พ่อครัวบ่อยครั้งจะมีการเติมน้ำมันมะกอกเข้าไปในสปาเก็ตตี้เพื่อช่วยให้ปรุงอาหารได้ง่ายขึ้นและช่วยเพิ่มรสชาติ การศึกษาในตอนนี้ค้บพบว่า น้ำมันมะกอกและน้ำมันพืชชนิดอื่น ๆ นั้นยังสามารถช่วยทำให้พลาสติกมีความแข็งแรงมากขึ้นในรูปแบบของไฟเบอร์อีกด้วย โดยไฟเบอร์เหล่านี้เหมาะที่จะใช้กับผลิตภัณฑ์จำพวกเสื้อกันกระสุนหรือเชือกที่ใช้ยึดกับสมอของหัวเจาะน้ำมัน

พลาสติกทุกชนิดนั้นจะเป็นโมเลกุลที่มีสายโซ่ยาวคล้ายกับเส้นสปาเก็ตตี้ ซึ่งเราเรียกว่า พอลิเมอร์ มีอยู่พอลิเมอร์ชนิดหนึ่งที่มีความยาวของสายโซ่มากเป็นพิเศษ ซึ่งก็คือ พอลิเอททิลลีนหรือ PE ชื่อทางเคมีของมันแบบเต็มๆ คือ ultra high molecular weight polyethylene ซึ่งโมเลกุลของพลาสติกชนิดนี้จะมีมากกว่าชนิดอื่นๆของมันเกือบ 20 เท่า

“มันเป็นโมเลกุลที่มีขนาดใหญ่มาก” Theo Tervoort กล่าว เขาเป็นนักวัสดุศาสตร์ซึ่งทำงานให้กับโครงการหนึ่งที่ Swiss Federal Institute of Technology ในซูริค

โมเลกุลที่มีขนาดยาวมาก ๆ นี้มีความแข็งแรงเป็นอย่างมาก แต่กระบวนการผลิตนั้นทำให้มันพันกัน โมเลกุลที่มีความยาวแบบนี้ต้องถูกดึงและยืดออกก่อนที่จะนำไปทำเป็นไฟเบอร์และถักถอในรูปแบบของเส้นใยหรือมัดให้เป็นเชือก ซึ่งน้ำมันมะกอกหรือน้ำมันพืชชนิดอื่น ๆ นั้นสามารถช่วยได้

ถ้าพวกเราต้องการที่จะคลายเกลียวของสปาเก็ตตี้ คุณก็แค่วางเส้นในหม้อใส่น้ำขนาดใหญ่ ปมที่มัดกันไว้ก็จะเริ่มคลายตัว ในโรงงานที่ผลิตไฟเบอร์จากสายโซ่โมเลกุลที่ยาวของ PE ก็ทำในลักษณะเดียวกัน แต่แทนที่มันจะเป็นน้ำ พวกเขาใช้ตัวทำละลายที่ระเหยได้อย่างรวดเร็วแทน

การผสม PE ลงในตัวทำละลายทำให้สายโซ่พอลิเมอร์ไม่พันกัน หลังจากนั้นสายโซ่ของ PE จะถูกให้ความร้อนและยืดออก ในระหว่างที่ทำการยืด สายโซ่ทั้งหมดจะมีทิศทางเพียงทางเดียว ซึ่งนั่นทำให้ได้พลาสติกที่มีความแข็งแรง จนถึงขั้นตอนสุดท้ายของกระบวนการ ตัวทำละลายก็จะค่อย ๆ ระเหยออกไปเอง

แต่มันมีปัญหาอยู่คือ การหายใจเอาไอระเหยของตัวทำละลายเข้าไปสามารถก่อให้เกิดอันตรายกับปอดของพนักงานหรือก่อให้เกิดปัญหาทางด้านสุขภาพอื่น ๆ ได้ รวมไปถึงโรคมะเร็งด้วย ไอระเหยยังสามารถช่วยให้เกิดหมอกควันที่เป็นพิษอีกด้วย ดังนั้นโรงงานต้องทำการเก็บไอระเหยเหล่านี้และทำการรีไซเคิลตัวทำละลายด้วย

ทั้ง ๆ ที่มีปัญหานี้อยู่ แต่ตัวทำละลายนี้ก็ถูกใช้ในกระบวนการผลิตไฟเบอร์ของ PE มาเป็นเวลากว่า 40 ปีแล้ว

แรงบันดาลใจ

Tervoort และทีมวิจัยของเขาได้บังเอิญค้นพบการใช้น้ำมันกับพลาสติกในขณะที่เขาพยายามจะทำการพัฒนาชนิดของขี้ผึ้งที่ใช้บนแผ่นสกี การใช้ขี้ผึ้งเหลวนั้นช่วยให้สกีนั้นเคลื่อนตัวได้อย่างง่ายได้บนหิมะ แต่การทาขี้ผึ้งนั้นยากและวุ่นวายมาก กลุ่มของ Tervoort จึงใส่บางส่วนของโมเลกุล PE ที่มีสายโซ่ยาวนี้เข้าไปในขี้ผึ้งด้วย พวกเขาคิดว่าน่าพวกเขาสามารถทำให้ขี้ผึ้งให้เป็นแผ่นฟิล์มได้ ซึ่งทำให้นำไปแปะบนสกีได้ง่ายขึ้น และที่น่าแปลกใจคือ ขี้ผึ้งสามารถทำให้โมเลกุลของ PE ที่พันกัน ยืดตรงออกได้

ขี้ผึ้งนั้นเป็นน้ำมันชนิดหนึ่ง ดังนั้นกลุ่มวิจัยนี้ได้ลองใช้น้ำมันแทนที่จะเป็นตัวทำละลายที่ทำให้ไฟเบอร์ของ PE นั้นยืดตัวออกมา น้ำมันมะกอกและน้ำมันถั่วก็สามารถทำได้เช่นกัน ซึ่งสารเคมีส่วนใหญ่ในน้ำมันคือ stearic acid ซึ่งเป็นกลุ่มที่พบได้มากในไขมันที่มาจากพืชและสัตว์

นักวิจัยได้อธิบายการค้นพบของพวกเขาไว้เมื่อวันที่ 30 พฤศจิกายน ใน Macromolecule

น้ำมันที่ได้จากพืชนั้นปลอดภัยกว่าและดีต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่าตัวทำละลายที่ใช้กันอยู่ อีกทั้งยังมีประสิทธิภาพมากกว่าด้วย PE นั้นถูกยืดออกได้มากกว่าในระหว่างกระบวนการผลิตและทำได้ไฟเบอร์ที่มีขนาดที่ยาวกว่าเช่นกัน “คุณจะได้ไฟเบอร์คุณภาพดีกว่า” Tervoort กล่าว ทีมวิจัยสามารถผลิตไฟเบอร์ของ PE ที่มีความแข็งแรงมากกว่าไฟเบอร์ PE อื่น ๆ ที่ใช้ตัวทำละลายเกือบสองเท่า

ยังไม่ชัดเจนว่าทำไมน้ำมันพืชสามารถทำงานได้เป็นอย่างดี หนึ่งในความคิดคือ บางทีมันอาจจะเปลี่ยนแปลงโครงสร้างผลึกของ PE ในขณะที่เปลี่ยนเป็นของแข็ง “นั่นเป็นสิ่งที่พวกเรากำลังค้นหาคำตอบกันอยู่” Tervoort กล่าว

ที่มา: https://student.societyforscience.org/article/olive-oil-untangles-plastic

อ่านเพิ่มเติม

Original Journal Source: R Schaller et al. High-performance polyethylene fibers “al dente:” improved gel-spinning of ultrahigh molecultar weight polyethylene using vegetable oils. Macromolecules. Vol. 48, November 30, 2015, p. 8877. doi: 10.1021/acs.macromol.5b02211.