วิชา วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี อ.ชนกนันท์ บางเลี้ยง พอลิเมอร์และพลาสติก วิชา วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี อ.ชนกนันท์ บางเลี้ยง

การจำแนกประเภทของวัสดุ พอลิเมอร์ วัสดุผสม สิ่งทอ โลหะ เซรามิกส์

พอลิเมอร์ (Polymer) พอลิเมอร์ (polymer) หมายถึงสารสังเคราะห์ที่มีโมเลกุลขนาดใหญ่ ซึ่งเกิดจากการรวมตัวของหน่วยเล็กๆ ที่เรียกว่า โมโนเมอร์ เข้าด้วยกัน  “พอลิเมอร์” มาจากคำกรีกสองคำ คือ poly แปลว่าหลายๆ หรือมาก mer แปลว่าหน่วยหรือส่วน มอนอเมอร์ (Monomer) ซึ่งเป็นสารตั้งต้นของพอลิเมอร์อีกที

การแบ่งแยกประเภทของพอลิเมอร์ พอลิเมอร์แบ่งได้เป็น 2 ประเภทดังนี้ โฮโมพอลิเมอร์ (homopolymers) เกิดจากมอนอเมอร์ชนิดเดียวมาต่อกัน โคพอลิเมอร์ (copolymers) หรือพอลิเมอร์ร่วม เกิดจากมอนอเมอร์มากว่าหนึ่งชนิดมาต่อกัน

กระบวนการเกิดพอลิเมอร์ กระบวนการเกิดพอลิเมอร์ (Polymerization) แบ่งออกได้เป็น แบบควบแน่น (Condensation Polymerization) คือ ปฏิกิริยาการรวมตัวทางเคมีของสารโมเลกุลเล็ก หรือโมโนเมอร์ ได้สารโมเลกุลใหญ่หรือพอลิเมอร์ และได้สารโมเลกุลเล็กๆ เช่น น้ำ แอลกอฮอล์ แอมโมเนีย หรือไฮโดรเจน เป็นผลพลอยได้ แบบต่อเติม (Addition Polymerization) คือปฏิกิริยาการรวมตัวทางเคมีของสารโมเลกุลเล็กหรือโมโนเมอร์ แล้วได้สารโมเลกุลใหญ่ หรือพอลิเมอร์เพียงอย่างเดียว (ไม่มีผลพลอยได้) พอลิเมอร์ที่เกิดจากแบบต่อเติมนี้ส่วนใหญ่จะเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอน เช่น พอลิเอทิลีน พอลิไวนิลคอลไรด์ เป็นต้น

ตัวอย่างกระบวนการแบบควบแน่น กลูโคส แป้ง + น้ำ กรดอะมิโน โปรตีน + น้ำ

ตัวอย่างการเกิดกระบวนการแบบต่อเติม เอทิลลีน พอลิเอทิลีน ... พอลิเมอไรเซชั่น ไวนิลครอไรด์ พอลิไวนิลคลอไรด์ (PVC) ... พอลิเมอไรเซชั่น

โครงสร้างและสมบัติของพอลิเมอร์ โครงสร้างของพอลิเมอร์มีความสำคัญต่อสมบัติของพอลิเมอร์ เช่น ความยืดหยุ่น ความแข็งแรง ความเหนียว การยืดตัว การโค้งงอ ความแข็ง การคงรูป และอื่นๆ

โครงสร้างแบบสายยาวหรือสายโซ่ โครงสร้างแบบสายยาวหรือสายโซ่ (Straight Chain Structure) พอลิเมอร์ที่มีโครงสร้างแบบนี้เกิดจากโมโนเมอร์มาเรียงต่อกันโดย ปฏิกิริยาเคมี เป็นเส้นตรงคล้ายเส้นด้าย เช่น พอลิเอทิลีน พอลิสไตรีน และเซลลูโลส เกิดจากโมโนเมอร์ ชนิดที่มีตำแหน่งที่ว่องไวต่อปฏิกิริยาเคมีเพียง 2 ตำแหน่ง

คุณสมบัติของพอลิเมอร์สายยาว โครงสร้างจะชิดกันมาก ทำให้ ความหนาแน่นสูง จุดหลอมเหลวสูง  มีลักษณะแข็งเหนียวกว่าโครงสร้างอื่นๆ  เมื่อได้รับความร้อนจะอ่อนตัวและแข็งตัวเมื่ออุณหภูมิต่ำ (เทอร์โมพลาสติก)

โครงสร้างแบบสาขาหรือแขนง พอลิเมอร์ชนิดนี้มี สาขาโซ่แตกออกไปจากโซ่หลัก เกิดจากโมโนเมอร์ชนิดที่มีตำแหน่งที่ไวต่อปฏิกิริยาเคมี 2 และ 3 ตำแหน่ง ตัวอย่าง เช่น เมลามีนฟอร์มัลดีไฮด์ ไกลโคเจน พอลิเอทิลีนแบบสาขา เป็นต้น

คุณสมบัติของพอลิเมอร์สาขา สารพอลิเมอร์ที่มีโครงสร้างแบบสาขาจะมีสมบัติคล้ายกับแบบสายยาว แต่โครงสร้างแบบสาขาจะมีความหนาแน่นน้อยและโค้งงอได้ดีกว่าแบบสายยาว เนื่องจากโมเลกุลของสายพอลิเมอร์จะไม่แนบชิดอัดกันแน่น เพราะมีสาขาของสายขวางกั้นอยู่ แต่แบบสายยาวจะยืดตัวได้ดีกว่าแบบสาขา เพราะโมเลกุลเรียงตัวในแนวเส้นตรง

โครงสร้างแบบตาข่ายหรือร่างแห โครงสร้างแบบนี้เกิดจากการเชื่อมโยงระหว่างโครงสร้างแบบสายยาวและแบบสาขามาเชื่อมต่อกันเป็นร่างแห มีกิ่งสาขาเชื่อมโยงภายในโมเลกุลหรือกับโมเลกุลอื่น เช่น โมเลกุลของแป้งและ เบเคไลต์ (ฟีนอล-ฟอร์มัลดีไฮด์)

คุณสมบัติของพอลิเมอร์แบบตาข่าย สารพอลิเมอร์ที่มีโครงสร้างแบบร่างแหจะมีสมบัติแข็งแรงทนทาน โค้งงอได้น้อย เนื่องจากโมเลกุลยึดกันแน่นใน 3 ทิศทาง คงรูปร่าง ไม่ยืดหยุ่น เมื่อได้รับความร้อนจะไม่หลอมเหลว และไม่สามารถเปลี่ยนแปลงรูปร่างได้

พลาสติก พลาสติกก็คือวัสดุที่ประกอบด้วยมาโครโมเลกุลที่มีอยู่ตามธรรมชาติ (เช่นยางธรรมชาติ เซลลูโลส โปรตีน ฯลฯ) หรือได้จากการสังเคราะห์สารประกอบโมเลกุลต่ำ (เช่น Ethylene, Benzol Formaldehyde ฯลฯ) เนื่องจากพลาสติกเป็นสารประเภทพอลิเมอร์ การสังเคราะห์พลาสติกจึงต้องนำวัตถุดิบมาผ่านกระบวนการทางเคมี ให้ได้โมเลกุลของมอนอเมอร์ก่อน แล้วจึงนำมอนอเมอร์มารวมกันโดยกระบวนการพอลิเมอไรเซชันเป็นพอลิเมอร์

ประเภทของพลาสติก พลาสติกมีมากมายหลายชนิด แต่ละชนิดมีสมบัติต่างๆ กัน เช่น ความทึบแสง โปร่งแสง โปร่งใส ความแข็ง การโค้งงอ การติดไฟยาก-ง่ายต่างกัน บางชนิดไหม้ไฟเป็นเถ้าถ่าน แต่บางชนิดหลอมเหลวได้เมื่อร้อน เป็นต้น การจัดประเภทพลาสติกโดยใช้ลักษณะของพลาสติกเมื่อได้รับความร้อนเป็นเกณฑ์นั้น สามารถจำแนกประเภทพลาสติกได้เป็น 2 ประเภทคือ เทอร์โมพลาสติก (Thermoplastic ย่อว่า TP) เทอร์โมเซต (Thermoses ย่อว่า TS)

เทอร์โมพลาสติก (Thermoplastic ย่อว่า TP) เป็นพลาสติกที่ถูกความร้อนแล้วอ่อนตัวหรือหลอมเหลวที่ให้รูปร่างเปลี่ยนไปแล้ว สามารถเอากลับไปหลอมใหม่เป็นรูปเดิมหรือรูปอื่นได้ โดยที่สมบัติยังคงเหมือนเดิม และสามารถเปลี่ยนกลับไปกลับมาได้ตลอด เป็น Plastics with a memory หรือ พลาสติกคืนรูป มีโครงสร้างเป็นแบบสายยาว ตัวอย่างเช่น พอลิเอทิลีน พอลิสไตรีน พอลิไวนิลคลอไรต์ (พีวีซี) พอลิเอไมต์ (Polyamide หรือไนลอน) พอลิโพรพิลีน อะคริลิก เป็นต้น

เทอร์โมเซต (Thermoses ย่อว่า TS) เป็นพลาสติกที่ถูกความร้อนแล้วไม่อ่อนตัว แต่ถ้าร้อนมากจะไหม้เป็นถ่าน เราเรียกพลาสติกประเภทนี้ว่า พลาสติกคงรูป เนื่องจากในกระบวนการผลิตได้เกิดความแข็งแรงมาก สลายตัวได้ยาก ตัวอย่างเช่น พอลิเอสเทอร์ ยูเรียฟอร์มัลดีไฮด์ เลามีนฟอร์มัลดีไฮด์ (หรือ melmac) เบเคไลต์ พอลิยูรีเทน อีพอกซี เป็นต้น

ผลิตภัณฑ์พลาสติก พลาสติกที่ผลิตได้จากกระบวนการพอลิเมอไรเซชัน เรียกว่า วัตถุดิบพลาสติก มีรูปแบบ 3 ชนิด คือ เป็นผง เป็นเม็ด และเป็นของเหลวข้นคล้ายยาง ที่เรียกว่า เรซิน (Rasin) กรรมวิธีการผลิตในอุตสาหกรรมพลาสติกนั้นมีอยู่หลายวิธี เช่น การหล่อแบบ การอัดแบบ การฉีดเข้าแบบเป็นต้น

สมาคมอุตสาหกรรมพลาสติกแห่งอเมริกา (The Society of the Plastics Industry, Inc.)ได้กำหนดสัญลักษณ์มาตรฐานของพลาสติกยอดนิยม กลุ่มต่างๆ ที่สามารถนำกลับมาหมุนเวียนหรือที่เรียกว่าการรีไซเคิล (Recycle) ไว้ 7 ประเภทหลักๆ

  พลาสติกหมายเลข 1 มีชื่อว่า พอลิเอทธิลีนเทเรฟธาเลท (Polyethylne Terephthalate) หรือที่รู้จักกันดีว่า เพ็ท (PET หรือ PETE) เป็นพลาสติกใส แข็ง ทนแรงกระแทกดี ไม่เปราะแตกง่าย และกันแก๊สซึมผ่านดี ใช้ทำขวดบรรจุน้ำดื่ม ขวดน้ำมันพืช เป็นต้น สามารถนำมา รีไซเคิลเป็นเส้นใย สำหรับทำเสื้อกันหนาว พรม และใยสังเคราะห์สำหรับยัดหมอน เป็นต้น           พลาสติกหมายเลข 2 มีชื่อว่า พอลิเอธิลีนความหนาแน่นสูง (High Density Polyethylene) หรือที่เรียกแบบย่อว่า เอชดีพีอี (HDPE) เป็นพลาสติกที่เหนียวและแตกยาก ค่อนข้างแข็งแต่ยืดได้มาก ทนทานต่อสารเคมีและสามารถขึ้นรูปทรงต่างๆ ได้ง่าย ใช้ทำขวดนม ขวดน้ำ และบรรจุภัณฑ์สำหรับน้ำยาทำความสะอาด ยาสระผม เป็นต้น สามารถนำมารีไซเคิลเป็น ขวดน้ำมันเครื่อง ท่อ ลังพลาสติก ไม้เทียม เป็นต้น           พลาสติกหมายเลข 3 มีชื่อว่า พอลิไวนิลคลอไรด์ (Polyvinylchloride) หรือที่รู้จักกันดีว่า พีวีซี (PVC) ใช้ทำท่อน้ำประปา สายยางใส แผ่นฟิล์มสำหรับห่ออาหาร แผ่นพลาสติกสำหรับทำประตู หน้าต่าง และหนังเทียม เป็นต้น สามารถนำมารีไซเคิลเป็นท่อน้ำประปาหรือรางน้ำ สำหรับการเกษตร กรวยจราจร เฟอร์นิเจอร์ ม้านั่งพลาสติก ตลับเทป เคเบิล แผ่นไม้เทียม เป็นต้น  พลาสติกหมายเลข 4 มีชื่อว่า พอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ (Low Density Polyethylene) สามารถเรียกแบบย่อว่า แอลดีพีอี (LDPE) เป็นพลาสติกที่มีความนิ่ม เหนียว ยืดตัวได้มาก ใส ทนทาน แต่ไม่ค่อยทนต่อความร้อน ใช้ทำฟิล์มห่ออาหารและห่อของ ถุงใส่ขนม ปัง ถุงเย็นสำหรับบรรจุอาหาร สามารถนำมารีไซเคิลเป็นถุงดำสำหรับใส่ขยะ ถุงหูหิ้ว ถังขยะ กระเบื้องปูพื้น เฟอร์นิเจอร์ แท่งไม้เทียม เป็นต้น           พลาสติกหมายเลข 5 มีชื่อว่า พอลิโพรพิลีน (Polypropylene) เรียกโดยย่อว่า พีพี (PP) เป็นพลาสติกที่มีความ ใส ทนทานต่อความ ร้อน คงรูป เหนียว และทนแรงกระแทกได้ดี นอกจากนี้ยังทนต่อสารเคมีและน้ำมัน ใช้ทำภาชนะบรรจุอาหาร เช่น กล่อง ชาม จาน ถัง ตะกร้า กระบอกใส่น้ำแช่เย็น ขวดซอส แก้วโยเกิร์ต ขวดบรรจุยา สามารถนำมารีไซเคิลเป็นกล่องแบตเตอรี่ในรถยนต์ ชิ้นส่วนรถยนต์ เช่น กันชนและ กรวยสำหรับน้ำมัน ไฟท้าย ไม้กวาดพลาสติก แปรง เป็นต้น           พลาสติกเลข 6 มีชื่อว่า พอลิสไตรีน (Polystyrene) หรือที่เรียกโดยย่อว่า พีเอส (PS) เป็นพลาสติกที่มีความใส แต่เปราะและแตกง่าย ใช้ทำภาชนะบรรจุของใช้ต่างๆ หรือโฟมใส่อาหาร เป็นต้น สามารถนำมารีไซเคิลเป็นไม้แขวนเสื้อ กล่องวิดีโอ ไม้บรรทัด กระเปาะเทอร์โม มิเตอร์ แผงสวิตช์ไฟ ฉนวนความร้อน ถาดใส่ไข่ เครื่องมือเครื่องใช้ต่างๆ ได้           พลาสติกเลข 7 นั้นมิได้มีการระบุชื่อจำเพาะ แต่ไม่ใช่พลาสติกชนิดใดชนิดหนึ่งใน 6 ที่ได้กล่าวไปในข้างต้น แต่เป็นพลาสติกที่นำมา หลอมใหม่ได้

อันตรายที่อาจเกิดขึ้นได้จากการใช้งานพลาสติก ผู้ที่ใช้ถุงพลาสติกที่เป็นสีต่าง ๆ อาจได้รับอันตรายจากเม็ดสีที่เติมเข้าไป ซึ่งมีส่วนผสมของตะกั่วและแคดเมียม ตะกั่วอาจก่อให้เกิดผลเสียต่อการทำงานของระบบประสาทส่วนกลาง หมดสติ ทางเดินหายใจขัดข้อง หัวใจวาย หรืออาจตายได้ แคดเมียมมีผลทำลายเซลและเนื้อเยื่อของไตทำให้เกิดภาวะไตอักเสบรุนแรง การเผาพลาสติกบางประเภทเช่น โพลีเอทิลีนก่อให้เกิดสารอะซิทัลดีไฮด์และฟอร์มัลดีไฮด์ ซึ่งทั้งสองสารนี้ต้องสงสัยว่าจะเป็นสารก่อมะเร็ง

อันตรายที่อาจเกิดขึ้นได้จากการใช้งานพลาสติก สารเติมแต่งเพื่อปรับปรุงคุณภาพพีวีซี เช่น สารพลาสติกไซเซอร์และสารอื่น ๆ ได้แก่ พาทาเลท สารแต่งสีซึ่งมีตะกั่วและแคดเมียม สารทำให้คงตัว (stabilizers) เช่น แบเรียม สามารถแพร่กระจายออกมาจากพีวีซีได้ ในกรณีที่ใช้ใส่หรือห่อหุ้มอาหารสารเหล่านี้สามารถปนเปื้อนในอาหารได้ พลาสติกประเภทโพลีโพรพิลีนเป็นวัสดุที่ติดไฟได้ง่าย ดังนั้นจึงต้องมีการเติมสารหน่วงไฟเพื่อป้องกันการติดไฟ ซึ่งสารหน่วงไฟที่เติมจะเป็นพวกโบรมิเนเตตและคลอริเนเตต สารกลุ่มนี้ถ้าไหม้ไฟแล้วจะให้สารพิษไดออกซิน