บทความ¨ พลาสติกเป็นสารประกอบที่มนุษย์สร้างข - สถาบันวิจัยสภาวะ ...
บทความ¨ พลาสติกเป็นสารประกอบที่มนุษย์สร้างข - สถาบันวิจัยสภาวะ ...
บทความ¨ พลาสติกเป็นสารประกอบที่มนุษย์สร้างข - สถาบันวิจัยสภาวะ ...
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
<strong>บทความ¨</strong><br />
จุฑากานต์ บุญมี *<br />
<strong>พลาสติกเป็นสารประกอบที่มนุษย์สร้างข</strong>ึ้น โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อช่วยอำานวยความ<br />
สะดวกในชีวิตประจำาวัน ภายในระยะเวลามากกว่าครึ่งศตวรรษที่ผ่านมาพบว่าพลาสติกสังเคราะห์<br />
ได้ถูกนำามาใช้ทดแทนวัสดุธรรมชาติในทั่วทุกที่ของโลก ส่งผลให้ในปัจจุบันพลาสติกสังเคราะห์<br />
จัดเป็นสารประกอบหนึ่งที่มีความสำาคัญต่อมนุษย์เป็นอย่างมาก ในขณะเดียวกันนั้นมนุษย์ก็ได้มี<br />
การพัฒนาคุณสมบัติของพลาสติกอย่างต่อเนื่อง ยกตัวอย่างเช่น พัฒนาด้านความคงทนและ<br />
อายุการใช้งานของพลาสติกเพื่อตอบสนองความต้องการในการอุปโภคพลาสติกที่เพิ่มมากขึ้น<br />
ในปัจจุบัน<br />
* นิสิตปริญญาเอก สหสาขาวิชาวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย<br />
วารสารสิ่งแวดล้อม ปีที่ 16 เล่มที่ 2 15
คำาว่าพลาสติกนั้นมาจากภาษากรีกว่า “Plastikos” ซึ่งมีความหมายว่า สามารถขึ้นรูปในรูปร่างต่างๆ ได้ โดยพลาสติก<br />
ที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบันสังเคราะห์ได้จากทั้งวัตถุดิบที่เป็นสารประกอบอินทรีย์และสารประกอบ อนินทรีย์ เช่น คาร์บอน ซิลิกอน<br />
ไฮโดรเจน ออกซิเจน และคลอไรด์ เป็นต้น พลาสติกสังเคราะห์ถูกนำามาใช้ในประโยชน์ด้านต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งคือการ<br />
นำามาผลิตเป็นบรรจุภัณฑ์ของอาหาร ยารักษาโรค เครื่องสำาอางค์ สารเคมี แทนที่การใช้กระดาษหรือเซลลูโลสที่ได้จากพืช<br />
เนื่องจากพลาสติกสังเคราะห์มีคุณสมบัติพิเศษที่ดีกว่า (1)<br />
พลาสติกสังเคราะห์มีคุณสมบัติทางโครงสร้างพิเศษที่เรียกว่า High Molecular Weight คือในหนึ่งโมเลกุลมีจำานวน<br />
อะตอมมากกว่าสารชนิดอื่นมากมาย จึงทำาให้มีคุณสมบัติที่ดีในหลายด้านพร้อมกันไป เช่น คุณสมบัติทางกายภาพ เช่น มี<br />
ความแข็งแรง เหนียว ยืดหยุ่น ทนต่อการศึกกร่อน ทนน้ำา ทนความร้อน และ คุณสมบัติทางเคมี เช่น ทนกรด ทนด่าง<br />
ทนทานต่อการกัดกร่อนด้วยสารเคมีหลายชนิด (2) นอกจากนั้นยังทนทานต่อการย่อยสลายด้วยจุลินทรีย์ทางธรรมชาติอีกด้วย<br />
เนื่องจากพลาสติกสังเคราะห์จะต่อต้านการเกาะติดของจุลินทรีย์โดยจุลินทรีย์ในธรรมชาติไม่สามารถที่จะสร้างเอนไซม์ชนิดใหม่<br />
ขึ้นมาเพื่อย่อยสลายพลาสติก สังเคราะห์ได้<br />
จากความต้องการในการใช้พลาสติกที่เพิ่มมากขึ้นรวมกับคุณสมบัติที่มีความคงทนมากและไม่สามารถถูกย่อยสลาย<br />
ทางชีวภาพได้ ส่งผลให้เกิดการสะสมของขยะพลาสติกเป็นจำานวนมากและหากต้องการกำาจัดขยะพลาสติกเหล่านี้ด้วยวิธีการ<br />
เผาก็จะส่งผลให้เกิดการแพร่กระจายของมลพิษไปในอากาศ ดังนั้นจึงได้มีการคิดค้นผลิตพลาสติกรูปแบบใหม่ที่มีคุณสมบัติ<br />
แตกต่างไปจากพลาสติกสังเคราะห์ ซึ่งมีวัตถุประสงค์เพื่อลดปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมตามที่กล่าวมาข้างต้น โดยพลาสติกรูปแบบ<br />
ใหม่ที่กล่าวถึงนั้นมีชื่อเรียกว่า พลาสติกชีวภาพ หรือ พลาสติกที่ถูกย่อยสลายได้ทางชีวภาพ หรือ “Biodegradable plastic”<br />
ตามข้อกำาหนด ISO 472:1988 พลาสติกที่ถูกย่อยสลายได้ทางชีวภาพ หมายถึง พลาสติกที่ได้รับการออกแบบมา<br />
เพื่อรองรับการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางเคมีบางประการภายใต้สภาพแวดล้อมที่กำาหนด โดยการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทาง<br />
เคมีนั้นเป็นผลมาจากกิจกรรมของจุลินทรีย์ตามธรรมชาติ<br />
ตามข้อกำาหนด ASTM D20.96 กล่าวว่า พลาสติกที่ถูกย่อยสลายได้ คือ พลาสติกที่สามารถถูกตัดพันธะของสาย<br />
โพลิเมอร์ได้ผ่านทางปฏิกริยาเคมี ชีวภาพ และกายภาพ ภายใต้สภาวะที่ส่งเสริมให้เกิดการย่อยสลายโครงสร้างของพลาสติก (3)<br />
ภาพพลาสติกที่ถูกย่อยสลายได้ทางชีวภาพ<br />
ที่มา : http://www.theinnovationdiaries.com/998/the-truth-about-biodegradable-plastic/ (4)<br />
พลาสติกที่ถูกย่อยสลายได้ทางชีวภาพถูกจำาแนกออกเป็น 4 ประเภทโดยใช้หลักเกณฑ์การจำาแนกจากกระบวนการ<br />
สังเคราะห์และแหล่งของวัตถุดิบที่นำามาใช้ในกระบวนการผลิตที่แตกต่างกัน ดังนี้<br />
16<br />
วารสารสิ่งแวดล้อม ปีที่ 16 เล่มที่ 2
1. โพลิเมอร์ที่ได้มาจากวัตถุดิบที่เป็นมวลชีวภาพ (biomass) ได้แก่ วัตถุดิบที่เป็นพอลิแซคคาไรด์ ที่ได้จากแป้ง<br />
ข้าวสาลี แป้งมันฝรั่ง แป้งข้าวโพด หรือ วัตถุดิบที่เป็นผลิตภัณฑ์ลิกโนเซลลูโลส เช่น ฟาง ไม้ เป็นต้น นอกจากนั้นยังรวม<br />
ไปถึงวัตถุดิบในกลุ่มของไคโตซานและไคติน ซึ่งเมื่อนำามาละลายในกรดอินทรีย์จะมีลักษณะเป็นสารละลายเหนียวใสคล้ายวุ้น<br />
และสามารถนำามาขึ้นรูปเป็นพลาสติกได้ หรือวัตถุดิบในกลุ่มคอลลาเจนและเจลาตินที่สกัดได้จากโปรตีนพืชและสัตว์ก็สามารถ<br />
นำามาขึ้นรูปเป็นพลาสติกได้เช่นกัน<br />
2. โพลิเมอร์ที่ได้มาจากการผลิตจากจุลินทรีย์ ได้แก่โพลิเมอร์ในกลุ่ม PHAs เช่น Poly(hydroxybutyrate) (PHB)<br />
และ Poly(hydroxybutyrate cohydroxyvalerate) (PHBV) เป็นต้น (5)<br />
3. โพลิเมอร์ที่สังเคราะห์ขึ้นจากกระบวนการทางเคมี ที่ใช้วัตถุดิบที่เป็นโมโนเมอร์ที่ได้จากผลิตภัณฑ์ทางการเกษตร<br />
เช่น ข้าวโพด มันสำาปะหลัง อ้อย เป็นต้น โดยเมื่อผ่านกระบวนการทางเทคโนโลยีชีวภาพแล้วจะเปลี่ยนแป้งที่ได้จากวัตถุดิบ<br />
ไปเป็นน้ำาตาลและเปลี่ยนน้ำาตาลไปเป็นโมโนเมอร์ ซึ่งก็คือ กรดแลคติก (Lactic acid) และนำากรดแลคติกที่ได้มาต่อเชื่อม<br />
เป็นโพลิเมอร์สายยาว ซึ่งโพลิเมอร์ประเภทนี้คือ Poly(lactic acid) (PLA) (6)<br />
4. โพลิเมอร์ที่สังเคราะห์ขึ้นจากโมโนเมอร์หรือโพลิเมอร์จากอุตสาหกรรมปิโตรเคมี ซึ่งแบ่งออกเป็น 2 กลุ่มหลัก<br />
คือ กลุ่มที่มีโครงสร้างเป็นโซ่สายตรง เช่น Poly(butylene succinate) (PBS) ที่ได้จากโมโนเมอร์คือกรดซัคซินิคและ 1,4<br />
–บิวเทนไดออล และ กลุ่มที่มีโครงสร้างเป็นวงอะโรมาติก เช่น Poly(butylene adipate/terephthalate) (PBAT) เป็นต้น (6)<br />
จากการจำาแนกประเภทตามที่กล่าวมาข้างต้นจะสังเกตเห็นได้ว่าพลาสติกที่ถูกย่อยสลายได้ทางชีวภาพเฉพาะประเภท<br />
ที่ 4 เท่านั้นที่ไม่ได้สังเคราะห์ขึ้นจากวัตถุดิบที่เป็นทรัพยากรธรรมชาติที่สามารถสร้างทดแทนใหม่ได้ หรือที่เรียกว่า<br />
“Renewable resources” แต่ทั้ง 4 ประเภท สามารถถูกย่อยสลายได้ภายใต้กระบวนการย่อยสลายทางชีวภาพหรือที่เรียกว่า<br />
“Biodegradation” กระบวนการย่อยสลายทางชีวภาพ เป็นกระบวนการย่อยสลายที่เกิดขึ้นจากกิจกรรมของจุลินทรีย์ เช่น<br />
แบคทีเรีย รา ยีสต์ แอคติโนมัยซิส เป็นต้น ดังนั้นกระบวนการย่อยสลายทางชีวภาพจึงนำาไปสู่การหมุนเวียนของคาร์บอน<br />
และหากมีการย่อยสลายต่อไปได้อย่างสมบูรณ์ จะได้ผลผลิตสุดท้ายเป็น ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ น้ำา สารอนินทรีย์ และ<br />
มวลชีวภาพ<br />
กระบวนการย่อยสลายพลาสติกชีวภาพ เริ่มจากการทำางานร่วมกันของจุลินทรีย์และปัจจัยภายนอกที่ส่งผลให้<br />
พลาสติกชีวภาพแตกออกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย ขั้นตอนนี้เรียกว่า “Biodeterioration” หลังจากนั้นจุลินทรีย์จะปล่อยเอนไซม์<br />
ออกมานอกเซลล์เพื่อย่อยสายโพลิเมอร์ของพลาสติกชีวภาพ ขั้นตอนนี้เรียกว่า “Depolymerisation” กลายเป็นโมเลกุล<br />
เล็กๆ ซึ่งโมเลกุลที่เกิดขึ้นจากการย่อยสลายเหล่านี้จะถูกซึมผ่านเข้าไปในเซลล์ของจุลินทรีย์ผ่านทางเยื่อหุ้มเซลล์และส่งเข้า<br />
สู่กระบวนการสันดาปเพื่อนำาไปใช้ในการสร้างพลังงานและมวลชีวภาพ ขั้นตอนนี้เรียกว่า “Assimilation” (7)<br />
ภาพแสดงกระบวนการย่อยสลายพลาสติกชีวภาพ<br />
ที่มา : http://www.npc-se.co.th/npc_date/npc_previews.asp?id_head=11&id_sub=36&id=429(8)<br />
วารสารสิ่งแวดล้อม ปีที่ 16 เล่มที่ 2 17
ดังนั้นจึงกล่าวได้ว่าพลาสติกที่ถูกย่อยสลายได้ทางชีวภาพจะถูกย่อยสลายได้ภายในระยะเวลาที่เร็วหรือช้าขึ้นอยู่กับ<br />
ปัจจัยหลายประการ ทั้งปัจจัยภายนอกและปัจจัยด้านคุณสมบัติทางเคมีและกายภาพของพลาสติกแต่ละประเภท ยกตัวอย่าง<br />
เช่น หากมีการนำาพลาสติกที่ถูกย่อยสลายได้ทางชีวภาพไปฝังดินหรือทิ้งลงไปในระบบฝังกลบขยะ ปัจจัยภายนอกที่จะส่งผล<br />
ต่ออัตราการย่อยสลายพลาสติกชีวภาพ ได้แก่ อุณหภูมิ ความชื้นหรือปริมาณน้ำาในดิน การถ่ายเทอากาศในดิน ปริมาณธาตุ<br />
อาหารในดินที่จะมีส่วนช่วยส่งเสริมการเจริญของจุลินทรีย์ ค่าความเป็นกรดเป็นด่างของดินบริเวณนั้น ลักษณะของเนื้อดิน<br />
รวมไปถึงชนิดของจุลินทรีย์ในดิน ส่วนปัจจัยด้านคุณสมบัติทางเคมีและกายภาพที่แตกต่างกันไปในพลาสติกแต่ละประเภท<br />
ก็ส่งผลต่ออัตราการย่อยสลายพลาสติกชีวภาพ เช่นกัน ยกตัวอย่างเช่น พลาสติกชีวภาพที่มีน้ำาหนักโมเลกุล (Molecular<br />
weight) ของสายโพลิเมอร์ที่แตกต่างกันก็จะใช้เวลาในการย่อยสลายแตกต่างกันไปด้วย (1) ถึงแม้ว่าอัตราการย่อยสลายของ<br />
พลาสติกชีวภาพ จะถูกควบคุมโดยปัจจัยมากมาย แต่พลาสติกกลุ่มนี้ก็มีแนวโน้มที่จะย่อยสลายได้ภายในระยะเวลาที่รวดเร็ว<br />
เมื่อเปรียบเที่ยบกับพลาสติกสังเคราะห์ที่ย่อยสลายได้ยากมากโดยอาจจะใช้ระยะเวลายาวนานนับร้อยปีในการย่อยสลาย<br />
หรือพลาสติกสังเคราะห์บางชนิดที่ไม่สามารถูกย่อยสลายได้เลย ดังนั้นจึงกล่าวได้ว่าพลาสติกที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพเป็น<br />
พลาสติกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เนื่องจากไม่ก่อให้เกิดการสะสมของขยะพลาสติก รวมถึงวัตถุดิบที่นำามาใช้ผลิตพลาสติก<br />
กลุ่มนี้ส่วนมากเป็นวัตถุดิบจากธรรมชาติ เช่น ข้าวโพด มันฝรั่ง ข้าวสาลี สามารถดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้น<br />
บรรยากาศมาใช้ในกระบวนการสังเคราะห์แสง จึงเป็นตัวช่วยลดปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้ส่วนหนึ่งซึ่งเป็นผลดีต่อ<br />
โลกของเรา<br />
ในปัจุบันมีการนำาพลาสติกชีวภาพมาใช้ประโยชน์ในหลากหลายด้าน โดยมุ่งไปที่ประโยชน์ 3 ด้านหลักด้วยกัน คือ<br />
นำามาใช้ประโยชน์ทางด้านการแพทย์ ทางด้านการเกษตร และทางด้านบรรจุภัณฑ์<br />
ประโยชน์ทางด้านการแพทย์ เช่น นำามาใช้ในการผลิตรากฟันเทียม ผลิตวัสดุทางการแพทย์ที่มำามาใช้กับดวงตา<br />
ผลิตไหมเทียมเพื่อนำามาใช้ในการผ่าตัด ผลิตแคปซูลยาที่ควบคุมการปล่อยตัวยาได้อย่างช้าๆในระยะเวลาที่ต้องการให้มีการ<br />
ออกฤทธิ์ ในบางประเทศมีการนำาเอาพลาสติกชีวภาพมาใช้เป็นวัสดุในการตรึงกระดูกซึ่งพบว่ามีความยืดหยุ่นกว่าการใช้โลหะ<br />
ในการตรึงกระดูก นอกจากนั้นยังมีการพัฒนาพลาสติกชีวภาพเพื่อนำามาใช้ในการผลิตผิวหนังเทียม เช่นในกลุ่มของคลอลาเจน<br />
และ ไคติน เป็นต้น เพื่อนำามาใช้ในการตกแต่งบาดแผลที่เกิดจากไฟไหม้<br />
ประโยชน์ทางด้านการเกษตร เช่น นำาเอาพลาสติกชีวภาพมาใช้เป็นวัสดุคลุมดิน หรือเอามาใช้ในการคลุมผลผลิต<br />
ทางการเกษตรแทนที่การใช้พลาสติกสังเคราะห์ซึ่งจะช่วยลดขั้นตอนและค่าใช้จ่ายในการเก็บและกำาจัดวัสดุคลุมดินภายหลัง<br />
การเพาะปลูก และมีการนำาเอาพลาสติกชีวภาพมาใช้เป็นตัวควบคุมการปลดปล่อยสารอาหารให้กับพืช บางประเทศมีความ<br />
สนใจในการนำาเอาพลาสติกชีวภาพมาใช้เป็นตัวปรับปรุงคุณภาพของดิน (soil conditioner) ร่วมกับวัสดุที่สามารถย่อยสลาย<br />
ได้ตามธรรมชาติชนิดอื่นๆ นอกจากนั้นยังมีการศึกษาการใช้พลาสติกที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพมาผลิตเป็นภาชนะปลูกพืชโดย<br />
มีวัตถุประสงค์เพื่อให้เกิดการย่อยสลายและเป็นอาหารให้กับพืชในระหว่างการเพาะปลูกด้วย<br />
ในปัจจุบันถุงพลาสติกและฟิล์มพลาสติกที่ผลิตจากพลาสติกสังเคราะห์ ก่อให้เกิดปัญหาด้านขยะเพิ่มขึ้นมาก<br />
เนื่องจากภายหลังการใช้งานมีการนำากลับมาใช้ใหม่น้อยมาก รวมถึงขั้นตอนแยกพลาสติกออกจากขยะอื่นทำาได้ยาก และมีค่า<br />
ใช้จ่ายสูง ดังนั้นจึงมีการพัฒนาพลาสติกย่อยสลายได้ทางชีวภาพมาใช้ประโยชน์ทางด้านบรรจุภัณฑ์ โดยนำามาผลิตถุงใส่ของ<br />
และถุงใส่ขยะเพื่อลดขั้นตอนและระยะเวลาในการคัดแยกขยะ (3)<br />
18<br />
วารสารสิ่งแวดล้อม ปีที่ 16 เล่มที่ 2
อ้างอิง<br />
(1) Shah, A. A., Hasan, F., Hameed, A., and Ahmed, S. 2008. Biological degradation of plastics: A com<br />
prehensive review. Biotechnology Advances. 246–265.<br />
(2) โพลิเมอร์ ( Polymers ) [ออนไลน์].[อ้างถึงวันที่ 22 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2555] : เข้าถึงได้จาก http://www.industrial.<br />
cmru.ac.th/Civil/wechsawan/materials/ch08/ch08.htm.<br />
(3) Chandra, R., and RENU R.1998. Biodegradable polymers. Prog. Polym. Sci.. 1273–1335.<br />
(4) The Truth About Biodegradable Plastic[ออนไลน์].[อ้างถึงวันที่ 14 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2555] :เข้าถึงได้จาก<br />
http://www.theinnovationdiaries.com/998/the-truth-about-biodegradable-plastic/.<br />
(5) Vieira, M., Gurgel, A., Mariana, A., S., Lucielen, O.,S., and Marisa, M., B.2011. Natural-based<br />
plasticizers and biopolymer films: A review. European Polymer Journal. 254–263.<br />
(6) ประมวลสารสนเทศพร้อมใช้พลาสติกย่อยสลายได้ทางชีวภาพ (Biodegradable plastics) [ออนไลน์].[อ้างถึง วันที่<br />
22 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2555] : เข้าถึงได้จาก http://siweb.dss.go.th/repack/fulltext/IR12.pdf.<br />
(7) Lucus, P., Bienaime, C., Belloy. C., Queneudec, M., Silvestre, F., and Nava-saucedo, J. 2008. Polymer<br />
biodegradation: Mechanisms and estimation techniques. Chemosphere. 429-442.<br />
(8) พลาสติกชีวภาพ (Bioplastic) [ออนไลน์].[อ้างถึงวันที่ 14 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2555] : เข้าถึงได้จาก http://www.<br />
npc-se.co.th/npc_date/npc_previews.asp?id_head=11&id_sub=36&id=429.<br />
วารสารสิ่งแวดล้อม ปีที่ 16 เล่มที่ 2 19