Polymers

Polymers แบ่งตามชนิดของหนว่ยซ าที ่ ปรากฏบนโซ ่(หรอืโมเลกลุ) พอลเิมอร์ ไดเ้ปน็

2 กลุ่ม คือ

1. โฮโมพอลเิมอร์ (Homopolymers)

2. โคพอลเิมอร์ (Copolymers)

Homopolymers คือ สารโมเลกลุใหญ่ทีโ่ซ่

ประกอบดว้ยหน่วยซ าเพยีงหนึง่ชนิด เช่น

พอลิเอทิลีน (polyethylene, PE)

Homopolymers

Copolymersคือ สารโมเลกลุใหญท่ี่ประกอบดว้ย

หน่วยซ ามากกว่าหนึง่ชนดิ เช่น styrene-butadiene

copolymer หรือ poly (styrene-co-butadiene)

Copolymers

styrene-butadiene copolymer

Homopolymers

Ex. Polyethylene (PE)

Ex. Polypropylene (PP)

propylene polypropylene

n

Homopolymers

Ex.Polybutadiene

Ex. Polyisoprene

tionPolymerizaC C

CH2 CH2

H H

n

Butadiene 1, 4 Polybutadiene

Homopolymers

1, 2

1 4

2 3

1 2

3 4

Ex. Polyamide

Ex. Polyester

Hexamethylene diamine Adipic acid Polyamide หรือ Nylon-6,6

n H-N-(CH2)6-N-H + n HO-C-(CH2)4-C-OH [N-(CH2)6-N-C-(CH2)4C]n

O

H H

O OO

HH

+ (2n-1) H2O

Terephthalic acid Ethylene glycol Poly(ethylene terephthalate)(PET)

nHO-C-(CH2)6-C-OH + n O-CH2CH2-O [ C-(CH2)6-C-O-CH2CH2O]n

OHO O OH

+ (2n-1) H2O

พันธะเอไมด์ (amide linkage)

พันธะเอสเทอร์ (ester linkage)

Homopolymers

-nH2O

-nH2O

โครงสรา้งสายโซ่(โมเลกุล)ของโฮโมพอลเิมอร์(Molecular) Chain Structure of Homopolymers

AAAAAAAAAAAAA

Linear Chains

Branched Chains

Network or Cross-

linked Chains

โครงสรา้งสายโซ่ของโฮโมพอลิเมอรท์ี่มกัพบในชวีติ

ประจ าวัน

1. พอลิเมอรส์ายโซ่ตรง (linear chain) ได้แก ่พอลิไสตรนี

(PS) พอลิเอทลินีความหนาแน่นสงู (HDPE) พอลิโพรพิลนี

(PP) และ PET

2. พอลิเมอรส์ายโซ่กิง่ (branched chain) ได้แก ่พอลิเอทลินี

ความหนาแนน่ต่ า (low density PE)

3. พอลิเมอรแ์บบเชือ่มขวาง (crosslinked chain) ได้แก ่ยาง/

อิลาสโตเมอรท์ีผ่า่นการวลัคาไนซ์ เช่น ยางรถยนต์

4. พอลิเมอรแ์บบโครงขา่ย (network) เช่น ฟีนอลฟอรม์ลัดี

ไฮด์ (Phenol-formaldehyde) และเมลามนี

โครงสรา้งสายโซข่องโฮโมพอลเิมอร์

Copolymers

สารโมเลกลุใหญท่ี่ประกอบดว้ยหนว่ยซ ามากกวา่หนึง่ชนดิ

Ex. styrene-butadiene copolymer หรือ เรียกอกีอย่างว่า[Poly (styrene-co-butadiene)]

Ex. acrylonitrile-vinyl chloride copolymer

styrene Butadiene styrene-butadiene copolymer

+

n n

n + m

acrylonitrile-vinyl chloride copolymer

แบ่งไดเ้ปน็ 4 ประเภท

1. Random Copolymer

2. Alternative Copolymer

3. Block Copolymer

4. Graft Copolymer

ประเภทของโคพอลิเมอร์

1. Random Copolymer

~ABAABABBABAAB~

2. Alternative Copolymer

~ABABABABABAB~

1. Random Copolymer

~ABAABABBABAAB~

2. Alternative Copolymer

~ABABABABABAB~

Molecular Structure of Copolymers

พอลเิมอรส์ายโซต่รง พอลเิมอรส์ายโซต่รง

3. Block Copolymer

~AAAAAABBBBBB~

4. Graft Copolymer

BBBBB

~AAAAAAAAAAAAA~

BBBB

Molecular Structure of Copolymers

พอลเิมอรส์ายโซต่รง พอลเิมอรส์ายโซก่ิง่

• ชนิดของวสัดุพอลิเมอรท์ี่พบในชวีติประจ าวนั

• ค าจ ากดัความของ “พอลิเมอร”์

• ความแตกตา่งของ “โฮโมพอลิเมอร”์ กับ “โคพอลเิมอร”์

สิ่งที่ควรรู้

Date Polymer

1930 Styrene-butadiene rubber

1936 Poly(vinyl chloride)

1936 Polychloroprene(neoprene)

1936 Poly(methyl methacrylate)

1936 Poly(vinyl acetate)

1937 Polystyrene

1939 Nylon-6 6

1941 Polytetrafluoroethylene

1942 Unsaturated polyester

1943 Polyethylene, branched

1943 Buthyl rubber

1943 Nylon-6

Date Polymer

1943 Silicones

1944 Poly(ethylene terephthalate)

1947 Epoxies

1948 ABS resins

1955 Polyethylene, linear

1956 Polyoxymethylene

1957 Polypropylene

1957 Polycarbonate

1964 Ionomer resins

1965 Polyimides

1970 Thermoplastic elastomers

1970 Aromatic polyamides

ประวตัิการผลติพอลิเมอรท์ี่มคีวามส าคญัทางการคา้

การจ าแนกประเภท (Classification)

Polymer Classification

Original

Occurring

Natural-/Bio-

Polymer

Synthetic

Polymers

Thermal

Behavior

Thermoplas

tics

Thermosets

Tacticity

Isotactic

Syndiotactic

Atactic

Solid State

Morphology

Crystalline

Polymers

Semicrystalline

Polymers

Amorphous

Polymers

Application

Commodity

Application

Engineering

Application

Original Occurring: พอลิเมอรช์วีภาพ (Natural-

/Bio- polymer) และพอลิเมอรส์งัเคราะห์

(Synthetic Polymers)

Thermal Behavior: เทอร์โมพลาสตกิ

(Thermoplastics) และเทอรโ์มเซต (Thermosets)

Tacticity: Isotactic, Syndiotactic and Atactic

การจ าแนกประเภท (Classification)

Solid State Morphology:

พอลิเมอรผ์ลกึ (Crystalline Polymers),

พอลิเมอรก์ึง่ผลกึ (Semicrystalline Polymers), และ

พอลิเมอรอ์สณัฐาน (Amorphous Polymers)

Applications :

Commodity Application ( PE, PP, PVC etc.)

Engineering Application ( PET, PC, Nylons, Epoxy etc.)

การจ าแนกประเภท (Classification)

พอลิเมอรช์วีภาพ (Natural-/Bio-polymer)

Natural-rubber (Polyisoprene)

Cellulose (polysaccharide)

พอลิเมอรส์ังเคราะห์ (Synthetic Polymers)

PE, PP, PS, PVC, PMMA, PET, Nylon

Epoxy, Melamine, Phenolic

การจ าแนกตามแหลง่ก าเนดิ

การจ าแนกตามพฤติกรรมทางความรอ้น

1. เทอร์โมพลาสติก (Thermoplastics)

แบ่งได้เปน็ 2 ประเภท

Ex. Thermoplastics

Polyethylene Polystyrene Poly(vinyl chloride) Polypropylene Polycarbonate etc.

Solid Polymer

Solid Polymer

Cooling

Δ (Heating)

Liquid Polymer

2. เทอร์โมเซต (Thermosets): พอลิเมอรท์ีผ่า่นกระบวนการ

เคียวรงิค์ (curing) และไดโ้ครงสรา้งโมเลกลุทีเ่ปน็รา่งแห

(crosslinked structure) ซึ่งไม่หลอมละลาย (infusible) เมื่อไดร้บั

ความรอ้น และไมล่ะลาย (insoluble) ในตัวท าละลายใด ๆ

Crosslinked structure

Infusible

Δ (Heating)

การจ าแนกตามพฤติกรรมทางความรอ้น

ตัวอย่างพอลเิมอร์ในกลุ่มเทอร์โมเซต (Thermosets)

1. Phenolic resin 4. Melamine resin2. Epoxy resin 5. Unsaturated Polyester resin3. Vulcanized Rubber

Melamine resin Vulcanized Rubber

References: William D. Callister, Jr, Fundamentals of Materials Science and Engineering, John Wiley & Sons, Inc, New York, 2001.

Epoxy, Melamine, Phenolic

การจ าแนกตามTacticity

• Tacticity คือ การจดัต าแหนง่ของหมูแ่ทนที่

(substituent groups) ในโซ่พอลิเมอร์

• หมู่แทนที่ คือ หมู่ที่มาแทนอะตอมไฮโดรเจนใน

พอลเิอทิลนี

• ตัวอย่างหมู่แทนที่ในสายโซ่พอลิเมอร์

Polystyrene (PS)หมู่ methyl หมู่ phenyl

Polyethylene

การจ าแนกตามTacticity

Isotactic structure

Syndiotactic structure

Atactic structure

R = หมู่แทนที่

Tacticity of Polypropylene

Tacticity of polystyrene

การจ าแนกตามสัณฐานวทิยาของแข็ง

(Solid State Morphology)

1.พอลิเมอรผ์ลกึ (Crystalline Polymers)

2.พอลิเมอรก์ึง่ผลกึ (Semicrystalline Polymers)

3.พอลิเมอรอ์สณัฐาน (Amorphous Polymers)

แบ่งออกเป็น 3 ประเภท

การจ าแนกตามความเป็นผลกึ

Crystalline Polymers

1.พอลิเมอรผ์ลกึ (Crystalline Polymers)

การจ าแนกตามความเป็นผลกึ

2.พอลิเมอรก์ึง่ผลกึ (Semicrystalline Polymers)

ตัวอยา่งเช่น:

-Polyethylene (PE)

-Polypropylene (PP)Polyethylene

Polystyrene

การจ าแนกตามความเป็นผลกึ

3.พอลิเมอรอ์สณัฐาน (Amorphous Polymers): PS

ตัวอยา่งเช่น:

-Polystyrene (PS)

-Poly(methyl methacrylate) (PMMA)

การจ าแนกตามการใช้งาน

แบ่งได้เปน็ 2 ประเภท

1. Polymers for Commodity Applications :

PE, PP, PS, PVC

การใชง้านในดา้นที่มกีารผลติกนัในปรมิาณมาก ความ

แข็งแรงไมส่งูนกั และราคาไม่แพง เช่น บรรจภุณัฑ์ส าหรบั

เครื่องอปุโภคและบรโิภค

การจ าแนกตามการใชง้าน

2. Polymers for Engineering Applications :

PC, POM, Nylon

การใชง้านในด้านวศิวกรรม ได้แก่ กลุ่มพอลิเมอร์

ที่มีสมบัติเด่นหรอืสมบตัพิิเศษในด้านตา่ง ๆ เช่น

1. มีความแขง็แรงสูง

2. เหนียว

3. ทนความรอ้นสงู

4. ทนการกดักรอ่นได้ดี

5. คงรปูรา่งได้ดี

2. Engineering Applications

การจ าแนกตามการใชง้าน