erp2563010219200595b9995be80a4374968efb74d57cd0fe

เคมีอุตสาหกรรม อ.ดร.อษุ ารตั น รัตนคํานวณ สาขาวชิ าเคมี คณะวิทยาศาสตร มหาวิทยาลยั แมโจ

เคมอี ตุ สาหกรรม  เคมีอุตสาหกรรมเปน กระบวนวชิ าทเ่ี กยี่ วกบั การนําความรู ของเคมีไปใชในอตุ สาหกรรมเพ่ือผลติ เปนผลติ ภัณฑตา งๆ เพอ่ื ตอบสนองความตองการของมนษุ ย  ในหัวขอ นี้ จะกลา วถงึ อตุ สาหกรรมปโตรเลียม ปโ ตรเคมี และผลิตภณั ฑจากอุตสาหกรรมปโตรเคมี เชน พอลิเมอร ปุย ของใชในชวี ิตประจาํ วัน 2 Department of Chemistry, Faculty of Science, Maejo University

เคมอี ตุ สาหกรรม : อุตสาหกรรมปโตรเคมี 3

ปโตรเลยี ม (Petroleum)  ปโ ตรเลียม มาจากคําในภาษาละตนิ 2 คําคือ เพตรา (petra) แปลวา หิน และ โอเลยี ม (oleum) ซ่ึงแปลวา น้าํ มัน รวมความแลวหมายถึง นํา้ มนั ทไ่ี ด จากหิน  ปโ ตรเลยี มเปน สารประกอบไฮโดรคารบอน ซึง่ ประกอบดวยธาตุคารบ อน (c) กบั ธาตุไฮโดรเจน (H) จับตวั กนั เปนโมเลกลุ โดยเกิดข้ึนเองตาม ธรรมชาติ จากการทับถมของซากสิ่งมชี ีวิตตามชัน้ หิน ดนิ และในทะเล หลายรอยลา นปมาแลว  ปโตรเลยี ม แบง ตามสถานะท่สี ําคัญได 2 ชนิด คือ นํา้ มันดิบ (Crude Oil) และ กา ซธรรมชาติ (Natural Gases) 4 Department of Chemistry, Faculty of Science, Maejo University

กาํ เนิดปโตรเลียม  ปโตรเลียมเกิดจากการทับถม และแปรสภาพของซากสิ่งมชี วี ิตท้งั พืชและ สตั ว (สารอนิ ทรยี ) ในช้ันหินใตพ้นื ผิวโลกนานหลายรอยป เกิดเปน ช้ัน ตะกอนทบั ถมหนาข้ึนเร่ือยๆ  ความกดดันจากจากชั้นหิน ความรอนจากใต ผวิ โลก และการสลายตัวของอนิ ทรียสารทาํ ให ซากพืชซากสัตวสลายตวั กลายเปนนํา้ มันและ แกส ธรรมชาติ 5 Department of Chemistry, Faculty of Science, Maejo University

น้ํามันดิบ (Crude oil)  น้ํามนั ดบิ (Crude Oli) คือสารประกอบของไฮโดรคารบอนชนดิ ตางๆ (จาํ นวนคารบ อนในโมเลกลุ ไมเ ทา กนั นํา้ หนกั โมเลกุลตางกนั ) กับสารเคมี อ่นื ๆ จํานวนเลก็ นอย เชน สารประกอบกํามะถัน ไนโตรเจน และออกซิเจน  การที่จะนาํ สารตางๆ เหลา นี้ไปใชได พวกมนั จะตองถูกแยกออกออกจาก กนั เสยี กอน กระบวนการแยกเรียกวา การกล่นั (Refining) 6 Department of Chemistry, Faculty of Science, Maejo University

กา ซธรรมชาติ (Natural Gas)  กา ซธรรมชาติ (Natural Gas) คือ เชือ้ เพลงิ ประเภทฟอสซิลอยางหนงึ่ ซ่ึงพบไดในแองใตพื้นดิน หรืออาจพบรวมกับนํ้ามนั ดิบ  เปน ปโ ตรเลยี มที่อยใู นรูปของ กา ซ ณ อุณหภมู ิ และความดนั ที่ผิวโลก  กาซธรรมชาตเิ ปน สารประกอบไฮโดรคารบอน ซงึ่ ประกอบดว ย ธาตุ คารบอน (C) กับธาตไุ ฮโดรเจน (H) จับตวั กันเปนโมเลกุล โดยเกิดขึ้นเอง ตามธรรมชาติ จากการทับถมของซากสิ่งมชี ีวติ ตามช้ันหิน ดนิ และใน ทะเลหลายรอ ยลานปม าแลว เชนเดียวกับนาํ้ มนั และเน่ืองจากความ รอนและความกดดนั ของผิวโลกจึงแปรสภาพเปนกาซ 7 Department of Chemistry, Faculty of Science, Maejo University

การกล่ันลําดับสว น (Fractional Distillation)  การแยกสารประกอบไฮโดรคารบ อนชนดิ ตางๆออกจากกนั จะใชวธิ ี การกลนั่ ลําดับ สวน (Fractional Distillation)  การกล่ันลาํ ดบั สว น ( Fractional distillation) วธิ ีการนคี้ อื การกลั่นน้ํามนั แบบ พ้ืนฐาน ซึ่ง สามารถแยกนาํ้ มันดิบออกเปนสวน (Fractions) ตางๆ  กระบวนการนี้ใชห ลกั การจากลักษณะของสว นตางๆ ของนาํ้ มนั ดิบทม่ี คี า อุณหภมู ิ จดุ เดือด ( Boiling point) ทีแ่ ตกตา งกันออกไป  สารประกอบไฮโดรคารบ อนที่มีจํานวนคารบอนนอ ยกวาจะมนี ้ําหนักโมเลกลุ และ จดุ เดือดตํ่ากวา จะระเหยออกมากอ น  สารประกอบไฮโดรคารบ อนที่มจี ํานวนคารบ อนมากกวาจะมีนํ้าหนกั โมเลกุลและ จุดเดือดสูงกวา จะระเหยออกมาทหี ลงั 8 Department of Chemistry, Faculty of Science, Maejo University

การกล่นั ลําดับสว น (Fractional Distillation) 9 Department of Chemistry, Faculty of Science, Maejo University

การใชป ระโยชนจากนาํ้ มันและกาซธรรมชาติ ผลติ ภณั ฑท่กี ล่ันได ประโยชน กาซมีเทน (C1)  เชอื้ เพลิงสําหรบั ผลิตกระแสไฟฟา  อดั ใสถังดว ยความดันสงู ใชเปน เช้ือเพลงิ NGL (Natural Gas Liquid) ในรถยนตชนิด NGV (Natural Gas Vehicle) กา ซอเี ทน (C2)  ใชเปนวัตถุดบิ ในอุตสาหกรรมปโ ตรเคมเี พ่ือผลิตเม็ด พลาสติก เสนใยส่งิ ทอ กา ซโพรเพน (C3)  ใชเ ปนวัตถุดบิ ในอุตสาหกรรมปโ ตรเคมีเพื่อผลิตเมด็ พลาสติก 10  ใชเปน เช้ือเพลิงในโรงงานอุตสาหกรรม

การใชป ระโยชนจากนาํ้ มันและกาซธรรมชาติ ผลิตภัณฑท กี่ ลั่นได ประโยชน กา ซบวิ เทน (C4)  ใชเ ปนวัตถุดบิ ในอุตสาหกรรมปโตรเคมี  นํา C-3 มาผสม C-4 อัดใสถังเปนกาซปโตรเลียม แนฟทาเบา (C5-C9) เหลว (Liquefied Petroleum Gas,LPG) (กา ซหงุ ตม) แนฟทาหนกั เพื่อเปน เช้อื เพลงิ ในครัวเรอื น หรือสําหรับรถยนต 11 (C5-C10)  ใชทาํ สารเคมี  ใชท ําเชือ้ เพลิงสาํ หรับเครื่องยนตเ บนซนิ (นํา้ มัน เบนซนิ หรือ gasoline)  ใชทําเช้ือเพลงิ สาํ หรบั เคร่ืองยนตเบนซนิ (นา้ํ มัน เบนซิน หรือ gasoline)

การใชประโยชนจากนํ้ามนั และกาซธรรมชาติ ผลิตภณั ฑท ี่กลั่นได ประโยชน น้าํ มันกาด  ใชท ําเช้ือเพลงิ สําหรับจดุ ตะเกยี ง และเปนนํ้ามนั (kerosene) สาํ หรบั เคร่ืองบินไอพน (C10-C16)  ใชทําเปน เชอื้ เพลงิ สําหรับเครื่องยนตด เี ซล นา้ํ มันดีเซล (diesel)  ใชเ ปนนาํ้ มันหลอลน่ื (C14-C20) นํ้ามนั หลอลน่ื (C20-C50) 12

การใชป ระโยชนจากน้าํ มนั และกาซธรรมชาติ ผลิตภณั ฑท ่กี ล่ันได ประโยชน นํ้ามันเตา  เปน เชอ้ื เพลิงสาํ หรับเตาตม หมอ นาํ้ และเตาเผาหรอื (C20-C70) เตาหลอมท่ีใชในโรงงานอุตสาหกรรม เครื่องกาํ เนิด ไฟฟา ขนาดใหญ ยางมะตอย (C>70)  ใชทําวัสดกุ ันซมึ ใชท ํายางมะตอยราดถนน 13 Department of Chemistry, Faculty of Science, Maejo University

ปโตรเคมี (Petrochemical) คืออะไร  ปโตรเคมี เปนสารประกอบไฮโดรคารบอนท่ีไดจากการนํา ปโตรเลียมมาแปรสภาพโดยผานกระบวนการตางๆ ของโรงกลั่น นํ้ามันหรือโรงแยกกาซธรรมชาติ เพ่ือใหเกิดสารตัวใหมที่นําไปใช เปนวัตถุดิบในอุตสาหกรรมปโตรเคมี ทําใหไดผลิตภัณฑตางๆ มากมาย 14 Department of Chemistry, Faculty of Science, Maejo University

ปโตรเคมี (Petrochemical) สว นจากโรงกลน่ั แปรสภาพ สารปโตรเคมี สารกลมุ โอเลฟน ส :สารประกอบ เอทลิ ีน โพรพลิ ีน (สารต้ังตนใน ไฮโดรคารบอน (C2, C3, C4) เชน อเี ทน, การผลิตเมด็ พลาสตกิ ) โพรเพน, LPG, NGV สารกลมุ อะโรมาตกิ ส: C-2 ถงึ C-8 เบนซนี โทลูอีน ไซลีน เชน คอนเดนเซท รีฟอรม เมท แนพทา (ตวั ทําละลายและสารต้งั ตนใน สังเคราะหพ อลิเมอร) 15 Department of Chemistry, Faculty of Science, Maejo University

วตั ถุดบิ ผลิตภัณฑป โ ตรเคมีขัน้ ตน ข้ันกลางและขนั้ ปลาย อตุ สาหกรรมตอเนื่อง 16 Department of Chemistry, Faculty of Science, Maejo University

เคมีอตุ สาหกรรม : พอลเิ มอร และผลิตภัณฑของใชในชีวิตประจําวนั Department of Chemistry, Faculty of Science, Maejo University 17

พอลเิ มอร (Polymer) คอื อะไร?  พอลิเมอร (Polymer) มาจากภาษากรีก “Poly” แปลวา มาก (many) และ “mer” แปลวา สว นหรือหนวย (part or unit) ดงั นั้น พอลเิ มอรจึงหมายถึง สารโมเลกุลยาวและมีนํา้ หนักโมเลกลุ สงู ประกอบดว ยหนว ยทซ่ี ํ้าๆกันที่เรียกวา “mer” หรือ “repeating unit” จํานวนมาก มาเชื่อตอ กันดวยพนั ธะโควาเลนต 18 Department of Chemistry, Faculty of Science, Maejo University

มอนอเมอร (Monomer)  พอลเิ มอร เกดิ จากการทาํ ปฏกิ ริ ิยาของ มอนอเมอร (monomer)  มอนอเมอร คอื สารต้งั ตนท่ีใชท ําปฏิกริ ยิ าเพือ่ เกิดเปน พอลิเมอร  ปฏกิ ริ ยิ าการสงั เคราะหพอลิเมอร คอื ปฏิกิรยิ าพอลิเมอรไ รเซชัน (Polymerization) polymerization monomer polymer 19 Department of Chemistry, Faculty of Science, Maejo University

พอลเิ มอร (Polymer)  พอลเิ มอร เปนสารประกอบไฮโดรคารบ อนทีม่ ีนา้ํ หนกั โมเลกุลสูง ประกอบดว ยโมเลกุล ซา้ํ ๆ ตอ กันเปนโมเลกลุ สายยาวๆ  ประกอบดว ยธาตทุ ่ีสาํ คัญคือ คารบ อน, ไฮโดรเจน นอกจากนี้อาจมีธาตุอน่ื ๆเปน สว นประกอบยอ ย ไดแ ก ออกซเิ จน, ไนโตรเจน, ฟลูออรีน, คลอรีน, และกํามะถนั เปน ตน  พอลเิ มอร แบงตามเกณฑก ารเกิดเปน 2 ชนิดคือ  พอลิเมอรธรรมชาติ (Natural Polymer) เชน เซลลูโลส แปง โปรตนี ยางธรรมชาติ  พอลเิ มอรส ังเคราะห (Synthetic Polymer) เชน พลาสติก เสยใย โฟม กาว 20 Department of Chemistry, Faculty of Science, Maejo University

พอลเิ มอรท่ีเกี่ยวของกบั ชวี ิตประจาํ วนั • พอลิเมอร มักอยูในรูปของวัสดุ ซึง่ แบง ออกตามลกั ษณะการใชง าน คือ 1) พลาสตกิ (plastics) 2) ยาง (rubber or elastomers) 3) เสนใย (fibers) 4) วสั ดเุ คลือบผวิ (surface coatings) 5) กาว (adhesives) เราพบเหน็ พอลิเมอรไ ดท่วั ๆ ไป ของใชตางๆ เชน ถงุ กลอ ง ถงั ตะกรา กาละมัง กระเปา ขวดนํา้ สว นประกอบของเครอื่ งใชไ ฟฟา สีทาบาน ส่ิงทอ 21 Department of Chemistry, Faculty of Science, Maejo University

คุณสมบตั เิ ดนของพอลิเมอร ความตองของพอลิเมอรเพ่ือใชท ดแทนวัสดุดั้งเดิม ไดแก ไม โลหะ แกว และ เซรามกิ เพมิ่ ขึ้นทกุ ป เน่ืองจาก  สามารถแปรรปู และข้นึ รูปเปนผลติ ภัณฑทม่ี ีรปู รา งแบบซบั ซอนได  ทาํ ใหม ีสสี นั ตามตองการ  น้ําหนักเบา และมคี วามแข็งแรง  ทนทานตอสารเคมีและการกัดกรอน  พอลิเมอรส วนใหญเปนฉนวนไฟฟา และความรอน  พอลิเมอรมสี มบัตพิ ิเศษ เชน ความยดื หยุนของยาง และความสามารถใน การรับหรอื ดูดกลนื พลังงาน 22 Department of Chemistry, Faculty of Science, Maejo University

พลาสตกิ วิศวกรรม พลาสตกิ วิศวกกรม คือ พลาสตกิ ซ่ึงมสี มรรถภาพสูง เหมาะสมในการนาํ มา ทาํ เปนสวนประกอบในเครอ่ื งจกั ร หรืองานโครงสราง และประยกุ ตใ ชในงาน อตุ สาหกรรม สามารถใชงานไดอยางตอเน่อื งท่ีอณุ หภมู ิสูงประมาณ 100 C ใชในงานเฉพาะทาง เชน วัสดเุ ชิงประกอบประเภทยานยนตทางอากาศ หรือใชทําแผนเยื่อแยกสารสําหรับของเหลวหรือกา ซ ทาํ ส่ิงทอหรอื ผาทนไฟ สําหรับพลักงานดับเพลนิ ใชในทางการแพทย เชน ทาํ ไหมละลาย ช้ินสว นขา เทียม เปน ตน 23 Department of Chemistry, Faculty of Science, Maejo University

พลาสตกิ กับสิง่ แวดลอม พลาสตกิ ทําใหเกิดปญ หาขยะลนเมือง เน่ืองจาก  พลาสตกิ เปนวสั ดุที่มีการใชงานอยา งแพรห ลาย  พลาสตกิ คอื พอลเิ มอรซ งึ่ มีโมเลกุลยาว ยอยสลายไดยากในธรรมชาติ 24 Department of Chemistry, Faculty of Science, Maejo University

การแกปญหาขยะพลาสติก 25  Reduce การลดการใช  Repair การซอ มแซม  Reuse การใชซ าํ้ นําพลาสตกิ กลับมาใชใ หม  Recycle การแปรรปู เพ่ือนําพลาสติกกลบั มาใชใ หม  Biodegradable Plastic การใชพ ลาสติก ยอยสลายไดทดแทนการใชพลาสติกท่วั ไป เชน พอลิแลกติกแอซดิ หรอื มีพอลเิ มอร ธรรมชาติ เชน แปงเปน สวนประกอบ Department of Chemistry, Faculty of Science, Maejo University

การแปรรูปเพ่อื นาํ กลบั มาใชใหม (Recycle)  ส่งิ สาํ คัญในการรีไซเคิลพลาสติก คือ การคัดแยกประเภทของพลาสตกิ เนอ่ื งจากพลาสติกบางประเภทไมส ามารถผสมกันได ดังนนั้ สมาคมอตุ สาหกรรม พลาสติกจงึ ไดเ สนอระบบเพื่อบงชี้ หรือกาํ หนดประเภทของขวดพลาสติกโดยใช สญั ลกั ษณ ลูกศร 3 เสน วง่ิ ไลกันเปนรูปสามเหลี่ยม (chasing arrows) แทน ความหมาย การรไี ซเคิล ประกอบดว ยตวั เลขและช่ือยอ สําหรับพลาสตกิ 7 ชนิด 26 Department of Chemistry, Faculty of Science, Maejo University

ผลติ ภัณฑข องใชใ นชวี ติ ประจาํ วัน สบู ผงซักฟอก และสารลดแรงตึงผิว นาํ้ ยาดดั ผม น้ํายายืดผม 27 Department of Chemistry, Faculty of Science, Maejo University

สบแู ละสารลดแรงตึงผวิ (Surfactant) 28 Department of Chemistry, Faculty of Science, Maejo University

ตวั อยา งของสารลดแรงตึงผวิ  Anionic Surfactant เชน Sodium lauryl sulphate  เปนสวนประกอบใน ผงซกั ฟอก สบู ครมี อาบน้ํา Sodium lauryl sulphate  Cationic Surfactant ไดแกส ารจําพวก quaternary ammonium salt  เปน สวนประกอบใน ครมี นวดผม นํา้ ยาปรบั ผานมุ  Nonionic Surfactant เชน Alkyl phenol ethoxylate  เปน สว นประกอบในสบูเ หลวลา งหนา ครีมบาํ รุงผิว Alkyl phenol ethoxylate 29

สบูชาํ ระลางสง่ิ สกปรกไดอยางไร? 1) สง่ิ สกปรกจับบนพื้นผวิ 2) เมื่อเติมสารซกั ลา งลงไป ไอออนของสารซกั ลา งเขาสัมผัสกบั สงิ่ สกปรก สวนท่ีชอบนํ้าจะ ทาํ การจบั น้ํา และสวนทช่ี อบน้ํามนั จะทําการจับสงิ่ สกปรกพวกไขมนั ทไ่ี มสามารถละลาย น้ําได คือจะเอาสวนหัวทม่ี ีประจชุ ีเ้ ขา หาโมเลกลุ ของน้าํ เอาสวนหางจับกับไขมัน 3) สง่ิ สกปรกถกู ดึงหลุดออกไปจากพ้ืนผิวแลว แขวนลอยอยูในนํา้ 4) สิ่งสกปรกถกู หมุ ดวยกลุมโมเลกุลของสารซักลา ง สว นหวั ของสารซกั ลางซ่ึงมปี ระจุจะ ดึงดูดกับโมเลกุลของนา้ํ 30 Department of Chemistry, Faculty of Science, Maejo University

นาํ้ ยาดัดผม นํา้ ยายืดผม น้าํ ยาดัดผมทําใหผ มงอ และน้ํายายืดผมทาํ ใหผมตรงไดอยา งไร? เสนผมคนเราประกอบดวยโปรตีน ท่ีมีชื่อวาเคราติน ซึ่งเคราตินนี้เองจะมีกรดอะมิโนชื่อ ครีสเตอีน (cysteine) เปนองคประกอบอยู คริสเตอีนเหลาน้ีจะเช่ือมกันดวยพันธะได ซลั ไฟด (disulfide bond; มีกาํ มะถันสองอะตอมเช่ือมตอระหวางคริสเตอีน) ผมทุกเสนมี พนั ธะไดซลั ไฟดท ัง้ หมด 31 Department of Chemistry, Faculty of Science, Maejo University

นา้ํ ยาดดั ผม นํ้ายายืดผม น้าํ ยาดัดผมทําใหผ มงอ และนา้ํ ยายดื ผมทําใหผ มตรงไดอยา งไร?  น้ํายายืดผมและนํ้ายาดัดผมจะไปทําลายพันธะไดซัลไฟดดว ยสารรีดิวซ สารเคมีท่ีใชในการเปน สารรีดวิ ซเพือ่ ทําลายพันธะไดซลั ไฟดใหขาดออก ไดแก Thiogylcolic acid  เม่ือตองการทําใหผ มตรงก็ตามดวยการรีดผมดว ยความรอนแลว ทําให เกดิ พันธะไดซัลไฟดใ หมดวยสารออกซไิ ดส สารเคมีท่ีทําหนา ที่เปนสาร ออกซไิ ดสเพื่อใหพ นั ธะไดซัลไฟดเ กิดขึ้นมาใหม ไดแก Hydrogen Peroxide  เมอื่ ตองการทําใหผมหยิกงอกลายเปนผมดัดก็ตามดวยการมวนผมแลว ทาํ ใหเ กิดพันธะไดซัลไฟดใหมดว ยสารออกซไิ ดสเ ชนเดียวกนั นัน่ เอง 32

นา้ํ ยาดดั ผม 33

นา้ํ ยายดื ผม 34

นํ้ายาดดั ผม นํา้ ยายดื ผม 35 Department of Chemistry, Faculty of Science, Maejo University

36 Department of Chemistry, Faculty of Science, Maejo University