พอลิเมอร์ในชีวิตประจำวัน-เคมี

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

พลาสติก ที่ใช้ในชีวิตประจำวัน และ รีไซเคิลได้มี 7 ประเภท มีอะไรบ้าง

พลาสติกแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ เทอร์โมพลาสติก และ เทอร์โมเซตติงพลาสติก

1. เทอร์โมเซตติงพลาสติก (Thermosetting plastic)

เป็นพลาสติกที่มีสมบัติพิเศษ คือทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและทนปฏิกิริยาเคมีได้ดี เกิดคราบและรอยเปื้อนได้ยาก คงรูปหลังการผ่านความร้อนหรือแรงดันเพียงครั้งเดียว เมื่อเย็นลงจะแข็งมาก ทนความร้อนและความดัน ไม่อ่อนตัวและเปลี่ยนรูปร่างไม่ได้ แต่ถ้าอุณหภูมิสูงก็จะแตกและไหม้เป็นขี้เถ้าสีดำ พลาสติกประเภทนี้โมเลกุลจะเชื่อมโยงกันเป็นร่างแหจับกันแน่น แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลแข็งแรงมาก จึงไม่สามารถนำมาหลอมเหลวได้ ตัวอย่างพลาสติกในกลุ่มนี้ได้แก่ เมลามีน ฟอร์มาลดีไฮด์ (melamine formaldehyde) อีพ็อกซี (epoxy)โพลิเอสเตอร์ (polyester)

2. เทอร์โมพลาสติก (Thermoplastic)หรือเรซิน

เป็นพลาสติกที่ใช้กันแพร่หลายที่สุด ได้รับความร้อนจะอ่อนตัว และเมื่อเย็นลงจะแข็งตัว สามารถเปลี่ยนรูปได้ พลาสติกประเภทนี้โครงสร้างโมเลกุลเป็นโซ่ตรงยาว มีการเชื่อมต่อระหว่างโซ่โพลิเมอร์น้อยมาก จึงสามารถหลอมเหลว หรือเมื่อผ่านการอัดแรงมากจะไม่ทำลายโครงสร้างเดิม มีสมบัติพิเศษคือ เมื่อหลอมแล้วสามารถนำมาขึ้นรูปกลับมาใช้ใหม่ได้ ตัวอย่างชนิดของพลาสติกในกลุ่มนี้คือ พอลิเอทิลีน(PE) พอลิโพรพิลีน(PP) พอลิสไตรีน(PS) เป็นต้น ซึ่งแต่ละชนิดก็มีคุณสมบัติแตกต่างกันไป ตามรายละเอียดด้านล่าง

NA Society of the Plastics Industry

ได้กำหนดสัญลักษณ์ของพลาสติก (Plastic Identification Code)ไว้ สัญลักษณ์ดังกล่าวนี้คือรหัสของพลาสติกที่ใช้ทำผลิตภัณฑ์นั้น ๆ ซึ่งแสดงไว้เพื่อช่วยในเรื่องการคัดแยกพลาสติกสำหรับการรีไซเคิล โดยมีทั้งหมด 7 รหัส ซึ่งมีรายละเอียดดังนี้

1. Polyethylene terephthalate (PET)

มีลักษณะ : สีใส เงา ดุจแก้ว เหนียว แข็งแรงทนทานเนื้อพลาสติกไม่เปราะแตกง่าย
ข้อดี : ทนต่อกรด และด่าง ป้องกันการซึมผ่านก๊าซ ความชื้น และ กลิ่นได้เป็นอย่างดี
เหมาะสำหรับบรรจุ : สกินแคร์ เครื่องสำอาง ยาสระผม โลชั่น และ เครื่องดื่ม
(PETE) ข้อดี : คุณภาพ ความแข็งแรง ทนทาน (PETG) เหมาะสำหรับ บรรจุสกินแคร์ และ เครื่องสำอาง เป็นต้น

2. High-density polyethylene (HDPE)

มีลักษณะ : สีขาวขุ่น พลาสติก เนื้อเหนียวทนทาน
ข้อดี : ทนต่อ กรด ด่างและ ความร้อนได้พอสมควร ป้องกันความชื้นได้เป็นอย่างดี สีขุ่นยิ่งทำให้ป้องกันการซึมผ่านอากาศได้เป็นอย่างดี
เหมาะสำหรับบรรจุ : ขวดน้ำขุ่น และ ขวดแชมพู

3. Polyvinyl Chloride (PVC)

มีลักษณะ : สีใส อมฟ้า มีความแข็งแรงทนทาน
ข้อดี : ทนต่อ ไขมัน น้ำมัน สารเคมีหลายชนิด ป้องกันการซึมผ่านก๊าซ ความชื้น และ กลิ่นได้ดีกว่า PE
ข้อเสีย : ไม่ทนความร้อน และ แสงยูวี
เหมาะสำหรับบรรจุ : ขวดผลิตภัณฑ์สำหรับรถยนต์ ท่อพีวีซี หรือ ฟิล์มยืดหด

4. Low-density Polyethylene (LDPE)

มีลักษณะ : สีขุ่น แต่โปร่งแสงมากกว่า HDPE ผิวพลาสติกมันเงา มีความแข็งแรง ยืดหยุ่น
ข้อดี : ป้องกันความชื้นได้ดี ทนต่อแอลกอฮอล์
เหมาะสำหรับบรรจุ : ถุงอาหารแช่แข็ง ขวดพลาสติกชนิดบีบได้

5. Polypropylene (PP)

มีลักษณะ : สีโปร่งแสง จนถึงขาวขุ่น เนื้อพลาสติกชนิดแข็ง แข็งแรงทนทาน
ข้อดี : ทนความร้อน สารเคมี กรด ด่าง ตัวทำละลาย สารไขมัน น้ำมัน และ สารระเหย ป้องกันการซึมผ่านไขมัน และ น้ำมันได้ดี
เหมาะสำหรับบรรจุ : กระปุก ฝาเกลียว หัวปั๊ม และ หัวสเปรย์ กล่องใส่อาหารที่สามารถนำเข้าไมโครเวฟได้ และ อุปกรณ์ในครัวเรือน