โจทย์ท้าทายจากภาคอุตสาหกรรม กับบรรจุภัณฑ์พลาสติกชีวภาพสำหรับอาหารแช่เยือกแข็ง
By: Assist. Prof. Utai Meekum, Ph.D.
School of Design Technology
Institute of Engineering
Suranaree University of Technology
umsut@g.sut.ac.th
ในยุคปัจจุบัน บรรจุภัณฑ์อาหารแช่เยือกแข็งมักอยู่ในรูปแบบของกล่อง ถุง หรือฟิล์ม โดยถุงและฟิล์มบรรจุส่วนใหญ่นั้นผลิตจากพอลิเมอร์ ชนิดพอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ (Low Density Polyethylene; LDPE) หรือพอลิเอทิลีนเชิงเส้นตรงความหนาแน่นต่ำ (Linear Low Density Polyethylene; LLDPE) ซึ่งเป็นพอลิเมอร์ที่ไม่สามารถย่อยสลายตัวได้ด้วยจุลชีพ หรือการย่อยสลายตัวเชิงชีวภาพ (Biodegradable) ดังนั้น เมื่อสิ้นสุดการใช้งาน ขยะจากบรรจุภัณฑ์ที่ผลิตจากวัสดุพอลิเมอร์เหล่านี้จะตกค้างในสิ่งแวดล้อมเป็นระยะเวลายาวนานและเกิดเป็นขยะตกค้าง ซึ่งขยะพลาสติกจากบรรจุภัณฑ์อาหารถือว่ามีสัดส่วนที่ค่อนข้างสูง และมีความซับซ้อนเชิงกระบวนการกำจัดมากกว่าขยะจากผลิตภัณฑ์พลาสติกชนิดอื่น จึงเป็นโจทย์ที่ท้าทายสำหรับผู้ผลิตบรรจุภัณฑ์
ทางเลือกของวัสดุไบโอพลาสติกที่เหมาะสม
พอลิแลคติกแอซิด(Polylactic acid; PLA) และพอลิบิวทิลีนซัคซิเนต (Poly-butylene succinate; PBS) ซึ่งเป็นพอลิเมอร์ทางชีวภาพ หรือเรียกว่าไบโอพลาสติก (Bioplastics) ที่มีการผลิตในเชิงอุตสาหกรรมแล้ว และได้รับการยอมรับว่าเป็นวัสดุพอลิเมอร์ที่มีความสามารถย่อยสลายเชิงชีวภาพได้ตามธรรมชาติ ซึ่งจัดเป็นวัสดุที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม สำหรับคุณสมบัติเชิงวิศวกรรมของ ‘พอลิแลคติกแอซิด’ หรือ ‘PLA’ นั้น ยังมีข้อด้อยที่ต้องปรับปรุงอีกหลายประการ เช่น มีความสามารถในการใช้งานในกรอบช่วงอุณหภูมิแคบ กล่าวคือ สามารถทนความร้อนโดยไม่เกิดการบิดงอจนเสียรูป (Heat Distortion Temperature; HDT) ได้ไม่เกินอุณหภูมิ 50oC อีกทั้งยังเป็นวัสดุพอลิเมอร์ที่มีความเปราะแตกหัก (High Brittleness) และ ง่ายต่อการปริแตก (Notched Sensitive) โดยเฉพาะเมื่อต้องนำไปใช้งาน ณ จุดที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง โดยหากต้องการนำวัสดุพอลิแลคติกแอซิดนี้ นำไปผลิตประยุกต์ใช้งาน ในรูปแบบของผลิตภัณฑ์หรือบรรจุภัณฑ์ที่มีความหลากหลายขึ้น จำต้องมีการปรับปรุงและพัฒนาคุณสมบัติดังกล่าว ให้ดีมากขึ้นกว่าที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน สำหรับวัสดุพอลิบิวทิลีนซัคซิเนต (PBS) นั้น ถือว่าเป็นวัสดุพลาสติกชีวภาพที่มีคุณสมบัติเชิงวิศวกรรมที่ดีกว่าพอลิแลคติกแอซิด เนื่องจาก PBS มีความแข็งเหนียว (High Toughness) และสามารถทนความร้อนได้ถึง 90oC โดยไม่เกิดการบิดงอเสียรูป แต่ถ้าเปรียบเทียบราคาวัสดุต่อหน่วย (Material Unit Cost) ระหว่าง PLA และ PBS นั้น ถือได้ว่า PLA มีต้นทุนราคาต่อหน่วยที่ต่ำกว่า PBS อย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้น ถึงแม้วัสดุ PLA จะมีจุดบกพร่องทางด้านคุณสมบัติเชิงวิศวกรรม แต่มีต้นทุนราคาที่ต่ำกว่า PBS จึงทำให้ PLA ยังคงเป็นตัวเลือกที่น่าสนใจในการนำไปใช้ และ พัฒนาเป็นผลิตภัณฑ์ในอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์อาหารรูปแบบต่างๆ
The most widely used forms of frozen food packaging today are box, bag, or film, and the latter two are commonly made from polymers such as low-density polyethylene (LDPE) or linear low-density polyethylene (LLDPE), which are resistant to microbial biodegradation. After use, polymer packaging becomes residual waste and remains untreated in the environment for a very long time. Plastic waste from food packaging constitutes a relatively high proportion of all waste forms and implicates more complicated waste management than other types of plastic because it usually contains some traces of food residues, which can become an obstacle in the waste-to-energy conversion process and many more in the full article. as these properties will facilitate post-usage waste disposal.
Proper Bioplastic Alternatives
Polylactic acid (PLA) and poly (butylene succinate) (PBS) are commercially available biopolymers or bioplastics. They are already used in industrial manufacturing. They are recognized as naturally biodegradable and environmentally friendly polymeric materials. PLA, however, still has several flaws and disadvantages, yet improvable engineering properties. It has narrow thermal functionality and applications; for instance, the heat distortion temperature (HDT) of PLA is only 50oC. It means that PLA’s product can be only exposed to heat at temperatures below 50oC, hot filled food packaging is not permissible. It also has high brittleness and notched sensitivity, both of which make it especially breakable when exposed to temperatures below freezing point. If PLA is to be converted into a more versatile product or packaging, its current downsides need to be addressed and urgently improved. On the contrary, poly (butylene succinate) (PBS), which is a bioplastic, boasts more adaptable engineering properties than PLA, thanks to its high toughness and high heat distortion temperature resistance of up to 90oC. Nevertheless, the material unit cost of PLA is significantly lower than that of PBS. Despite the shortcomings in its engineering properties, PLA still fares better in terms of costs, which makes it a more interesting alternative solution for the industrial production of food packaging.