Transcript บทที่ แนวคิดพื้นฐาน และเคมีของพอลิเมอร์ (Basic Concepts and Chemistry of Polymers)

่
บทที
้
แนวคิดพืนฐาน
และเคมีของ
พอลิเมอร ์ (Basic Concepts
and Chemistry of
Polymers)
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
่ ้ าหนัก
พอลิเมอร ์เป็ นวัสดุชนิ ดหนึ่งซึงน
โมเลกุลสู งโมเลกุลยาวมากประกอบไปด้วย
่ มวลโมเลกุลตาหลายหน่
่
หน่ วยเล็ก ๆ ทีมี
วย
่
เชือมต่
อกันด้วยพันธะเคมี ตัวอย่างของพอลิ
เมอร ์ เช่นพอลิเอธิลน
ี (polyethylene) ซึง่
n CH2์มาจากเอธิ
CH2กCH
CH2
สังเคราะห
ลน
ี ดังปฏิ
ิรย
ิ 2าn
เอธิลน
ี มอ
นอเมอร ์
พอลิเอธิ
ลีน
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
่ น
เรียกเอธิลน
ี ซึงเป็
้ั นในปฏิก ิรย
สารตงต้
ิ า
n CH2 CH2
้ ามอนอเมอร ์
นี ว่
(monomer)
และ
เรียกปฏิก ิรย
ิ าการ
เตรียมพอลิเมอร ์ว่า
พอลิเมอไรเซช
ัน ลน
อ ักษร n แทนจานวนหน่
วยของเอธิ
ี
่ ดปฏิก ิรย
่
ทีเกิ
ิ าเชือม
ต่อpolymerization)
กันด้วยพันธะเคมีใน
หนึ่งโมเลกุล ค่าของ n ในแต่ละโมเลกุลของ
้
้
พอลิเอธิลน
ี นันไม่
จาเป็ นต้องเท่ากันด ังนันพอ
ลิเอธิลน
ี แต่ละโมเลกุลจึงไม่จาเป็ นต้องมี
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
การจาแนกประเภทของพอลิเมอร ์
าแนกตามแหล่
งกาเนิ ดของพอลิเมอร ์
แบ่จงได้
เป็ น 6 ประเภท
(Classification by origin)
จาแนกตามโครงสร ้างของสายโซ่
(Classification by chain structure)
จาแนกตามการตอบสนองต่ออุณหภู ม ิ
(Classification by thermal behaviour)
จาแนกตามตาแหน่ งของมอนอ
เมอร
์
จาแนกตามลักษณะปฏิก ิรย
ิ าการเกิดพอ
ลิเมอร
์
จาแนกตามการจ ัดเรียงตัวของสายโซ่
(Chain configurations)
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
จาแนกตามแหล่งกาเนิ ดของพอลิเมอร ์
แบ่งออกเป็
น 4 ประเภท คือ
(Classification
by origin)
พอลิเมอร ์จากการสังเคราะห ์สารอินทรีย ์
(Synthetic organic polymers)
ไบโอพอลิเมอร ์ (Biopolymers)
่ งเคราะห ์ (Semiพอลิเมอร ์กึงสั
synthetic polymers)
พอลิเมอร ์อนิ นทรีย ์
(Inorganic polymers)
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
จาแนกตามโครงสร ้างของสายโซ่
(Classification by chain structure)
พอลิเมอร ์แบบเส้น (Linear
polymers)
พอลิเมอร ์แบบกิง่ (Branched
polymers)
พอลิเมอร ์แบบร่างแห (Polymer
networks)
้ นได
พอลิเมอร ์แบบขันบั
(Ladder polymers)
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
จาแนกตามการตอบสนองต่ออุณหภู ม ิ
(Classification by thermal behaviour)
เทอร ์โมพลาสติก
(Thermoplastics)
เทอร ์โมเซ็ท
(Thermosets)
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
แบ่งตามตาแหน่ งของ
มอนอเมอร
์
โฮโมพอลิเมอร ์
(Homopolymers )
โคพอลิเมอร ์แบบแรนดัม
(Random copolymers)
โคพอลิเมอร ์แบบสลับ
(Alternating copolymer)
บล๊อคโคพอลิเมอร ์
(Block copolymer)
กร ๊าฟต ์โคพอลิเมอร ์
(Graft copolymer)
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
จาแนกตามลักษณะปฏิก ิรย
ิ าการเกิด
พอลิเมอร ์
พอลิเมอไรเซช ันแบบรวมตัวหรือแบบลู กโซ่
(Addition or Chain Polymerization)
พอลิเมอไรเซช ันแบบควบแน่ นหรือ
้ (Condensation or Step
แบบขัน
Polymerization)
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
จาแนกตามการจด
ั เรียงตัวของสายโซ่
(Chain configurations)
การจัดเรียงของมอนอเมอร ์ (Monomer
orientation)
รู ปแบบทางเรขาคณิ ต หรือ ซีสทรานส ์ ไอโซเมอร ์
สเตอริโอไอโซเมอริซม
ึ หรือ การจ ัด
ตาแหน่ งของหมู ่แทนที่
(Stereoisomerism or Tacticity)
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
น้ าหนักโมเลกุล (Molecular
้
weight)
นำหนั
กโมเลกุลเป็ นสมบัตท
ิ มี
ี่ ควำมสำคัญมำก
่ ้องนำมำพิจำรณำในกำร
อย่ำงหนึ่ งของพอลิเมอร ์ทีต
สังเครำะห ์ และกำรนำไปประยุกต ์ใช ้ เนื่ องจำกสมบัต ิ
บำงอย่ำงของพอลิเมอร ์มีควำมสัมพันธ ์โดยตรงกับมวล
โมเลกุล เช่นควำมแข็งแรงเชิงกล (Mechanical
C
strength)
แสดงดั
ง
รู
ป
ควำม
แข็งแรง
เชิงกล
B
A
้
นำหนั
ก
โมเลกุล
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
่ ด เพือที
่ จะท
่ ำให ้
จุด A เป็ นน้ำหนักโมเลกุลน้อยทีสุ
่ คำ่ ควำมแข็งแรงเชิงกล หลังจำกผ่ำน
พอลิเมอร ์เริมมี
่ น้
จุด A ไปแลว้ ควำมแข็งแรงของพอลิเมอร ์จะเพิมขึ
่ งจุด
อย่ำงรวดเร็วตำมน้ำหนักโมเลกุล
จนกระทังถึ
วิกฤติ (Critical point)
ทีจุ่ ด B น้ำหนักโมเลกุล
้ นค่ำทีน้
่ อยทีสุ
่ ดทีพอลิ
่
่
ณ จุด B นี เป็
เมอร ์ควรมีเพือ
ทำใหม้ ีควำมแข็ ง แรงมำกพอสำหร บั กำรนำไปใช ้งำน
้
่ นอย่
้
หลังจำกผ่ำนจุดนี ไปแล
ว้ ควำมแข็ งแรงจะเพิมขึ
ำง
ช ้ำ ๆ จนถูกจำกัดค่ำ (Limiting value) ทีจุ่ ด C แม้
่ ้ำหนักโมเลกุลขึนไปอี
้
จะเพิมน
กแต่ควำมแข็งแรงเชิงกล
่ นน้
้ อยมำก หรืออำจไม่เพิมเลย
่
ของพอลิเมอร ์จะเพิมขึ
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
่ แรงระหว่ำงโมเลกุล
ตัวอย่ำงของพอลิเมอร ์ซึงมี
่ งแรง ได ้แก่ พอลิเอไมด ์ และ พอลิเอสเทอร ์ ซึง่
ทีแข็
่ ้ำหนัก
มีควำมแข็งแรงพอสำหรบั กำรนำไปใช ้งำนทีน
่ แรง
โมเลกุลต่ำกว่ำพอลิเมอร ์ เช่น พอลิเอธิลน
ี ทีมี
่ ้ำใจกันโดยทัวไปว่
่
ระหว่ำงโมเลกุลต่ำกว่ำ เป็ นทีเข
ำ
เมื่อกล่ ำ วถึง น้ ำหนั กโมเลกุ ล ของพอลิเ มอร ์มัก จะ
หมำยถึง น้ ำหนั กโมเลกุ ล เฉลี่ย
(Average
่
Molecular weight) ซึงสำมำรถค
ำนวณหำได ้
หลำยวิธด
ี งั นี ้ คือ
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิ
เ
มอร
์
่
น้ าหนักโมเลกุลเฉลียตามจานวน (The
Number Molecular Weight
:Mn )
สำมำรถหำได ้โดยกำรวัดสมบัตค
ิ อลลิเกตีฟ
่ นกั
้ บจำนวนโมเลกุล
(colligative properties) ซึงขึ
เพียงอย่ำงเดียวเท่ำนั้น เช่น กำรลดลงของจุดเยือกแข็ง
่ นของจุ
้
กำรเพิมขึ
ด
เดื
อ
ด
่
้
ซึงหำได
้จำกกำรลดลงของนำหนั
กของโมเลกุล
้
ทังหมด(w)ในตั
วอย่ำงพอลิเมอร ์หำรด ้วยจำนวนโมล
้
ทังหมด
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
w
= N
=
M


x
n
Nx
Nx
่ Nx คือจำนวนโมลของโมเลกุลทีมี
่ นำหนั
้
เมือ
ก
้ ยนอีกรูปหนึ่ งได ้คือ
สมกำรนี เขี
M =
NxMx
n
่ Nx คือเศษส่วนโมล (mole-fraction) ของ
เมือ
่ นำหนั
้
โมเลกุลทีมี
ก
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิ
่ เมอร ์ ้
น้ าหนักโมเลกุลเฉลียตามนาหนัก(The
Weight -Average Molecular Weight :
Mw
)
สำมำรถหำได
้โดยวัดกำรกระเจิงของแสง
(light–
scattering) และสมกำร
M = WxMx
่ Wx คือเศษส่
้
่
เมือ
กของโมเลกุลซึงมี
n วนโดยนำหนั
้
้ ยนอีกรูปหนึ่ งได ้คือ
นำหนั
ก สมกำรนี เขี
M = Cx = Cx = NxM
2
C
Nx
x

Mx
Mx
n
่ Cx คือ ควำมเข ้มข ้นโดยนำหนั
้
่
เมือ
ก
ของโมเลกุ
ล
ที
มี
Mx
Cx
้
้
นำหนั
ก Mx และ C คือ ควำมเข ้มข ้นโดยนำหนั
กของ
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิ
่ เมอร ์
น้ าหนักโมเลกุลเฉลียตามความหนื ด
(The Viscosity-Average Molecular
Weight
:) ้โดยกำรวัดควำมหนื ด
สำมำรถหำได
1/a
ตำมสมกำร
1/a
a
a
M =  WxMx =  NxM+
NxMx

x
v
1
่
่
เมือ a คือค่ำคงที ปกติแล ้วมีคำ่ อยู่ในช่วง
0.5-0.9 ่
โดยทัวไปแล ้วพบว่ำ พอลิเมอร ์มีกำรกระจำยของ
้
้
่ ได
่ ้
นำหนั
กโมเลกุล และ
นำหนั
กโมเลกุลเฉลียที
จำกกำรคำนวณทัง้ 3 สมกำรข ้ำงต ้นมีคำ่ ไม่เท่ำกัน
โดยค่ำ Mw > Mv > Mn แสดงดังรูป
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
เศษส่วนโดย
น้ าหนั
Mnก, Wx
ค่ ำ อั ต ร ำ ส่ ว น ร ะ ห ว่ ำ ง
Mv
้
่ กบ
ั ควำม
Mw / Mn ขึนอยู
Mw
กว ้ำงของเส ้นโค ้ง ดังรูป จึงมัก
ถู ก น ำมำใช ร้ ะบุ ก ำรกระจำย
น้ าหนัก
น้ำหนั กโมเลกุล ของพอลิเมอร ์
โมเลกุล, Mx
หรื
อ
พอลิ
ด
ิ
ส
เพอร
์ซิ
ต
ี
่
พอลิเมอร ์ทัวไปมี
คำ่ Mw / Mn มำกกว่ำหนึ่ ง
(polydispersity)
่
่ กำรกระจำยของ
และค่ำจะเพิมมำกสำหร ับพอลิเมอร ์ทีมี
้
นำหนั
กโมเลกุลกว ้ำง หรือแต่ละโมเลกุลมีขนำดต่ำงกัน
่ คำ่ Mw / Mn เท่ำกับหนึ่ ง
มำก ส่วนพอลิเมอร ์ทีมี
่
เรียกว่ำโมโนดิสเพอร ์สพอลิเมอร ์
เป็ นพอลิเมอร ์ทีมี
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิ
เ
มอร
์
องศาของพอลิเมอไรเซช ัน (Degree of
่
Polymerization)
ควำมยำวโดยเฉลียของโมเลกุ
ลพอลิเมอร ์แบบเส ้น
(linear polymer) สำมำรถแสดงโดยจำนวนหน่ วยที่
้ น (repeating unit) หรือ องศำของพอลิเมอไรเซ
ซำกั
่
้
ช ันซึงสำมำรถหำได
้ดังสมกำร
นำหนั
กโมเลกุลของพอลิ
องศำของพอลิเมอไร=
เมอร ล์ ของหน่ วย
้
น
ำหนั
ก
โมเลกุ
เซชัน
่ ำกั
้ น
ทีซ
่ ยมมำ
ในกรณี ของโฮโมพอลิเมอร ์พอลิเมอร ์ทีเตรี
่ ำกั
้ นก็
จำกไวนิ ลมอนอเมอร ์น้ำหนักโมเลกุลของหน่ วยทีซ
คือ น้ำหนักโมเลกุลของมอนอเมอร ์นั้น แต่ถ ้ำพอลิเม
อร ์ประกอบไปด ้วยมอนอเมอร ์หลำย ชนิ ด
น้ำหนัก
่ ้
้
แบบผึก
หัด
ตอนที่ 1 : ตอบ
คาถามต่อไปนี ้
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
1) คำนวณองศำของพอลิเมอไรเซชัน (degree of
่ นำหนั
้
polymerization) สำหร ับ 6,6-nylon ทีมี
ก
่
โมเลกุล 120,000 g.mol-1 ซึงเตรี
ยมได ้ดัง
O
O
สมกำร
H
N CH2 6 NH2 + HOOC CH
COOH
NHCH26NHC CH24C
2
24
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิ
เมอร
้
่
2)
คำนวณน
ำหนั
กโมเลกุ
ลเฉลี์ ยตำมจ
ำนวน
้
่
้
(Mn) และนำหนั
กโมเลกุลเฉลียตำมน
ำหนั
กค่ำ (Mw)
้
ของพอลิเอธิลน
ี ตัวอย่ำงมีกำรกระจำยของนำหนั
ก
โมเลกุลดังนี ้ ่ ้
โมเลกุลซึงมีนำหนักโมเลกุลเฉลีย่ 25,000 g.mol-1
มีจำนวน 4,000 โมเลกุล
้
นำหนั
กโมเลกุลเฉลีย่ 7,5000 g.mol-1 มีจำนวน
8,000 โมเลกุล
้
นำหนั
กโมเลกุลเฉลีย่ 12,5000 g.mol-1 มีจำนวน
7,000 โมเลกุล
้
นำหนั
กโมเลกุลเฉลีย่ 17,5000 g.mol-1 มี
จำนวน 2,000 โมเลกุล
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
เมอรโดยเลื
้ ์
ตอนที่ 2 : ตอบคของพอลิ
าถามต่อไปนี
อกคาตอบ
่ กต้อง (คาตอบอาจมีหลายข้อ)
ทีถู
่ อมระหว่
่
1) พันธะทีเชื
ำงโมเลกุลของเทอร ์โมพลำสติก
เป็ นพันธะชนิ ดใด
(a) secondary bond (b)
weak bond
(c) van der Waals (d)
covalent bond
(e) hydrogen bond
2) หมู่ข ้ำงเคียง (side group) ในโมเลกุลของเทอร ์โม
พลำสติกเกิดพันธะชนิ ดใดกับอะตอมในสำยโซ่หลักของ
พอลิเมอร ์
(a)
secondary bond(b) weak bond (c) van der
Waals
(d) covalent bond
(e)
hydrogen bond
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
้
3) ถ ้ำนำหนั
กโมเลกุลของไวนิ ลคลอไรด ์มอนอเมอร ์คือ
้
่
62.5 แล ้ว นำหนั
กโมเลกุลของพอลิไวนิ ลคลอไรด ์ทีมี
องศำของพอลิเมอไรเซช ันเท่ำกับ
20,000
คือ
(a) 1.25×106
(b) 20,000 (c) 320
(d) 62.5
(e) 3.1×10-3
่ ยมจำกพอลิเมอรไรเซช ัน
4) ข ้อใดเป็ นพอลิเมอร ์ทีเตรี
แบบควบแน่ น
(a) พอลิเอไมด ์
(b) พอลิยรู เี ทน
(c) พอ
ลิอะคริโลไนไตร ์ท
(d) พอลิเอธิลน
ี ควำม
หนำแน่ นสูง (e) พอลิสไตรีน
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
5) ข ้อใดคือคือสมบัตเิ ทอร ์โมเซต
(a) มีโครงสร ้ำงแบบร่ำงแห
(b) หลอมแล ้วไม่สำมำรถนำกลับมำใช ้
ใหม่ได ้
(c) เกิดโดยกระบวนกำร step-growth
พอลิเมอไรเซช ัน
่
(d) มีกำรเชือมโยงระหว่
ำงโมเลกุลน้อย
(e) อุณหภูมม
ิ ผ
ี ลทำให ้เกิดกำร
่
เปลียนแปลงคุ
ณสมบัตไิ ด ้
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
6) องศำของพอลิเมอไรเซช ันจะลดลงเนื่ องจำก
สำเหตุใดต่อไปนี ้
่ ้ำนแบบแรนดัม
(a) เกิดกิงก
(b) เกิดกำรดูดกลืนนำ้
(c) เกิดกำรเย็นตัวอย่ำงรวดเร็วหลังจำก
หลอมเหลว
(d) เกิดกำรเย็นตัวอย่ำงช ้ำ ๆ หลังจำก
หลอมเหลว
่ ้ำนอย่ำงเป็ นระเบียบ
(e) เกิดกิงก
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิ
้ เมอร ์
7) จำกรูปพอลิเมอร ์ชนิ ดนี เป็ นพอลิเมอร ์ชนิ ดใด
(a) โฮโมพอลิเมอร ์ (homopolymers )
(b)
โคพอลิเมอร ์แบบแรนดัม
copolymers)
(c)
โคพอลิเมอร ์แบบสลับ
copolymer)
(random
(alternating
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
8) ไอโซแทคติคพอลิพอพิลน
ี มีลก
ั ษณะตรงกับข ้อใด
(a) polyolefin
(b) glassy
polymer
(c) semicrystalline
thermoplastic (d) amorphous thermoplastic
(e) thermoplastic elastomer
่
9) กำรเชือมโยงระหว่
ำงโมเลกุลในยำงธรรมชำติมผ
ี ลทำให ้
เกิดลักษณะใดต่อไปนี ้
่
่ ้ร ับแรง
(a) เพิมควำมต
้ำนทำนต่อกำรเสียรูปเมือได
(b) ค่ำโมดูลสั ของยำงลดลง
่ ้อน
(c) ป้ องกันไม่ให ้ยำงอ่อนตัวเมือร
้
(d) ยับยังกำรเกิ
ดออกซิเดช ันใน
่
โครงสร ้ำงโมเลกุล
(e) เพิม
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
10) โดยปกติแล ้วเทอร ์โมเซตจะแข็งแต่เปรำะกว่ำเทอร ์โม
พลำสติกเพรำะ
่
(a) กำรเชือมโยงระหว่
ำงโมเลกุลในเทอร ์โมเซตทำให ้
พอลิเมอร ์ แข็งแรง ทนแรงดึง แต่ควำมยืดหยุ่นจะน้อยลง
ไม่สำมำรถโค ้งงอได ้ง่ำยจึงแตกเปรำะง่ำยกว่ำเทอร ์โม
พลำสติก
่
(b) เทอร ์โมเซตจะประกอบไปด ้วยไฟเบอร ์ทีเปรำะ
่
(c) เทอร ์โมเซตมีแนวโน้มทีจะเกิ
ดกำรสลำยตัวได ้
ง่ำย
(d) เทอร ์โมเซตมักจะถูกนำมำใช ้ที่
อุณหภูมต
ิ ่ำกว่ำอุณหภูมท
ิ รำนสิช ัน
(e) ถูกทุกข ้อ
เฉลย
แบบฝึ กหัด
ตอนที่ 1
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
1) 6,6-nylon เตรียมได ้จำกพอลิเมอไรเซชันระหว่ำงมอนอ
เมอร ์ 2 ชนิ ด คือ เฮกซะเมธิลลีนไดเอมีน(hexa methylene
่
diamine) และ อะไดปิ ค เอซิค (adipic acid) ซึงในระหว่
ำง
้
้ั ่
ปฏิก ิรยิ ำมีกำรกำจัดโมเลกุลของนำออกมำในแต่
ละครงที
่ น้
ควำมยำวของสำยโซ่
เ
พิ
มขึ
้
นำหนักโมเลกุลของเฮกซะเมธิลลีนไดเอมีน
-1 คคือ
้
นำหนั
กโมเลกุ
ของอะไดปิ
คือล116
g.molคเอซิ
-1
้ 146g.mol
้ อ 18
และ นำหนั
กโมเลกุลของน
ำคื
้
่ ำกั
้ น (repeating
นำหนั
กg.mol
โมเลกุ-1ลของหน่ วยทีซ
้
เท่ำกับลของทัง้ 2 มอนอเมอร ์ลบ ด ้วย
ผลรวมของนunit)
ำหนั
กโมเลกุ
้
้
่ ำ้
นำหนั
กโมเลกุลของนำ้ หรือนำหนั
กโมเลกุลของหน่ วยทีซ
กัน = 116 + 146 - 2(18) = 226 g.mol-1
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
้
่
2) คำนวณ นำหนั
กโมเลกุลเฉลียของ
พอลิ
น
ี ก เศษส่วนโดย
้ าหนั
จ
าน เอธิ
นล
น้ าหนัก เศษส่วน
XiMi
fiMi
่
โดย
วน
เฉลีย
จานวน
NiMi
น้ าหนัก
โมเล ของ
(Xi)(=
(fi)(NiMi
กุล โมเลกุล Ni/∑Ni)
6
2,500
0.191
477.5
10×10
4,0 )
/∑N
M)
(N
(Mi)
i
i
00
8,0000.0519 7,500129.75 0.381
2857.5
6
60×10
0.3118
2,338.50
7,000
12,500
0.333
4162.5
6
87.5×10
2,000
6
35×10
∑N
i
=
21,00
0.4545
17,500
0.1818
∑X
i
= 1.00
5,681.25
0.095
1662.5
3,181.50
∑ ∑NiMi ∑
∑ fiMi
XiMi =
=
fi=1.00
= 192.5
11,33
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
้
; Xi = จานวนสายโซ่/จานวนสายโซ่ทงหมด
ั
หรือ
้
M ลโดยจานวนโมเลกุลดังนัน
เศษส่วนโมเลกุ
=
M
∑ XiMi = n
9,160 g.mol-1
w = ∑fiM = 11,331 g.mol-1
ตอนที่ 2
1) a, b, c, e
2) d
4) a, b
c
5) a, b, c
7) e
10) a
8) a, c
3) a
6) a,
9) a, c
HOM
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
พอลิเมอร ์จากการสังเคราะห ์
สารอินทรีย ์ (Synthetic organic
polymers)
โมเลกุลของพอลิเมอร ์ประกอบไปด้วย
่ นสารอินทรีย ์ โดยทัวไปแล้
่
มอนอเมอร ์ทีเป็
วพอ
้ ลก
่ ยกว่า
ลิเมอร ์ในกลุ่มนี มี
ั ษณะทีเรี
พอลิดส
ิ
เพอร ์ส (polydisperse) หรือในแต่ละโมเลกุลมี
ลาด ับการจัดเรียงตาแหน่ งของมอนอเมอร ์ไม่
แน่ นอน ความยาวของแต่ละโมเลกุลไม่เท่ากัน
่
าวถึง
และน้ าหนักโมเลกุลต่างกัน
เมือกล่
น้ าหนักโมเลกุลของพอลิเมอร ์จึงหมายถึง back
่
้
้
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
ไบโอพอลิเมอร ์
(Biopolymers)
้
พอลิเมอร ์ประเภทนี รวมถึ
ง
ยาง
ธรรมชาติ พอลินิวคลีโอไทด ์ พอลิแซค
คาไรด ์ (เซลลูโลส แป้ ง) และ โปรตีน เป็ น
ต้น
ในโมเลกุลของไบโอพอลิเมอร ์บาง
ชนิ ด เช่น โปรตีน ประกอบไปด้วยมอนอ
่
เมอร ์หลายชนิ ดเชือมต่
อกันด้วยลาดับที่
่ นอน
เฉพาะเจาะจงและด้วยความยาวทีแน่
้
ดังนันแต่
ละโมเลกุลจึงมีลก
ั ษณะ
back
้
เหมือนกัน นาหนักโมเลกุลเท่ากัน หรือมี
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
่ งเคราะห ์ (Semiพอลิเมอร ์กึงสั
synthetic polymers)
้ ดจากปฎิก ิรย
พอลิเมอร ์ประเภทนี เกิ
ิ า
เคมีของพอลิเมอร ์ไบโอพอลิเมอร ์
ตัวอย่างเช่น เอสเทอร ์ หรือ อีเทอร ์ของ
้
่ าน
เซลลูโลส หรือ อะไมโลส รวมทังยางที
ผ่
การวัลคาไนซ ์มาแล้ว
ปฏิก ิรย
ิ าดังกล่าว
มักเกิดกับหมู แ
่ ทนที่ (substituent) หรือ
หมู ่ขา้ งเคียง
(side group)
่
ของไบโอพอลิเมอร ์
โดยไม่เกียวข้
องกั
บ
back
NaOH
OH
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
CS 2
ONa
SNa
O
H2 SO 4
C
OH
S
cellulose
chain
basic
dispersion
cellulose sodium
xanthate (vicose)
regenerated
cellulose
่ นหมู่แทนทีในเซลลูโลสสำมำรถ
่
หมู่ –OH ซึงเป็
่
เกิดปฏิก ิรยิ ำและถูกเปลียนเป็
นโซเดียมเซนเทท
่
้ ำให ้
(sodium xanthate) เมืออยู
่ในโครงสร ้ำงนี ท
่
เซลลูโลสอยู่ในสภำพทีละลำยได
้
สำมำรถนำไป
่ นรู
้ ปเป็ นเส ้นใย (เรยอน) back
ผ่ำนกระบวนกำรเพือขึ
หรือ
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
พอลิเมอร ์อนิ นทรีย ์
(Inorganic
polymers)
จำแนกพอลิ
เมอร ์อนิ นทรีย ์โดยใช ้
โครงสร ้ำงของสำยโซ่หลัก (back bone) ใน
่
โมเลกุลของพอลิเมอร ์ ซึงจะประกอบไปด
้วย
่
อะตอมชนิ ดอืน
ๆ
นอกจำกคำร ์บอน
ออกซิเจน และไนโตรเจน เช่น พอลิไดเมทิล
่ CHอะตอม
ไซลอกเซน ทีมี
CH3นส่วนประกอบ
CH3 Si เป็
3
ของสำยโซ่หลักSi O Si O Si
CH3
CH3
CH3
back
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
พอลิเมอร ์แบบเส้น
(Linear
polymers)
่
ถ ้ำโครงสร
้ำงของมอนอเมอร ์มีหมู่แทนทีขนำด
่ ยมได ้ยังคงจัดอยู่ในกลุม
ใหญ่ พอลิเมอร ์ทีเตรี
่ พอ
่ มี
่ ขนำดใหญ่ไม่
ลิเมอร ์แบบเส ้นตรง หมู่แทนทีที
่ ้ำน (branch) ของพอลิเมอร ์
จัดว่ำเป็ นกิงก
่ โครงสร ้ำงแบบนี ้ เช่นพอลิ
ตัวอย่ำง พอลิเมอร ์ทีมี
(4-เมธิลพนทีน-1)
poly(4-methyl penteneH2C CH CH2 CH
1)
CH2
CH2
CH
CH
H3C CH3 H3C CH3
back
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
พอลิเมอร ์แบบกิง่
(Branched
เช่น พอลิเอธิลpolymers)
น
ี
H2C CH2
CH2 CH2 CH2 CH2
H2C CH CH2 CH2 CH CH2 CH2
CH2
CH CH2
CH2 CH2 CH2
back
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
พอลิเมอร ์แบบร่างแห
(Polymer
้ ดจำกกำรเชือมโยง
่
พอลิเมอรnetworks)
์ประเภทนี เกิ
ระหว่ำงโมเลกุลของพอลิเมอร ์ (crosslink) ด ้วย
่ โครงสร ้ำงเหมือนกับสำยโซ่หลัก หรือ
โมเลกุลทีมี
่
อำจเกิดกำรใช ้โมเลกุลต่ำงชนิ ดในกำรเชือมโยง
เช่น ยำงธรรมชำติสำมำรถทำให ้เกิดโครงสร ้ำง
่
แบบร่ำงแหได ้ โดยกำรใช ้ซลั เฟอร ์ในกำรเชือมโยง
โมเลกุลของ poly (cis-1,4-isoprene) เข ้ำ
่
ด ้วยกัน
ปฏิก ิรยิ ำกำรเชือมโยงระหว่
ำงโมเลกุล
่ ดขึนในพอลิ
้
เมือเกิ
เมอร ์ประเภทยำงอำจเรียกอีก
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
H3C
H2C
H2C
H3C
พอลิเมอร ์แบบ
ร่างแห
C C
H
CH
Sn
CH
C
C
H
่ ำนกำรวัลคำ
ยำงทีผ่
ไนซ ์
back
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิ
เ
มอร
์
้
พอลิเมอร ์แบบขันบันได
(Ladder polymers)
่
้ อพอ
้ นไดเกิดขึนเมื
โครงสร ้ำงแบบขันบั
่ ยงตัวขนำนกัน
ลิเมอร ์เส ้นตรงสองโมเลกุลทีเรี
่
เกิดกำรเชือมโยงระหว่
ำงโมเลกุลเข ้ำด ้วยกัน พอ
้ ควำมเสถียรมำก
ลิเมอร ์ประเภทนี มี
สำมำรถ
ประยุกต ์
ใช ้เป็ นอุปกรณ์ททนควำมร
ี่
้อนได ้สูง
ตัวอย่ำงเช่น พอลิเมอร ์ทนไฟ “black orlon”ที่
เตรียมได ้จำกพอลิคริโลไนไตร ์ท
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
H
H
C CH2 C CH2
C N
C N
พอลิคริโลไน
ไตร ์ท
-H2
250
C
C
C
H
C
N
C
C
H
C
N
C
C
H
C
N
C
C
black
orlon
back
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
เทอร ์โมพลาสติก
(Thermoplastics)
้ โครงสร ้ำงแบบเส ้นตรง
พอลิเมอร ์ประเภทนี มี
่ ้ควำมร ้อนจะหลอม
หรือแบบกิง่
เมือให
่
่ ้ควำม
เปลียนแปลงรู
ปร่ำงและไหลได ้
แต่เมือให
เย็นจะแข็งตัว สำมำรถหลอมและนำกลับมำใช ้ได ้
้ั เรี
่ ยกว่ำ กำรรีไซเคิล
ใหม่อก
ี ครงที
back
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
เทอร ์โมเซ็ท
(Thermosets)
่ ดกำรเชือมโยงระหว่
่
เป็ นพอลิเมอร ์ทีเกิ
ำง
โมเลกุล ทำให ้มีโครงสร ้ำงแบบร่ำงแห อำจบวม
่
ตัว (swell) ในตัวทำละลำยแต่ไม่ละลำย และเมือ
โดนควำมร ้อนจะไม่หลอมแต่ถ ้ำให ้ควำมร ้อนสูง
้ งไม่สำมำรถ
มำกจะไหมด้ งั นั้นพอลิเมอร ์ประเภทนี จึ
หลอมนำกลับมำใช ้ใหม่ได ้
แต่ข ้อดีคอ
ื มีควำม
แข็งแรงสูง เช่น ยำงธรรมชำติทผ่
ี่ ำนกำรวัลคำ
ไนซ ์แล ้วจะมีควำมยืดหยุ่นสูง
back
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
โฮโมพอลิเมอร ์
(Homopolymers
) เมอไรเซช ันของ
่ ดจำกพอลิ
เป็ นพอลิเมอร ์ทีเกิ
มอนอเมอร ์เพียงชนิ ดเดียว
AAAAAAAAAAAA
หรือ A
n
back
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
โคพอลิเมอร ์แบบแรนดัม
(Random
copolymers)
่ ดจำกพอลิเมอไรเซชนั
เป็ นพอลิเมอร
์ทีเกิ
ของมอนอเมอร ์มำกกว่ำหนึ่ งชนิ ด
และ
่ ำ้ ๆ กันในโครงสร ้ำง
ตำแหน่ งของหน่ วยทีซ
่ นอน
โมเลกุลจัดวำงแบบสุม
่ ไม่มล
ี ำดับทีแน่
AAABBABAABBA
back
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
โคพอลิเมอร ์แบบสลับ
(Alternating
copolymer)
่ ดจำกพอลิเมอไรเซช ัน
เป็ นพอลิเมอร ์ทีเกิ
ของมอนอเมอร ์มำกกว่ำหนึ่ งชนิ ด
และ
่ ำ้ ๆ กัน (ในกรณี นีมี
้ 2
ตำแหน่ งของหน่ วยทีซ
โครงสร ้ำง คือ A และ B) เรียงสลับต่อกันไป
ตำมควำมยำวของสำยโซ่โมเลกุล
ABABABABABAB
หรือ
A-B
n
back
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
บล๊อคโคพอลิเมอร ์
copolymer) ่
(Block
เป็ นพอลิเมอร ์ทีเกิดจำกพอลิเมอไรเซชนั ของ
มอนอเมอร ์มำกกว่ำหนึ่ งชนิ ด และตำแหน่ งของ
่ ำ้ ๆ กัน (ในกรณี นีมี
้ 2 โครงสร ้ำง คือ
หน่ วยทีซ
่ โครงสร ้ำงเหมือนกันเรียงต่อกัน
A และ B) ทีมี
เป็ นแถว เช่น A เรียงต่อกันหลำย ๆ หน่ วย
และ ตำมด
้วย
B
หลำย
ๆ
หน่
ว
ย
AAAAAABBBBBBAAAAAA
หรือ A n B n
back
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
กร ๊าฟต ์โคพอลิเมอร ์ (Graft
copolymer)
่ ดจำกพอลิเมอไรเซช ัน
เป็ นพอลิเมอร ์ทีเกิ
ของมอนอเมอร ์มำกกว่ำหนึ่ งชนิ ด
โครงสร ้ำง
่ ำ้ ๆ กัน
ของสำยโซ่หลักประกอบไปด ้วยหน่ วยทีซ
่
ของมอนอเมอร ์ A เชือมต่
อกันด ้วยพันธะเคมี
่ ำ้ ๆ กันของมอนอ
เป็ นสำยยำว และมีหน่ วยทีซ
เมอร ์อีกชนิ ดหนึ่ งคือ B มำกร ๊ำฟต ์ต่อยำว
AAAAAAAAAAAA
ออกไป
BBBBBBB
back
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
พอลิเมอไรเซช ันแบบรวมต ัวหรือแบบ
ลู กโซ่ (Addition or Chain
้ ดกับมอนอเมอร ์ทีมี
่ พน
พอลิเมอไรชนั นี เกิ
ั ธะคู่
Polymerization)
อยู่ในโครงสร ้ำงโมเลกุล หรือ พวกไวนิ ลมอนอเมอร ์
เช่น
พอลิเมอไรเซชันแบบรวมตัวหรือแบบลูกโซ่
ของไวนิ ลคลอไรด ์มอนอเมอร ์ได ้ผลิตภัณฑ ์พอลิไว
นิ ลคลอไรด ์ (polyvinylchloride, PVC) ดัง
H Cl
สมกำร
nC C
CH2 CH
H H
Cl
n
back
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
พอลิเมอไรเซช ันแบบควบแน่ นหรือแบบ
้ (Condensation or Step
ขัน
่
้
มอนอเมอร
์ที
เกิ
ด
พอลิ
เ
มอไรเซช
น
ั
ลั
ก
ษณะนี
มีหมู่
Polymerization)
้ สองหมู่ขนไปในโครงสร
ฟังก ์ชนั ตังแต่
ึ้
้ำงโมเลกุล
และอำจมีกำรกำจัดโมเลกุลเล็ก ๆ ออกมำระหว่ำง
กำรเกิดปฏิก ิรยิ ำ เช่น ปฏิก ิรยิ ำกำรเตรียมไนลอน
6 (พอลิเอไมด ์) จำก -aminocarpoic acid มอ
่ กำรกำจัดโมเลกุลของนำออกมำดั
้
นอเมอร ์
ทีมี
ง
nNH2 CH2 5 COOH
NH CH2 C OH + n-1 H2O
สมกำร
5
n
O
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
แต่ในปฏิก ิรยิ ำกำรเตรียมพอลิเมอร ์บำง
ชนิ ดก็ไม่มก
ี ำรกำจัดโมเลกุลเล็ก ๆ ออก เช่น
ปฏิก ิรยิ ำกำรเตรียม พอลิยรู เี ทน
n HO R OH + n O C N R' N C O
O
O
'
ORO C N R N C
n
H
H
back
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
การจัดเรียงของมอนอเมอร ์
่
พอลิ
เ
มอร
์ที
เตรี
ยมจำก olefinic
(Monomer orientation)
monomer (CH2=CHR) สำมำรถจำแนกได ้ 3
ลั1.
กษณะ
คือ
การจั
ดตาแหน่ งแบบหัวต่อหาง
(head-to-tail)
2. การจัดตาแหน่ งแบบหัวต่อหัว
(head-to-head)
3. การจัดตาแหน่ งแบบหางต่อหาง
(tail-to-tail)
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
1. การจด
ั ตาแหน่ งแบบหัวต่อหาง
(head-to-tail)
R
R
H2C C CH2 C
H
H
head-to-tail
เกิดจำกหมู่ CH2 (tail) ของมอนอเมอร ์ทำ
ปฏิก ิรยิ ำกับแรดิคลั บนปลำยของสำยโซ่โมเลกุลที่
้
กำลังเจริญเติบโต (อยู่ในขันโปรปำเกช
นั ) ทำให ้
้
เกิดหมู่ C• HR end group ขึนมำใหม่
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
2. การจัดตาแหน่ งแบบหัวต่อหัว
(head-to-head)
R H H
H2C C C C
H R H
head-to-head
่ ่ CHR (head) ของมอนอ
เกิดจำกกำรทีหมู
เมอร ์เข ้ำทำปฏิก ิรยิ ำกับแรดิคลั HC•R บนปลำยของ
สำยโซ่ทก
ี่ ำลังเจริญเติบโต และจะทำให ้เกิด CH2•
้
end group เกิดขึนมำใหม่
ในกรณี ทหมู
ี่ ่ R มี
่
ดกำรจัดตำแหน่ งแบบ
ขนำดใหญ่โอกำสทีจะเกิ
หัวต่อหัวจะน้อยลง เนื่ องจำกควำมเกะกะของหมู่ R
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
3. การจัดตาแหน่ งแบบหางต่อ
หาง (tail-to-tail)
R
R
C CH2 CH2 C tail-to-tail
H
H
เกิดจำกหมู่ CH2 (tail) ของมอนอเมอร ์ที่
เข ้ำทำฏิก ิรยิ ำกับแรดิคลั CH2• บนปลำยของ
สำยโซ่ทก
ี่ ำลังเจริญเติบโต
และจะทำให ้เกิด
้
CH2• end group ขึนมำใหม่
back
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
รู ปแบบทางเรขาคณิ ต หรือ ซีส-ทรานส ์
ไอโซเมอร ์ (Geometric or cis-trans
HC
H
isomer) H CC CCH
C C
2
H3C
2
H
Poly(cis-1,4-isoprene)
2
H3C
CH2
Poly(trans-1,4-isoprene)
โครงสร ้ำงเคมีของมอนอเมอร ์บำงโมเลกุลมี
ระบบคอนจูเกต เช่น บิวทะไดอีน
(butadiene:CH2=CH-CH=CH2) และไอโซพ
่ ด
รีน (isoprene : CH2=CMe-CH=CH2) เมือเกิ
พอลิเมอร ์ไรเซชนั แล ้วพันธะคูย
่ งั คงปรำกฏอยู่ทback
ำให ้
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
สเตอริโอไอโซเมอริซม
ึ หรือ การจด
ั
ตาแหน่ งของหมู ่แทนที่
่
(Stereoisomerism
เมือมอนอเมอร
์พวก or
CHTacticity)
2=CHR เกิดพอลิ
เมอไรเซช ัน
ลำดับกำรจัดเรียงของหมู่แทนที่
่
(R) ทีเกำะอยู
่กบ
ั คำร ์บอน จะทำให ้เกิดลักษณะ
่
โครงสร
้ำงที
แตกต่
งกัน 3 ลักษณะ คือ
1. ไอโซแทคติก ำ(Isotactic)
2. ซินดิโอแทคติก
(Syndiotactic
3. อะแทคติก (Atactic)
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
1. ไอโซแทคติก (Isotactic)
่ กำรจัดตำแหน่ งหมู่แทนทีอยู
่ ่
ซึงมี
ด ้ำนเดียวกัน
R R R R R R
H C HC HC H C H C HC
C H CH C H C H C H CH
H
H H H H H
I sotactic
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
2. ซินดิโอแทคติก
่
(Syndiotactic
ซึงจะมี
การจัดตาแหน่ งหมู ่แทนที่
อยู ่สลับด้านกันไปมา
R H R H R H
H C HC HC H C H C HC
C H C R C H C R C H CR
H
H H H H H
Syndiotactic
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์
3. อะแทคติก
่ การจัดตาแหน่ งอยู ่แทนทีอย่
่ างไม่
(Atactic)
ซึงมี
เป็ นระเบียบ
R
R
R
H
H
R
H C H C H C H C H C HC
H H H R R H
C
C C C C C
H H H H H
H
Atactic
back
้
บทที่ แนวคิดพืนฐาน
และเคมี
ของพอลิเมอร ์