9. Electrical resistivity of poly (vinyl alcohol)

302KKU ENGINEERING JOURNAL July-September 2012; 39(3)resistivity of electrospun structures. However, the agglomeration of carbon black particles occurred and thisresulted in fluctuation of the amount of carbon black in the nanofibrous structures and their electrical resistivity aswell as sensitivity. The surface treatment of carbon black particles yield self-dispersible carbon black whichcould increase degree of dispersion in PVA solution, leading to less fluctuation of the amount of carbon black inthe fibers and their resistivity and sensitivity. Considering carbon nanotubes, it was observed that large clusterswere formed and particulate settling occurred in the polymer solution. The agglomeration of fillers and particulatesettling in solution seems to be a controlling factor in the variation of solution electrical property, filler amount innanofibrous structures, and electrical property of the nanofibrous structures.Keywords : Nanofiber, Poly (vinyl alcohol), Carbon black, Self-dispersible carbon black and carbon nanotube1. บทนำปจจุบันมีงานวิจัยที่ศึกษาเกี่ยวกับเสนใยที่ขึ้นรูปดวยเทคนิค electrospinning เปนจำนวนมาก เนื่องจากเสนใยที่ผลิตไดจากเทคนิคนี้หรือที่เรียกวา อิเล็กโตรสปนนาโนไฟเบอร(Electrospun nanofibers) มีขนาดเล็กในระดับไมครอนถึงระดับนาโนเมตร จึงมีอัตราสวนระหวางพื้นผิวตอปริมาตร(Surface-to-volume ratio) สูง และมีน้ำหนักเบา ผืนผาที่ไดจากเสนใยนี้จะมีรูพรุนขนาดเล็กอยูเปนจำนวนมากทำใหมีการสงผานของของเหลวหรือแกสไดดีขอดีตางๆ เหลานี้ทำใหเกิดการวิจัยพัฒนาการนำเสนใยขนาดนาโนนี้ไปใชงานในดานตาง ๆ เชน การประดิษฐชุดปองกันอาวุธเคมีและอาวุธชีวภาพของทหาร การผลิตวัสดุนาโนคอมพอสิต เสนใยนาโนพอลิเมอรที่ยอยสลายไดไมเปนพิษ และมีความเขากันไดทางชีวภาพ สำหรับงานทางดานวิศวกรรมเนื้อเยื่อกระดูก (Bonetissue engineering) วัสดุตกแตงแผล (Wound dressing)ระบบสงยา (Drug delivery system) ระบบการกรองอยางละเอียด(ultrafiltration) และวัสดุรองรับสำหรับตัวเรงปฏิกิริยา(support) เปนตน งานวิจัยนี้ เนนไปที่การนำเสนใยที่ไดไปในการสังเคราะหวัสดุตนแบบในการประดิษฐอุปกรณดักจับไอระเหยอินทรีย จากงานวิจัยที่ผานมายังพบวาโพลิไวนิลแอลกอฮอลสามารถปนเปนเสนใยไดดีดวยเทคนิคอิเล็กโตรสปนนิง [1] และพบวาเซนเซอรดักจับไอระเหยของสารอินทรียที่มีลักษณะเปนเสนใยนาโนมีความไวในการดูดซับไอระเหยอินทรียที่ดีกวาวัสดุที่มีลักษณะเปนแผนที่ใชกันในปจจุบัน [2]เนื่องจากวัสดุที่เปนเสนใยมีพื้นที่ในการดูดซับไอระเหยตอหนึ่งหนวยปริมาตรมากกวาวัสดุแบบแผน [3] แตขอจำกัดของการนำเสนใยนาโนไปใชในการประดิษฐเซนเซอรดักจับสารอินทรียไอระเหยคือความตานทานไฟฟาที่มีคาสูงมากเมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุแบบแผน งานวิจัยนี้จึงสนใจศึกษาการเติมผงเขมาดำเพื่อเพิ่มความสามารถในการนำไฟฟาของเสนใย เนื่องจากผงเขมาดำมีสมบัติการนำไฟฟาที่ดีและมีขนาดอนุภาคเล็กในระดับนาโนเมตร [4] แตโดยปกติแลวอนุภาคเขมาดำมักจะจับตัวกันเปนกอนและไมชอบน้ำ ทำใหสมบัติของเสนใยที่ไดมีความแปรปรวน [5, 6] จึงไดมีงานวิจัยที่การศึกษาการปรับปรุงการกระจายตัวของอนุภาคเขมาดำดวยการทำใหผิวของอนุภาคมีหมู –COOH ดวยการแชในกรดไนตริก [7] และเนื่องจากทอนาโนคารบอนมีสมบัติในการนำไฟฟาที่ดี จึงเลือกมาศึกษาเปรียบเทียบระหวางเสนใยโพลีไวนิลแอลกอฮอลที่เติมทอนาโนคารบอน และผงเขมาดำ ซึ่งอาจสงผลตอลักษณะเสนใย และสมบัติทางไฟฟาสำหรับสารอินทรียที่เลือกเปนตัวแทนในการศึกษาเปนสารอินทรียระเหยงาย ไอโซโพรพิล แอลกอฮอลถูกเลือกมาใชในการศึกษาการดักจับไอระเหยของเสนใย เนื่องจากเปนสารอินทรียชนิดมีขั้วเชนเดียวกับโพลิไวนิลแอลกอฮอล มีการใชสารอินทรียระเหยชนิดนี้กันอยางแพรหลายในอุตสาหกรรมปโตรเคมี และอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส จัดเปนสารเคมีอันตรายเมื่อไดรับในปริมาณมาก มีโอกาสทำลายระบบประสาท ไต ระบบหลอดเลือดเลี้ยงหัวใจ ระบบทางเดินอาหาร [8]1.1 วัสดุและสารเคมี(1) โพลิไวนิลแอลกอฮอล (Polyvinyl alcohol หรือ PVA)ยี่หอ Merck Ltd., Thailand ซึ่งมีมวลโมเลกุล (Mw)30,000- 70,000 Da ชนิดสามารถละลายไดในน้ำเย็น(2) เขมาดำ (Carbon black) ชนิด N330 จากบริษัท Loxley(3) ทอนาโนคารบอน ชนิดผนังหลายชั้น ยี่หอ Bayer(4) กรดไนตริกความเขมขน 99.6% ยี่หอ Merck Ltd.,Thailand