจากกน เมอจานวนครงทผานการอดรดเพมขน พบวาคาความทนตอแรงกระแทกของพอลเมอรผสมมคาเพมขน ทงนเนองจาก LDPE มความเหนยว (Ductility) และเปนวฏภาคทออน (Soft phase) กวา PVC เมอผานการอดรดเพมขนชวยให LDPE สามารถกระจายตวและแตกกลมกอนออก (Distribution and Dispersion) ไดดขนสงผลใหชวยดดซบพลงงานทเกดจากการกระแทกได ดงภาพถายโครงสรางจลภาคในรปท 4.27 ภาพถายโครงสรางจลภาคของพอลเมอรผสม PVC/LDPE (MFI 5g/10min) มปรมาณ LDPE 5 phr ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย 210 ๐C (a) เมอผานการอดรดรอบท 1 (b) รอบท 3 และ (c) รอบท 5 พบวาเมอผานการอดรดเพมขนชวยให LDPE สามารถกระจายตวดขน จงชวยดดซบแรงทเกดจากการกระแทก และยบยงการเกด craze ได [53] อยางไรกตามเมออตราสวนการผสม LDPE 15 phr และ 25 phr พอลเมอรผสมระหวาง PVC และ LDPE เกดการแยกเฟสกน (Phase separation) ในสภาวะน LDPE จะประพฤตตวเปนจดบกพรองในชนงาน เมอผานการอดรดเพมขนพบวาคาความทนตอแรงกระแทกของพอลเมอรผสมไมมการเปลยนแปลง เนองจากประพฤตตวเปนจดบกพรองในพอลเมอร ถงอยางไรกตามเมอมการเพมจานวนรอบของการผสมกไมสามารถเพมความเขากนของพอลเมอรทง 2 ชนดนทปรมาณ PE สงๆ

85

(a) (b) (c)


รปท 4.24 Impact Strength ของ neat PVC และ PVC/LDPE (MFI 5 g/10min) blends ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย

(a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C

0

20

40

60

80

100

120


Impac

t Stre

ngth (

kJ/m2 )

0

20

40

60

80

100

120


Impac

t Stre

ngth (

kJ/m2 )

0

20

40

60

80

100

120


Impac

t Stre

ngth (

kJ/m2 )

160 ๐C 180 ๐C 210 ๐C

86

(a) (b) (c)



(a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C

0

20

40

60

80

100

120


Impac

t Stre

ngth (

kJ/m2 )

0

20

40

60

80

100

120


Impac

t Stre

ngth (

kJ/m2 )

0

20

40

60

80

100

120


Impac

t Stre

ngth (

kJ/m2 )

160 ๐C 180 ๐C 210 ๐C

87

(a) (b) (c)



(a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C

0

20

40

60

80

100

120


Impac

t Stre

ngth (

kJ/m2 )

0

20

40

60

80

100

120


Impac

t Stre

ngth (

kJ/m2 )

0

20

40

60

80

100

120


Impac

t Stre

ngth (

kJ/m2 )

160 ๐C 180 ๐C 210 ๐C

88

(a)

(b)

(c)

รปท 4.27 ภาพถายโครงสรางจลภาคของพอลเมอรผสม PVC/LDPE (MFI 5g/10min) ปรมาณ LDPE 5 phr ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย 210 ๐C (a) เมอผานการอดรดรอบท 1 (b) รอบท 3 และ (c) รอบท 5

89

4.2.2 อทธพลของความเรวรอบสกรเครองอดรดทมตอสมบตเชงกลของพอลเมอรผสมระหวางPVC และ LDPE เมอผานกระบวนการอดรดซา

4.2.2.1 สมบตดานความตานทานแรงดง (Tensile properties) จากรปท 4.28 แสดงคาความตานทานตอการเสยรป (Young’s modulus) ของพอลเมอร

ผสม ระหวาง PVC และ LDPE (MFI 5 g/10min) ทอตราสวนการผสม 5 phr ในแตละอณหภมของเครองอดรดทตาแหนงหวดาย เมอผานกระบวนการอดรดเพมขนทงกรณของความเรวรอบสกรท 100 รอบตอนาทและทความเรวรอบ 40 รอบตอนาท มคาไมเปลยนแปลงมากนก เมอพจารณาทความเรวรอบสกรท 100 รอบตอนาท พบวาคา Young’s Modulus โดยรวมมคานอยกวา ทความเรวรอบสกร 40 รอบตอนาท เนองจากพอลเมอรผสมทความเรวรอบสกร 40 รอบตอนาท ไดรบความรอนในหองหลอมเปนระยะเวลาทนานสงผลใหพอลเมอรผสมเกด gelation มากกวาทความเรวรอบ 100 rpm [12, 33] สวนคาความตานทานแรงดงสงสด (Ultimate Tensile Stress) พบวาเมอผานกระบวนการอดรดเพมขน มคาความตานทานแรงดงสงสดไมเปลยนแปลง ทกอณหภมของเครองอดรดทตาแหนงหวดาย แสดงดงรปท 4.29

รปท 4.28 Young’s Modulus ของ PVC/LDPE (MFI 5g/10min) blends ณ ความเรวรอบสกรของเครองอดรด 100 rpm และ 40 rpm

100 rpm 40 rpm

300

500

700

900

1100

160 180 210

Young

's Modu

lus (M

Pa)

300

500

700

900

1100

160 180 210

Young

's Modu

lus (M

Pa)



90

รปท 4.29 Ultimate Tensile Stress ของ PVC/LDPE (MFI 5g/10min) blends ณ ความเรวรอบสกรของเครองอดรด 100 rpm และ 40 rpm


0

10

20

30

40

50

60

160 180 210

Ultim

ate Te

nsile S

tress (

MPa)

.

0

10

20

30

40

50

60

160 180 210Ult

imate

Tensi

le Stre

ss (MP

a) .

100 rpm 40 rpm


91

4.2.2.2 ความทนตอแรงกระแทก (Impact strength) จากรปท 4.30 แสดงคาความทนตอแรงกระแทก (Impact Strength) ของพอลเมอรผสม

ระหวาง PVC และ LDPE (MFI 5 g/10min) ทอตราสวนการผสม 5 phr ในแตละอณหภมของเครองอดรดทตาแหนงหวดาย ทงกรณของความเรวรอบสกรท 100 รอบตอนาท และทความเรวรอบสกร 40 รอบตอนาท โดยรวมแลวคา Impact Strength มคาเพมขนเมอผานกระบวนการอดรดซา เมอเปรยบเทยบความเรวรอบสกร 40 รอบตอนาท พบวา กรณน จานวนครงในการอดรด มผลตอการเปลยนแปลงคา Impact Strength มากกวาการผสมทความเรวรอบการผสม 100 รอบตอนาท โดยท คา Impact Strength ของพอลเมอรผสมทผสมดวยความเรวรอบของสกร 40 รอบตอนาท มคาสงกวา เนองจากระดบของความเรวรอบสกรทหมนไมเรวมากนกทาใหพอลเมอรผสมไดรบความรอนในหองหลอมเปนระยะเวลาทนานกวาสงผลให LDPE สามารถกระจายตวและแตกกลมกอนออก (Distribution and Dispersion) ไดดขนสงผลใหชวยดดซบพลงงานทเกดจากการกระแทกไดด


รปท 4.30 Impact Strength ของ PVC/LDPE (MFI 5g/10min) blends ณ ความเรวรอบสกรของเครองอดรด 100 rpm และ 40 rpm

0

20

40

60

80

100

120

160 180 210

Impac

t Stre

ngth (

kJ/m2 )

0

20

40

60

80

100

120

160 180 210

Impac

t Stre

ngth (

kJ/m2 )

100 rpm 40 rpm


92

4.2.3 อทธพลของชนด PE และอณหภมของการอดรดทมตอสมบตเชงกลของพอลเมอรผสมระหวาง PVC และ PE เมอผานกระบวนการอดรดซา

4.2.3.1 สมบตดานความตานทานแรงดง (Tensile properties) รปท 4.31 - 4.32 แสดงความทนทานตอการเสยรป (Young’s modulus) ของพอลเมอรผสม

ทผสมระหวาง PVC กบ LDPE และ PVC กบ HDPE ทม MFI 5 และ 20 g/10min ณ อณหภมของเครองอดรดทบรเวณหวดาย 160 ๐C, 180 ๐C และ 210 ๐C โดยเลอกการผสมทมปรมาณ PE 5 phr พบวาพอลเมอรผสมระหวาง PVC และ LDPE มคา Young’s Modulus นอยกวาพอลเมอรผสมระหวาง PVC และ HDPE เนองจาก LDPE มกงสาขามากจะมความหนาแนนตาทาใหมความยดหยนของสายโซโมเลกลมากสงผลตอความทนทานตอการเสยรปรางนอยกวา HDPE เมอจานวนรอบของการอดรดเพมขน พอลเมอรผสมทม PE MFI 5 g/10min มแนวโนมของคา Young’s Modulus ลดลง แตท PE MFI 20 g/10 min นน เมอจานวนรอบการผสมเพมมากขน การเปลยนแปลงของ คา Young’s Modulus แสดงอยางไมชดเจน อาจสามารถพดไดวา ไมมการเปลยนแปลงมากนก

จากรปท 4.33 - 4.34 แสดงใหเหนคาความตานทานแรงดงสงสด (Ultimate Tensile Stress) ของพอลเมอรผสม PVC/HDPE และ PVC/ LDPE โดยมอณหภมของเครองอดรดทบรเวณหวดาย 160 ๐C, 180 ๐C และ 210 ๐C เมอผานกระบวนการอดรดซา พบวา คาความตานทานแรงดงสงสดไมเปลยนแปลงนก โดยรวมแลว พอลเมอรผสมระหวาง PVC และ HDPE มคาความตานทานแรงสงสด สงกวาพอลเมอรผสมระหวาง PVC และ LDPE ทงนเนองจากผลของความสามารถในการกระจายตวของ HDPE ไดดในของวฏภาค PVC ในพอลเมอรผสม คพอลเมอรผสมทมความตงระหวางผวตาจะสามารถกระจายตวไดดกวาคพอลเมอรผสมทมความตงระหวางผวสง [52] ทาใหสงผานแรงภายในชนงานทดสอบไดดกวา ดงแสดงในภาพถายโครงสรางจลภาคในรป 4.35 ภาพถายโครงสรางจลภาคของพอลเมอรผสม ทมปรมาณ PE 5 phr ณ อณหภมของเครองอดรดทบรเวณหวดาย 210 ๐C เมอผานการอดรดรอบท 5 (a) PVC/LDPE (b) PVC/HDPE

93

(a) (b) (c)


รปท 4.31 Young’s Modulus ของ PVC/LDPE (MFI 5 g/10min) blends มปรมาณ LDPE 5 phr และ PVC/HDPE (MFI 5 g/10min) blends

มปรมาณ HDPE 5 phr ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย (a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C

300

500

700

900

1100


160๐C

Young

's Modu

lus (M

Pa)

300

500

700

900

1100


180๐C

Young

's Modu

lus (M

Pa)300

500

700

900

1100


210๐C

Young

's Modu

lus (M

Pa)

94

(a) (b) (c)


รปท 4.32 Young’s Modulus ของ PVC/LDPE (MFI 20 g/10min) blends มปรมาณ LDPE 5 phr และ PVC/HDPE (MFI 20 g/10min) blends มปรมาณ HDPE 5 phr ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย (a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C

300

500

700

900

1100


160๐C

Young

's Modu

lus (M

Pa)

300

500

700

900

1100


180๐C

Young

's Modu

lus (M

Pa)

300

500

700

900

1100


210๐C

Young

's Modu

lus (M

Pa)

95

(a) (b) (c)


รปท 4.33 Ultimate Tensile Stress ของ PVC/LDPE (MFI 5 g/10min) blends มปรมาณ LDPE 5 phr และ PVC/HDPE (MFI 5 g/10min) blends มปรมาณ HDPE 5 phr ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย (a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C

0

10

20

30

40

50

60


160๐C

Ultim

ate Te

nsile S

tress (

MPa)

.

0

10

20

30

40

50

60


180๐C

Ultim

ate Te

nsile S

tress (

MPa)

0

10

20

30

40

50

60


210๐C

Ultim

ate Te

nsile S

tress (

MPa)

.

96

(a) (b) (c)


รปท 4.34 Ultimate Tensile Stress ของ PVC/LDPE (MFI 20 g/10min) blends มปรมาณ LDPE 5 phr และ PVC/HDPE (MFI 20 g/10min) blends มปรมาณ HDPE 5 phr ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย (a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C

0

10

20

30

40

50

60


160๐C

Ultim

ate Te

nsile S

tress (

MPa)

.

0

10

20

30

40

50

60


180๐C

Ultim

ate Te

nsile S

tress (

MPa)

.0

10

20

30

40

50

60


210๐C

Ultim

ate Te

nsile S

tress (

MPa)

97

(a) (b) รปท 4.35 ภาพถายโครงสรางจลภาคของพอลเมอรผสม ทมปรมาณ PE 5 phr

ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย 210 ๐C เมอผานการอดรดรอบท 5 (a) PVC/LDPE (MFI 5) (b) PVC/HDPE (MFI 5)

4.2.3.2 ความทนตอแรงกระแทก (Impact strength) จากรปท 4.36 – 4.37 แสดงใหเหนวาความทนทานตอแรงกระแทกของพอลเมอรผสม

ระหวาง PVC และ HDPE ทมคา MFI 5 g/10min และ 20 g/10min กบพอลเมอรผสมระหวาง PVC และ LDPE ทมคา MFI 5 g/10min และ 20 g/10min ทปรมาณของ PE 5 phr ณ อณหภมของเครองอดรดทบรเวณหวดาย 160 ๐C, 180 ๐C และ 210 ๐C พบวามคาความทนทานตอแรงกระแทกเพมขนเมอผานกระบวนการอดรดซา เมอศกษา ภาพถายโครงสรางจลภาคของ PVC/HDPE ทอณหภมการอดรดท 210 ๐C MFI 5 และ 20 g/10min ผานการอดรดรอบท 1 และทผานการอดรดรอบท 5 ซงแสดงในรปท 4.38 พบวาเมอพอลเมอรผสมดงกลาวผานการอดรดดวยจานวนรอบการผสมซาทเพมขน HDPE สามารถกระจายตวและแตกเปนอนภาคเลก (Distribution and Dispersion) ไดดขน เมอมการขนรปซาเพมขน อนภาค HDPE ซงเปนพอลเมอรทยดหยนกวา และมการกระจายตวเปนอนภาคเลกๆ ทวไปใน วฏภาค PVC จะสามารถชวยดดซบพลงงานทมาจากการกระแทกไดดขน ซงปรากฏการณนเกดทงกรณของ LDPE และ HDPE

98

(a) (b) (c)


รปท 4.36 Impact Strength ของ PVC/LDPE (MFI 5 g/10min) blends มปรมาณ LDPE 5 phr และ PVC/HDPE (MFI 5 g/10min) blends มปรมาณ HDPE 5 phr ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย (a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C

0

20

40

60

80

100

120


160 ๐C

Impac

t Stre

ngth (

kJ/m2 )

0

20

40

60

80

100

120


180 ๐C

Impac

t Stre

ngth (

kJ/m2 )

0

20

40

60

80

100

120


210 ๐C

Impac

t Stre

ngth (

kJ/m2 )

99

(a) (b) (c)


รปท 4.37 Impact Strength ของ PVC/LDPE (MFI 20 g/10min) blends มปรมาณ LDPE 5 phr และ PVC/HDPE (MFI 20 g/10min) blends มปรมาณ HDPE 5 phr ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย (a) 160 ๐C (b) 180 ๐C และ (c) 210 ๐C

0

20

40

60

80

100

120


160 ๐C

Impac

t Stre

ngth (

kJ/m2 )

0

20

40

60

80

100

120


180 ๐C

Impac

t Stre

ngth (

kJ/m2 )

0

20

40

60

80

100

120


210 ๐C

Impac

t Stre

ngth (

kJ/m2 )

100

(a) (b) (c) (d) รปท 4.38 ภาพถายโครงสรางจลภาคของ PVC/HDPE ณ อณหภมของเครองอดรดทหวดาย 210 ๐C (a) HDPE (MFI 5) ทผานการอดรดรอบท 1 (b)HDPE (MFI 5) ผานการอดรดรอบท 5 (c) HDPE (MFI 20) ทผานการอดรดรอบท 1 (d) HDPE (MFI 20) ผานการอดรดรอบท 5

101

บทท 5 สรปผลการทดลองและขอเสนอแนะ

5.1 สรปผลการทดลอง

งานวจยนศกษาผลของ PE เกรดตางๆ ทง LDPE และ HDPE ในปรมาณ 5 phr, 15 phr, 25 phr และดชนการไหล ณ อณหภมของเครองอดรด ท 160 ๐C 180๐C และ 210๐C ทมตอเสถยรภาพทางความรอนของ PVC ในพอลเมอรผสม และสมบตเชงกลของพอลเมอรผสมทได ขณะผานกระบวนการผสมดวยเครองอดรดแบบเกลยวหนอนค ซงสามารถสรปผลการวจยไดดงน

5.1.1 สมบตทางความรอน 5.1.1.1 ผลจากดชนการไหลของ LDPE และอณหภมในการอดรดทมตอสมบต

ของพอลเมอรผสม PVC/LDPE การผสม LDPE ปรมาณ 5 phr จะสามารถปรบปรงเสถยรภาพทางความรอนของ

PVC ในพอลเมอรผสมได ทกๆ อณหภมของเครองอดรดท 160 ๐C 180๐C และ 210 ๐C จากปฏกรยาการเคลอนยายอนมลอสระ (Radical transfer reaction) จากสายโซ PVC ทเรมเกดการสลายตวไปยง LDPE สาหรบทปรมาณการผสม LDPE 15 phr คาอณหภมสลายตวมแนวโนมลดลง และการผสม LDPE 25 phr คาอณหภมสลายตวของ PVC ในพอลเมอรผสมสงขน

LDPE ทม MFI สง สามารถเพมเสถยรภาพทางความรอนใหกบ PVC ไดดกวา ทกๆ อณหภมของเครองอดรดท 160 ๐C 180๐C และ 210 ๐C เนองจาก LDPE ทมนาหนกโมเลกลตา มความหนดตา จะสามารถสมผสวฏภาคของ PVC มากกวา จงสามารถเกด radical transfer ไดมากกวา LDPE ทม นาหนกโมเลกลสงกวา หรอ MFI ตากวา

5.1.1.2 ผลจากความเรวรอบสกรของเครองอดรดทมตอสมบตของพอลเมอรผสม PVC/LDPE

การผสม LDPE ปรมาณ 5 phr เมอผานการอดรดทความเรวรอบสกร 100 rpm ทกๆ อณหภมของเครองอดรดท 160 ๐C 180๐C และ 210 ๐C อณหภมสลายตวของ PVC ไมมการเปลยนแปลงมากนก แตทความเรวรอบสกร 40 rpm และอณหภมของเครองอดรดท160 ๐C 180๐C และ 210 ๐C สงผลใหอณหภมสลายตวของ PVC ในพอลเมอรผสมลดลงตามลาดบ เนองจากระดบของความเรวรอบสกรตา สงผลใหพอลเมอรผสมไดรบความรอน

102

ในกระบอกหลอมเปนระยะเวลาทนานกวาและไดรบปรมาณความรอนในกระบอกหลอมทสงขน มผลตอการเสอมสภาพทางความรอนของ PVC มากขน

5.1.1.3 ผลจากชนด PE ทมตอสมบตของพอลเมอรผสม PVC/LDPE HDPE สามารถปรบปรงเสถยรภาพทางความรอนของ PVC ไดดกวา LDPE ทกๆ

อณหภมของเครองอดรดท 160 ๐C 180๐C และ 210 ๐C เนองจาก HDPE ทมองศาความเปนกงนอยจะสามารถกระจายไปไน PVC ไดดกวา LDPE ทมองศาของความเปนกงมาก และเมออณหภมของเครองอดรดทเพมสงขน สงผลเสถยรภาพทางความรอนของ PVC ในพอลเมอรผสมทง PVC/HDPE blends และ PVC/LDPE blends ลดลงตามลาดบ

การผสม HDPE ทมคา MFI สง จะสามารถปรบปรงเสถยรภาพทางความรอนของ PVC ในพอลเมอรผสมไดดกวาการผสม HDPE ทมคา MFI ตา ทกๆ อณหภมของเครองอดรดท 160 ๐C 180๐C และ 210 ๐C เนองมาจาก HDPE ท MFI คาสง นาหนกโมเลกลตา จะสามารถเกดการ Transfer radical จาก PVC ไดดกวา HDPE ทมนาหนกโมเลกลสง

5.1.2 สมบตเชงกล

5.1.2.1 ผลจากดชนการไหลของ LDPE และอณหภมในการอดรดทมตอสมบตของพอลเมอรผสม PVC/LDPE

สาหรบคาความตานทานตอการเสยรปและคาความตานทานแรงดงสงสดของ PVC/LDPE blends เมอเพมปรมาณ LDPE ในพอลเมอรจะมคาลดลง และเมอเพมจานวนรอบของการอดรดและอณหภมของเครองอดรดเพมขน คาความตานทานตอการเสยรปและคาความตานทานแรงดงสงสดไมเปลยนแปลงมากนก สาหรบคาความทนตอแรงกระแทกของพอลเมอรผสม ทปรมาณ LDPE 5 phr จะมคาสงขน เมอจานวนรอบของการอดรดเพมขน แตเมอเพมปรมาณ LDPE คาความทนตอแรงกระแทกลดลงเนองจากเกดการแยกวฏภาคกน (Phase separation)

5.1.2.2 ผลจากความเรวรอบสกรของเครองอดรดทมตอสมบตของพอลเมอรผสม PVC/LDPE

PVC/LDPE blends ทปรมาณการผสม LDPE 5 phr ณ อณหภมของเครองอดรดทบรเวณหวดายคาตางๆ ความเรวรอบสกรตางๆ และทจานวนรอบของการผสมซาตางๆ พบวา ความเรวรอบสกร 40 rpm มคาความตานทานตอการเสยรปมากกวาทความเรวรอบสกร 100 rpm และคาความตานทานแรงดงสงสด เปลยนแปลงไปมากนก สาหรบคาทนตอแรงกระแทกของพอลเมอรผสมทผานการอดรดความเรวรอบ 40 rpm มคามากกวาท

103

ความเรวรอบ 100 rpm เนองจากทาใหพอลเมอรผสมไดรบความรอนในกระบอกหลอมเปนระยะเวลาทนานกวาสงผลให LDPE สามารถกระจายตวและแตกกลมกอนออก (Distribution and Dispersion) ไดดขน

5.1.2.3 ผลจากชนด PE ทมตอสมบตของพอลเมอรผสม PVC/LDPE คาความตานทานตอการเสยรปของ PVC/HDPE blends มคามากกวา PVC/LDPE

blends เนองจาก LDPE มกงสาขามากจะมความหนาแนนตาทาใหมความยดหยนของสายโซโมเลกลมากสงผลตอความทนทานตอการเสยรปรางนอยกวา HDPE และคาความตานทานแรงดงสงสด ของ PVC/HDPE blends มคามากกวา PVC/LDPE blends เนองจากผลของความสามารถในการเขาใกลกนไดของวฏภาค PVC และ วฏภาค HDPE ในพอล-เมอรผสมและอณหภมของเครองอดรดเพมขนคาความทนทานตอการเสยรปและคาความตานทานแรงดงสงสดไมเปลยนแปลงมากนก สาหรบคาคาความทนตอแรงกระแทกของพอลเมอรผสมเพมขนเมอผานกระบวนการอดรดจานวนรอบเพมขนทง PVC/HDPE blends และ PVC/LDPE blends

5.2 ขอเสนอแนะ จากการทางานวจยครงนเพอใหเกดความรและความเขาใจมากขนควรจะศกษาถงอทธพล

ดานอนๆ ของ HDPE เชน นาหนกโมเลกลและปรมาณ เปนตน และอทธพลของสารเตมแตงทจะชวยให PVC และ HDPE ทมปรมาณมากเพอเพมความเขากน รวมทงศกษาถงสมบตดานการไหล สมบตทางดานเคม เพอเปนแนวทางในการนา PVC ทม HDPE ปนเปอนกลบมาหมนเวยนใชไหม

104

บรรณานกรม 1. Thongpin, C., Santavitee, O., and Sombatsompop, N., 2006, “Degradation Mechanism and

Mechanical Properties of PVC in PVC - PE Melt Blends: Effect of Molecular Architecture, Content and MFI of PE”, Journal of Vinyl & Additive Technology, Vol. 12, pp. 115-123.

2. กมล ดวงนลม, 2542, “แนวทางการเพมขดความสามารถในการแขงขนอตสาหกรรมพลาสตกแปรรปของประเทศไทยในตางประเทศ”, วารสารพลาสตก, ปท15, ฉบบท 6, หนา 60.

3. Scheirf, J., 1998, Polymer Recycling, John Wiley, New York, pp. 2-268. 4. Wypych, J., 1986, Poly (vinyl chloride) Stabilization, Chapman & Hall, New York, pp. 74-

175. 5. Titow, W.V., 1990, PVC Plastics: Properties, Processing and Application, Elsevier

Applied Science, New York, pp. 62-333. 6. Brydson, J.A., 1989, Plastics Materials, 5thed., Anchor Press, London, pp. 291-341. 7. Burgess, R.H., 1982, Manufacture and Processing of PVC, Macmillan Publishing CO.,

INC., New York, pp. 1-213. 8. Nicholas, P., 1989, Handbook of Polymer Science and Technology, Vol.1, Marcel Dekker,

INC., New York, pp. 347-361. 9. ชลธชา นมหอม, 2538, โพลเมอร, พรศวการพมพ, หนา 2-163. 10. Uitenham, L.C. and Geil P.H., 1981, “Processing, Morphology and Properties of PVC”,

Journal of Macromolecule Science – Physics, B Vol. 20, No. 4, pp. 593-622. 11. Benjamin, P., 1980, “Quality and Quality Control of Unplasticized Poly (vinyl chloride)

Pressure Pipe”, Plastics and Rubber Processing and Application, Vol. 6, pp. 151-160. 12. Tersilius, B. And Jansson, J.F., 1985, “Gelation of PVC: Effect on Structure and Physical

Properties”, Plastics and Rubber Processing and Application, Vol. 5, No. 3, pp. 193-201. 13. Chanda, M., and Salil, K.R., 1998, Plastics Technology Handbook, 3rded., Marcel Dekker,

New York, pp. 310-320. 14. Kiyoshi, E., 2002, “Synthesis and Structure of Poly (vinyl chloride)”, Progress in Polymer

Science, Vol. 27, pp. 2021-2054.

105

15. Williams, P.T., and Williams, E.A., 1999, “Interaction of Plastic in Mixed – Plastics Pyrolysis”, Energy Fuels, Vol. 13, pp 188-196.

16. Starnes Jr. W.H., 2002, “Structural and Mechanistic Aspects of the Thermal Degradation of Poly (vinyl chloride)”, Progress in Polymer Science, Vol. 27, pp. 2133-2170.

17. Adisa, A., Alan, E., and Lan, H., 2003, Polymers the Environment and Sustainable Development, John Wiley & Sons Ltd., England, pp. 32-43.

18. Owen, E.D., 1984, Degradation and Stabilisation of PVC, Elsevier Applied Science, New York, pp. 81-132.

19. Leonard, I.N., and Charles, A.H., 1986, Encyclopedia of PVC Volume 1: Resin Manufacture and Properties, 2nded., Marcel Dekker, New York, pp. 397-433.

20. Jessse, E., 1992, Plastics Additive and Modifiers Handbook, Van Nostrand Rrinhold, New York, p. 3-55.

21. Pritchard, G., 1998, Plastics Additives: An A-Z Reference, Chapman & Hall, London, p. 500.

22. Gachter, R. and Muller, H., 1990, Plastics Additives Handbook, Hanser Publishers, New York, pp. 271-535.

23. Nicholas, P., 1989, Handbook of Polymer Science and Technology, Vol.2, Marcel Dekker, INC., New York, pp. 261-365.

24. Titow, W.V. and Lanham, B.J., 1971, PVC Technology, 3rded., Applied Science Publishers, London, pp. 544 .

25. Paul, D.R. and Newman, S., 1978, Polymer Blend, New York, Academic Press, p. 501. 26. Wiseman, P., 1986, Petrochemicals, John Wiley&Son Ltd., New York, pp. 44-48. 27. ชยวฒน เจนวาณชย, 2527, เคมโพลเมอรพนฐาน, สานกพมพโอเดยนสโตร, กรงเทพมหานคร,

หนา 308-318. 28. Crawford, R.J., 1987, Plastics Engineering, 2nded., Oxford, Pergamon press, pp. 11-21. 29. Cheremisinoff, N.P., 1993, Guidebook to Commercial Polymer Properties and

Aplication, New Jersey, PTR Prentice Hall, pp. 145-147. 30. Burke, D.M., 1996, “Ambient Mechanical Properties of Impact-Modified Poly (vinyl

chloride) and Methyl Methacrylate Copolymer Blends”, Journal of Vinyl & Additive Technology, Vol. 2, No.3, pp. 202-210.

106

31. Wenguang, M. and Mantia, F.P.L., 1996, “Processing and Mechanical Properties of Recycled PVC and Homopolymer Blends with Virgin PVC”, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 59, No. 5, pp. 759-767.

32. Torikai, A. and Hasegawa, H., 1999, “Accelerated Photodegradation of Poly (vinyl chloride)”, Polymer Degradation and Stability, Vol. 63, pp. 441-445.

33. Yarahmadi, N., Jakubowicz, I., and Gevert, T., 2001, “Effect of Repeated Extrusion on The Properties and Durability of Rigid PVC Scrap”, Polymer Degradation and Stability, Vol. 73, pp. 93-99.

34. Braun, D., 2002, “Recycling of PVC”, Progress in Polymer Science, Vol. 27, pp. 2171-2195.

35. Loultcheva, M.K., Proietto, M., Jilov, N., and Mantia, F.P.L., 1997, “Recycling of High Density Polyethylene Containers”, Polymer Degradation and Stability, Vol. 57, pp. 77-81.

36. Radu, S., Silviu, J., and Znjiro, O., 1998, “Chemiluminescence Study on the Oxidation of Several Polyolefins – I. Thermal-induced Degradation of Additive-Free Polyolefins”, Polymer Degradation and Stability, Vol. 60, pp. 377-383.

37. Jin, W.P., Sea, C.O., Hae, P.L., Hee, T.K., and Kyong, O.Y., 2000 “A Kinetic Analysis of Thermal Degration of Polymer Using a Dynamic Method”, Polymer Degradation and Stability, Vol. 67, pp. 535-540.

38. Andersson, T., Stalbom, B., and Wesslen, B., 2004, “Degradation of Polyethylene During Extrusion. II. Degradation of Low-Density Polyethylene, Linear Low-Density Polyethylene, and High-Density Polyethylene in Film Extrusion”, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 91, pp. 1525-1537.

39. Abad, M.J., Ares, A., and Barral, L., 2004, “Effect of a Mixture of Stabilizers on the Structure and Mechanical Properties of Polyethylene During Reprocessing”, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 92, pp. 3910-3916.

40. Pinheiro, L.A., Chinelatto, M.A., and Canevarolo, S.V., 2004, “The Role of Chain Scission and Chain Branching in High Density Polyethylene During Thermo-Mechanical Degradation”, Polymer Degradation and Stability, Vol. 86, pp. 445-453.

107

41. Ajji, A., 1995, “Morphology and Mechanical Properties of Virgin and Recycled Polyethylene/Polyvinyl Chloride Blends”, Polymer Engineering and Science, Vol. 35, pp. 64-71.

42. Sakata, Y., Uddin, M.A., Koizumi, K., and Murata, K., 1996, “Thermal Degradation of Polyethylene Mixed with Poly (vinyl chloride) and Poly (ethylene terepthalate)”, Polymer Degradation and Stability, Vol. 53, pp. 111-117.

43. Pospisil, J., Horak, Z., Nespurek, S., and Kuroda, S., 1999, “Degradation and Ageing of Poly Blends I. Thermomechanical and Thermal Degradation”, Polymer Degradation and Stability, Vol. 65, pp. 405-414.

44. Anold, J.C., and Maund, B., 1999, “The Properties of Recycled PVC Bottle Compounds. 2: Reprocessing Stability”, Polymer Engineering and Science, Vol. 39, pp. 1242-1250.

45. Guowai, M., Zhenging, F., and Chengwai, X., 2003, “Phase Dispersion-Crosslinking Synergism in Binary Blends of Poly (vinyl chloride) with Low-Density Polyethylene: Entrapping Phenomenon in PVC/LDPE/DCP Blends”, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 88, pp. 1296-1303.

46. Sombatsompop, N., Sugsanit, K., and Thongpin, C., 2004, “Structure Changes of PVC in PVC/LDPE Melt-Blends: Effect of LDPE Content and Number of Extrusion”, Polymer Engineering and Science, Vol. 44, pp. 487-495.

47. Mills, N.J., 1993, Plastics Microstructure & Engineering Applications, 2nd ed., London : Edward Arndd A. member of Hodder Headline group, 23-29, 144-147.

48. Brandrup, J., and Immergut, E.H., 1989, Polymer Handbook, 3rd ed., New York, John Wiley, pp. II-475.

49. Matuschek, G., Milanov, N., and Kettrup, A., 2000, “Thermoanalytical Investigations for the Recycling of PVC”, Thermochimica Acta, Vol. 361, pp. 77-84.

50. He, P., Huang, Xiao, H.W., Huang, S., and Cheng, S., 1997, “A Study on PVC/LLDPE Blends with Solid-State Chlorinated Polyethylene as Compatibilizer”, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 64, pp. 2535-2541.

51. Geoffrey, M.A., 1999, “Kinetic and Chemical Studies of Polymer Cross-linking using Thermal Gravimetry and Hyphenated Methods Degradation of Polyvinylchloride.” Polymer Degradation and Stability, Vol. 64, pp. 353-357.

108

52. Anold, J.C., Maund, B., and Isaac D.H.,1996, “The Mechanical Properties of Recycled PVC Bottle Compounds”, Materials Processing Technology, Vol. 56, pp. 475-481.

53. Qing-Ye, Z., Bang-Hua, Z., Mou-Dao, S., and Bing-Lin, H., 1996, “Compattibilizing effect of Poly(Hydrogenated butadiene-methyl methacrylate)copolymer for PVC/LLDPE blends.” European Polymer Journal, Vol. 32, pp. 1140 -1150.

54. Charles, B.A., 1996, Polymer Toughnening, New York , Marcel Dekker, Inc., pp. 199-208, 220-221.

109

ภาคผนวก ก ตารางแสดงคณสมบตของ High Density Polyetylene ทใชในงานวจย

HDPE Properties Unit

Testing Method (ASTM) H6105JU H5818J

Melt Flow Index g/10 min D 1238 5 18 Density g/cm3 D 1505 0.961 0.958

Tensile Strength at Yield MPa D 638 30.4 27.5 Tensile Strength at Break MPa D 638 16.7 19.6

Elongation at Break % D 638 >500 100 Flexural Modulus MPa D 790 1226 1275 Hardness, Shore D - D 2240 66 66

Melting Point ๐C D 2117 133 131 Vicat Softening Point ๐C D 1525 127 122

หมายเหต : ขอมลตางๆ ไดรบจากแคตาลอกผลตภณฑของ Thai Polyethylene Co.,Ltd. และ เปนขอมลแสดงสมบตทางกายภาพของผลตภณฑ ซงไดจากการทดสอบภายใตสถาวะการควบคมในหองทดสอบของเจาของเทคโนโลยการผลตเทานน ทงนสมบตทางกายภาพของผลตภณฑขนอยกบสภาวะการผลตของผผลต

110

ตารางแสดงคณสมบตของ Low Density Polyetylene ทใชในงานวจย

LDPE Properties Unit

Testing Method (ASTM) LD1905F S1018 SU1018

Melt Flow Index g/10 min D 1238 5 20 45 Density g/cm3 D 1505 0.919 0.916 0.916

Tensile Strength at Yield MPa D 638 - 9.5 9.5 Tensile Strength at Break MPa D 638 20.6 (MD)

16.7 (TD) 8.5 7.5

Elongation at Break % D 638 200 (MD) 720 (TD)

400 170

Hardness, Shore D - D 2240 46 48 48 Melting Point ๐C D 2117 110 - -

Vicat Softening Point ๐C D 1525 90 82 78 หมายเหต : ขอมลตางๆ ไดรบจากแคตาลอกผลตภณฑของ Thai Polyethylene Co.,Ltd. และ เปนขอมลแสดงสมบตทางกายภาพของผลตภณฑ ซงไดจากการทดสอบภายใตสถาวะการควบคมในหองทดสอบของเจาของเทคโนโลยการผลตเทานน ทงนสมบตทางกายภาพของผลตภณฑขนอยกบสภาวะการผลตของผผลต

111

ภาคผนวก ข วธการคานวณสมบตตานทานแรงดง

สมบตตานทานแรงดงของวสด เปนตวบอกความแขงแรงและความสารถในการทนรบแรงดงของวสดจนขาดในระยะเวลาสนๆ ดวยอตราการดงคงท โดยการเตรยมชนงานสาหรบทดสอบ จะเตรยมใหอยในรปของดมเบล (Dumbbell) ตามมาตรฐาน ASTM D638, Type І ดวยอตราเรว 50 มลลเมตรตอนาท จนชนงานแยกขาดจากกน โดยผลการทดลองทไดจะแสดงในรปของความสมพนธระหวางความเคน (Stress) และความเครยด (Strain) โดยคาดงกลาวสามารถคานวณไดจากสตรทแสดงในสมการท 1 และ 2 ตามลาดบงานวจยนจะนาเสนอขอมลทได จากการทดสอบแรงดง ในรปของคาความทนทานตอการเสยรป (Elastic modulus) คาความตานทานแรงดงสงสด (Ultimate Tensile Stress) และความสามารถในการยดตวสงสด (Elongation at break) ซงสามารถคานวณไดจากสตรทแสดงในสมการท 3 - 5 ตามลาดบ

0Α=

Fσ สมการท 1

00

0

LL

LLLi ∆

=−

=ε สมการท 2

โดย σ คอ ความเคน มหนวยเปนนวตนตอตารางเมตร ε คอ ความเครยด F คอ แรงดงทใหกบชนงาน มหนวยเปนนวตน

0A คอ พนทหนาตดของชนงานในชวงความยาวเกจ (Gauge length) มหนวยเปนตาราง เมตร

iL คอ ความยาวชนงาน ณ ตาแหนงหรอระยะยดใดๆ มหนวยเปนมลลเมตร 0L คอ ความยาวของชนงานเรมตนในชวงความยาวเกจ มหนวยเปนมลลเมตร ความทนทานตอการเสยรป (Elastic modulus) คา Elastic modulus คอคาทสามารถคานวณไดจากความชนของกราฟทแสดงความสมพนธระหวางความเคนและความเครยด ในชวงกอนถงจดคราก (Yield) ของเสนกราฟ ซงในชวงดงกลาว

112

ชนงานตวอยางจะสามารถกลบคนสขนาดเดมกอนทาการดงชนงานตวอยางได เมอปลอยแรงทใหกบชนงาน โดยสตรทใชในการคานวณแสดงดงสมการท 3 โดยคา Elastic modulus มหนวยเปนนวตนตอตารางเมตร

Elastic modulusεσ

= สมการท 3

ความตานทานแรงดงทจกคราก (Yield strength) เปนอตราสวนของแรงดงทชนงานไดรบทจดครากซงมคาสงสดกบพนทหนาตดเรมตน ดงสมการท 4 เมอ maxF คอแรงดงสงสดทชนงานสามารถรบได มหนวยเปนนวตน

Yield strength 0

max

AF


ความสามารถในการยดตวสงสด (Elongation at break) คา Elongation at break เปนคาบอกความสามารถในการยดตวของชนงาน ณ จดขาด นยมรายงานในรปของเปอรเซนต โดยสามารถคานวณไดจากสมการท 5

% Elongation ( )0

0 100LLLi ×−


113

ประวตผวจย

ชอ-สกล นางสาวอาทชา โยธารกษ ทอย 96/145-146 ซ.เอกชย 109 ถ.เอกชย แขวงบางบอน เขตบางบอน จงหวด

กรงเทพมหานคร 10150 ประวตการศกษา พ.ศ. 2545 สาเรจการศกษาปรญญาวศวกรรมศาสตรบณฑต สาขาวชาปโตรเคมและวสดพอล

เมอร จากมหาวทยาลยศลปากร พระราชวงสนามจนทร นครปฐม พ.ศ. 2546 ศกษาตอระดบปรญญามหาบณฑต สาขาวชาวทยาการและวศวกรรมพอลเมอร

บณฑตวทยาลย มหาวทยาลยศลปากร

ิต 2549 ัมหาวิทยาลัิยศลปา ... - silpakorn...

Documents