พอลิ เมอร์ และพลาสติก

1. พอลิเมอร์และพลาสติก วิชา วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี อ.ชนกนันท์ บางเลี้ยง

2. การจำแนกประเภทของวัสดุการจำแนกประเภทของวัสดุ • พอลิเมอร์ • วัสดุผสม • สิ่งทอ • โลหะ • เซรามิกส์

3. พอลิเมอร์(Polymer) • พอลิเมอร์ (polymer) หมายถึงสารสังเคราะห์ที่มีโมเลกุลขนาดใหญ่ ซึ่งเกิดจากการรวมตัวของหน่วยเล็กๆ ที่เรียกว่า โมโนเมอร์ เข้าด้วยกัน •  “พอลิเมอร์” มาจากคำกรีกสองคำ คือ • poly แปลว่าหลายๆ หรือมาก • merแปลว่าหน่วยหรือส่วน • มอนอเมอร์ (Monomer) ซึ่งเป็นสารตั้งต้นของพอลิเมอร์อีกที

4. การแบ่งแยกประเภทของพอลิเมอร์การแบ่งแยกประเภทของพอลิเมอร์ • พอลิเมอร์แบ่งได้เป็น 2 ประเภทดังนี้ • โฮโมพอลิเมอร์ (homopolymers) เกิดจากมอนอเมอร์ชนิดเดียวมาต่อกัน • โคพอลิเมอร์ (copolymers) หรือพอลิเมอร์ร่วม เกิดจากมอนอเมอร์มากว่าหนึ่งชนิดมาต่อกัน

6. กระบวนการเกิดพอลิเมอร์กระบวนการเกิดพอลิเมอร์ • 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 พอลิเอทิลีนพอลิไวนิลคอลไรด์ เป็นต้น

7. ตัวอย่างกระบวนการแบบควบแน่นตัวอย่างกระบวนการแบบควบแน่น

8. ตัวอย่างการเกิดกระบวนการแบบต่อเติมตัวอย่างการเกิดกระบวนการแบบต่อเติม พอลิเอทิลีน พอลิไวนิลคลอไรด์ (PVC) พอลิเมอไรเซชั่น พอลิเมอไรเซชั่น เอทิลลีน ไวนิลครอไรด์ เอทิลลีน ไวนิลครอไรด์ ... ...

9. โครงสร้างและสมบัติของพอลิเมอร์โครงสร้างและสมบัติของพอลิเมอร์ • โครงสร้างของพอลิเมอร์มีความสำคัญต่อสมบัติของพอลิเมอร์ เช่น • ความยืดหยุ่น • ความแข็งแรง • ความเหนียว • การยืดตัว • การโค้งงอ • ความแข็ง • การคงรูป • และอื่นๆ

10. โครงสร้างแบบสายยาวหรือสายโซ่โครงสร้างแบบสายยาวหรือสายโซ่ • โครงสร้างแบบสายยาวหรือสายโซ่ (Straight Chain Structure) พอลิเมอร์ที่มีโครงสร้างแบบนี้เกิดจากโมโนเมอร์มาเรียงต่อกันโดย • ปฏิกิริยาเคมี เป็นเส้นตรงคล้ายเส้นด้าย เช่น พอลิเอทิลีนพอลิสไตรีน และเซลลูโลส เกิดจากโมโนเมอร์ ชนิดที่มีตำแหน่งที่ว่องไวต่อปฏิกิริยาเคมีเพียง 2 ตำแหน่ง

11. คุณสมบัติของพอลิเมอร์สายยาวคุณสมบัติของพอลิเมอร์สายยาว • โครงสร้างจะชิดกันมาก ทำให้ • ความหนาแน่นสูง • จุดหลอมเหลวสูง  • มีลักษณะแข็งเหนียวกว่าโครงสร้างอื่นๆ  • เมื่อได้รับความร้อนจะอ่อนตัวและแข็งตัวเมื่ออุณหภูมิต่ำ (เทอร์โมพลาสติก)

12. โครงสร้างแบบสาขาหรือแขนงโครงสร้างแบบสาขาหรือแขนง • พอลิเมอร์ชนิดนี้มี สาขาโซ่แตกออกไปจากโซ่หลัก เกิดจากโมโนเมอร์ชนิดที่มีตำแหน่งที่ไวต่อปฏิกิริยาเคมี 2 และ 3 ตำแหน่ง ตัวอย่าง เช่น เมลามีนฟอร์มัลดีไฮด์ ไกลโคเจน พอลิเอทิลีนแบบสาขา เป็นต้น

13. คุณสมบัติของพอลิเมอร์สาขาคุณสมบัติของพอลิเมอร์สาขา • สารพอลิเมอร์ที่มีโครงสร้างแบบสาขาจะมีสมบัติคล้ายกับแบบสายยาว • แต่โครงสร้างแบบสาขาจะมีความหนาแน่นน้อยและโค้งงอได้ดีกว่าแบบสายยาว เนื่องจากโมเลกุลของสายพอลิเมอร์จะไม่แนบชิดอัดกันแน่น เพราะมีสาขาของสายขวางกั้นอยู่ • แต่แบบสายยาวจะยืดตัวได้ดีกว่าแบบสาขา เพราะโมเลกุลเรียงตัวในแนวเส้นตรง

14. โครงสร้างแบบตาข่ายหรือร่างแหโครงสร้างแบบตาข่ายหรือร่างแห • โครงสร้างแบบนี้เกิดจากการเชื่อมโยงระหว่างโครงสร้างแบบสายยาวและแบบสาขามาเชื่อมต่อกันเป็นร่างแห มีกิ่งสาขาเชื่อมโยงภายในโมเลกุลหรือกับโมเลกุลอื่น เช่น โมเลกุลของแป้งและ เบเคไลต์ (ฟีนอล-ฟอร์มัลดีไฮด์)

15. คุณสมบัติของพอลิเมอร์แบบตาข่ายคุณสมบัติของพอลิเมอร์แบบตาข่าย • สารพอลิเมอร์ที่มีโครงสร้างแบบร่างแหจะมีสมบัติแข็งแรงทนทาน โค้งงอได้น้อย เนื่องจากโมเลกุลยึดกันแน่นใน 3 ทิศทาง คงรูปร่าง ไม่ยืดหยุ่น • เมื่อได้รับความร้อนจะไม่หลอมเหลว และไม่สามารถเปลี่ยนแปลงรูปร่างได้

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

18. ประเภทของพลาสติก • พลาสติกมีมากมายหลายชนิด แต่ละชนิดมีสมบัติต่างๆ กัน เช่น ความทึบแสง โปร่งแสง โปร่งใส ความแข็ง การโค้งงอ การติดไฟยาก-ง่ายต่างกัน บางชนิดไหม้ไฟเป็นเถ้าถ่าน แต่บางชนิดหลอมเหลวได้เมื่อร้อน เป็นต้น • การจัดประเภทพลาสติกโดยใช้ลักษณะของพลาสติกเมื่อได้รับความร้อนเป็นเกณฑ์นั้น สามารถจำแนกประเภทพลาสติกได้เป็น 2 ประเภทคือ • เทอร์โมพลาสติก (Thermoplasticย่อว่า TP) • เทอร์โมเซต (Thermosesย่อว่า TS)

19. เทอร์โมพลาสติก (Thermoplasticย่อว่า TP) • เป็นพลาสติกที่ถูกความร้อนแล้วอ่อนตัวหรือหลอมเหลวที่ให้รูปร่างเปลี่ยนไปแล้ว สามารถเอากลับไปหลอมใหม่เป็นรูปเดิมหรือรูปอื่นได้ โดยที่สมบัติยังคงเหมือนเดิม และสามารถเปลี่ยนกลับไปกลับมาได้ตลอด • เป็น Plastics with a memoryหรือ พลาสติกคืนรูป มีโครงสร้างเป็นแบบสายยาว ตัวอย่างเช่น พอลิเอทิลีน พอลิสไตรีน พอลิไวนิลคลอไรต์ (พีวีซี) พอลิเอไมต์ (Polyamide หรือไนลอน) พอลิโพรพิลีน อะคริลิก เป็นต้น

20. เทอร์โมเซต (Thermosesย่อว่า TS) • เป็นพลาสติกที่ถูกความร้อนแล้วไม่อ่อนตัว แต่ถ้าร้อนมากจะไหม้เป็นถ่าน เราเรียกพลาสติกประเภทนี้ว่า พลาสติกคงรูป เนื่องจากในกระบวนการผลิตได้เกิดความแข็งแรงมาก สลายตัวได้ยาก ตัวอย่างเช่น พอลิเอสเทอร์ ยูเรียฟอร์มัลดีไฮด์ เลามีนฟอร์มัลดีไฮด์ (หรือ melmac) เบเคไลต์ พอลิยูรีเทน อีพอกซี เป็นต้น

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

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

24. อันตรายที่อาจเกิดขึ้นได้จากการใช้งานพลาสติกอันตรายที่อาจเกิดขึ้นได้จากการใช้งานพลาสติก • ผู้ที่ใช้ถุงพลาสติกที่เป็นสีต่าง ๆ อาจได้รับอันตรายจากเม็ดสีที่เติมเข้าไป ซึ่งมีส่วนผสมของตะกั่วและแคดเมียม • ตะกั่วอาจก่อให้เกิดผลเสียต่อการทำงานของระบบประสาทส่วนกลาง หมดสติ ทางเดินหายใจขัดข้อง หัวใจวาย หรืออาจตายได้ • แคดเมียมมีผลทำลายเซลและเนื้อเยื่อของไตทำให้เกิดภาวะไตอักเสบรุนแรง • การเผาพลาสติกบางประเภทเช่น โพลีเอทิลีนก่อให้เกิดสารอะซิทัลดีไฮด์และฟอร์มัลดีไฮด์ซึ่งทั้งสองสารนี้ต้องสงสัยว่าจะเป็นสารก่อมะเร็ง

25. อันตรายที่อาจเกิดขึ้นได้จากการใช้งานพลาสติกอันตรายที่อาจเกิดขึ้นได้จากการใช้งานพลาสติก • สารเติมแต่งเพื่อปรับปรุงคุณภาพพีวีซี เช่น สารพลาสติกไซเซอร์และสารอื่น ๆ ได้แก่ พาทาเลท สารแต่งสีซึ่งมีตะกั่วและแคดเมียม สารทำให้คงตัว (stabilizers) เช่น แบเรียม สามารถแพร่กระจายออกมาจากพีวีซีได้ ในกรณีที่ใช้ใส่หรือห่อหุ้มอาหารสารเหล่านี้สามารถปนเปื้อนในอาหารได้ • พลาสติกประเภทโพลีโพรพิลีนเป็นวัสดุที่ติดไฟได้ง่าย ดังนั้นจึงต้องมีการเติมสารหน่วงไฟเพื่อป้องกันการติดไฟ ซึ่งสารหน่วงไฟที่เติมจะเป็นพวกโบรมิเนเตตและคลอริเนเตต สารกลุ่มนี้ถ้าไหม้ไฟแล้วจะให้สารพิษไดออกซิน