Composite materials from horse and elephant manure fibers    

โดย ทศพร ฤทธิ์คำรพ

ปี 2564

บทคัดย่อ

งานวิจัยนี้ได้ศึกษาสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของเส้นใยจากมูลม้าและเส้นใยจากมูลช้างสำหรับใช้เป็นสารเสริมแรงในวัสดุเชิงประกอบเส้นใยจากมูลม้าและช้างนั้นเป็นเส้นใยที่ผ่านการปรับสภาพผิวโดยกระบวนการย่อยของสัตว์ซึ่งไม่ผ่านกระบวนการทางเคมี ซึ่งเป็นทางเลือกที่น่าสนใจสำหรับกระบวนการผลิตที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

เส้นใยจากมูลม้า (Horse manure fiber; HMF) และมูลช้าง (Elephant manure fiber; EMF) ถูกเตรียมโดยการนำมาล้าง อบให้แห้ง แยกขนาดผ่านตะแกรงร่อน และนำเส้นใยที่ได้มาปรับสภาพผิวด้วยสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ (4% w/w) เป็นเวลา 24 ชั่วโมง (Treated horse manure fiber; THMF, Treated elephant manure fiber; TEMF) หญ้าเนเปียซึ่งเป็นหนึ่งในชนิดของอาหารม้าและช้างถูกนามาเป็นตัวอย่างเส้นใยก่อนผ่านกระบวนการย่อยในกระเพาะอาหารของสัตว์ทั้ง 2 ชนิด (Natural Fiber; NF) สมบัติทางเคมีของเส้นใย NF, HMF, EMF, THMF และ TEMF ถูกตรวจสอบหมู่ฟังก์ชั่นด้วยเทคนิค FT-IR spectroscopy และศึกษาโครงสร้างผลึกด้วยเทคนิค X-Ray Diffraction พบว่าปริมาณเซลลูโลสของเส้นใยที่ผ่านการปรับปรุงพื้นผิว (THMF, TEMF) มีปริมาณสูงกว่าเส้นใยจากมูลสัตว์ (HMF, EMF) เล็กน้อย และมีปริมาณสูงกว่าเส้นใย NF ตามลำดับ เมื่อศึกษาลักษณะทางสัณฐานวิทยาด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดพบว่าผิวของเส้นใย HMF, EMF, THMF และ TEMF มีความขรุขระใกล้เคียงกัน เส้นใยจากมูลม้าและมูลช้าง (HMF, EMF) มีศักยภาพที่จะใช้เป็นสารเสริมแรงในวัสดุเชิงประกอบซึ่งสามารถลดการปรับปรุงผิวด้วยสารละลายด่างโดยมูลสัตว์ทั้ง 2 ชนิด ถูกนำมาผสมกับพอลิโพรพิลีน และพอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูง ในสัดส่วน 10, 20, 30, 40 และ 50 phr ด้วยเครื่องผสมแบบสองลูกกลิ้ง และขึ้นรูปเป็นแผ่นโดยเครื่องอัดเบ้าแบบไฮดรอลิค ผลจากการทดสอบเชิงกลพบว่าค่ามอดุลัสของยังก์ เพิ่มขึ้นตามสัดส่วนของเส้นใยที่เพิ่มขึ้นโดยความต้านทานต่อแรงกระแทกและความแข็งเกร็ง มีค่าเพิ่มขึ้นอย่างไม่มีนัยสำคัญ ดังนั้น เส้นใยจากมูลสัตว์จึงเป็นทางเลือกสำหรับใช้เป็นสารเสริมแรงในวัสดุเชิงประกอบที่มีกระบวนการเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

Abstract

This research aimed to study the physical and chemical properties of horse manures fibers (HMF) and elephant manures fibers (EMF) to use as reinforcement fiber in composites. Fiber from horse and elephant manures was treated by digestion process without chemical process which is environmental friendly.

The horse manure fiber (HMF) and elephant manure fiber (EMF) were washed, dried, and sieved. The cleaned HFM and EFM were treated by sodium hydroxide solution (4 % w/w) for 24 hrs. Napier grass fiber, feeding resource for both horse and elephant, was selected as a sample fiber before digestion process in the stomachs of two animals. (Natural Fiber; NF) The functional group and crystallinity of NF, HMF,

EMF, treated HMF (THMF) and treated EMF (TEMF) were characterized by FT-IR spectroscopy and X-Ray diffractometer, respectively. The amount of cellulose of treated fiber (THMF, TEMF) was a little bit higher than fiber from animal manual (HMF, EMF) and higher than NF, respectively. Surface morphology was studied by scanning electron microscopy. The surface roughness was observed on HMF, EMF, THMF and TEMF surface. Thus, HMF and EMF have potential to be used as a natural treated fiber by reducing an alkali treatment process. To study the possibility of using animal manure fiber as reinforcement in polypropylene (PP) and high density polyethylene (HDPE), HFM and EFM were mixed with polymer matrix (10, 20, 30, 40 and 50 phr) by two roll mills and fabricated by compression molding. The mechanical properties of animal manure fiber/polymer composite were studied. The Young’s modulus of composite increased with increasing amount of animal manure fiber. However, the amount of fiber did not affect the hardness and impact strength of composite. Therefore, manure fiber is an alternative for being used as reinforcing agent in environmentally friendly composite.

Download : วัสดุเชิงประกอบจากเส้นใยจากมูลม้าและมูลช้าง