แบบหล่อคอนกรีตจากวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตร
Category: นวัตกรรมวัสดุ
วัสดุศาสตร์
ความปลอดภัยบรรจุภัณฑ์พลาสติกบรรจุอาหาร
ศิโรรัตน์ ตั้งสถิตพร
นักทดลองวิทยาศาสตร์บริการ
ห้องปฏิบัติการทดสอบการสลายตัวทางชีวภาพของวัสดุ
ศูนย์พัฒนาและวิเคราะห์สมบัติของวัสดุ
ปัจจุบันมีปริมาณการใช้บรรจุภัณฑ์พลาสติกเพื่อห่อหุ้มและรักษาคุณภาพของอาหารเพิ่มสูงขึ้น อีกทั้งยังมีการออกแบบรูปร่างที่หลากหลายและมีสีสันที่สวยงาม ซึ่งอาจส่งผลให้มีสารอันตรายปนเปื้อนในอาหารและส่งผลต่อร่างกายเมื่อได้รับการสะสมในปริมาณมาก ดังนั้นในแต่ละประเทศจึงมีหน่วยงานที่รับผิดชอบดูแลด้านความปลอดภัย และกำหนดมาตรฐานของบรรจุภัณฑ์พลาสติกบรรจุอาหารขึ้น เพื่อใช้เป็นระเบียบในการควบคุมคุณภาพของบรรจุภัณฑ์ เช่น ประเทศสหรัฐอเมริกาโดยสำนักงานอาหารและยา (US Food and Drug Administration) หรือระเบียบสหภาพยุโรป (Commission Regulation) เป็นต้น เพื่อให้มั่นใจว่าผู้บริโภคจะได้รับอาหารที่ปลอดภัย ดังนั้นบรรจุภัณฑ์พลาสติกบรรจุอาหารที่ผ่านระเบียบข้อบังคับนี้ จึงได้รับการยอมรับในมาตรฐานของบรรจุภัณฑ์
ประเทศไทยโดยกระทรวงสาธารณะสุข ซึ่งมีอำนาจหน้าที่เกี่ยวกับสุขภาพอนามัยของประชาชนภายในประเทศ ได้เล็งเห็นถึงความสำคัญของการป้องกันการปนเปื้อนในอาหาร จึงออกระเบียบข้อบังคับ เรื่อง กำหนดคุณภาพหรือมาตรฐานของภาชนะบรรจุที่ทําจากพลาสติก ฉบับที่ 295 ซึ่งกำหนดให้ภาชนะบรรจุที่ผลิตจากพลาสติกต้องมีคุณภาพ เช่น
- สะอาด ไม่มีสารอื่นออกมาปนเปื้อนกับอาหารในปริมาณที่อาจเป็นอันตรายต่อสุขภาพ ไม่มีจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรค และไม่มีสีออกมาปนเปื้อนกับอาหาร
- ห้ามใช้บรรจุภัณฑ์พลาสติกที่มีสีสัมผัสอาหาร ยกเว้นพลาสติกชนิดลามิเนต (laminate) ที่พลาสติกชั้นในสุดต้องไม่มีสี หรือบรรจุภัณฑ์พลาสติกนั้นผ่านการเห็นชอบจากสำนักงานคณะกรรมการอาหารและยา
- ห้ามมิให้ใช้ภาชนะบรรจุที่ทำขึ้นจากพลาสติกที่ใช้แล้วบรรจุอาหาร เว้นแต่ใช้เพื่อบรรจุผลไม้ ชนิดที่ไม่รับประทานเปลือก
- ห้ามมิให้ใช้ภาชนะบรรจุที่ทำจากพลาสติกที่เคยใช้บรรจุหรือหุ้มห่อปุ๋ย วัตถุมีพิษ หรือวัตถุที่อาจเป็นอันตรายต่อสุขภาพเป็นภาชนะบรรจุอาหาร
- ภาชนะบรรจุที่ทำจากพลาสติกซึ่งใช้บรรจุนมหรือผลิตภัณฑ์นม ต้องเป็นพลาสติกชนิดพอลิเอทิลีน, เอทิลีน 1-แอลคีน โคพอลิเมอร์ไรซด์เรซิน, พอลิพรอพีลีน, พอลิสไตรีน หรือพอลิเอทิลีนเทเรฟ-ทาลเลต
- ปริมาณสารตะกั่ว สารแคดเมียม สารหนู สารฟอร์มัลดีไฮด์ และสารสไตรีน เป็นต้น ไม่เกิน 100 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัม
นอกจากข้อกำหนดด้านความปลอดภัยของบรรจุภัณฑ์พลาสติกทางการค้าทั่วไปแล้ว ยังมีข้อกำหนดด้านความปลอดภัยของบรรจุภัณฑ์พลาสติกชีวภาพ ตามมาตรฐานสากล ISO17088-2012 ซึ่งประเทศไทยโดยสำนักงานมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมเป็นหน่วยงานที่รับผิดชอบ ได้ออกประกาศกำหนดมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมข้อกำหนดพลาสติกสลายตัวได้ เลขที่ มอก. 17088-2555 เพื่อให้ผลิตภัณฑ์พลาสติกชีวภาพของไทยได้คุณภาพตามกฎระเบียบในการจัดการขยะบรรจุภัณฑ์ของประเทศคู่ค้าที่สำคัญและเป็นการกำกับดูแลด้านความปลอดภัยให้แก่ผู้บริโภค
เกณฑ์กำหนดตามมาตรฐานสากล ISO 17088-2012 (หน่วยมิลลิกรัมต่อกิโลกรัม)
ถึงแม้ว่าภาครัฐได้ให้ความสำคัญกับสุขภาพและความปลอดภัยของผู้บริโภค ด้วยการกำหนดมาตรฐานความปลอดภัยต่างๆ ออกมา หากแต่ผู้บริโภคยังเลือกใช้บรรจุภัณฑ์พลาสติกที่มีสมบัติไม่เหมาะสม ก็มีโอกาสได้รับสารอันตรายเพิ่มขึ้นและก่อให้เกิดปัญหาต่อสิ่งแวดล้อมเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง
ที่มา:
สำนักงานคณะกรรมการอาหารและยา. 2558. การศึกษาข้อมูลกฎระเบียบที่เป็นอุปสรรคต่อการนำเข้าและส่งออกผลิตภัณฑ์สุขภาพ
ประกาศกระทรวงสาธารณสุข (ฉบับที่ 295) พ.ศ. 2548 เรื่อง กำหนดคุณภาพหรือมาตรฐานของภาชนะบรรจุที่ทำจากพลาสติก
International Organization for Standardization. ISO 17088: Specifications for compostable plastics. 8 pp.
Posted in ความรู้สู่ประชาชน, นวัตกรรมวัสดุ, นิเวศวิทยากับสิ่งแวดล้อม, วิทยาศาสตร์ชีวภาพ
|
จุลินทรีย์ผู้สร้างและผู้ทำลายพลาสติก
นิตยาพร สมภักดีย์
นักทดลองวิทยาศาสตร์บริการ
ห้องปฏิบัติการทดสอบการสลายตัวทางชีวภาพของวัสดุ
ศูนย์พัฒนาและวิเคราะห์สมบัติของวัสดุ
ขยะพลาสติกจากการใช้งานด้านบรรจุภัณฑ์ เช่น ถุงใส่อาหาร ขวดเครื่องดื่ม กล่องโฟม จัดเป็นปัญหามลพิษสิ่งแวดล้อมที่สำคัญอันดับต้นๆของโลก เนื่องจากผลิตภัณฑ์เหล่านี้เป็นพลาสติกที่ผลิตจากพอลิเมอร์สังเคราะห์จากอุตสาหกรรมปิโตรเคมี มีปริมาณความต้องการใช้งานที่สูงมากแต่ระยะการใช้งานสั้น ก่อให้เกิดปัญหาปริมาณขยะพลาสติกล้นเมืองขึ้นอย่างรวดเร็ว เนื่องจากมีความคงทนสูง เมื่อถูกทิ้งให้เป็นขยะจะต้องใช้เวลาในการสลายตัวตามธรรมชาติไม่ต่ำกว่า 20 ปีไปจนถึงมากกว่า 1,000 ปี
จุลินทรีย์…สิ่งมีชีวิตขนาดเล็กที่ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า แต่เป็นประโยชน์ในการผลิตและถนอมอาหาร ตลอดจนการย่อยสลายซากพืชซากสัตว์ สามารถนำมาประยุกต์ใช้ทั้งในอุตสาหกรรมอาหาร การแพทย์ การเกษตร เป็นต้น สำหรับด้านการอนุรักษ์และฟื้นฟูสิ่งแวดล้อมที่เป็นปัญหาจากการดำเนินชีวิตประจำวันของมนุษย์ จุลินทรีย์จัดเป็นสิ่งมีชีวิตมหัศจรรย์ที่เป็นทั้งผู้สร้างและผู้ทำลายพลาสติก กล่าวคือ นอกจากการสลายตัวของพลาสติกที่เกิดขึ้นได้โดยกิจกรรมของจุลินทรีย์ในธรรมชาติที่ต้องใช้ระยะเวลาที่ยาวนานแล้ว จุลินทรีย์บางชนิดสามารถที่จะผลิตพลาสติกที่มีคุณสมบัติพิเศษ คือ นำมาใช้ประโยชน์ได้เหมือนผลิตภัณฑ์พลาสติกที่ผลิตจากอุตสาหกรรมปิโตรเคมี แต่สลายตัวได้ง่ายในธรรมชาติ หรือที่เรียกกันว่า “พลาสติกชีวภาพ” ซึ่งในปัจจุบันพลาสติกชีวภาพที่นำมาใช้ประโยชน์อย่างแพร่หลาย ได้แก่
1. Polylactic acid (PLA) เป็นพลาสติกชีวภาพชนิดแรกที่มีงานวิจัยรองรับและได้รับความสนใจในเชิงพาณิชย์มากที่สุด ซึ่งมีส่วนแบ่งทางการตลาดมากถึงร้อยละ 54 โดยทั่วไป กระบวนการผลิต PLA เริ่มจาก การผลิตกรดแลคติกจากกิจกรรมของจุลินทรีย์กลุ่มแลคติกแอซิดแบคทีเรียในกระบวนการหมักวัตถุดิบธรรมชาติ อาทิ แป้งข้าวโพด แป้งมันสำปะหลัง เป็นต้น จากนั้น นำกรดแลคติกมาผ่านกระบวนการทางเคมี เพื่อเปลี่ยนโครงสร้างให้เป็นสารใหม่ที่มีโครงสร้างทางเคมีเป็นวงแหวนเรียกว่า แลคไทด์ แล้วนำมากลั่นในระบบสุญญากาศเพื่อเปลี่ยนโครงสร้างได้เป็นพอลิเมอร์ของแลคไทด์ ที่เป็นสายยาวขึ้น (Polymerization) เรียกว่า PLA ผลิตภัณฑ์จาก PLA มีหลากหลายชนิด อาทิ แก้วน้ำ กล่องบรรจุอาหาร ถุงใส่ของ เป็นต้น หลังสิ้นสุดการใช้งาน ผลิตภัณฑ์เหล่านี้ถูกย่อยสลายได้ง่ายด้วยจุลินทรีย์ในธรรมชาติ
Polylactic acid รูปแบบ pellets
(http://www.alibaba.com/product-detail)
ผลิตภัณฑ์จาก Polylactic acid
(http://www.nkrpackage.com/site/bioplastic.html)
2. Polyhydroxyalkanoates (PHAs) เป็นโพลิเมอร์ที่จุลินทรีย์ เช่น Ralstonia eutropha, Rhodobacter shaeroides, Pseudomas putida สร้างขึ้นเพื่อเป็นแหล่งพลังงานสะสมในเซลล์ การสร้าง PHAs จะเกิดขึ้นเมื่อแหล่งอาหาร เช่น ไนโตรเจนหรือฟอสฟอรัสขาดแคลน ในขณะที่มีแหล่งคาร์บอนอื่นๆ อยู่มากเกินความจำเป็น การผลิต PHA เริ่มต้นจากการเพาะเลี้ยงจุลินทรีย์ในอาหารเลี้ยงเชื้อที่เหมาะสมต่อสะสม PHA เมื่อใช้กล้องจุลทรรศน์ตรวจดูที่เซลล์ของจุลินทรีย์จะเห็น PHAs เป็นแกรนูลขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 0.2-0.5 ไมโครเมตร กระจายอยู่ทั่วไปในไซโทพลาซึม เมื่อสิ้นสุดการเพาะเลี้ยงจะนำเซลล์จุลินทรีย์มาสกัดและทำบริสุทธิ์ให้ได้ PHA ปัจจุบันมีการนำพลาสติกชีวภาพในกลุ่ม PHA มาใช้ในการผลิตเป็นผลิตภัณฑ์หลายชนิด เช่น แก้วน้ำ ฝาขวดน้ำ ฝาแก้ว รวมทั้งเป็นสารตั้งต้นในการผลิตสารเคมีกลุ่ม Fire chemical และวัสดุเคลือบบรรจุภัณฑ์ เป็นต้น
PHAs ภายในเซลล์ของ Rhodobacter shaeroides
(http://www.biotechnologyforums.com/thread-2280.html)
ผลิตภัณฑ์จาก PHAs
(https://www.biooekonomie-bw.de/en/articles/news/bacteria-to-produce-bioplastics/)
อย่างไรก็ตาม วัสดุใดๆในโลกต้องมีวันเสื่อมสลาย หรือเปลี่ยนจากรูปแบบหนึ่งไปเป็นรูปแบบอื่น โดยอาศัยปัจจัยต่างๆ ทั้งปัจจัยที่ไม่มีชีวิต เช่น แสง ความร้อน ความชื้น ความเป็นกรด ด่าง เป็นต้น และปัจจัยที่มีชีวิต คือ จุลินทรีย์ ซึ่งมีบทบาทสำคัญในกระบวนการ “ย่อยสลายทางชีวภาพ”
การย่อยสลายทางชีวภาพของวัสดุทั่วไปหลังจากทิ้งไว้ตามที่ต่างๆ ทั้งบนดิน ในแหล่งน้ำ หรือในทะเล เมื่อได้รับแสง ความร้อน ความชื้น กรด ด่างในระยะเวลาหนึ่ง วัสดุเหล่านั้นจะมีการเสื่อมของโครงสร้างทางเคมี จากวัสดุที่มีขนาดใหญ่จะมีขนาดเล็กลงไปเรื่อยๆ และเมื่อมีขนาดเล็กกว่า 0.2 ไมโครเมตร จุลินทรีย์จะสามารถดูดซึมเข้าสู่เซลล์เพื่อใช้เป็นแหล่งพลังงานในการเจริญเติบโต ทั้งนี้ ถ้าเป็นการย่อยสลายแบบใช้ออกซิเจน จะได้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และน้ำ เป็นผลิตภัณฑ์สุดท้าย ในขณะที่การย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน จะได้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ และก๊าซมีเทน กลับคืนสู่สิ่งแวดล้อม กล่าวได้ว่าการย่อยสลายโดยจุลินทรีย์เป็นกระบวนการที่ปลอดภัยและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม
เอกสารอ้างอิง
สำนักงานนวัตกรรมแห่งชาติ. 2556. INNOVATION TREND: พลาสติกชีวภาพ. http://www.nia.or.th/innolinks/page.php.
ประดินันท์ เอี่ยมสะอาด. 2560. โพลีไฮดรอกซีอัลคาโนเอตซ พลาสติกชีวภาพจากแบคทีเรีย. วารสารวิชาการพระจอมเกล้าพระนครเหนือ. ปีที่ 27. ฉบับที่ 1. หน้า 147-158.
จตุพร วุฒิกนกกาญจน์และคณะฯ. 2556. การพัฒนาบรรจุภัณฑ์ จากพลาสติกชีวภาพชนิด PLA. คณะพลังงานสิ่งแวดและวัสดุ. มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี.
http://www.seem.kmutt.ac.th/research/pentec/interestingarticle.php.
การประเมินผลพฤติกรรมการกัดกร่อนของโลหะจากเส้นโค้งโพลาไรเซชัน (polarization curve)
การประเมินผลพฤติกรรมการกัดกร่อนของโลหะจากเส้นโค้งโพลาไรเซชัน (polarization curve)
>>โดย รุจีภรณ์ นาคขุนทด <<<
ศูนย์พัฒนาและวิเคราะห์สมบัติของวัสดุ
การกัดกร่อน (corrosion) ของโลหะสามารถเกิดขึ้นได้ตลอดเพราะเป็นพฤติกรรมธรรมชาติของโลหะ เมื่อเกิดขึ้นแล้วย่อมทำให้เกิดความเสียหายได้ทั้งในด้านทรัพย์สิน เศรษฐกิจ ถ้าเราสามารถประเมินความเสียหายจากการกัดกร่อนของโลหะได้ก่อนก็จะช่วยยับยั้งความเสียหายที่จะเกิดขึ้นในอนาคต การประเมินอัตราการกัดกร่อนของโลหะ สามารถทำได้หลายวิธี เช่น การทดสอบการกัดกร่อนโดยการผึ่งในบรรยากาศ การทดสอบความทนละอองน้ำเกลือ การใช้คูปองการกัดกร่อน การทดสอบด้วยเทคนิคเคมีไฟฟ้าโดยประเมินผลการกัดกร่อนจากเส้นโค้งโพลาไรเซชัน (polarization curve) ที่ช่วยลดปัญหาที่จะเกิดขึ้นได้
การทดสอบการกัดกร่อนของโลหะโดยเทคนิคเคมีไฟฟ้า (electrochemical technique) เป็นวิธีหนึ่งที่ช่วยประเมินอัตราการกัดกร่อนได้ดีและเร็ว และเป็นการจำลองการเกิดกระบวนการการกัดกร่อนของโลหะ โดยปกติแล้วการเกิดการกัดกร่อนเป็นปฏิกิริยาทางกายภาพของโลหะกับสภาพแวดล้อมรอบๆ โลหะ ซึ่งเกิดจากการถ่ายเทประจุไฟฟ้าหรือแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนในสารละลายของน้ำ เรียกว่า ปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า (electrochemical reaction) การเกิดปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าของการกัดกร่อนเป็นปฏิกิริยาออกซิเดชันและรีดักชัน เมื่อน้ำหรือสารละลายที่สัมผัสกับโลหะ หลักการของการทดสอบการกัดกร่อนโลหะโดยใช้เทคนิคทางเคมีไฟฟ้า คือการป้อนศักย์ไฟฟ้าเร่งการกัดกร่อน โดยใช้เครื่อง potentiostat/galvanostat ในสภาวะที่มีสารละลายอิเล็กโทรไลต์ ทำหน้าที่เป็นทางเดินของอิออน และเป็นการเชื่อมต่อเซลล์เคมีไฟฟ้า (electrochemical cell) ดังรูปที่ 1 ทำให้เราสามารถคำนวณหาอัตราการกัดกร่อนได้
เซลล์เคมีไฟฟ้าที่ใช้ในการทดสอบการกัดกร่อนของโลหะประกอบไปด้วย
- ขั้วทำงาน (working electrode หรือ specimen electrode) เป็นขั้วอาโนด ก็คือชิ้นตัวอย่างทดสอบ เป็นขั้วที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันและให้อิเล็กตรอน
- ขั้วมาตรฐานอ้างอิง (standard reference electrode) เป็นขั้วแคโทด (cathode) ที่เกิดปฏิกิริยารีดักชันและรับอิเล็กตรอน เช่น SCE (saturated calomel electrode) หรือ Ag/AgCl ที่มีค่าศักย์ไฟฟ้าคงที่
- ขั้วอิเล็กโทรดกระแส (counter electrode) มักจะใช้โลหะที่เสถียร เช่น แพลตินัม หรือ กราไฟต์ หรือ เหล็กกล้าไร้สนิม
- สารละลายอิเล็กโทรไลต์ (electrolyte) ซึ่งเป็นทางเดินของอิออน
รูปที่ 1 เซลล์เคมีไฟฟ้าที่ใช้ในการทดสอบการกัดกร่อน
ค่าที่วัดได้จากการทดสอบ ได้เป็นเส้นโค้งโพลาไรเซชัน (polarization curve) ซึ่งแสดงความสัมพันธ์ระหว่างค่าศักย์ไฟฟ้าและค่ากระแสไฟฟ้า เมื่อป้อนศักย์ไฟฟ้าจนกระทั่งโลหะเริ่มเกิดการกัดกร่อนเราเรียกว่าค่าศักย์ไฟฟ้าการกัดกร่อน (corrosion potential, Ecorr) ที่จุดนี้ก็จะได้ค่าความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าการกัดกร่อน (corrosion current density, Icorr) ด้วย ซึ่งนำไปคำนวณหาอัตราการกัดกร่อน แสดงดังรูปที่ 2 ในขณะเดียวกันถ้าโลหะที่มีฟิล์มพาสซีพ (passive film) ที่ทนต่อการกัดกร่อน เช่น เหล็กกล้าไร้สนิม ถ้าป้อนศักย์ไฟฟ้าต่อไปอีกโลหะนั้นสร้างฟิล์มพาสซีพ (passive film) เพื่อป้องการการกัดกร่อนทำให้ค่ากระแสไฟฟ้าคงที่หรือลดลง ในขณะเมื่อที่ป้อนศักย์ไฟฟ้าเพิ่มขึ้นจนถึงระดับหนึ่งที่ทำให้ค่ากระแสไฟฟ้าเริ่มเพิ่มขึ้นอีกครั้ง แสดงว่าเกิดการแตกของฟิล์มพาสซีพ (passive film) เป็นรูเข็ม (pitting) นั่นคือค่าศักย์ไฟฟ้าที่เกิดการกัดกร่อนแบบรูเข็ม (pitting potential, Ep) และค่ากระแสไฟฟ้าพาสซีพ (passive current density, Ip) แสดงดังรูปที่ 3
รูปที่ 2 เส้นโค้งโพลาไรเซชันสำหรับการกัดกร่อน แบบทั่วผิวหน้าของโลหะ (ASTM G 3)
รูปที่ 3 เส้นโค้งโพลาไรเซชันสำหรับการกัดกร่อนที่เกิดฟิล์มพาสซีพ (passive film) คลุมทั่วผิวหน้าโลหะ (ASTM G 3)
ลักษณะของเส้นโค้งโพลาไรเซชัน (polarization curve) แสดงพฤติกรรมการกัดกร่อนของโลหะมีรายละเอียดดังนี้
- ค่าศักย์ไฟฟ้าการกัดกร่อน (corrosion potential, Ecorr) เป็นค่าศักย์ไฟฟ้าที่โลหะเริ่มเกิดการกัดกร่อน ซึ่งถ้าโลหะที่มีค่าศักย์ไฟฟ้าการกัดกร่อนต่ำจะไวต่อการกัดกร่อนมากกว่าโลหะที่มีค่าศักย์ไฟฟ้าการกัดกร่อนสูง
- ค่าความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าการกัดกร่อน (corrosion current density, Icorr) เป็นค่าความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นที่จุดเกิด Ecorr โดยค่า Icorr แสดงถึงการกัดกร่อนแบบทั่วผิวหน้า (uniform corrosion) และสามารถนำมาคำนวณหาค่าอัตราการกัดกร่อนแบบทั่วผิวหน้าต่อปีของตัวอย่างทดสอบได้ จากสูตรดังนี้
อัตราการกัดกร่อน (corrosion rate) =(k x Icorr x EW)/(A x D)
– k คือ ค่าคงที่ของการคำนวณเปลี่ยนหน่วยต่างๆ เช่น มีค่า 13 ถ้าอัตราการกัดกร่อนมีหน่วย มิลต่อปี (mil per year, mpy) หรือมีค่า 0.00327 ถ้าหน่วย มิลลิเมตรต่อปี (millimeter per year, mm/y)
– Icorr คือ ค่าความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าการกัดกร่อน (corrosion current density) หน่วยเป็นไมโครแอมป์ต่อตารางเซนติเมตร (µA/cm2)
– EW คือ ค่ามวลสมมูล (equivalent Weight) ของโลหะตัวอย่างที่ผ่านการทดสอบ ถ้าโลหะผสมต้องคำนวณตามสัดส่วน
– A คือ พื้นที่ผิวของโลหะตัวอย่าง หน่วยเป็นตารางเซนติเมตร (cm2)
– D คือ ความหนาแน่นของโลหะตัวอย่าง หน่วยเป็น กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร (g/cm3)
- ค่าศักย์ไฟฟ้าขณะที่เกิดฟิล์มที่ผิว (primary passivation potential, Epp) เป็นค่าศักย์ไฟฟ้าที่โลหะเกิดฟิล์มพาสซีพ (passive film) คลุมทั่วผิวหน้าโลหะ ซึ่งมีผลให้เกิดการกัดกร่อนน้อยลง
- ค่าศักย์ไฟฟ้าที่เกิดการกัดกร่อนแบบรูเข็ม (pitting potential, Ep) เป็นค่าศักย์ไฟฟ้าที่โลหะเกิดการกัดกร่อนแบบรูเข็ม (pitting) ซึ่งพบในโลหะที่สามารถสร้างฟิล์มพาสซีพ (passive film) ที่ทนต่อการกัดกร่อน เช่น เหล็กกล้าไร้สนิม
ตัวอย่าง เส้นโค้งโพลาไรเซชัน (polarization curve) และประเมินผลของการทดสอบแผ่นอะลูมิเนียมในสารละลายกรดซัลฟิวริก (Sulfuric acid, 1N H2SO4) รายละเอียดแสดงดังรูปที่ 4
จากเส้นโค้งโพลาไรเซซัน (polarization curve) ประเมินผลได้ดังนี้
– ค่าศักย์ไฟฟ้าการกัดกร่อน (corrosion potential, Ecorr) = – 0.142 V
– ค่าความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าการกัดกร่อน (corrosion current density, Icorr) = 81 µA/ cm2
ข้อมูลของโลหะตัวอย่าง
– ค่ามวลสมมูล (equivalent weight) ของอะลูมิเนียม = 99 g.
– พื้นที่ผิวของโลหะตัวอย่าง = 1 cm2
– ความหนาแน่นของอะลูมิเนียม = 7 g/cm3
คำนวณหาอัตราการกัดกร่อน (corrosion rate) =(k x Icorr x EW)/(A x D)
– อัตราการกัดกร่อนของอะลูมิเนียม = 0.15 mm/y
รูปที่ 4 เส้นโค้งโพลาไรเซชัน (polarization curve) ของการกัดกร่อนของแผ่นอะลูมิเนียมในสารละลายกรดซัลฟิวริก (Sulfuric acid, 1N H2SO4) และอัตราการกัดกร่อนของอะลูมิเนียม
ตัวอย่างเส้นโค้งโพลาไรเซชัน (polarization curve) ที่เกิดฟิล์มพาสซีพ (passive film) และประเมินผลค่าศักย์ไฟฟ้าที่ทำให้เกิดการกัดแบบรูเข็ม จากการทดสอบแผ่นสแตนเลส ทดสอบในสารละลายโซเดียมคลอไรด์ (5%NaCl) แสดงดังรูปที่ 5
จากเส้นโค้งโพลาไรเซซัน (polarization curve) ที่เกิดฟิล์มพาสซีพ (passive film) ประเมินผลได้ดังนี้
ค่าศักย์ไฟฟ้าที่ทำให้เกิดการกัดกร่อนแบบรูเข็ม (pitting potential, Ep) = 0.12 V
รูปที่ 5 เส้นโค้งโพลาไรเซชัน (polarization curve) ของการกัดกร่อนของแผ่นสแตนเลส ในสารละลายโซเดียมคลอไรด์ (5% NaCl) ที่เกิดฟิล์มพาสซีพ (passive film)
ผลการประเมินการกัดกร่อนของโลหะจากเส้นโค้งโพลาไรเซชัน (polarization curve) ถ้าโลหะที่มีค่าศักย์ไฟฟ้าการกัดกร่อน (Ecorr ) ต่ำ จะไวต่อการกัดกร่อนมากกว่าโลหะที่มีค่าศักย์ไฟฟ้าการกัดกร่อน (Ecorr ) สูง และคำนวณหาอัตราการกัดกร่อนของโลหะต่อปีได้จากค่าความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าการกัดกร่อน (Icorr) ดังนั้นการทดสอบการกัดกร่อนโลหะโดยเทคนิคเคมีไฟฟ้า (electrochemical test) เป็นวิธีหนึ่งที่สามารถศึกษาพฤติกรรมการกัดกร่อนของโลหะได้ ใช้เวลาน้อย เพื่อช่วยให้การเลือกวัสดุให้เหมาะสมกับงานหรือสามารถหาวิธีป้องกันการกัดกร่อนได้ดี
เอกสารอ้างอิง
การกัดกร่อนและการเลือกใช้วัสดุ โดย รศ. ศิริลักษณ์ นิวิฐจรรยงค์ ภาควิชาเคมีอุตสาหการ คณะวิทยาศาสตร์ประยุกต์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือพิมพ์ครั้งที่ 1 พ.ศ. 2545
Standard Practice for Convention Applicable to Electrochemical Measurements in Corrosion Testing1, ASTM G 3 – 89 (reapproved 2004)
Standard Practice for Calculation of Corrosion Rate and Related information from Electrochemical Measurements1, ASTM G 102 – 89 (reapproved 2004)E1
คู่มือการใช้เครื่อง Potentiostat/Galvanostat
การตรวจสอบมวลของสารเคลือบสำหรับผลิตภัณฑ์เหล็กชุบเคลือบสังกะสีโดยวิธีการจุ่มร้อน
การตรวจสอบมวลของสารเคลือบสำหรับผลิตภัณฑ์เหล็กชุบเคลือบสังกะสีโดยวิธีการจุ่มร้อน
รุจีภรณ์ นาคขุนทด
ศูนย์พัฒนาและวิเคราะห์สมบัติของวัสดุ
สถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศไทย
ปัจจุบันภาคอุตสาหกรรมก่อสร้าง ได้มีการใช้เหล็กชุบเคลือบสังกะสีโดยวิธีการจุ่มร้อน (Hot Dip Galvanizing) มากขึ้น เนื่องจากมีความต้านทานต่อการกัดกร่อนในสภาพบรรยากาศได้ดี คุณสมบัติของสังกะสีที่เคลือบช่วยปกป้องไม่ให้เหล็กผุกร่อนเนื่องจากการที่ตัวสังกะสีถูกกัดกร่อนก่อน เป็นทางเลือกที่ดีกับงานโครงสร้างที่ต้องอยู่ในสภาพบรรยากาศภายนอก ได้แก่ หลังคา รั้วบ้าน ราวเหล็กขอบทาง สะพาน เสาไฟฟ้า สถานีส่งไฟฟ้า ลวดเหล็ก ลวดตาข่าย ตะปู นอตสกรู รางน้ำ ถังน้ำ งานท่อ เช่น ท่อระบายอากาศ ท่อน้ำ เป็นต้น บริษัทในประเทศไทยส่วนใหญ่ที่เป็นผู้ผลิตและจำหน่ายผลิตภัณฑ์เหล็กชุบเคลือบสังกะสีจะขอการรับรองมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม (มอก.) เพื่อให้เกิดความมั่นใจในคุณภาพของผลิตภัณฑ์ แต่บางครั้งบริษัทได้นำผลิตภัณฑ์จากต่างประเทศซึ่งมีราคาถูกกว่าในประเทศเข้ามาจำหน่าย ดังนั้น การตรวจสอบคุณภาพของผลิตภัณฑ์ตามมาตรฐานจึงมีความจำเป็นอย่างยิ่ง เพื่อให้เกิดความมั่นใจในการนำผลิตภัณฑ์ไปใช้งาน
มาตรฐานการทดสอบผลิตภัณฑ์เหล็กชุบเคลือบสังกะสีโดยวิธีการจุ่มร้อน ได้มีการกำหนดคุณภาพและการตรวจคุณสมบัติต่าง ๆ ให้เป็นไปตามมาตรฐาน ซึ่งมีการระบุ รูปร่าง มิติ และเกณฑ์ความคลาดเคลื่อน องค์ประกอบทางเคมีของวัสดุ สมบัติทางกล ได้แก่ ความเค้นดึงสูงสุด, ความเค้นคราก และความยืด คุณสมบัติที่สำคัญอีกประการหนึ่งที่กำหนดคือความหนาหรือมวลของสังกะสีที่เคลือบ มาตรฐานต่างประเทศที่ใช้ในทดสอบคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์เหล็กชุบเคลือบสังกะสี เช่น ISO 9364, ISO 1460 สำหรับประเทศไทย จะกำหนดมาตรฐานคุณภาพตามการนำผลิตภัณฑ์ไปใช้งานโดยมีมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม (มอก.) เป็นมาตรฐานการรับรอง เช่น มอก. 50 เหล็กแผ่นรีดเย็นเคลือบสังกะสีโดยกรรมวิธีจุ่มร้อน แผ่นม้วน แผ่นตัด และแผ่นลูกฟูก, มอก. 71 ลวดเหล็กเคลือบสังกะสี, มอก. 76 ลวดหนามเคลือบสังกะสี, มอก. 208 ลวดตาข่ายเคลือบสังกะสี, มอก. 238 ถังน้ำเหล็กอาบสังกะสี, มอก. 277 ท่อเหล็กกล้าอาบสังกะสี, มอก. 248 ราวเหล็กลูกฟูกกันรถสำหรับทางหลวง, มอก. 404 ลวดเหล็กกล้าเคลือบสังกะสีตีเกลียว, มอก. 449 เหล็กคร่าวเพดานแบบแขวน, มอก. 2131 แผ่นเหล็กเคลือบสังกะสีโดยกรรมวิธีจุ่มร้อนและเคลือบสี:แผ่นม้วนและแผ่นตัด, มอก. 2132 แผ่นเหล็กเคลือบสังกะสีโดยกรรมวิธีจุ่มร้อนและเคลือบสี:แผ่นลอน, มอก. 2228 เหล็กแผ่นเคลือบอะลูมิเนียม/สังกะสีโดยกรรมวิธีจุ่มร้อน สำหรับงานทั่วไป งานขึ้นรูป และงานโครงสร้างทั่วไป เป็นต้น
บทความนี้จะกล่าวถึงการตรวจสอบมวลของสารเคลือบทั้งเคลือบสังกะสีหรือเคลือบอะลูมิเนียม/สังกะสีเพื่อการยอมรับผลิตภัณฑ์ สำหรับเหล็กแผ่นรีดเย็นเคลือบสังกะสีโดยกรรมวิธีจุ่มร้อน แผ่นม้วน แผ่นตัด และแผ่นลูกฟูก ตาม มอก. 50 และ เหล็กแผ่นเคลือบอะลูมิเนียม/สังกะสีโดยกรรมวิธีจุ่มร้อน สำหรับงานทั่วไป งานขึ้นรูป และงานโครงสร้างทั่วไป ตาม มอก. 2228 รวมถึง ราวเหล็กลูกฟูกกันรถสำหรับทางหลวง ตาม มอก. 248 ในแต่ละมาตรฐานได้กำหนดการสุ่มชิ้นงาน จำนวนชิ้นงาน และขนาดของชิ้นงานเพื่อใช้ในการคำนวณพื้นที่ผิวที่เคลือบของชิ้นงาน การตรวจสอบเริ่มจากการทำความสะอาดชิ้นงาน ชั่งหาน้ำหนักก่อนล้างด้วยสารเคมี แล้วนำมาล้างด้วยสารเคมีเพื่อละลายเอาสารเคลือบออก ล้างด้วยน้ำ เช็ดให้แห้งแล้วนำมาชั่งน้ำหนักหลังล้างอีกครั้ง จากนั้นคำนวณหาน้ำหนักที่หายไปต่อพื้นที่เป็นค่ามวลของสังกะสีที่เคลือบกำหนดหน่วยเป็นกรัมต่อตารางเมตร ในกรณีผลิตภัณฑ์ตาม มอก. 50 ให้เทียบค่ามวลของสังกะสีที่เคลือบตามตารางที่ 1 เช่น ผลิตภัณฑ์ Z060 ต้องมีค่ามวลเฉลี่ยของสังกะสีที่เคลือบ 60-79 กรัมต่อตารางเมตร หรือ ผลิตภัณฑ์ Z450 จะต้องมีค่ามวลเฉลี่ยของสังกะสีที่เคลือบไม่น้อยกว่า 450 กรัมต่อตารางเมตร ในทำนองเดียวกันกับผลิตภัณฑ์ตาม มอก. 2228 เช่น ผลิตภัณฑ์ AZ090 ต้องมีค่ามวลของสารเคลือบสำหรับเหล็กแผ่นเคลือบอะลูมิเนียม/สังกะสีต่ำสุดรวมทั้ง 2 ด้าน 90-99 กรัมต่อตารางเมตรดังตารางที่ 2 หรือ การทดสอบราวเหล็กลูกฟูกกันรถสำหรับทางหลวง ตาม มอก. 248 กำหนดเกณฑ์การยอมรับของแผ่นเหล็กอาบสังกะสี ชนิดที่ 1 มีน้ำหนักของสังกะสีที่อาบไม่น้อยกว่า 550 กรัมต่อตารางเมตร, ชนิดที่ 2 มีน้ำหนักของสังกะสีที่อาบไม่น้อยกว่า 1100 กรัมต่อตารางเมตร และสลักเกลียวอาบสังกะสี, แป้นเกลียวอาบสังกะสี และแหวนรองอาบสังกะสี แต่ละชิ้นมีน้ำหนักของสังกะสีที่อาบไม่น้อยกว่า 305 กรัมต่อตารางเมตร และค่าเฉลี่ยจาก 3 ชิ้นต้องมีน้ำหนักของสังกะสีที่อาบไม่น้อยกว่า 381 กรัมต่อตารางเมตร เป็นต้น
ตารางที่ 1 มวลของสังกะสีที่เคลือบตาม มอก. 50
ตารางที่ 2 มวลของสารที่เคลือบตาม มอก. 2228
มาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมของผลิตภัณฑ์แต่ละชนิด มีการกำหนดเกณฑ์ยอมรับไว้เพื่อสร้างความมั่นใจต่อผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมในแต่ละมาตรฐาน สำหรับมวลของสารเคลือบของผลิตภัณฑ์เหล็กชุบเคลือบสังกะสีก็เช่นกัน มาตรฐานมีการกำหนดเกณฑ์ยอมรับตามชนิดของผลิตภัณฑ์ ผลการตรวจสอบมวลของสารเคลือบจะช่วยชี้บ่งว่าผลิตภัณฑ์นั้นเป็นไปตามเกณฑ์มาตรฐานที่กำหนดและสามารถนำไปใช้ได้เหมาะสมกับสภาวะการใช้งานผลิตภัณฑ์นั้นๆ
เอกสารอ้างอิง
- มาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม มอก. 50-2548 เหล็กแผ่นรีดเย็นเคลือบสังกะสีโดยกรรมวิธีจุ่มร้อน แผ่นม้วน แผ่นตัด และแผ่นลูกฟูก
- มาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม มอก. 248-2531 ราวเหล็กลูกฟูกกันรถ สำหรับทางหลวง
- มาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม มอก. 2228-2548 เหล็กแผ่นเคลือบอะลูมิเนียม/สังกะสีโดยกรรมวิธีจุ่มร้อน สำหรับงานทั่วไป งานขึ้นรูป และงานโครงสร้าง
สารหล่อเย็นสำหรับการตัดเฉือนโลหะ (Cutting fluid)
อรุณรัตน์ แสนสิ่ง
ฝ่ายวิศวกรรม
สถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศไทย
สารหล่อเย็น เป็นน้ำมันที่ได้จากพืช สัตว์ และผลิตภัณฑ์อื่นๆ ที่ได้มาจากธรรมชาติ เพื่อนำมาใช้ประโยชน์ในชีวิตประจำวันของมวลมนุษย์ โดยผ่านกรรมวิธีต่างๆ เพื่อให้ได้คุณสมบัติของน้ำมันตามความต้องการใช้งาน ซึ่งจะนำมาใช้ทางตรงและทางอ้อม ส่วนใหญ่แล้วจะใช้ในการหล่อลื่นมากกว่าใช้จุดให้เกิดแสง
สารหล่อเย็น เป็นส่วนสำคัญที่มีบทบาทต่องานช่างอุตสาหกรรมเป็นอย่างยิ่ง โดยเฉพาะการทำงานของเครื่องจักรที่เกี่ยวข้องกับงานโลหะ เพราะใช้ในการลดแรงเสียดสี และระบายความร้อนที่เกิดขึ้นกับคมตัดชิ้นงาน ซึ่งสารหล่อเย็นที่นิยมใช้ในวงการอุตสาหกรรมมีมากมายหลายชนิดแตกต่างกันออกไป และแต่ละชนิดจะขึ้นอยู่ความต้องการ และเหมาะสมกับงานเฉพาะ ซึ่งมีชื่อเรียกกันแตกต่างออกไปหลายอย่าง เช่น Coolant, Cutting oil, Cutting compound, Cutting lubricant
สาเหตุที่ต้องใช้สารหล่อเย็น
ในการทำงานของเครื่องจักรกลที่เกี่ยวข้องกับคมตัดงานนั้นๆ ย่อมเกิดการเสียดสีและเกิดความร้อนขึ้นระหว่างชิ้นงานกับคมตัด ผลที่ตามมา คือ การสึกหรอของคมตัด อายุการใช้งานสั้นลง การขยายตัวของชิ้นงานเพิ่มขึ้น ทำให้ขนาดของงานเปลี่ยนแปลงไป จึงมีวิธีการแก้ไขปัญหาเหล่านี้ โดยการระบายความร้อนระหว่างชิ้นงานกับคมตัดออก วิธีที่ดีที่สุดที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบัน คือ การใช้สารหล่อเย็นเข้ามาช่วยหล่อเย็น ดังนั้น การแบ่งสารหล่อเย็นตามลักษณะของวัสดุที่นำมาทำงาน เช่น เหล็ก โดยทั่วๆ ไป จะนิยมใช้ Coolant เป็นสารหล่อเย็น เพราะราคาถูก อะลูมิเนียมหรือทองเหลือง ควรที่จะใช้กับน้ำมันก๊าด
จุดประสงค์ของการใช้สารหล่อเย็น คือ ช่วยระบายความร้อน ช่วยระบายเศษโลหะออกจากปลายคมตัด ช่วยให้คมตัดมีอายุการใช้งานได้นาน ช่วยหล่อลื่นบริเวณพื้นที่สัมผัส ช่วยป้องกันผิวไม่ให้เกิดสนิม ช่วยลดการเสียดสี และทำให้เครื่องจักรมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น
ประเภทของสารหล่อลื่นเย็น
สารหล่อลื่นเย็นที่ใช้ในอุตสาหกรรมมีหลายชนิด สารหล่อลื่นเย็นนิยมใช้ ได้แก่
- Soluble oil มีชื่อเรียกทั่วไปว่า น้ำสบู่ สามารถผสมกับน้ำแล้วจะมีลักษณะขาวขุ่น ข้อดีของ Soluble oil คือ สามารถละลายรวมตัวกับน้ำได้ดี มีประโยชน์เกี่ยวกับการตัดเฉือนมาก ช่วยคายเศษโลหะ (Chip bearing pressure) ส่วนมากจะใช้กับงานโลหะประเภทเหล็ก ยกเว้นเหล็กหล่อ โดยทั่วไปใช้อัตราส่วน คือ น้ำมัน 1 ส่วน ต่อ น้ำ 50 ส่วน สำหรับเครื่องเจียระไน (Grinding machine) ควรจะเลือกสารหล่อเย็นที่ไม่มีไขมัน ถ้ามีไขมันจะเข้าไปฝังอยู่ตามหน้าหินเจียระไน ทำให้เกิดการอุดตัน ดังนั้น ส่วนมากสารหล่อเย็นจะผสมน้ำยากันสนิมเข้าไปด้วย
- Mineral oil เป็นน้ำมันแร่ที่ได้จากการสกัดจากปิโตเลียม หรือ น้ำมันที่มีสารพวกไฮโดรคาร์บอนอื่นๆ ที่ได้จากแหล่งแร่ โดยทั่วไปใช้สำหรับงานเบา และพวกโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก เช่น นิเกิล, โครเมียม และจำพวกอโลหะทั้งหลาย จะใช้น้ำมัน Mineral oil เป็นตัวระบายความร้อน
ข้อควรระวัง คือ จะเป็นสารไวไฟ (Flamable substance) ความหนืดประมาณ 100 cP ที่ 37.7 องศาเซลเซียส
- Lard oil ได้จากการสกัดไขมันจากสัตว์ เช่น โค กระบือ หมู หรือการกลั่นจากสารเคมี สามารถผสมกับน้ำ โดยใช้ในการระบายความร้อนของการคายเศษ เช่น เหล็ก อะลูมิเนียม
- Mineral lard oil ใช้ในกรณีทำการตัดเฉือนทีละมากๆ เกิดจากส่วนผสมของ Mineral oil กับ Lard oil เข้าด้วยกัน
วิธีการเลือกใช้น้ำมันหล่อเย็น
การเลือกใช้สารหล่อเย็น ขึ้นอยู่กับชนิดของวัสดุ งานที่จะทำการขึ้นรูปแบบต่างๆ ตลอดจนกรรมวิธีการตัดเฉือน ซึ่งจะมีผลกระทบต่อการทำงานมาก ดังนี้
1. เหล็กคาร์บอนต่ำ (Low carbon steel)แบ่งการใช้น้ำมันหล่อเย็นออกไปตามลักษณะของเครื่องจักรที่ใช้
ก. งานกลึง ใช้พวก Soluble oil ส่วน ต่อ น้ำ 15 ส่วน
ข. งานเจาะและงานกัด (Drilling and milling) ใช้ Soluble oil 1 ส่วน ต่อ น้ำ 15 ส่วน
ค. งานเจียระไน (Grinding) จะนิยมใช้ทั้ง Soluble oil กับ Mineral oil
2. เหล็กผสม (Alloy steel)
ก. งานกลึงจะใช้ Mineral oil 75% ผสมกับ Soluble oil 25%
ข. งานตัดเกลียว (Tapping) จะใช้ Miner oil 80-90% กับ Lard oil 10%
3. ทองเหลืองรีด (Brass rod)
ก. งานกลึง ใช้ Mineral oil
ข. งานกัด ใช้ Soluble oil 5% ผสมกับน้ำ 95%
คุณสมบัติพิเศษของสารหล่อเย็น เช่น ไม่ทำให้ชิ้นงานมีรอยด่าง ไม่บูดเน่าง่าย
สอบถามข้อมูลเพิ่มเติมได้ที่ : 0 2577 9260 (ฝ่ายวิศวกรรม) สถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศไทย (วว.)