บริษัท Sumitomo Rubber Industries รายงานความก้าวหน้าของโครงสร้างยางวัลคาไนซ์
บริษัท Sumitomo Rubber Industries Ltd (SRI) ร่วมกับนักวิจัยจาก Tokyo Institute of Technology และ Muneki Ouchi of Riken Research Institute ได้ศึกษาวิจัยโครงสร้างยางวัลคาไนซ์โดยใช้เทคนิคการวิเคราะห์โครงสร้างเชิงเคมีขั้นสูงคือ high-field solid-state NMR ใช้ high-speed magic-angle rotation ร่วมกับ high field solution NMR พบว่ามีโครงสร้างพันธะระหว่างยางธรรมชาติกับกำมะถันเป็นแบบวงแหวน (ring structure) บนโครงสร้างโมเลกุลที่เชื่อมโยงกันเป็นโครงสร้างร่างแห ซึ่งเดิมคิดว่าเป็นโครงสร้างพลอยได้จากการเกิดปฏิกิริยาการวัลคาไนซ์ของยางธรรมชาติเท่านั้น
การค้นพบใหม่นี้ เกิดจากความก้าวหน้าของเทคนิคในการศึกษาโครงสร้างของพอลิเมอร์โดย NMR ซึ่งยังจะต้องพิสูจน์ต่อไปว่าจะมีผลต่อสมบัติและสมรรถนะของยางที่วัลคาไนซ์ด้วยระบบกำมะถันอย่างไร แต่ทางบริษัทคาดหวังว่า จะสามารถนำไปใช้ในการช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพยางล้อ รวมทั้งการรีไซเคิลยาง เพื่อการพัฒนาเทคโนโลยีที่ยั่งยืนสำหรับยางรถยนต์ในอนาคต
ทางทีมวิจัยได้ศึกษาโครงสร้างการวัลคาไนซ์ของยางธรรมชาติด้วยเทคนิค NMR (nuclear magnetic resonance) ดังกล่าวพบว่า มีโครงสร้างใหม่บางส่วน (new partial structures) ของยางวัลคาไนซ์ คือโครงสร้างกำมะถันแบบวงแหวน และโครงสร้างพันธะเชื่อมโยง (crosslink) ผลจากเครื่อง NMR พบว่า โครงสร้างแบบ วงแหวนเป็นผลพลอยได้ (by product) จากปฏิกิริยาการการวัลคาไนซ์
นักวิจัยได้วิเคราะห์ตัวอย่างยางด้วยเทคนิค NMR คือ a. ตัวอย่างเป็นของแข็ง (solid NMR) คือ ยางธรรมชาติที่ผ่านวัลคาไนซ์ (ยางจากกระบวนการผลิตยางล้อ) b. ตัวอย่างเป็นสารละลาย (solution) คือ ยางธรรมชาติมาละลายในตัวทำละลายในหลอดทดลองแล้วเติมสารวัลคาไนซ์ที่เป็นกำมะถัน ทำปฎิกริยาที่อุณหภูมิสูงและ c. ยางธรรมชาติที่ไม่ผ่านการทรีตมาละลายในตัวทำละลาย แล้วนำตัวอย่างนำมาวิเคราะห์ด้วยเทคนิค NMR ทั้งแบบหนึ่งมิติ (1-D) และสองมิติ (2-D) พบว่า เมื่อนำมาวัดด้วย NMR แบบหนึ่งมิติ (ดังรูปประกอบ) พบว่าสเปกตรัมของ a และ b เมื่อเปรียบเทียบกับ c พบว่าความเข้มของสัญญาณและสเปกตรัมของ a และ b มีสเปกตรัมที่ตรงกันหลายตำแหน่ง ผลจากการเติมกำมะถันและการให้ความร้อนทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางเคมี และเมื่อนำตัวอย่าง b มาวัดแบบสองมิติ เพื่อทำนายโครงสร้างไซคลิกที่เกิดขึ้นว่าเป็นไซคลิกซัลไฟด์ โครงสร้างพันธะเชื่อมโยง (crosslink) ด้วยหมู่ไวนิลิดีน (vinylidene group) เป็นต้น
กราฟเปรียบเทียบ สเปกตรัม 13 C-NMR ของตัวอย่างยาง ทั้ง 3 แบบ จากรูป a และ b พบสเปกตรัมขึ้นที่ตำแหน่งเดียวกันจำนวนมาก ขณะที่ c ไม่พบบางสเปกตรัม
โดย ** ที่พบใน a เป็นปรากฎการณ์ที่เรียกว่า spinning sideband
*** ที่พบใน b และ c คือ สเปกตรัมของตัวทำละลายที่ใช้สำหรับ NMR
ก่อนหน้านี้ ทีมวิจัยได้รายงานการวิเคราะห์ NMR ของยางวัลคาไนซ์ที่มีโครงสร้างพันธะเชื่อมโยงที่แตกต่างกัน เนื่องจากโครงสร้างแบบวงแหวน (cyclic structure) อาจเป็นผลพลอยได้จากโครงสร้างพันธะเชื่อมโยงได้ จึงจำเป็นต้องมีการตรวจสอบในอนาคตเพื่อดูว่าโครงสร้างแบบวงแหวน มีผลกระทบต่อสมบัติเชิงกลอย่างไร รวมถึงความยืดหยุ่นของยางและการประยุกต์ใช้งานโครงสร้างแบบวงแหวน ว่าจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ยางและกระบวนการผลิตได้มากเพียงใดที่มา:
https://www.european-rubber-journal.com
https://www.srigroup.co.jp
