วัสดุอุปกรณ์ต่างๆ ในชีวิตประจำวันของมนุษย์ยุคปัจจุบันล้วนเกี่ยวข้องกับ พอลิเมอร์ และมันได้แทรกเข้าไปอยู่ในทุกกิจกรรมของมนุษย์ตั้งแต่ถุงพลาสติก ไปจนถึงลิ้นหัวใจเทียมที่ช่วยให้ผู้ป่วยยังมีชีวิตต่อไปได้พอลิเมอร์ (Polymer) คือ สารประกอบโมเลกุลใหญ่ที่ประกอบขึ้นจาก “มอนอเมอร์” (Monomer) หรือหน่วยเล็ก ๆ ของสารจำนวนหลายพันหลายหมื่นหน่วยที่มีลักษณะซ้ำ ๆ กันเชื่อมต่ออยู่ภายในโมเลกุลด้วยพันธะโคเวเลนต์ (Covalent Bond) โดยมอนอเมอร์แต่ละชนิดจะเชื่อมต่อกันเป็นสารขนาดใหญ่ได้ ต้องผ่านกระบวนการสร้างสารหรือปฏิกิริยาที่เรียกว่า Polymerization ภายใต้สภาวะแวดล้อมและปัจจัยต่าง ๆ เช่น ตัวเร่งการเกิดปฏิกิริยา อุณหภูมิ และความดัน เป็นต้น Show
แหล่งกำเนิดพอลิเมอร์ 1. พอลิเมอร์จากธรรมชาติ (Natural Polymer) คือ สารประกอบที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ ทั้งสารอินทรีย์ อย่างแป้ง ไกลโคเจน เซลลูโลส หรือสารอนินทรีย์ อย่างแร่ซิลิเกต หรือทรายซิลิกา 2. พอลิเมอร์จากกระบวนการสังเคราะห์ (Synthetic Polymer) คือ สารประกอบที่เกิดขึ้นจากการสังเคราะห์ของมนุษย์ผ่านปฏิกิริยาเคมีต่าง ๆ เช่น พลาสติก ยางสังเคราะห์ และเส้นใยสังเคราะห์ เป็นต้น พอลิเมอร์สามารถจำแนกออกเป็น 2 ประเภท ตามชนิดของมอนอเมอร์ในโมเลกุล ดังนี้ 1. โฮโมพอลิเมอร์ (Homopolymer) คือ พอลิเมอร์ที่เกิดจากมอนอเมอร์ชนิดเดียวกันทั้งหมด เช่น แป้ง และเซลลูโลส ซึ่งเกิดจากมอนอเมอร์กลูโคสที่เชื่อมต่อกันเป็นสารโมเลกุลใหญ่ หรือพอลิเอทิลีน (Polyethylene) ที่เกิดจากเอทิลีนทั้งหมด 2. โคพอลิเมอร์ (Co-Polymer) คือ พอลิเมอร์ที่เกิดจากมอนอเมอร์มากกว่า 1 ชนิด เช่น โปรตีน ซึ่งเกิดจากกรดอะมิโนหลายชนิดเชื่อมต่อเข้าด้วยกัน ทำให้โปรตีนแต่ละชนิดมีองค์ประกอบ โครงสร้างรูปร่าง และความยาวของสายพอลิเมอร์ที่แตกต่างกันไปตามคุณสมบัติของกรดอะมิโนหรือมอนอเมอร์ภายในโมเลกุล ภาพประกอบ : ByJu’s.comโครงสร้างหลักของพอลิเมอร์ 1. โครงสร้างแบบสายยาวหรือโซ่ตรง (Linear Polymer) คือ โครงสร้างของสารประกอบที่เกิดจากการสร้างพันธะเรียงต่อกันเป็นเส้นตรงของมอนอเมอร์ ซึ่งทำให้โซ่พอลิเมอร์เรียงชิดกันมากว่าโครงสร้างอื่น ๆ สารประกอบจึงมีจุดหลอมเหลวสูง มีคุณสมบัติแข็งแรง ทนทาน แต่มีความยืดหยุ่นสูง อีกทั้ง เมื่อได้รับความร้อน สารโครงสร้างนี้สามารถอ่อนตัวลง ก่อนกลับมาแข็งตัวขึ้นอีกครั้งหลังอุณหภูมิลดลง โดยไม่เกิดการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ต่อสมบัติของพอลิเมอร์ เช่น พีวีซี (PVC) พอลิสไตรีน พอลิเอทิลีน เป็นต้น 2. โครงสร้างแบบสาขาหรือแขนง (Branch Polymer) คือ โครงสร้างของสารประกอบที่เกิดจากการยึดกันและแตกกิ่งก้านสาขาของมอนอเมอร์ออกจากโซ่พอลิเมอร์สายหลัก ซึ่งทำให้โซ่พอลิเมอร์ไม่สามารถเรียงชิดติดกันได้หนาแน่นเมื่อโครงสร้างแรก สารประกอบจึงมีความหนาแน่นและจุดหลอมเหลวต่ำ อีกทั้ง โครงสร้างของสารยังสามารถเปลี่ยนรูปได้ง่าย เมื่อได้รับความร้อน เช่น พอลิเอทิลีนชนิดความหนาแน่นต่ำ 3. โครงสร้างแบบตาข่ายหรือร่างแห (Network Polymer/Crosslinked Polymer) คือ โครงสร้างของสารประกอบที่เกิดจากการเชื่อมต่อกันเป็นร่างแหของมอนอเมอร์ มีกิ่งก้านสาขามาก ซึ่งทำให้สารมีความแข็งแรงทนทาน แต่เปราะหักง่าย ไม่ยืดหยุ่น เช่น เมลามีนที่นำใช้ทำถ้วยชาม โครงสร้างของพอลิเมอร์ / ภาพประกอบ : MechanicalBASE.comตัวอย่างของพอลิเมอร์ในชีวิตประจำวัน 1. พลาสติก (Plastics) ที่ถูกนำมาใช้อย่างหลากหลาย จากการมีคุณสมบัติที่ทั้งแข็งแรงทนทาน แต่ยืดหยุ่นได้ดีและยังมีน้ำหนักเบา อีกทั้ง ยังไม่ทำปฏิกิริยากับอากาศ กรด-เบส และสารเคมีต่าง ๆ สามารถเป็นทั้งฉนวนความร้อนและฉนวนไฟฟ้าที่ดี แล้วในกระบวนการผลิตยังขึ้นรูปทรงต่าง ๆ ได้ง่ายอีกด้วย พลาสติกหลากสีที่นำไปผลิตเป็นของเล่นเด็ก / ภาพถ่าย Rupert Kittinger-Sereinig2. ยางธรรมชาติ (Natural Rubber) เกิดจากมอนอเมอร์ที่เรียกว่า “ไอโซพรีน” (Isoprene) มีความทนทานและมีความยืดหยุ่น ไม่ละลายน้ำ แต่ยางธรรมชาติมีข้อด้อยจากความแข็งแรงที่เปราะบาง แตกหักได้ง่าย ซึ่งไม่ทนต่อตัวทำละลายอินทรีย์และน้ำมันเบนซิน ดังนั้น ยางธรรมชาติจึงต้องผ่านกระบวนการปรับปรุงคุณภาพยาง (Vulcanization Process) ก่อนนำไปใช้ประโยชน์ 3. เส้นใยสังเคราะห์ (Synthetic Fiber) คือ เส้นใยที่ผ่านการปรับปรุงจากเส้นใยเซลลูโลสในธรรมชาติ ในขณะที่ ความเหนียวแน่นและความแข็งแรงจะลดลงเมื่อสัมผัสกับน้ำและแสงแดด 4. ซิลิโคน (Silicone) มีหลายชนิดตามมอนอเมอร์ตั้งต้น จึงมีสมบัติที่เหมาะแก่การนำไปใช้ประโยชน์มากกว่ายาง เช่น สลายตัวได้ยาก ไม่ไวต่อปฏิกิริยาเคมีต่าง ๆ อีกทั้ง ยังทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ เป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดีและไม่มีปฏิกิริยา ซึ่งเป็นอันตรายต่อร่างกายมนุษย์ ในทางการแพทย์จึงนำมาใช้ทำอวัยวะเทียม พอลิไวนิลคลอไรด์และพอลิสไตรีนซึ่งมีคลอรีนและเบนซีนอยู่นอกโซ่ จึงผลักให้โซ่หลักอยู่ห่างกัน ทำให้มีความใสกว่าพอลิเอทิลีน พอลิเอทิลีนเทเรฟทาเลต มีอะโรมาติกเป็นองค์ประกอบอยู่ในสายโซ่ด้วย จึงเกิดผลึกได้ยาก ทำให้มีความใสกว่าพอลิเมอร์แบบเส้นชนิดอื่น 2. โครงสร้างแบบกิ่ง (Branched polymer) ในโครงสร้างของพอลิเมอร์มีโซ่กิ่ง ซึ่งอาจเป็นโซ่สั้นหรือโซ่ยาวแตกออกไปจากโซ่หลัก ทำให้โซ่พอลิเมอร์ไม่สามารถจัดเรียงตัวชิดกันได้ พอลิเมอร์ชนิดนี้จึงมีความยืดหยุ่น มีความหนาแน่นต่ำ จุดหลอมเหลวต่ำกว่าพอลิเมอร์แบบเส้น เช่น พอลิเอทิลีนชนิดความหนาแน่นต่ำ (LDPE : Low Density Polyethylene) 3. โครงสร้างแบบร่างแห (Network polymer) เป็นพอลิเมอร์ที่เกิดจากการเชื่อมโยงระหว่างโซ่พอลิเมอร์ที่มีโครงสร้างแบบเส้นหรือแบบกิ่งต่อเนื่องกันเป็นร่างแห ถ้าพันธะที่เชื่อมโยงระหว่างโซ่หลักมีจำนวนน้อย พอลิเมอร์จะมีสมบัติยืดหยุ่นและอ่อนตัว แต่ถ้ามีจำนวนพันธะมากพอลิเมอร์จะแข็งไม่ยืดหยุ่น พอลิเมอร์แบบร่างแหมีจุดหลอมเหลวสูง เมื่อขึ้นรูปแล้วไม่สามารถหลอมหรือเปลี่ยนรูปร่างได้ เช่น พอลิฟีนอลฟอร์มาลดีไฮด์ (เบกาไลต์) พอลิเมลามีนฟอร์มาลดีไฮด์ หรือเมลามีน โครงสร้างของพอลิเมอร์มีอะไรบ้างโครงสร้างพอลิเมอร์ (polymer) ขึ้นอยู่กับการเรียงตัวของมอนอเมอร์ (monomer) และมีผลต่อสมบัติทางกายภาพบางประการของพอลิเมอร์ โครงสร้างของพอลิเมอร์แบ่งได้เป็น 3 แบบ คือ พอลิเมอร์แบบเส้น พอลิเมอร์แบบกิ่ง และพอลิเมอร์แบบร่างแห
พอลิเมอร์ใดมีโครงสร้างแบบเส้นโครงสร้างของพอลิเมอร์
ก. พอลิเมอร์แบบเส้น เป็นพอลิเมอร์ที่เกิดจากมอนอเมอร์สร้างพันธะต่อกันเป็นสายยาว โซ่พอลิเมอร์เรียงชิดกันมากว่าโครงสร้างแบบอื่น ๆ จึงมีความหนาแน่น และจุดหลอมเหลวสูง มีลักษณะแข็ง ขุ่นเหนียวกว่าโครงสร้างอื่นๆ ตัวอย่าง PVC พอลิสไตรีน พอลิเอทิลีน ข. พอลิเมอร์แบบกิ่ง
โครงสร้างของพอลิเมอร์แบบไหนแข็งแรงที่สุดพอลิเมอร์แบบร่างแห ( Network polymer ) เกิดจากมอนอเมอร์ต่อกันเป็นสายยาวและมีการเชื่อมโยงแต่ละสายพอลิเมอร์เข้าหากัน โครงสร้างพอลิเมอร์ชนิดนี้ทำให้พอลิเมอร์มีความแข็งมาก จึงมีความทนทาน ไม่หลอมเหลว และไม่ยืดหยุ่นเช่น เมลามีน ที่ใช้ทำภาชนะบรรจุอาหาร
ข้อใดเป็นพอลิเมอร์ที่มีโครงสร้างแบบกิ่งพอลิเมอร์ประเภทนี้มีโครงสร้างแบบเส้นหรือแบบกิ่ง มีการเชื่อมต่อระหว่างโซ่ พอลิเมอร์น้อยมาก ตัวอย่างเช่น พอลิเอทิลีน พอลิโพรพิลีน และพอลิสไตรีน พลาสติก 1. เทอร์มอพลาสติก (thermoplastic)
|