ผลิตภัณฑ์จากพอลิเมอร์
ทีมงานทรูปลูกปัญญา
|
15 ก.ย. 67
 | 906 views



พอลิเมอร์สามารถนำไปผลิตเป็นผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ ได้มากมาย เช่น ขวดน้ำ ถ้วย จาน ชาม ถุงบรรจุอาหาร ถุงมือแพทย์ ยางรถยนต์ ดังนี้

 

1. พลาสติก (plastic)

พลาสติก เป็นผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการนำพอลิเมอร์มาขึ้นรูป ซึ่งพลาสติกแต่ละชนิดจะมีสมบัติแตกต่างกันตามกรรมวิธีการผลิต การศึกษาชนิดของพลาสติกจึงทำได้โดยการตรวจสอบสมบัติบางประการของพลาสติก เช่น บางชนิดเมื่อขีดจะเป็นรอยหรือตัดเป็นชิ้นได้ง่าย บางชนิดเมื่อใช้มีดกรีดจะมีรอยเล็กน้อย แต่บางชนิดก็ไม่มีรอยเลย ส่วนความสามารถในการละลายนั้นขึ้นอยู่กับชนิดของตัวทำละลาย โดยพลาสติกส่วนใหญ่ละลายได้ดีในตัวทำละลายอินทรีย์ เช่น เฮกเซน โทลูอีน อีกทั้งพลาสติกแต่ละชนิดยังมีความหนาแน่นแตกต่างกันอีกด้วย

สมบัติทางกายภาพอีกประเภทหนึ่งของพลาสติก คือ การอ่อนตัวหรือการหลอมเหลวเมื่อได้รับความร้อน ดังนั้น หากพิจารณาลักษณะของพลาสติกเมื่อได้รับความร้อน สามารถจำแนกพลาสติกออกได้เป็น 2 ประเภท ดังนี้

 

1. เทอร์มอพลาสติก (thermoplastic)

- มีโครงสร้างแบบเส้นหรือแบบกิ่ง
- เป็นพลาสติกที่อ่อนตัวเมื่อได้รับความร้อน และเมื่ออุณหภูมิลดลงจะแข็งตัว
- กลับมาเป็นรูปร่างเดิมหรือเปลี่ยนรูปร่างได้ โดยสมบัติไม่เปลี่ยนแปลง

ตัวอย่างเช่น พอลิเอทิลีน พอลิโพรพิลีน พอลิสไตรีน

2. พลาสติกเทอร์มอเซต (thermosetting plastic)

- มีโครงสร้างแบบร่างแห
- ทนต่อความร้อนและความดันได้ดี หากมีอุณหภูมิสูงมากจะแตกและไหม้เป็นเถ้า
- เมื่อขึ้นรูปด้วยความร้อนหรือแรงดันแล้วจะไม่สามารถนำกลับมาขึ้นรูปใหม่ได้อีก

ตัวอย่างเช่น พอลิยูรีเทน พอลิเมลามีนฟอร์มาลดีไฮด์ พอลิฟีนอลฟอร์มาลดีไฮด์

 

2. ยาง

ยางเป็นพอลิเมอร์ธรรมชาติ ซึ่งน้ำยางสดจากต้นยางมีลักษณะข้น สีขาวขุ่น ประกอบด้วยเนื้อยางประมาณร้อยละ 25 – 45 ขึ้นอยู่กับสายพันธุ์ของต้นยาง อายุของต้นยาง และฤดูกาลเก็บเกี่ยว โดยหากแยกเนื้อยางออกมาจากน้ำยาง จะเรียกว่า ยางดิบ

 

มอนอเมอร์ของยาง คือ ไอโซพรีน (isoprene) ซึ่งมีสูตรเคมี คือ C5H8 และมีโครงสร้าง 2 แบบ ดังนี้

1. ยางพาราจะประกอบด้วยมอนอเมอร์ที่มีหมู่ CH2 อยู่ด้านเดียวกันของพันธะคู่ เรียกว่า ซิส-1,4-พอลิไอโซพรีน

2. ยางจากต้นกัตตา (gutta) ต้นยางบาลาทา (balata) และต้นยางซิเคิล (chicle) มีโครงสร้างเป็นทรานส์-1,4-พอลิไอโซพรีน ซึ่งทำให้มีความยืดหยุ่นน้อยกว่ายางพารา

 

ยางมีสมบัติ คือ มีความยืดหยุ่นสูง เนื่องจากโครงสร้างโมเลกุลมีลักษณะขดไปมาเป็นเกลียว โดยมีแรงแวนเดอร์วาลส์ยึดเหนี่ยวระหว่างโซ่ของพอลิเมอร์ อีกทั้งยังทนต่อแรงดึง การขัดถู ทนต่อน้ำและน้ำมัน แต่ไม่ทนต่อน้ำมันเบนซินและตัวทำละลายอินทรีย์ เมื่อได้รับความร้อนจะเหนียวและอ่อนตัว แต่หากอยู่ในอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิห้องจะมีลักษณะแข็งและเปราะ

ต่อมา ชาลส์ กูดเยียร์ (Charles Goodyear) ค้นพบว่า เมื่อยางทำปฏิกิริยากับกำมะถันในปริมาณที่เหมาะสม ณ อุณหภูมิที่สูงกว่าจุดหลอมเหลวของกำมะถัน จะเกิดพันธะโคเวเลนต์ของกำมะถันเชื่อมต่อระหว่างโซ่พอลิไอโซพรีนในบางตำแหน่ง ทำให้ยางมีความยืดหยุ่นคงรูปดีขึ้น ทนความร้อนและแสงได้ดีขึ้น เรียกว่า ปฏิกิริยาวัลคาไนเซชัน (vulcanization reaction)

นอกจากการเติมกำมะถันแล้ว ยังอาจเติมซิลิกา ซิลิเกต หรือผงถ่าน ซึ่งช่วยเพิ่มความแข็งแกร่งให้กับยางเพื่อนำไปผลิตยางสำหรับยานพาหนะ โดยเฉพาะผงถ่านจะช่วยป้องกันการสึกกร่อนและถูกทำลายจากแสงแดดได้ดี

ยางธรรมชาตินำมาทำผลิตภัณฑ์ได้หลากหลาย เช่น ถุงมือแพทย์ ถุงยางอนามัย ยางยืด กระเป๋าน้ำร้อน ฟองน้ำสำหรับที่นอนและหมอน

นอกจากการใช้ประโยชน์จากยางธรรมชาติแล้ว ยังมีการผลิตยางสังเคราะห์อีกด้วย เช่น

- พอลิบิวทาไดอีน (polybutadiene) หรือยางบีอาร์ (butadiene rubber ; BR) เป็นยางสังเคราะห์ชนิดแรกของโลก โดยมีมอนอเมอร์เป็นบิวทาไดอีน ซึ่งมีสมบัติยืดหยุ่นมากกว่ายางธรรมชาติ ไม่ทนต่อแรงดึง ทนต่อการขัดถู ทนต่อน้ำมันหรือตัวทำละลายที่ไม่มีขั้ว นำไปใช้ทำยางรถยนต์ ยางล้อเครื่องบิน ลูกฟุตบอล

- พอลิคลอโรพรีน (polychloroprene) หรือยางนีโอพรีน (neoprene) สังเคราะห์ขึ้นจากมอนอเมอร์คลอโรพรีน โมเลกุลมีการเรียงตัวอย่างเป็นระเบียบ ยางชนิดนี้จึงสามารถตกผลึกได้เช่นเดียวกับยางธรรมชาติ สลายตัวยาก ทนไฟ ทนต่อแรงดึง ทนต่อสภาวะที่ต้องสัมผัสกับน้ำ อากาศ และอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลง ทนต่อการสลายตัวในน้ำมันเบนซินและตัวทำละลายอื่น ๆ นำไปใช้ทำยางซีล ยางสายพานลำเลียงในเหมืองแร่

- พอลิสไตรีนบิวทาไดอีน (polystyrene butadiene) หรือยางเอสบีอาร์ (styrene butadiene rubber; SBR) เป็นพอลิเมอร์ที่เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างสไตรีนกับบิวทาไดอีน มีสมบัติทนต่อการขัดถู เกิดปฏิกิริยากับออกซิเจนได้ยาก มีความยืดหยุ่นน้อยกว่ายางธรรมชาติ เป็นยางสังเคราะห์ที่ใช้อย่างแพร่หลาย เนื่องจากมีการผลิตได้ปริมาณมาก ราคาไม่แพงเมื่อเปรียบเทียบกับยางธรรมชาติและสามารถแปรรูปได้ง่าย นำไปใช้ทำพื้นรองเท้า สายพาน

- พอลิไอโซพรีน (polyisoprene) หรือยางไออาร์ (polyisoprene; IR) มีสูตรโครงสร้างเหมือนยางธรรมชาติ แต่สมบัติคล้ายยางธรรมชาติ แต่มีควาทนต่อแรงดึงน้อยกว่า นำไปใช้ทำจุกนมยาง อุปกรณ์ทางการแพทย์

 

ผลิตภัณฑ์จากพอลิเมอร์อีกชนิดที่นิยมใช้ คือ เส้นใย ซึ่งเป็นพอลิเมอร์ที่มีโครงสร้างที่สมารถนำมาปั่นเป็นเส้นหรือเป็นเส้นด้าย โดยแบ่งออกได้เป็น 3 ประเภท คือ เส้นใยธรรมชาติ เส้นใยกึ่งสังเคราะห์ และเส้นใยสังเคราะห์

1. เส้นใยธรรมชาติ 

- เซลลูโลส ได้จากส่วนต่าง ๆ ของพืช เช่น ฝ้าย นุ่น ลินิน ป่าน ปอ สับปะรด
- โปรตีนได้จากสัตว์ เช่น ขนแกะ ขนแพะ รังไหม
- ใยหิน เป็นแร่ที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ มีลักษณะเป็นเส้นใยละเอียด

ข้อดี ดูดซับน้ำได้ดีและระบายอากาศได้ดี

ข้อจำกัด ผ้าฝ้ายจะเป็นราและเปื่อยง่าย ผ้าไหมจะหดตัวเมื่อได้รับความร้อนหรือความชื้น
 

2. เส้นใยกึ่งสังเคราะห์

- เซลลูโลสแอซีเตต เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างเซลลูโลสกับกรดแอซิติกเข้มข้น โดยมีกรดซัลฟิวริกเข้มข้นเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา มีสมบัติคล้ายเซลลูโลส
- เรยอน มีสมบัติคล้ายขนสัตว์ ไหม ลินิน และฝ้าย

ข้อดี น้ำหนักเบา ไม่ดูดซับความร้อน และดูดซับเหงื่อได้ดี
 

3. เส้นใยสังเคราะห์

- พอลิเอสเทอร์หรือดาครอน เกิดจากปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันแบบควบแน่น ระหว่างเอทิลีนไกลคอลกับไดเมทิลเทเรฟทาเลต
- พอลิเอไมด์หรือไนลอน เช่น ไนลอน 6,6 เกิดจากปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันแบบควบแน่นระหว่างเอมีนกับกรดคาร์บอกซิลิก
- พอลิอะคริโลไนไตรล์ เช่น โอรอนเกิดจากปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันแบบเติมของอะคริโลไนไตรล์

ข้อดี น้ำหนักเบา ทนต่อจุลินทรีย์ เชื้อรา และแบคทีเรีย ไม่ยับง่าย ไม่ดูดน้ำ ทนต่อสารเคมี ซักง่าย และแห้งเร็ว