เอกสารการเรียนพอลิเมอร์

หน่วยการเรียนรทู้ ี่ 13 พอลเิ มอร์ (Polymer) ผลการเรยี นรู้ 1. ระบุประเภทของปฏกิ ริ ิยาการเกดิ พอลิเมอร์จากโครงสร้างของมอนิอเมอร์หรอื พอลิเมอร์ 2. วิเคราะห์ และอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างและสมบัติของพอลิเมอร์ รวมท้ังการ นาไปใช้ประโยชน์ 3. ทดสอบ และระบปุ ระเภทของพลาสติกและผลิตภัณฑย์ าง รวมท้งั การนาไปใช้ประโยชน์ 4. อธบิ ายผลของการปรับเปล่ียนโครงสร้าง และการสงั เคราะห์พอลิเมอร์ทม่ี ีต่อสมบัตขิ องพอลิ เมอร์ 5. สืบค้นข้อมูล และนาเสนอตัวอย่างผลกระทบจากการใช้และการกาจัดผลิตภัณฑ์พอลิเมอร์ และแนวทางแก้ไข พอลเิ มอร์ (Polymer) หนา้ | 1

%( _ NH2) ✗ ควบ แ น เ กตรอน อง ด แยก ①② ① ② ①② ③ Gcatc E-- c-c- c- c ัค้ต็ลิอ่น

หนว่ ยการเรียนรูท้ ่ี 13 พอลิเมอร์ (Polymer) พอลิเมอร์ เป็นสารโมเลกุลขนาดใหญ่ที่สามารถนามาผลิตเป็นผลิตภัณฑ์ท่ีมีประโยชน์ หลากหลายในชวี ิตประจาวัน พอลเมอรเ์ กดิ จากมอนอเมอร์จานวนมากเช่ือมต่อกนั ดว้ ยพันธะโคเวเลนต์ เปน็ สารโมเลกุลขนาดใหญ่ เรยี กปฏกิ ิรยิ าการเกิดพอลเิ มอร์วา่ พอลเิ มอไรเซชัน / 01 พอลเิ มอรแ์ ละมอนอเมอร์ พอลิเมอร์ (polymer) ส่วนใหญ่เป็นสารประกอบอินทรีย์ท่ีโมเลกุลขนาดใหญ่ ได้จากสาร โมเลกุลขนาดเล็กที่เรียก มอนอเมอร์ (monomer) จานวนหลายโมเลกุลทาปฏิกิริยาเคมีกันแล้วเกิด การเช่ือมต่อกันเปน็ สายยาวดว้ ยพนั ธะโคเวเลนต์ โดยมอนอเมอรอ์ าจเปน็ สารชนิดเดยี วกันหรอื ต่างชนิด กนั กไ็ ด้ pEF ะ Polyethyleneterephthalate pvc ะ Polyuinylchbride ประเภทของพอลเิ มอร์ PS ะ Polystyrene แบง่ ตามแหลง่ ทมี่ า PP :Polypropylene phighdensity lPE :Polyethylene - HDPE หนาแ น ง แ งพไกอลโลคเิแจนซ,เ็คซลคโาลสไรพดอ์ ลเิพมโอปอลรริเธ์นพรปรมไทชดาต์ ิกรDดNนAิว,คRNลAีอิก พอลเิ มอรส์ งั เคราะห์ - พอลไี อโซพรนี (ยางพารา) เซลลูโลส ไหม แป้ง LDPE หนาแ น โปร น เส้นใยสงั เคราะห์ ยางสงั เคราะห์ พลาสติก hbwdensity - า พอ แอสเทอ - เ อกไนลอน ยาง SBR - Cstyrene Butadiene Rubber พอลิเมอร์มีขนาดใหญ่กว่ามอนอ เ ม อ ร์ ซ่ึ ง ส่ ง ผ ล ใ ห้ ส ม บั ติ ท า ง กายภาพของพอลิเมอร์ต่างจาก มอนอเมอร์ พอลิเมอร์ส่วนใหญ่มี จุ ด เ ดื อ ด จุ ด ห ล อ ม เ ห ล ว สู ง ก ว่ า มอนอเมอร์ และละลายในตัวทา ละลายได้น้อยกว่า สารละลายของ พอลเมอร์จะมีความหนืดมากกว่า ส า ร ล ะ ล า ย ข อ ง ม อ น อ เ ม อ ร์ เนือ่ งจากพอลิเมอร์มีโมเลกุลขนาด ใ ห ญ่ จึ ง มี แ ร ง ยึ ด เ ห น่ี ย ว ร ะ ห ว่ า ง โมเลกุลมากกวา่ มอนอเมอร์ พอลเิ มอร์ (Polymer) หน้า | 2 ีตืช์ริล้ผีตูล้ปำ่ต่นูส่น

แบง่ ตามโครงสรา้ ง โครงสร้างของพอลิเมอร์มีผลต่อการจัดเรียงตัวของสายพอลิเมอร์และแรงยึดเหนี่ยวระหว่าง โมเลกุล ซึ่งส่งผลต่อสมบัติของพอลิเมอร์ เช่น ความหนาแน่น จุดหลอมเหลว โครงสร้างของพอลิเมอร์ แบง่ ไดเ้ ป็น 3 แบบ ได้แก่ | 1. แบบเส้น : เป็นพอลิเมอร์ท่ีเกิดจากมอนอเมอร์สร้างพันธะโคเวเลนต์ต่อกันเป็นโซ่ยาว มี \" ไซเ ลไ \" ลักษณะแขง็ ขนุ่ เหนียว จุดหลอมเหลวสงู ทนความรอ้ น ยืดงอและนามาใชใ้ หม่ได้ 2. แบบก่งิ : เป็นพอลิเมอร์สายสั้นแตกแขนงเป็นกิ่งออกจากโซ่หลัก มีลักษณะโครงสร้างจับกับ แบบหลวม ทาใหจ้ ดุ หลอมเหลวต่า แขง็ และเหนยี วนอ้ ยกว่า เปลี่ยนรปู ร่างง่ายเมื่อได้รบั ความรอ้ น ยดื งอ และนามาใช้ใหม่ได้ |\" ไซเ ลไ ไ \" 3. แบบร่างแห : เป็นพอลิเมอร์ท่ีมีการเช่ือมขวาง (crosslink) ระหว่างสายโซ่พอลิเมอร์ ต่อเนื่องกันเป็นร่างแหมีลักษณะแข็ง แต่มีความเปราะ จุดหลอมเหลวสูง เม่ือได้รับความร้อนจะไม่ หลอมเหลว ไม่สามารถยดื งอหรือนามาใชใ้ หมไ่ ด้ ตารางเปรยี บเทยี บโครงสรา้ งและสมบตั ขิ องพอลเิ มอร์ สมบตั ิ โครงสร้าง - ลักษณะรูปร่าง แบบเสน้ แบบกงิ่ แบบร่างแห - ความยดื หยุ่น โค้งงอ ✓ ✓ ✓ ✓ - นากลับมาใช้ใหม่ได้ ✓ ✓ - เปล่ยี นรูปรา่ งเมื่อไดร้ ับ ✓ ✓ ความรอ้ น PVC , polystyPSrene - นากลบั มาขึน้ รปู ใหมไ่ ด้ LDPE melamine- ตวั อยา่ งพอลเิ มอร์ formaldehyde , MF (เมลามีน) , HDPE , งค หนาแ น ความ หนาแ น . pppolypropyle\"nหนeา แ ง\" ด\" ไ\" บาง , polyvinyl chloride , nylon 6,6 ☺ ความขุน่ : ………า…ง……แ…ห……….. > ………เ……น…………….. > ……………ง…………….. > ……………ง…………….. ☺ ความแขง็ จดุ หลอมเหลว ความหนาแนน่ : ………า…ง……แ…ห……….. > ………เ………น………….. ☺ การยดื หยุ่น และความใส : ……………ง…………….. > ………เ……น…………….. > …………า…ง…แ……ห…….. � ตรวจสอบความเข้าใจ 1. ฟนี อล-ฟอร์แมลดไี ฮด์ (phenol-formaldehyde) หรอื เบเคอไลต์ (bakelite) เปน็ พอลิ เมอร์ท่แี ข็ง ทนไฟ ไมห่ ลอมเหลว เปน็ ตวั นาความร้อนที่ไมด่ ี นิยมใชท้ าดา้ มหรอื หูจับของอุปกรณ์ เคร่อื งครวั แผงวงจร สวิทซ์ไฟฟ้า โครงสร้างของฟนี อล-ฟอร์แมลดีไฮดเ์ ป็นแบบใด .............โ...ค...ร..ง..ส.....า..ง...แ..บ...บ.....า..ง...แ...ห..................................................................... ................................. พอลเิ มอร์ (Polymer) หน้า | 3 ่ร้ร่ร้ส่ิก่ิก้ส่ร่ิก้ส่ร้ดืย็ขูส่นำต่น้ด่มิคีร้ดิคีร

ดไ = บาง 2. ฟิล์มยดื_หอ่ อาหารและถุงหิ้วทามาจากพอลเิ อทิลีน ผลิตภณั ฑ์ใดทาจาก HDPE และ ผลติ ภณั ฑ์ใดทาจาก LDPE เพราะเหตุใด ................L..D...P...E.....ะ....L..o..w.....D...e..n..s..i.t..y....P..o..l.y..e..t.h..e..l.e..n..e.......=.....โ..ค...ร..ง.ส....า..ง...แ..บ..บ......ง..................................... แบง่ ตามชนดิ ของมอนอเมอรท์ เ่ี ปน็ องคป์ ระกอบ 1. พอลิเมอรเ์ อกพนั ธุ์ หรอื โฮโมพอลเิ มอร์ (homopolymer): พอลเิ มอรท์ ม่ี มี อนอเมอรช์ นิด เดียวกนั เชน่ แป้ง เซลลโู ลส ไกลโคเจน ยางพารา glucose glucose glucose isoprene 2. พอลิเมอร์รว่ ม หรือ โคพอลเิ มอร์ (copolymer): พอลิเมอรท์ ่มี มี อนอเมอรต์ ่างชนดิ กนั เชน่ โปรตนี พอลเิ อสเทอร์ พอลิเอไมด์ ยาง SBR กรดอะ โน กรด คา บอก กา กา คา บอก กา + แอลกอฮอ s : styrene + 6อ น B :b utadiene R ะ rubber Polymer & Monomer Polymer Monomer ชนิดของพอลเิ มอร์ homopolymer copolymer แง ก โคส ✓ เซล โลส ก โคส ✓ ไกลโคเจน ก โคส ✓ โปร น กรดอะ โน ✓ รถ อะ โน หลาย ช ด ง เ น 1ไ เ น polyisoprene ← ยางพารา ไอโซพ น ✓ ✓ * หลาย ช ด DNA RNA ← กรด วค ค วค โอไท ✓ น บ ช ด เบส , styrenetbutadiene ✓ ยาง SBR Carboxylicacid ✓ เ อกไนลอน ✓ + amine าพอ แอสเทอ carboxylicacid พอ เอ น + alcohd เอ น pvc ไว ลคลอไร ✓ พอ ไต น สไต น ✓ ✓ p ET +ettehryelepnhetghlyaclioclacid ✓ ไค น n- acetylglucosamine พอลเิ มอร์ (Polymer) หน้า | 4 ิตีรีร์ลิล์ดินีลิทีลิทิล์ริล้ผืชินัก้ึข์ดีลินิอีลินินีมีร็ปำจ่ม็ปำจ้ัทินีมิม๋ิกิมีตูลูลูลูล้ปีมิลิซ์ร์ลิลิซ์ริม่ิก้ร้ดืย

nce nnnesoztsttttttrornnse • : แอลกอฮอ กรดคา บอก ก ลิลิซ์ร์

/ 02 ปฏกิ ริ ยิ าการเกดิ พอลเิ มอร์ ปฏิกิริยาเคมีท่ีทาให้มอนอเมอร์เชื่อมต่อกันเป็นพอลิเมอร์ เรียกว่า ปฏิกิริยาการเกิดพอลิเมอร์ (polymerization reaction) หรืออาจเรียกส้ันๆ ว่า การเกิดพอลิเมอร์ (polymerization) แบ่งเป็น 2 แบบ ไดแ้ ก่ p งเกต !! นธะ ระห าง C → c = C ปฏิกริ ิยาการเกดิ พอลเิ มอร์แบบเตมิ (addition polymerization reaction) เกิดจากมอนอเมอร์ท่ีมีพันธะคู่ระหว่างคาร์บอนอะตอมมาต่อกนั เป็นสายยาว โดยใช้ความร้อน และตัวเร่งปฏิกริ ิยา ทาลายพนั ธะค่ใู ห้เปน็ พนั ธะเดย่ี ว โดยไม่มีสารโมเลกลุ เล็กๆ เกิดข้ึน เ ยว µเ t n หรือ n ขอ้ มอนอเมอร์ \" Polymer \" พอลเิ มอร์ 1n HH µ dfH H Homopolymer _ Et H dHg n It Hง 2n ฐํ๋= | Homopolymer H di n = n Homopolymer 3 itff 4n H H3 \"3 ]นอก Homopolymer = It {00CHง พอลเิ มอร์ (Polymer) หนา้ | 5 ่ัอ๋ัว่ืฎุ่ยู่ญุย๋ัฏ๊ืฐ๋ํว๋ํอ๋ืฎ๋ืว๋ํว่ยุ่หีด่ีท่ีด่วู่คัพีมัส

ขอ้ มอนอเมอร์ พอลเิ มอร์ 5 เ ยว เ ยว CH3 nt { 2hCH2-CH = - CH เ ยว Homopolymer 6 n เ ย+ nว CI Copolymer 41 |\\[ /'\\บน\\ +27 ท µ = CH - C = CH2 ปลด นธะ µ ปลด นธะ Homopolymer tm โ ! ร n.. .. CH = CH CH CH2 i t ปลด นธะ n 2 - = Ii i. t ii ด าย n% เ ยว 4,1g8 + CH2 = CH Copolymer ปลด นธะ = CH2 แขนครบ ง ด ! ! 9 nyx | YA\" ปลด นธะ CH i cy iirเ ยว ปลด นธะ ° + | cำ cl.CH n - C\" , ม Copolymer polyester plyamide p งเกต !! มอนอเมอ ห งน เพาะ → ปฏกิ ิริยาการเกิดพอลเิ มอร์แบบควบแนน่ (condensation polymerization reaction) เกดิ จากมอนอเมอรท์ ี่มีหมู่ฟังกช์ ันอย่างน้อย 2 หมู่ ทีส่ ามารถเกดิ ปฏิกิริยาเคมกี ันแลว้ มีส่วน ของหมู่ฟังก์ชันหลุดออกไปในลักษณะเดียวกับปฏิกิริยาควบแน่นของการเกิดเอสเทอร์หรือเอ ไมด์ ดังนั้นการควบแน่นจึงทาให้เกิดสารโมเลกุลเล็กๆ เช่น H2O , HCl , H2 , NH3 ระหว่าง การเกิดปฏกิ ริ ิยา Hy OH H+ n + 2n-1H2O n g +n T Copolymer เ ด สาร โมเล ล 1 พอลเิ มอร์ (Polymer) หน้า | 6 ำลุกิก๋ืฃุ๋รำจ่ีทัช์กัฟูมีม์รัส๋ัก่ัฒู่น่ืห่ีดู่ญัพัพัตึจ้ทิปู่ค่ีดู่คัพ๊ืรู่คู่คัพู่ดัพ่ีทัพ่ีก่ีด๋ัก่ย่ีท่ีก

ขอ้ มอนอเมอร์ พอลเิ มอร์ nHg OH [ COJ.CHHN - าH+ n- r Homopolymer - 1 Ctb [ % ]ว}CCHNH- 2n +n NH- - (CH2) Copolymer 2 H+ 2m 3 n +n ำ\" fo-cy.CHg-0-ยา + Copolymer + 2n - า H20 Ilhg/ OH + \" \" ไป\\อ H µµ OH in 4 nyo OH , r H ti i Copolymer 5 HOOC - CHg- NH2 ///// n///// Homopolymer / ร oa H Hofhlhii6 \" NH2 hL NH ^ H \" + 2 อH 0t t O i. ะn Copolymer . อ NHg- CCH2) ii 7 Ho - C- CCH2)4- C- OH + NH ,I 2 OH ..... Copolymer 8n \" %) + m H20 Homopolymer f n \"\" . ๋ ำ9 µ Copolymer + 2ท-า HCI พอลเิ มอร์ (Polymer) หนา้ | 7 ุ๋ผู้หุหุ๋รำนุ๋น๋ัวฺญ้จุอูญุ๋ย๋ํยํษ๋ืหุ๋ผุ๋ขฺมุ้ย๋ืร๋ืฃุ๋รุ๋ขํม

พอลิเมอรต์ ่างชนดิ กนั เม่อื ได้รบั ความร้อนอาจเกิดการเปลี่ยนแปลงตา่ งกัน ดงั นี้ พอลเิ มอรเ์ ทอรม์ อพลาสตกิ พอลเิ มอรเ์ ทอรม์ อเซต thermoplastic polymer Thermosetting polymer อ่อนตัวเมอื่ ได้รบั ความร้อน และเมื่ออณุ หภูมิ ทนความร้อนและความดันได้ดี เมอื่ มีอุณหภมู ิ ลดลงจะแข็งตวั สูงมากจะเกิดการสลายตวั หรอื ไหม้เป็นเถ้าเม่อื ไดร้ ับความรอ้ นสูง สามารถทาให้กลับเปน็ รูปร่างเดิมหรอื เปลี่ยน รูปร่างได้ โดยสมบตั ิไม่เปล่ียนแปลง เม่อื ขน้ึ รปู ด้วยความรอ้ นหรอื แรงดนั แล้ว จะไม่ สามารถนากลบั มาขน้ึ รูปใหมไ่ ด้อีก มโี ครงสร้างแบบเส้นหรือแบบกง่ิ มีโครงสร้างเปน็ แบบร่างแห นิยมนามาใช้เป็นผลิตภัณฑท์ ่ีขนึ้ รูปง่าย เชน่ ภาชนะ บรรจุภัณฑ์ ของเลน่ นยิ มนามาใช้ทาผลติ ภัณฑห์ รอื อปุ กรณ์ที่ ตอ้ งการความ เช่น พอลิเอทิลนี พอลโิ พรพลิ นี พอลสิ ไตรนี คงทน ทนความรอ้ นสงู เชน่ พอลฟิ นี อลฟอรม์ าลดีไฮด์ พอลยิ ูรีเทน ยางวัลคาไนซ์ พอลิเมอร์เทอร์มอพลาสติก มีโครงสร้างแบบเส้นและแบบก่ิง เม่ือได้รับความร้อนจะอ่อนตัว เปลยี่ นรูปได้ สามารถนากลบั มาใช้ใหม่ได้ ชนิดพอลิเมอร์ ประโยชน์ - พอลิเอทลิ ีน ถุงพลาสตกิ ชนดิ ร้อน ชนดิ เย็น ภาชนะบรรจุใน (Polyethelene:PE) ครวั เรือน อวัยวะเทียม - พอลโิ พพลิ ีน กระบอกฉีดยา ขวดนม ภาชนะบรรจุอาหาร (Polypropylene:PP) กระดกู เทยี ม เอน็ เยบ็ แผล - พอลิสไตรีน (Polystylene:PE) โฟมบรรจอุ าหาร หลอดฉีดยา - พอลิไวนลิ คลอไรด์ ถงุ ใสเ่ ลอื ด หลอดเลอื ดเทียม ทอ่ น้า เส้อื กนั ฝน (Polyvinylchloride:PVC) - พอลิเอไมด์ (Nylon) แห ถงุ นอ่ ง พอลเิ มอร์ (Polymer) หน้า | 8

พอลเิ มอรเ์ ทอร์มอเซต มีโครงสรา้ งแบบร่างแห เมื่อไดร้ บั ความรอ้ นจะไม่เปลี่ยนรูป ถ้า อณุ หภูมิสงู พอจะแตกไหม้กลายเปน็ ขีเ้ ถ้า ไม่สามารถนากลบั มาใช้ใหม่ได้ ชนิดพอลิเมอร์ ประโยชน์ - พอลิฟีนอล-ฟอร์มาลดีไฮด์ ทาฉนวนความร้อน เช่น หูภาชนะกระทะ หม้อ ด้ามมดี - พอลยิ เู รยี -ฟอรม์ าลดไี ฮด์ ปล๊กั ไฟ เต้าเสยี บ - พอลิเมลานนี -ฟอรม์ าลดีไฮด์ จานชาม ถ้วยกาแฟ - อีพอกซี สี กาว สารเคลอื บผวิ / 03 การปรบั ปรงุ สมบตั ขิ องพอลเิ มอร์ ผลิตภัณฑ์ในชีวิตประจาวันหลายชนิด เช่น ภาชนะ บรรจุภัณฑ์ เครื่องนุ่งห่ม ส่วนประกอบ ยานพาหนะ อุปกรณ์ไฟฟ้า เคร่ืองใช้ในครัวเรือน มีพอลิเมอร์เป็นองค์ประกอบ ซ่ึงพอลิเมอร์ที่นามาใช้ ส่วนใหญม่ ีการปรบั ปรุงสมบัติใหเ้ หมาะสมกับการใชง้ านแลว้ การเตมิ สารเตมิ แต่ง การปรับปรุงสมบัติของพอลิเมอร์ทาได้โดยการเติมสารเติมแต่ง (additive) ลงไปในพอลิเมอร์ เพ่ือใหไ้ ดส้ มบตั ิตามตอ้ งการ ซึง่ สารทเ่ี ติมลงไปในพอลเิ มอรอ์ าจเข้าไปแทรกระหว่างสายพอลิเมอร์โดย ไม่เกิดปฏิกิริยาเคมี สารเติมแต่งบางชนิดอาจทาให้จุดหลอมเหลวของพอลิเมอร์ลดลง ขึ้นรูปได้ง่ายขึ้น โค้งงอได้ดีข้ึน ไม่แตกหักง่าย สารเติมแต่งดังกล่าวเรียก พลาสติไซเซอร์ (plasticizer) หรือสารเสริม สภาพพลาสติก พลาสติไซเซอร์เป็นสารท่ีมีโมเลกุลขนาดเล็กกว่าพอลิเมอร์มาก ตัวอย่างพลาสติไซเซอร์ท่ีนิยม ใช้ในอุตสาหกรรม เช่น สารกลุ่มแทเลต (phthalates) สารกลุ่มแอดิเพต (adipates) สารกลุ่มซิเทรต (citrates) สารกลมุ่ แทเลต สารกลมุ่ แอดเิ พต สารกลมุ่ ซเิ ทรต พอลเิ มอร์ (Polymer) หนา้ | 9

การใช้สารพลาสตไิ ซเซอรต์ อ้ งคานึงถึงความปลอดภัย ความเสถียร และความคงทน เนื่องจากพ ลาสติไซเซอร์ไมไ่ ดเ้ ชือ่ มตอ่ กบั สายพอลิเมอร์ จงึ หลุดออกจากเน้ือพลาสตกิ ได้ • พลาสติไซเซอร์ในภาชนะบรรจุอาหารอาจหลุดออกมาปนเป้ือนในอาหารท่ีอุ่นร้อนหรือ มไี ขมนั มาก • พลาสติไซเซอร์ในอุปกรณ์หรือเฟอร์นิเจอร์พลาสติก อาจหลุดออกมาเม่ือได้รับความ ร้อน เม่ือพลาสตไิ ซเซอรใ์ นพลาสตกิ ลดลง พลาสติกจะเปราะและแตกรา้ วไดง้ ่ายข้ึน นอกจากนี้การปรบั ปรงุ สมบตั ขิ องพอลิเมอรอ์ าจทาได้โดยเตมิ สารเคมีบางชนิดลงไปทาปฏิกิริยา เคมกี ับพอลิเมอร์ เช่น ยางพารา (Polyisoprene) เปน็ พอลเิ มอรธ์ รรมชาติท่มี ีประโยชน์ เชน่ ทาถุงมือ ถุงยางอนามัย ยาง ยดื เป็นตน้ มีมอนอเมอร์คอื ไอโซพรีนตอ่ กัน 1,500 – 15,000 หนว่ ย เช่น ยางพารา ยางกัตตา ไอโซพรนี ฉ n พอลไิ อโซพรนี - ยางพารา หรือ พอลิไอโซพรนี - ยางกตั ตา หรอื พอลไิ อโซพรนี โดยธรรมชาตจิ ะมคี วามต้านทานสูง เหนยี ว และออ่ นตัวเม่ือไดร้ บั ความร้อน แตกเปราะงา่ ยเม่ือ ไดร้ บั ความเยน็ ไมท่ นต่อตัวทาละลายอนิ ทรยี ์และน้ามันเบนซิน จงึ มกี ารปรบั ปรุงคุณสมบัติโดยการเติม กามะถัน ทาให้กามะถันเชื่อมต่อระหว่างโซ่พอลิไอโซพรีนในบางตาแหน่ง ซึ่งทาให้ยางเกิดความ ยืดหยุ่นและคงรูปต่อสภาวะอุณหภูมิต่าง ๆ เรียกว่า กระบวนการวัลคาไนเซชัน สามารถนามาทาเป็น ผลติ ภัณฑ์ต่างๆ เชน่ ยางรถยนต์ ยางวง เป็นต้น พอลิเมอร์ (Polymer) หนา้ | 10

S8 ก่อน หลัง กระบวนการวลั คาไนเซชนั (Vancanization process) ยางสังเคราะห์ เป็นยางที่มีสมบัติยืดหยุ่นน้อยเมื่อเทียบกับยางธรรมชาติ แตท่ นตอ่ ตัวทาละลาย อนิ ทรีย์และน้ามันเบนซิน ตวั อยา่ งยางสังเคราะห์ เช่น มอนอเมอร์ พอลเิ มอร์ คณุ สมบตั แิ ละประโยชน์ 1. บวิ ตาไดอีน 1. พอลบิ วิ ตาไดอนี มี ค ว า ม ยื ด ห ยุ่ น น้ อ ย ก ว่ า ย า ง ธรรมชาติ นามาผลิตเป็นย าง ฉ nฉ รถยนต์ 2. คลอโรพรนี 2. พอลคิ ลอโรพรนี ชอ่ื ทางการค้าว่า นโี อพรนี สลายตัว ยาก ทนไฟ ยืดหยนุ่ สูง ทนต่อตัวทา ฉ nฉ ละลายอินทรีย์และเบนซนิ นามาทา เปน็ สายพาน 3. สไตรนี + บวิ ตาไดอนี 3. สไตรนี -บวิ ตาไดอนี :SBR มีความทนต่อแรงเสียดทานสูง จึง นามาทาเปน็ พื้นรองเท้า + 4. ไอโซพรนี 4. พอลไิ อโซพรีน หรอื IR สังเคราะห์เลียนแบบยางธรรมชาติ จงึ มีลักษณะคล้ายยางธรรมชาติ แต่ บ ริ สุ ท ธ์ิ ก ว่ า ใ ช้ ท า จุ ก น ม ย า ง อุปกรณท์ างการแพทย์ พอลิเมอร์ (Polymer) หนา้ | 11

การปรับเปล่ียนโครงสร้างพอลิเมอร์ การปรับปรุงสมบัติของพอลิเมอร์บางชนิดอาจทาได้โดยการทาปฏิกิริยาเคมีบนสายพอลิเมอร์ ซ่งึ จะทาใหไ้ ด้พอลิเมอร์ทีม่ ีโครงสรา้ งและสมบตั ิเปลี่ยนแปลงไปจากเดิม เซลลูโลสแอซเี ตต (cellulose acetate, CA) ไดจ้ ากการทาปฏิกิริยาของเซลลโู ลสกับกรดแอ ซีติกเข้มข้น โดยมีกรดซัลฟิวริกเข้มข้นเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ทาให้เซลลูโลสแอซีเตตท่ีสามารถหลอมข้ึน รปู เปน็ แผ่นหรือทาเปน็ เส้นใยได้ ซึ่งตา่ งจากเซลลโู ลสที่ไม่สามารถหลอมได้ CH3COOH H2SO4 เซลลโู ลส เซลลูโลสแอซเิ ตต ไคโตซาน (chitosan) ได้จากการนาไคติน (chitin) ไปทาปฏิริยาไฮโดรลิซิสในสภาวะท่ีเป็น เบส ซ่ึงไคตินเป็นพอลิเมอร์ท่ีมีอยู่ในเปลือกกุ้ง กระดองปู แกนหมึก เปลืองแมลง เนื่องจากไคโตซานมี หมู่ -NH2 ซ่ึงมีสมบัติเป็นเบสทาให้ไคโตซานสามารถทาปฏิกริ ิยากับสารละลายกรดอ่อนได้เป็นเกลอื ท่ี ละลายในน้าได้ต่างจากไคตินท่ีไม่ละลายในน้า จึงสามารถนาไคโตซานไปใช้ประโยชน์ได้หลากหลาย กว่าไคติน H2O NaOH พอลิไวนิลแอลกอฮอล์ (poly(vinyl alcohol), PVA) ได้จากปฏิกิริยาไฮโดรลซิสของพอลิไว นิลอะซีเตต (poly(vinyl acetate), PVAc) พอลิเมอร์ที่ได้มีสมบัติการละลายน้าท่ีดีขึ้น นิยมนาไปใช้ ในการทากาว อมิ ัลซไิ ฟเออร์ PVAc PVA พอลเิ มอร์ (Polymer) หน้า | 12

ท้งั นห้ี ากปฏิกิริยาเคมีท่เี กิดข้ึนบนสายพอลิเมอร์เกิดไม่สมบูรณ์หรือมปี ฏิกิริยาข้างเคียงจะทาให้ มอี งคป์ ระกอบทั้งสว่ นของพอลเิ มอร์เดิมและส่วนของพอลีเมอร์ทีท่ าปฏิกริ ิยาแลว้ ผสมกัน โคพอลเิ มอร์ พอลิสไตรีนได้จากปฏิกิริยาการเกิดพอลิเมอร์แบบเติมของมอนอเมอร์เพียงชนิดเดียวคือ สไต รีน จัดเป็น โฮโมพอลิเมอร์ (homopolymer) แต่หากนาสไตรีนมาทาปฏิกิริยาการเกิดพอลิเมอร์กับ มอนอเมอรช์ นิดอืน่ เช่น บิวทาไดอนี จะได้พอลเี มอร์ทจ่ี ดั เป็น โคพอลเี มอร์ (copolymer) Polystylene Polystylenebutadiene ตัวอยา่ งโคพอลเิ มอรท์ ี่ได้จากปฏกิ ิริยาการเกดิ พอลิเมอร์แบบควบแน่น เชน่ • พอลิแลกติก-โค-ไกลโคลิกแอซิด (poly(lactic-co-glycolic, PLGA หรือ PLG) ได้ จากปฏกิ ิรยิ าการควบแน่นของกรดแลกติกและไกลโคลิก poly(lactic-co-glycolic, PLGA หรอื PLG • พอลิบิวทิลีนแอดิเพตเทเรฟแทเลต (poly(butylene adipate terephthalate), PBAT) ได้จากปฏิกิริยาการควบแน่นของกรดแอดิพิกบิวเทน-1,4-ไดออล และกรด เทเรฟแทลกิ poly(butylene adipate terephthalate), PBAT พอลเิ มอร์ (Polymer) หน้า | 13

โคพอลิเมอร์อาจจาแนกตามลักษณะการเรียงตวั ของมอนอเมอรไ์ ดเ้ ป็น 4 ประเภท ได้แก่ แบบสุ่ม -A-B-A-A-B-B-A-B-A-A-A- หรือ -(A)a-(B)b- แบบสลับ -A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A- หรอื -[A-B]n- แบบบล็อก -A-A-A-A-A-B-B-B-B-B-B- หรอื -[A]a-[B]b- แบบต่อกง่ิ -A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A B-B-B-B-B- โ ด ยทั่ ว ไ ป ก าร ท าโ ค พ อ ลิ เ ม อ ร์ โ ด ยก าร ผ ส ม ม อ น อ เ ม อ ร์ ส อ ง ช นิ ด ใ ห้ ท าป ฏิ กิ ริ ยากั น จ ะ ไ ด้ ผลิตภัณฑ์เป็นโคพอลิเมอร์แบบสุ่ม ส่วนโคพอลิเมอร์แบบสลับหรือแบบล็อก สามารถทาให้เกิดขึ้นได้ โดยการควบคมุ ลาดับการเข้าทาปฏกิ ริ ยิ าการเกิดพอลิเมอร์ สมบัติของพอลิเมอร์ต่างจากสมบัติของโฮโมพอริเมอร์และยังขึ้นอยู่กับลักษณะการเรียงตัวของ มอนอเมอรท์ ่ีอย่ใู นสายของโพลิเมอร์ การเรียงตัวของมอนอเมอร์ในโคพอลิเมอร์มีผลต่อสมบัติของพอลิเมอร์ โดยท่ัวไปโคพอลิเมอร์ มีสมบัติอยู่ระหว่างสมบัติของโฮโมพอลิเมอร์แต่ละชนิด ทั้งน้ีโคพอลีเมอร์แบบล็อกและแบบต่อกิ่งส่วน ใหญ่จะยังแสดงสมบัติเด่นของโฮโมพอลิเมอร์แต่ละชนิด ดังน้ันการส่ังเคราะห์โคพอลิเมอร์จึงเป็นการ ปรับปรุงสมบัติของพอลิเมอร์เพื่อให้เหมาะสมกับการใช้งานมากย่ิงขึ้น เช่น พอลิบิวทาไดอีนเป็นยางท่ีมี ความยืดหยุ่นสูง แต่น่ิมและสึกหร่อนได้ง่าย จึงมีการสังเคราะห์ยางสไตรีนบิวทาไดอีน (styrene butadiene rubber, SBR) ซึ่งเป็นโคพอลิเมอร์ที่ประกอบด้วยบล็อกของพอลิสไตรีนและพอลิบิวทาได อีน ที่ยังคงมีความยืดหยุ่นคล้ายพอลิบิวทาไดอีน แต่มีความแข็งและทนการสึกกร่อนได้ดีข้ึนคล้ายพอ ลสิ ไตรีน โคพอลิเมอร์ สามารถทาให้มีสมบัติได้หลากหลาย โดยการเปลี่ยนชนิด สัดส่วน หรือการ จัดเรียงตัวของมอนอเมอรซ์ ึ่งสามารถนาไปใช้งานไดห้ ลายประเภท เช่น ชนิ้ สว่ นตา่ งๆ ในรถยนต์ ABS = acrylonitrile-butadiene-styrene ASA = acrylonitrile-styrene-acrylate PP copolymer = โคพอลิเมอรข์ องพอลโิ พ รพลิ ีนกบั แอลคีนชนดิ อนื่ ฃ SBR = styrene butadiene rubber พอลิเมอร์ (Polymer) หนา้ | 14

ผลิตภัณฑ์พอลิเมอร์ท่ีใช้ในชีวิตประจาวันอาจผ่านการปรับปรุงสมบัติหลายวิธีการร่วมกัน เช่น ยางรถยนต์เกิดจากการนายางธรรมชาติหรือยางสังเคราะห์ ซึ่งอาจเป็นโคพอลิเมอร์มาผ่าน กระบวนการวัลคาไนเซชัน จากนั้นนามาเติม ซิลิกา ซิลเิ กต ผงคาร์บอน หรือพอลิเมอรช์ นดิ อื่น เพอ่ื ช่วย ในการเสรมิ ความแขง็ แรงและความทนทาน พอลิเมอร์นาไฟฟ้า พอลเิ มอรส์ ่วนใหญ่มีสมบตั เิ ป็นฉนวนไฟฟ้าจงึ มีการนาไปใชเ้ ปน็ ปลอกหุ้มสายไฟ แต่ต่อมาได้มี การค้นพบว่าพอลิเมอร์บางชนิดสามารถทาให้นาไฟฟ้าได้ เช่น พอลิอะเซทิลีนซึ่งมีโครงสร้างที่เอ้ือต่อ การเคล่ือนที่ของอิเล็กตรอนภายในสายพอลิเมอร์หลัก การนาไฟฟ้าของพอลิเมอร์ได้รับการศึกษาและ พัฒนาโดยฮิเดะกิ ชิระกะวะ (Hideki Shirakawa) แอลัน เจย์ ฮีเกอร์ (Alan J.Heeger) และแอลัน จี แมกไดอาร์มิด (Alan G. MacDiarmid) จนนาไปสู่การได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีเคมีประจาปีพ.ศ. 2543 โครงสร้างของพอลิอะเซทิลีนประกอบด้วยพันธะคู่สลับพันธะเด่ียวตลอดสายพอลิเมอร์ ซึ่งอี เล็กตรอนของพันธะคู่สามารถเคล่ือนย้ายตาแหน่งบนสายพอลิเมอร์เกิดเป็นโครงสร้างเรโซแนนซ์ทาให้ พอลอิ ะเซทลิ นี มสี มบตั เิ ป็นสารก่ึงตัวนาไฟฟ้า เม่อื มีการเตมิ สารท่เี ปน็ ตวั ออกซิไดซห์ รอื ตวั รีดิวซ์ลงไปจะ ทาให้พอลิอะเซทิลีนนาไฟฟ้าได้ดีข้ึน เน่ืองจากการเติมตัวออกซิไดซ์ทาให้เกิดประจุบวกข้นึ บนสายพอลิ เมอร์และอิเลก็ ตรอนในพนั ธะคู่สามารถเคล่ือนท่ีบนสายพอลิเมอรไ์ ด้ง่ายข้นึ กวา่ พอลิเมอรท์ เี่ ป็นกลาง การเคลอื่ นทขี่ องอเิ ลก็ ตรอนและประจบุ วกของพอลอิ ะเซทลิ นี แกรไฟต์ เป็นสารโคเวเลนซ์ที่นาไฟฟ้าได้ เมอื่ เตมิ ตวั ออกซไิ ดซ์ มีโครงสร้างเป็นวงหกเหลี่ยมที่มีพันธะคู่ สลับพันธะเด่ียวเช่ือมต่อกันในระนาบซึ่ง การนาไฟฟ้าของแกไฟท์เก่ียวข้องกับการ เคลอ่ื นท่ีของอีเล็กตอนในพันธะคู่ การนาไฟฟ้าของพอลิอะเซทิลีนไม่เสถียรเพียงพอที่จะใช้งานได้ จึงมีการพัฒนาพอลิเมอร์นา ไฟฟ้าชนิดอ่ืน เช่นพอลิ-พารา-ฟิลีน (poly(para-phenylene)) พอลิแอนิลีน (polyaniline) พอลิพิร์ โล (polypyrrole) พอลไิ ทโอฟีน (polythiophene) ซ่งึ พอริเมอร์เหล่านเี้ ป็นสารกึ่งตัวนาไฟฟ้าท่ีต้องมี การเติมตวั ออกซิไดซ์หรือตัวรดี ิวซ์เพื่อทาให้เกิดการนาไฟฟ้าไดด้ ีขนึ้ พอลเิ มอร์นาไฟฟ้าเหล่านสี้ ามารถ นาไปใช้งานในอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ เช่นฟิล์มป้องกันไฟฟ้าสถิต แบตเตอรี่ แผงวงจรไฟฟ้า จอภาพ LED เซลลแ์ สงอาทิตย์ พอลิเมอร์ (Polymer) หนา้ | 15

poly(para-phenylene) polypyrrole polyaniline polythiophene นอกจากตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์แลว้ สมบัติการนาไฟฟ้าของพอลิเมอร์นาไปฟ้าบางชนิดอาจ ขน้ึ อยู่กบั อุณหภมู ิแสง ภาวะความเป็นกรด-เบส และการเตมิ สารเติมแต่งชนิดอื่นๆ เชน่ การฉายแสงบน พอลิ-เอ็น-ไวนิลคาร์บาโซล (poly(N-vinylcarbazone) ทาให้สมบัติการนาไฟฟ้าเพ่ิมข้ึนจึงนาพอลิ- เอ็น-ไวนิลคารบ์ าโซล มาใช้ในเครอื่ งถา่ ยเอกสาร เคร่อื งถา่ ยเอกสาร ลูกกล้ิงในเคร่ืองถ่ายเอกสารเคลือบด้วยพอลี-เอ็น-ไวนิลคาร์บาโซล ซึ่งทาให้ นาไฟฟ้าได้ดีเมื่อได้รับพลังงานแสงท่ีสะท้อนจากภาพต้นฉบับ ส่งผลให้ประจุไฟฟ้าที่ ประจุไว้เคล่ือนที่ออกจากบริเวณที่ได้รับแสงประจุ ที่เหลือสามารถดึงดูดผงหมึกมาติด บนลูกกลิง้ เกดิ เป็นภาพพร้อมที่จะถา่ ยลงบนแผ่นกระดาษ พอลิเมอร์ (Polymer) หน้า | 16

/ 05 การแกป้ ญั หาขยะจากพอลเิ มอร์ พอลิเมอร์เป็นวัสดุท่ีมีการนามาใช้อย่างแพร่หลายและผลิตภัณฑ์พอลิเมอร์หลายชนิดเป็นแบบ ใช้แล้วท้ิง เช่น ขวดน้าดื่ม แก้วพลาสติก หลอดพลาสติก ถุงพลาสติก กล่องโฟมใส่อาหาร ซ่ึงพอลิเมอร์ เหล่านี้เป็นวัสดุสังเคราะห์ท่ีส่วนใหญ่ไม่สามารถย่อยสลายตามธรรมชาติหรือใช้เวลาย่อยสลายนาน มาก นอกจากน้ียังมีรายงานผลการวิจัยว่า อนุภาคพลาสติกขนาดเล็ก (microplastic) ที่ได้จากการ ย่อยสลายพอลิเมอร์สามารถถ่ายทอดไปตามโซ่อาหารจนนาเข้าสู่ร่างกายมนุษย์และสัตว์ซึ่งอาจ ก่อใหเ้ กิดอันตรายตอ่ สขุ ภาพ ขยะพอลเี มอรจ์ งึ เป็นปัญหาทค่ี วรได้รับการแกไ้ ขอย่างเร่งดว่ น ขยะพอลิเมอร์ท่ีพบ ส่วนใหญ่เป็นผลิตภัณฑ์จากพลาสติกหรือยาง ซ่ึงการกาจัดขยะเหล่าน้ีด้วย วิธีการเผายังเป็นวิธีที่ใช้อยู่ในปัจจุบันและนาไปสู่การเพ่ิมปริมาณแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ซ่ึงเป็นแก๊ส เรือนกระจกซ่ึงเป็นสาเหตุของภาวะโลกร้อน นอกจากนี้การเผาพลาสติกหรือยางอาจก่อให้เกิดสารพิษ เช่น ฟอสจีน ไดออกซิน ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ส่วนวิธีการฝังกลบหรือการท้ิงลงในแหล่งน้าอาจก่อให้เกิด ผลกระทบต่อสิ่งมชี ีวิตและสิ่งแวดลอ้ ม แนวทางการลด ปญั หาจากขยะพลาสติกในปจั จุบนั 1. การลดการใช้ (reduce) เช่น การไม่รับถุงพัดสติก การใช้ถุงผ้าแทนการใช้ถุงพลาสสติก การใช้แก้วน้าหรือภาชนะใส่อาหารที่นามาเอง การลดการใช้อาจทาได้โดยการใช้ซ้า เช่น การใช้แก้วหรือขวดน้าดื่มซ้า การนายางรถยนต์มาทากระถางต้นไม้หรือรองเท้าแตะ ซึ่งพอ ลิเมอร์ท่ีนามาใช้ซ้าเหล่าน้ีไม่ได้ผ่านกระบวนการหลอมและแปรรูป การลดการใช้จึงเป็น การลดปญั หาขยะพลาสติกท่ีใช้ต้นทนุ ต่าและนักเรยี นสามารถมีส่วนรว่ มได้ง่าย 2. การรีไซเคลิ (recycle) เปน็ การแปรรูปวสั ดุทใ่ี ช้แล้วเพ่อื นากลับมาใชใ้ หม่ วิธกี ารนใ้ี ช้ได้กับ พอลิเมอร์เทอมอพลาสติกซึ่งสามารถนามาหลอมแล้วข้ึนรูปใหม่ได้ โดยต้องมีการคัดแยก ชนิดของพลาสติกก่อนนามาหลอม ดังนั้นจึงมีการกาหนดรหัสท่ีระบุชนิดพลาสติกบน ผลติ ภณั ฑท์ สี่ ามารถนากลับมารีไซเคิลได้ พอลิเอทิลีนเทเรฟทาเลต (Poly(ethelene terephthalate), PET หรือ PETE) เป็นพลาสติกที่ใช้ผลิตขวดหรือภาชนะต่างๆ สามารถนากลับมารี ไซเคิลเป็นผลิตภัณฑ์ เช่น เสน้ ใยสาหรบั เสอ้ื กันหนาวหรอื พรหม พอลเิ อทิลนี ความหนาแน่นสูง (high density polyethylene, HDPE) เป็น พลาสติกท่ีใช้ผลิตถุงหูหิ้วขวดน้า สามารถนากลับมารีไซเคิลเป็นผลิตภัณฑ์ เช่น ฉนวนกันความ รอ้ น ภาชนะบรรจภุ ัณฑ์ เสือ้ ผา้ กฬี า พอลิเมอร์ (Polymer) หนา้ | 17

พอลิไวนิลคลอไรด์ (poly(vinyl chloride), PVC) เป็นพลาสติกท่ีใช้ผลิต ท่อน้า หนังเทียม สายยาง สามารถนากลับมารีไซเคิลเป็นผลิตภัณฑ์ เช่น แผน่ ยางปพู น้ื พอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่า (low density polyethylene, LDPE) เป็น พลาสติกที่ใชผ้ ลิตถุงใสข่ องต่างๆ สามารถนากลับมารีไซเคลิ เป็นผลิตภัณฑ์ เช่น ถงุ ขยะ การนาพลาสติกมาหลอมใหม่มีต้นทุนสูงและได้พลาสติกที่มีสมบัติต่างไป จากเดมิ 3. การใช้พอลิเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ เช่น พอลิบิวทิลีนแอดิเพตเทเรฟแทเลต (PBAT) พอลิคาโพรแล็กโทน (polycaprolactone, PCL) พอลิแลกติกแอซิด (PLA) พอลิไฮดรอกซีบิวทิเรต (polyhydroxybutyrate, PHB) ซ่ึงเป็นพอลิเอสเทอร์ท่ีสายพอลิเมอร์มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างกันน้อย สามารถเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสได้ง่ายทาให้เกิดการย่อยโดยจุลินทรีย์ในธรรมชาติได้เร็วกว่าพอลิ เมอร์สังเคราะห์ทั่วไป นอกจากน้ีผลิตภัณฑ์ท่ีย่อยได้ทางธรรมชาติอาจใช้พอลิเมอร์ธรรมชาติ เช่น แป้ง เซลลโู ลส Polybutylene Adipate-co-Terephthalate (PBAT) Polycaprolactone (PCL) polylactic acid (PLA) polyhydroxybutyrate (PHB) อยา่ งไรก็ตามหากผลติ ภัณฑพ์ อลีเมอร์ยงั คงเป็นส่ิงจาเป็นทตี่ อ้ งใช้อยู่ในชวี ติ ประจาวันผใู้ ช้ควรต นักถึงปัญหาขยะพลาสติกที่จะเกิดข้ึนและควรมีส่วนร่วมในการลด ปัญหาโดยการคัดแยกประเภทของ ขยะเชน่ พลาสตกิ รีไซเคลิ ประเภทต่างๆ พลาสติกยอ่ ยสลายได้ซ่ึงควรแยกออกจากขยะประเภทอ่ืนเพื่อให้ สามารถนาไปกาจัดหรอื รไี ซเคลิ ได้อย่างถูกตอ้ ง พอลิเมอร์ (Polymer) หนา้ | 18