พอลิเมอร์

พอ ลิเมอร์ (Polymer) คือ สารประกอบที่มีโมเลกุลขนาดใหญ่ และมีมวลโมเลกุลมากประกอบด้วยหน่วยเล็ก ๆ ของสารที่อาจจะเหมือนกันหรือต่างกันมาเชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์

มอนอเมอร์ (Monomer) คือ หน่วยเล็ก ๆ ของสารในพอลิเมอร์ ดังภาพ

ประเภทของพอลิเมอร์ แบ่งตามเกณฑ์ต่าง ๆ ดังนี้

1. แบ่งตามการเกิดเป็นเกณฑ์ เป็น 2 ชนิด คือ

ก . พอลิเมอร์ธรรมชาติ เป็นพอลิเมอร์ที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ เช่น โปรตีน แป้ง เซลลูโลส ไกโคเจน กรดนิวคลีอิก และยางธรรมชาติ (พอลีไอโซปรีน)
ข . พอลิเมอร์สังเคราะห์ เป็นพอลิเมอร์ที่เกิดจากการสังเคราะห์เพื่อใช้ประโยชน์ต่าง ๆ เช่น พลาสติก ไนลอน ดาครอน และลูไซต์ เป็นต้น

2. แบ่งตามชนิดของมอนอเมอร์ที่เป็นองค์ประกอบ เป็น 2 ชนิด คือ

ก . โฮมอลิเมอร์ (Homopolymer) เป็นพอลิเมอร์ที่ประกอบด้วยมอนอเมอร์ชนิดเดียวกัน เช่น แป้ง(ประกอบด้วยมอนอเมอร์ที่เป็นกลูโคสทั้งหมด) พอลิเอทิลีน PVC (ประกอบด้วยมอนอเมอร์ที่เป็นเอทิลีนทั้งหมด)

ข . เฮเทอโรพอลิเมอร์ (Heteropolymer) เป็นพอลิเมอร์ที่ประกอบด้วยมอนอเมอร์ต่างชนิดกัน เช่น โปรตีน (ประกอบด้วยมอนอเมอร์ที่เป็นกรดอะมิโนต่างชนิดกัน) พอลิเอสเทอร์ พอลิเอไมด์ เป็นต้น

3. แบ่งตามโครงสร้างของพอลิเมอร์ แบ่งออกเป็น 3 แบบ คือ

ก. พอลิเมอร์แบบเส้น (Chain length polymer) เป็นพอลิเมอร์ที่เกิดจากมอนอเมอร์สร้างพันธะต่อกันเป็นสายยาว โซ่พอลิเมอร์เรียงชิดกันมากว่าโครงสร้างแบบอื่น ๆ จึงมีความหนาแน่น และจุดหลอมเหลวสูง มีลักษณะแข็ง ขุ่นเหนียวกว่าโครงสร้างอื่นๆ ตัวอย่าง PVC พอลิสไตรีน พอลิเอทิลีน ดังภาพ

ข. พอลิเมอร์แบบกิ่ง (Branched polymer) เป็นพอลิเมอร์ที่เกิดจากมอนอเมอร์ยึดกันแตกกิ่งก้านสาขา มีทั้งโซ่สั้นและโซ่ยาว กิ่งที่แตกจาก พอลิเมอร์ของโซ่หลัก ทำให้ไม่สามารถจัดเรียงโซ่พอลิเมอร์ให้ชิดกันได้มาก จึงมีความหนาแน่นและจุดหลอมเหลวต่ำยืดหยุ่นได้ ความเหนียวต่ำ โครงสร้างเปลี่ยนรูปได้ง่ายเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ตัวอย่าง พอลิเอทิลีนชนิดความหนาแน่นต่ำ ดังภาพ

ค. พอลิเมอร์แบบร่างแห (Croos -linking polymer) เป็นพอลิเมอร์ที่เกิดจากมอนอเมอร์ต่อเชื่อมกันเป็นร่างแห พอลิเมอร์ชนิดนี้มีความแข็งแกร่ง และเปราะหักง่าย ตัวอย่างเบกาไลต์ เมลามีนใช้ทำถ้วยชาม ดังภาพ

หมายเหตุ พอลิเมอร์บางชนิดเป็นพอลิเมอร์ที่เกิดจากสารอนินทรีย์ เช่น ฟอสฟาซีน ซิลิโคน

การเกิดพอลิเมอร์

พอลิเมอร์เกิดขึ้นจากการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรเซชันของมอนอเมอร์
พอลิเมอร์ไรเซชัน (Polymerization) คือ กระบวนการเกิดสารที่มีโมเลกุลขนาดใหญ่ ( พอลิเมอร์) จากสารที่มีโมเลกุลเล็ก ( มอนอเมอร์)

 ปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรเซชัน

1. ปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรเซชันแบบเติม (Addition polymerization reaction) คือปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรเซชันที่เกิดจากมอนอเมอร์ของสารอินทรีย์ชนิดเดียวกันที่มี C กับ C จับกันด้วยพันธะคู่มารวมตัวกันเกิดสารพอลิเมอร์เพียงชนิดเดียวเท่านั้น ดังภาพ

2. ปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรเซชันแบบควบแน่น (Condensation polymerization reaction) คือปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรเซชันที่เกิดจากมอนอเมอร์ที่มีหมู่ฟังก์ชันมากกว่า 1 หมุ่ ทำปฏิกิริยากันเป็นพอลิเมอร์และสารโมเลกุลเล็ก เช่น น้ำ ก๊าซแอมโมเนีย ก๊าซไฮโดรเจนคลอไรด์ เมทานอล เกิดขึ้นด้วย ดังภาพ

พลาสติก

พลาสติก (Plastic) คือ สารที่สามารถทำให้เป็นรูปต่าง ๆ ได้ด้วยความร้อน พลาสติกเป็นพอลิเมอร์ ขนาดใหญ่ มวลโมเลกุลมาก

สมบัติทั่วไปของพลาสติก

• มีความเสถียรมากในธรรมชาติ สลายตัวยาก มีมวลน้อย และเบา
• เป็นฉนวนความร้อนและไฟฟ้าที่ดี
• ส่วนมากอ่อนตัวและหลอมเหลวเมื่อได้รับความร้อน จึงเปลี่ยนเป็นรูปต่างๆ ได้ตามประสงค์

ประเภทของพลาสติก

1. เทอร์มอพลาสติก เมื่อได้รับความร้อนจะอ่อนตัว และเมื่อเย็นลงจะแข็งตัว สามารถเปลี่ยนรูปได้ พลาสติกประเภทนี้โครงสร้างโมเลกุลเป็นโซ่ตรงยาว มีการเชื่อมต่อระหว่างโซ่พอลิเมอร์น้อยมาก จึงสามารถหลอมเหลว หรือเมื่อผ่านการอัดแรงมากจะไม่ทำลายโครงสร้างเดิม ตัวอย่าง พอลิเอทิลีน พอลิโพรพิลีนพอลิสไตรีน

2. พลาสติกเทอร์มอเซต จะคงรูปหลังการผ่านความร้อนหรือแรงดันเพียงครั้งเดียว เมื่อเย็นลงจะแข็งมาก ทนความร้อนและความดัน ไม่อ่อนตัวและเปลี่ยนรูปร่างไม่ได้ แต่ถ้าอุณหภูมิสูงก็จะแตกและไหม้เป็นขี้เถ้าสีดำ พลาสติกประเภทนี้โมเลกุลจะเชื่อมโยงกันเป็นร่างแหจับกันแน่น แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลแข็งแรงมาก จึงไม่สามารถนำมาหลอมเหลวได้ ตัวอย่าง เมลามีน พอลิยูรีเทน

ตาราง แสดงสมบัติบางประการของพลาสติกบางชนิด

พลาสติกรีไซเคิล ( Plastic recycle)

ปัจจุบันเราใช้พลาสติกฟุ่มเฟือยมาก แต่ละปีประเทศไทยมีขยะพลาสติกจำนวนมาก ซึ่งเป็นปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมของโลก จึงมีความพยายามคิดค้นทำพลาสติกที่ย่อยสลายทางชีวภาพ (Biodedradable) มาใช้แทน แต่พลาสติกบางชนิดก้ยังไม่สามารถย่อยสลายทางชีวภาพได้ ในทางปฏิบัติยังคงกำจัดขยะพลาสติกด้วยวิธีฝังกลบใต้ดิน และเผา ซึ่งก่อให้เกิดปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมตามมา วิธีที่ดีที่สุดในการดูแลสิ่งแวดล้อมเกี่ยวกับขยะพลาสติก คือ ลดปริมาณการใช้ให้เหลือเท่าที่จำเป็น และมีการนำพลาสติกบางชนิดกลับไปผ่านบางขั้นตอนในการผลิต แล้วนำกลับมาใช้งานใหม่ได้ตามเดิม

สมาคมอุตสาหกรรมพลาสติก ประเทศสหรัฐอเมริกา (The Society of Plastics Industry ; SPI) ได้กำหนดสัญลักษณ์เพื่อบ่งชี่ประเภทของพลาสติกรีไซเคิล ซึ่งจะกำกับไว้ในผลิตภัณฑ์สินค้าที่ทำด้วยพลาสติก ดังภาพในตาราง

ตาราง แสดงสัญลักษณ์เพื่อบ่งชี่ประเภทของพลาสติกรีไซเคิล

เส้นใย

เส้นใย (Fibers) คือ พอลิเมอร์ชนิดหนึ่งที่มีโครงสร้างของโมเลกุลสามารถนำมาเป็นเส้นด้าย หรือเส้นใย จำแนกตามลักษณะการเกิดได้ดังนี้

ประเภทของเส้นใย

• เส้นใยธรรมชาติ ที่รู้จักกันดีและใกล้ตัว คือ

  - เส้นใยเซลลูโลส เช่น ลินิน ปอ เส้นใยสับปะรด
  - เส้นใยโปรตีน จากขนสัตว์ เช่น ขนแกะ ขนแพะ
  - เส้นใยไหม เป็นเส้นใยจากรังไหม

• เส้นใยสังเคราะห์ มีหลายชนิดที่ใช้กันทั่วไปคือ

        - เซลลูโลสแอซีเตด เป็นพอลิเมอร์ที่เตรียมได้จากการใช้เซลลูโลสทำปฏิกิริยากับกรดอซิติกเข้มข้น โดยมีกรอซัลฟูริกเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา การใช้ประโยชน์จากเซลลูโลสอะซีเตด เช่น ผลิตเป้นเส้นใยอาร์แนล 60 ผลิตเป็นแผ่นพลาสติกที่ใช้ทำแผงสวิตช์และหุ้มสายไฟ
        - ไนลอน (Nylon) เป็นพอลิเมอร์สังเคราะห์จำพวกเส้นใย เรียกว่า “ เส้นใยพอลิเอไมด์” มีหลายชนิด เช่น ไนลอน 6,6 ไนลอน 6,10 ไนลอน 6 ซึ่งตัวเลขที่เขียนกำกับหลังชื่อจะแสดงจำนวนคาร์บอนอะตอมในมอนอเมอร์ของเอมีนและกรดคาร์บอกซิลิก ไนลอนจัดเป็นพวกเทอร์มอพลาสติก มีความแข็งมากกว่าพอลิเมอร์แบบเติมชนิดอื่น (เพราะมีแรงดึงดูดที่แข็งแรงของพันธะเพปไทด์) เป็นสารที่ติดไฟยาก (เพราะไนลอนมีพันธะ C-H ในโมเลกุลน้อยกว่าพอลิเมอร์แบบเติมชนิดอื่น) ไนลอนสามารถทดสอบโดยผสมโซดาลาม (NaOH + Ca(OH) 2) หรือเผาจะให้ก๊าซแอมโมเนีย
        - ดาครอน (Dacron) เป็นเส้นใยสังเคราะห์พวกพอลิเอสเทอร์ ซึ่งเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า Mylar มีประโยชน์ทำเส้นใยทำเชือก และฟิล์ม
        - Orlon เป็นเส้นใยสังเคราะห์ ที่เตรียมได้จาก Polycrylonitrile

ยาง

ยาง (Rubber) คือ สารที่มีสมบัติยืดหยุ่นได้ ทำให้เป็นรูปร่างต่างๆ ได้ เป็นสารประกอบพอลิเมอร์ ประโยชน์ใช้ทำยางลบ รองเท้า ยางรถ ตุ๊กตายาง

ประเภทของยาง

1. ยางธรรมชาติ ได้จากต้นยางพารา น้ำยางที่ได้เป็นของเหลวสีขาว ชื่อ พอลิไอโซปริน

สมบัติ มีความยืดหยุ่น เพราะโครงสร้างโมเลกุลของยางมีลักษณะม้วนงอขดไปมาปิดเป็นเกลียว ได้ แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลเป็นแรงแวนเดอร์วาลส์ สมบัติเปลี่ยนง่ายคือเมื่อร้อนจะอ่อนตัวเหนียว แต่เย็นจะแข็งและเปราะ

2. ยางสังเคราะห์ เป็นพอลิเมอร์ที่สังเคราะห์ขึ้นจากสารผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม เช่น

กระบวนการวัลคาไนเซชัน (Vulcanization process) คือ กระบวนการที่ใช้ในการเพิ่มคุณภาพของยางธรรมชาติ ( ยางดิบ) ให้มีความยืดหยุ่นได้ดีขึ้น มีความคงตัวสูง ไม่สึกกร่อนง่าย และไม่ละลายในตัวทำละลายอินทรีย์ สมบัติเหล่านี้จะยังคงอยู่ ถึงแม้ว่าอุณหภูมิจะเปลี่ยนแปลงก็ตาม