หน่วยที่ 4 พอลิเมอร์

เอกสารประกอบการเรยี น วิชาวิทยาศาสตร์เพอื่ พัฒนาอาชีพศิลปกรรม Science for Arts and Design รหัสวิชา 2000-1304 หน่วยการเรียนรทู้ ี่ 4 เรอื่ ง พอลิเมอร์ อรนุช กอสวัสดพ์ิ ฒั น์

เอกสารประกอบการเรยี น วิชา 2000-1304 -2- วทิ ยาศาสตร์เพ่อื พัฒนาอาชพี ศิลปกรรม หนว่ ยการเรียนท่ี 4 เร่ือง พอลเิ มอร์ หน่วยการเรยี นรู้ท่ี 4 พอลเิ มอร์ หวั เร่ือง 1. ความหมายของพอลเิ มอร์ 2. ประเภทของพอลิเมอร์ตามแหลง่ ท่มี า 3. ประเภทของพอลเิ มอร์ตามจำนวนชนดิ ของมอนอเมอร์ 4. ประเภทของพอลิเมอร์ตามจำนวนชนดิ ปฏิกิริยาการเกิดพอลเิ มอร์ 5. ความหมายของพลาสติก 6. ประเภทของพลาสติก 7. สมบัตบิ างประการของพลาสตกิ บางชนดิ 8. สัญลักษณเ์ พื่อบง่ ช่ปี ระเภทของพลาสติกรไี ซเคิล พอลิเมอร์ (Polymer) คือ สารประกอบทมี่ ีโมเลกลุ ขนาดใหญ่ และมมี วลโมเลกลุ มากประกอบดว้ ยหนว่ ยเลก็ ๆ ของ สารทอ่ี าจจะเหมอื นกันหรือต่างกนั มาเชื่อมต่อกันดว้ ยพนั ธะโควาเลนต์ มอนอเมอร์ (Monomer) คือ หน่วยเลก็ ๆ ของสารในพอลิเมอร์ ดังภาพ ประเภทของพอลิเมอร์ แบ่งตามเกณฑ์ตา่ ง ๆ ดังนี้ 1. แบ่งตามการเกิดเป็นเกณฑ์ เป็น 2 ชนิด คือ ก . พอลิเมอรธ์ รรมชาติ เปน็ พอลิเมอรท์ เี่ กดิ ขึ้นเองตามธรรมชาติ เช่น โปรตนี แปง้ เซลลโู ลส ไกโคเจน กรด นิวคลีอกิ และยางธรรมชาติ (พอลีไอโซปรีน) ข . พอลิเมอรส์ ังเคราะห์ เป็นพอลิเมอร์ที่เกดิ จากการสงั เคราะหเ์ พ่อื ใช้ประโยชน์ต่าง ๆ เช่น พลาสติก ไนลอน ดาครอน และลูไซต์ เป็นต้น

เอกสารประกอบการเรยี น วชิ า 2000-1304 -3- วิทยาศาสตรเ์ พือ่ พฒั นาอาชพี ศลิ ปกรรม หนว่ ยการเรยี นที่ 4 เรอ่ื ง พอลิเมอร์ 2. แบ่งตามชนดิ ของมอนอเมอร์ทเี่ ป็นองค์ประกอบ เปน็ 2 ชนดิ คือ ก . โฮมอลเิ มอร์ (Homopolymer) เปน็ พอลิเมอร์ท่ปี ระกอบด้วยมอนอเมอร์ชนิดเดียวกัน เช่น แปง้ (ประกอบด้วยมอนอเมอร์ทีเ่ ป็นกลโู คสทั้งหมด) พอลิเอทลิ นี PVC (ประกอบดว้ ยมอนอเมอร์ท่เี ปน็ เอทลิ ีนทัง้ หมด) ข . เฮเทอโรพอลเิ มอร์ (Heteropolymer) เปน็ พอลเิ มอร์ท่ีประกอบด้วยมอนอเมอร์ตา่ งชนิดกัน เชน่ โปรตีน (ประกอบด้วยมอนอเมอร์ทเ่ี ป็นกรดอะมิโนต่างชนดิ กัน) พอลิเอสเทอร์ พอลเิ อไมด์ เปน็ ต้น 3. แบง่ ตามโครงสร้างของพอลเิ มอร์ แบง่ ออกเปน็ 3 แบบ คือ ก. พอลิเมอรแ์ บบเส้น (Chain length polymer) เปน็ พอลเิ มอร์ทเ่ี กดิ จากมอนอเมอร์สร้างพนั ธะต่อกนั เป็น สายยาว โซ่พอลเิ มอรเ์ รยี งชิดกันมากวา่ โครงสร้างแบบอื่น ๆ จึงมีความหนาแนน่ และจุดหลอมเหลวสงู มีลกั ษณะแข็ง ขนุ่ เหนียวกวา่ โครงสร้างอ่ืนๆ ตวั อย่าง PVC พอลิสไตรนี พอลเิ อทิลนี ดงั ภาพ ข. พอลเิ มอรแ์ บบกิ่ง (Branched polymer) เปน็ พอลเิ มอรท์ เ่ี กิดจากมอนอเมอรย์ ึดกนั แตกก่ิงก้านสาขา มี ทัง้ โซ่สั้นและโซ่ยาว ก่งิ ที่แตกจาก พอลิเมอร์ของโซห่ ลัก ทำใหไ้ ม่สามารถจดั เรยี งโซ่พอลเิ มอร์ใหช้ ิดกันไดม้ าก จงึ มี ความหนาแน่นและจดุ หลอมเหลวต่ำยดื หยุน่ ได้ ความเหนยี วตำ่ โครงสรา้ งเปลี่ยนรปู ได้ง่ายเมอื่ อณุ หภมู ิเพ่ิมขนึ้ ตวั อย่าง พอลิเอทิลีนชนดิ ความหนาแนน่ ตำ่ ดังภาพ

เอกสารประกอบการเรยี น วิชา 2000-1304 -4- วทิ ยาศาสตรเ์ พื่อพัฒนาอาชพี ศิลปกรรม หนว่ ยการเรยี นที่ 4 เรือ่ ง พอลเิ มอร์ ค. พอลเิ มอรแ์ บบร่างแห (Croos -linking polymer) เป็นพอลิเมอรท์ ี่เกิดจากมอนอเมอรต์ ่อเชอื่ มกนั เป็น ร่างแห พอลเิ มอรช์ นิดน้ีมีความแข็งแกร่ง และเปราะหักงา่ ย ตัวอย่างเบกาไลต์ เมลามนี ใช้ทำถ้วยชาม ดงั ภาพ หมายเหตุ พอลเิ มอรบ์ างชนดิ เปน็ พอลเิ มอรท์ ่เี กิดจากสารอนินทรีย์ เช่น ฟอสฟาซีน ซลิ ิโคน การเกิดพอลิเมอร์ พอลิเมอรเ์ กดิ ข้นึ จากการเกิด “ปฏิกิริยาพอลเิ มอรไ์ รเซชนั ” ของมอนอเมอร์ พอลเิ มอร์ไรเซชนั (Polymerization) คือ กระบวนการเกิดสารท่ีมีโมเลกุลขนาดใหญ่ ( พอลิเมอร์) จากสารท่ี มีโมเลกลุ เลก็ ( มอนอเมอร์) ปฏกิ ิรยิ าพอลเิ มอร์ไรเซชัน แบ่งเป็น 2 แบบ ดังน้ี 1. ปฏกิ ิริยาพอลิเมอรไ์ รเซชนั แบบเตมิ (Addition polymerization reaction) คอื ปฏกิ ริ ยิ าพอลเิ มอร์ไร เซชนั ทีเ่ กดิ จากมอนอเมอร์ของสารอินทรยี ช์ นิดเดียวกันท่ีมี C กับ C จบั กันดว้ ยพนั ธะคู่มารวมตัวกันเกดิ สารพอลิเมอร์ เพยี งชนดิ เดียวเท่านนั้ ดงั ภาพ 2. ปฏิกิริยาพอลเิ มอรไ์ รเซชันแบบควบแนน่ (Condensation polymerization reaction) คอื ปฏกิ ริ ิยา พอลิเมอร์ไรเซชันที่เกิดจากมอนอเมอร์ที่มหี มู่ฟงั กช์ ันมากกวา่ 1 หมุ่ ทำปฏิกริ ิยากันเปน็ พอลิเมอร์และสารโมเลกลุ เล็ก เช่น นำ้ ก๊าซแอมโมเนยี ก๊าซไฮโดรเจนคลอไรด์ เมทานอล เกดิ ข้นึ ด้วย ดังภาพ

เอกสารประกอบการเรียน วชิ า 2000-1304 -5- วิทยาศาสตรเ์ พอ่ื พัฒนาอาชีพศิลปกรรม หน่วยการเรยี นท่ี 4 เรอื่ ง พอลเิ มอร์ พลาสติก (Plastic) คือ สารที่สามารถทำให้เปน็ รูปต่าง ๆ ได้ดว้ ยความร้อน พลาสติกเป็นพอลิเมอร์ ขนาดใหญ่ มวลโมเลกลุ มาก สมบัติทว่ั ไปของพลาสติก 1. มีความเสถียรมากในธรรมชาติ สลายตัวยาก มีมวลนอ้ ย และเบา 2. เป็นฉนวนความร้อนและไฟฟ้าท่ดี ี 3. ส่วนมากอ่อนตัวและหลอมเหลวเม่อื ได้รบั ความร้อน จึงเปล่ียนรูปรา่ งรปู ทรงตา่ งๆ ไดต้ ามประสงค์ ประเภทของพลาสติก 1. เทอร์มอพลาสติก เมอ่ื ได้รบั ความร้อนจะออ่ นตวั และเมื่อเยน็ ลงจะแข็งตวั สามารถเปลีย่ นรปู ได้ พลาสติก ประเภทน้โี ครงสรา้ งโมเลกุลเป็นโซ่ตรงยาว มีการเชอื่ มต่อระหวา่ งโซ่พอลิเมอรน์ ้อยมาก จงึ สามารถหลอมเหลว หรอื เมอ่ื ผา่ นการอดั แรงมากจะไม่ทำลายโครงสร้างเดมิ ตัวอย่าง พอลเิ อทลิ ีน พอลิโพรพิลีนพอลสิ ไตรีน 2. พลาสตกิ เทอรม์ อเซต จะคงรปู หลงั การผ่านความรอ้ นหรือแรงดนั เพียงครัง้ เดียว เมือ่ เย็นลงจะแขง็ มาก ทน ความรอ้ นและความดัน ไม่ออ่ นตวั และเปลี่ยนรูปรา่ งไมไ่ ด้ แตถ่ ้าอุณหภูมสิ ูงก็จะแตกและไหม้เปน็ ขี้เถ้าสีดำ พลาสติก ประเภทน้โี มเลกลุ จะเชื่อมโยงกนั เปน็ ร่างแหจบั กนั แน่น แรงยึดเหน่ียวระหว่างโมเลกลุ แข็งแรงมาก จึงไม่สามารถนำมา หลอมเหลวได้ ตวั อย่าง เมลามนี พอลิยูรเี ทน

เอกสารประกอบการเรียน วชิ า 2000-1304 -6- วิทยาศาสตรเ์ พ่ือพฒั นาอาชีพศลิ ปกรรม หนว่ ยการเรยี นท่ี 4 เรื่อง พอลเิ มอร์ ตาราง แสดงสมบัติบางประการของพลาสติกบางชนิด ชนดิ ของ ประเภทของ สมบัติบางประการ ตัวอย่างการนำไปใชป้ ระโยชน์ พลาสติก พลาสติก สภาพการไหม้ไฟ ขอ้ สังเกตอื่น พอลเิ อทลิ นี เทอรม์ อพลาสติก เปลวไฟสีน้ำเงนิ ขอบเหลือง เลบ็ ขดี เปน็ รอย ถุง ภาชนะ ฟิลม์ ถ่ายภาพ ของเลน่ กลน่ิ เหมอื นพาราฟิน เปลวไฟ ไมล่ ะลายใน เด็ก ดอกไม้พลาสติก ไมด่ ับเอง สารละลายทวั่ ไป ลอยน้ำ พอลิโพรพิลีน เทอร์มอพลาสติก เปลวไฟสนี ำ้ เงินขอบเหลือง ขดี ด้วยเลบ็ ไม่เป็น โต๊ะ เกา้ อี้ เชือก พรม บรรจภุ ณั ฑ์ ควันขาว กลนิ่ เหมอื นพาราฟิน รอย ไม่แตก อาหาร ช้นิ ส่วนรถยนต์ พอลสิ ไตรนี เทอรม์ อพลาสติก เปลวไฟสีเหลอื ง เขมา่ มาก เปาะ ละลายไดใ้ น โฟม อปุ กรณไ์ ฟฟา้ เลนส์ ของเลน่ กลน่ิ เหมอื นก๊าซจดุ ตะเกียง คาร์บอนเตตระ เดก็ อุปกรณก์ ีฬา เคร่ืองมือสื่อสาร คลอไรด์ และโทลู อีน ลอยน้ำ พอลวิ นิ ิลคลอ เทอร์มอพลาสติก ติดไฟยาก เปลวสีเหลืองขอบ ออ่ นตัวได้คล้าย กระดาษติดผนงั ภาชนะบรรจุ ไรด์ เขียว ควันขาว กลิ่นกรดเกลือ ยาง ลอยนำ้ สารเคมี รองเท้า กระเบ้ืองปูพ้ืน ฉนวนหมุ้ สายไฟ ท่อพีวีซี ไนลอน เทอรม์ อพลาสติก เปลวไฟสนี ้ำเงนิ ขอบเหลอื ง เหนยี ว ยดื หย่นุ เคร่อื งนงุ่ ห่ม ถุงน่องสตรี พรม กลิน่ คลา้ ยเขาสตั วต์ ดิ ไฟ ไมแ่ ตก จมนำ้ อวน แห พอลิยูเรยี พลาสติกเทอรม์ อเซต ตดิ ไฟยาก เปลวสเี หลอื งอ่อน แตกรา้ ว จมน้ำ เต้าเสยี บไฟฟ้า วสั ดุเชงิ วิศวกรรม ฟอรม์ าลดไี ฮด์ ขอบฟ้าแกมเขยี ว กล่นิ แอมโมเนีย อีพอกซี พลาสตกิ เทอรม์ อเซต ติดไฟงา่ ย เปลวสีเหลือง ควัน ไม่ละลายในสาร กาว สี สารเคลอื บผวิ หน้าวตั ถุ ดำ กล่นคลา้ ยขา้ วคัว่ ไฮโดรคารบ์ อน และน้ำ เทอร์มอพลาสติก ตดิ ไฟยาก เปลวสเี หลอื ง ควนั อ่อนตัว ยืดหยนุ่ เส้นใยผ้า พอลเิ อสเทอร์ พลาสตกิ เทอร์มอเซต กลน่ิ ฉนุ เปราะ หรอื แขง็ ตวั ถงั รถยนต์ ตัวถังเรือ ใช้บภุ ายใน ตดิ ไฟยาก เปลวสีเหลอื ง ควนั ดำ กลน่ิ ฉนุ เหนยี ว เครือ่ งบิน

เอกสารประกอบการเรยี น วิชา 2000-1304 -7- วทิ ยาศาสตร์เพือ่ พัฒนาอาชีพศิลปกรรม หนว่ ยการเรยี นที่ 4 เรื่อง พอลิเมอร์ พลาสติกรไี ซเคลิ ( Plastic recycle) ปัจจุบันเราใช้พลาสติกฟุ่มเฟือยมาก แต่ละปีประเทศไทยมีขยะพลาสติกจำนวนมาก ซึ่งเป็นปัญหาด้าน สิ่งแวดล้อมของโลก จึงมีความพยายามคิดค้นทำพลาสติกที่ย่อยสลายทางชีวภาพ (Biodedradable) มาใช้แทน แต่ พลาสติกบางชนิดก็ยังไม่สามารถย่อยสลายทางชีวภาพได้ ในทางปฏิบัติยังคงกำจัดขยะพลาสติกด้วยวิธีฝังกลบใต้ดิน และเผา ซึ่งก่อให้เกิดปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมตามมา วิธีที่ดีที่สุดในการดูแลสิ่งแวดล้อมเกี่ยวกับขยะพลาสติก คือ ลด ปริมาณการใชใ้ หเ้ หลือเท่าทีจ่ ำเป็น และมีการนำพลาสตกิ บางชนิดกลับไปผ่านบางขัน้ ตอนในการผลิต แล้วนำกลับมา ใช้งานใหม่ไดต้ ามเดมิ

เอกสารประกอบการเรยี น วชิ า 2000-1304 -8- วิทยาศาสตรเ์ พอ่ื พัฒนาอาชีพศิลปกรรม หน่วยการเรยี นที่ 4 เรอื่ ง พอลิเมอร์ สมาคมอุตสาหกรรมพลาสตกิ ประเทศสหรัฐอเมรกิ า (The Society of Plastics Industry ; SPI) ได้กำหนด สญั ลกั ษณ์เพอ่ื บ่งชีป่ ระเภทของพลาสติกรไี ซเคลิ ซงึ่ จะกำกับไวใ้ นผลิตภณั ฑ์สนิ คา้ ทท่ี ำดว้ ยพลาสติก ดงั ภาพในตาราง ตาราง แสดงสัญลักษณเ์ พอื่ บง่ ช่ปี ระเภทของพลาสติกรีไซเคิล ประเภทของ ชือ่ ย่อ สัญลักษณ์ มอนอเมอร์ การนำไปใชง้ าน พลาสตกิ Polyethylene PETE Terephthalate High Density HDPE Polyethylene Polyvinyl V Chloride (PVC) Low Lensity LDPE Polyethylene Polypropylene PP

เอกสารประกอบการเรียน วชิ า 2000-1304 -9- วทิ ยาศาสตรเ์ พือ่ พัฒนาอาชพี ศลิ ปกรรม หนว่ ยการเรยี นท่ี 4 เรอ่ื ง พอลิเมอร์ ประเภทของ ชื่อย่อ สัญลกั ษณ์ มอนอเมอร์ การนำไปใช้งาน พลาสตกิ Polystyrene PS Polycarbonate PC Polymethyl- PMMA Methacrylate Nylon-66 N-66