ไขข้อสงสัย พอลิเมอร์ คืออะไร?

ในการผลิตสิ่งของต่าง ๆ ต้องอาศัยวัตถุดิบที่เหมาะสมซึ่งผ่านการทดลองและประเมินเรียบร้อยว่ามีคุณภาพตามมาตรฐานเหมาะสม หนึ่งในนั้นคือ “พอลิเมอร์” ซึ่งเป็นวัตถุดิบที่หลายคนอาจยังมีข้อสงสัยว่าคืออะไรกันแน่ รวมถึงจุดเด่นสำคัญกับประเภทสิ่งของที่มักมีส่วนผสมเหล่านี้อยู่ จึงขอพาทุกคนมาศึกษาข้อมูลกันอย่างละเอียดเพื่อให้เกิดความเข้าใจพร้อมใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ตอบข้อสงสัย “พอลิเมอร์” คืออะไร

โพลิเมอร์ หรือตามคำเรียกจากราชบัณฑิตยสถานว่า พอลิเมอร์ (Polymer) คือ สารโมเลกุลขนาดใหญ่ซึ่งประกอบไปด้วยหน่วยมอนอเมอร์ (Monomer) ที่มีหน่วยซ้ำกันแล้วเกิดปฏิกิริยาขึ้น หากหน่วยมอนอเมอร์ชนิดเดียวกันก็จะถูกเรียกเป็น “โฮโมพอลิเมอร์” (Homopolymer) แต่ถ้ามอนอเมอร์ต่างกันตั้งแต่ 1 ชนิดขึ้นไป จะเรียกเป็น “โคพอลิเมอร์” (Copolymer)

ซึ่งชื่อของ “พอลิเมอร์” เกิดจากการนำรากศัพท์ของภาษากรีก 2 คำมาผสมรวมกัน นั่นคือ Poly หมายถึง จำนวนมาก และ Meros หมายถึง หน่วย หรือ ส่วน เมื่อสรุปแบบเข้าใจง่ายจึงได้ความว่า การนำเอาหน่วยเล็ก ๆ จำนวนหลายหน่วยมาเชื่อมต่อจนเกิดเป็นสารประกอบที่มีโมเลกุลขนาดใหญ่ มีมวลรวมจำนวนมากนั่นเอง

ชนิดของพอลิเมอร์ที่มีการแบ่งออกในปัจจุบัน

1. พอลิเมอร์ที่แบ่งออกตามการถือกำเนิด

• พอลิเมอร์จากธรรมชาติ (Natural Polymer) เป็นพอลิเมอร์ที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ อาทิ แป้ง โปรตีน DNA เซลลูโลส ยางธรรมชาติ กรดนิวคลีอิก เป็นต้น
• พอลิเมอร์จากการสังเคราะห์ (Synthetic Polymer) เป็นพอลิเมอร์ที่มาจากการสังเคราะห์โดยอาศัยปฏิกิริยาทางเคมี อาทิ ไนลอน พลาสติก เมลามีน เส้นใยโฟม กาว เป็นต้น

2. พอลิเมอร์ที่แบ่งออกจากชนิดของมอนอเมอร์

• โฮโมพอลิเมอร์ (Homopolymers) เกิดจากมอนอเมอร์ชนิดเดียวกันและมีการเชื่อมต่อกัน เช่น เซลลูโลส หรือ แป้ง มาจากการเชื่อมต่อกันของมอนอเมอร์กลูโคส
• โคพอลิเมอร์ (Co – Polymer) เกิดจากมอนอเมอร์ที่แตกต่างกันตั้งแต่ 1 ชนิดขึ้นไป และมีการเชื่อมต่อกัน เช่น โปรตีน มาจากกรดอะมิโนหลายประเภทเชื่อมต่อกัน เมื่อเปลี่ยนสภาพเป็นโปรตีนก็อาจเกิดการสลับที่ไปมา จำนวนของกรดอะมิโนเหล่านั้นอาจไม่เท่ากัน รูปร่าง ความยาวของสายต่างกันไป นี่จึงเป็นอีกเหตุผลที่โปรตีนแตกต่างด้วยนั่นเอง ซึ่งโคพอลิเมอร์ยังสามารถแยกตามลักษณะของโมเลกุลที่เรียงตัวกันย่อยออกได้อีก 4 ประเภท คือ

โคพอลิเมอร์จัดแบบสุ่ม (Random Copolymer) มอนอเมอร์ 2 ชนิดขึ้นไป เรียงตัวด้วยรูปแบบไม่แน่นอน 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

โคพอลิเมอร์จัดแบบสลับกัน (Alternating Copolymer) มอนอเมอร์ 2 ชนิด เรียงตัวสลับที่ไปมา 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

โคพอลิเมอร์จัดแบบบล็อก (Block Copolymer) มอนอเมอร์ชนิดที่ 1 ต่อกันช่วงหนึ่ง แล้วมอนอเมอร์ชนิดที่ 2 ก็ต่อสลับเป็นช่วงๆ 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

โคพอลิเมอร์จัดแบบกราฟต์ (Graft Copolymer) มอนอเมอร์ชนิดที่ 1 สร้างสายยาว แล้วมอนอเมอร์ชนิดที่ 2 ต่อแยกออกไปเป็นกิ่ง เช่น A-A-A-A- A-A-A-A- A-A-A-A-| |-B-B-B B-B-B-

3. พอลิเมอร์ที่แบ่งจากโครงสร้าง

• พอลิเมอร์แบบเส้น (Linear polymer) มอนอเมอร์จะเชื่อมต่อกันเป็นเส้นยาว 2 มิติ เช่น เซลลูโลส เป็นกลูโคสเชื่อมต่อกันตามแนวเส้นตรง หรือโพลีเทลีน (Polyethylene) เป็นเอทิลีนต่อกันเป็นเส้นตรงนิยมใช้ทำขวด กล่อง แก้ว ของเล่นพลาสติก
• พอลิเมอร์แบบกิ่ง (Branch polymer) มอนอเมอร์จะเชื่อมต่อกันเป็นเส้นยาวแต่บางจุดก็แตกกิ่งแยกออกไป ไม่เรียงติดกัน เช่น พอลิเอทิลีนชนิดความหนาแน่นต่ำ นิยมทำเป็นถุงเย็น ฟิล์มหด ฟิล์มยืด ขวดน้ำ ฝาขวด

ปล. พอลิเมอร์ 2 ชนิดแรก ตัวโครงสร้างมักจับกันแบบหลวม ๆ เมื่อเจอความร้อนสูงจึงเกิดการหลอมเหลวและสามารถนำกลับมา Recycle เพื่อใช้งานใหม่ได้

• พอลิเมอร์แบบร่างแห (Network polymer) มอนอเมอร์จะเชื่อมต่อกันเป็นสายยาวและยังเชื่อมโยงพอลิเมอร์แต่ละสายเข้าหากัน จึงแข็งแรง ทนทาน ไม่เกิดการหลอมเหลว ไม่ยืดหยุ่น อาทิ เมลามีน สำหรับผลิตภาชนะบรรจุอาหาร

ลักษณะทางกายภายของพอลิเมอร์ที่ถูกนำมาใช้งาน

หากมองในภาพรวม “พอลิเมอร์” อาจเป็นเหมือนสารประกอบประเภทหนึ่งที่อาจทำให้เกิดความสับสนอยู่บ้างแม้จะแบ่งประเภทออกตามที่ได้ระบุไว้ ดังนั้นเพื่อให้เข้าใจง่ายขึ้น จึงขอแบ่งลักษณะทางกายภาพที่ทุกคนสามารถพบเห็นได้ทั่วไปและถูกนำมาใช้ประโยชน์ในปัจจุบัน

• กลุ่มเส้นใย ถือเป็นพอลิเมอร์ที่แข็งแรงสุดเพราะพื้นที่หน้าตัดเล็กมาก ทำให้พอลิเมอร์รับแรงจากแนวแกนเส้นใจเอาไว้เยอะ แม้ภายนอกอาจดูอ่อนแอ เบาบาง ก็ตาม
• กลุ่มพลาสติก หากนับความแข็งแรงจะด้อยกว่ากลุ่มเส้นใยเล็กน้อย แต่มีมิติในด้านความกว้าง ยาว สูง มากกว่า จึงถูกนิยมนำมาใช้งานกับสิ่งของหลากชนิด
• กลุ่มยาง ถือเป็นพอลิเมอร์ที่ยืดหยุ่นได้สูงมาก จึงมักประเมินค่าจากระดับการยืดตัวก่อนขาดมากกว่าความแข็งแรง คืนตัวกลับได้ ทำให้เกิดการยึดเหนี่ยวของโซ่โมเลกุลตามแนวขวางด้วยระยะเหมาะสม ไม่อย่างนั้นยางอาจแข็งหรือนิ่มเกินไปจนไม่สามารถใช้งานได้
• กลุ่มลาเท็กซ์และสารละลาย เป็นพอลิเมอร์ที่จะเกิดการทำละลายเมื่ออยู่กับของเหลวชนิดอื่น ๆ เช่น ตัวทำละลายของพอลิเมอร์ การเกิดอิมัลชันเมื่อเจอน้ำ ส่วนมากจะถูกนำมาใช้ในกลุ่มสีทาบ้าน กาว สารเคลือบผิวภายนอก

การใช้งานพอลิเมอร์ในปัจจุบัน

จากคำอธิบายต่าง ๆ ที่ได้บอกเล่าไปจะพบว่า “พอลิเมอร์” ถือเป็นวัตถุดิบอีกประเภทที่มีความสำคัญต่อชีวิตของมนุษย์เป็นอย่างยิ่ง เอาแค่มองไปทางไหนในยุคนี้ก็พบเห็นสิ่งของต่าง ๆ ที่มีส่วนผสมของพวกมันอยู่แทบจะทุกชิ้น จึงขอสรุปแยกประเภทให้ชัดเจนกันอีกสักนิดว่าปัจจุบันมีการนำไปใช้งานในด้านใดเป็นหลักบ้าง

1. ใช้งานทางการแพทย์

มีสิ่งของหลายชิ้นที่ต้องผสมพอลิเมอร์เพื่อช่วยให้การรักษาผู้ป่วยมีประสิทธิภาพมากขึ้น เช่น ข้อเทียมที่ผลิตจากพลาสติก ถุงยา ซองยา ใช้ยางสำหรับทำจุกยาง กระเปาะหลอดหยด ลูกสูบกระบอกฉีดยา เป็นต้น

2. ใช้ในแวดวงอาหาร

บรรดาถุงใส่อาหาร ขวด แก้ว กระบอก หรือถาดทำน้ำแข็งจะมีการใช้พอลีเอทิลีน (Polyethylene) เป็นส่วนประกอบหลัก ขณะที่พวกถ้วย แก้วแบบบาง ถุงพลาสติกบรรจุซอง ขวดน้ำมันพืช จะใช้งานพอลีไวนิลคลอไรด์ (Polyvinylchloride) เป็นต้น

3. ใช้ในงานก่อสร้าง

ตัวอย่างที่ชัดเจนมากสุดคือ เซลลูโลส ซึ่งถือเป็นพอลิเมอร์ประเภทหนึ่งที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ จะอยู่ในไม้ทุกประเภทสำหรับสร้างบ้าน ทำเฟอร์นิเจอร์ เครื่องตกแต่ง การใช้ Polymethymethaacrylate ในงานป้าย เลนส์ เฟอร์นิเจอร์ โคมไฟ ของตกแต่งบ้านหลากชนิด ใช้พอลีโพรพิลีน (Polypropylene) สำหรับทำโต๊ะ เก้าอี้ เฟอร์นิเจอร์ พรม มีการใช้พอลีไวนิลคลอไรด์ (Polyvinylchloride) ทำฉนวนหุ้มสายไฟ กระเบื้องปูพื้น เป็นต้น

4. ใช้ในแวดวงอุตสาหกรรมยานยนต์

ใช้ยางสำหรับผลิตยางรถยนต์ พอลีเอสเตอร์เป็นส่วนหนึ่งของไฟเบอร์กลาสเพื่อขึ้นชิ้นส่วนรถ เรือ เครื่องบิน เป็นต้น

5. ใช้ในอุตสาหกรรมเครื่องนุ่งห่ม

กลุ่มสุดท้ายที่ขอยกตัวอย่างในการใช้งานพอลิเมอร์จะถูกจัดอยู่กับหมวดเครื่องแต่งกายทั้งหลาย เช่น การใช้ไนลอน ใช้พอลีเอสเทอร์ เส้นใยโปรตีนจากสัตว์ เส้นโยโปรตีนเซลลูโลส ผลิตเสื้อผ้า ถุงเท้า รวมถึงยังถูกใช้กับการทำผงกำมะหยี่ ทำเอ็นตกปลา ร่มชูชีพ และอื่น ๆ อีกเยอะมาก

บทสรุป

จากที่บอกเล่ามาทั้งหมดนี้ถือว่า “พอลิเมอร์” เป็นอีกวัตถุดิบสำคัญที่มนุษย์ขาดไม่ได้เลยทีเดียว ไม่ว่าจะเป็นจากธรรมชาติหรือจากการสังเคราะห์ก็ตามที ซึ่งคุณสมบัติที่แตกต่างกันออกไปย่อมถูกนำมาดัดแปลงและสร้างผลลัพธ์ที่เหมาะสมมากที่สุด คงทำให้หลาย ๆ คนเข้าใจเกี่ยวกับวัตถุดิบประเภทนี้กันเยอะขึ้นกว่าเดิม ลองมองไปรอบ ๆ ตัวก็คงพบว่าของหลายสิ่งที่คุณกำลังใช้งานอยู่ล้วนมีพอลิเมอร์เป็นส่วนประกอบแบบไม่ต้องสงสัยใด ๆ เลยด้วยซำ

ติดตามบทความวิทยาศาสตร์ ความรู้รอบตัวอื่นๆ ที่นี่ : https://privatespacescience2017.com/