การเตรียมแกรฟีนออกไซด์สำหรับการประยุกต์ในกระดาษคราฟต์

Abstract

งานวิจัยนี้ศึกษาผลของการเติมแกรฟีนออกไซด์ต่อสมบัติด้านความแข็งแรงของกระดาษ โดยการทดลองแบ่งออกเป็น 2 ส่วน ส่วนที่ 1 เป็นการเปรียบเทียบผลของแกรฟีนออกไซด์ที่เตรียมด้วยวิธีโมดิฟายด์ฮัมเมอร์และที่เตรียมด้วยวิธีทางเคมีไฟฟ้าที่มีต่อสมบัติด้านความแข็งแรงของกระดาษ เพื่อดูว่าการเตรียมแกรฟีนออกไซด์วิธีไหนให้ผลต่อสมบัติด้านความแข็งแรงของกระดาษดีที่สุดและนำผลที่ได้ไปใช้ในส่วนที่ 2 ต่อไป โดยในส่วนที่ 2 นั้นเป็นการนำแกรฟีนออกไซด์มาปรับปรุงโครงสร้างเพื่อเพิ่มสมบัติการนำไฟฟ้าก่อนที่จะนำไปเคลือบผิวกระดาษ จากผลการทดลองพบว่าแกรฟีนออกไซด์ที่เตรียมโดยวิธีโมดิฟายด์ฮัมเมอร์ให้สมบัติของกระดาษดีกว่าแกรฟีนออกไซด์ที่เตรียมโดยวิธีทางเคมีไฟฟ้า เนื่องจากแกรฟีนออกไซด์จากวิธีโมดิฟายด์ฮัมเมอร์เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันสมบูรณ์กว่า โดยการใส่แกรฟีนออกไซด์ที่เตรียมโดยวิธีโมดิฟายด์ฮัมเมอร์ลงในกระดาษที่ความเข้มข้นร้อยละ 15 ต่อน้ำหนักเยื่อแห้งส่งผลให้ความแข็งแรงของกระดาษสูงสุด นอกจากนี้ยังพบว่าการใส่สารเพิ่มความแข็งแรงของกระดาษร่วมกับแกรฟีนออกไซด์ยิ่งส่งผลให้ต่อสมบัติด้านความแข็งแรงเพิ่มขึ้น โดยพบว่าไคโทซานให้สมบัติด้านความแข็งแรงสูงกว่าแคทไอออนิกพอลิอะคริลาไมด์ เนื่องจากไคโทซานมีค่าศักย์ไฟฟ้าที่เป็นบวกมากกว่าทำให้สามารถเกิดพันธะไฮโดรเจนกับแกรฟีนออกไซด์และเส้นใยได้ดีกว่า จากนั้นทำการปรับปรุงแกรฟีนออกไซด์ที่เตรียมด้วยวิธีโมดิฟายด์ฮัมเมอร์เพื่อเพิ่มสมบัติการนำไฟฟ้า โดยนำมาทำปฏิกิริยารีดักชันกับไฮดราซีนโมโนไฮเดรตหรือ แอล-แอสคอบิก ที่สภาวะความเป็นกรด-ด่างเท่ากับ 9-10 จากการทดลองพบว่าการปรับปรุงแกรฟีนออกไซด์โดยใช้แอล-แอสคอบิกให้ค่าการนำไฟฟ้าของแกรฟีนออกไซด์สูงกว่าการปรับปรุงแกรฟีนออกไซด์โดยใช้ไฮดราซีนโมโนไฮเดรต และเมื่อนำแกรฟีนออกไซด์ที่ได้ไปเคลือบผิวกระดาษพบว่าค่าการนำไฟฟ้าลดลงเนื่องจากกระดาษมีสมบัติเป็นฉนวน อย่างไรก็ตาม หากมีการนำกระดาษที่ผ่านการเคลือบด้วยแกรฟีนออกไซด์ไปขัดผิวกลับพบว่าค่าการนำไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ซึ่งอาจเป็นผลมาจากการขัดผิวช่วยให้รูพรุนในกระดาษลดลงและแกรฟีนออกไซด์มีการกระจายตัวอยู่ที่ผิวหน้าของกระดาษมากขึ้น