พอลิเมอร์คืออะไร? ความหมาย ประเภท และตัวอย่าง

พอลิเมอร์เป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ กล่าวคือ โมเลกุลที่ประกอบด้วยอะตอมหลายร้อยหรือหลายพันอะตอม ซึ่งเกิดจากการรวมตัวกันอย่างต่อเนื่องของโมเลกุลขนาดเล็กเดียวกัน คำว่า “พอลิเมอร์” มาจากการรวมคำนำหน้าภาษากรีกpoliซึ่งแปลว่า “มาก” โดยมีคำต่อท้ายmerซึ่งแปลว่า “ส่วนหนึ่ง” คำนี้ตั้งขึ้นโดยนักเคมีชาวสวีเดน Jons Jacob Berzelius ในปี 1833

การพัฒนาพอลิเมอร์

โพลิเมอร์ธรรมชาติถูกนำมาใช้ตั้งแต่ไหน แต่ไร แต่ความสามารถในการสังเคราะห์โพลิเมอร์เป็นการพัฒนาล่าสุด วัสดุชนิดแรกที่พัฒนาจากพอลิเมอร์คือไนโตรเซลลูโลส กระบวนการนี้ได้รับการพัฒนาในปี พ.ศ. 2405 โดย Alexander Parkes นักเคมีชาวอังกฤษ: เขารวมเซลลูโลสธรรมชาติเข้ากับกรดไนตริกและตัวทำละลาย และด้วยการบำบัดที่ตามมาด้วยเซลลูลอยด์ ที่ผลิตการบูร ซึ่งเป็นโพลิเมอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมภาพยนตร์ การละลายของไนโตรเซลลูโลสในอีเทอร์และแอลกอฮอล์ทำให้เกิดคอลโลเดียน โพลิเมอร์นี้ใช้เป็นวัสดุปิดแผลผ่าตัด

การวัลคาไนเซชันของยางเป็นอีกก้าวสำคัญในการพัฒนาโพลิเมอร์ นักเคมีชาวเยอรมัน Friedrich Ludersdorf และนักประดิษฐ์ชาวอเมริกัน Nathaniel Hayward พบว่าการเติมกำมะถันลงในยางธรรมชาติช่วยปรับปรุงคุณสมบัติได้อย่างมาก กระบวนการวัลคาไนซ์ยางโดยการเติมกำมะถันและการใช้ความร้อนได้รับการอธิบายโดยวิศวกรชาวอังกฤษ โทมัส แฮนค็อก ในปี พ.ศ. 2386 และชาร์ลส์ กู๊ดเยียร์ นักเคมีชาวอเมริกัน ในปี พ.ศ. 2387

ในปี 1926 Hermann Staudinger ได้อธิบายโครงสร้างทางเคมีของวัสดุเหล่านี้ และเสนอโครงสร้างของพอลิสไตรีนและพอลิออกซีเมทิลีนซึ่งยังคงใช้ได้ในปัจจุบัน แบบจำลองของเขาพบว่าสายโซ่ยาวของอะตอมที่เกิดจากการรวมตัวกันซ้ำๆ ผ่านพันธะโควาเลนต์ของโมเลกุลขนาดเล็กถูกสร้างขึ้น Hermann Staudinger ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี 1953 จากผลงานของเขา

พอลิเมอร์เกิดขึ้นได้อย่างไร?

การก่อตัวของพอลิเมอร์ กล่าวคือ การเกิดพอลิเมอไรเซชันเป็นปฏิกิริยาเคมีที่พันธะสองชนิดถูกสร้างขึ้นในโมเลกุลขนาดเล็ก ซึ่งโดยทั่วไปคือพันธะโควาเลนต์ ซึ่งมีหน่วยอื่นๆ ของโมเลกุลเดียวกันมารวมกัน กระบวนการนี้เกิดขึ้นซ้ำๆ หลายครั้ง เกิดเป็นสายโซ่ยาวของอะตอม โมเลกุลที่ประกอบเป็นโพลิเมอร์เรียกว่าโมโนเมอร์

ลองดูตัวอย่าง: โพลิเอทิลีน พลาสติกที่ใช้กันอย่างแพร่หลายซึ่งเป็นโพลิเมอร์ที่ง่ายที่สุด

โมโนเมอร์ของโพลิเอทิลีนคือเอทิลีนซึ่งเป็นโมเลกุลอินทรีย์อย่างง่ายที่มีอะตอมของคาร์บอน 2 อะตอมเชื่อมกันด้วยพันธะคู่พร้อมกับอะตอมของไฮโดรเจน 2 อะตอมที่ติดอยู่กับอะตอมของคาร์บอนแต่ละอะตอม ดังแสดงในรูปด้านบน พันธะคาร์บอนเป็นโควาเลนต์ ถ้าพันธะคู่ขาด อะตอมของคาร์บอนแต่ละอะตอมจะมีพันธะโควาเลนต์ที่สามารถเชื่อมกับอะตอมอื่นๆ ที่ประกอบเป็นหน่วยโครงสร้างได้ ดังแสดงในรูปต่อไปนี้

การรวมตัวกันซ้ำๆ ของหน่วยโครงสร้างนี้ทำให้เกิดโมเลกุลเชิงเส้นยาว โดยไม่มีการแยกสาขา: พอลิเอทิลีน (ดูรูปต่อไปนี้)

อีกตัวอย่างหนึ่งคือการได้รับพอลิสไตรีน ซึ่งเป็นโพลิเมอร์ที่มีการนำไปใช้งานหลายอย่าง โมโนเมอร์ของพอลิสไตรีนคือสไตรีน ซึ่งเป็นโมเลกุลที่มีวงแหวนเบนซีนจับกับคาร์บอน 2 อะตอมด้วยพันธะคู่ เช่นเดียวกับในกรณีของโพลิเอทิลีน การแตกตัวของพันธะคู่จะสร้างหน่วยโครงสร้างที่เมื่อเชื่อมต่อซ้ำๆ จะก่อตัวเป็นสายโซ่ยาวที่ก่อตัวเป็นโพลิสไตรีน (ดูรูปต่อไปนี้)

โพลิเมอร์

ในธรรมชาติมีวัสดุและโมเลกุลมากมายที่เกิดจากสิ่งมีชีวิตที่เป็นโพลิเมอร์ โปรตีน กรดนิวคลีอิก ดีเอ็นเอ พอลิแซ็กคาไรด์ เช่น เซลลูโลส เป็นตัวอย่างของพอลิเมอร์ธรรมชาติ ดังที่เราได้เห็นแล้ว โพลิเมอร์อื่นๆ เช่น ไนโตรเซลลูโลสและยางวัลคาไนซ์เป็นโพลิเมอร์เทียมที่ได้จากโพลิเมอร์ธรรมชาติ และโพลิเมอร์เทียมได้มาจากห้องปฏิบัติการและทางอุตสาหกรรมผ่านปฏิกิริยาเคมี โพลิไวนิลคลอไรด์ (PVC), โพลิเอทิลีน, โพลิสไตรีน, นีโอพรีนและไนลอนคือตัวอย่างบางส่วนของโพลิเมอร์ที่มนุษย์สร้างขึ้นซึ่งใช้ในการใช้งานที่หลากหลาย

โพลิเมอร์ที่มนุษย์สร้างขึ้นแบ่งออกเป็น 2 ประเภท ได้แก่โพลิเมอร์เทอร์โมพลาสติกและโพลิเมอร์เทอร์โมเซตติง พอลิเมอร์สามารถได้รับผ่านปฏิกิริยาเคมีหรือจากส่วนผสมของสารที่เป็นของแข็งหรือจากสารละลายที่เหนี่ยวนำพอลิเมอไรเซชันด้วยความร้อนหรือโดยการใช้รังสีแกมมาในปฏิกิริยาที่ผันกลับไม่ได้

• เมื่อปฏิกิริยาเสร็จสิ้น โพลิเมอร์เทอร์โมเซตติงมีแนวโน้มที่จะแข็งและย่อยสลายหรือสลายตัวโดยไม่ทำให้อ่อนลงเมื่อได้รับความร้อนสูงกว่าอุณหภูมิที่กำหนด อีพอกซีเรซิน โพลีเอสเตอร์ เรซินอะคริลิก และโพลียูรีเทนเป็นโพลิเมอร์เทอร์โมเซตติง เช่นเดียวกับเบกไลต์ เคฟลาร์ และยางวัลคาไนซ์
• เทอร์โมพลาสติกโพลิเมอร์ไม่เหมือนกับเทอร์โมเซตตรงที่มีความยืดหยุ่น อ่อนตัว และหลอมละลายได้สูงกว่าอุณหภูมิที่กำหนด ซึ่งช่วยให้ขึ้นรูปได้ ตัวอย่างของโพลิเมอร์เทอร์โมพลาสติก ได้แก่ ไนลอน เทฟลอน โพลิเอทิลีน และโพลิโพรพิลีน

การใช้งานโพลิเมอร์ประดิษฐ์อย่างหนึ่งคือการผลิตเส้นใยที่ใช้ทำผ้า โพลิเมอร์เหล่านี้ต้องมีความยืดหยุ่นสูงเพื่อรองรับการจัดการในกระบวนการผลิตและในการใช้งานขั้นสุดท้าย และความสามารถในการยืดตัวต่ำเพื่อรักษาขนาด การประยุกต์ใช้โพลิเมอร์อื่นคือกาว ในกรณีนี้ ปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันจำเป็นต้องเกิดขึ้นเมื่อใช้ผลิตภัณฑ์ เช่น ผ่านปฏิกิริยาเคมีกับไอน้ำในอากาศหรือบนชิ้นส่วนที่ใช้กาว เช่นเดียวกับกรณีของไซยาโนอะคริเลตที่ใช้ในงานบ้าน งานอุตสาหกรรม และงานปิดแผล . อีลาสโตเมอร์เป็นโพลิเมอร์อีกชนิดหนึ่งที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย เป็นวัสดุที่เปลี่ยนรูปเมื่อได้รับแรงกระทำ

การเคลือบ สี ชิ้นส่วนและส่วนประกอบที่ประกอบกันเป็นกลไกและโครงสร้าง วัสดุก่อสร้างต่างๆ ฉนวนไฟฟ้าและความร้อน เป็นส่วนหนึ่งของการใช้งานพอลิเมอร์ที่หลากหลาย

แหล่งที่มา

เจอาร์ วุนสช์ การสังเคราะห์พอลิสไต รีน การผลิต และการใช้งาน สำนักพิมพ์ iSmithers Rapra, 2020.

Donald V. Rosato, Marlene G. Rosato, คู่มือเทคโนโลยี Nick R. Schott Plastics การผลิต คอมโพสิต เครื่องมือ เครื่องมือช่วย โมเมนตัมเพรส 2555

พอลิเมอร์: คำอธิบาย ตัวอย่าง และประเภท สารานุกรมบริแทนนิกา , 2020.

William B. Jensen ที่มาของแนวคิดพอลิเมอร์ วารสารเคมีศึกษา85 (5): 624, 2551.