โอกาสและความท้าทายของการใช้ผงไม้ไผ่เป็นสารเติมเต็มสำหรับพลาสติกที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ

ผงไม้ไผ่คืออะไร? ผงไม้ไผ่คือสารที่มีลักษณะเป็นผง ซึ่งได้มาจากการนำวัตถุดิบไม้ไผ่มาผ่านกระบวนการทางกายภาพต่างๆ เช่น การบด การโม่ และการร่อน โดยจัดว่าเป็นสารเติมเต็ม (Filler) ชนิดหนึ่ง ภายหลังจากที่ไม้ไผ่ผ่านกระบวนการแปรรูปแล้ว วัสดุเหลือทิ้งที่เกิดขึ้นประมาณ 30% สามารถนำมาเปลี่ยนสภาพให้กลายเป็นผงไม้ไผ่ที่มีประโยชน์ได้ ในฐานะที่เป็นวัสดุเติมเต็มจากชีวมวลที่มีความสำคัญ ผงไม้ไผ่จึงถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในหลากหลายภาคส่วน ไม่ว่าจะเป็นสินค้าอุปโภคบริโภคในชีวิตประจำวัน การเกษตร หรือสารช่วยในกระบวนการอุตสาหกรรม ซึ่งก่อให้เกิดประโยชน์ทั้งในด้านสิ่งแวดล้อมและเศรษฐกิจ
องค์ประกอบหลักของผงไม้ไผ่ประกอบด้วยสารอินทรีย์ต่างๆ เช่น เซลลูโลส ลิกนิน และเฮมิเซลลูโลส นอกจากนี้ยังประกอบไปด้วยสารอื่นๆ อีกหลายชนิด ได้แก่ เถ้า โปรตีน ไขมัน และเพกติน จากผลการวิจัยของสถาบันวนศาสตร์แห่งมณฑลฝูเจี้ยน (Fujian Academy of Forestry) พบว่าเมื่อใช้ไม้ไผ่พันธุ์ Moso (Phyllostachys edulis) ที่มีอายุ 3 ปีเป็นวัตถุดิบหลัก องค์ประกอบของผงไม้ไผ่จะประกอบด้วยเซลลูโลสในสัดส่วน 37.3% และลิกนินในสัดส่วน 24.5%

การจำแนกประเภทของผงไม้ไผ่
ในฐานะที่เป็นวัสดุเติมเต็มจากชีวมวลที่มีความสำคัญ ผงไม้ไผ่ถูกนำมาประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางในการพัฒนาผลิตภัณฑ์พลาสติกในหลากหลายสาขา ไม่ว่าจะเป็นสินค้าอุปโภคบริโภค วิศวกรรมการก่อสร้าง การขนส่ง และการเกษตร ทั้งนี้เนื่องจากผงไม้ไผ่มีคุณลักษณะที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม มีการปล่อยคาร์บอนต่ำ สามารถย่อยสลายได้ตามธรรมชาติ และมีความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจ ด้วยเหตุที่สมบัติทางกายภาพและเคมี รวมถึงประสิทธิภาพในการใช้งานของผงไม้ไผ่นั้น ขึ้นอยู่กับลักษณะการกระจายตัวของขนาดอนุภาคเป็นสำคัญ จึงมีการจำแนกประเภทของผงไม้ไผ่ออกเป็น 4 กลุ่มหลัก โดยพิจารณาจากขนาดอนุภาคและวัตถุประสงค์ในการใช้งาน ได้แก่ ผงไม้ไผ่หยาบ (Coarse Bamboo Powder), ผงไม้ไผ่ละเอียด (Fine Bamboo Powder), ผงไม้ไผ่ระดับไมโคร (Micro Bamboo Powder), และผงไม้ไผ่ระดับอัลตราไฟน์ (Ultrafine Bamboo Powder)
ผงไม้ไผ่หยาบ (ขนาดระดับมิลลิเมตร): ผงไม้ไผ่ในกลุ่มนี้ประกอบขึ้นจากเศษวัสดุเหลือทิ้งที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการไสไม้หยาบ การไสไม้ละเอียด และการรีดเส้นไม้ไผ่ให้ได้ขนาดมาตรฐาน ผงไม้ไผ่ชนิดนี้ยังคงรักษาสภาพโครงสร้างเส้นใยของไม้ไผ่ไว้อย่างสมบูรณ์ มีคุณสมบัติในการดูดซับความชื้นได้ดีเยี่ยม แต่มีคุณสมบัติการไหลตัว (Flowability) ที่ค่อนข้างต่ำ โดยส่วนใหญ่จะถูกนำไปใช้เป็นสารเติมเต็มสำหรับผลิตภัณฑ์ต่างๆ เช่น ทรายแมว อาหารสัตว์ ปูนซีเมนต์มอร์ตาร์ และพลาสติกเบคไลต์ (Bakelite)
ผงไม้ไผ่ละเอียด (60 μm ≥ D90 > 30 μm): ผงไม้ไผ่ในกลุ่มนี้ผลิตขึ้นจากการนำเศษไม้ไผ่เหลือทิ้งมาผ่านกระบวนการบดละเอียดโดยใช้เครื่องบดความเร็วสูงที่ติดตั้งลูกกลิ้งแบบวงแหวน (Ring rollers) ผงไม้ไผ่ชนิดนี้เริ่มแสดงคุณสมบัติทางเคมีที่พื้นผิว (Surface activity) ในระดับหนึ่ง และมีพื้นที่ผิวจำเพาะ (Specific surface area) เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ เมื่อนำไปผสมเป็นสารเติมแต่งในโพลีเอสเตอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ และผ่านกระบวนการต่างๆ เช่น การฉีดขึ้นรูป การขึ้นรูปด้วยความร้อน และการขึ้นรูปด้วยการอัด ก็สามารถนำไปใช้ผลิตผลิตภัณฑ์ต่างๆ เช่น มีด ส้อม ช้อน ถ้วยกาแฟ ถาดเพาะต้นกล้า และกระถางเพาะชำ ผงไม้ไผ่ขนาดเล็ก (30 μm ≥ D90 > 10 μm): ผลิตจากเศษเหลือจากการแปรรูปไม้ไผ่โดยใช้ระบบคู่ขนานที่ประกอบด้วยเครื่องบดลูกกลิ้งวงแหวน (เครื่องบดความเร็วสูง) และเครื่องแยกขนาดอนุภาคด้วยลม ภายในช่วงขนาดอนุภาคเฉพาะนี้ คุณสมบัติการใช้งานของผงไม้ไผ่จะเปลี่ยนแปลงไปอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ความสามารถในการดูดซับน้ำและคุณสมบัติการดูดซับจะเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด เหมาะอย่างยิ่งสำหรับใช้เป็นสารเติมแต่งในถุงช้อปปิ้งที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ถุงส่งของ ถุงขยะ ถุงแบน ถุงเสื้อยืด และถุงเพาะต้นกล้า
ผงไม้ไผ่ละเอียดพิเศษ (D90 ≤ 10 μm): ผลิตจากเศษเหลือจากการแปรรูปไม้ไผ่ผ่านกระบวนการต่อเนื่องสี่ขั้นตอน ได้แก่ การบดด้วยลูกกลิ้งวงแหวน การคัดแยกด้วยลม การบดละเอียดด้วยลม และการคัดแยกด้วยลมขั้นสุดท้าย ในขั้นตอนนี้ ผงไม้ไผ่จะมีพลังงานพื้นผิวสูงมากและมีลักษณะคล้ายวัสดุนาโน ทำให้เหมาะสำหรับการผลิตฟิล์มทางการเกษตรที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ

ข้อดีของการใช้ผงไม้ไผ่เป็นสารเติมแต่งมีอะไรบ้าง?
เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุเติมแต่งอินทรีย์และอนินทรีย์อื่นๆ ไม้ไผ่มีข้อดีที่โดดเด่นเมื่อใช้เป็นสารเติมแต่งสำหรับวัสดุฟิล์มและถุง ข้อดีเหล่านี้ปรากฏให้เห็นเป็นหลักในห้าด้านต่อไปนี้:
1) ความหนาแน่นต่ำ (ความหนาแน่นของผงไม้ไผ่ที่มีขนาดอนุภาค 60, 30, 20 และ 10 μm คือ 0.33, 0.26, 0.23 และ 0.17 g/cm³ ตามลำดับ) ซึ่งช่วยลดต้นทุนด้านโลจิสติกส์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ 2) มีปริมาณพอลิแซ็กคาไรด์สูงและปริมาณเถ้าต่ำ ช่วยให้เกิดการเชื่อมโยงกับโพลีเอสเตอร์ได้ง่าย ส่งผลให้คุณสมบัติเชิงกลของวัสดุฟิล์มและถุงดีขึ้น 3) มีปริมาณแป้งสูง ทำให้แปรรูปได้ง่ายและมีความยืดหยุ่นสูง 4) มีรูพรุนมากและซึมผ่านได้ดี ช่วยให้เกิดโครงสร้างประสานที่มั่นคงกับเมทริกซ์โพลีเอสเตอร์ และ 5) ต้นทุนการผลิตต่ำ ไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ระดับสูงหรือกระบวนการผลิตที่ซับซ้อน