การพัฒนายางคอมพาวนด์ที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้นสำหรับอุตสาหกรรมยางยางล้อ

ผศ.ดร.กรรณิการ์ สหกะโร
ภาควิชาเทคโนโลยียางและพอลิเมอร์ คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี
มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์ วิทยาเขตปัตตานี E-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

        ยางล้อเป็นกลุ่มของผลิตภัณฑ์จากยางที่ใช้ปริมาณยางมากที่สุดเมื่อเทียบกับอุตสาหกรรมยางอื่นๆ โดยใช้ทั้งยางธรรมชาติหรือยางพาราและยางสังเคราะห์หรือยางเทียมในการผลิตรวมกันคิดเป็นประมาณร้อยละ 70 ของปริมาณการใช้ยางทั้งหมด อุตสาหกรรมยางล้อมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องทั้งในด้านวัตถุดิบ สมรรถนะและคุณภาพของผลิตภัณฑ์ เทคโนโลยีการผลิตและเครื่องจักร นอกจากนี้การมีข้อกำหนดและกฎหมายใหม่ๆที่เกี่ยวข้องกับยางล้อเป็นส่วนหนึ่งในการขับเคลื่อนให้เกิดการพัฒนาผลิตภัณฑ์ชนิดนี้ให้มีคุณภาพและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น สมรรถนะหลักของยางล้อได้แก่การยึดเกาะถนนพื้นถนนเปียก (Wet grip) แรงต้านทานการหมุนของล้อ (Rolling resistance) และความต้านทานต่อการสึกหรอของดอกยาง (Tread wear resistance) ดังแสดงในรูปที่ 1

รูปที่ 1 “Magic tire triangle” ของยางล้อประกอบด้วยสามสมบัติที่แสดงสมรรถนะหลักของดอกยาง

         การริเริ่มนำระบบสลากยางล้อ (Tire labeling) มาใช้ในสหภาพยุโรปตาม EU Regulation No. 1222/2009 ได้แบ่งเกรดยางล้อตามระดับการประหยัดพลังงานหรือค่าความต้านทานต่อการหมุนของล้อ ความสามารถในการยึดเกาะถนนหรือประสิทธิภาพการเบรกบนถนนเปียก และระดับเสียงที่เกิดขึ้นภายนอกรถในขณะขับขี่ ก่อให้เกิดการพัฒนาระบบสลากยางล้อขึ้นในประเทศอื่นๆตามมา เช่น ในประเทศญี่ปุ่น เกาหลีใต้ และสหรัฐอเมริกา นอกจากนี้ในปัจจุบันได้มีการผลักดันให้เกิดระบบสลากยางล้อในประเทศสาธารณรัฐประชาชนจีนขึ้นซึ่งน่าจะเกิดขึ้นได้สำเร็จในเร็วๆนี้ และคาดว่าจะส่งผลกระทบต่ออุตสาหกรรมยางล้อทั่วโลกเพราะจีนเป็นตลาดยางล้อขนาดใหญ่ ตัวอย่างสลากสำหรับยางล้อแสดงดังรูปที่ 2 สำหรับกลุ่มสหภาพยุโรปจัดเกรดตามระดับการประหยัดพลังงานซึ่งขึ้นกับแรงต้านการหมุนของล้อ การเกาะถนนเปียก และระดับเสียง ในสหรัฐอเมริกาพิจารณาระดับการประหยัดพลังงาน การเกาะถนนเปียก และการสึกหรอของดอกยางที่บ่งบอกถึงระยะเวลาการใช้งาน (Durability) และในญี่ปุ่นให้ความสำคัญกับการประหยัดพลังงานควบคู่กับความสามารถในการเกาะถนนเปียก ดังนั้นผู้ผลิตยางล้อจำเป็นต้องปรับตัวเพื่อให้สามารถแข่งขันได้ในตลาดโลก

รูปที่ 2 ตัวอย่างสลากยางล้อของประเทศต่างๆ : (a) กลุ่มประเทศสหภาพยุโรป (EU); (b) สหรัฐอเมริกา;(c) ญี่ปุ่น

          การพัฒนาด้านสูตรดอกยางล้อเพื่อให้มีความต้านทานต่อการหมุนของล้อลดลงทำให้ใช้น้ำมันหรือพลังงานในการขับเคลื่อนน้อยลงทำโดยการเปลี่ยนชนิดของสารตัวเติมเสริมแรงในดอกยางล้อจากเขม่าดำเป็นซิลิกา ซึ่งเทคโนโลยีการใช้ซิลิการ่วมกับสารคู่ควบไซเลนในดอกยางรถยนต์โดยสารได้มีการพัฒนาและจดสิทธิบัตรครั้งแรกโดยบริษัทมิชลินของประเทศฝรั่งเศสในปี คศ.1992 (พ.ศ. 2535)พบว่าการใช้ซิลิการ่วมกับสารคู่ควบไซเลนอย่างเหมาะสมมีผลทำให้ดอกยางล้อมีความต้านทานต่อการหมุนลดลงเมื่อเทียบกับการใช้เขม่าดำแบบเดิม มีสมบัติการยึดเกาะถนนเปียกดีขึ้น และลดการปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ทำให้ได้ยางล้อที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้นจากการพัฒนาสูตรดอกยางรถยนต์โดยสารที่ใช้ยางสังเคราะห์ในระยะแรก ทำให้ต่อมามีการพัฒนาการใช้ซิลิกาในสูตรดอกยางรถบรรทุกที่ใช้ยางธรรมชาติเป็นองค์ประกอบหลัก

          เนื่องจากสารตัวเติมซิลิกามีความไม่เข้ากันระหว่างซิลิกากับยางธรรมชาติ เมื่อใส่ลงไปในยางจะเกิดแรงยึดเหนี่ยวระหว่างยางกับผิวซิลิกาต่ำ และโดยธรรมชาติแล้วอนุภาคซิลิกาจะเกาะกลุ่มกันเป็นกลุ่มก้อนเหนียวแน่นเนื่องจากพันธะไฮโดรเจนทำให้กระจายตัวในยางได้ยาก ส่งผลให้ไม่เกิดการเสริมแรงในยางได้ดีตามที่ต้องการหากไม่สามารถแก้ปัญหาเหล่านั้นได้ โดยทั่วไปแล้วซิลิกาจะใช้ร่วมกับสารคู่ควบไซเลนหรือสารเพิ่มความเข้ากันได้อื่นๆ เพื่อให้ได้การเสริมแรงที่ดี งานวิจัยเรื่องการใช้ซิลิกาเสริมแรงในคอมพาวนด์ยางธรรมชาติสำหรับดอกยางล้อรถบรรทุกที่ได้ดำเนินการมาอย่างต่อเนื่องหลายปีภายใต้โครงการความร่วมมือกับทีมวิจัยด้านยาง ณ Elastomer Technology and Engineering, University of Twente ประเทศเนเธอร์แลนด์ แบ่งออกได้เป็นสองแนวทางคือ 1) การใช้ซิลิการ่วมกับสารคู่ควบไซเลน และ 2) การใช้ยางธรรมชาติอิพอกซิไดซ์เป็นสารเพิ่มความเข้ากันได้ทดแทนการใช้สารคู่ควบไซเลน ซึ่งสรุปสาระโดยสังเขปได้ดังนี้

           ในกรณีแรกที่ใช้สารคู่ควบไซเลนชนิด Bis-(triethoxysilylpropyl) tetrasulfide (TESPT) ร่วมกับซิลิกา ได้แสดงให้เห็นว่าสมบัติของยางที่ได้ขึ้นอยู่กับสภาวะการผสมและการออกสูตรยางคอมพาวนด์ที่เหมาะสม โดยอุณหภูมิของยางก่อนที่จะเทออกจากเครื่องหรืออุณหภูมิสุดท้ายของยางในขณะผสมมีผลอย่างมากต่อสมบัติของยางที่ได้ เนื่องจากอุณหภูมิมีผลต่อระดับการเกิดปฏิกิริยาไซลาไนเซชันระหว่างหมู่ไซลานอลบนผิวซิลิกากับหมู่ฟังก์ชันอัลคอกซีของสารคู่ควบ หากปฏิกิริยาไซลาไนเซชันเกิดได้ดีจะทำให้เพิ่มอันตรกริยาระหว่างซิลิกากับยางและซิลิกากระจายตัวดีสม่ำเสมอทำให้เพิ่มประสิทธิภาพการเสริมแรงของซิลิกาในยาง นอกจากนี้ผลการแปรปริมาณของสารคู่ควบไซเลน TESPT ปริมาณไดฟีนิลกัวนิดีน (DPG) และผลการใช้ซิลิกาชนิดตกตะกอนปกติ (Conventional precipitated silica) เปรียบเทียบกับซิลิกาชนิดที่กระจายตัวได้ง่าย (Highly dispersible (HD) silica) ในยางธรรมชาติเสริมแรงด้วยซิลิกาได้แสดงให้เห็นว่าเราจำเป็นต้องออกแบบสูตรยางให้เหมาะสม

          ในกรณีการใช้ยางธรรมชาติอิพอกไซด์ (ENR) ที่มีระดับหมู่อิพอกไซด์ต่างๆ ทั้งแบบที่ไม่ลดน้ำหนักโมเลกุลและยางที่มีน้ำหนักโมกุลต่ำ (Low molecular weight epoxidized natural rubber, ELMWNR)เป็นสารเพิ่มความเข้ากันได้โดยหมู่อิพอกไซด์สามารถเกิดอันตรกริยากับหมู่ไซลานอลบนผิวซิลิกาทำให้มีผลปรับปรุงสมบัติของยางคอมพาวนด์และยางวัลคาไนซ์ โดยทำให้ยางคอมพาวนด์แปรรูปได้ง่ายขึ้น ซิลิกากระจายตัวได้ดีขึ้น และยางหลังวัลคาไนซ์มีสมบัติเชิงกลดีขึ้นอย่างชัดเจนเมื่อเทียบกับการใช้ซิลิกาโดยไม่มีสารเพิ่มความเข้ากันได้ แต่พบว่ายังมีสมบัติของยางหลังวัลคาไนซ์ด้อยกว่าการใช้สารคู่ควบไซเลนแบบเดิมซึ่งสามารถปรับสูตรยางคอมพาวนด์เพื่อปรับปรุงสมบัติให้ใกล้เคียงกับการใช้ไซเลนได้ ซึ่งการใช้ยางธรรมชาติอิพอกไซด์เพิ่มความเข้ากันได้ทดแทนการใช้สารคู่ควบไซเลนบางส่วนส่งผลดีด้านความปลอดภัยและสิ่งแวดล้อมเนื่องจากจะลดปริมาณการปลดปล่อยแอลกอฮอล์หรือสารที่ระเหยได้ที่เกิดจากปฏิกิริยาไซลาไนเซชัน ทำให้กระบวนการแปรรูปปลอดภัยและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น

       ตัวอย่างผลงานวิจัยที่ตีพิมพ์เผยแพร่ในวารสารวิชาการระดับนานาชาติจากผลการศึกษาการใช้สารตัวเติมซิลิกาในสูตรดอกยางรถบรรทุกจากยางธรรมชาติ ได้แก่

1. Kaewsakul W.,Sahakaro K., Dierkes W.K. and Noordermeer J.W.M. Optimization of mixing conditions for silica-reinforced natural rubber tire tread compounds. Rubber Chemistry and Technology. 85(2), 277-294.
2. Kaewsakul W.,Sahakaro K., Dierkes W.K. and Noordermeer J.W.M. Optimization of rubber formulation for silica-reinforced natural rubber compounds. Rubber Chemistry and Technology. 86(2), 313-329.
3. Sengloyluan K., Sahakaro K., Dierkes W.K. and Noordermeer J.W.M. 2014. Silica-reinforced tire tread compounds compatibilized by using epoxidized natural rubber. European Polymer Journal. 51, 69-79.
4. Kaewsakul W., Sahakaro K., Dierkes W.K. and Noordermeer J.W.M. 2014. Cooperative effects of epoxide functional groups on natural rubber and silane coupling agents on reinforcing efficiency of silica. Rubber Chemistry and Technology. 87(2), 291-310.
5. Saramolee P., Sahakaro K., Lopattananon N., Dierkes W.K. and Noordermeer J.W.M. 2014. Comparative properties of silica- and carbon black-reinforced natural rubber in the presence of epoxidized low molecular weight polymer. Rubber Chemistry and Technology. 87(2), 320-339.
6. Kaewsakul W., Sahakaro K., Dierkes W.K. and Noordermeer, J.W.M. Mechanistic aspects of silane coupling agents with different functionalities on reinforcement of silica-filled natural rubber compounds. Polymer Engineering & Science. 55 (4), 836-842.
7. Saramolee P., Sahakaro K., Lopattananon N., Dierkes W.K. and Noordermeer J.W.M. 2016. Compatibilization of silica-filled natural rubber compounds by combined effects of functionalized low molecular weight rubber and silane. Journal of Elastomers and Plastics. 48(2), 145-163.
8. Sengloyluan K., Sahakaro K., Dierkes W.K. and Noordermeer J.W.M. Reinforcement efficiency of silica in dependence of different types of silane coupling agents in natural rubber-based tire compounds, KGK-Kautschuk Gummi Kunststoffe, 69(5), 44-52.
9. Kaewsakul W., Sahakaro K., Dierkes W.K. and Noordermeer, J.W.M. Flocculation kinetics and filler-rubber interaction in silica-reinforced natural rubber compounds. Journal of Elastomers and Plastics. DOI:
10. Sengloyluan K., Sahakaro K., Dierkes W.K. and Noordermeer J.W.M. Reduced ethanol emissions by a combination of epoxidized natural rubber and silane coupling agent for silica-reinforced natural rubber-based tire treads. Rubber Chemistry and Technology, doi: http://dx.doi.org/rct.

English Version