ศาสตร์น่ารู้ของแก้ว-กระจกเทียม

บุญรักษ์  กาญจนวรวณิชย์
ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

     
ภาพจาก http://www.breakawayfx.com/

      หลายคนคงเคยมีประสบการณ์ถูกเศษแก้วบาดเป็นแผลเลือดไหล ซึ่งแม้จะเป็นแผลเล็ก แต่ความเจ็บปวดที่เกิดขึ้นกลับไม่เล็กตามขนาดแผลเลย แต่เมื่อดูภาพยนตร์แอ๊กชั่นที่มีฉากนักแสดงถูกฟาดศีรษะด้วยขวดแก้ว หรือฉากนักแสดงพุ่งกระแทกประตูหน้าต่างกระจกจนแตกเป็นเสี่ยง สิ่งที่ปรากฏคือ นักแสดงแทบไม่ได้รับบาดเจ็บจากเศษแก้วหรือเศษกระจกบาดเลย แน่นอนว่า อุปกรณ์ที่ใช้แสดงเหล่านั้นไม่ใช่ของจริง แต่ขวดแก้ว และกระจกที่เห็นในภาพยนตร์เหล่านั้นทำจากวัสดุชนิดใดล่ะ?

 

ลักษณะเศษน้ำตาลแก้วแตก
ภาพจาก http://www.freewebs.com/sharonkaye/mostrecentwork.htm

แก้วน้ำตาล: เคยได้ยินไหม?

       วัสดุที่ใช้ทำขวดแก้ว ประตู-หน้าต่างกระจก รวมถึงแผ่นกระจกรถยนต์เทียมที่ใช้ประกอบการถ่ายทำภาพยนตร์ ซึ่งต้องถูกทุบ ฟาด หรือชนแตกคือ แก้วน้ำตาลหรือกระจกน้ำตาล (sugar glass) หรือแคนดี้กลาส (candy glass) ซึ่งองค์ประกอบหลักของวัสดุชนิดนี้คือ น้ำตาล (sugar) ที่ทุกคนรู้จัก
แก้วน้ำตาลมีความใสคล้ายแก้วกระจกจริง แต่มีความแข็งน้อยกว่า และเปราะหักง่าย เมื่อแตกเป็นเสี่ยงจะให้เศษแตกลักษณะคล้ายแก้ว แต่ขอบไม่คมเท่า สามารถขึ้นรูปเป็นรูปทรงหลากหลายแบบ และผสมให้มีสีสันตามต้องการได้ นอกจากนี้หากปรับเปลี่ยนกระบวนการผลิต จะได้ผลิตภัณฑ์ซึ่งมีสมบัติแตกต่างออกไป แก้วน้ำตาลบางชนิดถูกผลิตให้มีความแข็งแรงมากสามารถรับน้ำหนักของผู้แสดงได้สบาย แต่หากเคาะหรือกระแทกแผ่นแก้วน้ำตาลด้วยวัตถุแข็งจะแตกเป็นเสี่ยงทันที ขณะที่บางชนิดมีสมบัติทนทานต่อการละลายน้ำได้ดีสามารถใส่น้ำ และใช้ในฉากการแสดงได้
 อย่างไรก็ดีชิ้นงานที่ทำจากแก้วน้ำตาลมีจุดด้อยสำคัญคือ ไม่สามารถคงรูปร่าง ความแข็งได้นาน เพราะน้ำตาลมีสมบัติดูดความชื้น (hygroscopic) จากอากาศ ดังนั้นหากวางชิ้นงานที่ทำจากแก้วน้ำตาลไว้ในบรรยากาศ ชิ้นงานจะอ่อนตัว และเหนียวติดมือเมื่อสัมผัสโดน

 
ภาพจาก http://stores.homesteadtraining.net/-strse-hard-candy/Categories.bok

 

ศาสตร์การทำแก้วน้ำตาลเหมือนกับลูกอม!
      ดังที่กล่าวไปในตอนต้นว่า แก้วน้ำตาลทำจากน้ำตาล เช่นเดียวกันลูกอมหรืออมยิ้มก็ทำจากน้ำตาล แต่สิ่งที่ทำให้ทั้งคู่สัมพันธ์กันมากขึ้นคือ กระบวนการผลิตที่คล้ายคลึงกัน
      การผลิตลูกอม เริ่มจากการละลายน้ำตาลทรายขาวในน้ำเปล่าให้ได้น้ำเชื่อม (สารละลายของน้ำกับน้ำตาล) จากนั้นเพิ่มความเข้มข้นของน้ำเชื่อมให้เลยจุดอิ่มตัว (saturated) ด้วยการเติมน้ำตาลเพิ่มลงไป และนำน้ำเชื่อมมาให้ความร้อน เพื่อเพิ่มความสามารถในการละลายของน้ำตาล (โดยทั่วไปความสามารถในการละลายของสารในน้ำที่อุณหภูมิห้องจะต่ำกว่าความสามารถในการละลายของสารในน้ำที่มีอุณหภูมิสูง)
น้ำเชื่อมข้นหนืดอุณหภูมิสูงซึ่งประกอบด้วยน้ำตาลปริมาณมาก ขณะนี้จะอยู่ในสภาพสารละลายอิ่มตัวยิ่งยวด (supersaturated) เมื่อนำมาเทลงแบบพิมพ์ ปล่อยให้น้ำเชื่อมเย็นตัว และให้น้ำระเหยออกไปหมด จะได้ก้อนน้ำตาลหรือลูกอม

       

http://www.mtec.or.th/images/users/76/mtec_ims/docs/sugar_glass/waterglass.jpg 
ส่วนผสมหลักของน้ำตาลแก้วคือ น้ำตาล น้ำเชื่อมคอร์นไซรัป และน้ำ
ภาพจาก http://foodforthought-dee.blogspot.com/
ภาพจาก http://hotstove.banff.org/?q=node/3
ภาพจาก http://www.goldenbarrel.com/pancake-waffle-syrups.php

 

ขณะที่การทดลองทำน้ำตาลแก้วอย่างง่ายซึ่งปรากฏในบางเว็บไซต์ระบุส่วนผสมและวิธีทำ ดังนี้
*ส่วนผสม
1.น้ำตาลทรายขาว 7 ส่วน
2.น้ำเชื่อมคอร์นไซรัป 2 ส่วน (corn syrup - น้ำเชื่อมชนิดนี้มีองค์ประกอบหลักคือ กลูโคส และฟรุตโตส และเติมเพื่อป้องกันน้ำตาลตกผลึก)
3.น้ำเปล่า 4 ส่วน
4.ครีมออฟทาร์ทาร์ (cream of tartar - ผงสีขาวที่ใส่ในขั้นตอนการตีไข่ขาว โดยทั่วไปใช้เติมลงไปเพื่อช่วยให้ไข่ขาวขึ้นฟูดี ไม่ยุบตัว ทำให้เนื้อเค้กเบา แต่ในกระบวนการทำแก้วน้ำตาลจะเติมครีมออฟทาร์ทาร์เพื่อป้องกันน้ำตาลตกผลึก)
การทดลองต้องการอุปกรณ์พิเศษคือ เทอร์โมมิเตอร์ที่วัดอุณหภูมิสูงกว่า 150 องศาเซลเซียส
* สัดส่วนของผสมอาจแตกต่างกันตามแต่ละเว็บไซต์
 
วิธีทำ
       เริ่มจาก 1.ใส่ส่วนผสมทั้งหมดลงในภาชนะ กวนให้เข้ากัน
2.นำภาชนะตั้งบนเตาไฟ กวนช้าๆ ทำการเคี่ยวของเหลวด้วยไฟอ่อนจนของเหลวมีอุณหภูมิ 150 องศาเซลเซียส (ประมาณ 300 องศาฟาเรนไฮต์) 

3.นำของเหลวที่เคี่ยวเรียบร้อยแล้ว เทลงถาดที่เคลือบน้ำมันกันติด หรือรองด้วยอะลูมิเนียมฟอยล์
4.ปล่อยให้น้ำตาลแข็งและเย็นตัว ค่อยแกะออกจากถาด
       ดังนั้นคงเห็นชัดขึ้นว่า การทำแก้วน้ำตาลและกระบวนการผลิตลูกอมมีวิธีทำคล้ายกัน และใช้หลักการคล้ายกันคือ ทำให้สารละลายอยู่ในสภาวะอิ่มตัวยิ่งยวด

 

รับเบอร์กลาส: วัสดุแทนแก้วอีกชนิด

      ด้วยเหตุที่แก้ว-กระจกเทียมจากแก้วน้ำตาลไม่สามารถคงสภาพได้นาน จึงมีการนำวัสดุประเภทโพลิเมอร์ชื่อว่า รับเบอร์กลาส (rubber glass) มาใช้ทดแทน ซึ่งผู้ผลิตบางรายเรียกว่า ซิลิโคนกลาส (silicone glass) วัสดุนี้เป็นโพลิเมอร์ประเภทโพลิออร์แกโนไซล็อกเซน (polyorganosiloxane) ผลิตภัณฑ์อยู่ในรูปของเหลว เมื่อจะนำมาขึ้นรูปเป็นชิ้นงานต้องนำสารนี้ไปผสมกับตัวบ่มแข็ง (hardener) ก่อนนำไปขึ้นรูปหรือเทลงแบบพิมพ์ ผลิตภัณฑ์ที่ได้จะมีลักษณะเหมือนแก้ว-กระจก รวมถึงลักษณะเศษที่แตกด้วยทำให้ปัจจุบันผลิตภัณฑ์ชนิดนี้นิยมใช้ในอุตสาหกรรมภาพยนตร์ปัจจุบัน

หมายเหตุ ท่านสามารถศึกษาวิธีทำแก้วน้ำตาลอย่างง่ายได้จากเว็บยูทิวบ์ (www.youtube.com) โดยใช้คำค้นหาว่า sugar glass

แหล่งข้อมูลอ้างอิง
Candy [On-line]. Available: http://en.wikipedia.org/wiki/Candy
Sugar glass [On-line]. Available: http://en.wikipedia.org/wiki/Sugar_glass
How to Make Sugar Glass [On-line]. Available: http://www.ehow.com/how_2078408_make-sugar-glass.html
Science and Property of Sugar Glass [On-line]. Available: http://rm1.cc.lehigh.edu:8080/dept/IMI/pdf_ed/Kelly_ReuPresentation.pdf
Rubber Glass [On-line]. Available: http://tb.smodev.com/tb/uploads/Rubber_Glass.pdf
How is Hard Candy Made? [On-line]. Available: http://www.ehow.com/how-does_4966453_how-hard-candy-made.html
ครีมออฟทาร์ทาร์ [On-line]. Available: http://www.foodietaste.com/FoodPedia_detail.asp?id=199