ถ้าพูดถึงคำว่า “พอลิเมอร์” หลายคนอาจจะต้องใช้เวลาในการประมวลผลว่ามันคืออะไร แต่ถ้าให้พูดถึงคำว่า “พลาสติก ยาง เส้นใย ซิลิโคน โฟม ฟอสฟาซีน” น้อง ๆ อาจต้องร้องอ๋อ เป็นแน่นอน ซึ่งสารเหล่านั้นล้วนเป็นเป็นผลิตภัณฑ์ของพอลิเมอร์นั่นเอง ก่อนที่จะทำความเข้าใจว่าพอลิเมอร์คืออะไร ชนิดของพอลิเมอร์มีอะไรบ้าง และพอลิเมอร์เกิดขึ้นได้อย่างไรนั้น เรามารู้จักกับประโยชน์ของพอลิเมอร์กันก่อน

 ในปัจจุบันเรามีการนำพอลิเมอร์มาใช้ในการอำนวยความสะดวกในชีวิตอย่างแพร่หลาย เรียกกันได้ว่าเราสามารถเจอพอลิเมอร์ได้ในทุกมิติของการดำรงชีวิต ได้แก่

1. ด้านการแพทย์ มีการใช้ยาง ในการทำลูกสูบกระบอกฉีดยา กระเปาะบีบหลอดหยด จุกยาง ใช้พลาสติก ในการทำข้อเทียม เป็นต้น

2. ด้านการก่อสร้าง พบว่า มีการใช้ไม้ ( เซลลูโลส ) ในการก่อสร้างและทำเฟอร์นิเจอร์ต่างๆ ใช้ PMMA ( Polymethymethaacrylate ) ในการทำป้ายร้านค้า ป้ายโฆษณา โคมหลังคา กรอบแว่นตา เลนซ์ โคมไฟ เฟอร์นิเจอร์  ใช้พอลีเอทิลีน ( Polyethylene ) ทำสายเคเบิล แผ่นกันความชื้นในอาคาร  ใช้พอลีคาร์บอเนต (Polycarbonate) ทำโคมไฟสาธารณะ พอลีโพรพิลีน (Polypropylene) ใช้ทำโต้ะ เก้าอี้ เชือก พรม ใช้พอลีไวนิล คลอไรด์  ( Polyvinylchloride ) กระดาษปิดผนัง กระเบื้องปูพื้น และฉนวนหุ้มสายไฟ

3. ด้านผลิตภัณฑ์ที่ใช้บรรจุอาหาร ใช้พอลีเอทิลีน ( Polyethylene ) ทำถุงบรรจุอาหาร ถาดทำน้ำแข็งในตู้เย็น ขวดและภาชนะบรรจุของเหลว ใช้พอลี่ไวนิล คลอไรด์  ( Polyvinylchloride ) ทำถ้วยและถาดบรรจุอาหารชนิดแผ่นบาง ใช้ทำถุงและพลาสติกบรรจุของ ขวดน้ำมันพืชชนิดต่างๆ ใช้พอลีคาร์บอเนต (Polycarbonate) ทำขวดนมชนิดดี เป็นต้น

4. ด้านอุตสาหกรรมยานยนต์ ใช้พอลีเอสเตอร์ ( Unsaturated Polyester ) ในการทำผลิตภัณฑ์ ไฟเบอร์กลาส เช่น เรือ รถยนต์ ชิ้นส่วนในเครื่องบิน ใช้พอลีเอไมด์ ( Polyamides ) ทำเกียร์

5. ด้านเครื่องนุ่งห่ม ใช้พอลีเอไมด์ หรือไนล่อน( Polyamides or Nylon ) ในรูปเส้นใยทำร่มชูชีพ ถุงเท้า เสื้อฟ้า เอ็นตกปลา ผงกำมะหยี่ ใช้พอลี่ไวนิล คลอไรด์  ( Polyvinylchloride ) ทำถุงมือ รองเท้าเด็ก ใช้พอลีเอสเทอร์ ( Polyester) ในการทำเส้นใยทอเสื้อผ้า เส้นใยเซลลูโลสและเส้นใยโปรตีนจากสัตว์ นำมาทำเป็นเครื่องนุ่งห่ม เช่น ฝ้าย เส้นไหม เป็นต้น

ภาพเม็ดพลาสติก พอลิเมอร์ที่เป็นวัตถุดิบในอุตสาหกรรมพลาสติก
ที่มา : https://pixabay.com, Feiern1

        เมื่อได้ทราบกันแล้วว่าพอลิเมอร์มีความสำคัญต่อการใช้ชีวิตประจำวันของเราแล้ว ต่อไปเรามาทำความรู้จักกันว่า พอลิเมอร์คืออะไร มีกี่ชนิด และมีวิธีการสังเคราะห์อย่างไรบ้าง

          พอลิเมอร์ (Polymer) มีรากศัพท์ มาจาก Poly + Meros ซึ่ง

• Poly แปลว่า Many หมายถึง มากมาย

• Meros หรือ Mer แปลว่า Unit หมายถึง หน่วย

        ดังนั้น พอลิเมอร์ หมายถึงสารประกอบที่มีหน่วยเล็ก ๆ หลายหน่วยมาเชื่อมต่อกันจนกลายเป็นสารประกอบที่มีโมเลกุลขนาดใหญ่ และมีมวลโมเลกุลมาก หน่วยเล็กๆหรือโมเลกุลพื้นฐานนั้น เรียกว่า มอนอเมอร์  ( Monomer ) พอลิเมอร์จะประกอบด้วยหน่วยที่ซ้ำกัน ( Repeating unit ) มาเชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์

         ชนิดของพอลิเมอร์

          เราสามารถจำแนกชนิดของพอลิเมอร์โดยใช้เกณฑ์ในการจำแนกได้หลายแบบ ทำให้ได้ชนิดของพอลิเมอร์ ต่างๆดังนี้

          เมื่อจำแนกตามลักษณะการเกิด ได้ 2 ชนิดดังนี้

1. พอลิเมอร์ธรรมชาติ ( Natural polymers) เป็นพอลิเมอร์ที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ เช่น เซลลูโลส DNA โปรตีน แป้ง ยางธรรมชาติ เป็นต้น

2. พอลิเมอร์ที่เกิดจากการสังเคราะห์ ( Synthetic polymers ) เป็นพอลิเมอร์ที่เกิดจากการสังเคราะห์โดยปฏิกิริยาเคมี เช่น พลาสติก ไนล่อน เมลามีน เป็นต้น

เมื่อจำแนกตามชนิดของมอนอเมอร์ที่เป็นองค์ประกอบได้  2 แบบ ดังนี้

1. โฮโมพอลิเมอร์ ( Homopolymers ) เป็นพอลิเมอร์ที่เกิดจากมอนอเมอร์ชนิดเดียวกันมาเชื่อมต่อกัน เช่น แป้ง และเซลลูโลส ซึ่งเกิดจากมอนอเมอร์กลูโคสมาเชื่อมต่อกัน

2. โคพอลิเมอร์ ( Co - polymer ) เป็นพอลิเมอร์ที่เกิดจากด้วยมอนอเมอร์มากกว่า 1 ชนิด มาเชื่อมต่อกัน เช่น โปรตีน เกิดจากกรดอะมิโนชนิดต่าง ๆ มาเชื่อมต่อกัน ซึ่งกรดอะมีโนมีหลายชนิด และเมื่อมีการเชื่อมต่อกลายเป็นโปรตีนก็อาจมีการสลับที่กันไปมา ซึ่งโปรตีนแต่ละชนิดก็อาจเกิดมาจากกรดอะมิโนคนละชนิดกัน จำนวนก็อาจไม่เท่ากัน และรูปร่างและความยาวของสายพอลิเมอร์ที่แตกต่างกัน จึงทำให้โปรตีนมีความหลากหลาย

โคพอลิเมอร์ สามารถแบ่งตามลักษณะการเรียงตัวของโมเลกุลได้ 4 แบบ

          2.1  โคพอลิเมอร์ที่จัดแบบสุ่ม ( Random Copolymer ) เกิดจากมอนอเมอร์ 2 ชนิดขึ้นไป เรียงตัวกันไม่มีรูปแบบแน่นอน

ตัวอย่างลักษณะการจัดเรียง เช่น A-A-B-A-B-B-A-B-A-B-A-A-A-B-B-B-A-A-B-B-A-A-A-B

          2.2  โคพอลิเมอร์ที่จัดแบบสลับกัน ( Alternating Copolymer ) เกิดจากมอนอเมอร์ 2 ชนิด เรียงตัวสลับที่กันไปมา

ตัวอย่างลักษณะการจัดเรียง เช่น A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B

          2.3  โคพอลิเมอร์ที่จัดแบบบล็อก ( Block Copolymer ) เป็นพอลิเมอร์ที่เกิดจากมอนอเมอร์ชนิดที่ 1 ต่อกันเป็นระยะหนึ่ง แล้วมอนอเมอร์ชนิดที่ 2 ก็มาต่อ และสลับกันต่อเป็นช่วงๆ จนกลายเป็นสายโซ่พอลิเมอร์

ตัวอย่างลักษณะการจัดเรียง เช่น A-A-A-A-B-B-B-B-B-B-A-A-A-A-A-B-B-B-B-B-B-A-A-A-A-A-A

          2.4  โคพอลิเมอร์ที่จัดแบบบล็อก ( Graft Copolymer ) เป็นพอลิเมอร์ที่เกิดจากมอนอเมอร์ชนิดที่ 1 สร้างสายยาว แล้วมอนอเมอร์ชนิดที่ 2 ต่อเป็นกิ่ง

เมื่อจำแนกตามโครงสร้างของพอลิเมอร์ได้  3 แบบ ดังนี้

1. พอลิเมอร์แบบเส้น ( Linear polymer ) เกิดจากมอนอเมอร์ต่อกันเป็นเส้นยาว ๆ ใน 2 มิติ เช่น เซลลูโลส เกิดจากกลูโคสต่อกันเป็นเส้นตรง และ ( Polyethylene ) ที่นำมาใช้ทำเป็นขวด กล่องพลาสติก  หีบห่ออาหาร ของเล่น เกิดจากเอทิลีนต่อกันเป็นเส้นตรง

2. พอลิเมอร์แบบกิ่ง ( Branch polymer ) เกิดจากมอนอเมอร์ต่อกันเป็นสายยาวและบางจุดมีการแตกกิ่ง จึงทำให้สายพอลิเมอร์มีกิ่งก้านสาขา ไม่สามารถเรียงชิดติดกันแบบพอลิเมอร์แบบเส้น เช่น พอลิเอทิลีนชนิดความหนาแน่นต่ำ ที่นำมาใช้ทำเป็นถุงเย็น ฟิล์มหดฟิล์มยืด ขวดน้ำ ฝาขาด

         *** พอลิเมอร์แบบเส้นและแบบกิ่ง มีโครงสร้างที่จับกันแบบหลวม ๆ  ถ้าให้ความร้อนสูง จะสามารถหลอมเหลวได้ สามารถรีไซเคิลแล้วนำกลับมาใช้ใหม่ได้ ***

3. พอลิเมอร์แบบร่างแห ( Network polymer ) เกิดจากมอนอเมอร์ต่อกันเป็นสายยาวและมีการเชื่อมโยงแต่ละสายพอลิเมอร์เข้าหากัน โครงสร้างพอลิเมอร์ชนิดนี้ทำให้พอลิเมอร์มีความแข็งมาก จึงมีความทนทาน ไม่หลอมเหลว และไม่ยืดหยุ่นเช่น เมลามีน ที่ใช้ทำภาชนะบรรจุอาหาร

ปฏิกิริยาการเกิดพอลิเมอร์

         ปฏิกิริยาการเกิดพอลิเมอร์ เรียกว่า ปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน ( Polymerization ) คือกระบวนการสร้างสารที่มีโมเลกุลขนาดใหญ่ จากสารที่มีโมเลกุลเล็ก ( Monomer ) ปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันจะเกิดภายใต้สภาวะต่าง ๆ เช่น ตัวเร่งปฏิกิริยา อุณหภูมิ ความดัน เป็นต้น ทำให้เกิดพอลิเมอร์ชนิดต่าง ๆ ขึ้นมากมาย ทั้งที่เป็นพอลิเมอร์ในธรรมชาติ และพอลิเมอร์สังเคราะห์

1. ปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรเซชั่นแบบเติม ( Addition polymerization ) ปฏิกิริยานี้เกิดกับมอนอเมอร์ที่ไม่อิ่มตัว เช่น เอทิลีน โพรพิลีน อะไครโลไนทริล สไตรีน โดยมีตัวเร่งปฏิกิริยา และอุณหภูมิที่เหมาะสมทำให้พันธะคู่แตกออก แล้วเกิดการสร้างพันธะกับโมเลกุลข้างเคียงต่อไปเรื่อย ๆ จนกระทั่งโมเลกุลขนาดใหญ่ขึ้น สายพอลิเมอร์ยาวขึ้น ปฏิกิริยาจะเกิดไปเรื่อย ๆ จนกระทั่งมอนอเมอร์หมดไป ปฏิกิริยาแบบนี้จะเกิดปฏิกิริยาที่พันธะคู่ของคาร์บอน ไม่มีการสูญเสียของอะตอมใด ๆ ทำให้ไม่มีผลิตภัณฑ์อื่น ๆ ข้างเคียงเกิดขึ้น ตัวอย่าง พอลิเมอร์ที่เกิดจากปฏิกิริยาชนิดนี้ได้แก่ Polyethylene, Teflon, Polyvinyl Choride

2. ปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรเซชั่นแบบควบแน่น ( Condensation polymerization ) ปฏิกิริยานี้เกิดกับมอนอเมอร์ที่มีหมู่ฟังก์ชั่น 2 หมู่ อยู่ด้านซ้ายและขวาของมอนอเมอร์ เพื่อให้สามารถเกิดปฏิกิริยาควบแน่นกับโมเลกุลข้างเคียงได้ทั้งสองด้าน และต่อขยายความยาวสายโมเลกุลออกไป โดยในปฏิกิริยาจะกำจัดโมเลกุลขนาดเล็กออกมาจากปฏิกิริยา เช่น H₂O  NH₃  HCl หรือ CH₃OH เป็นต้น ตัวอย่าง พอลิเมอร์ที่เกิดจากปฏิกิริยาชนิดนี้ได้แก่ Polyester, Polyurethane, polyamide

แหล่งที่มา

วชิระ ยมาภัย และคณะ. Polymer. สืบค้นเมื่อวันที่ 20 ธันวาคม 2561.  จาก https://enchemcom1po.wordpress.com/polymerพอลิเมอร์/

สถาบันนวัตกรรมและพัฒนากระบวนการเรียนรู้ มหาวิทยาลัยมหิดล. Polymers.  สืบค้นเมื่อวันที่ 20  ธันวาคม 2561.  จาก https://il.mahidol.ac.th/e-media/polymers/Polymer.htm

กระทรวงศึกษาธิการ และ คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. วิชาเคมี – ปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน.   สืบค้นเมื่อวันที่ 20 ธันวาคม 2561 . จาก https://www.youtube.com/watch?v=aiqWbFDmdUA