บทคัดย่อ: การประยุกต์ใช้ภายในประเทศไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสได้มีการนำไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสที่ผลิตในประเทศมาใช้ในการผลิตพีวีซีที่มีระดับการพอลิเมอไรเซชันสูง และได้ทำการศึกษาผลกระทบของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสสองชนิดต่อคุณสมบัติของพีวีซีที่มีระดับการพอลิเมอไรเซชันสูง ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่าสามารถใช้ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสที่ผลิตในประเทศทดแทนไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสที่นำเข้าได้
เรซิน PVC ที่มีระดับการพอลิเมอไรเซชันสูง หมายถึง เรซิน PVC ที่มีระดับการพอลิเมอไรเซชันเฉลี่ยมากกว่า 1,700 หรือมีโครงสร้างเชื่อมโยงระหว่างโมเลกุลเพียงเล็กน้อย ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเป็นเรซิน PVC ที่มีระดับการพอลิเมอไรเซชันเฉลี่ย 2,500 [1] เมื่อเปรียบเทียบกับเรซิน PVC ทั่วไป เรซิน PVC ที่มีระดับการพอลิเมอไรเซชันสูงจะมีความยืดหยุ่นสูง การเสียรูปถาวรน้อย ทนความร้อนได้ดี ทนต่อการเสื่อมสภาพ ทนต่อความล้า และทนต่อการสึกหรอ เป็นวัสดุทดแทนยางที่เหมาะสมและสามารถใช้ในแถบซีลรถยนต์ สายไฟและสายเคเบิล สายสวนทางการแพทย์ ฯลฯ [2]
วิธีการผลิต PVC ที่มีระดับการพอลิเมอไรเซชันสูงส่วนใหญ่คือการพอลิเมอไรเซชันแบบแขวนลอย [3-4] ในการผลิตด้วยวิธีแขวนลอย สารช่วยกระจายตัวเป็นสารช่วยที่สำคัญ และชนิดและปริมาณของสารช่วยกระจายตัวจะส่งผลโดยตรงต่อรูปร่างของอนุภาค การกระจายขนาดอนุภาค และการดูดซับพลาสติไซเซอร์ของเรซิน PVC ที่ได้ ระบบการกระจายตัวที่ใช้กันทั่วไปคือระบบโพลีไวนิลแอลกอฮอล์ และระบบการกระจายตัวแบบผสมระหว่างไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสและโพลีไวนิลแอลกอฮอล์ และผู้ผลิตในประเทศส่วนใหญ่ใช้ระบบหลัง [5]
1. วัตถุดิบหลักและข้อกำหนด
วัตถุดิบหลักและข้อกำหนดที่ใช้ในการทดสอบแสดงอยู่ในตารางที่ 1 จากตารางที่ 1 จะเห็นได้ว่าไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสที่ผลิตในประเทศที่เลือกใช้ในงานวิจัยนี้มีความสอดคล้องกับไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสที่นำเข้า ซึ่งเป็นเงื่อนไขเบื้องต้นสำหรับการทดสอบการทดแทนในงานวิจัยนี้
2. เนื้อหาการทดสอบ
2.1 การเตรียมสารละลายไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส
นำน้ำปราศจากไอออนปริมาณหนึ่งใส่ลงในภาชนะแล้วให้ความร้อนจนถึง 70°C จากนั้นค่อยๆ เติมไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสลงไปทีละน้อยพร้อมคนอย่างต่อเนื่อง เซลลูโลสจะลอยอยู่บนน้ำในตอนแรก จากนั้นจะค่อยๆ กระจายตัวจนผสมเข้ากันอย่างทั่วถึง ปล่อยให้สารละลายเย็นลงจนได้ปริมาตรที่ต้องการ
ตารางที่ 1 วัตถุดิบหลักและข้อกำหนดเฉพาะ
| ชื่อวัตถุดิบ | ข้อกำหนด |
| ไวนิลคลอไรด์โมโนเมอร์ | คะแนนคุณภาพ ≥ 99.98% |
| น้ำที่ผ่านการแยกเกลือออกจากน้ำ | ค่าการนำไฟฟ้า ≤ 10.0 μs/cm, ค่า pH 5.00 ถึง 9.00 |
| โพลีไวนิลแอลกอฮอล์ เอ | ระดับการสลายด้วยแอลกอฮอล์ 78.5% ถึง 81.5%, ปริมาณเถ้า ≤0.5%, สารระเหย ≤5.0% |
| โพลีไวนิลแอลกอฮอล์ บี | ระดับการสลายด้วยแอลกอฮอล์ 71.0% ถึง 73.5%, ความหนืด 4.5 ถึง 6.5 mPa·s, สารระเหย ≤ 5.0% |
| โพลีไวนิลแอลกอฮอล์ ซี | ระดับการสลายตัวด้วยแอลกอฮอล์ 54.0% ถึง 57.0% ความหนืด 800 ~ 1400 mPa·s ปริมาณของแข็ง 39.5% ถึง 40.5% |
| ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส เอ ที่นำเข้า | ความหนืด 40 ~ 60 mPa·s, สัดส่วนมวลของเมทอกซิล 28% ~ 30%, สัดส่วนมวลของไฮดรอกซีโพรพิล 7% ~ 12%, ความชื้น ≤5.0% |
| ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส บี ในประเทศ | ความหนืด 40 ~ 60 mPa·s, สัดส่วนมวลของเมทอกซิล 28% ~ 30%, สัดส่วนมวลของไฮดรอกซีโพรพิล 7% ~ 12%, ความชื้น ≤5.0% |
| บิส (2-เอทิลเฮกซิลเพอร์ออกซีไดคาร์บอเนต) | เศษส่วนมวล [ (45 ~ 50) ± 1] % |
2.2 วิธีการทดสอบ
ในการทดสอบด้วยอุปกรณ์ทดสอบขนาดเล็ก 10 ลิตร ใช้ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสที่นำเข้าเพื่อทำการทดสอบมาตรฐานเพื่อกำหนดสูตรพื้นฐานของการทดสอบขนาดเล็ก จากนั้นใช้ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสที่ผลิตในประเทศมาทดแทนไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสที่นำเข้าเพื่อทำการทดสอบ และเปรียบเทียบผลิตภัณฑ์เรซิน PVC ที่ผลิตจากไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสชนิดต่างๆ เพื่อศึกษาความเป็นไปได้ในการใช้ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสที่ผลิตในประเทศมาทดแทน โดยดำเนินการทดสอบการผลิตตามผลการทดสอบขนาดเล็ก
2.3 ขั้นตอนการทดสอบ
ก่อนเริ่มปฏิกิริยา ให้ทำความสะอาดหม้อพอลิเมอไรเซชัน ปิดวาล์วด้านล่าง เติมน้ำปราศจากเกลือในปริมาณที่กำหนด แล้วเติมสารช่วยกระจายตัว ปิดฝาหม้อ ทำการดูดอากาศออกหลังจากผ่านการทดสอบแรงดันไนโตรเจน แล้วจึงเติมไวนิลคลอไรด์โมโนเมอร์ หลังจากคนในอุณหภูมิเย็นแล้ว ให้เติมสารเริ่มต้นปฏิกิริยา ใช้การหมุนเวียนน้ำเพื่อเพิ่มอุณหภูมิในหม้อให้ถึงอุณหภูมิปฏิกิริยา และเติมสารละลายแอมโมเนียมไบคาร์บอเนตอย่างทันท่วงทีในระหว่างกระบวนการนี้เพื่อปรับค่า pH ของระบบปฏิกิริยา เมื่อแรงดันปฏิกิริยาลดลงถึงแรงดันที่ระบุในสูตร ให้เติมสารหยุดปฏิกิริยาและสารลดฟอง แล้วนำผลิตภัณฑ์เรซิน PVC ที่ได้ออกมาโดยการปั่นเหวี่ยงและทำให้แห้ง แล้วนำตัวอย่างไปวิเคราะห์
2.4 วิธีการวิเคราะห์
ตามวิธีการทดสอบที่เกี่ยวข้องในมาตรฐานองค์กร Q31/0116000823C002-2018 ได้ทำการทดสอบและวิเคราะห์ค่าความหนืด ความหนาแน่นปรากฏ ปริมาณสารระเหย (รวมถึงน้ำ) และการดูดซับพลาสติไซเซอร์ของเรซิน PVC สำเร็จรูป 100 กรัม นอกจากนี้ยังได้ทำการทดสอบขนาดอนุภาคเฉลี่ยของเรซิน PVC และสังเกตลักษณะทางสัณฐานวิทยาของอนุภาคเรซิน PVC โดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน
3. ผลการวิจัยและการอภิปราย
3.1 การวิเคราะห์เปรียบเทียบคุณภาพของเรซิน PVC แต่ละล็อตในการผลิตพอลิเมอไรเซชันขนาดเล็ก
กด 2. ตามวิธีการทดสอบที่อธิบายไว้ในข้อ 4 เรซิน PVC สำเร็จรูปขนาดเล็กแต่ละชุดได้รับการทดสอบ และผลลัพธ์แสดงอยู่ในตารางที่ 2
ตารางที่ 2 ผลลัพธ์ของชุดทดสอบขนาดเล็กที่แตกต่างกัน
| ชุด | ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส | ความหนาแน่นปรากฏ/(กรัม/มิลลิลิตร) | ขนาดอนุภาคเฉลี่ย/μm | ความหนืด/(มล./กรัม) | การดูดซับพลาสติไซเซอร์ของเรซิน PVC 100 กรัม/กรัม | สารระเหย/% |
| 1# | นำเข้า | 0.36 | 180 | 196 | 42 | 0.16 |
| 2# | นำเข้า | 0.36 | 175 | 196 | 42 | 0.20 |
| 3# | นำเข้า | 0.36 | 182 | 195 | 43 | 0.20 |
| 4# | ภายในประเทศ | 0.37 | 165 | 194 | 41 | 0.08 |
| 5# | ภายในประเทศ | 0.38 | 164 | 194 | 41 | 0.24 |
| 6# | ภายในประเทศ | 0.36 | 167 | 194 | 43 | 0.22 |
จากตารางที่ 2 จะเห็นได้ว่า ความหนาแน่นปรากฏ ค่าความหนืด และการดูดซับพลาสติไซเซอร์ของเรซิน PVC ที่ได้จากการใช้เซลลูโลสชนิดต่างๆ ในการทดสอบขนาดเล็กนั้นค่อนข้างใกล้เคียงกัน โดยผลิตภัณฑ์เรซินที่ได้จากการใช้สูตรไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสที่ผลิตในประเทศนั้น มีขนาดอนุเฉลี่ยเล็กกว่าเล็กน้อย
ภาพที่ 1 แสดงภาพถ่าย SEM ของผลิตภัณฑ์เรซิน PVC ที่ได้จากการใช้ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสในปริมาณที่แตกต่างกัน
(1)—ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสที่นำเข้า
(2)—ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสในประเทศ
รูปที่ 1 ภาพถ่าย SEM ของเรซินที่ผลิตในเครื่องพอลิเมอไรเซอร์ขนาด 10 ลิตร โดยมีไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสในปริมาณที่แตกต่างกัน
จากรูปที่ 1 จะเห็นได้ว่าโครงสร้างพื้นผิวของอนุภาคเรซิน PVC ที่ผลิตโดยใช้สารช่วยกระจายตัวของเซลลูโลสที่แตกต่างกันนั้นค่อนข้างคล้ายคลึงกัน
โดยสรุปแล้ว จะเห็นได้ว่าไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสที่ผลิตในประเทศซึ่งทดสอบในงานวิจัยนี้ มีความเป็นไปได้ที่จะใช้ทดแทนไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสที่นำเข้าจากต่างประเทศได้
3.2 การวิเคราะห์เปรียบเทียบคุณภาพของเรซิน PVC ที่มีระดับการเกิดพอลิเมอร์สูงในการทดสอบการผลิต
เนื่องจากต้นทุนและความเสี่ยงของการทดสอบการผลิตสูง จึงไม่สามารถนำแผนการทดแทนแบบเต็มรูปแบบสำหรับการทดสอบขนาดเล็กมาใช้ได้โดยตรง ดังนั้นจึงใช้แผนการค่อยๆ เพิ่มสัดส่วนของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสที่ผลิตในประเทศในสูตรแทน ผลการทดสอบของแต่ละล็อตแสดงในตารางที่ 3
ตารางที่ 3 ผลการทดสอบของชุดการผลิตต่างๆ
| ชุด | M (ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสที่ผลิตในประเทศ): M (ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสที่นำเข้า) | ความหนาแน่นปรากฏ/(กรัม/มิลลิลิตร) | ค่าความหนืด (มิลลิลิตร/กรัม) | การดูดซับพลาสติไซเซอร์ของเรซิน PVC 100 กรัม/กรัม | สารระเหย/% |
| 0# | 0:100 | 0.45 | 196 | 36 | 0.12 |
| 1# | 1.25:1 | 0.45 | 196 | 36 | 0.11 |
| 2# | 1.25:1 | 0.45 | 196 | 36 | 0.13 |
| 3# | 1.25:1 | 0.45 | 196 | 36 | 0.10 |
| 4# | 2.50:1 | 0.45 | 196 | 36 | 0.12 |
| 5# | 2.50:1 | 0.45 | 196 | 36 | 0.14 |
| 6# | 2.50:1 | 0.45 | 196 | 36 | 0.18 |
| 7# | 100:0 | 0.45 | 196 | 36 | 0.11 |
| 8# | 100:0 | 0.45 | 196 | 36 | 0.17 |
| 9# | 100:0 | 0.45 | 196 | 36 | 0.14 |
จากตารางที่ 3 จะเห็นได้ว่าการใช้ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสที่ผลิตในประเทศเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องจนกระทั่งไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสที่ผลิตในประเทศทั้งหมดเข้ามาแทนที่ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสที่นำเข้า ตัวชี้วัดหลัก เช่น การดูดซับพลาสติไซเซอร์และความหนาแน่นปรากฏ ไม่ผันผวนอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสที่ผลิตในประเทศที่เลือกใช้ในงานวิจัยนี้สามารถใช้ทดแทนไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสที่นำเข้าในการผลิตได้
4. บทสรุป
การทดสอบภายในประเทศไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสจากการทดสอบในอุปกรณ์ทดสอบขนาดเล็ก 10 ลิตร พบว่ามีความเป็นไปได้ที่จะใช้ทดแทนไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสที่นำเข้า ผลการทดสอบการทดแทนในกระบวนการผลิตแสดงให้เห็นว่า เมื่อใช้ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสที่ผลิตในประเทศในการผลิตเรซิน PVC ตัวชี้วัดคุณภาพหลักของเรซิน PVC สำเร็จรูปและไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสที่นำเข้าไม่มีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ ปัจจุบัน ราคาเซลลูโลสในประเทศในตลาดต่ำกว่าเซลลูโลสที่นำเข้า ดังนั้น หากใช้เซลลูโลสในประเทศในการผลิต จะสามารถลดต้นทุนของสารช่วยในการผลิตได้อย่างมาก
วันที่เผยแพร่: 25 เมษายน 2567