สารสังเคราะห์และพอลิเมอร์

สารสังเคราะหแ์ ละพอลิเมอร์ ผสู้ อน : อ.เพชรพงศ์ สทุ ธพิ งศ์

สารสงั เคราะห์ (Synthetic Materials) คอื สารทไี่ ด้จากการสงั เคราะหโ์ ดย ปฏกิ ริ ยิ าเคมี นามาใช้เพอื่ ทดแทนสาร จากธรรมชาติ แบ่งออกได้เป็น ✓ ยางสงั เคราะห์ ✓ พลาสตกิ ✓ เสน้ ใยสงั เคราะห์, กึ่งสังเคราะห์ สารสังเคราะห์ เกิดจากปฏิกิริยาเคมที ี่ เรยี กวา่ ปฏิกริ ยิ าพอลเิ มอรไ์ รเซชนั (Polymerization reaction) ทาให้เกิด เป็นสารโมเลกุลใหญ่ เรยี กวา่ พอลเิ มอร์ http://images.flatworldknowledge.com/averillfwk/averillfwk-fig12_031.jpg

พอลเิ มอร์ (Polymers) คอื สารประกอบโมเลกลุ ขนาดใหญ่ และ มีมวลโมเลกุลมาก ประกอบด้วยหนว่ ย เลก็ ๆ ของสารทอ่ี าจจะเหมือนกันหรอื ตา่ งกันมาเชอื่ มต่อกันด้วยพนั ธะโคเว เลนต์ (Covalent bond) Monomer หมายถึง หนว่ ยเล็ก ๆ ท่เี ปน็ องคป์ ระกอบของพอลิเมอร์ ปฏิกริ ิยาการเกดิ พอลิเมอร์ เรยี กวา่ Polymerization http://images.flatworldknowledge.com/averillfwk/averillfwk- fig12_031.jpg

ประเภทของสารพอลเิ มอร์ 1. ยาง (Rubbers) ➢ ยางธรรมชาติ ➢ ยางสงั เคราะห์ 2. พลาสตกิ (Plastics) ➢ เทอร์โมพลาสติก ➢ เทอรโ์ มเซตตงิ พลาสติก 3. เส้นใย (Fibers) ➢ เส้นใยธรรมชาติ ➢ เส้นใยกึ่งสังเคราะห์ ➢ เสน้ ใยสังเคราะห์

ยาง (Rubbers) ยางธรรมชาติ ต้นยางพารา เปน็ สารพอลเิ มอร์ซ่ึงได้มาจาก ต้นยางพารา CH H C CH H C ลักษณะของนายางธรรมชาติ 22 22 - นายางมีสีขาวเหมือนนานม - มเี นอื ยางประมาณ 25-40 % HC H HC H - มีความหนืด 12-15 centipois - มีความเปน็ กรด-ดา่ ง pH ที่ 6.5 – 7.0 33 - มีความหนาแน่นประมาณ 0.975 – 0.980 g/cm3 - Polymer ของยางพาราคือ พอลิไอโซพรีน Polyisoprene (Polyisoprene)

ยาง (Rubbers) ยางสังเคราะห์ • สงั เคราะห์จากผลติ ภัณฑ์ปโิ ตรเลยี มท่ี ไดม้ าจากการกลน่ั นามัน • มคี ุณสมบัตบิ างประการทดี่ กี วา่ ยาง ธรรมชาติ เช่น ทนตอ่ อณุ หภมู ิ หรือแรง กระทาได้ดกี วา่

ยาง (Rubbers) ยางสงั เคราะห์ • ยางบวิ ตาไดอีน : ทนตอ่ นามนั ทนการขัดถู ใชใ้ นอตุ สาหกรรมยางรถยนต์ • ยางเอสบีอาร์ : ทนตอ่ นามัน การขดั ถู ใช้ ทาหญ้าเทียม ยางลอ้ รถยนต์ • ยางไนไตรล์บิวตาไดอีน : ทนต่อนามัน ใช้ ทาชินสว่ นอุปกรณใ์ นเคร่อื งยนต์ • ยางซลิ โิ คน : ประกอบดว้ ยซลิ กิ อน และ ออกซเิ จน ทนความร้อนไดด้ ี สลายตวั ยาก ใช้หุม้ อุปกรณอ์ เิ ล็กทรอนิกส์ กาว อวยั วะ เทยี ม ฯลฯ

พลาสติก (Plastics) • สารประกอบอินทรยี ์ท่ีสังเคราะหข์ นึ ใช้ แทนวัสดุธรรมชาติ สมบัติทว่ั ไปของพลาสติก - มคี วามเสถยี รมากในธรรมชาติ สลายตัวยาก - เป็นฉนวนความร้อนและไฟฟ้าท่ีดี - เม่อื ไดร้ บั ความรอ้ นจะอ่อนตัวและ หลอมเหลว จึงเปล่ียนรูปได้ตามตอ้ งการ • แบง่ ออกไดเ้ ปน็ 2 ชนิด ได้แก่ เทอร์โม พลาสติก และเทอรโ์ มเซตติงพลาสติก

เทอร์โมพลาสติก (Thermoplastics) •ใชก้ นั แพรห่ ลายทส่ี ุด มสี มบตั ิพเิ ศษ http://hapcoweb.com/wordpress/wp-content/uploads/2012/06/Thermoplastic.jpg คือ เม่ือได้รับความร้อนจะ หลอมเหลว และถ้าเย็นตัวจะเปน็ ของแข็ง •สามารถนามาขึนรปู กลับมาใช้ใหม่ได้ (รีไซเคลิ ได้) • ลกั ษณะเช่นนีพบในสารอน่ื ๆ เชน่ ชอ็ คโกแล็ต นา หรอื โลหะ (Analogy)

เทอร์โมพลาสตกิ (Thermoplastics) โพลีเอทิลีน (Polyethylene: HDPE PE) LDPE • มอนอเมอร์ คอื เอทิลนี ซ่งึ เป็น ผลติ ภัณฑ์จากปิโตรเคมี • แบ่งออกเปน็ ชนิดความหนาแนน่ สูง (High Density Polyethylene (HDPE)) และชนดิ ความหนาแนน่ ตา่ (Low Density Polyethylene (LDPE)) • ใช้ทาถุงพลาสตกิ ขวด ภาชนะ ของเลน่ เดก็ ทอ่ นา ฉนวนห้มุ สายไฟ ถุงขยะ

เทอรโ์ มพลาสติก (Thermoplastics) โพลพี รอพลิ นี (Polypropylene: PP) • มอนอเมอรค์ อื พรอพิลีน (Propylene) • มสี มบัติคลา้ ยโพลิเอทลิ ีน แตท่ นความ ร้อนและแขง็ กว่าพอลเิ อทลิ ีน ทนต่อไขมัน และความรอ้ น • ทาถงุ พลาสตกิ ใส่ของรอ้ น โต๊ะ เก้าอี สายไฟ ภาชนะและเครอื่ งใชใ้ นบ้าน

เทอร์โมพลาสตกิ (Thermoplastics) โพลสี ไตรนี (Polystyrene: PS) • ร้จู ักกนั ทั่วไปคอื โฟม • แข็งแตเ่ ปราะ ทนกรด/ดา่ ง ไดด้ ี • ใช้ทาอุปกรณ์ ภาชนะ ฉนวน โพลไี วนิลคลอไรด์ (Polyvinylchloride : PVC) • ทนความร้อนสูง แขง็ และเหนยี ว ทน สารเคมี ไม่นาไฟฟา้ ติดไฟยาก • ใชท้ าฉนวนหุ้มสายไฟ ทอ่ นากระเบือง ยาง ชินสว่ นรถยนต์

เทอรโ์ มพลาสติก (Thermoplastics) โพลคิ าร์บอเนต (Polycarbonate: PC) • ลกั ษณะโปรง่ ใส แขง็ ทนแรงกระแทกได้ดี ทนความรอ้ นสูง ทนกรด แตไ่ มท่ นด่าง • ใช้ทาถ้วย จาน ชาม ขวดนมเด็ก และขวด บรรจอุ าหารเดก็ โพลิเอทิลีน เทอรเ์ รฟธาเลต (Polyethylene terephthalate : PET) • แข็ง เหนยี ว โปร่งใส ทนต่อการขัดถู • ใชท้ าเสน้ ใย ขวดนาอดั ลมและขวดนาด่มื ชนิด แขง็

เทอรโ์ มเซ็ตตงิ พลาสติก (Thermosetting plastics) เปน็ พลาสตกิ ท่แี ข็งแรงมาก แต่ไมอ่ ่อน http://www.mr-dt.com/images/thermo.gif ตวั เมอื่ ได้รับความร้อน http://www.design-technology.org/plastics5.jpg • ไมส่ ามารถนาไปหลอมกลับมาใช้ใหม่ ได้ • เป็นพอลิเมอร์แบบร่างแห • ตัวอย่างพลาสตกิ แบบเทอรโ์ มเชตตงิ คอื เมลามีน พอลยิ รู ีเทน พอลยิ ูเรีย ฟอรม์ าลดีไฮด์ เปน็ ตน้

เทอร์โมเซต็ ตงิ พลาสติก (Thermosetting plastics) พอลิยเู รียฟอรม์ าลดไี ฮด์ (poly(urea- formaldehyde)) • ทนความร้อน สารเคมี เปน็ ฉนวนไฟฟา้ • ใชท้ าสวติ ช์ไฟฟ้า เตา้ เสียบ เมลามนี ฟอรม์ าลดีไฮด์ (melamine- formaldehyde) • ทนต่อแรงดนั แรงกระแทก • ทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภมู ิ ความรอ้ น สารเคมี • ใช้ทาถว้ ยชาม เครอื่ งใช้ภายในครวั

สญั ลกั ษณบ์ อกชนดิ ของพลาสตกิ

เส้นใย (Fibers) แบง่ ออกไดเ้ ปน็ • เส้นใยธรรมชาติ • เสน้ ใยกึ่งสังเคราะห์ • เส้นใยสังเคราะห์

เสน้ ใยธรรมชาติ • เส้นใยจากพชื เช่น เซลลูโลส (ฝา้ ย, นุ่น, ปอ) • เสน้ ใยจากสัตว์ เชน่ ใยไหม (เสน้ ใยโปรตีน) • เส้นใยจากสนิ แร่ เชน่ แร่ใย หิน หรือ Asbestos เสน้ ใยกึง่ สังเคราะห์ • เช่น เซลลโู ลสอะซิเตต : เซลลูโลส + กรดอะซตี กิ • ใชท้ าอปุ กรณ์เครื่องสาอาง เช่น แผ่นมาสกห์ นา้

เสน้ ใยสังเคราะห์ • มีสมบัตบิ างประการท่ีดีกวา่ เสน้ ใย ธรรมชาติ เช่น ทนต่อจุลินทรยี ์ เชอื รา ไมย่ ับงา่ ย แห้งเร็ว ทนสารเคมี ไนลอน (Nylon) หรอื พอลเิ อไมด์ • เปน็ เส้นใยพลาสติกทีม่ ีความเหนียว ยืดหดได้ ทนแรงขัดถู • ใชท้ าเชอื ก ด้าย ถุงน่อง สายไฟฟ้า

เทคโนโลยผี ลติ ภัณฑพ์ อลเิ มอร์สงั เคราะห์ ตัวอยา่ งเทคโนโลยเี กี่ยวกับพลาสติก • ไฟเบอรก์ ลาส เปน็ พลาสติกท่ีใช้ใยแกว้ เป็นวัสดเุ สรมิ แรง ทาใหม้ ีความแข็งแรง มาก ทนตอ่ แรงกระแทก สารเคมี • การเติมผงถ่านลงในพลาสตกิ เพือ่ ชว่ ย ดดู กลืนรงั สีอลั ตราไวโอเลต เมอื่ นาไปใช้ งานกลางแจ้ง พลาสติกจะทนแดด ไม่ แตกกรอบง่าย • การเตมิ แกรไฟต์ เพื่อใหพ้ ลาสตกิ นา ไฟฟ้าได้

เทคโนโลยผี ลติ ภัณฑ์พอลิเมอร์สงั เคราะห์ เทคโนโลยเี กยี่ วกบั เส้นใย •การนาเสน้ ใยธรรมชาตแิ ละเสน้ ใย สังเคราะหม์ าทอเป็นผนื ผ้ารว่ มกนั เพื่อใหไ้ ด้ผ้าที่มคี ุณภาพดีขนึ คอื นมุ่ ไม่ ยบั ไมห่ ดตวั งา่ ยเวลาซกั รดี •การสงั เคราะห์เสน้ ใยชนิดใหม่ เส้นใยอะ รามิด ทีม่ คี วามแขง็ แรงมากกวา่ เหล็กถึง 5 เท่า https://moodle.fp.tul.cz/file.php/401/T838_1_053i.jpg

เทคโนโลยผี ลติ ภัณฑ์พอลเิ มอรส์ ังเคราะห์ ตัวอยา่ งเทคโนโลยีเกี่ยวกับยาง • ปรบั ปรุงคุณภาพของยางให้ ทนทานขนึ โดยกระบวนการวลั คาไนเซชนั (Valcanization) คือการเติมกามะถนั (Sulfur) ลงไปเพอื่ ทาปฏกิ ิรยิ ากับยาง

ผลกระทบของการใชพ้ อลเิ มอร์ ผลกระทบทางสิง่ แวดลอ้ ม • มลภาวะทเี่ กดิ เน่อื งจากการผลิต เชน่ การปลอ่ ยควันพษิ นาเสีย สู่ สิ่งแวดล้อม • ขยะพลาสติกทเี่ กิดจากการ อปุ โภคบริโภคในชวี ติ ประจาวนั ซง่ึ ย่อยสลายยาก และปลดปลอ่ ย ไมโครพลาสติก

การแกป้ ญั หาขยะพลาสติก • การนากลับมาใช้ซา (Reuse) • การหลอมขนึ รูปผลิตภัณฑใ์ หม่ (Recycle) • การเปลีย่ นเปน็ ผลติ ภณั ฑ์ของเหลวและกา๊ ซ • การใช้เปน็ เชอื เพลิง • การใชเ้ ป็นวสั ดุประกอบ โดยผสมกับวัสดอุ ืน่ ผลติ เปน็ ผลติ ภณั ฑว์ ัสดปุ ระกอบทีเ่ ป็นประโยชน์ เช่น ไม้เทียม

การเปลย่ี นเป็นผลิตภณั ฑ์ของเหลวและก๊าซ • การเปล่ยี นพลาสตกิ ทใี่ ช้แล้วเป็นของเหลว เรยี กวา่ Liquefaction • เป็นวิธี Pyrolysis (เผาในสภาวะไร้อากาศ) โดยใช้ความรอ้ นสูง • ได้ผลิตภัณฑ์ของเหลว สามารถใชเ้ ป็นเชือเพลิง หรอื กล่นั ให้ บริสทุ ธิ์ จะได้วัตถดุ บิ ผลิตพลาสตกิ เรซิน • ผลติ ภณั ฑข์ า้ งเคียงของแข็งเปน็ กากคาร์บอน กา๊ ซที่เกดิ ขนึ คือ ก๊าซไฮโดรคารบ์ อน สามารถใช้เป็นเชือเพลงิ ได้

การเปล่ยี นเป็นผลิตภณั ฑข์ องเหลวและกา๊ ซ http://cep.mit.edu/wp-content/uploads/2013/03/PolymerGreen_Solution.png

ไบโอพลาสติก (Bioplastics) คอื พลาสตกิ ย่อยสลายไดท้ างชีวภาพ แบง่ ตามแหล่งกาเนิดวตั ถุดิบได้ 2 ประเภทคอื - Bioplastic ท่ีผลติ จากผลติ ภณั ฑ์ ปโิ ตรเคมี - Bioplastic จากวัตถดุ บิ มวล ชวี ภาพ วตั ถุดิบมวลชวี ภาพ คือ พชื หรือผลผลติ ทางการเกษตร เช่น ข้าวเจา้ ออ้ ย มันสาปะหลัง ขา้ วโพด

ตวั อย่างผลิตภณั ฑ์จากพลาสตกิ ย่อยสลายไดท้ างชวี ภาพ

ขั้นตอนการผลิต Bioplastics แปง้ ขา้ วโพด การแซคคาริฟิเคชนั่ กลโู คสเหลว การหมักโดยใช้ แปง้ มันสาปะหลงั โดยเอนไซม์ (การยอ่ ย) เชื้อแบคทีเรยี แปง้ ข้าวสาลี ผลติ ภณั ฑ์ การปรับสภาพ Bioplastic PHAs Bioplastic พลาสตกิ Polymerization Lactic acid ต่าง ๆ การขึ้นรูป Succinic acid 1,3-Propanediol

ข้อดแี ละข้อเสยี ของ Bioplastics ขอ้ ดี • ยอ่ ยสลายได้เร็ว • เพมิ่ มลู ค่าให้กบั สินค้าเกษตร ข้อเสีย • ยงั มรี าคาสูง • อาจก่อให้เกิดส่ิงปนเป้ือนในนา ทาใหน้ าเนา่ เสยี ได้