ด้านที่ 3 ด้านวิจัยเเละนวัตกรรม
ชื่อผลงาน : อิทธิพลของนาโนทิวบ์คาร์บอนต่อคุณสมบัติทางกายภาพและเชิงกลของวัสดุคอมโพสิตพลาสติกชีวภาพเสริมแรงด้วยเส้นใยรากหญ้าแฝก
ชื่อเจ้าของผลงาน : ผศ.ดร.พงศธร กองแก้ว สาขาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี นายพีรวิชญ์ ปะสังติโย นักศึกษา สาขาวิทยาศาสตร์ คณะครุศาสตร์ นางสาวพิชชาภา ลำภาย นักศึกษา สาขาวิทยาศาสตร์ คณะครุศาสตร์ นางสาวอรกัญญา ปานจำลอง นักศึกษา สาขาวิทยาศาสตร์ คณะครุศาสตร์
|
 |
| ความคิดริเริ่ม |
| ในปัจจุบันปัญหาขยะพลาสติกและมลพิษสิ่งแวดล้อมเป็นวิกฤตระดับโลกที่ต้องการการแก้ไขอย่างเร่งด่วน ประเทศไทยในฐานะประเทศเกษตรกรรมมีวัสดุชีวมวลจากพืชท้องถิ่นที่มีศักยภาพสูง โดยเฉพาะ `หญ้าแฝก` พืชมหัศจรรย์ที่พระบาทสมเด็จพระบรมชนกาธิเบศร มหาภูมิพลอดุลยเดชมหาราช บรมนาถบพิตร ทรงส่งเสริมให้ปลูกทั่วประเทศเพื่ออนุรักษ์ดินและน้ำ |
| เเรงบันดาลใจ |
| แรงบันดาลใจของงานวิจัยชิ้นนี้เกิดจากการผสานสองแนวคิดสำคัญเข้าด้วยกัน คือ การอนุรักษ์ทรัพยากรท้องถิ่นผ่านหญ้าแฝก ซึ่งมีระบบรากที่แข็งแรงและยืดหยุ่นสูง กับนวัตกรรมวัสดุระดับนาโนเทคโนโลยีอย่างนาโนทิวบ์คาร์บอน (Carbon Nanotubes: CNTs) ซึ่งมีคุณสมบัติทางกลเป็นเลิศ ทั้งนี้ คณะนักวิจัยได้ตระหนักว่า พลาสติกชีวภาพโพลิแลคติกแอซิด (PLA) ซึ่งผลิตจากแป้งพืชย่อยสลายได้ตามธรรมชาติ ยังมีข้อจำกัดด้านความเปราะบางและทนน้ำได้ต่ำ การนำเส้นใยรากหญ้าแฝกและ CNTs มาเสริมแรงใน PLA จึงเป็นแนวคิดสร้างสรรค์ที่มุ่งพัฒนาวัสดุที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมสอดรับกับนโยบาย BCG Model (Bio-Circular-Green Economy) ของประเทศไทย
นอกจากนี้ ความโดดเด่นของงานวิจัยนี้คือเกิดจากความคิดริเริ่มของนักศึกษาระดับปริญญาตรีชั้นปีที่ 4 ที่นำวัสดุจากภูมิปัญญาท้องถิ่น (รากหญ้าแฝก) มาผสมผสานกับวัสดุนาโนเทคโนโลยี แสดงให้เห็นถึงศักยภาพของนักศึกษามหาวิทยาลัยราชภัฏมหาสารคามในการสร้างงานวิจัยคุณภาพระดับนานาชาติ
|
| ขั้นตอน |
| การวิจัยดำเนินการเป็น 4 ขั้นตอนหลัก ดังนี้
1. ขั้นตอนที่ 1 การเตรียมวัตถุดิบ
1.1 เก็บรวบรวมหญ้าแฝกพันธุ์ร้อยเอ็ด (Vetiveria Nemoralis A. Camus) อายุ 3 ปี จากหมู่บ้านบ้านปลาบู่ ตำบลหนองแสง อำเภอวาปีปทุม จังหวัดมหาสารคาม
1.2 นำรากหญ้าแฝกมาล้างน้ำกลั่น ตากแดด 8 ชั่วโมง จากนั้นตัดให้ได้เส้นผ่านศูนย์กลาง 200-300 ไมครอน
1.3 แช่เส้นใยในสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ 0.5% เป็นเวลา 2 ชั่วโมง เพื่อปรับสภาพผิว ล้างน้ำจนได้ pH กลาง แล้วอบที่ 60°C นาน 24 ชั่วโมง
1.4 ใช้ PLA จากบริษัท GLOBAL BIOPOLYMERS กรุงเทพฯ และ Multi-Walled Carbon Nanotubes (MWCNTs) บริสุทธิ์ >95% ที่สังเคราะห์ด้วยวิธี Chemical Vapor Deposition
2. ขั้นตอนที่ 2 การเตรียมและขึ้นรูปชิ้นงาน
2.1 กำหนดสูตรพื้นฐาน PLA เส้นใยรากหญ้าแฝก = 90:10 โดยน้ำหนัก
2.2 เติม CNTs ในปริมาณ 2, 4, 6, 8 และ 10% โดยน้ำหนัก
2.3 ผสมส่วนผสมด้วยเครื่องผสมระบบปิด อุณหภูมิ 200°C นาน 6 นาที เพื่อให้ได้การกระจายตัวที่สม่ำเสมอ
2.4 บดชิ้นงานให้เป็นเม็ดพลาสติก แล้วฉีดขึ้นรูปด้วยเครื่อง Injection Molding ที่ 180°C ได้ชิ้นทดสอบตามมาตรฐาน ASTM
3. ขั้นตอนที่ 3 การทดสอบคุณสมบัติ
3.1 คุณสมบัติเชิงกล ทดสอบความแข็งแรงดึง (ASTM D638) และความแข็งแรงดัด (ASTM D790)
3.2 คุณสมบัติทางกายภาพ ความหนาแน่น (ASTM D792) การดูดซึมน้ำ (ASTM D570) และการบวมตัวของความหนา (ASTM D1037)
3.3 คุณสมบัติทางความร้อน วิเคราะห์ด้วย Thermogravimetric Analysis (TGA) ช่วงอุณหภูมิ 30-850°C
3.4 วิเคราะห์โครงสร้างจุลภาคด้วย Scanning Electron Microscopy (SEM)
4. ขั้นตอนที่ 4 การวิเคราะห์ข้อมูล
วิเคราะห์ความแปรปรวนทางสถิติด้วย One-way ANOVA ที่ระดับความเชื่อมั่น 95% ( = 0.05) และวิเคราะห์ความสัมพันธ์ด้วย Pearson Correlation
ภาพรวมของงานวิจัย อธิบายโดยสรุป ดังรูปที่ 1
|
| ผลสัมฤทธิ์ |
| ผลการวิจัยเผยให้เห็นองค์ความรู้ใหม่ที่สำคัญหลายประการ ดังสรุปในตารางที่ 1
คุณสมบัติ ผลที่ได้ องค์ความรู้ที่ได้
ความแข็งแรงดึง PLA บริสุทธิ์มีค่าสูงสุด (10.37 MPa) ลดลงเมื่อเพิ่ม CNTs โดยต่ำสุดที่ 6 % wt (0.88 MPa) ก่อนฟื้นตัวที่ 8-10 % wt CNTs เกิดการจับตัวเป็นกลุ่ม ที่ความเข้มข้น 6% ทำให้เกิดช่องว่างรบกวนการรับแรง
ความแข็งแรงดัด ต่ำสุดที่ 6% wt CNTs (0.04 MPa) และฟื้นตัวที่ 8-10% wt จนมีค่าเหมาะสม ที่ความเข้มข้น 8-10% wt CNTs เกิดโครงข่ายต่อเนื่องในเนื้อวัสดุ ช่วยกระจายแรงได้ดีขึ้น
การดูดซึมน้ำ กลุ่ม 8-10% wt CNTs มีการดูดซึมน้ำต่ำ (3.43-3.74%) ซึ่งเหมาะสำหรับนำไปประยุกต์ทำวัสดุปูพื้น CNTs เสริมความเสถียรของมิติและลดการซึมผ่านของน้ำในเนื้อวัสดุ
เสถียรภาพทางความร้อน กลุ่ม 8-10% wt CNTs มีเสถียรภาพทางความร้อนสูงกว่า โดยอุณหภูมิสลายตัวสูงขึ้น CNTs ทำหน้าที่เป็นตัวกั้นขัดขวางการสลายตัว และกระจายความร้อนได้สม่ำเสมอกว่า
ข้อค้นพบสำคัญ คือ ปริมาณ CNTs ร้อยละ 6 โดยน้ำหนัก คือ "จุดวิกฤต" ที่ทำให้คุณสมบัติต่ำสุด เนื่องจากเกิดการจับตัวเป็นกลุ่มของ CNTs อย่างรุนแรง ขณะที่ปริมาณ 8-10% wt ให้สมดุลที่ดีที่สุดสำหรับการประยุกต์ใช้เป็นวัสดุปูพื้นที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม
|
| รูปภาพผลสัมฤทธิ์ |
 |
 |
 |
| การนำไปใช้ |
| การนำไปสู่การใช้ประโยชน์กับกลุ่มเป้าหมาย ดังตารางที่ 2
กลุ่มเป้าหมาย รายละเอียด
ภาคอุตสาหกรรมวัสดุก่อสร้างและตกแต่ง สูตรคอมโพสิต 8-10% wt CNTs มีคุณสมบัติเหมาะสมสำหรับผลิตวัสดุปูพื้นที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ทดแทนวัสดุพื้นแบบดั้งเดิมที่มักมีสารเคมีอันตรายและมาจากทรัพยากรที่ไม่หมุนเวียน ช่วยลดมลพิษสิ่งแวดล้อมในระยะยาว
ชุมชนท้องถิ่นและเกษตรกรผู้ปลูกหญ้าแฝก เพิ่มมูลค่ารากหญ้าแฝกที่เดิมเป็นส่วนเหลือทิ้งหลังการปลูก ให้กลายเป็นวัตถุดิบอุตสาหกรรมที่มีคุณค่า สร้างรายได้เพิ่มเติมให้ชุมชน สอดรับกับโครงการพระราชดำริส่งเสริมการปลูกหญ้าแฝกและเศรษฐกิจหมุนเวียน
แวดวงวิชาการและนักวิจัย ผลการวิจัยตีพิมพ์ในวารสาร Thai Environmental Engineering Journal Vol. 39 No. 1 (2025) หน้า 81-91 ซึ่งอยู่ในฐานข้อมูล TCI กลุ่ม 1 เป็นฐานความรู้สำหรับนักวิจัยในสาขาวัสดุคอมโพสิตชีวภาพ นาโนเทคโนโลยี และวิศวกรรมสิ่งแวดล้อม
สถาบันการศึกษาและนักศึกษา เป็นต้นแบบที่แสดงให้เห็นว่านักศึกษาระดับปริญญาตรีสาขาวิทยาศาสตร์สามารถผลิตงานวิจัยที่มีคุณภาพระดับนานาชาติได้ สร้างแรงบันดาลใจและเป็นต้นแบบให้นักศึกษารุ่นต่อไปกล้าคิด กล้าทำวิจัยระดับสูง
|
| เเนวปฏิบัติที่ดี |
| งานวิจัยชิ้นนี้มีแนวปฏิบัติที่ดีและความโดดเด่นที่ควรเผยแพร่เป็นต้นแบบ ดังนี้
1. ผลงานวิจัยได้นำเสนอในการประชุมวิชาการระดับนานาชาติ The 14th International Conference on Environmental Engineering, Science and Management ระหว่างวันที่ 20-21 พฤษภาคม 2568 ณ โรงแรมบางแสน เฮอริเทจ จังหวัดชลบุรี ในรูปแบบ Oral Presentation และได้รับคัดเลือกจากงานวิจัยทั้งหมด 72 เรื่อง ให้ตีพิมพ์ในวารสารวิชาการ เพียง 8 เรื่องเท่านั้น โดยเป็นมหาวิทยาลัยราชภัฏเพียงแห่งเดียวที่ได้รับคัดเลือกให้ตีพิมพ์ในวารสารฯ
2. แนวปฏิบัติที่ดีด้านการบูรณาการการสอนกับการวิจัย
2.1 ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.พงศธร กองแก้ว บูรณาการการเรียนการสอนกับการทำวิจัยจริง เปิดโอกาสให้นักศึกษาชั้นปีที่ 4 ทำงานวิจัยระดับนานาชาติภายใต้การดูแลอย่างใกล้ชิด
2.2 นักศึกษาได้รับประสบการณ์จริงครบวงจร ตั้งแต่การออกแบบการทดลอง เก็บข้อมูล วิเคราะห์ผล เขียนบทความ และนำเสนอต่อผู้เชี่ยวชาญระดับนานาชาติ
2.3 การนำวัตถุดิบท้องถิ่น (รากหญ้าแฝก จ.มหาสารคาม) มาสร้างมูลค่าเพิ่มผ่านงานวิจัย เป็นตัวอย่างของการ "วิจัยเพื่อท้องถิ่น" อย่างแท้จริง
3. แนวปฏิบัติที่ดีด้านการพัฒนาวิศวกรสังคมและศักยภาพบัณฑิต
3.1 นักศึกษาผู้วิจัยเป็นตัวอย่างของ "วิศวกรสังคม" ที่มองเห็นปัญหาสิ่งแวดล้อม และลงมือแก้ปัญหาผ่านองค์ความรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี
3.2 ทักษะการนำเสนอในเวทีนานาชาติ (Oral Presentation) เสริมสร้างความมั่นใจและทักษะภาษาอังกฤษเชิงวิชาการอย่างมีประสิทธิภาพ
4. แนวปฏิบัติที่ดีที่สามารถขยายผลได้
4.1 สามารถนำสูตรและกระบวนการผลิตไปพัฒนาต่อยอดเป็นผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์หรือวิสาหกิจชุมชน
4.2 แนวทางการนำพืชท้องถิ่นอื่น ๆ มาทดแทนหรือเสริมหญ้าแฝก สามารถต่อยอดเป็นงานวิจัยใหม่ในสาขาเดียวกัน
4.3 ต้นแบบโครงงานวิจัยนี้สามารถนำไปใช้เป็นแนวทางสำหรับอาจารย์ที่ต้องการพัฒนานักศึกษาสู่เวทีวิจัยนานาชาติในทุกสาขาวิชา
|
| รูปภาพผลงาน |
 |
|
ที่มา |
|
คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี |