วารสารวิจัย มทร.ธัญบุรี ปีที่ 21 ฉบับที่ 1 (มกราคม - มิถุนายน 2565)

Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST) ปที ี่ 21 ฉบบั ที่ 1 (มกราคม – มถิ ุนายน 2565) วตั ถปุ ระสงค์ Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST) เป็นวารสารท่ีเผยแพร่องคค์ วามรู้ และประสบการณ์ทางด้านวิชาการและวิจัยทางด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี โดยมีจุดหมายและวัตถุประสงค์ของ วารสารวิจัยดงั นี้ 1. เพื่อเผยแพร่แนวความคิด งานวจิ ัย การพฒั นาและประเด็นสำคัญในดา้ นวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี 2. เพื่อกระตุ้นให้เกิดการอภิปรายทางด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีทุกสาขาวิชา ซึ่งเป็นทั้งงานวิจัย พืน้ ฐานและงานวิจัยประยุกต์ ทั้งนี้วารสารวิจัยของมหาวิยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลธัญบุรีอยู่ในฐานข้อมูลดัชนีการอ้างอิงวารสารไทย (Thai Journal Citation Index Centre, TCI Centre) โดยผ่านการรับรองคุณภาพจาก TCI และจะมุ่งเน้นพัฒนา คุณภาพเพ่ือเข้าสฐู่ านข้อมลู สากลตอ่ ไป ท่ปี รกึ ษา รองศาสตราจารยส์ มหมาย ผิวสอาด อธิการบดี รองศาสตราจารย์กฤษณช์ นม์ ภมู กิ ิตติพิชญ์ รองอธกิ ารบดี ผู้ชว่ ยศาสตราจารย์พงศพ์ ิชญ์ ต่วนภษู า รองอธิการบดี Prof. Sean Danaher Northumbria University (UK) Prof. Hee Young Lee Yeungnam University (Korea) Prof. Seiichi Kawahara Nagaoka University of Technology (Japan) ผู้ช่วยศาสตราจารย์วารณุ ี บรรณาธกิ าร อรยิ วิริยะนันท์ ผูอ้ ำนวยการสถาบนั วจิ ยั และพฒั นา กองบรรณาธกิ ารภายนอก ศาสตราจารยผ์ ดงุ ศักดิ์ รตั นเดโช มหาวทิ ยาลยั ธรรมศาสตร์ ศาสตราจารยต์ รที ศ เหลา่ ศริ ิหงส์ทอง มหาวิทยาลยั ธรรมศาสตร์ ศาสตราจารยพ์ เิ ชษฐ ลิม้ สวุ รรณ มหาวิทยาลยั เทคโนโลยีพระจอมเกลา้ ธนบรุ ี รองศาสตราจารยค์ มสัน มาลสี ี สถาบนั เทคโนโลยพี ระจอมเกลา้ เจ้าคุณทหารลาดกระบัง ศาสตราจารยส์ นอง เอกสทิ ธ์ิ จฬุ าลงกรณม์ หาวทิ ยาลัย ศาสตราจารยเ์ ภสัชกรหญิงพรอนงค์ อรา่ มวิทย์ จุฬาลงกรณม์ หาวิทยาลยั ศาสตราจารย์ชูกิจ ลิมปจิ ํานงค์ สถาบันสง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ศาสตราจารยว์ สกร บลั ลงั กโ์ พธ์ิ มหาวิทยาลยั เกษตรศาสตร์ เนือ้ หาบทความในวารสารนเ้ี ปน็ ความคิดเห็นของผ้เู ขยี นโดยผ่านความเหน็ ชอบจากผทู้ รงคณุ วฒุ ิพจิ ารณาบทความ (peer review) คณะผู้จดั ทำไม่จำเป็นต้องเห็นชอบ และมิใชค่ วามรับผิดชอบของสถาบนั วจิ ัยและพฒั นา มหาวทิ ยาลยั เทคโนโลยรี าชมงคลธญั บรุ ี

กองบรรณาธิการภายใน รองศาสตราจารยบ์ ญุ ยงั ปล่ังกลาง คณะวิศวกรรมศาสตร์ รองศาสตราจารย์จตรุ งค์ ลงั กาพนิ ธ์ุ คณะวศิ วกรรมศาสตร์ รองศาสตราจารย์สรพงษ์ ภวสปุ รยี ์ คณะวิศวกรรมศาสตร์ ผ้ชู ว่ ยศาสตราจารยจ์ กั รี ศรีนนท์ฉตั ร คณะวิศวกรรมศาสตร์ รองศาสตราจารย์อมร ไชยสัตย์ คณะวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี ผชู้ ่วยศาสตราจารยน์ รศิ ร์ บาลทิพย์ คณะวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี จัดทำโดย สถาบนั วจิ ยั และพัฒนา มหาวทิ ยาลยั เทคโนโลยีราชมงคลธัญบุรี เลขที่ 39 หมู่ท่ี 1 ตำบลคลองหก อำเภอธญั บรุ ี จังหวดั ปทมุ ธานี 12110 โทรศัพท์ 0 2549 4492 โทรสาร 0 2577 5038 และ 0 2549 4680 Website: http://www.ird.rmutt.ac.th คณะผจู้ ดั ทำ นางสาวกชกร ดาราพาณชิ ย์ สถาบันวิจยั และพัฒนา นางสาวสรญั ญา สุวินยั สถาบนั วจิ ัยและพฒั นา นางสาวฉตั รวดี สายใยทอง สถาบันวิจัยและพฒั นา นางสาวณัฐวรรณ ธรรมวัชรากร สถาบันวิจัยและพฒั นา นางสาวมนตท์ ิชา รัตนพันธ์ สถาบนั วจิ ัยและพฒั นา เนือ้ หาบทความในวารสารนเี้ ป็นความคิดเหน็ ของผเู้ ขียนโดยผา่ นความเหน็ ชอบจากผู้ทรงคณุ วุฒิพจิ ารณาบทความ (peer review) คณะผ้จู ัดทำไมจ่ ำเปน็ ตอ้ งเหน็ ชอบ และมใิ ชค่ วามรบั ผดิ ชอบของสถาบนั วิจยั และพฒั นา มหาวิทยาลัยเทคโนโลยรี าชมงคลธัญบุรี

คำนำ Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST) เป็นวารสารที่ส่งเสริมงานด้าน วิจัยและดำเนินงานวิจัยทางด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีซึ่งอยู่ในฐานข้อมูลของศูนย์ดัชนีการอ้างอิงวารสารไทย (Thai Journal Citation Index, TCI Centre) รับตพี มิ พ์บทความวิจัย บทความวชิ าการ เปิดรับบทความทั้งภาษาไทย และภาษาอังกฤษ โดยครอบคลุมในสาขาวิชาต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี โดยมีจุดมุ่งหมายเพื่อ เผยแพร่และถา่ ยทอดผลงานวจิ ยั และวิชาการ รวมถงึ แนวคิดในการพัฒนางานวจิ ยั เพ่อื กระต้นุ ให้เกดิ เป็นแนวทางการ อภิปรายทกุ สาขาทัง้ งานวจิ ยั พน้ื ฐาน และวจิ ยั ประยกุ ต์จากภายในและภายนอกมหาวทิ ยาลัย สำหรับวารสารวิจัยปีที่ 21 ฉบับที่ 1 (มกราคม – มิถุนายน 2565) ได้รวบรวมผลงานทางวิชาการจาก ผลการวิจัยทั้งสิ้น จำนวน 12 บทความ ประกอบด้วยบทความจากผลงานวิจัยจากหลากหลายสาขา ซึ่งได้ผ่านการ กลนั่ กรองจากผทู้ รงคุณวุฒิ (peer review) ทั้งภายนอกและภายในมหาวิทยาลัย กองบรรณาธกิ ารหวังเป็นอย่างยิ่งว่า ทุกบทความจะเปน็ ประโยชน์และสามารถชว่ ยพฒั นางานวิจัยแกผ่ ู้ท่สี นใจให้ก้าวหน้าตอ่ ไปได้ กองบรรณาธิการ เนือ้ หาบทความในวารสารนเี้ ปน็ ความคดิ เห็นของผเู้ ขียนโดยผา่ นความเหน็ ชอบจากผู้ทรงคณุ วฒุ ิพิจารณาบทความ (peer review) คณะผจู้ ัดทำไมจ่ ำเป็นตอ้ งเหน็ ชอบ และมใิ ชค่ วามรบั ผิดชอบของสถาบนั วจิ ยั และพฒั นา มหาวทิ ยาลัยเทคโนโลยรี าชมงคลธัญบุรี

สารบัญ การศึกษาประสิทธิภาพการกรองของหน้ากากทางการแพทย์ N95 หลังจากผ่านการฆ่าเชื้อด้วยต้นแบบ 1 เคร่ืองฆา่ เชอ้ื ไวรสั โคโรน่าแบบอัตโนมัติ A Study of the Filtration Efficiency of the N95 Medical Mask After Sterilization with the Developed Automatic Coronavirus Sterilizer อภิชาติ สังขท์ อง, ชยั วัฒน์ สมเงิน, ฐิตินันท์ บุญศร,ี บรรบต แซ่โคว้ และ ศภุ นจิ พรธีระภัทร มหาวิทยาลยั ราชภฏั ราชนครินทร์ การปรบั ปรุงคุณสมบตั ิกระดาษจากเยือ่ กล้วยดว้ ยคาร์บอกซิเมทิลเซลลูโลส 11 The Improvement of Paper Properties from Banana Pulp with Carboxymethyl Cellulose อัครเดช ทองสวา่ ง และ กานต์พชิ ชา สวุ รรณวัฒนเมธี มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลธัญบุรี Low Density Polyethylene/Organoclay Nanocomposites Manufactured Using Oxidized 22 Polyethylene as a Coupling Agent and the Flame Retardant Additive Haydar U. Zaman and Ruhul A. Khan Bangladesh Atomic Energy Commission Solar Ultraviolet Radiation for Psoriasis Treatment at Nakhon Pathom Province 34 Sumaman Buntoung, Somjet Pattarapanitchai, Pradthana Laiwarin, Einapak Boontaveeyuwat and Serm Janjai Silpakorn University การเปรียบเทียบวิธีวิเคราะห์ข้อมูลคุณภาพอากาศ: กรณีศึกษาพลังงานทางเลือกก๊าซชีวภาพในจังหวัด 44 สพุ รรณบรุ ี Comparison of Methods for Analysis of the Air Quality: A Case Study of Alternative Energy for Biogas in Suphanburi Province พมิ พ์พรรณ อำพันธ์ทอง มหาวิทยาลยั เทคโนโลยรี าชมงคลสุวรรณภูมิ Efficient Modified Estimator for the Mean Estimation Using Auxiliary Information in Sample 55 Surveys Napattchan Dansawad King Mongkut’s University of Technology Thonburi การพฒั นาผลติ ภัณฑแ์ หนมหน่อไม้ด้วยกล้าเชือ้ โพรไบโอติก 65 Development of Fermented Bamboo Shoots with Probiotic Starter Culture ปาลดิ า ตง้ั อนุรัตน์ และ เจรญิ เจรญิ ชยั มหาวิทยาลยั เทคโนโลยีราชมงคลธญั บรุ ี

สารบัญ (ตอ่ ) แนวทางการพฒั นาผงหมกั ชะครามสำหรับเนอื้ ปลา 74 Development Approach of Marinade Powder from Suaeda maritima for Fish สายชล ทองคำ, นภาพันธ์ โชคอำนวยพร และ ติณณภพ จ่มุ อน่ิ มหาวทิ ยาลยั ราชภัฏจันทรเกษม การทอรร์ แี ฟกชันเหง้ามันสำปะหลงั เพื่อผลิตเชือ้ เพลิงชีวภาพแขง็ คุณภาพสงู 88 Torrefaction of Cassava Rhizome to Produce High-Grade Solid Biofuels จารุณี เขม็ พิลา และ ภมู นิ ทร์ คงโต มหาวิทยาลัยราชภัฏมหาสารคาม การขดของเชอื กบนพ้นื ราบหมุน 103 Rope Coiling on a Rotating Plane สริ ภพ เงนิ งาม และ มาริสา เย็นตุรัส มหาวทิ ยาลยั ธรรมศาสตร์ การเตรียมนโี อโซมสารสกัดจากเม่าสำหรบั ผลติ ภัณฑ์บำรุงผิว 112 Preparation of Mao (Antidesma thwaitesianum Muell.Arg) Extract Niosomes for Skin Care Product สภุ กาญจน์ พรหมขันธ์, ชนิษฎา วงศ์บาสก์ และ ศุกฤชชญา เหมะธุลิน มหาวิทยาลยั เทคโนโลยีราชมงคลอีสาน Screening for Rice Blast Resistant Genes, Pi9, Pita, Pigm(t) and Pi54 in Landrace Rice 122 Varieties of Northeastern Thailand Chinanat Krainart, Ratiros Siangsai, Apinya Longya, Sitipun Sinumporn and Sucheela Talumphai Roi Et Rajabhat University

Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 1 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) การศึกษาประสิทธิภาพการกรองของหน้ากากทางการแพทย์ N95 หลงั จากผา่ นการฆ่า เช้ือด้วยต้นแบบเครื่องฆ่าเชือ้ ไวรัสโคโรนา่ แบบอตั โนมตั ิ A Study of the Filtration Efficiency of the N95 Medical Mask After Sterilization with the Developed Automatic Coronavirus Sterilizer อภิชาติ สงั ขท์ อง1* ชยั วฒั น์ สมเงิน2 ฐิตินนั ท์ บญุ ศรี2 บรรบต แซ่โคว้ 2 และ ศภุ นิจ พรธรี ะภัทร2 Apichart Sungthong1*, Chaiwat Somgern2, Thitinun Boonsee2, Bunpot Saekow2 and Supanit Porntheeraphat2 1สาขาวิชาฟิสกิ สป์ ระยกุ ต์ คณะวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภฏั ราชนครินทร์ อ.เมอื ง จ.ฉะเชงิ เทรา 24000 2ทีมวิจยั เทคโนโลยเี กษตรดจิ ิทัล (DAT) ดา้ นวิจยั และพัฒนาเทคโนโลยีระบบและเครือขา่ ยอัจฉรยิ ะ (ITSN) ศนู ยเ์ ทคโนโลยี อิเลก็ ทรอนกิ สแ์ ละคอมพิวเตอร์แหง่ ชาติ (NECTEC) สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแหง่ ชาติ (NSTDA) 1Department of Applied Physics, Faculty of Science and Technology, Rajabhat Rajanagarindra University, Chaserngsao 24000, THAILAND 2Digital Agriculture Technology Research Team (DAT), Deputy Executive Director Research and Development Intelligent Systems and Networks (ITSN), National Electronics and Computer Technology Center (NECTEC), National Science and Technology Development Agency (NSTDA), THAILAND *Corresponding author e-mail: [email protected] ARTICLE INFO ABSTRACT Article history: This research aims to develop an automatic coronavirus Received: June 22, 2021 sterilizer. A research team which knowledge and experience in the Revised: December 3, 2021 branch of photonics technology for medical, together with a Accepted: March 8, 2022 research team of virology jointly research to solve the Available online: May 9, 2022 aforementioned problems. Therefore, the system is designed as DOI: 10.14456/jarst.2022.1 automatically sterilization process that is UV-C exposure, hot air Keywords: UV-C sterilizer, dryer, packaging and sealing for the personal individual masks. We reusable mask, ultraviolet, have found that the UV-C dose that can kill the amount of 200 disinfection microliters of coronavirus PEDV (more than the number of possible natural contamination) on N95 medical mask (model VFLEX 9105) within 1 minute and can kill the same amount of coronavirus faster

2 Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) than 1 minute for higher UV-C intensity. The filtering efficiency of the medical masks which were through our sterilization machine have been sent to tested. It was found that the control mask and used mask that sterilized for 10- and 30-times cycles had no significant different filtration efficiency. This demonstrates that our automated coronavirus sterilizer prototype is not destroyed the filtration efficiency of the tested medical mask so this prototype is many advantages for killing the coronavirus may be on used medical masks and can be reused many times. บทคดั ยอ่ ไม่ผ่านการฆ่าเชื้อด้วยเครื่องต้นแบบน้อยมาก ๆ แสดง ให้เห็นว่าต้นแบบเครื่องฆ่าเชื้อไวรัสโคโรน่าแบบ งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อสร้างต้นแบบ อัตโนมัติที่ได้พัฒนาขึ้นมานี้ ไม่ได้ก่อให้เกิดความ เครื่องฆา่ เช้อื ไวรสั โคโรน่า โดยใช้องค์ความรู้ ประสบการณ์ เสียหายต่อประสิทธิภาพการกรองของหน้ากากทาง ในการทำงานด้านแสงเพื่อการใช้งานทางการแพทย์ การแพทย์ จึงเหมาะสำหรับใช้ในการฆา่ เชอ้ื ไวรัสโคโรนา่ ร่วมกบั ทมี วิจัยผู้เชย่ี วชาญทางดา้ นไวรสั วิทยา ออกแบบ ที่อาจปนเปื้อนบนหน้ากากทางการแพทย์ และสามารถ ให้เปน็ ระบบทใี่ ชง้ านในการฆา่ เชือ้ หน้ากากเฉพาะบุคคล นำกลบั มาใช้ซำ้ ได้หลายครง้ั และมีระบบปิดถุงเมื่อผ่านการฆ่าเชื้อแล้วแบบอัตโนมัติ จากการทดลอง ปริมาณและเวลาฆ่าเชื้อ (DOSE) ของ คำสำคญั : เครือ่ งฆ่าเช้ือโรคด้วยแสงยวู ซี ี หนา้ กากแบบ แสงอัลตราไวโอเลต (UV-C) ที่มีผลในการทำลายเชื้อ ใช้ซ้ำได้ อลั ตราไวโอเลต การฆ่าเชอื้ โรค ไวรัสโคโรน่า Porcine Epidemic Diarrhea virus (PEDV) ที่ปนเปื้อนบนหนากากทางการแพทย์ N95 รุน VFLEX บทนำ 9105 ของบริษัท 3M ที่นำมาทดสอบหาปริมาณของ แสงยวู ีซี ในการฆ่าเชือ้ ไวรัส พบวา่ แสงยวู ซี ี ท่ีมีค่าความ จากสถานการณ์การระบาดของไวรัสโคโรน่า เข้มแสง 70 microwatt-sec/cm2 สามารถทำลาย สายพันธุ์ใหม่ COVID-19 ซึ่งระบาดอยู่ในประเทศไทย เชื้อไวรัสโคโรน่า PEDV จำนวน 200 microliters และท่ัวโลกในขณะนี้ [1-4] ทำให้บคุ ลากรทางการแพทย์มี (ซึ่งมากกว่าจำนวนที่เป็นไปได้ในการปนเปื้อนตาม หนา้ กากอนามยั ทางการแพทย์ไม่เพียงพอ ราคาสูงขน้ึ มาก ธรรมชาติ) ได้ในเวลา 1 นาที และจะสามารถทำลายเชอ้ื และเกิดภาวะขาดแคลน โดยเฉพาะหน้ากากชนิด N95 ท่ี ไวรัสโคโรน่าได้เร็วกว่า 1 นาที ที่ความเข้มแสงมากข้ึน บุคลากรทางการแพทย์ผู้เกี่ยวข้องต้องใช้ต่อวันเป็น จากคา่ ปริมาณแสง ท่ีได้ จงึ ได้นำมาพฒั นาสร้างต้นแบบ จำนวนหลายชิ้นต่อคน ทำให้ต้องมีการนำมาใช้ซ้ำ เครื่องฆ่าเชื้อไวรัสโคโรน่าแบบอัตโนมัติ และจาก ปัจจุบันการฆ่าเชื้อมีหลากหลายเครื่องมือ หลายวิธี ผลทดสอบหาประสิทธิภาพการกรองของหน้ากากทาง [6-7] โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสถานการณ์ภาวะการระบาด การแพทย์ทีน่ ำมาทดสอบ พบว่า หน้ากากที่ผ่านการฆ่า ระดับโลกเช่นนี้ ทำให้มีเครื่องมือ อุปกรณ์ ออกมา เชื้อจากเครื่องต้นแบบ จำนวน 10 และ 30 ครั้ง มี จำหนา่ ยมากมาย มกี ารโฆษณาประสิทธภิ าพในการฆา่ เชื้อ ประสิทธิภาพการกรองที่เปลี่ยนแปลงไปจากหน้ากากท่ี โดยเฉพาะอย่างยิ่งเชื้อไวรัสโคโรน่า อย่างไรก็ตามยังไม่ เห็นผลการทดลองในการฆ่าเชื้อไวรัสสายพันธุ์โคโรน่ากับ

Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 3 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) ประสิทธิภาพการกรองของหน้ากากทางการแพทย์ N95 ภายในตู้ ทั้งด้านบนและด้านล่าง ได้ค่าความเข้มแสง ที่ผ่านการฆ่าเชื้อซ้ำ ๆ (ใช้ซ้ำ) ของเครื่องมือใดที่ออกมา แสดงดงั ในรปู ท่ี 1 อยา่ งชดั เจน UV-C Phillip 10 ทีมวิจัยจึงได้คิดค้นระบบฆ่าเชื้อไวรัสโคโรน่า Watt สำหรับหน้ากากทางการแพทย์ N95 แบบอัตโนมัติข้ึน เพื่อประโยชน์ในการฆ่าเชื้อโรคและสามารถนำมาฆ่าเชื้อ รูปที่ 1 ค่า UV-C Output ทร่ี ะยะวางชน้ิ งาน ซ้ำหลังการใช้งานโดยไม่เสื่อมประสิทธิภาพ โดยอาศัย การทดลองประสิทธิภาพในการฆ่าเชื้อบน หลักการที่ชิ้นงานหน้ากาก N95 เคลื่อนที่ด้วยระบบราง เลื่อน ผ่านการฆ่าเชื้อด้วยแสงยูวีซี ผ่านระบบอบลมร้อน ตัวอย่างหน้ากาก N95 จากห้องปฏิบัติการไวรัสวิทยา (Hot Air Oven) และปิดผนึกชิ้นต่อชิ้น (Individual Seal ศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ โดย Pack) โดยออกแบบให้เป็นระบบที่ใช้งานในการฆ่าเชื้อ ทำการทดลองด้วยเชื้อไวรัสโคโรน่า PEDV (Non หน้ากากเฉพาะบุคคล (Individual Personal-Mask Pathogenic in Human) ซึ่งเป็นไวรัสโคโรน่าที่มีขนาด Sterilizer with Auto Sealed Packing) ในขั้นตอนการ ใกล้เคียงกับ COVID-19 และเป็นที่ยอมรับในระดับ พัฒนา มีการตรวจวัดแสงยูวีซี และการทดสอบฆ่าเชื้อ สากลทสี่ ามารถใชเ้ ปน็ ตัวแทนการทดสอบ มีสมบตั ิแสดง ไวรัสโคโรน่าบนหน้ากากทางการแพทย์ N95 เพื่อหา ดังรปู ท่ี 2 ปริมาณแสง ที่ถูกต้อง แม่นยำ ตลอดจนการทดสอบ ประสิทธิภาพการกรองของหน้ากากทางการแพทย์ N95 หลังจากผ่านการฆา่ เชื้อซำ้ ด้วยเครื่องทพ่ี ฒั นาข้ึน จำนวน มากถงึ 30 ครั้ง วธิ ีดำเนินการวิจยั 1. การศึกษาและหาปริมาณ ของแสงยูวีซี ที่มีผลต่อ ไวรสั โคโรน่าบนหน้ากากทางการแพทย์ N95 เครื่องมอื ท่ใี ช้ในการวิจัย ประกอบดว้ ย รปู ท่ี 2 สมบัติเฉพาะของเชื้อไวรัสโคโรน่า PEDV ที่ใช้ o ตู้และหลอด UV-C Phillip 10 Watt ทดสอบ o เครือ่ ง UV-C Power Meter o หน้ากากทางการแพทย์ N95 ของบริษัท จากนั้นตัดหน้ากาก N95 ออกเป็นชิ้นเล็ก ๆ และเตรียมชิ้นงานหยดเชื้อไวรัสโคโรน่า PEDV ด้วยการ 3M หยดเชือ้ PEDV จำนวน 200 microliters และนำไปวางใน o เชื้อไวรัสโคโรน่า PEDV ในการทดลอง ตำแหน่งความเข้มแสงยูวีซีต่าง ๆ ลักษณะชิ้นหน้ากาก (Non Pathogenic in Human) o Auto Cell Culture Machine o One Step RT-PCR KIT สำหรับการจัดวางหลอดยูวีซี และวัด UV-C Output วัดค่าความเข้มแสงยูวีซี ที่ตำแหน่งวางชิ้นงาน

4 Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) N95 ท่ีได้รับการหยดเชื้อ แสดงดังรูปที่ 3 จากนั้นรอ และเวลาต่าง ๆ และจะเห็นได้ว่า แถบ RNA ของไวรัส เวลาให้เชื้อซึมเข้าในเนื้อหน้ากากจนหมด และเตรียม ที่โดนฉายแสงยูวีซี ส่วนใหญ่จะเปลี่ยนไปจากแถบ ชิ้นส่วนหน้ากาก N95 ที่ปนเปื้อนเชื้อไวรัสโคโรน่า และ RNA ของไวรัส ที่ไม่โดนฉายแสง (ควบคุม) แสดงให้ ได้รับการฉายแสงยูวีซี ตามตำแหน่งและเวลาต่าง ๆ ไป เห็นถึงว่า ความยาวคลื่นแสงยูวีซี (254 nm) ความเข้ม ทำ Viral RNA Extraction ใน Well plate ดังแสดงใน แสง และเวลาในการฉายแสง ที่ตำแหน่งชิ้นงานที่ รปู ท่ี 4 ปนเป้ือนไวรัส เป็นตัวแปรที่มีผลในการทำลายถึงระดับ RNA ของไวรัส ได้ รปู ท่ี 3 ลักษณะชิ้นส่วนหน้ากากทางการแพทย์ N95 ที่ได้รับการหยดเชื้อ PEDV จำนวน 200 microliters รปู ที่ 5 Real-Time PCR Kit รปู ท่ี 4 ชิ้นส่วนหน้ากาก N95 ที่ปนเปื้อนไวรัสโคโรน่า การพัฒนานวัตกรรมเครื่องฆ่าเชื้อหน้ากาก PEDV ทั้งที่โดนฉายแสงยูวีซี จำนวน 8 Wells ทางการแพทย์ N95 แบบอัตโนมัติ ถูกออกแบบให้มี และไม่โดนฉายแสง (ควบคุม) จำนวน 1 Well การผสมผสานกับระบบลำเลียง Automation ใน ระบบงานอุตสาหกรรม เข้ากันกับเทคโนโลยีไร้สาย งานวิจัยนี้ได้ใช้ One Step RT-PCR KIT โดยใช้ระบบ PLC & Sensor ควบคุมการทำงานเคร่ือง (Takara Bio.) ดังแสดงในรูปที่ 5 สำหรับตรวจสอบ ใช้หลักการฆ่าเชื้อด้วย UV-C Germicidal Lamp ให้ โครงสร้าง RNA ของไวรัส จากตัวอย่างชิ้นส่วน ความยาวคลื่น 254 nm คำนึงถึงความปลอดภัยในการ หน้ากาก N95 ท่ีเตรียมไว้ ผลของ RT-PCR จากชิ้นส่วน ใช้งานโดยไม่มีแสงยูวีซี เล็ดลอดออกมาภายนอก มีช่อง N95 ที่ความเข้มแสงและเวลาตา่ งๆ กับเชื้อไวรัสโคโรนา่ มองการทำงานของหลอดโดยใช้วัสดุใสที่สามารถกั้น PEDV (ควบคุม) ที่ไม่โดนฉายแสง พบแถบ RNA ของ แสงยูวีซี ได้ทั้งหมด ภายในส่วนของการฉายแสง ใช้ ไวรัส บน Electrophoresis Gel ทุก ๆ ความเข้มแสง วัสดุ Anodized Aluminium ทำให้เกิดการกระจาย แสงได้ดี โดยขั้นตอนหลัก ๆ ในการสร้างเครื่องฆ่าเชื้อ มีดังแสดงในรูปท่ี 6

Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 5 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) รูปที่ 6 ข้นั ตอนหลัก ๆ ในการสร้างเคร่ืองฆ่าเช้อื หนา้ กากทางการแพทย์ N95 แบบอัตโนมัติ หลักการฆ่าเชื้อดว้ ย UV-C Germicidal Lamp มาตรฐาน ASTM F2299 โดยหน่วยวิจัยสนามไฟฟ้า ที่ให้ความยาวคลื่น 254 nm ซึ่งเป็นความยาวคลื่นที่ ประยกุ ต์ในงานวศิ วกรรม (Research Unit of Applied DNA ดูดซับได้ดีที่สุด จึงทำให้เชื้อโรคไม่ว่าจะเป็น Electric Field in Engineering (RUEE) มหาวิทยาลัย แบคทีเรีย ไวรัส ราเส้นใย ยีสต์ เป็นต้น ถูกทำลาย เทคโนโลยีราชมงคลล้านนา อุปกรณ์ประกอบด้วย โครงสร้างกรดนิวคลีอิกที่เป็นองค์ประกอบของ DNA เครื่องสร้างอนุภาค เครื่องแยกและคัดกรองอนุภาค และ RNA ของเชื้อโรค แตใ่ นแสงในบรรยากาศธรรมชาติ ขนาด 0.3 ไมครอน อนุภาคที่ได้จะไหลผ่านตัวอย่าง จะไม่พบแสงยูวีซี เนื่องจากไม่สามารถผ่านชั้นโอโซน เครื่องวัดอนุภาคทำการวัดจำนวนอนุภาคก่อนและหลงั มายังผิวโลกได้ เครื่องต้นแบบจะใช้หลอดแสงยูวีซี ยี่ห้อ ตัวอย่าง นำผลการวัดที่ได้มาคำนวณประสิทธิภาพการ Phillips UVC 10W T5G13 ขนาด 30 เซนติเมตร จำนวน กรอง ตามสมการที่ (1) 2 หลอด ติดตั้งตำแหน่งด้านบน-ล่าง ของสายพาน ลำเลียงในสว่ นฉายแสงฆ่าเชอ้ื ท้งั ดา้ นบนและด้านล่างของ หน้ากาก 95 ทเ่ี คล่ือนเขา้ มา 2. การทดสอบประสิทธิภาพการกรองของหน้ากากทาง การแพทย์ N95 ที่ผ่านการฆ่าเชื้อซ้ำ ๆ ด้วยระบบที่ พัฒนาขึ้น ในการทดสอบประสิทธิภาพการกรองของ รปู ท่ี 7 ตัวอย่างหน้ากาก N95 รุน VFLEX 9105 ของ หน้ากากทางการแพทย์ N95 ที่ผ่านการฆ่าเชื้อซ้ำ ๆ บริษัท 3M และตำแหน่งการตัดชิ้นงานส่ง ด้วยเครื่องฆ่าเชื้อที่พัฒนาขึน้ มา โดยหน้ากากที่นำมาใช้ ทดสอบ ทดสอบเป็นหน้ากากทางการแพทย์ N95 รุน VFLEX 9105 ของบริษัท 3M ซึ่งหน้ากากในรุ่นดังกล่าวเป็นรุ่น ������ = ������������������������������������−������������������������������������������ (1) ทมี่ ีการใชง้ านในหอ้ งปฏบิ ตั ิการตรวจเช้อื ในโรงพยาบาล การเตรียมตัวอย่างจะตัดชิ้นงานเป็นวงกลมเส้นผ่าน ������������������������������������ ศูนย์กลาง 5 เซนติเมตรตำแหน่งตามรูปที่ 7 ทำการ ทดสอบประสิทธิภาพการกรองของหน้ากากตาม เมอ่ื ������������������������������������ คือ จำนวนอนุภาคก่อนผ่านแผ่นกรอง อนุภาค

6 Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) ������������������������������������������ คือ จำนวนอนุภาคหลังผ่านแผ่นกรอง หน้ากาก ก่อนทำการฉายด้วยแสงยูวีซี แล้วนำชิ้นส่วน อนุภาค ทงั้ หมดไปทำ Viral RNA Extraction ทำการทดสอบ 3 เงื่อนไข คือหน้ากาก N95 วธิ กี าร Cell Culture จะเปน็ การแสดงถึงการ ทผี่ ่านเข้าเครอ่ื งฆา่ เชอื้ จำนวน 10 และ 30 ครงั้ และไม่ ดำรงอยู่ของไวรัสที่มีอยู่ในชิ้นส่วนของหน้ากาก N95 ผา่ นการฆ่าเชือ้ (ควบคมุ ) โดยที่หน้ากาก N95 ที่ถูกฉายด้วยความเข้มแสงและ เวลาต่าง ๆ กัน จากการทดลองพบว่าที่ความเข้มแสง ผลการศกึ ษาและอภิปรายผล ประมาณ 70 microwatt-sec/cm2 ขึ้นไป สามารถเขา้ ทำลายให้ไวรัสโคโรน่าไม่สามารถเจริญเติบโตได้ น่ัน 1. การศึกษาและหาปริมาณ ของแสงยูวีซี ท่ีมีผลต่อ หมายถงึ ว่า ไวรัสไม่สามารถดำรงชีวติ อยไู่ ด้เม่ือโดนฉาย ไวรัสโคโรนา่ บนหนา้ กากทางการแพทย์ N95 แสงยวู ีซี ที่ความเข้มนห้ี รือมากกว่า ในเวลา 1 นาที เป็น ต้นไป ในขณะที่ชิ้นส่วนหน้ากาก N95 ควบคุม หรือช้ิน เชื้อไวรัสโคโรน่า PEDV (Non Pathogenic ที่ไม่โดนฉายแสง (Unexposed Control) ยังพบการ in Human) จำนวน 200 microliters ต่อชิ้นส่วน เจริญเติบโตของเชอ้ื ไวรสั อยู่ (ก้อนสีชมพใู นรปู ที่ 8) หน้ากาก N95 โดยหยดลงไปตรงชั้นกลางของหน้ากาก เป็นเวลา 2 ชั่วโมง เพื่อให้เชื้อซึมเข้าไปในชิ้นส่วนของ รูปที่ 8 ผลของวธิ ี Cell Culture จากชิน้ ส่วนหนา้ กากทางการแพทย์ N95 ที่ความเขม้ แสงและเวลาในการฉายแสง จากน้ันทำการตรวจวิเคราะห์ RNA ด้วยเทคนิค จะมีแถบ RNA เปลี่ยนไปจากแถบ RNA ของเชื้อไวรัส Real-Time PCR (RT-PCR) จากผลของ RT-PCR ของ PEDV ที่ไม่ถูกฉายแสง (ควบคุม) นั่นแสดงให้เห็นว่า ชิ้นส่วนหน้ากาก N95 ที่ถูกหยดเชื้อไวรัสโคโรน่าจำนวน แสงยูวีซี ความยาวคลื่น 254 nm ความเข้มแสง และ เท่า ๆ กัน แต่ถูกฉายแสงที่ความเข้มและเวลาต่าง ๆ กัน เวลาในการฉายแสง ณ ตำแหน่งผิวของชิ้นงาน เป็นตัว พบวา่ ชน้ิ ส่วนท่ไี ม่ถูกฉายแสง (Unexposed) ปรากฏแถบ แปรที่มีผลในการทำลายไวรัสถงึ ระดบั RNA ได้ ดงั แสดง RNA ของไวรัส PEDV บน Electrophoresis Gel และจะ ในรูปที่ 9 เห็นได้ว่า ชิ้นส่วนหน้ากากที่ถูกฉายแสงยูวีซี ส่วนใหญ่

Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 7 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) 3. การทดสอบประสิทธิภาพการกรองของหน้ากากทาง การแพทย์ N95 ที่ผ่านการฆ่าเชื้อซ้ำ ๆ ด้วยระบบท่ี พฒั นาขน้ึ รปู ท่ี 9 ผลของ RT-PCR จากชิ้นส่วนหน้ากาก N95 ท่ี ได้ทำการทดสอบ 3 เงอ่ื นไข คือหนา้ กาก N95 ความเข้มแสงและเวลาต่าง ๆ ทผี่ ่านเข้าเครือ่ งฆ่าเช้ือ จำนวน 10 และ 30 ครงั้ และไม่ ผ่านการฆ่าเชื้อ (ควบคุม) โดยหน้ากากที่นำมาใช้ 2. การพัฒนาต้นแบบระบบฆ่าเชื้อไวรัสโคโรน่าแบบ ทดสอบเป็นหน้ากากทางการแพทย์ N95 รุน VFLEX อตั โนมตั ิ 9105 ของบริษัท 3M โดยมีตัวแปรในการทดสอบหา ประสทิ ธิภาพการกรอง ดังนค้ี อื ขั้นตอนการปิดผนึก (Seal) และโครงสร้าง เครอื่ งฆา่ เชอื้ แสดงในรปู ที่ 10 และ 11 Area Tested: 12.57 cm2 Particle Size: 0.3 µm Total Flow Rate: 28.3 L/min Delta P Flow Rate: 8 L/min Face Velocity: 10.6 cm/s Environment: 23°C, 47%RH References: TSI AeroTrak Model 9310 S/N 93101821004 TSI Manometer Model 8380 S/N: T83801703012 รูปท่ี 10 ข้ันตอนการปดิ ผนึกและตัวอย่างการปิดผนึกถุง จากการทดสอบหาประสิทธิภาพการกรอง ที่ดแี ละไมด่ ี ของหนา้ กากทางการแพทย์ N95 รุน VFLEX 9105 ของ บริษัท 3M ที่ยังไม่ผ่านต้นแบบเครื่องฆ่าเชื้อไวรัสโคโรนา่ รปู ที่ 11 เครื่องต้นแบบระบบฆ่าเชื้อไวรัสโคโรน่าแบบ แบบอัตโนมัติ (ควบคุม) และผ่านการฆ่าเชื้อจำนวน 10 อตั โนมตั ิ และ 30 ครั้ง ซึ่งแต่ละเงื่อนไขจะทำการทดสอบ 5 ช้ิน ผลท่ีได้แสดงดงั ตารางท่ี 1,2 และ 3 ตามลำดับ จากผลทดสอบหาประสิทธิภาพการกรองของ หน้ากากทางการแพทย์ N95 รุน VFLEX 9105 ของ บริษัท 3M ที่ยังไม่ผ่านต้นแบบเครื่องฆ่าเชื้อไวรัส โคโรน่าแบบอัตโนมัติ (ควบคุม) และผ่านการฆ่าเช้ือ จำนวน 10 และ 30 ครั้ง ดังแสดงผลในตารางที่ 1, 2 และ 3 มีค่าเฉลี่ยของประสิทธิภาพการกรอง 96.74%, 96.65% และ 95.55% ตามลำดับ ซึ่งพบว่า ประสิทธิภาพการกรองยังคงไม่ต่ำกว่ามาตรฐานคือ 95% ในแต่ละเงื่อนไขมีประสิทธิภาพการกรองที่

8 Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) เปลี่ยนแปลงไปน้อยมาก แสดงให้เห็นว่าต้นแบบเครื่อง กรองของหน้ากากทางการแพทย์ จึงสามารถใช้ในการ ฆ่าเชื้อไวรัสโคโรน่าแบบอัตโนมัติที่ได้พัฒนาขึ้นมาน้ี ฆ่าเชื้อไวรัสสำหรับหน้ากากทางการแพทย์ที่ต้องการใช้ ไม่ได้ส่งผลให้เกิดความเสียหายต่อประสิทธิภาพการ ซำ้ ไดห้ ลาย ๆ ครัง้ ตารางที่ 1 ชิ้นส่วนหน้ากาก N95 ที่ยังไม่ผ่านการฆ่าเชื้อด้วยต้นแบบเครื่องฆ่าเชื้อไวรัสโคโรน่าแบบอัตโนมัติ (ควบคุม) ตารางที่ 2 ช้ินส่วนหน้ากาก N95 ทผี่ ่านการฆา่ เช้ือด้วยตน้ แบบเคร่ืองฆ่าเช้ือไวรัสโคโรน่าแบบอตั โนมตั ิ 10 ครัง้

Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 9 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) ตารางที่ 3 ชนิ้ สว่ นหนา้ กาก N95 ทผ่ี ่านการฆา่ เชือ้ ด้วยต้นแบบเครือ่ งฆ่าเชื้อไวรัสโคโรนา่ แบบอัตโนมตั ิ 30 ครั้ง สรุปผล ของชิ้นงานพร้อม ๆ กันโดยไม่ต้องทำการกลับพลิก ชิ้นงาน กำหนดตั้งเวลาในการฆ่าเชื้อไวรัสโคโรน่าบน จากการทดลองหาปริมาณ Dose ของแสงยูวีซี ชิ้นงานในเครื่อง ไว้เป็นเวลา 1 นาที เพื่อให้เกิดความ ที่มีผลในการทำลายเชื้อไวรัสโคโรน่าที่ปนเปื้อนบน มั่นใจต่อผู้ใช้งาน จากนั้นชิ้นงานที่ถูกฉายแสงยูวีซี แลว้ หนา้ กากทางการแพทย์ N95 รุน VFLEX 9105 ของบริษัท จะเลือ่ นไปในส่วนของการเปา่ ลมร้อนเพื่อจดุ ประสงค์ใน 3M ที่นำมาทดสอบ พบว่าแสงยูวีซี ที่มีค่าความเข้มแสง การไล่ความช้นื ออกจากช้ินงาน และเล่ือนไปบรรจุลงถุง 70 microwatt-sec/cm2 สามารถทำลายเชื้อไวรัสโคโรน่า และปิดปากถุงด้วยลวดความร้อน ชิ้นงานจะตกลงมาที่ PEDV จำนวน 200 microliters (ซึ่งมากกว่าจำนวนที่ ชอ่ งเกบ็ ช้ินงานดา้ นหน้าเคร่อื ง ทกุ กระบวนการหลังจาก เป็นไปไดใ้ นการปนเปอ้ื นตามธรรมชาต)ิ ได้ในเวลา 1 นาที ผู้ใชว้ างชิน้ งานเขา้ เครื่อง เคร่ืองจะทำงานแบบอตั โนมัติ และจะสามารถทำลายเชื้อไวรัสโคโรน่าได้เร็วกว่า 1 นาที ที่ความเข้มแสงมากขึ้น จากผลของ Cell Culture จากผลทดสอบหาประสิทธภิ าพการกรองของ ไม่พบไวรัส ที่ใส่ไปจำนวน 200 microliters ว่ามีการ หน้ากากทางการแพทย์ N95 รุน VFLEX 9105 ของ เจริญเติบโตหลังการฉายแสง นั่นหมายถึงไวรัสถูกฆ่าให้ บริษัท 3M ที่นำมาทดสอบนั้น พบว่า หน้ากากที่ยังไม่ ตายไปแล้ว ในขณะที่พิสูจน์ด้วย RT-PCR พบว่ามีแถบ ผ่านการฆ่าเชื้อจากต้นแบบเครื่องฆ่าเชื้อไวรัสโคโรน่า RNA ไวรัสบนชิ้นงานทดสอบ นั่นหมายถึงการที่เคยมี แบบอัตโนมัติและท่ีผ่านการฆ่าเชื้อจากเครื่องต้นแบบ ไวรสั อยูบ่ นช้นิ งานมาก่อนนั่นเอง จำนวน 10 และ 30 ครั้ง มีประสิทธิภาพการกรองท่ี เปลี่ยนแปลงไปจากเดิม (ไม่ผ่านเครื่อง) น้อยมาก ๆ จากค่าปริมาณแสงที่ได้ จึงได้นำมาพัฒนา แสดงให้เห็นว่าต้นแบบเครื่องฆ่าเชื้อไวรัสโคโรน่าแบบ สร้างต้นแบบเครื่องฆ่าเชื้อไวรัสโคโรน่าแบบอัตโนมัติ อัตโนมัติที่ได้พัฒนาขึ้นมานี้ ไม่ได้ก่อให้เกิดความ โดยใช้หลอดแสงยูวีซี ในการฆ่าเชื้อ ที่ตำแหน่ง เสียหายต่อประสิทธิภาพการกรองของหน้ากากทาง วางชิ้นงาน มีค่าความเข้มแสงยูวีซี มากกว่า 260 การแพทย์ จงึ เหมาะสำหรบั ใช้ในการฆ่าเชื้อไวรัสโคโรนา่ microwatt-sec/cm2 ได้ออกแบบให้มีแสงยูวีซี มาจาก ด้านบนและด้านล่างของชิ้นงาน เพื่อฆ่าเชื้อทั้งสองด้าน

10 Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) ที่อาจปนเปื้อนบนหน้ากากทางการแพทย์ และสามารถ https://www.who.int/emergencies/diseases นำกลบั มาใช้ซ้ำได้หลาย ๆ ครั้ง /novel-coronavirus-2019/advice-for-public/ when-and-how-to-use-masks. กิตตกิ รรมประกาศ 4. Joob B, Wiwanitkit V. COVID-1 9 in medical ทีมวิจัยขอขอบคุณ ดร. อนันต์ จงแก้ววัฒนา personnel: observation from Thailand. J นักวิจัยอาวุโส จากทีมวิจัยนวัตกรรมสุขภาพสัตว์และการ Hosp Infect. 2020;104(4):453. https://doi: จัดการ (AVIG) ศูนย์เทคโนโลยีพันธุวิศวกรรมแห่งชาติ 10.1016/j.jhin. 2020.02.016. (BIOTEC) สวทช (NSTDA) สำหรับความช่วยเหลือ ทางด้านสายพันธุ์ของไวรัส การทดสอบและคำแนะนำ 5. Moore G, Ali S, Cloutman-Green EA, Bradley เกี่ยวกับการทดสอบในครั้งนี้ ขอขอบคุณหน่วยงานให้ทุน CR, Wilkinson MAC, Hartley JC, et al. Use of TCELS ท่ไี ดส้ นบั สนนุ การให้ทุนในคร้ังน้ีจึงทำให้ งานวิจัย UV-C radiation to disinfect non-critical และผลงานนีป้ ระสบความสำเรจ็ ลลุ ่วงไปไดด้ ว้ ยดี patient care items: a laboratory assessment of the Nanoclave Cabinet. BMC Infect Dis. เอกสารอา้ งองิ 2012;12:174. https://doi:10.1186/1471-2334- 12-174. 1. Wolrd Health Organization. Coronavirus disease 2019 (COVID-19) situation report -68 6. Beck SE, Hull NM, Poepping C, Linden KG. [Internet]. [ cited 2020 Mar 28]. Availability Wavelength-Dependent damage to adenoviral from: https://www.who.int/docs/default- proteins across the germicidal UV spectrum. source/coronaviruse/situation-reports/2020 Environ Sci Technol. 2018;52(1):223-9. 0328-sitrep-68-covid-19.pdf. https://doi.org/10.1021/acs.est.7b04602. 2. Del Rio C, Malani PN. COVID-19—New 7. Woo H, Beck SE, Boczek LA, Carlson KM, insights on a rapidly changing epidemic. Brinkman NE, Linden KG, et al. Efficacy of JAMA. 2020;323(14):1339-40. doi:10.1001/ inactivation of human enteroviruses by dual- jama.2020.3072. wavelength germicidal ultraviolet (UV-C) light emitting diodes (LEDs). Water (Basel). 3. World Health Organization. Coronavirus 2019;11(6):1131. https://doi.org/10.3390/ disease (COVID-19) advice for the public: w11061131. when and how to use masks [Internet]. [ cited 2020 Jun 1 5 ]. Availability from:

Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 11 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) การปรับปรุงคุณสมบัติกระดาษจากเย่ือกล้วยด้วยคาร์บอกซิเมทิลเซลลูโลส The Improvement of Paper Properties from Banana Pulp with Carboxymethyl Cellulose อคั รเดช ทองสว่าง และ กานต์พิชชา สวุ รรณวฒั นเมธี* Akaradet Tongsawang and Kanpicha Suwannawatanamatee* สาขาเทคโนโลยกี ารพมิ พด์ ิจิทัลและบรรจภุ ัณฑ์ คณะเทคโนโลยีส่ือสารมวลชน มหาวิทยาลยั เทคโนโลยีราชมงคลธัญบุรี อ.ธัญบรุ ี จ.ปทุมธานี 12110 Department of Digital Printing & Packaging Technology, Faculty of Mass Communication Technology, Rajamangala University of Technology Thanyaburi, Thanyaburi, Pathumthani 12110, THAILAND *Corresponding author e-mail: [email protected] ARTICLE INFO ABSTRACT Article history: This research aims to study the properties of paper which was Received: August 11, 2021 made of banana pulp coated with carboxy methyl cellulose. The 12 Revised: December 17, 2021 percent concentration of sodium hydroxide (NaOH) per dried banana Accepted: March 8, 2022 weight and 4 percent concentration of sodium sulfate (Na2SO4) per Available online: May 9, 2022 dried banana weight were used in the experiment. Then, it was boiled DOI: 10.14456/jarst.2022.2 to break down the lignin for 90 minutes at the 100 degree Celsius Keywords: handicraf paper, temperature, formed paper sheets weighed 80 g/m2, and coated of paper properties, carboxymethyl cellulose of 34 microns thick with bar coater. Three carboxymethyl cellulose levels of concentration were 1, 2 and 3% (w/v) coated of one and two layers. After that, it was left for 24 hours at 25 degree Celsius temperature and 50 percent of humidity. This could test the mechanical properties of the paper water absorption properties, and printability properties. The research results showed that the coated paper of carboxymethyl cellulose had mechanical properties of increasing paper thickness resulted in the properties of bursting strength, tensile strength, and gloss increases. It affected the printability properties, an increasing density of paper to print and also

12 Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) it can keep details of thin lines and small text size. The value of water absorption of paper properties was reduced. From the research result, the paper coated of carboxymethyl cellulose could be developed to other packaging and basic data of paper development for farmer or community organizations in the future. บทคัดย่อ คำสำคัญ: กระดาษเชิงหัตถกรรม สมบัติกระดาษ คาร์บอกซเิ มทิลเซลลูโลส งานวิจัยเรื่องนี้ มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษา คุณสมบตั กิ ระดาษจากเยื่อกล้วยที่เคลือบด้วยคาร์บอก- บทนำ ซิเมทิลเซลลูโลส การทดลองใช้โซเดียมไฮดรอกไซต์ (NaOH) ความเข้มข้น 12% ต่อน้ำหนักกาบกล้วยแห้ง กระดาษมีแนวโน้มการใช้มากยิ่งขึ้นเนื่องจาก และโซเดียมซัลเฟต (Na2SO4) ความเข้มข้น 4% ต่อ การเติบโตของการส่งสินค้าออนไลน์อันเป็นผลมาจาก น้ำหนักกาบกล้วยแห้ง ต้มเพื่อสลายลิกนินเป็นเวลา การเกิดโรคระบาดของเชื้อไวรัสโควิด-19 มีการใช้ชีวิต 90 นาที ที่อุณหภูมิ 100 องศาเซลเซียส ขึ้นรูปแผ่น แบบ New Normal จึงส่งผลให้เกิดการใช้กระดาษที่ใช้ กระดาษน้ำหนัก 80 กรัม/ตารางเมตร และเคลือบ ในการผลิตกล่องบรรจุภัณฑ์ที่มีจำนวนมากตามไปด้วย คาร์บอกซิเมทิลเซลลูโลสด้วยบาร์โค๊ดเตอร์ (Bar โดยผลิตภัณฑ์กระดาษ ไตรมาส 1 ปี 2564 มีมูลค่าการ coater) ความหนา 34 ไมครอน เปลี่ยนแปลงความ ส่งออก 538.71 ล้านเหรียญสหรัฐฯ เพิ่มขึ้นร้อยละ เข้มข้น 3 ระดับ คือ 1, 2 และ 3% (w/v) โดยทำการ 2.71 โดยประเทศที่เป็นคู่ค้าหลักได้แก่ประเทศจีน คิด เคลือบหนึ่งชั้นและสองชั้นหลังจากนั้นทิ้งไว้ที่อุณหภูมิ เป็นร้อยละกว่า 80 [1] และการรณรงค์ในเรื่องของ 25 องศาเซลเซียส ความชื้น 50% เป็นเวลา 24 ชั่วโมง สิ่งแวดล้อมรวมทั้งกระดาษที่ผ่านการใช้งานแล้ว ทดสอบสมบัติเชิงกลของกระดาษ การดูดซึมน้ำ และ สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ เพราะกระดาษเป็นวัสดุ สมบัติทางด้านการพิมพ์ ผลการวิจัยพบว่า กระดาษที่ บรรจุภัณฑ์ประเภทเดียว ที่สามารถสร้างขึ้นมาใหม่ได้ เคลือบคาร์บอกซิเมทิลเซลลูโลสมีสมบัติเชิงกลเรื่อง จากการปลูกป่าทดแทน สามารถพิมพต์ กแต่งได้งา่ ยและ ความหนาของกระดาษเพม่ิ ขน้ึ ส่งผลตอ่ สมบัตดิ า้ นความ สวยงาม ทั้งสามารถเคลือบหรือประกบติดกับวัสดุชนิด ต้านทานแรงดนั ทะลุ ความตา้ นทานแรงดงึ ความมันเงา อื่นได้ดี [2] อีกทั้งยังสามารถออกแบบหรือพิมพ์กราฟิก เพ่ิมขึน้ ตามไปดว้ ย อีกทง้ั ยงั ส่งผลตอ่ สมบัติทางด้านการ ใส่ลงไปได้ง่าย นอกจากนี้ยังสะดวกต่อการขนส่งจาก พิมพ์มีค่าความดำของงานพิมพ์บนกระดาษเพิ่มขึ้นและ ผู้ผลิตไปยังผู้ใช้เนือ่ งจากพับได้ ทำให้ประหยดั คา่ ใช้จ่าย สามารถเกบ็ รายละเอียดของเส้นและตวั อักษรที่มีขนาด ในการขนส่ง กระดาษจึงนับได้ว่ามีบทบาทสำคัญอย่าง เล็กได้ ในส่วนของการดูดซึมน้ำของกระดาษมีค่าลดลง มากต่อการพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมของประเทศ ซึ่งจากผลการวิจยั บ่งบอกถึงกระดาษที่เคลือบคาร์บอก- ซิเมทิลเซลลูโลสสามารถนำไปต่อยอดในการใช้เป็น การผลติ กระดาษเชิงหตั ถกรรมจากวัตถดุ บิ ใน บรรจุภัณฑ์ที่ใช้สำหรับหีบห่อ และเป็นข้อมูลพื้นฐานท่ี ทอ้ งถนิ่ กำลังไดร้ บั ความสนใจจากชุมชนตา่ ง ๆ เนอื่ งจาก จะใชใ้ นการพฒั นากระดาษใหก้ ับองคก์ ร เกษตรกร หรอื เป็นการนำวัตถุดิบที่หาง่ายในท้องถิ่นมาเพิ่มมูลค่าของ ชมุ ชนในลำดบั ถดั ไป ผลิตภัณฑ์ เช่น เปลือกปอสา ใบสับปะรด ชานอ้อย ผักตบชวา ฟางข้าว ต้นกล้วย เป็นต้น โดยใช้วิธีการที่มี ประสิทธิภาพ ไม่ซับซ้อน และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 13 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) เพื่อสร้างงานสร้างรายได้ให้กับคนในชุมชน สำหรับ เซลลูโลส เป็นสารเคลือบเพื่อใหก้ ระดาษมีคณุ สมบตั ทิ ่ดี ี กระดาษเชิงหัตถกรรมที่รู้จักกันดีและซื้อขายกันที่ ข้นึ และพฒั นาเป็นแนวทางในการผลติ กระดาษจากเย่ือ แพรห่ ลายอย่ใู นประเทศไทยก็คอื กระดาษสาที่ทำมาจาก กล้วยให้มีประสิทธิภาพ เพื่อใช้เป็นฐานข้อมูลในการ เปลือกปอสา ซึ่งเป็นภูมิปัญญาที่เกิดจากภาคเหนือ ใน ประยุกต์ใช้กระดาษดังกล่าวในการผลิตเป็นวัสดุตกแต่ง ยคุ สมัยก่อนนิยมนำกระดาษสามาใชท้ ำรม่ กระดาษ และ เป็นบรรจุภัณฑ์หรือผลิตภัณฑ์อื่น ๆ ที่ใช้กระดาษเป็น กระดาษว่าว ต่อมาเมื่อได้รับความนิยมจึงได้พัฒนา หลัก รวมทั้งยังสามารถเป็นอาชีพทางเลือกให้กับบคุ คล คุณภาพให้ดียิ่งขึ้น เพื่อผลิตเป็นงานกระดาษทำมือ ท่ีมีความสนใจ (Handmade) ซึ่งมีเสน่ห์และมีความเป็นเอกลักษณ์ใน ชิ้นงานจึงเป็นที่นิยมเป็นอย่างมากในปัจจุบัน ส่วนใน วธิ ดี ำเนินการวิจัย ภาคกลางของประเทศไทยมีการปลูกกล้วยอยู่เป็น จำนวนมากมีต้นกลว้ ยทเ่ี หลือทิง้ จากการเก็บผลผลิต 1. วัสดุการทำวจิ ัย การผลิตกระดาษจากต้นกล้วยมีกระบวนการ โซเดียมไฮดรอกไซด์ (Sodium hydroxide, ผลิตที่มีความเหมือนกับกระบวนการผลิตกระดาษเชิง NaOH) (Ajax Sigma – Aldrich, USA) ใช้เป็นสารต้ม หัตถกรรมโดยทั่ว ไปด้วยการใช้วิธีการต้มละลายลิกนิน เพื่อละลายลิกนินในเยื่อกระดาษ, โซเดียมซัลไฟต์ ด้วยโซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) และก็ยังมีวิธีการย่อย (Na2SO3) (Sigma – Aldrich, USA) ใช้เป็นสารต้มเพ่ือ สลายเย่ือด้วยวิธีทางชีวภาพ ซึ่งกระดาษจากต้นกล้วยที่ ละลายลิกนินในเยื่อกระดาษ กาบนอกกล้วยแห้งที่มี ได้จากการผลิตดังกล่าวยังไม่มีความหลากหลายและ ขนาด 4-5 เซนติเมตร คาร์บอกซิเมทิลเซลลูโลส (CMC) ป ร ะ ส ิ ท ธ ิ ภ า พ ม า ก พ อ จ ำ เ ป ็ น จ ะ ต ้ อ ง ม ี ก า ร เ พ่ิ ม (Carboxymethyl cellulose, Sigma – Aldrich, USA) ประสิทธิภาพด้วยการเติมสารเติมแต่งหรือปรับปรุง คุณภาพในด้านอื่น ๆ นักวิจัยได้พยายามใช้สารเติมแต่ง 2. การเตรียมเยื่อกล้วยและสารเคลอื บ ประเภทนาโนเซลลูโลส (Nanocellulose) ที่เป็นมิตร กับสิ่งแวดล้อมทดแทนการใช้สารเติมแต่งประเภท 2.1 การเตรยี มเย่อื กล้วย นำกาบนอกกล้วยน้ำว้า น้ำมันปิโตเลียม [3] หนึ่งในสารเคลือบที่นำมาใช้ในการ สดตัดให้มีขนาด 4-5 เซนติเมตร ปริมาณ 5 กิโลกรัม เคลือบผิวกระดาษได้แก่คาร์บอกซิเมทิลเซลลูโลส เป็น ตากให้แห้งด้วยแสงแดดกลางแจ้งหรืออบให้แห้งด้วย หน่งึ ในอนุพนั ธ์ของเซลลโู ลสทีม่ ีความสำคญั และใช้อย่าง เครื่องอบ จนเหลือความชื้น 15-20% และต้มเพื่อละลาย แพร่หลายในอุตสาหกรรมต่าง ๆ เช่น สิ่งทอ กระดาษ ลิกนินด้วยโซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) ความเข้มข้น อาหาร ยา เครื่องสำอาง และสารทำความสะอาด 12% (w/v) และโซเดียมซัลไฟต์ (Na2SO3) ความเข้มข้น เนื่องจากคาร์บอกซิเมทิลเซลลูโลสช่วยเพิ่มความหนืด 4% (w/v) เป็นเวลา 90 นาที จากนั้นล้างทำความสะอาด ไม่มีพิษ ไม่ก่อให้เกิดการแพ้ สามารถย่อยสลายตาม เยื่อและปั่นด้วยเครื่องปั่นแบบใบพัดสี่แฉก (4-bladed ธรรมชาติได้ง่าย และทางด้านอุตสาหกรรมกระดาษ stainless steel propeller homogenizer, Yellow line คาร์บอกซิเมทิลเซลลูโลสยังเป็นสารเติมแต่งที่มี OST 20 digital, Germany) ความเร็วรอบ 700 รอบ/ ประสทิ ธภิ าพสูง สามารถใช้สำหรับเคลอื บกระดาษ ชว่ ย นาที เป็นเวลา 2 นาที เพื่อตัดให้เยื่อมีขนาดที่สั้นลง และ เพม่ิ แรงยึดระหวา่ งเสน้ ใย ทำการตเี ยื่อด้วยเคร่ืองตเี ยื่อแบบปนั่ กระจายใช้อัตราส่วน ของเยอ่ื ต่อนำ้ คอื 1 ตอ่ 10 ส่วนเป็นเวลา 1 ช่วั โมง ไดเ้ ยื่อ ในการวิจัยจึงจะทำการพัฒนาปรับปรุงคณุ สมบตั ิ ปริมาณ 2 กิโลกรัม คำนวณร้อยละของความเข้มข้นเยื่อ กระดาษจากเยื่อกล้วย โดยการใช้คาร์บอกซิเมทิล (%Pulp Consistency) ซึ่งคำนวณได้จากสมการ ดังต่อไปนี้

14 Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) (1)Total cons. (%) = ( dry weight of sample ) × 100 เคลือบด้วยบาร์โค๊ดเตอร์ (Bar coater) เบอร์ 4 ความหนา total weight of sample 34 ไมครอน ปาดด้วยมือให้มีน้ำหนักการกดและความเรว็ คงที่ ในกระบวนการเคลือบจะเคลือบกระดาษแค่ด้าน โดยเยื่อกล้วยที่ได้มีความเข้มข้นเยื่อ (%Pulp เดียว โดยทำการเคลือบหนึ่งชั้นและสองชั้นทั้งความ Consistency) รอ้ ยละ 44.75 โดยน้ำหนัก เข้มข้น 3 ระดับ (1, 2 และ 3% w/v) ในการเคลือบชั้นท่ี สองจะเคลือบหลังจากท่ีสารเคลือบชั้นแรกแห้งแล้ว และ 2.2 การเตรียมสารเคลือบคาร์บอกซิเมทิล วางกระดาษตัวอย่างในห้องอุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส เซลลูโลส โดยผสมคาร์บอกซิเมทิลเซลลโู ลสความเขม้ ขน้ ความชืน้ 50% เปน็ เวลา 24 ชัว่ โมง และวางแผ่นเหล็กทับ 1, 2 และ 3% (w/v) [3] กับน้ำเปล่านำไปคนให้เข้ากัน แผ่นกระดาษเพื่อป้องกันไม่ให้กระดาษเกิดการโค้งงอเมื่อ ด้วยเครื่องกวนสารแบบแม่เหล็ก (Magnetic Stirrer IKA กระดาษแหง้ สนิท Yellow line MSH Basic, Germany) ความเร็วรอบ 400 รอบต่อนาที เป็นเวลา 5 นาที หลังจากนนั้ วางทิง้ ไว้ 5. การทดสอบสมบัติกระดาษ ในอุณหภูมิ 25 องศาเซลเซยี ส ความช้นื 50% เป็นเวลา 24 ชั่วโมง 5.1 น้ำหนักสารเคลือบบนแผ่นกระดาษ โดย การชั่งแผ่นกระดาษก่อนการเคลือบผิวและหลังการ 3. การข้นึ แผ่นกระดาษตัวอย่าง เคลือบผิวแล้วนำมาหาผลต่างของน้ำหนักได้จากสมการ ต่อไปนี้ ขึ้นแผ่นกระดาษตัวอย่างน้ำหนักมาตรฐาน 80 กรัมต่อตารางเมตร โดยนำเยื่อกล้วยปริมาณ (Weight before test – Weight after test) (2) 25 กรัมลงในบกี เกอรเ์ ตมิ นำ้ เปลา่ ปรมิ าณ 500 มลิ ลลิ ติ ร ปั่นด้วยเครื่องปั่นแบบใบพัดสี่แฉก (4-bladed stainless 5.2 ความหนาของแผ่นกระดาษ (มาตรฐาน steel propeller homogenizer, Yellow line OST 20 Din 863-1 (1999)) ตัดตัวอย่างกระดาษอย่างละ 5 ชิ้น digital, Germany) ความเร็วรอบ 300 รอบ/นาที เป็น วดั ความหนาของกระดาษแผ่นละ 5 ตำแหน่ง ด้วยเคร่ือง เวลา 15 นาที เทเย่อื ลงในเครอ่ื งข้นึ แผ่นกระดาษท่มี ีขนาด ไมโครมิเตอร์ (Digital Outside Micrometer, Insize, ตะแกรงกว้าง 200 มิลลิเมตร ยาว 200 มิลลิเมตร ขนาด Germany) หาค่าเฉลี่ยและสว่ นเบ่ียงเบนมาตรฐาน ของรูตะแกรง 80 mesh ขนาดลวดตะแกรงเบอร์ 40 เปิด ลมเป่าเพื่อไม่ให้เยื่อจับกลุ่มเป็นก้อนและกระจายได้ท่ัว 5.3 ความต้านทานแรงดันทะลุ (Bursting บริเวณ เป็นเวลา 5 นาที และทำการปล่อยน้ำออกจาก Strength) (มาตรฐาน ASTM D 774) เตรียมกระดาษ เครื่องทันที จากนั้นนำไปตากแดดกลางแจ้งโดยวาง ทดสอบโดยตัดให้มขี นาด 80 x 80 มิลลเิ มตร นำกระดาษ ตะแกรงทำมุม 15 องศา กับพื้นราบประมาณ 48 ชั่วโมง เข้าเครือ่ งทดสอบความตา้ นทานแรงดันทะลุ (PAP2056, หลังจากนั้นลอกแผ่นกระดาษออกจากตะแกรงโดยการ PAP, PAP-TECH Engineer & associates, India) ปรับ แกะบริเวณขอบกระดาษให้ครบทั้ง 4 ด้านและค่อย ๆ ดึง แรงดันบนชิ้นทดสอบที่ถูกยึดแน่นโดยใช้แรงยึดท่ี แผ่นกระดาษจากตะแกรงอย่างช้า ๆ นำแผ่นกระดาษท่ีได้ เหมาะสม เพิ่มแรงดันทีเ่ กิดจากระบบไฮดรอลิกผ่านแผน่ ทำการรีดด้วยความร้อนอุณหภูมิ 50 องศาเซลเซียส ยางลงบนช้นิ ทดสอบด้วยอัตราการเพ่มิ ขึน้ อย่างสมำ่ เสมอ ความเรว็ 10 เมตรต่อนาที จนกระทั่งชิ้นทดสอบขาด หาค่าเฉลี่ยและส่วนเบี่ยงเบน มาตรฐาน 4. การเคลอื บผิวแผน่ กระดาษตัวอย่าง 5.4 ความตา้ นทานแรงดึง (มาตรฐาน ASTM D นำแผ่นกระดาษตัวอย่างวางลงบนแท่นรองรับ 828) ตัดชิ้นทดสอบเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าขนาดกว้าง จากนั้นตักสารเคลือบวางลงบนแผ่นกระดาษและทำการ 25.5 มิลลิเมตร ยาว 254 มิลลิเมตร ยึดชิ้นทดสอบกับ

Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 15 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) เครือ่ งทดสอบ (Tensile Testing, 3343U2900, Instron, 5.7 ค่าความดำของงานพิมพ์บนกระดาษ USA) ด้วยปากจับทั้งสองด้าน โดยมีระยะห่างระหว่าง (มาตรฐาน ISO 12647-1) นำแผ่นกระดาษตัวอย่างท่ี ปากจับของ 180 มลิ ลเิ มตร ดงึ ด้วยอตั ราเรว็ การเคล่ือนที่ ผ่านการเคลือบผิวทั้งแบบชั้นเดียวและสองชั้นพิมพ์ ของปากจับคงที่ 25.4 มิลลิเมตรต่อนาที จนชิ้นทดสอบ แบบทดสอบงานพิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ระบบพ่นหมึก ขาด จำนวน 5 ซ้ำ หาค่าเฉลี่ยและส่วนเบี่ยงเบน ความละเอียด 1,200 dpi หัวพิมพ์ (Print head) มาตรฐาน จำนวน 4 หัว (CMYK) (Inkjet Printer, Deskjet ink Advance 220hc, HP, Germany) และวัดค่าความดำ 5.5 การดูดซึมน้ำ (Cobb Test) (มาตรฐาน ของงานพิมพ์บนกระดาษในแต่ละสี ๆ ละ 5 ซ้ำ นำมาหา Tappi T441) ตัดชิ้นทดสอบที่ไม่มีการพิมพ์ขนาด ค่าเฉลี่ย โดยกำหนดโหมดในการวัดตาม ISO5-4:2009(E) 140 x 140 มิลลิเมตร ชั่งน้ำหนักกระดาษก่อนทดสอบ (Gas filled tungsten (Illuminant A) และสภาวะการวัด แล้วนำไปประกอบกับ Cobb Sizing Tester (Gurley, ตาม ISO 13655:2009 (M0, Unpolarized, no fillter, 4180cn, USA) เทน้ำ 100 cm3 พร้อมจับเวลา 2 นาที UV include) และรองหลังด้วยกระดาษสีดำ (Black เมื่อเหลือเวลา 15 วินาที ก่อนครบกำหนดให้เทน้ำออก backing) (Spectrodensitometer, Exact Avance, พร้อมซับน้ำออกด้วยกระดาษซับ จำนวน 5 ซ้ำ และจึง Xrite, USA) ชั่งน้ำหนักหาค่าเฉลี่ยและส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน แล้ว หาผลต่างของนำ้ หนกั ได้จากสมการ ต่อไปนี้ 5.8 กา ร ทด ส อบ วั ดค ุ ณภา พงา นพิมพ์ ประกอบด้วยรายละเอียดขนาดของเส้น รายละเอียด (Weight before test – Weight after test) x 100 (3) ขนาดตัวอักษร โดยใช้ตาคนในการอ่าน โดยวางชิ้นงานใน ตู้เทียบสีงานพิมพ์ภายใต้แสงอัลตราไวโอเลต D65 5.6 ความมันเงา (Gloss) นำแผ่นกระดาษ (Pantone Color Viewing, Just-normlicht, Germany) ตวั อยา่ งที่ผา่ นการเคลอื บผวิ ทัง้ แบบช้ันเดียวและสองช้ัน กำหนดเพศชายจำนวน 5 คน และเพศหญิงจำนวน 5 คน วัดค่าความมันเงา (Gloss, Multi Gloss MG-268A อายุเฉลี่ย 22 ปีกำหนดระยะห่างในการอ่าน 300 Gloss Meter, Konika Minolta, Japan) กำหนดองศา มิลลิเมตร กำหนดเวลาในการดู 1 วินาที ประเมินโดยการ ในการวัดที่ 75 องศา (มาตรฐาน Tappi T480 om-15 อา่ นตวั หนังสอื จำนวน 5 ซำ้ หาคา่ เฉลีย่ และสว่ นเบ่ียงเบนมาตรฐาน รูปท่ี 1 แบบทดสอบงานพิมพ์ (Test form) ผลการศึกษาและอภิปรายผล 1. น้ำหนักสารเคลือบคาร์บอกซิเมทิลเซลลูโลสบน แผน่ กระดาษ ตารางที่ 1 แสดงน้ำหนักสารเคลอื บคาร์บอก- ซิเมทิลเซลลูโลสที่เคลือบลงบนกระดาษ แผ่นกระดาษ ตัวอย่างที่วัดได้หลังจากเคลือบด้วยคาร์บอกซิเมทิล เซลลูโลสหนึ่งชั้นและสองชั้นที่ความเข้มข้นแตกต่างกัน น้ำหนักสารเคลือบจะเพิ่มขึ้นเมื่อความเข้มข้นของ คาร์บอกซิเมทิลเซลลูโลสที่เพิ่มขึ้นทั้ง 3 ความเข้มข้น รวมทั้งเมื่อมีการเคลือบเป็นสองชั้นน้ำหนักของสาร

16 Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) เคลือบยงั เพิม่ ขน้ึ อกี ด้วย น้ำหนักสารเคลือบท่ีเพิ่มสูงขึ้น 3. ความตา้ นทานแรงดนั ทะลุ (Bursting Strength) เนื่องจากปริมาณวัสดุเคลือบที่เคลือบอยู่บนผิวของ รปู ท่ี 3 แสดงถึงกระดาษทีผ่ ่านการเคลอื บดว้ ย กระดาษอันเนื่องมาจากสารเคลือบชั้นแรกแทรกซึมเขา้ ไปในเนือ้ กระดาษและไปอุดช่องว่างระหวา่ งเส้นใยทำให้ คาร์บอกซิเมทิลเซลลูโลสมีความต้านทานแรงดันทะลุ สารเคลือบชั้นที่สองซึมลงไปในรูของกระดาษได้น้อยลง สูงขึน้ เมอื่ เปรยี บเทยี บกับกระดาษที่ไม่ผา่ นกระบวนการ ซึ่งมีความสอดคล้องกับงานวิจัยของ Elyas Afra และ เคลือบผิว คารบ์ อกซเิ มทิลเซลลูโลสเกดิ เป็นช้ันที่เคลือบ คณะที่ได้ทำการศึกษาการเคลือบนาโนเซลลูโลสลงบน อยู่บนพื้นผิวของกระดาษและอยู่ในระหว่างเส้นใยของ กระดาษ [5] กระดาษทำให้เกิดการยึดเหน่ียวกันได้ดียิ่งข้ึนส่งผลให้ ความต้านทานแรงดันทะลุสูงขึ้น จากผลการศึกษาการ 2. ความหนากระดาษ (Thickness) เพิ่มปริมาณน้ำหนักสารเคลือบที่เกิดจากการเพิ่มความ เข้มข้นของคาร์บอกซิเมทิลเซลลูโลสและจำนวนช้ัน ความหนาของกระดาษเพิ่มขึ้นหลังจากเคลือบ การเคลือบทำให้ความต้านทานแรงดันทะลุเพิ่มข้ึน ด้วยคาร์บอกซิเมทิลเซลลูโลสและมากขึ้นเมื่อใช้ความ 2 kg/cm2 ความต้านทานแรงดันทะลุของกระดาษที่ เข้มข้นของคาร์บอกซิเมทิลเซลลูโลสที่สูงขึ้นหรือจำนวน เคลือบด้วยคาร์บอกซิเมทิลเซลลูโลสสองชั้นที่ระดับ ชั้นเพิ่มขึ้น (รูปที่ 1) ตามผลของน้ำหนักสารเคลือบ ความเข้มข้นคาร์บอกซิเมทิลเซลลูโลส 1% (w/v) น้ัน กระดาษเคลือบสองชั้น 1% (w/v) จะหนากว่ากระดาษ มากกว่ากระดาษที่เคลือบคาร์บอกซิเมทิลเซลลูโลสชั้น เคลอื บด้วย 2% (w/v) และ 3% (w/v) หน่ึงชน้ั ดงั รูปท่ี 2 เดียวทีร่ ะดับความเขม้ ข้น 2% (w/v) และ 3% (w/v) ตารางที่ 1 น้ำหนกั สารเคลือบคาร์บอกซิเมทลิ เซลลโู ลส รูปที่ 3 ความต้านทานแรงดันทะลุของกระดาษที่ผ่าน การเคลือบด้วยคาร์บอกซิเมทลิ เซลลโู ลส Coat weight Number Coat concentration (g/m2) of layer (%) 4.2 1 1 5.4 2 1 4.8 1 2 5.5 2 2 5.1 1 3 5.8 2 3 4. การทดสอบสมบัติทางดา้ นความตา้ นแรงดงึ (Tensile Strength) รปู ที่ 2 ความหนาของกระดาษผ่านการเคลือบด้วย รูปที่ 4 แสดงให้เห็นว่ากระดาษเคลือบ คาร์บอกซิเมทลิ เซลลโู ลส คาร์บอกซิเมทิลเซลลูโลสมีความต้านทานแรงดึงสูงขึ้น เมื่อเปรียบเทียบกับกระดาษที่ไม่ได้รับการเคลือบ คาร์- บอกซิเมทิลเซลลูโลสสามารถสร้างชั้นที่แข็งแรงด้วย สัดส่วนการยึดเหนี่ยวสูงขึ้นซึ่งส่งผลให้ความต้านทาน แรงดึงของกระดาษเคลือบคาร์บอกซิเมทิลเซลลูโลส

Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 17 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) เพิ่มขึ้น ในผลการวิจัยการเพิ่มน้ำหนักสารเคลือบ ผลการวจิ ยั ดังกลา่ วสามารถนำกระดาษไปประยกุ ต์ใช้ใน คาร์บอกซิเมทิลเซลลูโลส อันเปน็ ผลมาจากการเพิม่ ความ การหีบห่อได้ เข้มข้นของคาร์บอกซิเมทิลเซลลูโลสและจำนวนชั้นทำให้ ความต้านทานแรงดึงของกระดาษเพิ่มขึ้นประมาณ 2 Mpa ความต้านทานแรงดึงของกระดาษที่เคลือบคาร์บอกซิ- เมทลิ เซลลูโลสสองช้ันทร่ี ะดับความเข้มข้น 1% (w/v) น้ัน มากกว่ากระดาษที่เคลือบคาร์บอกซิเมทิลเซลลูโลสช้ัน เดยี วท่ีระดบั ความเขม้ ขน้ 2% (w/v) และ 3% (w/v) รปู ท่ี 5 การดูดซึมน้ำของกระดาษทผี่ ่านการเคลอื บดว้ ย คารบ์ อกซเิ มทิลเซลลูโลส รูปที่ 4 ความต้านทานแรงดึงของกระดาษที่ผ่านการ เคลือบด้วยคาร์บอกซเิ มทิลเซลลูโลส 5. การดูดซมึ นำ้ ของกระดาษ รูปท่ี 6 ความมนั เงาของกระดาษที่ผ่านการเคลอื บด้วย คารบ์ อกซเิ มทลิ เซลลโู ลส จากผลการวิจัยการดูดซึมน้ำของกระดาษมีค่า ลดลงเป็นผลจากการเพิ่มขึ้นของคาร์บอกซิเมทิล 6. ความมนั เงา (Gloss) เซลลูโลสบนพื้นผิวของกระดาษ (รูปที่ 5) การลดลงนี้ เกิดขึ้นเนือ่ งจากการเคลือบคาร์บอกซิเมทิลเซลลูโลสเกิด ห น ึ ่ ง ใ น ค ุ ณ ส ม บ ั ต ิ ท ี ่ ส ำ ค ั ญ ข อ ง ก า ร พ ิ ม พ์ เป็นชั้นบาง ๆ บนผิวกระดาษทำให้รูบนผิวของกระดาษ กระดาษก็คือความเรยี บและความมันเงาของกระดาษจะ น้อยลงเมื่อเทียบกับกระดาษที่ไม่ผ่านการเคลือบ ดังน้ัน ส่งผลต่อคุณภาพงานพิมพ์ จากผลการวิจัยค่าความมัน น้ำจึงสามารถซึมผ่านพื้นผิวได้น้อยลงอีกทั้งเมื่อมีการ เงาของกระดาษมีค่าเพิ่มขึ้นหลังจากการเคลือบด้วย เคลือบเป็นสองช้ันกระดาษมีประสิทธภิ าพการดูดซมึ นำ้ ท่ี คาร์บอกซิเมทิลเซลลูโลส (รูปที่ 6) เกิดจากรูบนผิว ลดลงไปและเมอื่ ทำการเปรยี บเทยี บในแตล่ ะความเข้มข้น กระดาษที่เต็มไปด้วยอนุภาคของคาร์บอกซิเมทิล อัตราการดูดซึมน้ำในกระดาษเคลือบด้วยคาร์บอกซิเมทิล เซลลโู ลสทีห่ นาแน่นบนผวิ ของกระดาษ เซลลูโลสสองชั้นระดับความเข้มข้น 3% (w/v) มีอัตรา การดูดซึมท่ีน้อยกว่ากระดาษที่เคลือบคาร์บอกซิเมทิล 7. ค่าความดำของงานพิมพ์ (Density) เซลลูโลสสองชั้นที่ระดับความเข้มข้น 1% (w/v) และ 2% (w/v) จากผลการทดลองทีไ่ ด้มแี นวโน้มไปในทิศทาง ค่าความดำ (Density) ของงานพิมพ์บน เดยี วกันกับงานวิจัยของ Elyas Afra และคณะ [5] ซึ่งจาก กระดาษเป็นคุณสมบัติอย่างหนึ่งในการควบคุมคุณภาพ งานพิมพ์ซึ่งแสดงถึงปริมาณหมึกพิมพ์ที่อยู่บนกระดาษ โดยวัดค่าความดำจากแถบพื้นตายของหมึกพิมพ์แต่ละสี

18 Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) ผลการวิจัย ค่าความดำของหมึกพิมพ์ทุกสีประกอบด้วย ลงไปในกระดาษได้ลดลงเมื่อเปรียบเทียบกับกระดาษท่ี สีน้ำเงินเขียว (Cyan) สีม่วงแดง (Magenta) สีเหลือง ไม่ผ่านการเคลือบผิว (รูปที่ 7) กระดาษเคลือบด้วย (Yellow) และสีดำ (Black) มีค่าความดำเพิ่มขึ้น การ คาร์บอกซิเมทิลเซลลูโลสสองชั้นระดับความเข้มข้น 1% เพิ่มขึ้นนี้เนื่องจากการเคลือบคาร์บอกซิเมทิลเซลลูโลส (w/v) ค่าความดำมากกว่ากระดาษที่เคลือบคาร์บอกซิ- บนผิวกระดาษทำให้รูบนผิวของกระดาษน้อยลงหมึก เมทิลเซลลูโลสชั้นเดียวที่ระดับความเข้มข้น 2% (w/v) พิมพ์เป็นหมึกพิมพ์ฐานน้ำ (Water Base Ink) แทรกซึม และ 3% (w/v) (ก) (ข) (ค) (ง) รปู ที่ 7 คา่ ความดำของงานพมิ พ์บนกระดาษที่ผา่ นการเคลอื บดว้ ยคารบ์ อกซิเมทลิ เซลลโู ลส (ก) สนี ้ำเงนิ เขียว (ข) สี มว่ งแดง (ค) สเี หลือง (ง) สดี ำ (ก) (ข) รูปท่ี 8 การเก็บรายละเอียดงานพิมพ์ของกระดาษ (ก) กระดาษที่ไม่ผ่านการเคลือบด้วยคาร์บอกซิเมทิลเซลลูโลส (ข) กระดาษท่ีผ่านการเคลอื บดว้ ยคาร์บอกซเิ มทิลเซลลโู ลส

Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 19 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) 8. การทดสอบวัดคุณภาพงานพิมพ์ ตารางที่ 2 และ 3 พบว่ากระดาษที่ไม่ได้ผ่าน การเคลือบด้วยคาร์บอกซิเมทิลเซลลูโลสสามารถเก็บ กระดาษที่ไม่ผ่านการเคลือบด้วยคาร์บอกซิ- รายละเอียดขนาดของเส้นได้ตั้งแต่ 0.014 มิลลิเมตร เมทิลเซลลโู ลส จะมีสเี หลืองอมน้ำตาลมีผวิ ทม่ี รี พู รุนเมื่อ และกระดาษที่เคลือบด้วยคาร์บอกซิเมทิลเซลลูโลสใน สังเกตุดว้ ยตาเปลา่ จะเห็นได้วา่ ภาพพมิ พ์บริเวณพ้ืนตาย ทุกความเข้มข้นสามารถเก็บรายละเอียดขนาดของเส้น (Solid) หมึกพิมพ์มีลักษณะที่ไม่เรียบสม่ำเสมอ เมื่อ ได้ตั้งแต่ 0.007 มิลลิเมตร แสดงให้เห็นว่าการเคลือบ เปรียบกับกระดาษท่ีผา่ นการเคลือบด้วยคารบ์ อกซิเมทลิ กระดาษเยือ่ กล้วยดว้ ยคาร์บอกซิเมทิลเซลลูโลสมีผลทำ เซลลูโลสจะมีสีนำ้ ตาลมีผวิ ที่เรียบกว่าเมื่อสังเกตด้วยตา ให้กระดาษเรียบรองรบั หมึกพิมพไ์ ด้ดีขึ้นจึงสามารถเกบ็ เปล่าบริเวณภาพพื้นตาย (Solid) หมึกพิมพ์มีลักษณะท่ี รายละเอยี ดเส้นทมี่ ีขนาดเล็กได้ เรียบสมำ่ เสมอ (รูปท่ี 8) ตารางที่ 2 การเก็บรายละเอียดขนาดเส้นดำพื้นขาว ตารางที่ 4 การเก็บรายละเอียดขนาดตัวอักษรดำพื้น (Positive) ของกระดาษที่ผ่านการเคลือบด้วยคาร์บอก- ขาว (Positive) ของกระดาษที่ผ่านการเคลือบด้วย ซิเมทิลเซลลโู ลส คารบ์ อกซเิ มทิลเซลลูโลส Number Coat Dot size (mm) Number Coat Text size (mm) of layer concentration of layer concentration (%) (%) 0.14 0.21 0.28 0.35 0.004 0.007 0.014 0.21 0 0 x x/ / 0 0 x x x/ 1 1 x // / 1 1 x x // 2 1 x // / 2 1 x x // 1 2 x // / 1 2 x x // 2 2 x // / 2 2 x x // 1 3 x // / 1 3 x x // 2 3 x x // 2 3 x // / ตารางที่ 5 การเก็บรายละเอียดขนาดตัวอักษรขาวพื้น ตารางท่ี 3 การเก็บรายละเอียดขนาดเส้นขาวพื้นดำ ดำ (Negative) ของกระดาษที่ผ่านการเคลือบด้วย (Negative) ของกระดาษที่ผ่านการเคลือบด้วยคารบ์ อก- คาร์บอกซเิ มทลิ เซลลูโลส ซเิ มทิลเซลลูโลส Number Coat Text size (mm) Number Coat Dot size (mm) of layer concentration (%) 0.14 0.21 0.28 0.35 of layer concentration (%) 0.004 0.007 0.014 0.21 0 0 x xx / 0 0 x x/ / 1 1 x x/ / 2 1 x x/ / 1 1 x/// 1 2 x x/ / 2 2 x x/ / 2 1 x/// 1 3 x x/ / 1 2 x/// 2 3 x x/ / 2 2 x/// 1 3 x/// 2 3 x///

20 Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) ตารางที่ 4 และ 5 พบว่ากระดาษที่ไม่ได้ผ่าน พันธะระหว่างเส้นใย ลักษณะการเรียงซ้อนของเส้นใย การเคลือบด้วยคาร์บอกซิเมทิลเซลลูโลสสามารถเก็บ การเพิ่มความแข็งแรงของกระดาษที่เกิดจากการเติม รายละเอียดขนาดของตวั อักษรไดต้ ้ังแต่ 0.35 มลิ ลเิ มตร สารเติมแต่งสะท้อนให้เห็นในการเพิ่มความแข็งแรงใน และกระดาษที่เคลือบด้วยคาร์บอกซิเมทิลเซลลูโลสใน การยึดติดของเส้นใย และการก่อตัวของพันธะไฮโดรเจน ทุกความเข้มข้นสามารถเก็บรายละเอียดขนาดของ ด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางของ CMC นั้นบางมาก และ ตัวอักษรได้ตั้งแต่ 0.28 มิลลิเมตร แสดงให้เห็นว่าการ อตั ราส่วนของความยาวต่อเสน้ ผา่ นศูนย์กลางมีขนาดใหญ่ เคลือบกระดาษเยื่อกล้วยด้วยคาร์บอกซิเมทิลเซลลูโลส ดังนั้น พื้นที่ผิวจำเพาะจึงมีขนาดมากขึ้นมพี ืน้ ทีผ่ ิวสัมผัส มีผลทำให้กระดาษเรียบรองรับหมึกพิมพ์ได้ดีขึ้นจึง มากขึ้นทำให้เกิดพันธะไฮโดรเจนสูง หมู่ไฮดรอกซิล สามารถเก็บรายละเอยี ดตัวอกั ษรที่มขี นาดเล็กได้ สามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนท่ีแข็งแรงขึ้นกับกลุ่ม ไฮดรอกซิลบนเส้นใย ดังนั้น CMC จึงถือเป็นสารเพิ่ม 9. ผลการประเมนิ ตน้ ทนุ ในการผลิตและพฒั นากระดาษ ประสิทธิภาพกระดาษที่ดีเยี่ยมในการปรับปรุงความ แข็งแรงเชิงกลของกระดาษ [4] จากสรุปผลงานวิจัย เยื่อกล้วยปริมาณ 2 กิโลกรัม ราคา 350 บาท ดังกล่าวกระดาษที่ได้สามารถนำไปประยุกต์ใช้กับบรรจุ ใช้ผลิตเปน็ แผ่นกระดาษขนาดกว้าง 200 มิลลิเมตร ยาว ภัณฑ์ประเภทหีบห่อได้หรือสามารถนำไปใช้กบั การพิมพ์ 200 มิลลิเมตร ปริมาณ 25 กรัม/แผ่น ดังนั้นเยื่อกล้วย งานต่าง ๆ ได้เชน่ กนั 2 กิโลกรัม จะสามารถผลิตกระดาษได้จำนวน 80 แผ่น เฉลี่ยราคาแผน่ ละ 4.38 บาท สารเคลอื บคารบ์ อกซิเมทิล กิตติกรรมประกาศ เซลลโู ลส 1 กิโลกรมั ราคา 296 บาท การเคลอื บกระดาษ ชั้นเดียว ใช้สารเคลือบปริมาณ 4.7 กรัมต่อตารางเมตร คณะผวู้ จิ ัย ขอขอบคณุ สาขาวิชาเทคโนโลยีการ ดังนั้นกระดาษขนาดกว้าง 200 มิลลิเมตร ยาว 200 พิมพ์ดิจิทัลและบรรจุภัณฑ์ และคณะเทคโนโลยี มิลลิเมตร ใช้สารเคลือบปริมาณ 0.19 กรัม/แผ่น เป็น สื่อสารมวลชน มทร.ธัญบุรี ศูนย์นวัตกรรมออกแบบ ราคา 0.64 บาท การเคลอื บกระดาษ 2 ชน้ั ใช้สารเคลือบ และสื่อคอนเวอร์เจนท์ ทุนสนับสนุนโครงการวิจัย ปริมาณ 5.57 กรัมต่อตารางเมตร ดังนั้นกระดาษขนาด ปงี บประมาณ 62-64 ท่ีใหก้ ารสนบั สนุนการวจิ ยั ในครัง้ น้ี กว้าง 200 มิลลิเมตร ยาว 200 มิลลิเมตร ใช้สารเคลือบ ปริมาณ 0.22 กรัม/แผ่น เป็นราคา 0.74 บาท เมื่อรวม เอกสารอ้างอิง ราคากระดาษกับการเคลือบชั้นเดียวกระดาษจะมีราคา อยู่ที่ 5.02 บาท และกระดาษที่มีการเคลือบสองชั้นจะมี 1. Office of Industrial Economics. Economic ราคาอยทู่ ี่ 5.12 บาท news [Internet]. [cited 2021 Nov 10]. Availability from: https://www.oie.go.th/assets/ สรุปผล portals/1/fileups/2/files/Industry%20conditio ns/Q1-2564.pdf. Thai. กระดาษทีเ่ คลอื บดว้ ยคารบ์ อกซเิ มทลิ เซลลูโลส ที่ระดับความเข้มข้นที่แตกต่างกันทั้งการเคลือบหนึ่งช้ัน 2. Lichanporn I, Akkarakultron P. [Effect of และสองชั้นส่งผลต่อสมบัติด้านความต้านทานแรงดัน packaging types on quality of dried lotus ทะลุ ความต้านทานแรงดึงที่เพิ่มขึ้น ซึ่งบ่งบอกถึงความ stamens]. JARST. 2021;20(1):91-102. Thai. แข็งแรงของกระดาษโดยความแข็งแรงของกระดาษจะ ขึ้นอยู่กับความแข็งแรงของเส้นใย ความแข็งแรงของ 3. Jinaohan N, Sangsuwan J, Suttasupa S, Khamthai S. [Properties of carboxymethyl

Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 21 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) cellulose (CMC) film from rice straw pulp]. 5. Afra E, Mohammadnejad S, Saraeyan A. Agricultural Sci J. 2012;43(3):616-20. Thai. Cellulose nanofibils as coating material and its effects on paper properties. Pro Org. 4. Li A, Xu D, Luo L, Zhou Y, Yan W, Leng X, et al. 2016;101:445-60. Overview of nanocellulose as additives in paper processing and paper products. Nanotechnol Rev. 2021;10(1):264–81.

22 Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) Low Density Polyethylene/Organoclay Nanocomposites Manufactured Using Oxidized Polyethylene as a Coupling Agent and the Flame Retardant Additive Haydar U. Zaman* and Ruhul A. Khan Institute of Radiation and Polymer Technology, Bangladesh Atomic Energy Commission, P.O. Box 3787, Savar, Dhaka, BANGLADESH *Corresponding author e-mail: [email protected] ARTICLE INFO ABSTRACT Article history: Low-density polyethylene (LDPE)/organoclay (cloisite 20A, Received: August 23, 2021 abbreviation: C20A) nanocomposites were melted in this exploration by Revised: February 25, 2021 intercalation technique with low molecular weight oxidized polyethylene Accepted: March 9, 2022 (OxPE) as a coupling agent. The effects of OxPE on morphology, Available online: May 10, 2022 mechanical, thermal, flame retardant properties were identified by DOI: 10.14456/jarst.2022.3 transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD), tensile Keywords: low density test, differential scanning calorimetry (DSC), and flammable tests, polyethylene, oxidized respectively. XRD and TEM results exhibited that the interlayer distance of polyethylene, organoclay, the nanoparticle layers were increased and a partial intercalated structure mechanical properties, flame was prepared with an intercalated technique. Mechanical experiments retardant properties exhibited that the inclusion of 5 wt% C20A in LDPE was significantly improved the tensile strength and tensile modulus with reduced elongation at break compared to base polymer LDPE. The inclusion of OxPE in LDPE/C20A further enhances the tensile properties of nanocomposites. In the case of virgin LDPE, there was an increase of 53% for tensile strength and 66% for tensile modulus. Nevertheless, the crystallization temperature of the specimens increased significantly and the degree of crystallization in the nanocomposite increased with increasing coupling concentration. Substantial enrichment of flame retardant properties has been observed for ternary nanocomposites.

Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 23 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) INTRODUCTION their hydrophilicity and poor interaction with the polar aluminosilicate surface of the clay [9]. Over the last few decades, the use of layered silicate nanoparticles, such as polymer- Nanocomposite materials have gained reinforced clay, has charmed much academic important industrial interest and research and industrial interest due to the expected endeavors to inspire the improvement of improvement in properties. In nanotechnology, nanocomposite as well as other polymers. There polymer nanocomposites consist of a polymer are three ways to synthesize polyolefin/clay matrix filled with a layered silicate that nanocomposites, namely situ polymerization, dispersed at a nanoscale phase. When the solution method and melt compounding method. elements are well-defined by their size, at least From all of these, the melt compounding method one of the three external dimensions is about is the simplest and most cost-effective way to 1 nm to 100 nm [1]. Hybrid ingredients are manufacture nanocomposites. Polyethylene/ formed by adding inorganic nanoparticles to the organoclay nanocomposites are interested in organic polymer matrix to form a class of the melt compounding process [10-11]. Zhang polymer/clay nanocomposites. Generally, et al. [12] reported that the flammability properties natural clay polymers are used as cheap raw of polyethylene–clay nanocomposites have components to manufacture nanocomposites a significant reduction in peak release rate due to their structural and availability. and also observed that polyethylene-clay Inorganic nanoclay, which is commonly used, nanocomposites have a mixed immiscible- is montmorillonite, which has an alumino- intercalated structure. Natural montmorillonite, silicate structure, with two tetrahedral silica however, is hydrophilic so it is not compatible sheets containing an octahedral alumina sheet. with many hydrophobic engineering polymers, Polymer/clay nanocomposites exhibit higher as most polymer-layered silicates do not dispersed mechanical properties [2-3], compressive gas easily. To get over this problem, a simple cation permeability, increased solvent resistance, high exchange procedure is used to produce thermal distortion temperature (HDT), and montmorillonite clay organophilic. Thus, interfacial increased flame retardant properties [4-7] than interactions between the clay layer and the virgin polymer. Improved properties, including polyolefin matrix should be introduced to many exfoliated clay dispersing polar groups, develop polymer nanocomposite with modified are achieved by allowing the clay to easily polar group called coupling agents or interfacial disperse into such polymer matrix [8], while agents in nanocomposite structures [13]. Maleic some studies of nonpolar polymers, such as anhydride grafted polyolefin is commonly used polyolefin (PP or PE) have found a lower degree as a compatibilizer. Many experimental results of clay exfoliation in the polymer matrix due to have shown the preparation and physical properties of manufactured polypropylene

24 Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) nanocomposites of maleic anhydride grafted EXPERIMENTAL polypropylene [14-15]. Polyethylene/organo- clays, on the other hand, are less exposed to Materials and nanocomposite preparations nanocomposites due to their non-polar chain structure and lack of thermodynamic forces, Granules of low-density polyethylene which is a great challenge to achieve structure (LDPE) (density = 0.918 g/cm3, MI = 3 g/10 min) [16]. In less research, some authors have (trade name: Cosmoplene) were supplied by suggested that low molecular weight (LMW) the Polyolefin Company, Private Ltd., Singapore. reactive compounds can be successfully used as a Low molecular weight oxidized polyethylene coupling agent for polyethylene nanocomposites (molecular weight, Mn: 2950; acid number: 30) [17-18]. They suggested that these functional provided by Honeywell (AC® 330) was used as oligomeric compounds could easily disperse a coupling agent. Commercial organoclay Cloisite into clay galleries and cause an additional 20A (C20A) supplied Southern Clay Products. delamination because they have much greater C20A was produced by cation exchange with mobility during nanocomposite processing than 0.95 meg/g of dimethyl-dehydrogenated tallow their high molecular weight. Literary data on the ammonium chloride in sodium montmorillonite use of low molecular weight oxidized polythene (Cloisite Na+, with a CEC of 0.926 meq/g). Tallow (OxPE) as a coupling agent for polymer/clay proportional (50%) may be a composition of nanocomposites are relatively rare. In this unsaturated n-alkyl groups with approximate research, we used low molecular weight (LMW) compositions: 65% C18, 30% C16, and 5% C14; OxPE as a coupling agent to manufacture LDPE/ hydrogenated tallow has only 3% unsaturation. organoclay nanocomposite. OxPE is a modified, The polymer and organoclay were dried in an LMW polyethylene that has several functions, for example, mainly carboxylic acids, esters and air-circulating oven at a constant weight of 80C. ketones. It was used as a processing aid in some Compositions of LDPE/organoclay nanocomposite polymer blends as a coupling agent and coating are listed in Table 1. formula. OxPEs have also been used in polymer blends as coupling agent. In the present study, Table 1 Sample compositions. the effects of coupling agent content and the clay dispersion on the morphological, Sample LDPE OxPE Cloisite-20A mechanical, thermal and flame retardant properties of LDPE/organoclay nanocomposite Code (wt%) (wt%) (wt%) were investigated. LDPE 100 - - LC5 95 - 5 LC5O10 85 10 5 LC5O15 80 15 5 LC5O20 75 20 5 LDPE: Low-density polyethylene; OxPE: Low molecular weight oxidized polyethylene

Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 25 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) The nanocomposites were made by the range of 2 = 1-10° with a scan speed of mixing LDPE/5 wt% organoclay (LC5) and 0.02°/s. Interlayer spacing of the silicate layers LC5/OxPE with 10, 15, and 20 wt% of OxPE using was determined using the peak positions melt compounding in a co-rotating twin-screw extruder (Brabender Plasticorder, model: PLE- according to Bragg’s law: d = /(2sin), where 331). During polymer and organoclay loading, the rotor speed and temperature were maintained  is the wave length, 0.154 nm,  is the diffraction at 30 rpm and 180 ºC, for 3 min, respectively, angle and d is the basal space between clay then gradually increased to 60 rpm. The general layers. blending time was 10 min. After blending, the mixture was poured into a mold and therefore The tensile properties of virgin LDPE and the molten nanocomposites were obtained by a LDPE/C20A nanocomposites were examined by hot compression-molding machine. The mixture tensile strength, tensile modulus, and elongation was pressed at 10 MPa during a hydraulic press at break. Standard specimens were sampled (Carver Laboratory Press, USA, Model 3856) at from compression molded sheets and then 190 ºC for 10 min. After that, the nanocomposite conditioned at temperature of (25 ± 2) ºC sample containing steel plates was cooled to and relative humidity of 50 ± 5% for 24 h. To another press (Carver Laboratory Press, USA, analyze the tensile properties of LDPE/C20A Model 2518) operated at cooling condition. Films nanocomposites, the test was performed on a of 2 mm thickness were made and cut to screw-driven universal testing machine (Instron- standard sizes and shapes to test the mechanical 4466) equipped with 10 kN electronic load cells properties. and mechanical grips at a crosshead speed of 30 mm/min according to ASTM standards. All Nanocomposite test values were measured 5 times to take the average value. The morphology of nanocomposites in LDPE/C20A has been observed using transmission The thermal behavior of the specimens electron microscopy (TEM: JEM 2010 F) with an was analyzed by differential scanning calorimetry acceleration voltage of 200 kV. A Sorvall MT6000 (DSC). Crystallization behavior of the specimens microtome was accustomed to cut the skinny was performed on DSC-Mettler. In an aluminum part (70 nm) of the specimen at room temperature. crucible, a sample weighing about 5–8 mg was heated to 180 ºC from room temperature with The degree of intercalation or exfoliation a heating rate of 10 ºC/min and kept at this was assessed with XRD. The XRD patterns were temperature for 5 min to remove the thermal recorded employing a Philips X’pert MPD history. It was then cooled to room temperature with a cooling rate of 10 ºC/min and reheated (40 kW, 30 mA) operating with Cu-K radiation to 180 ºC with a heating rate of 5 ºC/min. All heating and cooling runs were conducted under ( = 0.15406 nm) at 40 kV and 30 mA within

26 Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) a helium atmosphere at a flow rate of 25 ml/min. LDPE nanocomposite was also confirmed by TEM Melting peak temperature (Tm) and melting monitoring. Figure 1(a-d) displays TEM micrographs enthalpy (Hm in J/g) were obtained from the of LDPE/C20A nanocomposites consisting of second heat run. The degree of crystallinity 5 wt% C20A (designated as LC5), LDPE/5 wt% (Xc%) was calculated using the melting enthalpy C20A/10 wt% OxPE (denoted as LC5O10), of the specimens in step with the subsequent LDPE/5 wt% C20A/15 wt% OxPE (marked as equation: LC5O15), and LDPE/5 wt% C20A/20 wt% OxPE (abbreviated as LC5O20). Figure 1 (a) shows the where is the melting enthalpy of the dispersion of C20A particles in LDPE matrix. It 100% crystalline form of PE (279 J/g) (19) can be seen that most C20A particles form agglomerates in LDPE matrix due to the The flammability of virgin LDPE and incompatibility between nanoparticles and nanocomposites was assessed by ascertaining LDPE matrix. The black shape represents the their limiting oxygen index (LOI). Measurements tactoids in C20A and the rest of the region were performed using FTA flammability represents an uninterrupted LDPE. Nevertheless, equipment, supplied by Stanton Redcroft, by some black shapes may indicate some poorly ASTM D-2863. The burn rate was set to LOI = 21.8 dispersed C20A agglomerates. Figure 1 (b) on the as the length of the plate which burns for one other hand shows relatively fewer particles in second. C20A than in Figure 1 (a) and the C20A particles were separated into lighter parts by the method RESULTS AND DISCUSSION of mixing. Anyway, image exfoliated structures (white arrows) for LC5O15 (Figure 1 c) showed Organoclay dispersion analysis well-dispersed structures although several clay agglomerates and intercalated structures appeared It is well known that the dispersion of simultaneously. Most C20A aggregates are broken fillers in the polymer matrix can have a significant down to primary particles. This should maximize influence on the mechanical properties of the the interfacial interaction between the C20A nanocomposite. Dispersion filler in thermoplastics particles and the LDPE. This morphological isn't an easy process. The problem is even more monitoring by TEM was very consistent with severe, when using nanoparticles as filler, because other researchers [20]. However, both unexfoliated the nanoparticles have a strong tendency to clay tactoid and exfoliated platelets are present agglomerate. Consequently, homogeneous in Figure 1 (d). The LC5O20 sample has a large dispersion of the nanoparticles in the thermoplastic clay tactoid that correspond to intercalated matrix is a difficult process. A good dispersion structure. It can be clearly seen that the aspect can be achieved by adding a coupling agent ratio of clay layers in LC5O20 is higher than the such as OxPE. The dispersion of organoclay in

Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 27 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) aspect ratio of LC5O15. The stiffness of these Dispersibility of clay layers in LDPE matrix probes can be attributed to the dispersion of silicate layers, which can determine the polymer The structure of polymer/clay nano- phases which increase the stiffness which increase composites is conventionally described using the stiffness [21]. These observations are supported X-ray diffraction (XRD). Due to the periodic by the results of the XRD analysis. arrangement of silicate layers, XRD is the most widely used technique for identifying clay- Figure 1 TEM images of nanocomposite samples: intercalated structures. The XRD patterns of (a) LC5, (b) LC5O10, (c) LC5O15, and cloisite 20A (C20A), LDPE/5 wt%C20A (LC5) and (d) LC5O20 LDPE/5 wt% C20A/15 wt% OxPE (LC5O15) nanocomposites are shown in Figure 2. Two Figure 2 XRD patterns of 5 wt% C20A (C5), diffraction peaks are observed for the 5 wt% LDPE/5 wt%C20A (LC5) and LDPE/5 C20A (C5) corresponding to basal spacing of wt% C20A/15 wt% OxPE (LC5O15) d001 = 3.09 nm (2 = 2.86º) and d002 = 1.31 nm nanocomposites (2 = 6.74º) by using the Bragg equation. The d001 plane reflection of LC5 without coupling agent is observed at 2 = 2.71º corresponds to 32.6Å interlayer spacing. However, with adding OxPE, the peaks are shifted to lower angles in the nanocomposites. The d001 plane reflection of LC5O15 is observed at 2 value of 2.29º, corresponding to 38.4Å [22]. The peak height of the ternary nanocomposites (LC5O15) was very small, indicating an intercalated/exfoliated structure. This clearly indicates the strong intercalation/exfoliation capacity of OxPE in the silicate layers. The driving force of the intercalation arises from the hydrogen bonding between the acidic carboxyl group of OxPE and the oxygen groups of silicates. Tensile properties of LDPE/organoclay nanocomposites The mechanical properties of nano- composites are directly related to the homogeneous clay dispersion and exfoliation or intercalation

28 Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) of the polymer matrix. Interaction between interesting to determine how the OxPE was exfoliated or intercalated nanoparticles and served in terms of the mechanical properties. polymer matrix and large interfacial regions The effect of OxPE load on the tensile properties leading to high tensile strength, modulus and of nanocomposites is shown in Figure 3. As can thermal stability. More uniform clay dispersion be seen in Figure 3, both TS and TM increased may result in higher strength and modulus but at when adding OxPE with different content. OxPE the expense of distortion and toughness such as nanocomposites exhibited a significant increase elongation at break and impact resistance. The in TS compared to LC5 nanocomposites up to tensile properties of LDPE, LDPE/5 wt%C20A 15 wt% of OxPE loading and then decreased (LC5), and LC5 nanocomposites with different with increasing OxPE loading, while the TM of coupling contents are illustrated in Figure 3. It OxPE nanocomposites continuously increased was observed that when 5 wt % C20A (C5) was up to 20 wt% of OxPE loading. The highest added to virgin LDPE, the tensile strength (TS) values obtained were 21.9 and 301 MPa, and tensile modulus (TM) of virgin LDPE increased respectively, an increase of about 53% and 66% with reduced elongation at break (Eb) and their over virgin LDPE. Enhancement is achieved value increased significantly as the OxPE content through strong hydrogen bonding between the increased, but the Eb continuous declined. With -OH group of OxPE and the oxygen of silicate C5 loading, the TS increased by about 22%, the to the reinforcement of intercalated nanolayers, TM enhanced by about 17% and the Eb reduced thereby increasing the inter-gallery space of the by about 30% compared to virgin LDPE. The nanoclay [24]. At higher OxPE loads, the tensile increased tensile properties can also lead to a test showed a decrease in nanocomposites rich interfacial bond between the matrix and due to lower exfoliation and dispersion of C5 due to the C5 long aliphatic chain leading nanocomposites. The increased tensile performance to a rich interfacial bond between the matrix of the OxPE mixture (when compared to the and C5. In general, the inclusion of organoclay unmodified system) is sometimes explained by in polymeric substances tends to reduce Eb. the fine dispersion generated by the OxPE and The results of Eb are illustrated in Figure 4. As by an improved solid-state adherence, which seen in Figure 4, Eb of nanocomposites of the ends up in stress transfer at the dispersion same C5 content followed this trend. Eb for phase from the matrix. Considering the tensile nanocomposite samples decreased compared test results of the samples, we have concluded to LDPE. Typically, the filler causes a reduction that enhancement in mechanical properties in matrix deformation due to a role of mechanical not only originated from the state of organoclay barrier [23]. dispersion, but was also affected by the crystalline nature of the OxPE employed. The OxPE load reinforcing facility has been well observed in this investigation. It's

Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 29 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) The TM of LDPE/5 wt% C20A/OxPE Figure 4 Elongation at break of virgin LDPE and nanocomposites has improved dramatically its nanocomposites with OxPE content. The increase in stiffness can be attributed to the dispersion of silicate layers, Thermal properties of nanocomposites which can immobilize the polymer phases that stiffness the growth [21]. In contrast, the tensile Figure 5 (A) displays the crystallization elongation at break of the LDPE/5 wt% exotherms of virgin LDPE, LC5, LC5O10, and C20A/OxPE nanocomposites is reduced with LC5O15 nanocomposites recorded at a cooling OxPE content. This reduction in Eb of the rate of 10º/min during the cooling cycle. The nanocomposites as compared with the unfilled crystallization, melting peak temperatures and polymer is attributed to the fact that fillers degree of crystallinity are tabulated in Table 2. generally decreases the ductility of polymers and This shows that the inclusion of organoclay similar trends are also seen for nanocomposites and OxPE considerably changes the crystallization [25]. This suggests that the OxPE is effective in behavior of LDPE. As shown in Figure 5 (A), the increasing adherence between C5 and LDPE crystallization peak temperature (Tc) of the molecular chains. A reduced Eb often means a samples shifted to a higher temperature than reduced energy to break. In short, better tensile the virgin LDPE, with increasing the content of properties were obtained due to better exfoliation the OxPE. The Tc increased from 95.7 °C of LDPE and good dispersion of C5 in the LDPE matrix. to 99.8 °C of C5 nanocomposite. For LC5O10 sample, the Tc is increased up to 101.5 °C. It's Figure 3 Tensile strength and modulus of virgin noteworthy that the Tc of the LC5O15 sample LDPE and its nanocomposites increased to 102.9 °C, much larger than the LDPE and even larger than the LC5O10 nanocomposite. From Table 2, we can see that the melting peak temperature (Tm) has changed slightly with the increase in the content of the OxPE, and the Tm has increased slightly with increasing OxPE

30 Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) content. This is responsible for the heterogeneous LC5O10, LC5O15, and LC5O20, Xc was higher crystallization on the organoclay surface, which than virgin LDPE. The inclusion of organoclay can develop the crystallization of LDPE, slightly and OxPE contents into semicrystalline polymers increasing the Tm of the nanocomposite [26]. increases the crystallization rate, resulting in The Tm of virgin LDPE, LC5, LC5O10, LC5O15 higher crystallinity and higher Tc. According to and LC5O20 nanocomposites are in the range Zaman et al. [2], the inclusion of organoclay 109.6 °C-111.4 °C. Compared to virgin LDPE, and OxPE to the LDPE matrix increases the the Tm of nanocomposites is transferred at crystallization percentage. higher temperatures and the maximum Tm is obtained at LC5O15. Table 2 Thermal properties of virgin LDPE and its nanocomposites. Sample Tc Tm Hm Xc code (oC) (oC) (J/g) (%) LDPE 95.7 109.6 77.8 27.9 LC5 99.8 109.9 85.9 30.8 LC5O10 101.5 110.5 93.1 33.4 LC5O15 102.9 111.4 104 37.3 LC5O20 102.6 111.1 101.8 36.5 Figure 5 DSC (A) Crystallization exotherms and Combustibility of the nanocomposites (B) crystallinity of virgin LDPE, LC5, LC5O10, LC5O15, and LC5O20 The limiting oxygen index (LOI) is nanocomposites measured by the volumetric fraction of O2 within the N2 mixture, where the substances Figure 5 (B) displays the variation in Xc (%) still burn, are: of the specimens. Influenced by the introduction of OxPE content in the nanocomposites of LOI = O2/(O2 + N2) The higher the LOI of a given material, the lower its combustibility. The LOI value of the specimens is displayed in Figure 6 (a). It's worth noting that the virgin polymer LDPE has a relatively high LOI. The LOI values of binary nanocomposites are only LC5 higher than that of virgin polymer components. Therefore, the presence of organoclay reduces the combustion of the polymer. LOI increased with OxPE content

Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 31 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) increasing up to 15 wt% and then decreasing CONCLUSIONS with increasing OxPE content. Furthermore, the presence of organoclay and the presence of In the present study, the tensile OxPE lead to a significant reduction in the properties of LDPE/oranoclay nanocomposites combustion rate of the substance up to 15 wt% successfully manufactured by melt compounding (Figure 6 (b)). Nanocomposites exhibit burn method, using coupling agent (OxPE), were retardant properties by creating a protective investigated. The characteristics of morphology, barrier to heat and mass transfer due to the tensile properties, thermal behavior, and accumulation of silicate and OxPE on the combustibility of LDPE/organoclay nanocomposites surface of the burning sample. were examined by changes the inclusion of an OxPE. TEM photomicrographs exhibited that OxPE was effective in assisting the silicate platelet delamination. This outcome was also confirmed by the XRD of the specimens. The OxPE conferred higher tensile properties than control cases. DSC thermograms revealed that the crystallization temperature of the specimens increased significantly and the degree of crystallization in the nanocomposite increased with increasing OxPE concentration. However, melting and crystallization temperatures had a significant effect on blends and nanocomposites. The results show that LC5O15 nanocomposites have good flame retardant properties, which will be useful in terms of their application. Figure 6 (a) Limiting oxygen index (LOI) of the REFERRENCES virgin LDPE, LC5, LC5O10, LC5O15, and LC5O20 nanocomposites; (b) 1. Soundararajah Q, Karunaratne B, Rajapakse R. Burning rate of the virgin LDPE, LC5, Montmorillonite polyaniline nanocomposites: LC5O10, LC5O15, and LC5O20 Preparation, characterization and investigation nanocomposites of mechanical properties. Mater Chem Phys. 2009;113:850-55. 2. Zaman HU, Beg DH. Influence of two novel compatibilizers on the properties of LDPE/

32 Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) organoclay nanocomposites. J Polym Eng. the physicochemical properties of 2014;34:75-83. biodegradable starch films. Mater Chem Phys. 2020;239:122027. 3. Zaman HU, Hun PD, Khan RA, Yoon K-B. Polypropylene/clay nanocomposites: Effect 9. Depan D, Chirdon W, Khattab A. Morphological of compatibilizers on the morphology, and chemical analysis of low-density mechanical properties and crystallization polyethylene crystallized on carbon and behaviors. J Thermoplast Compos. 2014;27:338- clay nanofillers. Polymers. 2021;13:1558. 49. 10. Gill YQ, Song M, Abid U. Permeation 4. Bazmara M, Silani M, Dayyani I. Effect of characterization and modelling of functionally-graded interphase on the polyethylene/clay nanocomposites for elasto-plastic behavior of nylon-6/clay packaging. Polym Bull. 2020;77:3749-65. nanocomposites; A numerical study. Defence Technology. 2021;17:177-84. 11. Wysocki S, Kowalczyk K, Paszkiewicz S, Figiel P, Piesowicz E. Green highly clay- 5. Castro-Landinez JF, Salcedo-Galan F, filled polyethylene composites as coating Medina-Perilla JA. Polypropylene/ethylene- materials for cable industry-A new application and polar-monomer-based copolymers/ route of non-organophilised natural montmorillonite nanocomposites: Morphology, montmorillonites in polymeric materials. mechanical properties, and oxygen Polymers. 2020;12:1399. permeability. Polymers. 2021;13:705. 12. Zhang J, Wilkie CA. Preparation and 6. Singh VP, KK V, Sharma S, Kapur GS, flammability properties of polyethylene– Choudhary V. Polyethylene/sepiolite clay clay nanocomposites. Polym Degrad Stabil. nanocomposites: effect of clay content, 2003;80:163-69. compatibilizer polarity, and molar mass on viscoelastic and dynamic mechanical 13. Seraji SM, Razavi Aghjeh M, Davari M, properties. J Appl Polym Sci. 2017;134:45197. Salami Hosseini M, Khelgati S. Effect of clay dispersion on the cell structure of 7. He W, Song P, Yu B, Fang Z, Wang H. Flame LDPE/clay nanocomposite foams. Polym retardant polymeric nanocomposites through Composite. 2011;32:1095-105. the combination of nanomaterials and conventional flame retardants. Prog Mater 14. Lin TA, Lin M-C, Lin J-Y, Lin J-H, Chuang Sci. 2020;114:100687. YC, Lou CW. Modified polypropylene/ thermoplastic polyurethane blends with 8. Gómez-Aldapa CA, Velazquez G, Gutierrez maleic-anhydride grafted polypropylene: MC, Rangel-Vargas E, Castro-Rosas J, Aguirre- Blending morphology and mechanical Loredo RY. Effect of polyvinyl alcohol on behaviors. J Polym Res. 2020;27:1-10.

Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 33 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) 15. Bakhtiari A, Ashenai Ghasemi F, Naderi G, 20. Durmus A, Kasgoz A, Macosko CW. Linear Nakhaei MR. An approach to the optimization low density polyethylene (LLDPE)/clay of mechanical properties of polypropylene/ nanocomposites. Part I: Structural nitrile butadiene rubber/halloysite characterization and quantifying clay nanotube/polypropylene‐g‐maleic anhydride dispersion by melt rheology. Polymer. nanocomposites using response surface 2007;48(15):4492-502. methodology. Polym Composite. 2020;41: 2330-43. 21. Varghese S, Karger-Kocsis J. Natural rubber- based nanocomposites by latex compounding 16. Awad SA. Mechanical and thermal with layered silicates. Polymer. 2003;44: characterisations of low-density polyethylene/ 4921-27. nanoclay composites. Polymers and Polymer Composites. 2020;10.1177/0967391120968441. 22. Fatma Isik C, Ulku Y. Preparation and characterization of low density polyethylene/ 17. Kato M, Usuki A, Okada A. Synthesis of ethylene methyl acrylate glycidyl methacrylate/ polypropylene oligomer—clay intercalation organoclay nanocomposites. J Appl Polym compounds. J Appl Polym Sci. 1997;66:1781- Sci. 2011;120:3087-97. 85. 23. Zhang MQ, Rong MZ, Friedrich K. 18. Hasegawa N, Kawasumi M, Kato M, Usuki Application of non-layered nanoparticles A, Okada A. Preparation and mechanical in polymer modification. In book: Polymer properties of polypropylene‐clay hybrids Composites. 2005; 25-44. using a maleic anhydride‐modified polypropylene oligomer. J Appl Polym Sci. 24. Rong MZ, Zhang MQ, Zheng YX, Zeng HM, 1998;67:87-92. Walter R. Friedrich K. Structure–property relationships of irradiation grafted nano- 19. Alamo R, Graessley W, Krishnamoorti R, inorganic particle filled polypropylene Lohse D, Londono J, Mandelkern L. Small composites. Polymer. 2001;42:167-83. angle neutron scattering investigations of melt miscibility and phase segregation 25. Paul DR, Robeson LM. Polymer nanotechnology: in blends of linear and branched Nanocomposites. Polymer. 2008;49:3187-204. polyethylenes as a function of the branch content. Macromolecules. 1997;30:561-66. 26. Zaman HU, Beg MDH. Influence of two novel compatibilizers on the properties of LDPE/organoclay nanocomposites. J Polym Eng. 2014;34:75-83.

34 Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) Solar Ultraviolet Radiation for Psoriasis Treatment at Nakhon Pathom Province Sumaman Buntoung1*, Somjet Pattarapanitchai1, Pradthana Laiwarin1, Einapak Boontaveeyuwat2 and Serm Janjai1 1Department of Physics, Faculty of Science, Silpakorn University, Nakhon Pathom 73000, THAILAND 2Photodermatology Unit, Division of Dermatology, Department of Medicine, King Chulalongkorn Memorial Hospital and Faculty of Medicine, Chulalongkorn University, Bangkok 10330, THAILAND *Corresponding author e-mail: [email protected] ARTICLE INFO ABSTRACT Article history: Psoriasis is one of the long-term (chronic) skin diseases that cause Received: November 10, 2021 problems to the immune system. Artificial light source in ultraviolet Revised: April 25, 2022 radiation (UV) wavelength, especially in the UV-B band, is one of the Accepted: May 5, 2022 standard treatments for psoriasis. Alternatively, natural sunlight is also Available online: June 6, 2022 used for the treatment, called heliotherapy. Consistent solar radiation at DOI: 10.14456/jarst.2022.4 a particular location and time is key to successfully giving a safe and Keywords: psoriasis, ultraviolet effective natural sunlight treatment. Therefore, in this study, solar radiation, heliotherapy ultraviolet radiation for psoriasis heliotherapy at a site in Thailand was first investigated to reveal its diurnal and seasonal variations and efficiency in the therapy. A spectroradiometer ( DMc150) installed at Silpakorn University, Nakhon Pathom province (13.82 ºN, 100.04 ºE) was used to measure spectral irradiance and converted to anti-psoriasis irradiance. This irradiance was calculated to obtain the monthly average hourly anti- psoriasis ultraviolet radiation data (2016-2018). The result showed the diurnal and seasonal variations of the anti-psoriasis ultraviolet radiation. The values are relatively high from 10 a.m. to 2 p.m., especially between March and October, and relatively low from November to February. The maximum monthly average hourly values in the summer, rainy, and winter seasons were 77.6, 76.9, and 52.4 mJ/cm2. In addition, an empirical model for estimating the anti-psoriasis ultraviolet radiation dose was first generated as a linear regression by using the UV index, which is a broader

Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 35 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) measurement. The difference between the data obtained from the model and the measurement is in good agreement with root mean square difference (RMSD) and mean bias difference (MBD) were 12.9% and 1.0%, respectively. INTRODUCTION does not only have positive effects on physical health but also on mood balance by providing Solar radiation can be divided into three a sense of security. The narrow-band UV-B's bands, namely, ultraviolet radiation (UV, 280-400 immunosuppressive or anti-inflammatory effects nm) , visible light ( VIS, 400- 700 nm) , and near- can improve or even clear the lesions of many infrared (NIR, 700-4000 nm). The UV itself can be inflammatory skin diseases. These include separated depending on environmental and psoriasis, vitiligo, and the early stage of cutaneous biological effects, called UV-A (320-400 nm), UV-B T-cell lymphoma, making patients with inflammatory (280-320 nm), and UV-C (100-280 nm) [1]. Generally, sun allergy conditions more tolerant of the sun [6]. UV-C cannot penetrate the atmosphere to the earth’s surface as it is absorbed by atmospheric UV Phototherapy using artificial light constitutions such as oxygen and ozone in the sources is one of the standard treatments for upper atmosphere [2]. Therefore, only UV-A and various skin conditions [7]. Phototherapy can also UV-B reach the earth’s surface, and this radiation be applied safely to a wide- ranging group of is only a small portion of the solar radiation [3-4]. patients. Typical hospital- based phototherapy cabinets contain a bunch of artificial lamps, either UV ranges mainly cause DNA damage to broadband (primary emission spectrum 280 – 360 lipid and protein oxidation, which makes clinically nm, maximum at 320 nm) or narrow-band UV-B seen as tanning for a short-term effect of UV-A, irradiation (primary emission spectrum 310-315 aging, and skin cancers, the long- term during nm, maximum at 311 nm) following the well- sunburn for the short-term effect of UV-B. Uneven established knowledge of the most anti-psoriasis skin color and cataracts are also negative effective UV ranges from 304 to 313 nm [8-9]. With consequences of chronic exposure to a full national guidelines and standard dosimetry spectrum of solar radiation [5]. Despite the protocols, hospital-based phototherapy equipment potential adverse effects of full-spectrum sun provides precisely given safe and effective doses. exposure, some narrow UV ranges (297-313 nm) In Thailand, the number of phototherapy centers can also enormously benefit the living, including and shortage of qualified phototherapy practitioners the primary source of vitamin D synthesis through is limited, and financial concerns for at least twenty the skin. Vitamin D regulates immunity and treatmentsessionsare requiredto see theoutcomes calcium-phosphorus metabolism, enabling normal [10]. Therefore, natural sunlight treatment is an bone and muscle function mineralization. This alternative option. The patients do not need to

36 Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) access phototherapy centers often, reducing to investigate the natural UV sunlight for the traveling and treatment costs and spending time. psoriasis treatment at a study site in Nakhon Phototherapy using natural sunlight has been Pathom, the central region of Thailand, where the clinically beneficial since the 1890s for a great measurement is available. The diurnal and diversity of health issues [11- 13], including skin seasonal variations of the UV dose were analyzed conditions [14-16]. There have been several clinical using three years of data covering 1 January 2016 to studies of successful supervised ambient sun- 31 December 2018. In addition, as the lack of UV bathingalone,heliotherapy,however, onlyin limited data for the psoriasis treatment, an empirical regions, mostly from European countries, including model to estimate the UV dose for psoriasis the Canary Islands, Spain [17], Helsinki Finland, and treatment from the UV index data, a broader Davos, Switzerland [18- 23]. One of the most measurement, was first developed and validated important heliotherapy issues in those countries is in this work. inconsistent UV radiation throughout the year. Daily variations in the most suitable spring and summer MATERIALS AND METHODS times for heliotherapy can also be challenging. The key determinants are successfully giving a safe and A spectroradiometer (Bentham Instrument, effective natural sunlight treatment, consistent solar model DMc150) installed at Silpakorn University, radiation, accurate data of the incident solar Nakhon Pathom province (13.82 ºN, 100.04 ºE, spectrum, and dosimetry at a particular location and 39. 4 msl) , was used to measure solar spectral time. A study of solar UV radiation in Thailand irradiance covering the wavelength of 260- 420 showed that the country generally has sufficient UV nm with the spectral resolution of 1 nm. The pictorial radiation despite seasonal variations [24-26]. view of the instrument is presented in Figure 1. Apart from heliotherapy, there are several The input optics is located on a rooftop options for skin treatment, e. g. , pill or topical of the science building of Silpakorn University. therapy. The topical therapy is recommended for These input optics are connected to the double mild skin disease, and pill treatment may have side monochromator, the photomultiplier, and the effects. Additionally, heliotherapy in Thailand is detector. The electronic signals from the detector seemingly promising as a systemic treatment were transferred and displayed on a processing alternative where patients effortlessly receive sun- computer, and Benwin+ software was installed on bathingtreatmentsfrom theirhomeswheneverthey the processing computer to control the system are convenient. and for the data acquisition. This instrument was calibrated using a deuterium standard lamp In Thailand, there is no report on UV data once per month. for psoriasis treatment. Therefore, this study aims

Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 37 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) Figure 1 A pictorial view of the spectroradiometer installed at Nakhon Pathom a) input optics b) the monochromator and detector To obtain the UV data responding to anti-psoriasis action spectrum function. psoriasis treatment, the current signals recorded The anti- psoriasis action spectra are in the processing computer every ten minutes were converted to spectral irradiance using its defined as follows Krzyscin et al. [10]: sensitivity retrieved from the calibration. This spectral irradiance was converted to effective Rλ = doses for the anti- psoriatic effect of ultraviolet 0.6504 × 10−0.6304(296−)  < 296 nm radiation using the following expression. 1.0000 × 10−0.0467(300−) 296 ≤  < 300 nm DoseANTIPSOR(t2, t1) = (2)1.0000 × 10−0.1067(−300) 300 ≤  < 304 nm (1)∫tt12 (∫248000nnmm Iλ(t, λ) Rλdλ) dt 0.3743 × 10−0.1571(−304) 304 ≤  < 313 nm 0.0144 × 100.08233(313−) 313 ≤  < 330 nm where DoseANTIPSOR is an anti- psoriasis- weighted { 0.0057 × 100.00937(330−) 330 ≤  < 400 nm dose in the period t1 to t2, Iλ(t, λ) is spectral irradiance at time t and wavelength λ, and Rλ is An example of the spectral irradiance and anti- psoriasis action function is presented in Figure 2, which can be seen that the most effective spectral irradiance for anti- psoriasis is in the UV-B wavelength. 160 1.00E+01Spectral Irradiance (mW/m2·nm) R (-) Irradiance 1 April 2017 140 1.00E+00 Antipsoriasis action spectra 120 1.00E-01 100 80 1.00E-02 60 1.00E-03 40 1.00E-04 20 0 1.00E-05 280 300 320 340 360 380 400 Wavelength(nm) Figure 2 An example of spectral UV irradiance at a given time on 1 April 2017 at 8 a. m. and the anti-psoriasis action spectra (R)

38 Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) DoseAntipsriasis (mJ/cm2) 120 DoseAntipsriasis (mJ/cm2) 120 DoseAntipsriasis (mJ/cm2) 120 January February March 100 100 100 80 80 80 60 60 60 40 40 40 20 20 20 0 0 0 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 DoseAntipsriasis (mJ/cm2) Time DoseAntipsriasis (mJ/cm2) Time DoseAntipsriasis (mJ/cm2) Time 120 120 120 April May June 100 100 100 80 80 80 60 60 60 40 40 40 20 20 20 DoseAntipsriasis (mJ/cm2) 0 DoseAntipsriasis (mJ/cm2) 0 DoseAntipsriasis (mJ/cm2) 0 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Time Time Time 120 120 120 July August September 100 100 100 80 80 80 60 60 60 40 40 40 20 20 20 DoseAntipsriasis (mJ/cm2) 0 DoseAntipsriasis (mJ/cm2) 0 DoseAntipsriasis (mJ/cm2) 0 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Time Time Time 120 120 120 October November December 100 100 100 80 80 80 60 60 60 40 40 40 20 20 20 0 0 0 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Time Time Time Figure 3 The diurnal variation of anti-psoriasis UV doses at Nakhon Pathom during 2016-2018 RESULTS AND DISCUSSION variation. For the seasonal variation analysis, the monthly data were plotted against the month In this study, the anti-psoriasis weighted for each period. doses retrieved from the spectroradiometer were used for three years, from 1 January 2016 The diurnal variation to 31 December 2018. The dose within an hour was obtained from 7 a.m. to 6 p.m. At each The diurnal variation of the anti- month, the hourly anti-psoriasis UV doses at the psoriasis UV doses averaged during 2016- 2018 same period were averaged to obtain monthly are presented in Figure 3. The results indicate average hourly data and then plotted against that the UV doses increase from the early the local time to investigate the diurnal morning to reach the maximum value during noontime and decrease until evening. This is

Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 39 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) mainly influenced by the position of the sun. In Seasonal variation the morning and evening, the sun is relatively The seasonal variation of the hourly low, and thus path length of solar radiation in the atmosphere is relatively large compared to anti- psoriasis UV dose averaged during 2016- the noontime. As a result, the maximum anti- 2018 is shown in Figure 4 from 7 a.m. to 6 p.m. psoriasis UV doses are 77. 6, 76. 9, and 52. 4 In addition, the threshold dose (i.e., 45 mJ/cm2) mJ/ cm2 in the summer ( February- May) , rainy used for the treatment of psoriasis proposed by (June-October), and winter (November-January) Krzyscin et al. [10] was also drawn in the figures seasons, respectively. to present the potential of the solar UV dose for the psoriasis treatment in Thailand. 120 120 120 Nakhon Pathom : 2016-2018 Nakhon Pathom : 2016-2018 Nakhon Pathom : 2016-2018 DoseANTIPSOR (mJ/cm2) 100 07.00-08.00 DoseANTIPSOR (mJ/cm2) 100 08.00-09.00 DoseANTIPSOR (mJ/cm2) 100 09.00-10.00 80 80 80 DoseANTIPSOR (mJ/cm2) 60 DoseANTIPSOR (mJ/cm2) 60 DoseANTIPSOR (mJ/cm2) 60 31 61 91 121 151 181 211 241 271 301 331 361 40 Day of the Year 40 40 20 Nakhon Pathom : 2016-2018 20 20 0 12.00-13.00 1 0 0 1 31 61 91 121 151 181 211 241 271 301 331 361 1 31 61 91 121 151 181 211 241 271 301 331 361 120 Day of the Year Day of the Year 100 120 120 80 Nakhon Pathom : 2016-2018 Nakhon Pathom : 2016-2018 100 10.00-11.00 100 11.00-12.00 80 80 60 60 60 40 40 40 20 20 20 DoseANTIPSOR (mJ/cm2) 0 31 61 91 121 151 181 211 241 271 301 331 361 DoseANTIPSOR (mJ/cm2) 0 31 61 91 121 151 181 211 241 271 301 331 361 DoseANTIPSOR (mJ/cm2) 0 31 61 91 121 151 181 211 241 271 301 331 1 Day of the Year 1 Day of the Year 1 Day of the Year 120 Nakhon Pathom : 2016-2018 120 Nakhon Pathom : 2016-2018 120 Nakhon Pathom : 2016-2018 100 13.00-14.00 100 14.00-15.00 100 15.00-16.00 80 80 80 60 60 60 40 40 40 20 20 20 0 31 61 91 121 151 181 211 241 271 301 331 361 0 31 61 91 121 151 181 211 241 271 301 331 361 0 1 Day of the Year 1 Day of the Year 1 31 61 91 121 151 181 211 241 271 301 331 361 120 Nakhon Pathom : 2016-2018 120 Nakhon Pathom : 2016-2018 Day of the Year 100 16.00-17.00 100 17.00-18.00 DoseANTIPSOR (mJ/cm2) DoseANTIPSOR (mJ/cm2) 80 80 60 60 40 40 20 20 0 0 1 31 61 91 121 151 181 211 241 271 301 331 361 1 31 61 91 121 151 181 211 241 271 301 331 361 Day of the Year Day of the Year Figure 4 The seasonal variation of hourly anti-psoriasis UV doses from 7 a.m. to 6 p.m. at Nakhon Pathom (The red dash line indicates the threshold of UV dose for the treatment) 5 The results show seasonal variation in solar extinction [25- 27]. In addition, the figure which the anti-psoriasis UV doses are relatively represents that the potential periods to treat high from March to October and relatively low psoriasis using sunlight within 1 hour are from from November to February. This is mainly 10 a.m. - 2 p.m. from March to October when the because of the position of the sun in the sky. The value of UV dose is above the threshold value. solar zenith angle is relatively high from March to However, patients can exposure the sun at other October, resulting in small solar path length and times for a longer period depending on the

40 Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) direction of their dermatologists. It is noted that DoseANTIPSOR (mJ/cm2)120.0 the threshold used in this work was defined in Krzyscin et al. [10] for mid-latitude at San Diego 100.0 ( 32. 77°N, 117. 20°W) and high- latitude at Belsk (51.83°N, 20.78°E), which may not perfectly suit for 80.0 Thailand. This threshold then should be further justified for low- latitude as Thailand. Moreover, 60.0 excessive exposure is harmful. Therefore, the optimal exposure time for psoriasis treatment 40.0 should not exceed the time leading to hazardous health [28]. 20.0 y = 6.5713x R² = 0.99 The empirical model 0.0 According to the limitation of the 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0 16.0 ground- based spectroradiometer, they can be UVI (-) used to measure the UV doses to treat psoriasis. In contrast, UV index (UVI) has been measured Figure 5 The relationship between anti- broadly. Therefore, a simple model used to psoriasis UV dose (DosePsoriasis) and UV estimate the anti-psoriasis UV doses is needed. index (UVI) in 2016 and 2017 In this study, an empirical model was developed and validated. UVI was calculated For the model validation, the anti- following the method in [29] using the DMc150 psoriasis UV doses calculated from the spectroradiometer at the same site. Then proposed model were compared with those hourly anti- psoriasis UV dose was plotted measured from the spectroradiometer in 2018. against the UV index using 2016 and 2017. The The validation result presented in Figure 6 graph between the anti- psoriasis UV dose and shows that the model can estimate the anti- the UV index is shown in Figure 5, and the linear psoriasis reasonably compared to a method in least square expression can be written as Krzyscin et al. [30] that used the satellite data follows: approach. DoseANTIPSOR, Model (mJ/cm2)120.0 RMSD = 12.9% 100.0 MBD = -1.0% 80.0 N = 1977 60.0 40.0 20.0 DoseANTIPSOR = 6.5713UVI (3) 0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 0.0 DoseANTIPSOR is the anti- psoriasis UV dose DoseANTIPSOR, Meas (mJ/cm2) (mJ/cm2), and UVI is the UV index (unitless). Figure 6 The comparison between the anti- psoriasis UV dose from the model (DoseANTIPSOR, Model) and the measurement (DoseANTIPSOR, Meas)

Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 41 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) CONCLUSION for assistance on medical service perspectives of psoriasis treatment. The anti- psoriasis effective UV dose at Nakhon Pathom was investigated. The results REFERENCES show that the UV dose was diurnal and seasonal variations and relatively high from 10 a. m. to 1. Diffey BL. Sources and measurement of 2 p.m., especially between March and October. ultraviolet radiation. Methods. 2002;28(1):4- Therefore, this period is likely to have the 13. potential for treating psoriasis and several inflammatory skin conditions. However, the UV 2. Foyo-Moreno I, Manzano VJ, Arboledas L. doses in other regions may differ depending Ground based ultraviolet (290–385 nm) and on the location, geography, and atmospheric broadband solar radiation measurements in conditions. Therefore, the UV dose in other regions South-Eastern Spain. Int J climatol. 1998;18: of Thailand should be further investigated for 1389-400. the extended development of a national heliotherapy protocol for psoriasis in Thailand. 3. Srisawang N, Ngernchuklin P, Chaiyasat A, In Thailand, Heliotherapy using a sustainable Chaiyasat P. [ Polymer microcapsules abundance of solar energy would transform encapsulating photocatalyst nanoparticles medical practice on light-based treatments, for dye treatment in wastewater] . JARST which is considered enormously beneficial but [Internet]. 2020 Aug. 5 [cited 2022 Apr. time-consuming and required commitment into 22];19(2):1-16. Available from: https://ph01.tci- perhaps one of the supervised primary aids at thaijo.org/index.php/rmutt-journal/article/ home. view/240553. Thai ACKNOWLEDGEMENT 4. Rivas M, Calaf GM, Laroze D, Rojas E, Mendez J, Honeyman J, Araya MC. Solar ultraviolet A The authors would like to thank the radiation and nonmelanoma skin cancer in Faculty of Sciences, Silpakorn University, for the Arica, Chile, J Photochem Photobiol B, Biol. financial support (Grant number SRF-JGR-2561- 2020;212:1011-1344. 03) (to SB) and the Royal College of Physicians of Thailand (to EB). We gratefully acknowledge 5. Ohnaka T. Health effects of ultraviolet undergraduate senior project students of the radiation. Ann Physiol Anthropol. 1993;12(1): Department of Physics, Silpakorn University, for 1-10. their help processing data, and staff of the Photodermatology Unit, Division of Dermatology, 6. Feister U, Laschewski G, Grewe RD. UV index Department of Medicine, Chulalongkorn University forecasts and measurements of health- effective radiation. J Photochem Photobiol B, Biol. 2011;102(1):55-68.

42 Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) 7. Elmets CA, Lim HW, Stoff B, Connor C, 14. Buchholz W. Heliotherapy of psoriasis. Z Haut Cordoro KM, Lebwohl M, et al. Joint American Geschlechtskr. 1969;44(1):13-6. Academy of Dermatology–National Psoriasis Foundation guidelines of care for the 15. Körbler J. To the history of development of management and treatment of psoriasis with heliotherapy. Hippokrates. 1967;38(4):145-50. phototherapy. J Am Acad Dermatol. 2019:81 (3):775-804. 16. Linser K, Harnack K. Heliotherapy of mycosis fungoides. Clin Exp Dermatol. 1962;215:181- 8. Chen X, Yang M, Cheng Y, Liu GJ, Zhang M. 201. Narrow- band ultraviolet B phototherapy versus broadband ultraviolet B or psoralen- 17. Nilsen L, Søyland E, Krogstad, AL. Estimated ultraviolet A photochemotherapy for psoriasis. UV doses to psoriasis patients during climate Cochrane Database Syst Rev. 2013;10: therapy at Gran Canaria in March 2006. Atmos CD009481. Chem Phys Discuss. 2008;8:1-19. 9. Almutawa F, Alnomair N, Wang Y, Hamzavi I, 18. Snellman E. Comparison of the anti-psoriatic Lim HW. Systematic review of UV- based efficacy of heliotherapy and ultraviolet therapy for psoriasis. Am J Clin Dermatol. B: a cross- over study. Photodermatol 2013;14(2):87-109. Photoimmunol Photomed. 1992;9(2):83-5. 10. Krzyscin JW, Jarosławski J, Rajewska-Wiech B, 19. Snellman E, Jansen, CT, Lauharanta J, Kolari Sobolewski PS, Narbutt J, Lesiak A, et al. P. Solar ultraviolet ( UV) radiation and UV Effectiveness of heliotherapy for psoriasis doses received by patients during four-week clearance in low and mid-latitudinal regions: climate therapy periods in the Canary Islands. a theoretical approach. J Photochem Photobiol Photodermatol Photoimmunol Photomed B, Biol. 2012;115:35–41. 1992;9(1):40-3. 11. Gardiner CF. Heliotherapy in Colorado. Trans 20. Snellman E, Aromaa A, Jansén CT, Lauharanta Am Climatol Clin Assoc. 1915;31:184-91. J, Reunanen A, Jyrkinen-Pakkasvirta T, et al. Supervised four-week heliotherapy alleviates 12. Metzger J. The clinical application of the long-term course of psoriasis. Acta Derm heliotherapy. Trans Am Climatol Clin Assoc. Venereol. 1993;73(5):388-92. 1926;42:132-8. 21. Snellman E, Lauharanta J, Reunanen A, 13. Alpert JS. The Jeremiah Metzger lecture: Jansén CT, Jyrkinen-Pakkasvirta T, Kallio M, et Jeremiah Metzger and the era of al. Effect of heliotherapy on skin and joint heliotherapy. Trans Am Climatol Clin Assoc. symptoms in psoriasis: a 6-month follow-up 2015;126:219-26. study. Br J Dermatol. 1993;128(2):172-7.

Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 43 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) 22. Kanayama H, Kusaka Y, Hirai T, Inoue H, Agishi 27. Iqbal M. An introduction to solar radiation. Y, Schuh A. Climatotherapy in Japan: a pilot New York: Academic Press; 1983. study. Int J Biometeorol. 2017;61(12):2141-3. 28. Miyauchi M, Nakajima H. Determining an 23. Takada Y, Irisawa K, Kawada A. Heliotherapy Effective UV Radiation Exposure Time for of pityriasis lichenoides chronica. J Dermatol. Vitamin D Synthesis in the Skin Without Risk 1977;4(3):91-4. to Health: Simplified Estimations from UV Observations. Photochem Photobiol. 2016; 24. Raksasat R, Sri-Iesaranusorn P, Pemcharoen J, 92(6):863-869. Laiwarin P, Buntoung S, Janjai S, et al. Accurate surface ultraviolet radiation 29. World Health Organization ( WHO) , World forecasting for clinical applications with deep Meteorological Organization (WMO). United neural network. Sci Rep. 2021;11(1):5031. Nations Environment Programme (UNEP), International Commission on Non- Ionizing 25. Janjai S, Buntoung S, Masiri I, Wattan R. Radiation Protection (ICNIRP), Global Solar UV Mapping solar ultraviolet radiation from Index: A Practical Guide, Watch No 95, WMO/ satellite data in a tropical environment. TD No. 625, Geneva, Switzerland. 2002. Remote Sens Environ. 2010;114(3):682-91. 30. Krzyscin JW, Guzikowski J, Czerwinska A, 26. Janjai S, Kirdsiri K, Masiri I, Nunez M. An Lesiak A, Narbutt J, Jarosławski J, et al. 24 hour investigation of solar erythemal ultraviolet forecast of the surface UV for the antipsoriatic radiation in the tropics: a case study at four heliotherapy in Poland. J Photochem Photobiol stations in Thailand. Int J Climatol. 2010;30: B, Biol. 2015;148:136-44. 1893-903.

44 Journal of Applied Research on Science and Technology (JARST), Vol 21, Issue 1, 2022 ISSN: 2773-9376 (Print), 2773-9473 (Online) การเปรียบเทียบวิธีวิเคราะห์ข้อมูลคุณภาพอากาศ: กรณีศึกษาพลังงานทางเลือกก๊าซ ชวี ภาพในจังหวดั สุพรรณบรุ ี Comparison of Methods for Analysis of the Air Quality: A Case Study of Alternative Energy for Biogas in Suphanburi Province พิมพพ์ รรณ อำพนั ธ์ทอง* Pimpan Amphanthong* สาขาวิชาคณิตศาสตร์ คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลสุวรรณภูมิ อ.สามชุก จ.สุพรรณบรุ ี 72130 Department of Mathematics, Faculty of Science and Technology, Rajamangala University of Technology Suvarnabhumi, Samchuk, Suphanburi 72130, THAILAND *Corresponding author e-mail: [email protected] ARTICLE INFO ABSTRACT Article history: This research examines the comparison of 96 monthly air Received: December 20, 2021 quality data from biogas alternative energy in Suphan-Buri province for Revised: April 25, 2022 a total of 8 years from January 2010 to December 2017. By dividing the Accepted: May 5, 2022 biogas composition data for analysis to the research objectives by Available online: June 7, 2022 dividing the data into two sets; namely the first set of data to create a DOI: 10.14456/jarst.2022.5 model for forecasting trends in air quality to find suitability and the Keywords: box-Jenkins method, second set of information to compare the performance of air quality forecast, biogas, air quality forecasting. The air quality forecasting using four time-series data forecasting methods; namely the Box-Jenkins Method (BJ), the Holt's Exponential Smoothing Method (Holt), the smoothing method with Brown's Exponential Smoothing Method (Brown) and the Damped trend exponential smoothing method (Damped). The composition of biogas is separated into 3 types of gases, namely methane (CH4), carbon dioxide (CO2) and hydrogen sulfide (H2S) to determine the suitability of the forecast model. The results of the forecast model study by comparing the root mean square errors (RMSE) showed that the