Developments of Laminating Rice Staw Paper by Biodegradable films with herbal oil

Abstract

This research has been interested to prepare food packaging which can be biodegradable and waterproof property from poly (lactic acid), PLA), herbal oils, and cassava starch laminated with rice straw paper. This research was divided into three parts. First, various ratios of herbal oils (coconut oil, moringa oil, clove oil and lemongrass oil at 0.25 0.5 0.75 and 1 wt. %) were blended with PLA by melt mixing process using a twin screw extruder and film blowing machine. Mel flow index was increased with addition the herbal oils into PLA. The morphology of the obtained films showed a smooth surface. It was found that the tensile strength and modulus decreased but the elongation at break increased. The water vapor permeability properties increased. Moreover, for migration tests overall migration, the results of the biodegradable films show in the range of 0 to 5%. Especially, PLA and coconut oil 1 wt% film presented the largest improvement and showed an elongation at break around 40%. However, the problem of these films was difficult to peel off so interest to add the additive cassava starch at 0.5 and 1 wt.% with coconut oil 1 wt.% mixed with PLA by twin screw extruder and film blowing machine. After being mixed with cassava oil. The melt flow index of the obtained compound was increased. The morphology of this film showed the cassava starch particle separate on PLA matrix. Moreover, the addition of cassava starch into PLA film can be improved water vapor permeability and the elongation at break. On the other hand, the migration test showed in the range of 0 to 5%. The second study, to prepare paper from rice straw which treated with NaOH solution 5 10 and 15 wt.%. The rice strew papers produced with increased the concentration of NaOH that presented the water absorption and mechanical properties decreased. However, the color parameter, the lightness (L*) has higher value. In this study, it has found that the rice straw with treated 10 wt.% NaOH has a good tensile strength for production the food packaging.

Finally, this study has been interest to find the good condition for lamination of rice straw paper with biodegradable film. The laminated rice straw paper was used the different moisture (10%, 20% and 30%). It was found that the use of high moisture amount of lamination has affected mechanical property. Result of peel test showed the decreasing of value with increased moisture. Therefore, this film was prepared from poly (lactic acid) (PLA), coconut oil at 1 wt.% and cassava starch at 0.5 wt.%. laminated with 10 wt.% moisture showed the great properties and to developed to be biodegradable and environmentally friendly for food packaging with waterproof.

งานวิจัยนี้สนใจเตรียมบรรจุภัณฑ์สำหรับบรรจุอาหารที่สามารถย่อยสลายได้ทางธรรมชาติ มีสมบัติป้องกันการรั่วซึมของน้ำ โดยการนำฟิล์มพอลิเมอร์ชีวภาพที่เตรียมได้ลามิเนตกับกระดาษฟางข้าว ในการวิจัยนี้แบ่งการศึกษาออกเป็น 3 ส่วนคือ ในส่วนแรกเป็นการเตรียมฟิล์มพอลิเมอร์ โดยผสม พอลิแลคติกแอซิค (Poly(lactic acid), PLA) และน้ำมันสมุนไพร 4 ชนิดได้แก่ น้ำมันมะพร้าว น้ำมันมะรุม น้ำมันกานพลู และ น้ำมันตะไคร้บ้าน ในอัตราส่วน 0.25 0.5 0.75 และ 1 wt.% ด้วยเครื่องอัดรีดเกลียวหนอนคู่ จากนั้นทำการขึ้นรูปโดยเครื่องเป่าฟิล์ม จากผลการทดลองพบว่าเมื่อทำการเติมน้ำมันสมุนไพร ส่งผลให้สมบัติอัตราการไหลของพลาสติกมีค่าเพิ่มขึ้น ลักษณะสัณฐานวิทยาของฟิล์มพอลิเมอร์ผสมน้ำมันพืชสมนไพร พบว่ามีพื้นผิวที่เรียบขึ้น สมบัติการทนต่อแรงดึง และมอดูลัสมีค่าลดลง แต่ค่าการยืดออก ณ จุดขาดมีค่าเพิ่มขึ้น ส่วนสมบัติการซึมผ่านของไอน้ำมีค่าเพิ่มขึ้น และเมื่อทำการทดสอบการเคลื่อนย้ายของสารเคมีโดยการอบด้วยความร้อนและแช่ในสารละลายที่เป็นตัวแทนอาหารในสภาวะต่าง พบว่ามีค่าไม่เกิน 5% ซึ่งสามารถยอมรับได้ว่าน้ำมันสมุนไพรที่ผสมลงไปไม่สามารถหลุดออก จากผลการทดสอบพบว่าน้ำมันสมุนไพรที่เติมช่วยปรับปรุงความยืดหยุ่นของ PLA ซึ่งฟิล์ม PLA ผสมน้ำมันมะพร้าวที่อัตราส่วน 1 wt.% มีค่าการยืดออก ณ จุดขาดที่ดีที่สุดมากถึง 4 เท่า แต่ฟิล์มที่เตรียมเหล่านี้พบปัญหาฟิล์มติดกันทำให้ลอกออกจากกันได้ยาก ดังนั้นจึงได้ทำการปรับปรุงด้วยการเติมสารตัวเติมคือแป้งมันสำปะหลังที่อัตราส่วน 0.5 และ 1 wt.% ผสมกับ PLA และน้ำมันมะพร้าว 1 wt.% ด้วยเครื่องอัดรีดเกลียวหนอนคู่ จากนั้นทำการขึ้นรูปโดยเครื่องเป่าฟิล์ม พบว่าเมื่อมีการเติมแป้งมันสำปะหลัง ทำให้สมบัติอัตราการไหลของพลาสติกมีค่าเพิ่มขึ้น สัณฐานวิทยาสังเกตเห็นมีการกระจายตัวของอนุภาคแป้งมันสำปะหลัง ในเมทริกซ์ของฟิล์มพอลิเมอร์ผสม สมบัติการทนต่อแรงดึง และมอดูลัสมีค่าลดลง แต่ค่าการยืดตัวออก ณ จุดขาดมีค่าเพิ่มขึ้น สมบัติการซึมผ่านของไอน้ำมีค่าเพิ่มขึ้น เมื่อทำการการทดสอบการเคลื่อนย้ายของสารเคมีโดยการอบด้วยความร้อนและโดยการแช่ในสารละลายที่เป็นตัวแทนอาหารในสภาวะต่าง พบว่ามีค่าไม่เกิน 5% ในส่วนที่สอง ได้ศึกษาการเตรียมกระดาษจากเยื่อฟางข้าว โดยผ่านการบำบัดด้วยสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) ที่ความเข้มข้น 5 10 และ 15 wt.% จากผลการทดสอบพบว่าเมื่อความเข้มข้นของ NaOH เพิ่มขึ้นค่าการดูดซับน้ำ และสมบัติการทนต่อแรงดึง ความยืดหยุ่น ณ จุดขาด ค่ามอดูลัสมีแนวโน้มลดลง แต่ค่าสีมีความสว่างขึ้น ในขั้นตอนนี้พบว่ากระดาษฟางข้าวที่บำบัดด้วย10 wt.% NaOH มีค่าความแข็งแรงที่เหมาะสมที่จะนำไปลามิเนตกับฟิล์มพอลิเมอร์ชีวภาพต่อไป การศึกษาในตอนที่สาม คือ การเตรียมกระดาษฟางข้าวลามิเนตด้วยฟิล์ม PLA ผสมน้ำมันมะพร้าว 1 wt.% และแป้งมันสำปะหลัง 0.5 wt.% ด้วยสภาวะการลามิเนตที่ความชื้นที่แตกต่างกันคือ 0 10 20 และ 30 % พบว่า การทดสอบการต้านทานต่อการลอกออกของฟิล์มพอลิเมอร์ชีวภาพและกระดาษฟางข้าวเมื่อความชื้นเพิ่มมากขึ้นนั้น ค่าการต้านทานต่อการลอกออกมีค่าลดลง ดังนั้นจึงสรุปได้ว่ากระดาษฟางข้าวลามิเนตฟิล์มพอลิเมอร์ชีวภาพที่เตรียมได้ที่อัตราความชื้นที่ 10 wt.% มีค่าการต้านทานต่อการลอกออกที่ดีที่สุด สามารถพัฒนาเป็นบรรจุภัณฑ์ที่สามารถย่อยสลายได้ เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม มีสมบัติป้องกันการรั่วซึมของน้ำและน้ำมันได้