ridm@nrct.go.th   ระบบคลังข้อมูลงานวิจัยไทย   รายการโปรดที่คุณเลือกไว้

การศึกษาโครงสร้างของยางธรรมชาติเพื่อนำมาพัฒนาคุณภาพของยางธรรมชาติ

หน่วยงาน สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย

รายละเอียด

ชื่อเรื่อง : การศึกษาโครงสร้างของยางธรรมชาติเพื่อนำมาพัฒนาคุณภาพของยางธรรมชาติ
นักวิจัย : จิตต์ลัดดา ศักดาภิพาณิชย์
คำค้น : branching , initiating-end , Natural rubber , storage-hardening , terminating-end
หน่วยงาน : สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย
ผู้ร่วมงาน : -
ปีพิมพ์ : 2549
อ้างอิง : http://elibrary.trf.or.th/project_content.asp?PJID=RSA4680009 , http://research.trf.or.th/node/1646
ที่มา : -
ความเชี่ยวชาญ : -
ความสัมพันธ์ : -
ขอบเขตของเนื้อหา : -
บทคัดย่อ/คำอธิบาย :

ยางธรรมชาติเป็นสารประเภทคอลลอยด์ที่ประกอบด้วยองค์ประกอบหลายชนิด โดยเชื่อกันว่าเป็นผลมาจากพันธุกรรม ดินฟ้าอากาศและอิทธิพลอื่นๆ ดังนั้นความแปรผันเหล่านี้จะเป็นต้นเหตุเบื้องต้นของความมีคุณสมบัติที่ไม่แน่นอนของน้ำยางหรือยางแห้ง ซึ่งสิ่งนี้ก็จะนำไปสู่ความยากลำบากในการผลิตผลิตภัณฑ์ยางให้ได้ดี นอกจากนี้ยังมีตัวแปรที่สำคัญในการทำให้ยางมีคุณสมบัติที่ไม่แน่นอน คือการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของโมเลกุลยางระหว่างเก็บน้ำยาง ตัวอย่างเช่นการเกิดโครงสร้างร่างแห (branching) และเจล (gel) ดังนั้นการศึกษาในหัวข้อนี้เน้นที่จะเข้าใจโครงสร้างพื้นฐานทางเคมีรวมถึงสมบัติทางเคมีอื่น ๆ ซึ่งนำไปสู่การเข้าใจกลไกการเกิดโครงสร้างร่างแหและเจลรวมถึงปรากฎการณ์การแข็งของยางระหว่างการเก็บ (storage-hardening) ซึ่งข้อมูลพื้นฐานทางเคมีต่าง ๆ จะนำผลไปสู่การคิดค้นหาวิธีที่จะผลิตยางที่มีคุณสมบัติที่แน่นอน นอกจากนี้ยังทำให้สามารถปรับปรุงคุณภาพและสมบัติบางประการของยางธรรมชาติให้สามารถนำไปใช้ทดแทนยางสังเคราะห์บางประเภทได้ ยางที่ได้จากต้นที่เจริญวัยที่มีอายุต่างๆ กัน จะมีสมบัติทางเคมีและกายภาพคล้ายคลึงกันมาก อนุภาคยางมีขนาดตั้งแต่ 0.2-3 ?m ลักษณะกลม ซึ่งอนุภาคที่มีขนาดใหญ่ขึ่นจะมีลักษณะเป็นรูปลูกแพร อนุภาคยางมีความเสถียรดีมากที่ pH 9 จากการศึกษาลักษณะของอนุภาคยางโดยเทคนิค OM และ SEM พบว่าอนุภาคยางมีการจับตัวหลังจากการสกัดชั้นโปรตีนและฟอสฟอลิปิดออกทั้งนี้เนื่องมาจากการสูญเสียสมบัติการเป็นคอลลอยด์ของอนุภาคยาง โปรตีนที่ผิวอนุภาคยางจะมีขนาดเล็กกว่าโปรตีนที่พบในชั้นซีรัมในขณะที่โปรตีนที่ได้จากต้นยางอายุต่างกันจะมีความแตกต่างกันในน้ำหนักโมเลกุล จากการศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคยางขนาดต่างๆ ที่ได้จากการปั่นส่วนครีมยางที่ความเร็วรอบต่างกันและสมบัติพื้นฐาน พบว่ายางอนุภาคเล็กขนาดต่ำกว่า 250 nm ประกอบด้วยโมเลกุลยางที่มีทั้งน้ำหนักโมเลกุลสูงและต่ำ ในขณะที่ยางอนุภาคใหญ่ขึ้นจะประกอบไปด้วยโมเลกุลยางที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ ปริมาณเอสเทอร์ซึ่งเป็นค่าบ่งชี้ถึงปริมาณไขมันและฟอสฟอลิปิดในโมเลกุลยาง พบว่ายางอนุภาคเล็กจะมีค่าต่ำกว่ายางอนุภาคใหญ่ซึ่งแสดงให้เห็นว่าปลายสายโซ่ของโมเลกุลยางในยางอนุภาคใหญ่เป็นปลายปิดเกิดพันธะกับหมู่เอสเทอร์ของไขมันแต่ในยางอนุภาคเล็กจะเป็นโมเลกุลสายโซ่ตรง นอกจากนี้การศึกษาโครงสร้างที่ปลายสายโซ่ (ปลายแอลฟา) ของยางธรรมชาติโดยวิธีการทำปฏิกิริยาที่จำเพาะต่อพันธะเอสเทอร์ด้วยเอนไซม์ไลเปส ฟอสฟาเตสและฟอสฟอไลเปส แล้วทำการวิเคราะห์โครงสร้างโดยการใช้ 1H-, 13C- และ 31P-NMR และน้ำหนักโมเลกุลด้วยเทคนิค GPC พบว่าหมู่ปลายของโมเลกุลยางคาดว่าเป็นหมู่ฟอสเฟตและไดฟอสเฟตที่ต่อกับโมเลกุลของฟอสฟอลิปิดโดยพันธะแมกนีเซียมไอออนและพันธะไฮโดรเจน แมกนีเซียมไอออน เตตระเมทิลไทยูแรมไดซัลไฟต์ (TMTD) ซิงค์ออกไซด์ (ZnO) และไดแอมโมเนียมไฮโดรเจนฟอสเฟต (DAHP) เป็นจุดกำเนิดเพิ่มเติมของการเกิดสายโซ่ยางแบบกิ่งในน้ำยางสดและน้ำยางแอมโมเนียที่ถูกเก็บเป็นเวลานาน อีกทั้งการศึกษาโครง สร้างทางด้านปลายเริ่มต้นของยางธรรมชาติโดยการวิเคราะห์โครงสร้างของยางที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำและโพลีพรีนอลที่แยกได้จากยาง shootings และ fresh BF ด้วยเทคนิค NMR พบว่าโพลีพรีนอลที่สกัดได้จากการตกตะกอนยางด้วยตัวทำละลายแล้วนำตัวทำละลายมาแยกผ่านคอลัมน์และยางโมเลกุลต่ำที่สุดที่แยกได้จากการปั่นล้างด้วยสารลดแรงตึงผิวมีโครงสร้างที่ปลายเริ่มต้นประกอบด้วยหมู่ไดเมทิลแอลลิลและทรานส์ไอโซพรีนสองหมู่ แสดงให้เห็นว่าสารเริ่มต้นของการสังเคราะห์ยางในต้นพารา คือ ทรานส์-ทรานส์-ฟาร์เนซิลไดฟอสเฟตเหมือนในกรณีของโพลีพรีนอลชนิดสองทรานส์ไอโซพรีน อย่างไรก็ดีปลายเริ่มต้นที่เรียกว่าปลายโอเมก้านี้ ไม่สามารถตรวจวัดได้ในยางที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงของยางที่ปั่นล้างและยางที่มีโมเลกุลต่ำที่ได้จากส่วนต่างๆ ของต้นพาราและยางที่ปราศจากโปรตีนจากการย่อยด้วยเอนไซม์ ทั้งนี้สามารถสันนิษฐานได้ว่ามีการดัดแปลงที่หมู่ไดเมทิลแอลลิลโดยปฏิกิริยาทางเอนไซม์หรือทางเคมีบนผิวอนุภาคยางในขั้นตอนการต่อเติมสายโซ่ให้ได้โมเลกุลที่ยาวขึ้นและในกระบวนการจับตัวน้ำยาง จากการศึกษาปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการ degrade สรุปได้ว่า non-rubber component มีผลต่อการ degrade ของยางและออกซิเจนช่วยในการ degrade ส่วนวิธีเตรียมยางเหลวที่เหมาะสมที่สุดและใช้เวลาไม่นานคือ 5% DPNR, 1% K2S2O8 และ 2% v/v propanal ที่อุณหภูมิ 75?C จากการศึกษาการแข็งขึ้นของยางธรรมชาติระหว่างการเก็บภายใต้สภาวะเร่ง พบว่าค่าการอ่อนตัวหลังจากการเร่งและปริมาณเจลของยางแห้งที่ได้จากน้ำยางสด (FNR) ยางที่ผ่านจากการปั่นล้าง ยางที่ผ่านการกำจัดโปรตีน มีค่าเพิ่มขึ้นอย่างมากหลังจากผ่านการเร่งภายใต้สภาวะความชื้นต่ำ แต่ไม่พบการเปลี่ยนแปลงค่าเหล่านี้ในยางที่ผ่านการกำจัดไขมันเอสเทอร์ด้วยวิธีทรานเอสเทอร์ริฟิเคชันและยางโปรตีนต่ำที่ผ่านการกำจัดไขมันเอสเทอร์ด้วยวิธีทรานเอสเทอร์ริฟิเคชัน แสดงให้เห็นว่าหมู่ไขมันเอสเทอร์ในยางธรรมชาติมีผลอย่างมากต่อการเกิดโครงสร้างร่างแหของยางธรรมชาติภายใต้สภาวะความชื้นต่ำ เมื่อเปรียบเทียบกับการเกิดสายโซ่แบบกิ่งก้านโดยโปรตีน การเกิดโครงสร้างร่างแหของยางหลังจากการเก็บเป็นเวลานานของยางธรรมชาติพบว่าเป็นโครงสร้างแบบเจล อ่อน (soft-gel) ซึ่งสามารถสลายพันธะได้หมดโดยวิธีทรานเอสเทอร์ริฟิเคชัน และทำลายพันธะบางส่วนโดยการเติมเอทานอลลงในสารละลายโทลูอีนของยาง สรุปได้ว่าการเกิดโครงสร้างร่างแหส่วนใหญ่เกิดจากการเกิดไมเซลล์ระหว่างหมู่ฟอสโฟลิปิดและบางส่วนเกิดจากพันธะไฮโดรเจนโดยโปรตีนที่ปลายสายโซ่โมเลกุลยาง ยางธรรมชาติที่มีความบริสุทธิ์สูงและมีสมบัติแปรปรวนน้อยสามารถเตรียมได้โดยปฏิกิริยาซาปอนนิฟิเคชันของน้ำยางสด ตามด้วยการล้างยางก้อนจับตัวที่ผ่านการทำปฏิกิริยาแล้วในสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ ส่วนที่สกัดได้จากยางที่ผ่านการซาปอนนิฟิเคชัน (SAP-NR) และยาง SAP-NR ที่ผ่านการล้าง นำมาวิเคราะห์โดยวิธี ELISA ด้วยชุดเครื่องมือ พบว่าปราศจากโปรตีนที่ทำให้เกิดการแพ้และโปรตีนที่ละลายน้ำได้ ยาง SAP-NR ที่ได้สามารถเกิดการแข็งขึ้นตามธรรมชาติในปริมาณน้อยเมื่อเทียบกับ FNR แสดงว่ายางธรรมชาติที่ได้มีสมบัติคงที่หรือเปลี่ยนแปลงน้อย Natural rubber (NR) latex shows considerable variation in composition and colloidal structure as the result of biological, geometric, climatic and other influences. These varieties originate the inconsistency in the properties of latex and solid rubber, which are the causes of difficulties in processing latex to well-defined products with uniform properties. Another point should to concern as a major point affecting the inconsistency of NR is the change in the structure of NR such as the branching and gel formations during storage. Therefore, this project will be an attempt to elucidate the fundamental knowledge on microstructure and other chemical properties for improving the consistency of NR. It was found that rubbers from regularly tapped mature trees with different ages of rubber trees showed similar in chemical and physical properties. The particle size of NR was 0.2-3 ?m, which the larger particle size was in pear-shape. The highest stability of rubber particles was observed at pH 9. By OM and SEM techniques, rubber particles were aggregated after removal of protein and phospholipids layers due to the loss of colloidal properties. It was found that protein on rubber particles was smaller size than that in serum phase, whereas the protein obtained from different ages of rubber trees showed the different in molecular weight. The relationship between rubber particle sizes obtained by different centrifugation speed of rubber cream and their properties was elucidated. The small rubber particles (SRP; size < 250 nm), was found to compose of both low and high number-average molecular weight (Mn) rubber molecules, while larger rubber particles (LRP; size >250 nm), mainly consisted of low Mn rubber molecules. The ester content in SRP was lower than that of LRP, indicating that LRP contains mainly rubber molecules terminated with a functional group containing fatty acid ester groups and SRP is mainly consisted of linear molecule. The microstructure of terminating-end (?-terminal) was elucidated by selective decomposition of ester linkages with enzymatic reactions using lipase, phosphatase and phospholipases followed by a combination with 1H-, 13C- and 31P-NMR analyses and molecular weight by GPC. The ?-terminal of rubber molecule was postulated to be mono- and diphosphate groups linking to phospholipids by Mg2+ and hydrogen bonding. Mg2+, tetramethylthiuram disulfide (TMTD), zinc oxide (ZnO) and diammonium hydrogenphosphate (DAHP) were the origin of additional branching-points in long-storage fresh and commercial high-ammonia lattices. In addition, the structure of initiating-end (?-terminal) in Hevea rubber was analyzed by using polyprenols isolated from Hevea shootings and fresh BF as well as low molecular weight rubbers. By NMR analyses, polyprenol and low molecular weight (MW) fraction of washing the cream fraction from fresh latex with surfactant (WRP) showed the presence of dimethylallyl group and two-trans isoprene units. This finding suggested that the initiating species of NR is trans,trans-FPP, as in the case of two-trans polyprenol. The storage-hardening (SH) of the purified NR was analyzed under accelerated low humidity conditions. The fatty acid ester groups was found to play the most important role in the gel formation and SH of rubber under low humidity condition. Base on the transesterification and ethanol/toluene mix solvent treatment, the gel phase in NR is mainly originated from micelle formation between phospholipids and partly formed from hydrogen bonding by proteins in rubber chains. Highly purified NR was prepared by saponification of latex with NaOH followed by soaking the coagulum in aqueous NaOH. The extract from saponified NR (SAP-NR) and soaked SAP-NR was confirmed to be free from allergic proteins and no extractable protein by ELISA method with FIT Kit. SAP-NR showed a small extent of SH compare to FNR, suggesting the high consistency properties NR.

บรรณานุกรม :
จิตต์ลัดดา ศักดาภิพาณิชย์ . (2549). การศึกษาโครงสร้างของยางธรรมชาติเพื่อนำมาพัฒนาคุณภาพของยางธรรมชาติ.
    กรุงเทพมหานคร : สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย.
จิตต์ลัดดา ศักดาภิพาณิชย์ . 2549. "การศึกษาโครงสร้างของยางธรรมชาติเพื่อนำมาพัฒนาคุณภาพของยางธรรมชาติ".
    กรุงเทพมหานคร : สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย.
จิตต์ลัดดา ศักดาภิพาณิชย์ . "การศึกษาโครงสร้างของยางธรรมชาติเพื่อนำมาพัฒนาคุณภาพของยางธรรมชาติ."
    กรุงเทพมหานคร : สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย, 2549. Print.
จิตต์ลัดดา ศักดาภิพาณิชย์ . การศึกษาโครงสร้างของยางธรรมชาติเพื่อนำมาพัฒนาคุณภาพของยางธรรมชาติ. กรุงเทพมหานคร : สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย; 2549.