การก่อสร้าง นับว่ามีความสำคัญคู่กับโลกเรามาเนิ่นนาน ซึ่งเทคโนโลยี นวัตกรรม และผลิตภัณฑ์ในการก่อสร้างต่างก็ถูกวิจัยและพัฒนามาอย่างต่อเนื่องเพื่อตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมและสังคมที่เปลี่ยนไป จนเกิดเป็นผลิตภัณฑ์ใหม่ ๆ เกิดขึ้นมากมายให้เลือกสรร
“ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ (National Metal and Materials Technology Center: MTEC)” สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) เองก็ได้ดำเนินโครงการวิจัยมาโดยตลอด ทั้งนี้ก็เพื่อมุ่งเน้นการนำวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีมาประยุกต์ใช้ในภาคอุตสาหกรรม ภาคสังคม และภาคความมั่นคง ผ่านการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีด้านกระบวนการผลิต การสังเคราะห์ และการวิเคราะห์วัสดุเซรามิกและวัสดุก่อสร้าง ในรูปแบบของผง ฟิล์ม ชิ้นส่วน และผลิตภัณฑ์ โดยการนำวัตถุดิบทางธรรมชาติและวัสดุเหลือใช้จากอุตสาหกรรมมาพัฒนาเป็นผลิตภัณฑ์ให้ได้โครงสร้างที่มีคุณสมบัติตามที่ต้องการ เพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขัน และสร้างผลกระทบกับสิ่งแวดล้อมในระดับต่ำเพื่อการพัฒนาที่ยั่งยืนต่อไป
โดยผลงานวิจัยด้านผลิตภัณฑ์ก่อสร้างจากฝีมือคนไทยทั้ง 5 ชิ้น มีดังนี้
- วัสดุก่อสร้างจีโอโพลิเมอร์ที่ผลิตจากวัสดุเหลือทิ้งอุตสาหกรรม
จีโอโพลีเมอร์ (Geopolymer) ได้รับความสนใจ เนื่องจากมีคุณสมบัติคล้ายกับเซรามิกทั่วไป แต่สามารถทำการขึ้นรูปได้ที่อุณหภูมิห้องด้วยกระบวนการที่ไม่ซับซ้อน จึงใช้พลังงานในการผลิตต่ำกว่าการผลิตเซรามิกโดยทั่วไป อีกทั้งสามารถใช้วัสดุเหลือทิ้งจากอุตสาหกรรมเป็นวัตถุดิบได้อีกด้วย
เป้าหมาย
ทีมวิจัยเอ็มเทคนำโดย ดร.อนุชา วรรณก้อน ได้วิจัยและพัฒนาจีโอโพลิเมอร์จากวัสดุเหลือทิ้ง เพื่อใช้เป็นวัสดุทดแทนเซรามิก
กระบวนการวิจัย
- วิเคราะห์องค์ประกอบของของเสียจากอุตสาหกรรม เพื่อศึกษาความเป็นไปได้ในการใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับผลิตจีโอโพลิเมอร์
- พัฒนาสูตรและศึกษาสภาวะที่เหมาะสมในการผลิตจีโอโพลิเมอร์ให้มีสมบัติตามต้องการ
- พัฒนาจีโอโพลีเมอร์เป็นผลิตภัณฑ์
- ทดสอบผลิตภัณฑ์ตามมาตรฐานอุตสาหกรรม
สถานภาพงานวิจัย
ต้นแบบผลิตภัณฑ์ที่พัฒนาขึ้น ได้แก่ กระเบื้องจีโอโพลิเมอร์ตกแต่งจากเศษแก้ว อิฐจีโอโพลิเมอร์ลายหิน และอิฐมวลเบาคอมโพสิตจากจีโอโพลิเมอร์ ผลิตภัณฑ์เหล่านี้พร้อมถ่ายทอดเทคโนโลยีเพื่อใช้กับผลิตภัณฑ์อื่น ๆ ต่อไป
ผลการทดสอบ
- การขึ้นรูปสามารถทำได้ที่อุณหภูมิห้อง
- กระบวนการขึ้นรูปไม่ซับซ้อน
- ผลิตภัณฑ์มีความหลากหลายทั้งสมบัติและรูปแบบ
แผนงานในอนาคต
วิจัยและพัฒนาจีโอโพลิเมอร์ใน 3 แนวทาง ได้แก่
- พัฒนาจีโอโพลิเมอร์เนื้อแน่น (dense geopolymer) สำหรับใช้เป็นวัสดุก่อสร้า
- พัฒนาจีโอโพลิเมอร์พรุน (porous geopolymer) สำหรับใช้เป็นวัสดุฉนวนกันความร้อน
- ขึ้นรูปจีโอโพลิเมอร์ด้วยการผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุ (additive manufacturing)
- ParaWalk ผลิตภัณฑ์แผ่นพื้นยางพาราเพื่อลดการบาดเจ็บ
ผู้สูงอายุเป็นกลุ่มประชากรที่มีความเสี่ยงต่อการเป็นโรคต่าง ๆ รวมถึงการบาดเจ็บจากการหกล้มเป็นอย่างมาก ข้อมูลจากสำนักนโยบายและยุทธศาสตร์ กระทรวงสาธารณสุข ปี 2557 ระบุว่าประเทศไทยมีผู้สูงอายุที่เสียชีวิตจากการหกล้ม 1,000 คน/ปี นอกจากนี้ ความเสี่ยงในการหกล้มของประชากรทั่วโลกยังเพิ่มสูงขึ้นตามอายุ โดยพบว่า 1 ใน 5 ของผู้สูงอายุที่หกล้มและกระดูกหักจะไม่สามารถกลับมาเดินได้อีก สูญเสียความสามารถในการดูแลตัวเอง ส่งผลให้ค่าใช้จ่ายในระบบบริการผู้สูงอายุเพิ่มขึ้น
ด้วยเหตุนี้ การวิจัยเพื่อการพัฒนาผลิตภัณฑ์แผ่นพื้นจากยางพาราที่สามารถทำให้ผู้สูงอายุก้าวย่างได้อย่างมั่นคงและลดอาการบาดเจ็บจากความสามารถในการกระจายแรงของผลิตภัณฑ์นี้ จึงอาจเป็นแนวทางหนึ่งที่สามารถตอบโจทย์ได้ดี
เป้าหมาย
พัฒนาผลิตภัณฑ์แผ่นพื้นจากยางพาราที่ผลิตได้ในประเทศ สำหรับลดหรือบรรเทาอาการบาดเจ็บจากอุบัติเหตุในครัวเรือน โดยเฉพาะการหกล้ม
กระบวนการวิจัย
- ออกแบบสูตรการผสมเคมียางเพื่อให้ได้ยางคงรูปที่มีความแข็งมากกว่า 95 Shore A โดยที่กระบวนการผลิตยังคงทำได้ง่าย หรือสามารถใช้กระบวนการเตรียมยางคอมพาวด์โดยทั่วไปได้ รวมถึงมีการใช้วัสดุเหลือทิ้งทางชีวภาพ (bio-based) เป็นองค์ประกอบ
- ทดลองผลิตแผ่น Para Walk โดยใช้เครื่องจักรโดยทั่วไปในอุตสาหกรรมยางตามกรรมวิธีที่ได้ออกแบบไว้ พร้อมทั้งทำการทดสอบสมบัติต่าง ๆ ของแผ่นพื้น เช่น ความแข็ง ความสามารถในการกระจายแรง ปริมาณสารระเหยโดยรวม การลามไฟ และ ความต้านทานการลื่น เป็นต้น
- ออกแบบการทดลองเพื่อทำการศึกษาเชิงลึกถึงประสิทธิภาพของแผ่นยางที่ส่งผลต่อกระดูกของหนูที่ใช้ทดลองและมนุษย์
แนวคิด
Para Walk สามารถช่วยให้เกิดสภาวะแวดล้อมที่ปลอดภัยในการอยู่อาศัยได้จากจุดเด่นที่เป็นวัสดุแข็ง ช่วยให้เกิดการทรงตัวได้ดี ลดการหกล้ม หรือแม้แต่มีการหกล้มแล้วก็เกิดการกระจายแรงที่ดี (สามารถกระจายแรงได้มากกว่า 70 %) ซึ่งช่วยบรรเทาอาการบาดเจ็บลง
คุณสมบัติ
- ใช้เทคโนโลยีที่สามารถผลิตวัสดุยางแข็งที่มีสมบัติกระจายแรง เพื่อลดโอกาสการหกล้มและการบาดเจ็บได้
- สูตรยางคอมพาวด์ ตั้งแต่กระบวนการเตรียมรวมไปถึงขั้นตอนการผลิตแผ่นพื้นสามารถปรับใช้ได้กับเทคโนโลยีเดิมในอุตสาหกรรมยาง
- มีองค์ประกอบเป็นวัสดุธรรมชาติเหลือทิ้ง จึงช่วยลดของเสียทางการเกษตรลงได้
- แผ่นมีความแข็ง ไม่เปราะแตกง่าย สามารถตัด เจาะ ตอก ไสได้ จึงสามารถใช้งานได้เช่นเดียวกับวัสดุก่อสร้างชนิดอื่น ๆ เช่น กระเบื้อง ไม้เทียม หรือไม้ เป็นต้น
- ไม่มีปัญหาเรื่องมอด ปลวก แมลง เชื้อรา
- ความต้านทานการลื่น (R scale): R9 Group (ค่าที่เหมาะสำหรับการปูพื้นโดยทั่วไป)
- การลามไฟ ระดับ V0
สถานภาพงานวิจัย
การพัฒนาสูตรยางคอมพาวด์และกรรมวิธีการผลิตยางคอมพาวด์ และผลิตภัณฑ์แผ่นพื้น Para Walk มีทรัพย์สินทางปัญญา ดังนี้
- คำขอรับสิทธิบัตรการประดิษฐ์ไทย
- ความลับทางการค้า
แผนงานวิจัยในอนาคต
พัฒนา Para walk ให้มีน้ำหนักเบาลง สามารถผลิตเป็นแผ่นที่มีขนาดใหญ่ขึ้นได้โดยไม่ก่อให้เกิดการบิดตัว ลดต้นทุนให้ถูกลง และสนับสนุนให้เกิดการใช้งานจริง
ทีมวิจัย
ทีมวิจัยกระบวนการแปรรูปยางขั้นสูง กลุ่มวิจัยนวัตกรรมการแปรรูปยาง
- ผงสีและผิวเคลือบสะท้อนรังสีอาทิตย์เพื่อการอนุรักษ์พลังงาน
ปัจจุบันการใช้พลังงานไฟฟ้าภายในอาคารและที่พักอาศัยเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง โดยมีสัดส่วนการใช้ไฟฟ้าจากเครื่องปรับอากาศคิดเป็นร้อยละ 50 จากข้อมูลของการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย การปรับอุณหภูมิเครื่องปรับอากาศเพิ่มขึ้นเพียง 1ºC จะสามารถประหยัดไฟฟ้าได้อย่างน้อยร้อยละ 10
ดังนั้น วิธีที่จะช่วยลดปริมาณการใช้ไฟฟ้าจากเครื่องปรับอากาศลงได้ คือ การป้องกันความร้อนเข้าสู่ตัวอาคาร โดยผงสีและผิวเคลือบที่สามารถสะท้อนรังสีอาทิตย์โดยเฉพาะอย่างยิ่งรังสีอินฟราเรดใกล้ได้ เป็นวิธีหนึ่งที่ช่วยลดอุณหภูมิของอาคารได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้ปริมาณการใช้ไฟฟ้าโดยเครื่องปรับอากาศภายในอาคารและที่อยู่อาศัยลดลงได้อย่างยั่งยืน
เป้าหมาย
- พัฒนาผงสีที่มีสมบัติสะท้อนรังสีอาทิตย์ได้ดี เพื่อนำผงสีที่ได้ไปผลิตสี (paint) และเคลือบเซรามิก (glaze) สำหรับใช้เป็นวัสดุเปลือกอาคาร เช่น ผนัง และหลังคา
- สังเคราะห์ผงสีแดง ส้ม และน้ำเงินที่มีค่าการสะท้อนรังสีอินฟราเรดใกล้เทียบเท่ากับผงสีที่มีจำหน่ายในท้องตลาด
- พัฒนาสีและเคลือบเซรามิกให้มีค่าการสะท้อนรังสีอินฟราเรดใกล้เทียบเท่ากับผิวเคลือบที่ใช้ผงสีที่มีจำหน่ายในท้องตลาด
กระบวนการวิจัย
- พัฒนาผงสีสะท้อนรังสีอาทิตย์ด้วยเทคนิคปฏิกิริยาสถานะของแข็ง (solid-state reaction) โดยศึกษาตัวแปรต่าง ๆ ได้แก่ องค์ประกอบของวัตถุดิบตั้งต้น การเติมสารเจือ และสภาวะการเผา เพื่อให้ได้ค่าสีตามที่ต้องการ และได้ค่าการสะท้อนรังสีอินฟราเรดใกล้สูง
- พัฒนาสีและสารเคลือบเซรามิกโดยศึกษาตัวแปรต่าง ๆ เช่น องค์ประกอบของวัตถุดิบตั้งต้น ปริมาณของผงสีที่เหมาะสม เป็นต้น เพื่อให้ได้ผิวเคลือบที่มีค่าการสะท้อนรังสีอินฟราเรดใกล้สูง
ผลงานวิจัย
- ต้นแบบระดับห้องปฏิบัติการกระบวนการผลิตผงสีแดง ส้ม และน้ำเงินมีค่าสะท้อนรังสีอินฟราเรดใกล้เทียบเท่าหรือสูงกว่าผงสีที่มีจำหน่ายในท้องตลาด
- ต้นแบบระดับห้องปฏิบัติการกระบวนการผลิตสีและเคลือบเซรามิกมีคุณสมบัติสะท้อนรังสีอินฟราเรดใกล้
- ได้รับอนุสิทธิบัตรการผลิตผงสีส้มสะท้อนรังสีอินฟราเรดใกล้
สถานภาพงานวิจัย
ดำเนินการแล้วเสร็จ
แผนงานวิจัยในอนาคต
ดำเนินงานวิจัยในเฟสที่ 2 เพื่อพัฒนาต่อยอดสู่ระดับโรงงานต้นแบบ (pilot scale) และระดับโรงงานพาณิชย์ (commercial scale) โดยมีต้นทุนการผลิตที่แข่งขันได้
ทีมวิจัย
เอ็มเทค: ดร.สิทธิสุนทร สุโพธิณะ, ดร.ปาจรีย์ ถาวรนิติ, น.ส.มัณฑนา สุวรรณ, น.ส.นุจรินทร์ แสงวงศ์ และนายเขมกร โกมลศิริสุข
มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี: ผศ.ดร.พัฒนะ รักความสุข
มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ: ผศ.ดร.วัลลภ หาญณรงค์ชัย
สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง: ผศ.ดร.ปานไพลิน สีหาราช
- BICBOK แผ่นพื้นยางมะตอยสำเร็จรูป
ยางมะตอยเป็นวัสดุที่นิยมอย่างมากในการนำมาใช้ปิดผิวพื้นถนนและทางเดินต่าง ๆ เนื่องจากมีความคงทนและยืดหยุ่นสูง แต่มักมีข้อจำกัดต่อการนำมาใช้เพราะต้องอาศัยเครื่องจักรขนาดใหญ่ในการทำงาน จึงเกิดแนวคิดที่จะสร้างสรรค์เป็นผลิตภัณฑ์ “แผ่นพื้นยางมะตอยสำเร็จรูป” พร้อมใช้งาน
โดยบริษัท บิทูเมนต์ อินโนเวชั่น จำกัด ร่วมกับ ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ (เอ็มเทค) สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) วิจัยและพัฒนาต่อยอดจนได้นวัตกรรมผลิตภัณฑ์ “Bicbok: แผ่นพื้นยางมะ-ตอยสำเร็จรูป” พร้อมใช้งาน ที่สามารถนำไปปูปิดทับพื้นผิวที่หลากหลายได้ง่าย สะดวกและรวดเร็วโดยไม่ต้องใช้เครื่องจักรและพึ่งพาผู้เชี่ยวชาญ สามารถใช้งานได้กับพื้นที่ทุกขนาดและยังคงคุณลักษณะที่โดดเด่นของยางมะตอยไว้ได้
เป้าหมาย
เพื่อวิจัยและพัฒนาต่อยอดสู่การผลิตผลิตภัณฑ์ต้นแบบ “แผ่นพื้นยางมะตอยสำเร็จรูป” ในระดับอุตสาหกรรม ที่ใช้งานง่าย สะดวกและรวดเร็ว โดยยังคงคุณสมบัติที่ดีและสามารถนำไปใช้ในงานที่หลากหลายได้
กระบวนการวิจัย
ทีมวิจัยได้ร่วมกับภาคเอกชนในการออกแบบและปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องจักรในกระบวนการผลิต รวมทั้งพัฒนาต่อยอดสมบัติด้านอื่น ๆ ของแผ่นพื้นโดยเพิ่มสารผสมอื่น ๆ ที่ช่วยเพิ่มความสามารถเพื่อให้ผลิตภัณฑ์ต้นแบบแผ่นพื้นยางมะตอยสำเร็จรูปมีประสิทธิภาพมากที่สุด
คุณสมบัติ
ใช้งานง่าย สะดวกและติดตั้งได้รวดเร็ว มีความนุ่มนวลสบายเท้าเวลาเดิน ช่วยลดแรงกระแทก เมื่อมีน้ำขังจะไม่เกิดการลื่นหกล้มเหมือนในงานพื้นคอนกรีตทั่วไป ช่วยเพิ่มความปลอดภัยให้กับพื้นที่ โดยเฉพาะในพื้นที่ที่มีผู้สูงอายุอาศัยและทำกิจกรรมต่าง ๆ นอกจากนี้ แผ่นพื้นยังมีความคงทนแข็งแรง สามารถรับน้ำหนักกดได้สูงเทียบเท่ากับแผ่นปูพื้นปกติทั่วไป
สถานภาพงานวิจัย
ได้รับการถ่ายทอดเทคโนโลยีการผลิตต้นแบบแผ่นพื้นยางมะตอยสำเร็จรูปในระดับอุตสาหกรรม ภายใต้โครงการสนับสนุนเร่งการเติบโตของธุรกิจนวัตกรรมรายใหม่ในอุตสาหกรรมเป้าหมาย (Research Gap Fund)
แผนงานในอนาคต
การพัฒนาต่อยอดสมบัติด้านอื่น ๆ เพื่อให้ผลิตภัณฑ์สามารถใช้งานได้หลากหลายมากยิ่งขึ้น เช่น การเติมวัสดุที่มีความพรุนตัวสูง ทำให้น้ำซึมผ่านได้ดี ช่วยพัฒนาต่อยอดสู่การเป็นแผ่นพื้นยางมะตอยน้ำซึมผ่านได้ การใช้วัสดุสะท้อนแสงเพิ่มลงไปเพื่อเพิ่มความสามารถในการมองเห็นในเวลากลางคืนเป็นการลดการเกิดอุบัติเหตุ หรือการใช้วัสดุที่มีความนุ่มนวลเพิ่มมากขึ้น เพื่อลดแรงกระแทกจากอุบัติเหตุหกล้มที่อาจจะเกิดขึ้นได้ โดยเฉพาะในพื้นที่ที่มีผู้สูงอายุอยู่อาศัย
ทีมวิจัย
ดร.พิทักษ์ เหล่ารัตนกุล และ นายศุธีรพันธ์ พันธ์เลิศ
- การสร้างแบบจำลองโครงสร้างจุลภาควัสดุเพื่อทำนายสมบัติเชิงกลและความร้อน
การพัฒนาวัสดุแบบเดิมเน้นการทดลองที่ต้องใช้เวลาและทรัพยากรมาก ซึ่งบางครั้งเป็นการลองผิดลองถูกในการสังเคราะห์และวิเคราะห์ทดสอบสมบัติจนกว่าจะได้วัสดุที่มีคุณสมบัติตามที่ต้องการและกระบวนการผลิตที่เหมาะสม ปัจจุบันความรู้ด้านการใช้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์มีความก้าวหน้ามาก
ประกอบกับสมรรถนะในการคำนวณของคอมพิวเตอร์สูงขึ้นมาก ทำให้งานวิจัยนี้ได้นำการจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์มาช่วยทำนายสมบัติของวัสดุเพื่อช่วยลดจำนวนการทดลองในการพัฒนาวัสดุใหม่ ๆ ซึ่งถือเป็นการบูรณาการองค์ความรู้และประสบการณ์ของคณะผู้วิจัยที่มีอยู่เดิม ซึ่งประกอบด้วยนักวิจัยด้านการใช้คอมพิวเตอร์ช่วยในการคำนวณทางวิศวกรรมและนักวิจัยด้านการสังเคราะห์วัสดุเซรามิก
กระบวนการวิจัย
คณะผู้วิจัยได้สร้างแบบจำลองวัสดุและใช้การจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์ในการทำนายสมบัติเชิงกลและความร้อนของวัสดุเซรามิก จากนั้นมีการเปรียบเทียบกับผลการทดสอบสมบัติของวัสดุจริงเพื่อปรับแบบจำลองวัสดุให้สามารถทำนายผลได้ถูกต้องมากขึ้น เมื่อได้แบบจำลองวัสดุที่มีความถูกต้องน่าเชื่อถือแล้วจึงได้นำแบบจำลองนี้ไปทำนายเพื่อออกแบบวัสดุที่มีสมบัติเป็นฉนวนกันความร้อนที่ดีต่อไป
ผลงานวิจัย
ได้เพิ่มขีดความสามารถในการสร้างแบบจำลองโครงสร้างจุลภาคและทำนายสมบัติเชิงกลและความร้อนของวัสดุเซรามิกเพื่อสามารถไปใช้ในการพัฒนาวัสดุเซรามิกใหม่ ๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ
สถานภาพการวิจัย
อยู่ระหว่างดำเนินการ (ระยะเวลา 3 ปี ระหว่าง พ.ศ. 2562-2564) โดยปัจจุบันสามารถสร้างแบบจำลองโครงสร้างจุลภาคและทำนายสมบัติเชิงกลและความร้อนของวัสดุพรุนเซรามิก
แผนงานวิจัยในอนาคต
นำไปใช้กับการออกแบบเซรามิกคอมพอสิต ชิ้นส่วนผลิตภัณฑ์เซรามิก และขยายผลไปใช้กับวัสดุประเภทอื่น ๆ
ทีมวิจัย
ดร. สิทธิสุนทร สุโพธิณะ นักวิจัยอาวุโส ทีมวิจัยเคมีเซรามิกส์
กลุ่มวิจัยเซรามิกส์และวัสดุก่อสร้าง ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาคิ
พบ 5 นวัตกรรมจากโครงการวิจัยวัสดุก่อสร้างที่จะช่วยลดแรง ลดต้นทุน ลดการใช้ทรัพยากรเพื่อการพัฒนาที่ยั่งยืน อีกทั้งนวัตกรรมที่ตอบสนองต่อความต้องการ รวมไปถึงการเปิดตัวผลงานวิจัยและเทคโนโลยีอื่น ๆ ที่รอคุณไปสัมผัสได้ด้วยตัวเองจาก MTEC ที่งาน ACT FORUM ’20 DESIGN + BUILT ระหว่างวันที่ 18-22 พฤศจิกายน 2563 ณ อิมแพ็ค ชาเลนเจอร์ เมืองทองธานี
