Fabrication by printing technology of biodegradable colorimetric humidity sensors based on Poly(lactic acid)/Poly(ethylene oxide) blends

การขึ้นรูปโดยเทคโนโลยีการพิมพ์ของตัวตรวจวัดความชื้นแบบเปลี่ยนสีย่อยสลายได้ทางชีวภาพจากพอลิ(แลกติก แอซิด)/พอลิ(เอทิลีน ออกไซด์) เบลนด์

Name: Nattanicha Chaiya

LCSH: Poly(lactic acid)

LCSH: Poly(ethylene oxide)

LCSH: Printing

LCSH: Humidity -- Control

Abstract: In this research work, colorimetric humidity sensors were prepared by melt blending of poly(lactic acid) (PLA) and poly(ethylene oxide) (PEO) at 180 °C for 8 min. PLA biodegradable polymer was blended with PEO non-toxic polymer. The PLA/PEO blends were then used as biodegradable substrates. Three-dimensional novel substrates were fabricated by 3-D printing of 30% w/v PLA/PEO blend solutions in chloroform. The 50% w/v of cobalt chloride (CoCl2) solution as the sensing colorimetric humidity indicator was printed onto the substrate by inkjet printing for humidity detection. The flexibility and thermal stability of PLA with PEO addition were confirmed by Tensile testing, Differential scanning calorimeter, Thermogravimetric analysis and contact angle measurement, respectively.The color observation of these humidity sensors in term of sensitivity of color change, RGB analysis, repeatability, and total color different (TCD) were investigated. The substrate improvement of PLA/PEO blend were improved and have been shown the hydrophilicity and thermal properties of the PLA increased with increasing PEO content. Moreover, The %elongation at break of the PLA/PEO blends increased when compared with neat PLA so the flexibility of PLA was enhanced. In addition, the surface wettability of PLA was improved because water contact angle of PLA was reduced by adding PEO contents in PLA matrix so it can easily coat the humidity indicator solution onto the substrate. The successful fabrication of 3-D substrate from PLA/PEO blends was fabricated by 3-D printing technology. The suitable of the solution concentration was 30 %w/v of 3:1 PLA/PEO blends due to its relatively high viscosity. The square-shape areas of 5 cm × 5 cm with four-layers and cylindrical shape with 5 cm diameter of the 3-D substrates were successfully fabricated and coated with the 50%wt CoCl2 solution by inkjet printing. According to the level of humidity, the cobalt chloride indicator displayed color changes ranging from blue to pink under ambient conditions (%RH = 60-70) and then RGB value was used to confirm the color change of the colorimetric humidity sensors and total color different (TCD) was studied sensitivity of the color change of the colorimetric humidity sensors by times. Above 60%RH, the red (R) value was significantly increased. In terms of sensitivity, the polymer blend substrates with humidity indicator demonstrated fast sensing times of within 60 s when exposed to moisture. These biodegradable colorimetric humidity sensors can make a useful contribution towards helping to solve current environmental problems.

Abstract: งานวิจัยนี้เป็นการศึกษาตัวตรวจวัดความชื้นเปลี่ยนสีจากพอลิเมอร์เบลนด์ได้ถูกเตรียมด้วยการหลอมผสมพอลิ(แลกติก แอซิด) กับพอลิเอทิลีน ออกไซค์) ที่อุณหภูมิ 180 °C เป็นเวลา 8 นาทีเนื่องมาจากการนำพอลิแลกติกแอซิดไปไปใช้งานมีข้อจำกัด ได้แก่ ความเปราะ เสถีธรภาพทางความร้อนที่ไม่ดี และไม่ชอบน้ำ พอลิแลกติกแอซิด ย่อยสลายได้ทางซึวภาพจึงถูกนำมาเบลนด์ด้วยพอลิ(เอทิลีน ออกไซต์)ที่ไม่เป็นพิษ ซึ่งพอลิ(แลกติก แอซิด)/พอลิ(เอทิลีน ออกไซด์) เบลนด์จะถูกนำมาใช้เป็นแผ่นรองรับที่ช่อยสลายได้ทางชีวภาพ โดยแผ่นรองรับสามมิติแบบใหม่นี้ถูกขึ้นรูปด้วยเทคโนโลอีการพิมพ์สามมิติของสารละลายของพอลิ(แลกติก แอซิด)/พอลิ(เอทิลีน ออกไซด์) เบลนด์ ความเข้มชั้น 30%w/v ในคลอโรฟอร์ม สารละลายโคบอลต์ คลอไรด์ความเข้มขึ้น 50% โดยน้ำหนัก ที่ใช้เป็นตัวบ่งชี้ความขึ้นเปลี่ยนสีได้จะถูกพิมพ์ลงบนแผ่นรองรับโดยการพิมพ์อิงค์เจ็ทสำหรับใช้ใช้ในการตรวจวัดความชื้น สำหรับความยืดหยุ่นและเสถีขรภาพทางความร้อนของพอลิ(แลกติก เเอซิด)ที่มีการเพิ่มพอลิ(เอทิลีน ออกไซค์)จะถูกยืนยันด้วยการทดสอบแรงดึง การวัดค่าความต่างทางทางความร้อน การวิเคราะห์เสถียรภาพทางความร้อนและการวัดมุมสัมผัส ตามลำดับ ในการสังเกตการเปลี่ยนสีของเซนเซอร์ตรวจวัดความชื้นนี้ในด้านของความว่องไวจะถูกตรวจสอบโดย การเปลี่ยนแปลงสี การวิเคราะห์ระบบสีอาร์จีบี การทดสอบการทวนซ้ำและการวัดความแตกต่างของสี ตามลำดับ การปรับปรุงสมบัติแผ่นรองรับของพอลิ(แลกติก แอซิด)/พอลิ(เอทิลีน ออกไซด์) เบลนด์ถูกปรับปรุงและแสดงให้เห็นถึงสมบัติความชอบน้ำและสมบัติทางความร้อนของพอลิ(แลกติก แอซิด) ที่เพิ่มขึ้นตามปริมาณของพอลิ(เอทิลีน ออกไซด์) นอกจากนี้เปอร์เซ็นต์การยึดตัว ณ จุดขาดของพอลิ(แลกติก แอซิด)/พอลิ(เอทิลีน ออกไซด์) เบลนด์มีค่าเพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับพอลิ(แลกติก แอซิด) ซึ่งแสดงว่าค่าความยึดหยุ่นของพอลิ(แลกติก แอซิด)ได้รับการปรับปรุง ยิ่งไปกว่านั้นค่าความเป็ยกผิวของพอลิ(แลกติก แอซิด) ถูกปรับปรุงให้ดีขึ้นเนื่องจากมุมสัมผัสน้ำของพอลิ(แลกติก แอซิด) มีค่าลดลงเมื่อมีการเติมพอลิ(เอทิลีน ออกไซค์)ลงไปในแมทริกข์ของพอลิ(แลกติก แอชิด) จึงทำให้ง่ายต่อการเคลือบสารละลายบ่งชี้ความขึ้นลงบนแผ่นรองรับ สำหรับการขึ้นรูปแผ่นรองรับสามมิติที่ประสบความสำเร็จของพอลิ(แลกติก แอซิด)/พอลิ(เอทิลีน ออกไซด์) เบลนต์ถูกขึ้นรูปด้วยวิธีเทคโนโลอีการพิมพ์สามมิติ ความเข้มข้นของสารละลายที่เหมาะสมในการขึ้นรูปคือ 30 ร้อยละโดยมวลต่อปริมาตรของพอลิ(แลกติก แอซิด)/พอลิ(เอทิลีน ออกไซด์) เบลนด์อัตราส่วน 3:1 เนื่องมาจากความหนืดของสารละลายที่ค่อนข้างสูง ส่วนพื้นที่รูปทรงสี่เหลี่ยมขนาด 5x5 เชนติเมตร จำนวน 4 เลเชอร์ และรูปทรงกระบอกขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 5 เซนติเมตรของแผ่นรองรับสามมิติถูกขึ้นรูปและเคลือบด้วยสารละลายโคบอลค์ คลอไรค์ความเข้มข้น 50 ร้อยละโดยน้ำหนักด้วยการพิมพ์อิงค์เจ็ทได้อย่างประสบสำเร็จ จากความชื้นระดับต่างๆ พบว่าตัวบ่งชี้โคบอลด์ คลอไรค์จะเกิดการเปลี่ยนแปลงสีในช่วงของสีฟ้าเป็นสีชมพู (เปอร์เซ็นต์ความชื้นสัมพัทธ์ = 60-70) และระบบสีอาร์จีบีบีถูกใช้ในการยืนยันการเปลี่ยนสีของเซนเซอร์ตรวจวัดความขึ้นนี้และการวัดความแตกต่างของสีใช้ในการศึกษาความว่องไวเมื่อเวลาผ่านไป ที่ความชื้นสัมพัทธ์มากกว่า 60 เปอร์เซ็นต์ ค่าสีแดง(ค่าอาร์) มีค่าเพิ่มอย่างมีนัยยะสำคัญ ส่วนในด้านของความว่องไว แผ่นรองรับพอลิเมอร์เบลนด์ที่มีตัวบ่งชี้ความชื้นจะแสดงเวลาที่ใช้ในการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วภายใน 60 วินาทีเมื่อสัมผัสกับความชื้น ตัวตรวจวัดความขึ้นแบบเปลี่ยนสีที่สามารถย่อยสลายได้ ทางชีวภาพเหล่านี้สามารถให้ประโยชน์ในการแก้ไขปัญหาทางด้านสิ่งแวดล้อมต่อไป

Chiang Mai University. Library

Address: CHIANG MAI

Email: cmulibref@cmu.ac.th

Name: Winita Punyodom

Role: Advisor

Name: Patnarin Worajittiphon

Role: Advisor

Created: 2568

Modified: 2025-11-23

Issued: 2025-11-23

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

eng

DegreeName: Master of Science

Level: Master's Degree

Descipline: Chemistry

Grantor: Chiang Mai University

©copyrights Chiang Mai University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	600531076.pdf	8.64 MB

ใช้เวลา

0.025982 วินาที