RDG61T0041_2020april_web1

ไททาเนียมไดออกไซด์กับการป้องกันการหมองของเครื่องประดับเงิน

นับตั้งแต่ปี 2553 ประเทศไทยได้กลายเป็นผู้นำของโลกด้านการผลิตเครื่องประดับเงิน โดยมียอดการส่งออกเครื่องประดับเงินไปยังตลาดโลกเป็นจำนวนมาก จนได้รับการยอมรับว่ากรุงเทพฯ เป็นเมืองหลวงของเครื่องประดับเงิน (World Capital for Silver Jewelry) อย่างไรก็ตามหนึ่งในปัญหาสำคัญของการผลิตตัวเรือนเครื่องประดับ คือ การหมองของโลหะเงิน… แล้วเราจะมีวิธีการแก้ปัญหานี้ได้อย่างไร ???

อุตสาหกรรมอัญมณีและเครื่องประดับจัดเป็นอุตสาหกรรมที่มีความสำคัญต่อระบบเศรษฐกิจของประเทศไทยเป็นอย่างมาก โดยมูลค่าการส่งออกอัญมณีและเครื่องประดับไทยในปี 2561 มีการขยายตัวเกือบ 8% โดยมีมูลค่าราว 6,495.34 ล้านเหรียญสหรัฐฯ และในเดือนมกราคม 2562 มีการขยายตัวเพิ่มขึ้นร้อยละ 3.50 จากช่วงเดียวกันของปีก่อนหน้า อย่างไรก็ตามอุตสาหกรรมอัญมณีและเครื่องประดับเป็นอุตสาหกรรมที่ต้องใช้ทักษะฝีมือ ความประณีตในการผลิตค่อนข้างสูงและต้องใช้แรงงานในการผลิตเป็นจำนวนมากซึ่งเครื่องจักรไม่สามารถทดแทนได้ การประกอบการของอุตสาหกรรมสาขานี้ จึงมีทั้งผู้ประกอบการที่ดำเนินการผลิตขนาดใหญ่ ขนาดกลางและขนาดเล็ก (SMEs.) รวมถึงผู้ประกอบการระดับครัวเรือน สำหรับในส่วนของผู้ประกอบการ SMEs. นั้น มีผู้ประกอบการอยู่เป็นจำนวนมากและกระจายอยู่ตามภูมิภาคต่างๆ ทั่วประเทศ ซึ่งจากการศึกษาวิเคราะห์ปัญหา/อุปสรรคในการพัฒนาคุณภาพการผลิตตัวเรือนเครื่องประดับของผู้ประกอบการ ได้ข้อสรุปว่า ปัญหาสำคัญในการผลิตตัวเรือนเครื่องประดับ ได้แก่

1. ปัญหาด้านวัตถุดิบ โดยวัตถุดิบหลักที่ใช้ในการผลิตส่วนใหญ่ต้องนำเข้าจากต่างประเทศเกือบร้อยเปอร์เซ็นต์ ทั้งในรูปของโลหะมีค่าบริสุทธิ์ โลหะเจือสำเร็จรูปหรือที่เรียกว่าอัลลอยสำหรับผสมกับโลหะมีค่า และโลหะเจือที่ใช้สำหรับการผลิตเครื่องประดับเทียม (อาทิเช่น ทองคำเจือ เงินเจือ แพลทินัมเจือ ทองเหลือง โลหะสีขาว ดีบุก พิวเตอร์ และตะกั่ว เป็นต้น)

2. ปัญหาด้านการหล่อขึ้นรูปตัวเรือนเครื่องประดับ เนื่องจากผลการศึกษาวิจัยและพัฒนาเทคนิคการหล่อตัวเรือนยังมีค่อนข้างน้อย และไม่สามารถทำการศึกษาได้ครอบคลุมสภาพความเป็นจริงที่เกิดขึ้นกับผู้ประกอบการในภาคอุตสาหกรรม โดยเฉพาะอย่างยิ่งกลุ่มผู้ประกอบการที่เป็น SMEs. ทำให้เกิดข้อบกพร่องในงานหล่อและบางจุดผู้ประกอบการไม่สามารถแก้ปัญหานั้นเองได้

3. ปัญหาด้านการขึ้นรูปตัวเรือนเครื่องประดับด้วยวิธีการทางกล ซึ่งเป็นเทคนิคการขึ้นรูปที่สามารถผลิตชิ้นงานได้อย่างรวดเร็วและผลิตได้ในปริมาณมากๆ ( Mass Product ) สามารถลดต้นทุนการผลิตให้ต่ำลง แต่สภาพความเป็นจริงที่เกิดขึ้นในภาคอุตสาหกรรมเกิดจากขาดแคลนบุคลากร และองค์ความรู้ทางด้านการขึ้นรูปโลหะด้วยวิธีการทางกล เช่น การออกแบบและสร้างแม่พิมพ์ปั้มขึ้นรูป รวมถึงการขาดองค์ความรู้ทางด้านปัจจัยหรือสภาวะต่างๆ ที่เหมาะสมในการขึ้นรูป (เช่น แรงที่ใช้ในการขึ้นรูป ค่า Clearance ของแม่พิมพ์ที่ใช้ในการขึ้นรูป สารหล่อลื่นที่ให้ประสิทธิภาพการหล่อลื่นสูงสุดสำหรับการขึ้นรูปด้วยวิธีการทางกล)

4. ปัญหาด้านการหมองของโลหะ เนื่องจากในขบวนการผลิตเครื่องประดับเงิน 925 ส่งออกไปยังประเทศญี่ปุ่นและประเทศในแถบยุโรป ส่วนใหญ่มักเป็นสินค้าราคาสูง ซึ่งมีเอกลักษณะโดนเด่นด้านดีไซน์และมีรูปแบบที่แตกต่างจากงานทั่วๆไป จึงมักเป็นงานโชว์ผิวจริงและจะไม่นิยมชุบเคลือบผิว ทำให้ประสบปัญหาการหมองของตัวเครื่องประดับและทำความสะอาดยาก จึงต้องมีการคิดค้นการชะลอการหมองของโลหะเพื่อยืดอายุความวาวของผิวตัวเรือน และเป็นการเพิ่มมูลค่าของโลหะเงิน

การป้องกันการหมองของโลหะเงิน

เพื่อเพิ่มมูลค่าของโลหะเงิน 925 โดยการชะลอหรือป้องกันการหมองของเครื่องประดับ สามารถทำได้หลายวิธี เช่น การขัดจุ่มโลหะเงินในสารละลาย Na2S ซึ่งทำให้ผิวของโลหะเงินมีความสว่างขึ้น, การเติมซิลิกอนปริมาณ 0.02-0.2% โดยน้ำหนัก ซึ่งสามารถต้านทานการหมองและเพิ่มสมบัติทางกลที่ดี, การเคลือบโพลิเมอร์ ซึ่งช่วยป้องกันการหมองและยังป้องกันการขีดข่วนจากบรรจุภัณฑ์ นอกจากนี้ยังมีการศึกษาถึงอิทธิพลของการเคลือบชั้นออกไซด์ของธาตุไททาเนียม (Ti) ที่มีผลต่อคุณสมบัติความต้านทานการหมองของโลหะเงิน 925 โดยยังคงสีของโลหะเงินไว้ ซึ่งพบว่าการเคลือบชั้นไททาเนียมไดออกไซด์ (TiO2) โดยวิธี Spray pyrolysis* เป็นอีกทางเลือกนึงของผู้ประกอบการที่สามารถทำได้

*สเปรย์ไพโรไลซิส (Spray pyrolysis) เป็นเทคนิคสำหรับกระบวนการเตรียมฟิล์มบางวิธีหนึ่ง เป็นกระบวนการพ่นเคลือบของสารละลาย ผงอนุภาค หรือสารเซรามิค ลงบนพื้นผิวรองรับที่ให้ความร้อนได้ (Substrate heater) ซึ่งจะแตกต่างจากเทคนิคการพ่นเคลือบฟิล์มแบบอื่นๆ สเปรย์ไพโรไลซิสเป็นเทคนิคที่เรียบง่าย ค่อนข้างมีประสิทธิภาพสำหรับการเตรียมฟิล์มของสารประกอบโลหะออกไซด์ มีค่าใช้จ่ายสำหรับการสร้างอุปกรณ์น้อย ไม่จำเป็นต้องมีพื้นผิวหรือสารเคมีที่มีคุณภาพสูงนัก ใช้พ่นเคลือบฟิล์มได้แน่นแต่มีรูพรุนที่ดี จึงเหมาะสำหรับใช้ในกระบวนการผลิตฟิล์มบาง (Thin film) หรือผง (Powder) แม้แต่ฟิล์มหลายชั้นก็สามารถเตรียมได้ง่ายโดยใช้เทคนิคนี้ สเปรย์ไพโรไลซิสถูกนำมาใช้เป็นเวลาหลายสิบปีแล้วในอุตสาหกรรมกระจก การผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ เซ็นเซอร์ และเซลล์เชื้อเพลิงที่เป็นของแข็งออกไซด์ เป็นต้น

TiO2 เป็นสารกึ่งตัวนำ มีคุณสมบัติ Photocatalysis มีความเสถียร ราคาไม่สูง เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม และสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้หลากหลาย หนึ่งในนั้นคือการนำมาใช้เป็นสารเคลือบผลิตภัณฑ์ในอุตสาหกรรมต่างๆ เนื่องด้วยคุณสมบัติที่สามารถยึดเกาะและเคลือบติดผิวได้ง่าย มีความทนทานต่อการกัดกร่อน อาทิ อุตสาหกรรมพลาสติก แก้วและกระจก อุตสาหกรรมผลิตกระเบื้อง สุขภัณฑ์ เซรามิก อุตสาหกรรมการเคลือบกระดาษเพื่อลดการทะลุผ่านของแสง รวมถึงอุตสาหกรรมการเคลือบผิวโลหะ การเคลือบชั้นไททาเนียมไดออกไซด์บนผิวโลหะเงินสามารถทำได้ด้วยวิธีการสเปรย์ไพโรไลซิส (Spray pyrolysis method) ซึ่งเป็นการพ่นสารเคมีชนิดฝอยละอองในแนวดิ่งที่สามารถปรับค่าความดันที่จ่ายให้กับระบบได้ และสามารถปรับระยะหัวฉีดถึงฐานรองรับสารตัวอย่างได้ตามความเหมาะสม นอกจากนี้ยังสามารถปรับอุณหภูมิให้ความร้อนได้สูง รวมถึงกำหนดอัตราการไหลของสารละลาย (Solution flow rate)

สำหรับการเตรียมฟิล์มบางไททาเนียมไดออกไซด์ (TiO2) เพื่อเคลือบบนผิวโลหะเงิน สามารถทำได้โดยการใช้สารตั้งต้นคือ ไททาเนียม(IV)ไอโซโพรพร็อกไซด์ (TTIP; 97%) ผสมกับเอทานอล (99.9%) ใช้สภาวะอุณหภูมิฐานรองรับที่อุณหภูมิห้อง และใช้เวลาในการเคลือบฟิล์มบางเป็นเวลา 10 นาที ระยะห่างระหว่างหัวพ่นสเปรย์ (Nozzle) กับฐานรองรับเท่ากับ 20 เซ็นติเมตร โดยความดันที่ใช้ในการพ่นที่หัวสเปรย์เท่ากับ 0.5 เมกกะปาสคาล (MPa) ที่สภาวะนี้ฟิล์มบางของ TiO2 ที่ได้จะมีลักษณะเป็นสีขาวโปร่งใส มีพื้นผิวหน้าเรียบ และสามารถเกาะติดบนฐานรองรับที่เป็นเงินได้เป็นอย่างดี จากนั้นนำฟิล์มบางที่เคลือบบนเงินมาทำการอบอ่อน (Annealing) ที่ 350 และ 400 องศาเซลเซียสอีกครั้ง เพื่อปรับปรุงโครงสร้างผลึกของ TiO2 ให้ดีขึ้น

เมื่อนำฟิล์มบาง TiO2 ที่เคลือบบนแผ่นเงินมาทดสอบค่าระดับสีตามมาตรฐาน CIELAB** พบว่า ค่าความสว่าง (L) ลดลงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับเงิน (Ag) ที่ไม่มีการเคลือบด้วย TiO2 และมีค่าสี (a) และ (b) เข้าใกล้ศูนย์และมีค่าใกล้เคียงกัน จึงสามารถสรุปได้ว่าชั้นของฟิล์ม TiO2 ที่เคลือบบนโลหะเงิน (Ag) ไม่มีผลต่อความสว่างและสีของเงิน และจากการศึกษาการป้องกันการหมองของเงินโดยการทำปฏิกิยาในบรรยากาศของแก๊ส H2S พบว่า สำหรับตัวอย่างโลหะเงินที่ไม่มีการเคลือบชั้น TiO2 มีค่าความสว่าง (L) ลดลงตามเวลาที่ทำปฏิกิริยากับแก๊ส H2S แต่ค่าความสว่าง (L) ของโลหะเงินที่เคลือบด้วย TiO2 มีแนวโน้มของค่าความสว่างลดลงอย่างรวดเร็วและเพิ่มขึ้นกลับมาอย่างรวดเร็วเมื่อเวลาผ่านไป ซึ่งสามารถอธิบายได้ว่าชั้นฟิล์ม TiO2 มีผลต่อการทำปฏิกิริยากับแก๊ส H2S โดย TiO2 จะทำปฏิกิริยากับแก๊ส H2S ได้สาร TiO2-xSx และ H2O ซึ่งปฏิกิริยาดังกล่าวสามารถลดปริมาณหรือสามารถตรวจจับแก๊ส H2S ในอากาศได้ จึงสามารถสรุปได้ว่าการเคลือบชั้น TiO2 บนโลหะเงินส่งผลให้ความต้านทานการหมองของโลหะเงินดีขึ้น เนื่องจากโอกาสเกิดปฏิกิริยาระหว่างโลหะเงินกับแก๊ส H2S ในอากาศน้อยลงเพราะมีชั้น TiO2 มาทำปฏิกิริยากับแก๊ส H2S แทน ส่งผลให้เกิดการหมองของโลหะเงินน้อยลงนั่นเอง

**ระบบสี CIE L*a*b* หรือ CIELAB เป็นระบบการวัดสีที่คำนึงถึงองค์ประกอบ 3 ประการ คือ แหล่งกำเนิดแสง (Light source), วัตถุมีสี (Color object) และ ผู้สังเกตการณ์ (Observer) โดย CIELAB เป็นระบบการวัดสีที่พัฒนาจากระบบ CIE Tristimulus Value (x, y และ z) และ CIE Chromaticity Coordinates (x, y และ Y) จนสามารถบอกความแตกต่างของสีได้อย่างสม่ำเสมอและใกล้เคียงกับความแตกต่างของสีที่ตามองเห็น

ส่วนประกอบที่สาคัญของเครื่องสเปรย์ไพโรไลซิส 1 หน่วย

ทั้งนี้ด้วยวิธีการที่กล่าวมา ทำให้ได้ผลิตภัณฑ์เครื่องเงินคุณภาพ ในราคาที่ไม่เพิ่มสูงมากนัก และผู้ประกอบการสามารถเข้าถึงเทคโนโลยีได้ง่าย แก้ปัญหาการหมองของโลหะเงินให้กับอุตสาหกรรมในระดับ SMEs ได้เป็นอย่างดี อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องมีการอบรมเชิงปฏิบัติการและติดตามประเมินผลกับผู้ประกอบการ SMEs เพื่อให้อุตสาหกรรมขนาดกลางและขนาดย่อมสามารถพัฒนาไปสู่ภาคการผลิต ที่สามารถรองรับการพัฒนาอุตสาหกรรมเครื่องประดับของประเทศ สอดคล้องกับนโยบายต่างๆ ของรัฐบาลที่ต้องการส่งเสริมให้ประเทศไทยเป็นศูนย์กลางการผลิตและการค้าสินค้าอัญมณีและเครื่องประดับแห่งหนึ่งของโลกต่อไป

อ้างอิงข้อมูลจาก

โครงการวิจัย “การศึกษาการป้องกันการหมองของเครื่องประดับเงินโดยการเคลือบชั้นออกไซด์”

หัวหน้าโครงการ : อดุลย์ หาญวังม่วง
สนับสนุนโดย : สำนักงานคณะกรรมการส่งเสริมวิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม (สกสว.)

เรียบเรียง บุษยา เกรย์
กราฟิก พิชญาภา นาคทับที
00:00
00:00
Empty Playlist