Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
ข้อมูลสมบัติและ การนำพอลิเมอร์ไปใช้ประโยชน์ - Coggle Diagram
ข้อมูลสมบัติและ
การนำพอลิเมอร์ไปใช้ประโยชน์
สมบัติของพอลิเมอร์
ทนต่อสารเคมี
สังเกตได้จากน้ำยาทำความสะอาดต่าง ๆ ภายในบ้านที่่มักมีบรรจุภัณฑ์ทำจากพลาสติก น้ำยาเหล่านี้มีความรุนแรงที่สร้างความระคายเคืองต่อผิวหนัง ดวงตา หรือหากเข้าสู่ร่างกายก็อาจทำลายอวัยวะภายในได้ แต่สำหรับพลาสติกแล้วสามารถทนทานต่อสารเคมีเหล่านี้ได้ แม้ว่าตัวทำละลายอาจละลายพลาสติกบางชนิดได้ง่าย แต่พลาสติกส่วนใหญ่ก็ยังมีความทนทานต่อสารเคมีและมีความปลอดภัยอยู่ดี
ทนทานต่อ
แรงกระแทก
พลาสติกบางชนิดมีความทนทานต่อแรงกระแทก การใช้งานที่สมบุกสมบัน ซึ่งถูกนำมาใช้ผลิตกระเป๋าเดินทาง กันชนรถยนต์ เป็นต้น
มีความเหนียว
และยืดหยุ่น
พอลิเมอร์บางชนิดสามารถทำให้ร้อนและเปลี่ยนรูปได้ครั้งแล้วครั้งเล่า ซึ่งสมบัตินี้ทำให้ง่ายต่อกระบวนการผลิตและสะดวกต่อการรีไซเคิล สามารถนำไปทำเป็นบรรจุภัณฑ์อาหารด้วยการฉีดขึ้นรูปได้ นอกจากนี้ด้วยสมบัติความยืดหยุ่น เช่น ยางธรรมชาติและยางสังเคราะห์ ก็สามารถนำไปผลิตเป็นยางรถยนต์ ตลอดจนผลิตภัณฑ์อื่น ๆ ที่ต้องการสมบัติความยืดหยุ่นได้
เป็นทั้งฉนวนความร้อน
และฉนวนไฟฟ้า
พอลิเมอร์เป็นทั้งฉนวนความร้อนและฉนวนไฟฟ้า และด้วยสมบัตินี้เราจึงเห็นอุปกรณ์จำพวกสายไฟ ปลั๊กไฟฟ้า ผลิตหรือถูกห่อหุ้มด้วยวัสดุพอลิเมอร์ ส่วนสมบัติเป็นฉนวนความร้อนจะเห็นได้ชัดเจนจากหูหม้อหรือด้ามกระทะ ที่ทำจากพอลิเมอร์ ซึ่งช่วยให้เราสามารถทำอาหารได้อย่างสะดวกขึ้น แม้แต่ตู้เย็นหรือกระติกน้ำก็มีพอลิเมอร์เป็นองค์ประกอบด้วยเช่นกัน
มีน้ำหนักเบา
พอลิเมอร์มีน้ำหนักเบา ซึ่งระดับความแข็งแรงและน้ำหนักของพอลิเเมอร์นั้นจะแปรผันตามกันอย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้น จึงมีการนำไปประยุุกต์ใช้อย่างหลากหลาย ตั้งแต่ของเล่นเด็กไปจนถึงโครงสร้างของสถานีอวกาศ นอกจากนี้พอลิเมอร์บางชนิดยังสามารถลอยน้ำได้ ขณะที่บางชนิดก็จมน้ำ แต่เมื่อเปรียบเทียบความหนาแน่นระหว่างหิน คอนกรีต เหล็ก ทองแดง หรืออะลูมิเนียมแล้ว พลาสติกทุกชนิดมีน้ำหนักเบากว่าวัสดุที่กล่าวมาอยู่ดี
สำหรับพอลิเมอร์ธรรมชาติ เป็นพอลิเมอร์ที่ได้มาจากธรรมชาติหรือเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ เช่น ครั่ง ยางเรซิน เส้นใยเซลลูโลสที่นำมาใช้ในการผลิตกระดาษหรือสิ่งทอ เป็นต้น ส่วนพอลิเมอร์สังเคราะห์ซึ่งเป็นพอลิเมอร์ที่มนุษย์ผลิตขึ้น จะพบได้ในรูปของพลาสติกเป็นส่วนใหญ่ โดยมีทั้งพลาสติกที่มีความยืดหยุ่น (เทอร์โมพลาสติก) และพลาสติกที่มีความแข็งอย่างถาวร (เทอร์โมเซต)
พอลิเมอร์มาจาก คำว่า "พอลิ (Poly-)" ซึ่งหมายถึง จำนวนมาก และ "เมอร์ (-mer) ซึ่งหมายถึง ส่วน ดังนั้น โพลิเมอร์ ก็คือ สารประกอบทางเคมีที่ประกอบไปด้วยโมเลกุลเล็ก ๆ ชนิดเดียวกันจำนวนมากถึงเกือบล้านโมเลกุล มาเชื่อมต่อกันด้วยพันธะโคเวเลนซ์เป็นสายโซ่ยาว และโมเลกุลเล็ก ๆ จำนวนมากเหล่านี้ก็คือ มอนอเมอร์ (Monomer)
พอลิเมอร์ถูกนำมาใช้ผลิตทั้งเครื่องใช้ต่าง ๆ ในบ้าน ไม่ว่าจะเป็นเสื้อผ้า ของเล่น วัสดุก่อสร้าง ฉนวนกันความร้อน และผลิตภัณฑ์อื่น ๆ อีกมากมาย เนื่องจากพอลิเมอร์มีสมบัติพิเศษหลายประการ จึงสามารถปรับให้เหมาะสมกับการใช้งานที่แตกต่างกันได้อย่างหลากหลาย ซึ่งสมบัติพิเศษของพอลิเมอร์นั้น
ด้วยสมบัติพิเศษของพอลิเมอร์ที่กล่าวมานี้ ทำให้มีการศึกษาวิจัยพอลิเมอร์แต่ละชนิด โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาเวชภัณฑ์และปรับปรุงผลิตภัณฑ์ที่เราใช้กันอยู่ในปัจจุบันนี้ให้ดียิ่งขึ้นไป เช่น ปรับปรุงอุตสาหกรรมยานยนต์เพื่อผลิตรถที่มีน้ำหนักเบากว่าเดิม ประหยัดเชื้อเพลิง และปลอดภัยยิ่งขึ้น นำมาผลิตถุงเลือดเพื่อช่วยยืดอายุการเก็บรักษาเลือด การทำผิวหนังเทียมจากซิลิโคน ตลอดจนอาจใช้ประโยชน์ในเรื่องของ anti aging ในอนาคตอีก
รูปแบบการใช้งานของพอลิเมอร์
เส้นใย
เป็นพอลิเมอร์กลุ่มที่แข็งแรงที่สุด เนื่องจากพื้นที่หน้าตัดของเส้นใยนั้นมีขนาดที่เล็กมาก ตัวพอลิเมอร์เองจึงจำเป็นต้องรับแรงในแนวแกนเส้นใยให้ได้สูงสุด เส้นใยจึงมีลักษณะทางกายภาพที่ดูเบาบาง แต่มีความแข็งแรงสูง
พลาสติก
มีความแข็งแรงรองจากเส้นใย แม้ว่าการใช้งานพลาสติกนั้น จะมีมิติความกว้าง ยาว สูง มากกว่าเส้นใยหลายเท่า ทำให้ดูเหมือนว่าแข็งแรงกว่าเส้นใย แต่ถ้าลองนำพลาสติกไปฉีดให้มีความบางเท่าเส้นใย จะพบว่ามันแข็งแรงน้อยกว่ามาก
ยาง
มีจุดเด่นคือความยืดหยุ่นสูง เราจึงไม่เปรียบเทียบเรื่องความแข็งแรง แต่มักจะคำนึงถึงค่าเปอร์เซ็นต์การยืดตัวก่อนขาด (elongation at break) และแรงดึงที่จุดขาด (load at break) แทน นอกจากนี้พอลิเมอร์ในกลุ่มนี้จำเป็นต้องมีการคืนตัวกลับได้ดีด้วย (recovery property) จึงต้องมีการเพิ่มแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโซ่โมเลกุลด้วยการเชื่อมขวาง (crosslink) ซึ่งจุดที่เชื่อมขวางนี้ควรจะอยู่ห่างกันในระยะที่เหมาะสม เนื่องจากหากถี่เกินไป ยางที่ได้จะมีลักษณะแข็งไม่ยืดหยุ่น ในขณะที่ถ้าห่างเกินไป ก็จะได้ยางที่มีลักษณะนิ่มเกินไป
สารละลายและลาเทกซ์
ใช้งานในรูปของพอลิเมอร์ที่กระจายตัวในของเหลวอื่น ๆ ไม่ว่าจะเป็นตัวทำละลายของพอลิเมอร์เอง หรือกระจายตัวเป็นอิมัลชันในน้ำ ลักษณะการใช้งานคือเป็น กาว สีทาบ้าน เชลแล็ค หรือ สารเคลือบผิวอื่น ๆ พอลิเมอร์ในกลุ่มนี้ควรจะกระจายตัวได้ดี และมีความสามารถในการเชื่อมขวางได้ในสภาวะที่มีแสง หรือแก๊สออกซิเจนได้ หรือไม่ก็สามารถที่จะนำตัวเองไปเกี่ยวพัน (entanglement) กับวัสดุอื่น ๆ ได้
ชนิดของพอลิเมอร์ (แบ่งตามโครงสร้างโมเลกุล)
Thermoplastic polymers เป็นพอลิเมอร์สายตรงหรือกิ่ง ไม่มีการเชื่อมโยงระหว่างสายโซ่โมเลกุล ส่งผลให้สายโซ่โมเลกุลขยับตัวง่ายเมื่อได้รับแรงหรือความร้อน สามารถหลอมและไหลได้เมื่อได้รับความร้อน เป็นส่วนประกอบหลักในพลาสติกอ่อน เช่น Polyethylene ในถุงพลาสติก
Elastomers เป็นพอลิเมอร์ที่มีการเชื่อมโยงระหว่างสายโซ่โมเลกุลเล็กน้อย ซึ่งทำหน้าที่ดึงสายโซ่โมเลกุลกลับมาให้อยู่ในสภาพเดิม เมื่อปล่อยแรงกระทำ
Thermosetting polymers เป็นพอลิเมอร์ที่มีการเชื่อมโยงระหว่างสายโซ่โมเลกุลอย่างหนาแน่น ส่งผลให้สายโซ่โมเลกุลขยับตัวยากเมื่อได้รับแรงหรือความร้อน วัสดุที่มีพอลิเมอร์ชนิดนี้เป็นองค์ประกอบหลัก จึงรับแรงได้ดี และไม่หลอมเหลวเมื่อได้รับความร้อน อย่างไรก็ตาม เมื่อความร้อนสูงถึงอุณหภูมิสลายตัว (Degradation temperature) วัสดุจะสลายตัวไปเนื่องจากพันธะเคมีแตกหัก พอลิเมอร์ชนิดนี้ เป็นส่วนประกอบหลักในพลาสติกแข็ง เช่น ถ้วยชามเมลามีน หลังคาไฟเบอร์ (Thermosets เสริมใยแก้ว)