ผังมโนทัศน์สาระการเรียนรู้






สาระสำคัญประจำหน่วย
          1. พอลิเมอร์ คือ สารประกอบที่มีโมเลกุลขนาดใหญ่และมีมวลโมเลกุลมาก เกิดจากมอนอเมอร์จำนวนมากมายึดต่อกันด้วยพันธะโคเวเลนซ์
          2. พอลิเมอร์หากแบ่งแหล่งกำเนิด จะแบ่งเป็นพอลิเมอร์ธรรมชาติและพอลิเมอร์สังเคราะห์ หากแบ่งตามชนิดของมอนอเมอร์ที่เป็นองค์ประกอบในโมเลกุลจะแบ่งเป็นโฮโมพอลิเมอร์และ โคพอลิเมอร์ และเมื่อแบ่งตามสมบัติของพอลิเมอร์และการใช้งานจะแบ่งเป็นกลุ่มของเส้นใย สารยืดหยุ่น และพลาสติก
          3. สมบัติด้านกายภาพของพอลิเมอร์ขึ้นอยู่กับโครงสร้าง โดยพอลิเมอร์ที่มีโครงสร้างแบบสายยาวหรือโซ่โครงสร้างแบบสาขาหรือแขนง และโครงสร้างแบบตาข่ายหรือร่างแห จะมีสมบัติที่ต่างกัน
          4. ปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน แบ่งเป็น 2 ประเภท คือ ปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันแบบต่อเติม และปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันแบบควบแน่น
          5. พลาสติกแบ่งออกเป็น 2 ประเภทตามสมบัติเมื่อได้รับความร้อน คือ เทอร์มอพลาสติก สามารถหลอมซ้ำแล้วทำเป็นรูปร่างเดิมหรือรูปร่างใหม่โดยที่สมบัติของพลาสติกไม่เปลี่ยนแปลง และพลาสติกเทอร์มอเซต เป็นพลาสติกที่ไม่สามารถนำกลับมาขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์ใหม่ได้อีก
          6. ยางเป็นพอลิเมอร์ที่สามารถผลิตได้จากวัตถุดิบที่มีอยู่ในธรรมชาติและจากการสังเคราะห์สารเคมี ยางธรรมชาติ เกิดจากมอนอเมอร์ที่เรียกว่าไอโซพรีน
          7. กระบวนการวัลกาไนเซชันเป็นการปรับปรุงคุณภาพของยางธรรมชาติ เรียกยางนี้ว่า ยางวัลกาไนส์ ซึ่งมีความยืดหยุ่นและความคงตัวสูง อีกทั้งยังไม่ละลายในตัวทำละลายอินทรีย์
          8. ยางสังเคราะห์หรือยางเทียมเป็นพอลิเมอร์ที่มีสมบัติยืดหยุ่นได้ดีมาก แต่หากได้รับความร้อนสมบัติต่าง ๆ จะเสียไป ไม่สามารถหลอมกลับมาใช้ใหม่ได้อีก
          9. เส้นใยสังเคราะห์เป็นพอลิเมอร์ที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาการรวมตัวระหว่างมอนอเมอร์ 2 ชนิด ที่ไม่มีพันธะคู่ระหว่างอะตอมคาร์บอนกับคาร์บอน แต่มีหมู่อื่นซึ่งไวต่อปฏิกิริยาแทน เช่น หมู่แอมิโน (–NH₂₎ หมู่คาร์บอกซิล (–CO₂H) หรือหมู่ไฮดรอกซิล (–OH)

Keywords
          พอลิเมอร์ : สารประกอบที่เกิดจากมอนอเมอร์จำนวนมากมายึดต่อกันด้วยพันธะโคเวเลนซ์ จนได้สารที่มีโมเลกุลขนาดใหญ่
          มอนอเมอร์ : หน่วยที่เล็กที่สุดของของพอลิเมอร์
          ปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน : ปฏิกิริยาการเตรียมพอลิเมอร์จากมอนอเมอร์
          เทอร์มอพลาสติก : พลาสติกที่สามารถหลอมซ้ำและขึ้นรูปใหม่ได้โดยที่สมบัติของพลาสติกยังคงเดิม
          พลาสติกเทอร์มอเซต : พลาสติกที่เมื่อไหม้กลายเป็นขี้เถ้าจะไม่สามารถนำกลับไปขึ้นรูปใหม่ได้ 



ความหมายของพอลิเมอร์
          พอลิเมอร์ (polymer) คือ สารประกอบโมเลกุลที่มีขนาดใหญ่และมีมวลโมเลกุลมาก เกิดจากมอนอเมอร์ (monomer) ซึ่งเป็นโมเลกุลเดี่ยวอาจเป็นชนิดเดียวกันหรือต่างชนิดกันจำนวนหลายพันหลายหมื่นโมเลกุลมายึดต่อกันด้วยพันธะโคเวเลนซ์





ประเภทของพอลิเมอร์
          ประเภทของพอลิเมอร์สามารถจำแนกตามเกณฑ์ได้ดังนี้
                    1. แหล่งกำเนิดของพอลิเมอร์ แบ่งเป็น 2 ประเภท คือ พอลิเมอร์ธรรมชาติ มีทั้งที่เป็นสารอินทรีย์ (แป้ง ไกลโคเจน เซลลูโลส) และเป็นสารอนินทรีย์ (แร่ซิลิเกตและทรายซิลิกา) และพอลิเมอร์สังเคราะห์ เช่น พลาสติก ยางสังเคราะห์ และเส้นใยสังเคราะห์ เป็นต้น
                    2. ชนิดของมอนอเมอร์ที่เป็นองค์ประกอบในโมเลกุล แบ่งเป็น 2 ประเภท คือ โฮโมพอลิเมอร์ (homopolymer) คือ พอลิเมอร์ที่ประกอบด้วยมอนอเมอร์ชนิดเดียวกัน เช่น พอลิเอทิลีน เป็นพอลิเมอร์ที่มีมอนอเมอร์คือเอทิลีนเหมือนกันหมด และโคพอลิเมอร์ (copolymer) คือ พอลิเมอร์ที่ประกอบด้วยหน่วยเล็ก ๆ ของมอนอเมอร์ต่างชนิดกัน




                    3. สมบัติของพอลิเมอร์และการใช้งาน แบ่งเป็น 3 ประเภท คือ
                              เส้นใย เช่น ฝ้าย ขนสัตว์ ไหม และเส้นใยสังเคราะห์ มีลักษณะเป็นเส้นเล็กยาว มีความแข็งแรง และทนต่อแรงดึงตามความยาวของเส้น
                              สารยืดหยุ่น เช่น ถุงมือยาง และยางรถยนต์ชนิดต่าง ๆ เป็นพอลิเมอร์ที่สามารถปรับเปลี่ยนรูปร่างได้ เมื่อยืดแล้วปล่อยก็จะกลับคืนสู่สภาพเดิมได้ เนื่องจากแรงยึดระหว่างโมเลกุลไม่แข็งแรง เมื่อถูกยืดโมเลกุลจะเรียงตัวเป็นระเบียบ แต่เมื่อปล่อยจากการยืดจะกลับสู่สภาพเดิมที่เป็นก้อนขด ไม่เป็นระเบียบ
                              พลาสติก เช่น เป็นสารประกอบอินทรีย์ที่สังเคราะห์ขึ้นใช้แทนวัสดุธรรมชาติ บางชนิดเมื่อเย็นก็แข็งตัว เมื่อถูกความร้อนก็อ่อนตัว บางชนิดแข็งตัวถาวรมีหลายชนิด เช่น ไนลอน ยางเทียม ใช้ทำสิ่งต่าง ๆ เช่น เสื้อผ้า ฟิล์ม ภาชนะ ส่วนประกอบเรือ หรือ รถยนต์

โครงสร้างและสมบัติของพอลิเมอร์
          สมบัติทางกายภาพของพอลิเมอร์จะมีความสัมพันธ์กับโครงสร้างซึ่งแบ่งเป็น 3 แบบ ดังนี้
                    1. โครงสร้างแบบสายยาวหรือโซ่ตรง เกิดจากมอนอเมอร์ที่มาสร้างพันธะเรียงต่อกันเป็นเส้นตรง มีสมบัติเหนียว แข็งแรง สามารถยืดตัวและโค้งงอได้ เมื่อได้รับความร้อนจะอ่อนตัวและจะแข็งตัวเมื่ออุณหภูมิลดลง สามารถเปลี่ยนกลับไปกลับมาได้โดยที่สมบัติของพอลิเมอร์ไม่เปลี่ยนแปลง




                    2. โครงสร้างแบบสาขาหรือแขนง เกิดจากมอนอเมอร์ที่มายึดกันและแตกกิ่งก้านสาขาออกจากโซ่พอลิเมอร์หลัก สมบัติของโครงสร้างนี้มีลักษณะคล้ายโครงสร้างแบบยาว แต่จะมีความหนาแน่นน้อยและโค้งงอได้ดีกว่า เนื่องจากมีกิ่งก้านสาขาขวางกั้นอยู่ระหว่างโมเลกุลของสายพอลิเมอร์




                    3. โครงสร้างแบบตาข่ายหรือร่างแห เกิดจากมอนอเมอร์ที่มาเชื่อมต่อกันเป็นร่างแห ภายในโมเลกุลมีกิ่งก้านสาขาเชื่อมโยงกัน มีสมบัติแข็งแรง ทนทาน โค้งงอได้น้อย คงรูปร่าง ไม่ยืดหยุ่น และทนความร้อนได้ดี เนื่องจากโมเลกุลยึดกันแน่นใน 3 ทิศทาง





การเกิดพอลิเมอร์
          เกิดจากปฏิกิริยาเคมีที่เรียกว่า ปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน (polymerization) ของมอนอเมอร์ ซึ่งจำแนกเป็นประเภทตามลักษณะการเกิดปฏิกิริยาได้ดังนี้
                    1. ปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันแบบต่อเติม (addition polymerization) คือ ปฏิกิริยาการเกิดพอลิเมอร์จากมอนอเมอร์ที่มีพันธะคู่รวมตัวกัน เมื่อเกิดการรวมตัวพันธะคู่จะเปิดออกแล้วต่อกันเป็นพอลิเมอร์ที่ยาวออกไป เกิดเป็นไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัว โดยอาศัยอุณหภูมิ ความดัน และตัวเร่งปฏิกิริยาที่เหมาะสม เช่น การเกิดพอลิไวนิลคลอไรด์ หรือ PVC
                    2. ปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันแบบควบแน่น (condensation polymerization) เกิดจากมอนอเมอร์อย่างน้อย 2 ชนิดมารวมกัน โดยแต่ละชนิดมีหมู่ที่ทำหน้าที่เฉพาะมากกว่าหนึ่งหมู่ เมื่อรวมหรือควบแน่นกันจะมีสารโมเลกุลเล็ก เช่น น้ำหรือแอมโมเนียเกิดขึ้น เช่น การรวมกันของกรดอะดิปิกกับ 1,6 – ไดแอมิโนเฮกเซน ได้ผลิตภัณฑ์เป็นไนลอน

พอลิเมอร์ในชีวิตประจำวัน
          พลาสติก
                    พลาสติกมีสมบัติที่เป็นประโยชน์หลายประการ เช่น มีน้ำหนักเบา มีความเหนียว แข็งแรง ไม่ทำปฏิกิริยากับอากาศ กรด เบส และสารเคมี เป็นฉนวนความร้อนและฉนวนไฟฟ้าที่ดี อีกทั้งส่วนมากมักอ่อนตัวและหลอมเหลวเมื่อได้รับความร้อน จึงนำไปขึ้นเป็นรูปทรงต่าง ๆ ได้ง่าย




                    ทั้งนี้สามารถแบ่งพลาสติกออกได้ 2 ประเภท ตามสมบัติของพลาสติกเมื่อได้รับความร้อน คือ
                              1. เทอร์มอพลาสติก (thermoplastic) เป็นพลาสติกที่มีโครงสร้างแบบโซ่ตรง เป็นสายยาว เมื่อได้รับความร้อนจะอ่อนตัวและหลอมเหลว แต่หากอุณหภูมิลดลงจะกลับไปแข็งตัวตามเดิม นอกจากนี้ยังสามารถหลอมซ้ำและทำให้เป็นรูปร่างเดิมหรือรูปร่างใหม่โดยที่สมบัติของพลาสติกยังคงเดิม




                              2. พลาสติกเทอร์มอเซต (thermoset) เป็นพลาสติกที่มีโครงสร้างแบบตาข่ายหรือร่างแห หากได้รับความร้อนจะไม่อ่อนตัว เมื่อขึ้นรูปแล้วจะแข็งตัวและมีความแข็งแรง ทนต่อความร้อนและความกดดัน กรณีที่เกิดการแตกหักหรือไหม้กลายเป็นขี้เถ้าจะไม่สามารถนำกลับไปขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์ใหม่ได้




          ยาง
                    ยางเป็นพอลิเมอร์ที่สามารถผลิตได้จากวัตถุดิบในธรรมชาติและจากการสังเคราะห์สารเคมี ดังนี้
                              1. ยางธรรมชาติ เกิดจากมอนอเมอร์ที่เรียกว่าไอโซพรีน รวมตัวกันเป็นพอลิไอโซพรีน ยางธรรมชาติจะได้จากพืช เช่น ต้นยางพารา ต้นยางกัตตา มีสมบัติต้านทานต่อแรงดึงดูดสูง ทนแต่ยืดหยุ่นได้ดี ไม่ละลายน้ำ แต่สมบัติบางประการ เช่น แข็งและเปราะที่อุณหภูมิต่ำ เหนียวและอ่อนตัวเมื่อร้อน ไม่ทนตัวทำละลายอินทรีย์ เป็นต้น ซึ่งเป็นข้อจำกัดที่ไม่เหมาะต่อการนำไปใช้ จึงได้ทำการปรับปรุงคุณภาพของยางธรรมชาติด้วยกระบวนการวัลกาไนเซชัน (vulcanization process) โดยเติมกำมะถันลงไปทำปฏิกิริยากับยาง ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาและตัวกระตุ้นที่เหมาะสม เผาที่อุณหภูมิสูงประมาณ 140 °C ทำให้พอลิเมอร์ของสายยางเชื่อมต่อกันด้วยโมเลกุลของกำมะถัน ยางที่ได้เรียกว่า ยางวัลกาไนส์ ซึ่งจะยืดหยุ่นได้ดี มีความคงตัวสูง และไม่ละลายในตัวทำละลายอินทรีย์




                              2. ยางสังเคราะห์หรือยางเทียม เป็นพอลิเมอร์ที่มีสมบัติยืดหยุ่นได้มาก แต่หากได้รับความร้อน สมบัติต่าง ๆ จะเสียไป และไม่สามารถหลอมกลับมาใช้ใหม่ได้ แบ่งเป็นหลายชนิดดังนี้
                                        1) พอลิบิวตาไดอีน (polybutadiene) ประกอบด้วยโมเลกุลของมอนอเมอร์ชนิดเดียว คือ บิวตาไดอีน (butadiene) มีความยืดหยุ่นกว่ายางธรรมชาติ สามารถใช้ทำยางรถยนต์ได้




                                        2) นีโอพรีน (neoprene) ประกอบด้วยโมเลกุลของคลอโรบิวตาไดอีน (chlorobutadiene) เป็นพอลิเมอร์ที่สลายตัวยาก ทนไฟ ทนต่อน้ำมันเบนซินและตัวทำละลายอื่นได้ดี




                                        3) ยางเอสบีอาร์ หรือ ยางสไตรีน บิวตาไดอีน (SBR หรือ Styrene butadiene rubber) เป็นโคพอลิเมอร์ ประกอบด้วยโมเลกุลของมอนอเมอร์ 2 ชนิด คือ สไตรีน (styrene) และบิวตาไดอีน (butadiene) เป็นยางสังเคราะห์ที่ใช้ในการผลิตรถยนต์




                                        4) ยางเอบีเอส หรือ ยางอะคริโลไนตริลบิวตาไดอินสไตรีน (ABS หรือ acrylonitrile butadiene styrene) เป็นโคพอลิเมอร์ ประกอบด้วยโมเลกุลของมอนอเมอร์ 3 ชนิด คือ อะคริโลไนตริล บิวตาไทดีน และสไตรีน มีสมบัติคล้ายพลาสติก คือ ไม่ยืดหยุ่นและสามารถนำมาทำเป็นรูปร่างต่าง ๆ ได้ตามแม่แบบ




          เส้นใยสังเคราะห์
                    เส้นใยเซลลูโลสเป็นเส้นใยธรรมชาติที่แต่เมื่อเปียกน้ำจะทำให้ความเหนียวและความแข็งแรงของเส้นใยลดลงและไม่ทนต่อแสงแดด นักวิทยาศาสตร์จึงได้พัฒนาเส้นใยสังเคราะห์ขึ้นจากปฏิกิริยาการรวมตัวระหว่างมอนอเมอร์ 2 ชนิด ที่ไม่มีพันธะคู่ระหว่างอะตอมคาร์บอนกับคาร์บอน แต่มีหมู่อื่นซึ่งไวต่อปฏิกิริยาแทน เช่น หมู่แอมิโน (–NH₂) หมู่คาร์บอกซิล (–CO₂H) หรือหมู่ไฮดรอกซิล (–OH) เส้นใยที่ผลิตได้จะมีความเหนียว ทนทาน ยับยาก ซักรีดได้ง่าย และทนกว่ากรด—เบสได้ดีกว่าเส้นใยธรรมชาติ




                    เมื่อนำเส้นใยสังเคราะห์กับเส้นใยธรรมชาติมีข้อดีและข้อเสียต่างกัน โดยเส้นใยสังเคราะห์จะมีความเหนียว ทนทาน ยับยาก ซักรีดได้ง่าย และทนต่อกรด–เบสได้ดีกว่าเส้นใยธรรมชาติ ขณะที่เส้นใยธรรมชาติจะดูดซับเหงื่อได้ดีกว่า ดังนั้นการนำเส้นใยแต่ละชนิดมาใช้จึงต้องคำนึงถึงความเหมาะสมของสมบัติต่าง ๆ ด้วย
                    นอกจากเส้นใยสังเคราะห์แล้วยังมีพอลิเมอร์สังเคราะห์อื่น ๆ ที่มีบทบาทต่อการนำเนินชีวิตประจำวัน เช่น
          ซิลิโคน
                    ซิลิโคน เป็นพอลิเมอร์ที่เกิดจากปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันแบบควบแน่น โมเลกุลของอนอเมอร์แต่ละโมเลกุลจะประกอบด้วยสารอนินทรีย์ ได่แก่ ซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO2) ซิลิโคนแบ่งออกเป็นหลายชนิดตามมอนอเมอร์ตั้งต้น จึงมีสมบัติที่เหมาะแก่การนำไปใช้ประโยชน์มากกว่ายาง เช่น สลายตัวได้ยาก ไม่ไวต่อการทำปฏิกิริยาเคมี ทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ เป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดี และไม่มีปฏิกิริยาต่อร่างกายมนุษย์ ในทางการแพทย์จึงนิยมนำมาใช้ทำอวัยวะเทียม




          โฟม
                    โฟม เป็นพอลิเมอร์สังเคราะห์ที่ผ่านกระบวนการเติมแก๊สให้เกิดฟองจำนวนมากแทรกอยู่ระหว่างเนื้อพลาสติก ส่งผลให้เนื้อโฟมเบาและมีความยืดหยุ่น จึงสามารถใช้ในการบรรจุอาหารได้อาหารร้อนและอาหารเย็น





ปัญหาที่เกิดจากการใช้พอลิเมอร์
          ปัญหาที่เกิดจากการใช้พอลิเมอร์ในปัจจุบันส่วนใหญ่มาจากการใช้พลาสติก ซึ่งสรุปได้ดังนี้
                    1. ปัญหาในการเลือกใช้ ไม่ควรนำภาชนะพลาสติกมาบรรจุอาหารร้อน มัน หรือมีรสเปรี้ยว เพื่อไม่ให้สารจากพลาสติกปนเปื้อนกับอาหาร และไม่ควรนำพลาสติกที่มีสีสันสดใสมาบรรจุอาหารหรือทำของเล่นเด็ก
                    2. ปัญหาในการทำลายพลาสติกที่ใช้แล้วอย่างถูกวิธี โดยทั่วไปพลาสติกเกือบทุกชนิดจะสลายตัวได้ยาก ไม่ละลายในน้ำ สารละลายกรด–เบส ตลอดจนในตัวทำละลายอินทรีย์บางชนิด ดังนั้นเมื่อมีการกำจัดขยะพลาสติกอย่างไม่ถูกวิธีจึงส่งผลต่อสภาพแวดล้อมในด้านต่าง ๆ
          การลดปัญหาขยะพลาสติกที่ดีที่สุดคือ การใช้พลาสติกเท่าที่จำเป็น หรือนำพลาสติกที่ใช้แล้วกลับมาใช้ใหม่โดยผ่านกระบวนการต่าง ๆ เรียกพลาสติกเหล่านี้ว่า พลาสติกแปรรูปเพื่อใช้ใหม่ หรือ พลาสติกรีไซเคิล (recycled plastic)
          นอกจากพลาสติกแล้ว โฟมก็เป็นพอลิเมอร์สังเคราะห์อีกชนิดหนึ่งที่มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม เนื่องจากแก็สในการผลิตโฟมคือ สาร CFC (chlorofluorocarbon) ซึ่งเป็นธาตุคาร์บอน ฟลูออรีน และคลอรีนที่อยู่ในสถานะแก๊ส หากทำปฏิกิริยากับรังสีอัลตราไวโอเล็ตในบรรยากาศ โมเลกุลจะแตกตัวเป็นอะตอมของคลอรีน ทำปฏิกิริยากับแก๊สโอโซน เกิดเป็นแก๊สคลอรีนโมโนออกไซด์ ส่งผลให้แก๊สโอโซนในบรรยากาศลดลง ทำให้มีปริมาณรังสีอัลตราไวโอเลตลงมาบนพื้นโลกมากขึ้นจนเกิดปรากฏการณ์เรือนกระจก (greenhouse effect) ทำให้โลกร้อนขึ้น

แหล่งที่มาของเนื้อหา : สำนักพิมพ์วัฒนาพานิช www.wpp.co.th