พอลิเมอร์ คืออะไร จำแนกได้อย่างไร กี่ประเภท และนำไปใช้ประโยชน์ได้อย่างไร

พอลิเมอร์ ในชีวิตประจำวัน

วัสดุอุปกรณ์ต่างๆ ในชีวิตประจำวันของมนุษย์ยุคปัจจุบันล้วนเกี่ยวข้องกับ พอลิเมอร์ และมันได้แทรกเข้าไปอยู่ในทุกกิจกรรมของมนุษย์ตั้งแต่ถุงพลาสติก ไปจนถึงลิ้นหัวใจเทียมที่ช่วยให้ผู้ป่วยยังมีชีวิตต่อไปได้

พอลิเมอร์ (Polymer) คือ สารประกอบโมเลกุลใหญ่ที่ประกอบขึ้นจาก “มอนอเมอร์” (Monomer) หรือหน่วยเล็ก ๆ ของสารจำนวนหลายพันหลายหมื่นหน่วยที่มีลักษณะซ้ำ ๆ กันเชื่อมต่ออยู่ภายในโมเลกุลด้วยพันธะโคเวเลนต์ (Covalent Bond) โดยมอนอเมอร์แต่ละชนิดจะเชื่อมต่อกันเป็นสารขนาดใหญ่ได้ ต้องผ่านกระบวนการสร้างสารหรือปฏิกิริยาที่เรียกว่า Polymerization ภายใต้สภาวะแวดล้อมและปัจจัยต่าง ๆ เช่น ตัวเร่งการเกิดปฏิกิริยา อุณหภูมิ และความดัน เป็นต้น

แหล่งกำเนิดพอลิเมอร์

1. พอลิเมอร์จากธรรมชาติ (Natural Polymer) คือ สารประกอบที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ ทั้งสารอินทรีย์ อย่างแป้ง ไกลโคเจน เซลลูโลส หรือสารอนินทรีย์ อย่างแร่ซิลิเกต หรือทรายซิลิกา

2. พอลิเมอร์จากกระบวนการสังเคราะห์ (Synthetic Polymer) คือ สารประกอบที่เกิดขึ้นจากการสังเคราะห์ของมนุษย์ผ่านปฏิกิริยาเคมีต่าง ๆ เช่น พลาสติก ยางสังเคราะห์ และเส้นใยสังเคราะห์ เป็นต้น

พอลิเมอร์, คืออะไร, สารประกอบ, พลาสติก, ตัวอย่างพอลิเมอร์, ประกอบด้วย,
เส้นใยผ้า / ภาพถ่าย : aisvri

พอลิเมอร์สามารถจำแนกออกเป็น 2 ประเภท ตามชนิดของมอนอเมอร์ในโมเลกุล ดังนี้

1. โฮโมพอลิเมอร์ (Homopolymer) คือ พอลิเมอร์ที่เกิดจากมอนอเมอร์ชนิดเดียวกันทั้งหมด เช่น แป้ง และเซลลูโลส ซึ่งเกิดจากมอนอเมอร์กลูโคสที่เชื่อมต่อกันเป็นสารโมเลกุลใหญ่ หรือพอลิเอทิลีน (Polyethylene) ที่เกิดจากเอทิลีนทั้งหมด

2. โคพอลิเมอร์ (Co-Polymer) คือ พอลิเมอร์ที่เกิดจากมอนอเมอร์มากกว่า 1 ชนิด เช่น โปรตีน ซึ่งเกิดจากกรดอะมิโนหลายชนิดเชื่อมต่อเข้าด้วยกัน ทำให้โปรตีนแต่ละชนิดมีองค์ประกอบ โครงสร้างรูปร่าง และความยาวของสายพอลิเมอร์ที่แตกต่างกันไปตามคุณสมบัติของกรดอะมิโนหรือมอนอเมอร์ภายในโมเลกุล

พอลิเมอร์, คืออะไร, สารประกอบ, พลาสติก, ตัวอย่างพอลิเมอร์, ประกอบด้วย,
ภาพประกอบ : ByJu’s.com

โครงสร้างหลักของพอลิเมอร์

1. โครงสร้างแบบสายยาวหรือโซ่ตรง (Linear Polymer) คือ โครงสร้างของสารประกอบที่เกิดจากการสร้างพันธะเรียงต่อกันเป็นเส้นตรงของมอนอเมอร์ ซึ่งทำให้โซ่พอลิเมอร์เรียงชิดกันมากว่าโครงสร้างอื่น ๆ สารประกอบจึงมีจุดหลอมเหลวสูง มีคุณสมบัติแข็งแรง ทนทาน แต่มีความยืดหยุ่นสูง อีกทั้ง เมื่อได้รับความร้อน สารโครงสร้างนี้สามารถอ่อนตัวลง ก่อนกลับมาแข็งตัวขึ้นอีกครั้งหลังอุณหภูมิลดลง โดยไม่เกิดการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ต่อสมบัติของพอลิเมอร์ เช่น พีวีซี (PVC) พอลิสไตรีน พอลิเอทิลีน เป็นต้น

2. โครงสร้างแบบสาขาหรือแขนง (Branch Polymer) คือ โครงสร้างของสารประกอบที่เกิดจากการยึดกันและแตกกิ่งก้านสาขาของมอนอเมอร์ออกจากโซ่พอลิเมอร์สายหลัก ซึ่งทำให้โซ่พอลิเมอร์ไม่สามารถเรียงชิดติดกันได้หนาแน่นเมื่อโครงสร้างแรก สารประกอบจึงมีความหนาแน่นและจุดหลอมเหลวต่ำ อีกทั้ง โครงสร้างของสารยังสามารถเปลี่ยนรูปได้ง่าย เมื่อได้รับความร้อน เช่น พอลิเอทิลีนชนิดความหนาแน่นต่ำ

3. โครงสร้างแบบตาข่ายหรือร่างแห (Network Polymer/Crosslinked Polymer) คือ โครงสร้างของสารประกอบที่เกิดจากการเชื่อมต่อกันเป็นร่างแหของมอนอเมอร์ มีกิ่งก้านสาขามาก ซึ่งทำให้สารมีความแข็งแรงทนทาน แต่เปราะหักง่าย ไม่ยืดหยุ่น เช่น เมลามีนที่นำใช้ทำถ้วยชาม

พอลิเมอร์, คืออะไร, สารประกอบ, พลาสติก, ตัวอย่างพอลิเมอร์, ประกอบด้วย,
โครงสร้างของพอลิเมอร์ / ภาพประกอบ : MechanicalBASE.com

ตัวอย่างของพอลิเมอร์ในชีวิตประจำวัน

1. พลาสติก (Plastics) ที่ถูกนำมาใช้อย่างหลากหลาย จากการมีคุณสมบัติที่ทั้งแข็งแรงทนทาน แต่ยืดหยุ่นได้ดีและยังมีน้ำหนักเบา อีกทั้ง ยังไม่ทำปฏิกิริยากับอากาศ กรด-เบส และสารเคมีต่าง ๆ สามารถเป็นทั้งฉนวนความร้อนและฉนวนไฟฟ้าที่ดี แล้วในกระบวนการผลิตยังขึ้นรูปทรงต่าง ๆ ได้ง่ายอีกด้วย

คืออะไร, สารประกอบ, พลาสติก, ตัวอย่างพอลิเมอร์, ประกอบด้วย,
พลาสติกหลากสีที่นำไปผลิตเป็นของเล่นเด็ก / ภาพถ่าย Rupert Kittinger-Sereinig

2. ยางธรรมชาติ (Natural Rubber) เกิดจากมอนอเมอร์ที่เรียกว่า “ไอโซพรีน” (Isoprene) มีความทนทานและมีความยืดหยุ่น ไม่ละลายน้ำ แต่ยางธรรมชาติมีข้อด้อยจากความแข็งแรงที่เปราะบาง แตกหักได้ง่าย ซึ่งไม่ทนต่อตัวทำละลายอินทรีย์และน้ำมันเบนซิน ดังนั้น ยางธรรมชาติจึงต้องผ่านกระบวนการปรับปรุงคุณภาพยาง (Vulcanization Process) ก่อนนำไปใช้ประโยชน์

3. เส้นใยสังเคราะห์ (Synthetic Fiber) คือ เส้นใยที่ผ่านการปรับปรุงจากเส้นใยเซลลูโลสในธรรมชาติ ในขณะที่ ความเหนียวแน่นและความแข็งแรงจะลดลงเมื่อสัมผัสกับน้ำและแสงแดด

4. ซิลิโคน (Silicone) มีหลายชนิดตามมอนอเมอร์ตั้งต้น จึงมีสมบัติที่เหมาะแก่การนำไปใช้ประโยชน์มากกว่ายาง เช่น สลายตัวได้ยาก ไม่ไวต่อปฏิกิริยาเคมีต่าง ๆ อีกทั้ง ยังทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ เป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดีและไม่มีปฏิกิริยา ซึ่งเป็นอันตรายต่อร่างกายมนุษย์ ในทางการแพทย์จึงนำมาใช้ทำอวัยวะเทียม

สืบค้นและเรียบเรียง
คัดคณัฐ ชื่นวงศ์อรุณ และณภัทรดนัย

ข้อมูลอ้างอิง
https://www.scimath.org/lesson-chemistry/item/9631-1-9631
http://oho.ipst.ac.th/bookroom/snet5/topic8/polimer.html
http://119.46.166.126/digitalschool/p5/sc5_1/lesson2/content1/more/page6.php


อ่านเพิ่มเติม นักวิทยาศาสตร์ค้นพบวิธีใช้แสงยูวีเพื่อทำให้พลาสติกย่อยสลาย

เรื่องแนะนำ

ดาวอังคาร การแข่งขันสู่ดาวเคราะห์แดง

อีลอน มัสก์ อยากไป ” ดาวอังคาร ” คำกล่าวอันลือเลื่องของผู้ก่อตั้งและซีอีโอของบริษัทสเปซเอกซ์  (SpaceX)  คือเขาอยากตายบน ดาวอังคาร และไม่ใช่แค่ยานตกตาย  เทคโนโลยีที่อาจช่วยป้องกันอุบัติเหตุดังกล่าวผ่านการทดสอบสำคัญในคืนหนึ่งเมื่อเดือนธันวาคมปีที่แล้ว เมื่อจรวดฟัลคอน 9 (Falcon 9) ที่สร้างโดยสเปซเอกซ์  ทะยานขึ้นจากแหลมคะแนเวอรัลในรัฐฟลอริดา พร้อมบรรทุกดาวเทียมสื่อสาร 11 ดวง เรื่อง โจล แอเคนบาค ภาพถ่าย ฟิลลิป ทอลีดาโน, โรเบิร์ต คลาร์ก, แมกซ์ อากีเลรา-เฮลล์เวก และมาร์ก ทีสเซน หลังบินขึ้นไม่กี่นาที จรวดเร่ง (booster) ก็ถูกปลดออก เหมือนกับจรวดเร่งนับพันลำที่ใช้กันมาตั้งแต่อรุณรุ่งของยุคอวกาศ ซึ่งเผาไหม้ในบรรยากาศและเหลือชิ้นส่วนตกกระจายในมหาสมุทร แต่จรวดเร่งลำนี้ไม่ถูกทิ้ง แทนที่จะตกลงไปเฉยๆ มันกลับหมุนตัว ติดเครื่องเพื่อชะลอการตกและบินไปหาแท่นลงจอดที่อยู่ใกล้ พูดให้ง่ายคือมันบินถอยหลัง บริษัทสเปซเอกซ์เพิ่งบรรลุก้าวย่างสำคัญในความพยายามสร้างจรวดใช้ซ้ำได้  มัสก์คำนวณว่า  เทคโนโลยีนี้อาจลดค่าใช้จ่ายในการส่งจรวดลงเหลือหนึ่งในร้อย  ซึ่งทำให้สเปซเอกซ์ได้เปรียบในธุรกิจส่งดาวเทียมและการส่งสิ่งอุปกรณ์ (supply) ให้สถานีอวกาศนานาชาติ แต่นั่นไม่ใช่จุดหมายของมัสก์ เขาบอกในการแถลงข่าวคืนนั้นว่า การลงจอดของจรวดเร่งเป็น “ก้าวสำคัญบนเส้นทางสู่ความสามารถในการจัดตั้งเมืองบนดาวอังคาร” บริษัทสเปซเอกซ์ซึ่งก่อตั้งเมื่อปี […]

วัคซีน แอสตร้าเซนเนก้า ดีหรือไม่ – ทำงานอย่างไร และข้อสงสัยในผลข้างเคียง

วัคซีน แอสตร้าเซนเนก้า แม้จะมีข้อสงสัยในผลข้างเคียงที่ปรากฏออกมา แต่ก็ได้รับการยืนยันว่าเป็นวัคซีนที่ปลอดภัย มีประสิทธิภาพ และสามารถเป็นวัคซีนที่ช่วยชีวิตประเทศยากจนหรือกำลังพัฒนาได้ ในช่วงเดือนมีนาคม ที่ผ่านมา ผู้ผลิตวัคซีน แอสตร้าเซนเนก้า ได้เปิดเผยผลการวิเคราะห์วัคซีนระยะที่สามในสหรัฐอเมริกาว่า วัคซีนชนิดนี้มีประสิทธิภาพป้องกันอาการของโรคติดเชื้อโควิด-19 ร้อยละ 76 การป้องกันของวัคซีนจะได้ผลดีมากขึ้นสำหรับผู้ที่มีอายุ 65 ปีขึ้นไป ซึ่งจะมีประสิทธิผลร้อยละ 85 และที่สำคัญที่สุด วัคซีนนี้สามารถป้องกันอาการร้ายแรงจากโรคโควิด-19 ได้มากถึงร้อยละ 100 และไม่มีรายงานผลข้างเคียงร้ายแรง แม้ว่าจะมีข้อกังขาในที่หลายประเทศในยุโรปได้สั่งหยุดการใช้วัคซีนชนิดนี้หลังจากมีผู้เสียชีวิตจากภาวะอาการลิ่มเลือด แม้ว่าผลดังกล่าวจะแสดงให้เห็นว่าวัคซีนชนิดนี้อาจมีประสิทธิภาพที่ไม่เท่ากับวัคซีนชนิด mRNA อย่างไฟเซอร์/ไบโอเอนเทค และโมเดอร์นา แต่ก็ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพที่เพียงพอ ผลการทดสอบขั้นต้นที่ออกมาถือเป็นข่าวดีสำหรับผู้ที่ควบคุมดูแลการใช้วัคซีนในสหราชอาณาจักร สหภาพยุโรป และองค์การอนามัยโลกที่พยายามฟื้นคืนความเชื่อมั่นที่มีต่อวัคซีนโควิด-19 ของแอสตราเซนกา โดยเจ้าหน้าที่สาธารณสุขสามารถใช้ผลการวิเคราะห์นี้เพื่อยืนยันต่อสาธารณชนได้ว่า วัคซีนนี้ปลอดภัย และยังไม่มีข้อบ่งชี้ที่ชัดเจนว่า การฉีดวัคซีนชนิดนี้ก่อให้เกิดภาวะลิ่มเลือดอุดตัน “หากวัคซีนนี้มีส่วนเกี่ยวข้อง (กับภาวะลิ่มเลือด) จริง จะต้องมีสัญญาณที่ปรากฏออกมาอย่างรวดเร็วและชัดเจนกว่านี้” เอ็ดเวิร์ด โจนส์-โลเปซ ผู้เชี่ยวชาญด้านโรคติดต่อ คณะแพทยศาสตร์เค็ก มหาวิทยาลัยเซาเทิร์นแคลิฟอร์เนีย หนึ่งในคณะทำงานด้านการทดสอบทางคลินิกวิทยาของวัคซีนแอสตราเซเนกาในสหรัฐฯ กล่าวและเสริมว่า “แต่เมื่อคุณใช้กับคนนับล้านคน ซึ่งเป็นปริมาณที่มากกว่าการทดสอบทางคลินิก ผลข้างเคียงซึ่งปรากฏได้ยากก็จะชัดเจนขึ้นครับ” ในสหราชอาณาจักร ซึ่งมีผู้คนกว่า 10 […]

อาณาจักรพืช (Plantae Kingdom)

อาณาจักรพืช (Plant Kingdom) คือ 1 ใน 5 อาณาจักรหลักของสิ่งมีชีวิตบนโลกตามการจัดจำแนกทางอนุกรมวิธานวิทยา (Taxonomy) เป็นกลุ่มของสิ่งมีชีวิตที่มีอายุเก่าแก่ที่สุดกลุ่มหนึ่งบนโลก สิ่งมีชีวิตใน อาณาจักรพืช ผ่านกระบวนการการวิวัฒนาการ  และปรับเปลี่ยนโครงสร้างมามากมาย ทั้งการพัฒนาเนื้อเยื่อลำเลียงน้ำและอาหาร (Xylem & Phloem) และปากใบ (Stomata) ที่ใช้แลกเปลี่ยนก๊าซ รวมไปถึงการผลิตสารเคมีบางชนิด  เช่น ลิกนิน (Liqnin) และคิวทิน (Cutin) ที่ทำให้พืชทนทานต่อสภาพแวดล้อม จนกระทั่งสามารถย้ายถิ่นฐานจากมหาสมุทรขึ้นมาอาศัยอยู่บนพื้นแผ่นดิน ลักษณะสำคัญของสิ่งมีชีวิตในอาณาจักรพืช – เป็นสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ (Multicellular) ที่รวมกลุ่มกันเป็นเนื้อเยื่อ (Tissue) – มีเซลล์แบบยูคาลิโอต (Eucaryote) ที่มีเยื่อหุ้มนิวเคลียสเช่นเดียวกับเซลล์ของสัตว์ – มีผนังเซลล์ที่ประกอบด้วยเซลลูโลส (Cellulose) ซึ่งทำให้เซลล์แข็งแรงทนทานและมีรูปร่างแน่นอน – มีรงควัตถุภายในเซลล์ เช่น คลอโรฟิลล์ (Chlorophyll) ในคลอโรพลาสต์ (Chloroplast) ที่ทำให้พืชสามารถสร้างอาหารเองได้จากกระบวนการสังเคราะห์แสง (Photosynthesis) – มีวัฏจักรชีวิตแบบสลับ (Alternation […]