การเตรียมนาโนคอมพอสิทของยางธรรมชาติกับอนุภาคนาโนอินทรีย์และอนินทรีย์

Abstract

วัตถุประสงค์ของงานวิจัยนี้คือศึกษาการเตรียมพอลิเมอร์นาโนคอมพอสิทของยางธรรมชาติกับอนุภาคนาโนพอลิสไตรีน-2 (เมทาครีโลอิล ออกซี เอทิล ไตรเมทิล แอมโมเนียม คลอไรด์) เป็นวัสดุอินทรีย์ และอนุภาคนาโนเงินเป็นวัสดุอนินทรีย์ ในระบบอิมัลชันโดยเทคนิคเฮทเทอโรโคแอคูเลชชันที่ใช้แรงดึงดูดทางไฟฟ้าสถิต ในกรณีการผสมยางธรรมชาติกับอนุภาคนาโนพอลิสไตรีน-2 (เมทาครีโลอิล ออกซี เอทิลไตรเมทิล แอมโมเนียม คลอไรด์) ขั้นแรก ได้ทำการเตรียมอนุภาคระดับนาโนเมตรของพอลิสไตรีน-2 (เมทาครีโลอิล ออกซี เอทิล ไตรเมทิล แอมโมเนียม คลอไรด์) ด้วยกระบวนการสังเคราะห์แบบอิมัลชัน เมื่อวัดขนาดของอนุภาคนาโนพอลิเมอร์ที่ได้ พบว่ามีขนาด 75.80 นาโนเมตร ในขณะที่ความเป็นประจุที่ผิวมีค่า +52.10 มิลลิโวลต์ จากนั้น ทำการปรับผิวของอนุภาคยางธรรมชาติให้มีประจุเป็นบวกโดยปรับพีเอชของอิมัลชันของยางธรรมชาติซึ่งพบว่าพีเอช 2 เป็นพีเอชที่เหมาะสม ในกระบวนการผสมได้ทำการศึกษาปริมาณของอนุภาคนาโนพอลิเมอร์ที่ผสมที่อัตราส่วนต่างๆ พบว่าอัตราส่วน Nmax (อัตราส่วนที่จำนวนอนุภาคนาโนพอลิเมอร์ล้อมรอบอนุภาคของยางธรรมชาติพอดี)เป็นสภาวะที่เหมาะสม โดยทำการเติมอิมัลชันของอนุภาคนาโนพอลิเมอร์ที่มีประจุบวกที่ผิว (พีเอช =2) ลงในอิมัลชันของยางธรรมชาติที่มีประจุบวกที่ผิวเช่นกัน (พีเอช = 2) จากนั้น ค่อยๆเพิ่มค่าพีเอชของอิมัลชันผสมจนถึง 8 จะทำให้อนุภาคของยางธรรมชาติมีประระจุที่ผิวเป็นลบจับกับอนุภาคนาโนพอลิสไตรีน-2 (เมทาครีโลอิล ออกซี เอทิล ไตรเมทิล แอมโมเนียม คลอไรด์) ที่มีประจุเป็นบวก โดยขนาดของพอลิเมอร์นาโนคอมพอสิทที่ได้ (228.70 nm) มีขนาดเพิ่มขึ้นจากขนาดของยางธรรมชาติก่อนผสม (142.30 nm) และอนุภาคนาโนพอลิสไตรีน-2 (เมทาครีโลอิล ออกซี เอทิล ไตรเมทิล แอมโมเนียม คลอไรด์) นอกจากนี้ พอลิเมอร์นาโนคอมพอสิทที่ได้ยังมีค่าความเป็นประจุที่ผิวเป็นบวก 23.60 มิลลิโวลต์ หลังจากนำไปขึ้นรูปเป็นแผ่นฟิล์มและทดสอบค่าความแข็งแรงเชิงเส้น พบว่าแผ่นฟิล์มของนาโนคอมพอสิท มีความแข็งแรงเพิ่มขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับแผ่นฟิล์มของยางธรรมชาติ ในกรณีการผสมยางธรรมชาติกับอนุภาคนาโนเงิน ขั้นตอนแรก ทำการเตรียมอนุภาคนาโนเงินโดยวิธีรีดักชันทางเคมี ได้สารละลายสีเหลืองใส จากนั้น นำอนุภาคนาโนเงินที่กระจายตัวอยู่ในน้ำไปเคลือบด้วย Tween80 และตามด้วยเฮกซะเดกซิล ไตรเมทิล แอมโมเนียม โบรไมด์ จะได้อนุภาคนาโนเงินที่มีประจุที่ผิวเป็นบวกเท่ากับ 50.33 มิลลิโวลต์ เมื่อผสมอนุภาคนาโนเงินที่มีประจุบวกกับยางธรรมชาติในสภาวะเดียวกันกับการผสมยางธรรมชาติกับอนุภาคนาโนพอลิสไตรีน-2 (เมทาครีโลอิล ออกซีเอทิล ไตรเมทิล แอมโมเนียม คลอไรด์) จะพบการกระจายตัวของอนุภาคนาโนเงินในแผ่นฟิล์มของยางผสม เมื่อทดสอบสมบัติการต้านเชื้อแบคทีเรีย Staphylococcus aureus และ Escheircchia coli พบว่าแผ่นฟิล์มคอมพอสิทของยางธรรมชาติที่ผสมกับอนุภาคนาโนเงิน สามารถยับยั้งเชื้อแบคทีเรียทั้งสองชนิดได้อย่างมีประสิทธิภาพ จากการทดลองสามารถสรุปได้ว่า สามารถเตรียมยางธรรมชาติผสมกับอนุภาคนาโนอินทรีย์และอนินทรีย์ ได้โดยใช้เทคนิคเฮทเทอโรโคแอคูเลชันโดยอาศัยแรงดึงดูดทางฟ้าสถิตในสภาวะที่เหมาะสมโดยไม่ใช้ตัวทำละลายอินทรีย์ แผ่นฟิล์มพอลิเมอร์ผสมของยางธรรมชาติกับพอลิสไตรีน-2 (เมทาครีโลอิล ออกซี เอทิล ไตรเมทิล แอมโมเนียม คลอไรด์) มีความแข็งแรงเพิ่มขึ้นจากแผ่นฟิล์มยางธรรมชาติ นอกจากนี้ แผ่นฟิล์มพอลิเมอร์คอมพอสิทของยางธรรมชาติกับอนุภาคนาโนเงินสามารถยับยั้งเชื้อแบคทีเรียได้อย่างมีประสิทธิภาพ จึงสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในทางการแพทย์ได้

This research was aimed to study the preparations of polymer nanocomposites of natural rubber with poly [styrene-co-2-(methacryloyloxy) ethyl trimethylammonium chloride] (P(S-QDM)) nanoparticle as an organic material and silver nanoparticle as an inorganic material in the emulsion systems, using heterocoagulation technique with the electrostatic interaction. In the case of natural rubber (NR) and P(S-QDM) blending, P(S-QDM) nanoparticle was firstly prepared by emulsion polymerization. The diameter of the prepared nanoparticle was 75.80 nm whereas the charge on its surface represented +52.10 mV. Thereafter, the pH of NR latex (NRL) emulsion was adjusted to the acidic conditions to obtain the positive charge on the NRL surface. It was found that pH of 2 was the optimal condition. In the blending process, the amount of polymer nanoparticle at various ratios was studied. The optimal amount of polymer nanoparticle was Nmax (the maximum number of polymer nanoparticles completely enveloped NRL). The polymer nanoparticle emulsion (pH of 2) having positive surface charge was added into the NRL emulsion (pH of 2) having the same positive charge. Thereafter, pH of the blending emulsion was gradually increased to 8 in which NRL represented the negative surface charge and then coalesced with positive charge P(S-QDM) nanoparticle. The obtained polymer nanocomposite size (228.70 nm) increased from those of the original NR (142.30 nm) and P(S-QDM). Moreover, the positive charge of 23.60 mV was presented on the polymer nanocomposite surface. After film casting and the tensile strength testing, the strength of the nanocomposite film was enhanced, compared with the NR host film. In the case of NR and silver nanoparticle blending, silver nanoparticle was firstly prepared by the chemical reduction method resulting in a clear yellow solution. Thereafter, the silver nanoparticle dispersed in water was firstly coated with Tween 80 and then hexadecyl trimethyl ammonium bromide forming positive charge silver nanoparticle with 50.33 mV. After blending with NRL using the same condition as NRL and P(S-QDM) blending, the distribution of silver nanoparticle in the composite film was observed. The composite film was found to be effective in inhibiting bacteria both Staphylococcus aureus and Escherichia coli. It could be concluded that the nanocomposites of NRL with an organic and an inorganic materials were successfully prepared by the heterocoagulation technique with the electrostatic interaction in the appropriate condition without the utilization of organic solvent. The tensile strengths of NR/P(S-QDM) films were improved from the host NR film. Moreover, the polymer nanocomposite film of NRL and silver nanoparticle could effectively inhibit bacteria and it could be applied in medical treatment.