พอลิเมอรแ์ละพลาสติก วชิา วทิยาศาสตรแ์ละเทคโนโลยี

อ. ชนกนันท์ บางเล้ียง

การจำาแนกประเภทของวัสดุ• พอลิเมอร์• วสัดผุสม• สิง่ทอ• โลหะ• เซรามกิส์

พอลิเมอร์ (Polymer)• พอลิเมอร์ (polymer) หมายถึงสาร

สงัเคราะหท่ี์มโีมเลกลุขนาดใหญ่ ซึ่ง เกิดจากการรวมตัวของหน่วยเล็กๆ

ท่ีเรยีกวา่ โมโนเมอร์ เขา้ด้วยกัน•  “ ” พอลิเมอร์ มาจากคำากรกีสองคำา

คือ• poly แปลวา่หลายๆ หรอืมาก• mer แปลวา่หน่วยหรอืสว่น• มอนอเมอร์ (Monomer) ซึ่งเป็นสารตัง้ต้นของพอลิเมอรอี์กที

การแบ่งแยกประเภทของพอลิเมอร์• พอลิเมอรแ์บง่ได้เป็น 2 ประเภทดังน้ี• โฮโมพอลิเมอร์ (homopolymers) เกิดจากมอนอเมอรช์นิดเดียวมาต่อกัน• โคพอลิเมอร์ (copolymers) หรอืพอลิเมอรร์ว่ม เกิดจากมอนอเมอร์มากวา่หน่ึงชนิดมาต่อกัน

กระบวนการเกิดพอลิเมอร์• กระบวนการเกิดพอลิเมอร์ (Polymerization) แบง่ออกได้เป็น• แบบควบแน่น (Condensation Polymerization) คือ ปฏิกิรยิาการ

รวมตัวทางเคมขีองสารโมเลกลุเล็ก หรอืโมโนเมอร์ ได้สารโมเลกลุ ใหญ่หรอืพอลิเมอร์ และได้สารโมเลกลุเล็กๆ เชน่ นำ้า แอลกอฮอล์

แอมโมเนีย หรอืไฮโดรเจน เป็นผลพลอยได้• แบบต่อเติม (Addition Polymerization) คือปฏิกิรยิาการรวมตัว

ทางเคมขีองสารโมเลกลุเล็กหรอืโมโนเมอร์ แล้วได้สารโมเลกลุใหญ่ หรอืพอลิเมอรเ์พยีงอยา่งเดียว (ไมม่ผีลพลอยได้) พอลิเมอรท่ี์เกิด

จากแบบต่อเติมน้ีสว่นใหญ่จะเป็นสารประกอบไฮโดรคารบ์อน เชน่ พอลิเอทิลีน พอลิไวนิลคอลไรด์ เป็นต้น

ตัวอย่างกระบวนการแบบควบแน่น

กลโูคส กลโูคส แป้ง + นำ้า

กรดอะมิโน

กรดอะมิโน

โปรตีน + นำ้า

ตัวอย่างการเกิดกระบวนการแบบต่อเติม

เอทิลลีน

เอทิลลีน

พอลิเอทิลีน...

พอลิเมอไรเซชัน่

ไวนิลครอไรด์

ไวนิลครอไรด์

พอลิไวนิลคลอไรด์(PVC)...

พอลิเมอไรเซชัน่

โครงสรา้งและสมบัติของพอลิเมอร์• โครงสรา้งของพอลิเมอรม์คีวามสำาคัญต่อสมบติัของพอลิเมอร์ เชน่• ความยดืหยุน่• ความแขง็แรง• ความเหนียว• การยดืตัว• การโค้งงอ• ความแขง็• การคงรูป• และอ่ืนๆ

โครงสรา้งแบบสายยาวหรอืสายโซ่• โครงสรา้งแบบสายยาวหรอืสายโซ่ (Straight Chain Structure) พอลิเมอรท่ี์มีโครงสรา้งแบบน้ีเกิดจากโมโนเมอรม์าเรยีงต่อกันโดย

• ปฏิกิรยิาเคมี เป็นเสน้ตรงคล้ายเสน้ด้าย เชน่ พอลิเอทิลีน พอลิสไตรนี และ เซลลโูลส เกิดจากโมโนเมอร์ ชนิดท่ีมตีำาแหน่งท่ีวอ่งไวต่อปฏิกิรยิาเคมเีพยีง 2

ตำาแหน่ง

คุณสมบัติของพอลิเมอรส์ายยาว•  โครงสรา้งจะชดิกันมาก ทำาให้• ความหนาแน่นสงู•   จุดหลอมเหลวสงู• มลัีกษณะแขง็เหนียวกวา่โครง

  สรา้งอ่ืนๆ• เมื่อได้รบัความรอ้นจะอ่อนตัว

และแขง็ตัวเมื่ออุณหภมูติำ่า (เทอรโ์มพลาสติก)

โครงสรา้งแบบสาขาหรอืแขนง• พอลิเมอรช์นิดน้ีมี สาขาโซแ่ตกออกไปจากโซห่ลัก เกิดจากโมโนเมอร์

ชนิดท่ีมตีำาแหน่งท่ีไวต่อปฏิกิรยิาเคมี 2 และ 3 ตำาแหน่ง ตัวอยา่ง เชน่ เมลามนีฟอรม์ลัดีไฮด์ ไกลโคเจน พอลิเอทิลีนแบบสาขา เป็นต้น

คุณสมบัติของพอลิเมอรส์าขา• สารพอลิเมอรท่ี์มโีครงสรา้งแบบสาขาจะมสีมบติัคล้ายกับแบบสายยาว• แต่โครงสรา้งแบบสาขาจะมคีวามหนาแน่นน้อยและโค้งงอได้ดีกวา่

แบบสายยาว เนื่องจากโมเลกลุของสายพอลิเมอรจ์ะไมแ่นบชดิอัดกัน แน่น เพราะมสีาขาของสายขวางกัน้อยู่

• แต่แบบสายยาวจะยดืตัวได้ดีกวา่แบบสาขา เพราะโมเลกลุเรยีงตัวในแนวเสน้ตรง

โครงสรา้งแบบตาข่ายหรอืรา่งแห• โครงสรา้งแบบนี้เกิดจากการเชื่อมโยงระหวา่งโครงสรา้งแบบสาย

ยาวและแบบสาขามาเชื่อมต่อกันเป็นรา่งแห มกีิ่งสาขาเชื่อมโยง ภายในโมเลกลุหรอืกับโมเลกลุอ่ืน เชน่ โมเลกลุของแป้งและ เบเคไลต์

(ฟนีอล-ฟอรม์ลัดีไฮด์)

คุณสมบัติของพอลิเมอรแ์บบตาข่าย• สารพอลิเมอรท่ี์มโีครงสรา้งแบบรา่งแหจะมสีมบติัแขง็แรงทนทาน

โค้งงอได้น้อย เนื่องจากโมเลกลุยดึกันแน่นใน 3 ทิศทาง คงรูปรา่งไมย่ดืหยุน่• เมื่อได้รบัความรอ้นจะไมห่ลอมเหลว และไมส่ามารถเปล่ียนแปลงรูปรา่งได้

พลาสติก• พลาสติกก็คือวสัดท่ีุประกอบด้วยมาโครโมเลกลุท่ีมอียูต่ามธรรมชาติ (เชน่ยาง

ธรรมชาติ เซลลโูลส โปรตีน ฯลฯ) หรอืได้จากการสงัเคราะหส์ารประกอบโมเลกลุตำ่า( เชน่ Ethylene, Benzol Formaldehyde ฯลฯ)

• เนื่องจากพลาสติกเป็นสารประเภทพอลิเมอร์ การสงัเคราะหพ์ลาสติกจงึต้องนำา วตัถดุิบมาผ่านกระบวนการทางเคมี ใหไ้ด้โมเลกลุของมอนอเมอรก์่อน แล้วจงึนำา

มอนอเมอรม์ารวมกันโดยกระบวนการพอลิเมอไรเซชนัเป็นพอลิเมอร์

ประเภทของพลาสติก• พลาสติกมมีากมายหลายชนิด แต่ละชนิดมสีมบติัต่างๆ กัน เชน่ ความทึบแสง

โปรง่แสง โปรง่ใส ความแขง็ การโค้งงอ การติดไฟยาก- ง่ายต่างกัน บางชนิดไหม้ ไฟเป็นเถ้าถ่าน แต่บางชนิดหลอมเหลวได้เมื่อรอ้น เป็นต้น

• การจดัประเภทพลาสติกโดยใชลั้กษณะของพลาสติกเมื่อได้รบัความรอ้นเป็นเกณฑ์ นัน้ สามารถจำาแนกประเภทพลาสติกได้เป็น 2 ประเภทคือ

• เทอรโ์มพลาสติก (Thermoplastic ยอ่วา่ TP) • เทอรโ์มเซต (Thermoses ยอ่วา่ TS)

เทอร์โมพลาสติก (Thermoplastic ย่อว่า TP)• เป็นพลาสติกท่ีถกูความรอ้นแล้วอ่อนตัวหรอืหลอมเหลวท่ีใหรู้ปรา่งเปล่ียนไปแล้ว

สามารถเอากลับไปหลอมใหมเ่ป็นรูปเดิมหรอืรูปอ่ืนได้ โดยท่ีสมบติัยงัคงเหมอืน เดิม และสามารถเปล่ียนกลับไปกลับมาได้ตลอด

• เป็น Plastics with a memory หรอื พลาสติกคืนรูป มโีครงสรา้งเป็นแบบสาย ยาว ตัวอยา่งเชน่ พอลิเอทิลีน พอลิสไตรนี พอลิไวนิลคลอไรต์ (พวีซี)ี พอลิ

เอไมต์ (Polyamide หรอืไนลอน) พอลิโพรพลีิน อะครลิิก เป็นต้น

เทอร์โมเซต (Thermoses ย่อว่า TS)• เป็นพลาสติกท่ีถกูความรอ้นแล้วไมอ่่อนตัว แต่ถ้ารอ้นมากจะไหมเ้ป็นถ่าน เรา

เรยีกพลาสติกประเภทนี้วา่ พลาสติกคงรูป เน่ืองจากในกระบวนการผลิตได้เกิด ความแขง็แรงมาก สลายตัวได้ยาก ตัวอยา่งเชน่ พอลิเอสเทอร์ ยูเรยีฟอรม์ลัดีไฮด์

เลามนีฟอรม์ลัดีไฮด์ ( หรอื melmac) เบเคไลต์ พอลิยูรเีทน อีพอกซี เป็นต้น

ผลิตภัณฑ์พลาสติก• พลาสติกท่ีผลิตได้จากกระบวนการพอลิเมอไรเซชนั เรยีกวา่ วตัถดิุบ

พลาสติก มรีูปแบบ 3 ชนิด คือ เป็นผง เป็นเมด็ และเป็นของเหลวขน้ คล้ายยาง ท่ีเรยีกวา่ เรซนิ (Rasin)

• กรรมวธิกีารผลิตในอุตสาหกรรมพลาสติกนัน้มอียูห่ลายวธิี เชน่ การ หล่อแบบ การอัดแบบ การฉีดเขา้แบบเป็นต้น

สมาคมอุตสาหกรรมพลาสติกแหง่อเมรกิา (The Society of the Plastics Industry, Inc.)ได้กำาหนดสญัลักษณ์มาตรฐานของพลาสติกยอดนิยม

กลุ่มต่างๆ ที่สามารถนำากลับมาหมุนเวยีนหรอืที่เรยีกวา่การรไีซเคิล (Recycle) ไว้ 7 ประเภทหลักๆ

อันตรายท่ีอาจเกิดข้ึนได้จากการใช้งานพลาสติก• ผู้ท่ีใชถ้งุพลาสติกท่ีเป็นสต่ีาง ๆ อาจได้รบัอันตรายจากเมด็สท่ีีเติม

เขา้ไป ซึ่งมสีว่นผสมของตะกัว่และแคดเมยีม• ตะกัว่อาจก่อใหเ้กิดผลเสยีต่อการทำางานของระบบประสาทสว่นกลาง

หมดสติ ทางเดินหายใจขดัขอ้ง หวัใจวาย หรอือาจตายได้• แคดเมยีมมผีลทำาลายเซลและเน้ือเยื่อของไตทำาใหเ้กิดภาวะไตอักเสบรุนแรง• การเผาพลาสติกบางประเภทเชน่ โพลีเอทิลีนก่อใหเ้กิดสารอะซทัิลดีไฮด์และฟอรม์ลัดีไฮด์ ซึ่งทัง้สองสารนี้ต้องสงสยัวา่จะเป็นสารก่อมะเรง็

อันตรายท่ีอาจเกิดข้ึนได้จากการใช้งานพลาสติก• สารเติมแต่งเพื่อปรบัปรุงคณุภาพพวีซีี เชน่ สารพลาสติกไซเซอรแ์ละ

สารอ่ืน ๆ ได้แก่ พาทาเลท สารแต่งสซีึ่งมีตะกัว่และแคดเมยีม สาร ทำาใหค้งตัว (stabilizers) เชน่ แบเรยีม สามารถแพรก่ระจายออกมา จากพวีซีไีด้ ในกรณีท่ีใชใ้สห่รอืหอ่หุม้อาหารสารเหล่านี้สามารถปน

เป้ือนในอาหารได้• พลาสติกประเภทโพลีโพรพลีินเป็นวสัดท่ีุติดไฟได้ง่าย ดังนัน้จงึต้อง

มกีารเติมสารหน่วงไฟเพื่อป้องกันการติดไฟ ซึ่งสารหน่วงไฟท่ีเติมจะ เป็นพวกโบรมเินเตตและคลอรเินเตต สารกลุ่มนี้ถ้าไหมไ้ฟแล้วจะให้

สารพษิไดออกซนิ