ลิกนิน : สารตัวเติมจากธรรมชาตินำมาซึ่งประโยชน์การใช้สอย

 

 

 

KraussMaffei Extrusion GmbH ในเมือง Laatzen ประเทศเยอรมนี ได้ร่วมกับสมาชิกชาวโปแลนด์ของกลุ่ม Cypriot Synergy Horizon Group ได้พัฒนากระบวนการผลิตเทอร์โมพลาสติกเสริมแรงชีวภาพ 100% : PLA เสริมลิกนิน

 

ด้วยการมุ่งเน้นไปที่การทำให้ Valorization ของลิกนินแบบ Hydrolysis กลุ่มบริษัท Synergy Horizon ได้เปลี่ยนลิกนิน ซึ่งเป็นพอลิเมอร์ชีวภาพที่มักถูกทิ้งซึ่งเป็นผลพลอยได้จากอุตสาหกรรมเอทานอลให้เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีคุณค่าสำหรับการใช้งานต่างๆ

 

ความสามารถที่แข็งแกร่งของพวกเขาทำให้เกิดลิกนินบริสุทธิ์ มีการดัดแปลงทางเคมี และการทำงาน พวกเขานำเสนอผลิตภัณฑ์ที่ได้จากลิกนิน สำหรับการใช้งานที่หลากหลาย เช่น การสกัดน้ำมันและก๊าซ การผลิตแบตเตอรี่การบำบัดน้ำ อาหารสัตว์ และอื่นๆ

 

“ด้วยความเชี่ยวชาญด้านการผสมของเราและความรู้เฉพาะตัวของพันธมิตรโครงการของเราในการเตรียมลิกนิน เราประสบความสำเร็จในการรวมลิกนินมากถึง 30% ลงในเมทริกซ์ PLA และผลิตสารประกอบที่มีความสามารถ/การออกฤทธิ์ของสารต้านอนุมูลอิสระตามธรรมชาติเพิ่มคุณสมบัติเชิงกล และความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพที่ควบคุมได้” Lars Darnedde ผู้เชี่ยวชาญการพัฒนาทางวิศวกรรมกระบวนการ และผู้จัดการโครงการ KraussMaffei Extrusion

 

จากของเสียกลายเป็นสารตัวเติม

 

สมาชิกกลุ่ม Synergy Horizon Poland Sp. ยังคงพัฒนากระบวนการที่ไซน์ของบริษัทในโปแลนด์ในเมือง Poznan สำหรับการผลิตผงลิกนินที่ไหลอย่างอิสระ ซึ่งสามารถสูบจ่ายเข้าไปในเครื่องอัดรีดเป็นสารตัวเติมได้ ลิกนินเป็นสารธรรมชาติ 100% ซึ่งเป็นสารอินทรีย์ที่มีมากที่สุดในโลกรองจากเซลลูโลส

 

ลิกนินสามารถสกัดได้จากชีวมวลลิกโนเซลลูโลสด้วยวิธีการต่างๆ หนึ่งในวิธีการเหล่านี้คือการ Hydrolysis ของชีวมวลเพื่อการผลิตเอทานอล ซึ่งสร้าง Hydrolysis Lignin ที่เป็นผลพลอยได้ โดย Hydrolysis Lignin มีคุณสมบัติพิเศษที่ทำให้โดดเด่นจากลิกนินประเภทอื่น

 

ลิกนินประมาณ 50 ล้านตัน ซึ่งรวมถึงลิกนินแบบ Hydrolysis ถูกผลิตขึ้นทุกปีทั่วโลก โดยเป็นของเสียจากการแปรรูปไม้ในอุตสาหกรรมกระดาษและเอทานอล ซึ่ง 98% ของทั้งหมดถูกเผาทิ้ง โครงการวิจัยต่างๆ ได้จัดการกับทรัพยากรชีวภาพหมุนเวียนอันทรงคุณค่าแล้ว แต่การใช้ทรัพยากรดังกล่าวเป็นสารตัวเติมในเมทริกซ์โพลีเมอร์ชีวภาพนั้นมีเอกลักษณ์เฉพาะตัว

 

“อย่างไรก็ตาม การแปรรูปลิกนินแบบ Hydrolysis ไม่ใช่เรื่องง่าย” Alexander Gonchar หัวหน้าฝ่ายวิจัยและพัฒนาของ Synergy Horizon รู้จัก และภูมิใจกับความจริงที่ว่า ต้องขอบคุณการทำงานด้านการพัฒนาอย่างเข้มข้น ปัจจุบันบริษัทของเขาได้ดำเนินสายการผลิตเชิงพาณิชย์สำหรับการผลิตผงลิกนินแล้ว

 

 

 

 

การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการที่ประสบความสำเร็จ : KraussMaffei ผสานลิกนินสูงถึง 30% เข้ากับเมทริกซ์ PLA

 

KraussMaffei ได้สาธิตการรวมวัตถุดิบจากธรรมชาติเข้ากับเมทริกซ์ PLA ในศูนย์ทางเทคนิคที่เพิ่งจัดตั้งขึ้นที่โรงงาน Laatzen ทั้งเครื่องอัดรีดในห้องปฏิบัติการ ZE Blue Power 28 และคอมพาวนด์การผลิต ZE Blue Power 42 ขนาดเล็กประสบความสำเร็จในการผสมลิกนินสูงถึง 30%

 

“เราได้ปรับโครงสร้างสกรูเป็นพิเศษให้เข้ากับลิกนินที่มีองค์ประกอบการผสมที่มีความไวสูง ทำงานที่อุณหภูมิต่ำสูงสุด 160°C และใช้ทั้งโซนการบรรจุยาว 6 D และการกำจัดก๊าซด้านข้าง” Lars Darnedde ให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับ การกำหนดค่ากระบวนการ การสร้าง ZE Blue Power ที่มี Da/di ที่เหมาะสมและที่ 1.55 จึงมอบความเป็นไปได้ทั้งหมดเหล่านี้ “ทันที” และเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการประมวลผลโพลีเมอร์ที่ไวต่อแรงเฉือนและไวต่ออุณหภูมิเหล่านี้

 

ความจริงที่ว่าทั้งการจัดเตรียมกระบวนการของเครื่องอัดรีดแบบผสมและการเตรียมลิกนินที่ Synergy Horizon นั้นสมบูรณ์แบบ ยังได้รับการยืนยันจากการทดสอบทางกลที่ครอบคลุมอีกด้วย เมื่อเปรียบเทียบกับ PLA บริสุทธิ์ การเสริมแรงลิกนินทำให้โมดูลัสแรงดัดงอและแรงดึงเพิ่มขึ้นประมาณ 30%

 

อาจมีประโยชน์ในการใช้งานบรรจุภัณฑ์ที่วัสดุต้องมีความแข็งเพียงพอที่จะคงรูปร่างไว้ภายใต้การรับน้ำหนัก ข้อดีอีกประการหนึ่งคือลิกนินเพิ่มความสามารถในการต้านอนุมูลอิสระที่เพียงพอ ซึ่งสามารถช่วยโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานบรรจุภัณฑ์อาหาร เพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันของอาหาร และรักษาคุณภาพและความปลอดภัยโดยการยับยั้งการเกิดออกซิเดชันที่รุนแรง และป้องกันการก่อตัวของรสชาติ กลิ่น หรือสารประกอบที่เป็นพิษ

 

อีกทั้งสารประกอบชีวภาพที่มีลิกนินไม่มีกลิ่นเหมือนลิกนินชนิดอื่น จึงเหมาะแก่การบรรจุอาหารมากกว่า สารประกอบสองชนิดใหม่ที่มีคุณสมบัติต้านอนุมูลอิสระสามารถนำไปใช้กับพลาสติกที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพเพื่อวัตถุประสงค์ทางการเกษตร เช่น ฟิล์มคลุมดิน เพื่อปกป้องพวกมันจากการย่อยสลายแบบออกซิเดชัน

 

ซึ่งแตกต่างจาก PLA บริสุทธิ์ซึ่งมีความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพที่จำกัด เนื่องจากการพึ่งพาเอนไซม์เฉพาะและสภาวะทางอุตสาหกรรม สารประกอบชีวภาพของ PLA ที่มีลิกนินแสดงคุณสมบัติการย่อยสลายทางชีวภาพที่ได้รับการปรับปรุงด้วยอัตราการย่อยสลายทางชีวภาพมากกว่า 90% ใน 99 วัน