อ.ณัฐวัฒน์ ธนสารโชคพิบูลย์ พอลิเมอร์ อ.ณัฐวัฒน์ ธนสารโชคพิบูลย์

โครงสร้างและสมบัติของพอลิเมอร์ 1. พอลิเมอร์แบบเส้น (Linear polymer) 2. พอลิเมอร์แบบกิ่ง (Branched polymer) 3. พอลิเมอร์แบบร่างแห (Network polymer)

พอลิเมอร์แบบเส้น ได้แก่ พอลิเอทิลีน พอลิโพรพิลีน พอลิไวนิลคลอไรด์ พอลิสไตรีน พอลิอะคริโลไนไตรล์ ไนลอน 6,6 และ พอลิเอทิลีนเทเรฟทาเลต PE สายโซ่เรียงชิดกันได้มากจึงแข็ง ขุ่น และเหนียว PS ซึ่งมีเบนซีนอยู่นอกโซ่ จึงผลักให้โซ่อยู่ห่างกัน ทำให้มีความใสกว่า PE PET มีอะโรมาติก เป็นองค์ประกอบอยู่ในสายโซ่ จึงเกิดผลึกได้ยาก ทำให้มี ความใสกว่าพอลิเมอร์แบบเส้นชนิดอื่น

พอลิเมอร์แบบกิ่ง อาจเป็นชนิดโซ่สั้น หรือโซ่ยาวแตกออกไปจากโซ่หลัก อาจเป็นชนิดโซ่สั้น หรือโซ่ยาวแตกออกไปจากโซ่หลัก   โซ่พอลิเมอร์ไม่สามารถจัดเรียงตัวชิดกันได้   พอลิเมอร์ชนิดนี้จึงยืดหยุ่น มีความหนาแน่น และจุดหลอมเหลวต่ำกว่า พอลิเมอร์แบบเส้น ตัวอย่างเช่น พอลิเอทิลีนชนิดความหนาแน่นต่ำ (LDPE = Low Density Polyethylene)

พอลิเมอร์แบบร่างแห เกิดจากการเชื่อมโยงระหว่างโซ่พอลิเมอร์ที่มีโครงสร้าง แบบเส้น หรือแบบกิ่งต่อเนื่องกันเป็นร่างแห ถ้าการเชื่อมโยงระหว่างโซ่หลักมีน้อย จะมีสมบัติยืดหยุ่น และอ่อนตัว แต่ถ้ามีการเชื่อมโยงมาก พอลิเมอร์จะแข็งไม่ยืดหยุ่น พอลิเมอร์แบบร่างแหจะมีจุดหลอมเหลวสูง เมื่อขึ้นรูปแล้วไม่สามารถหลอมหรือเปลี่ยนแปลงรูปร่างได้ เช่น พอลิฟีนอลฟอร์มาลดีไฮด์ (เบกาไลต์) พอลิเมลามีนฟอร์มาลดีไฮด์ (เมลามีน)

สมบัติของพอลิเมอร์ พอลิเมอร์ที่มีโครงสร้างแบบเส้นและแบบกิ่ง จะอ่อนตัวเมื่อได้รับความร้อน และเมื่ออุณหภูมิลดลง จะแข็งตัวได้ดังเดิม แต่พอลิเมอร์แบบร่างแหเมื่อได้รับความร้อนจะไม่หลอม และไม่สามารถเปลี่ยนแปลงรูปร่างได้ พอลิเมอร์ที่มวลโมเลกุลสูง และมีโครงสร้างแบบเส้น จะมีความเหนียว พอลิเมอร์ที่ไม่มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างสายโซ่ แต่ยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะไฮโดรเจนระหว่างหมู่ฟังก์ชัน หรือยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงแวนเดอวาลส์จะมีจุดหลอมเหลวสูง

สมบัติของพอลิเมอร์ พอลิเมอร์ที่โซ่เรียงชิดกันได้มากจะมีความหนาแน่น และมีความเป็นผลึกสูง จึงมีความแข็ง อากาศหรือน้ำผ่านไม่ได้ รวมทั้งมีลักษณะขุ่นหรือทึบแสง สมบัติทางเคมีของพอลิเมอร์จะขึ้นอยู่กับหมู่ฟังก์ชันในโซ่พอลิเมอร์ และมีสมบัติเหมือนกับสารอินทรีย์ที่มีหมู่ฟังก์ชันเดียวกัน เช่น พอลิไวนิลแอลกอฮอล์ละลายน้ำได้ เพราะมีหมู่ฟังก์ชัน   -OHเช่นเดียวกับแอลกอฮอล์

แบบฝึกหัด ; พอลิเมอร์ 1. จากสูตรโครงสร้างของมอนอเมอร์ต่อไปนี้ มอนอเมอร์ชนิดใดเกิดปฏิกิริยา แบบควบแน่น และชนิดใดเกิดแบบเติม เพราะเหตุใด ตอบ

แบบฝึกหัด ; พอลิเมอร์ 2. จงบอกมอนอเมอร์ตั้งต้นของพอลิเมอร์ต่อไปนี้ ตอบ 2. จงบอกมอนอเมอร์ตั้งต้นของพอลิเมอร์ต่อไปนี้ ตอบ ตอบ ตอบ

แบบฝึกหัด ; พอลิเมอร์ 3. พิจารณาพอลิเมอร์ที่มีโครงสร้างต่อไปนี้ ก. พอลิเมอร์ใดควรมีความยืดหยุ่นได้ ตอบ B C D ข. พอลิเมอร์ใดควรจะมีจุดหลอมเหลวสูงที่สุด ตอบ B A C B D

ผลิตภัณฑ์จากพอลิเมอร์ พลาสติก เส้นใย ยาง

พลาสติก พลาสติก อัดแบบ หล่อแบบ ฟิล์ม เส้นใย โฟม สารเคลือบ สารยึดติด โฟม เป่าขึ้นรูป เป็นพอลิเมอร์ที่นำมาขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์เพื่อใช้งานในรูปแบบต่างๆ พลาสติกต่างชนิดกันจะมีความแข็งแตกต่างกัน   พลาสติกส่วนใหญ่ละลายได้ดีในตัวทำละลายอินทรีย์ เช่น เฮกเซน โทลูอีน พลาสติกจะอ่อนตัว หรือหลอมเหลวเมื่อได้รับความร้อน

พลาสติก ถ้าใช้การเปลี่ยนแปลงเมื่อได้รับความร้อนเป็นเกณฑ์ จะจำแนกพลาสติกเป็น 2 ประเภทดังนี้ 1.  เทอร์มอพลาสติก 2. พลาสติกเทอร์มอเซต

เทอร์มอพลาสติก (Thermoplastic) เป็นพลาสติกที่อ่อนตัวเมื่อได้รับความร้อน และเมื่ออุณหภูมิลดลงจะแข็งตัว ถ้าให้ความร้อนอีกก็จะอ่อนตัว และสามารถทำให้กลับเป็นรูปร่างเดิมหรือเปลี่ยนรูปร่างได้ โครงสร้างแบบเส้น หรือแบบกิ่ง ตัวอย่างเช่น พอลิเอทิลีน พอลิโพรพิลีน พอลิสไตรีน

พลาสติกเทอร์มอเซต (Thermoset plastic) เป็นพลาสติกที่เมื่อขึ้นรูปด้วยการผ่านความร้อน หรือแรงดันแล้วจะไม่สามารถนำกลับมาขึ้นรูปใหม่ได้อีก เมื่อแข็งตัวแล้วจะมีความแข็งมาก ทนต่อความร้อน และความดันได้ดีกว่า เทอร์มอพลาสติก ถ้าทำให้มีอุณหภูมิสูงมากจะแตก และไหม้เป็นเถ้า ตัวอย่างเช่น พอลิเมลามีนฟอร์มาลดีไฮด์ พอลิยูรีเทน และพอลิฟีนอลฟอร์มาลดีไฮด์

เส้นใยกึ่งสังเคราะห์ เส้นใยธรรมชาติ เซลลูโลส โปรตีน ใยหิน เส้นใยกึ่งสังเคราะห์ เรยอน เส้นใยสังเคราะห์ พอลิเอสเทอร์ พอลิเอไมด์ พอลิอะคริโลไนไตรล์ อื่นๆ

เส้นใยธรรมชาติจากพืช เส้นใยเซลลูโลสจากส่วนต่างๆ ของพืช เส้นใยที่หุ้มเมล็ดฝ้าย นุ่น ใยมะพร้าว เส้นใยจากเปลือกไม้ เช่น ลินิน ปอ กัญชา เส้นใยจากใบ เช่น สับปะรด ศรนารายณ์ เส้นใยจากฝ้ายจัดเป็นเซลลูโลสบริสุทธิ์ที่นำมาใช้ประโยชน์มากที่สุดถึงร้อยละ 50 ของเส้นใยทั้งหมด

เส้นใยธรรมชาติจากสัตว์ เป็นสารประเภทโปรตีน เช่น ขนแกะ ขนแพะ และเส้นใยจากรังไหม เมื่อเปียกน้ำความเหนียว และความแข็งแรงจะลดลง ถ้าถูกแสงแดดเป็นเวลานานๆ จะสลายตัวหรือกรอบ

เส้นใยธรรมชาติ ข้อดี ผลิตภัณฑ์ที่ทำจากเส้นใยธรรมชาติ จะระบายอากาศได้ดี เมื่อทอเป็นเสื้อผ้า จึงทำให้สวมใส่สบาย ข้อด้อย ผ้าที่ทอจากฝ้ายจะเป็นรา และเปื่อยง่าย ผ้าไหมจะหดตัวเมื่อได้รับความร้อน และความชื้น เส้นใยบางชนิดต้องผลิตด้วยมือ

เส้นใยกึ่งสังเคราะห์ คือ การนำเส้นใยธรรมชาติมาดัดแปลงโครงสร้างให้มีสมบัติเหมาะกับการใช้งานด้านต่างๆ มากขึ้น เซลลูโลสแอซีเตต เกิดจาก เซลลูโลส + กรดแอซีติก โดยใช้กรดซัลฟิวริกเข้มข้นเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ใช้ทำเส้นใย ผลิตแผ่นพลาสติก แผงสวิตซ์ และหุ้มสายไฟฟ้า

เส้นใยกึ่งสังเคราะห์ คือ การนำเส้นใยธรรมชาติมาดัดแปลงโครงสร้างให้มีสมบัติเหมาะกับการใช้งานด้านต่างๆ มากขึ้น เรยอง (Rayon) ใช้ในอุตสาหกรรมเสื้อผ้า สามารถผลิตให้มีสมบัติคล้ายผ้าขนสัตว์ ไหม ลินิน หรือฝ้าย สมบัติพิเศษคือใช้ผลิตเนื้อผ้าที่มีลักษณะเป็นมันเงา ย้อมติดสีง่าย ไม่อมความร้อน และดูดซับเหงื่อได้ดี

เส้นใยสังเคราะห์ โมเลกุลเรียงกันค่อนข้างเป็นระเบียบ และส่วนใหญ่เรียงตัวตามแนวแกนของเส้นใย ควบคุมขนาดของเส้นใยได้ ความยาวของเส้นใยต้องไม่น้อยกว่า 100 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลาง ทนต่อสิ่งแวดล้อมในการใช้งาน ไม่อุ้มน้ำ ซักง่าย แห้งเร็ว ระบายความร้อน และความชื้นไม่ดี

เส้นใยสังเคราะห์ ไนลอน เป็นพอลิเอไมด์ ชื่อทางการค้า เช่น ไนลอน 6,6 และไนลอน 6,10 ตัวเลขตัวหน้า = จำนวนคาร์บอนของเอมีน ตัวเลขตัวหลัง = จำนวนคาร์บอนของกรดอินทรีย์

เส้นใยสังเคราะห์ ; ไนลอน

ยาง ยางพาราเป็นพอลิเมอร์ธรรมชาติ น้ำยางสดจากต้นยางมีลักษณะข้นสีขาวคล้ายน้ำนม เมื่อทิ้งไว้จะบูดเน่าได้ ถ้าต้องการเก็บน้ำยางดิบไว้เป็นเวลานานจะต้องเติมแอมโมเนียลงไปเพื่อเป็นสารกันบูดและป้องกันการจับตัวของน้ำยาง การแยกเนื้อยางจากน้ำยางทำได้โดยเติมกรดบางชนิด เพื่อทำให้เนื้อยางรวมตัวเป็นก้อนตกตะกอนแยกออกมา โดยทั่วไปน้ำยางสดมีเนื้อยางอยู่ประมาณ ร้อยละ 25 - 45 เนื้อยางที่ได้เรียกว่า ยางดิบ

ยาง โครงสร้างทางเคมีของเนื้อยางประกอบด้วยมอนอเมอร์ไอโซพรีน นอกจากยางพาราแล้วยังมีพืชบางชนิดที่ให้น้ำยางได้ เช่น ต้นยางกัตตา ต้นยางบาลาทา และต้นยางชิคเคิล

สมบัติของยาง มีความยืดหยุ่นสูงซึ่งเกิดจากโครงสร้างโมเลกุลของยางที่มีลักษณะม้วนขดไปมาเป็นวงและบิดเป็นเกลียว ยางพารามีความต้านทานแรงดึงสูง ทนต่อการขัดถู เป็นฉนวนที่ดีมากทนน้ำ ทนน้ำมันจากพืช และจากสัตว์ แต่ไม่ทนต่อน้ำมันเบนซินและตัวทำละลายอินทรีย์ เมื่อได้รับความร้อนจะเหนียวและอ่อนตัว แต่จะแข็งและเปราะที่อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิห้อง

กระบวนการวัลคาไนซ์ เมื่อยางทำปฏิกิริยากับกำมะถันในปริมาณเหมาะสม ที่อุณหภูมิสูงกว่าจุดหลอมเหลวของกำมะถัน จะทำให้ยางมีสภาพคงตัวให้อุณหภูมิต่างๆ ทนต่อความร้อน แสง และละลายในตัวทำละลายยากขึ้น ซึ่งเรียกกระบวนการดังกล่าวว่า วัลคาไนเซซัน

กระบวนการวัลคาไนซ์

กระบวนการวัลคาไนซ์ ลักษณะของยางวัลคาไนซ์ก่อนถูกดึง และขณะดึง

ยางสังเคราะห์ 1. พอลิบิวทาไดอีน ; ใช้ทำยางรถยนต์ 2. พอลิคลอโรพรีน ; สลายตัวยาก ทนไฟ ทนต่อสภาพที่ต้อง สัมผัสน้ำ อากาศและการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ

ยางสังเคราะห์ 3. ยาง SBR 4. ยาง IR หรือ ยางไอโซพรีน