โพลีเมอร์: ประวัติพอลิเมอไรเซชันประเภทคุณสมบัติ - เคมี - 2026

โพลิเมอร์เป็นสารประกอบโมเลกุลโดดเด่นโดยมีมวลโมเลกุลสูง (ตั้งแต่พันล้านบาท) และประกอบด้วยจำนวนมากของหน่วยงานที่เรียกว่าโมโนเมอร์ซึ่งมีการทำซ้ำ

เนื่องจากมีลักษณะเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่สิ่งมีชีวิตเหล่านี้จึงถูกเรียกว่าโมเลกุลขนาดใหญ่ซึ่งทำให้มีคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์แตกต่างจากที่พบในโมเลกุลขนาดเล็กมากโดยเป็นผลมาจากสารประเภทนี้เท่านั้นเช่นความโน้มเอียงที่มีต่อ การสร้างโครงสร้างแก้ว

ในทำนองเดียวกันเนื่องจากพวกมันอยู่ในกลุ่มโมเลกุลที่มีขนาดใหญ่มากความจำเป็นจึงเกิดขึ้นเพื่อให้การจำแนกประเภทซึ่งแบ่งออกเป็นสองประเภทคือโพลีเมอร์จากแหล่งกำเนิดตามธรรมชาติเช่นโปรตีนและกรดนิวคลีอิก และวัสดุสังเคราะห์เช่นไนลอนหรือลูไซต์ (รู้จักกันดีในชื่อ Plexiglas)

นักวิชาการเริ่มการตรวจสอบวิทยาศาสตร์ที่อยู่เบื้องหลังโพลีเมอร์ในปี ค.ศ. 1920 เมื่อพวกเขาสังเกตเห็นด้วยความอยากรู้อยากเห็นและงงงวยว่าสารต่างๆเช่นไม้หรือยางมีพฤติกรรมอย่างไร ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์ในยุคนั้นจึงเริ่มวิเคราะห์สารประกอบเหล่านี้ซึ่งมีอยู่ในชีวิตประจำวัน

ด้วยความเข้าใจในระดับหนึ่งเกี่ยวกับธรรมชาติของสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ทำให้สามารถเข้าใจโครงสร้างของพวกมันและก้าวหน้าในการสร้างโมเลกุลขนาดใหญ่ที่สามารถอำนวยความสะดวกในการพัฒนาและปรับปรุงวัสดุที่มีอยู่ตลอดจนการผลิตวัสดุใหม่

ในทำนองเดียวกันเป็นที่ทราบกันดีว่าโพลีเมอร์ที่มีนัยสำคัญจำนวนมากประกอบด้วยอะตอมของไนโตรเจนหรือออกซิเจนในโครงสร้างซึ่งเชื่อมโยงกับอะตอมของคาร์บอนซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของห่วงโซ่หลักของโมเลกุล

ขึ้นอยู่กับกลุ่มฟังก์ชันหลักที่เป็นส่วนหนึ่งของโมโนเมอร์พวกเขาจะได้รับชื่อ ตัวอย่างเช่นหากโมโนเมอร์เกิดจากเอสเทอร์โพลีเอสเตอร์จะถูกสร้างขึ้น

ประวัติโพลีเมอร์

ประวัติความเป็นมาของโพลีเมอร์ต้องได้รับการเข้าหาโดยเริ่มจากการอ้างอิงถึงโพลีเมอร์ตัวแรกที่รู้จัก

ด้วยวิธีนี้วัสดุบางชนิดที่มาจากธรรมชาติซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายมาตั้งแต่สมัยโบราณ (เช่นเซลลูโลสหรือหนัง) ส่วนใหญ่ประกอบด้วยโพลีเมอร์

ศตวรรษที่สิบเก้า

ตรงกันข้ามกับสิ่งที่ใคร ๆ คิดองค์ประกอบของโพลีเมอร์ยังไม่เป็นที่รู้จักจนกระทั่งสองสามศตวรรษที่ผ่านมาเมื่อเริ่มระบุว่าสารเหล่านี้เกิดขึ้นได้อย่างไรและพวกเขายังพยายามหาวิธีการเพื่อให้เกิดการผลิตเทียม

ครั้งแรกที่มีการใช้คำว่า "โพลีเมอร์" คือในปีพ. ศ. 2376 โดยนักเคมีชาวสวีเดนJöns Jacob Berzelius ที่ใช้คำนี้เพื่ออ้างถึงสารในธรรมชาติอินทรีย์ที่มีสูตรเชิงประจักษ์เหมือนกัน แต่มีมวลโมลาร์ต่างกัน

นักวิทยาศาสตร์คนนี้ยังรับผิดชอบในการบัญญัติศัพท์อื่น ๆ เช่น "ไอโซเมอร์" หรือ "การเร่งปฏิกิริยา"; แม้ว่าควรสังเกตว่าในเวลานั้นแนวคิดของสำนวนเหล่านี้แตกต่างอย่างสิ้นเชิงกับความหมายในปัจจุบัน

หลังจากการทดลองบางอย่างเพื่อให้ได้โพลีเมอร์สังเคราะห์จากการเปลี่ยนแปลงของสายพันธุ์พอลิเมอร์ตามธรรมชาติการศึกษาสารประกอบเหล่านี้ได้รับความเกี่ยวข้องมากขึ้น

วัตถุประสงค์ของการตรวจสอบเหล่านี้คือเพื่อให้เกิดการเพิ่มประสิทธิภาพของคุณสมบัติที่รู้จักกันดีอยู่แล้วของพอลิเมอร์เหล่านี้และการได้รับสารใหม่ที่สามารถตอบสนองวัตถุประสงค์เฉพาะในสาขาวิทยาศาสตร์ที่แตกต่างกัน

ศตวรรษที่ยี่สิบ

จากการสังเกตว่ายางละลายได้ในตัวทำละลายในธรรมชาติและจากนั้นสารละลายที่ได้มีลักษณะที่ผิดปกตินักวิทยาศาสตร์จึงกังวลและไม่รู้ว่าจะอธิบายอย่างไร

จากการสังเกตเหล่านี้พวกเขาสรุปได้ว่าสารเช่นนี้มีพฤติกรรมที่แตกต่างจากโมเลกุลขนาดเล็กอย่างมากเนื่องจากสามารถสังเกตได้ในขณะที่ศึกษายางและคุณสมบัติของมัน

พวกเขาตั้งข้อสังเกตว่าสารละลายที่ศึกษามีความหนืดสูงจุดเยือกแข็งลดลงอย่างมีนัยสำคัญและความดันออสโมติกเล็กน้อย จากนี้อาจอนุมานได้ว่ามีตัวถูกละลายหลายตัวที่มีมวลโมลาร์สูงมาก แต่นักวิชาการปฏิเสธที่จะเชื่อในความเป็นไปได้นี้

ปรากฏการณ์เหล่านี้ซึ่งปรากฏในสารบางชนิดเช่นเจลาตินหรือฝ้ายทำให้นักวิทยาศาสตร์คิดว่าสารประเภทนี้ประกอบด้วยมวลรวมของหน่วยโมเลกุลเล็ก ๆ เช่น C ₅ H ₈หรือ C ₁₀ H ₁₆ถูกมัดด้วยแรงระหว่างโมเลกุล

แม้ว่าความคิดที่ผิดพลาดนี้จะยังคงอยู่เป็นเวลาหลายปี แต่คำจำกัดความที่ยังคงมีอยู่จนถึงทุกวันนี้ก็คือคำจำกัดความที่นักเคมีชาวเยอรมันมอบให้และผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมี Hermann Staudinger

ศตวรรษที่ 21

คำจำกัดความปัจจุบันของโครงสร้างเหล่านี้ว่าเป็นสารโมเลกุลขนาดใหญ่ที่เชื่อมโยงด้วยพันธะโควาเลนต์ได้รับการประกาศเกียรติคุณในปี 2463 โดย Staudinger ซึ่งยืนยันที่จะวางแผนและทำการทดลองจนกว่าเขาจะพบหลักฐานสำหรับทฤษฎีนี้ในอีกสิบปีข้างหน้า

การพัฒนาสิ่งที่เรียกว่า "เคมีพอลิเมอร์" เริ่มขึ้นและตั้งแต่นั้นมาก็ได้รับความสนใจจากนักวิจัยทั่วโลกโดยนับรวมในหน้าประวัติศาสตร์ของนักวิทยาศาสตร์ที่มีความสำคัญอย่างยิ่งเช่น Giulio Natta, Karl Ziegler ชาร์ลส์กู๊ดเยียร์และคนอื่น ๆ นอกเหนือจากชื่อก่อนหน้านี้

ในปัจจุบันมีการศึกษาโมเลกุลขนาดใหญ่พอลิเมอร์ในสาขาวิทยาศาสตร์ที่แตกต่างกันเช่นวิทยาศาสตร์พอลิเมอร์หรือชีวฟิสิกส์ซึ่งสารที่เป็นผลจากโมโนเมอร์ที่จับตัวกันผ่านพันธะโควาเลนต์ด้วยวิธีการและวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกันจะถูกตรวจสอบ

แน่นอนว่าจากโพลีเมอร์ธรรมชาติเช่นโพลีไอโซพรีนไปจนถึงโพลีเมอร์สังเคราะห์เช่นโพลีสไตรีนจะถูกใช้บ่อยมากโดยไม่ลดความสำคัญของสิ่งมีชีวิตชนิดอื่นเช่นซิลิโคนซึ่งประกอบด้วยโมโนเมอร์จากซิลิคอน

นอกจากนี้ส่วนใหญ่ของสารประกอบจากแหล่งกำเนิดจากธรรมชาติและสารสังเคราะห์เหล่านี้ประกอบด้วยโมโนเมอร์ตั้งแต่สองคลาสขึ้นไปสายพันธุ์โพลีเมอร์เหล่านี้ได้รับชื่อของโคพอลิเมอร์

พอลิเมอไรเซชัน

เพื่อที่จะเจาะลึกในเรื่องของโพลีเมอร์เราต้องเริ่มต้นด้วยการพูดถึงที่มาของคำว่าพอลิเมอร์ซึ่งมาจากศัพท์ภาษากรีก polys ซึ่งแปลว่า "มาก"; และเป็นเพียงซึ่งหมายถึง "ชิ้นส่วน" ของบางสิ่ง

คำนี้ใช้เพื่อกำหนดสารประกอบโมเลกุลที่มีโครงสร้างประกอบด้วยหน่วยการทำซ้ำหลายหน่วยซึ่งทำให้คุณสมบัติของมวลโมเลกุลสัมพัทธ์สูงและลักษณะภายในอื่น ๆ ของสิ่งเหล่านี้

ดังนั้นหน่วยที่ประกอบเป็นโพลีเมอร์จึงขึ้นอยู่กับชนิดของโมเลกุลที่มีมวลโมเลกุลสัมพัทธ์ค่อนข้างเล็ก

ในหลอดเลือดดำนี้คำว่าพอลิเมอไรเซชันใช้เฉพาะกับพอลิเมอร์สังเคราะห์โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับกระบวนการที่ใช้เพื่อให้ได้โมเลกุลขนาดใหญ่ประเภทนี้

ดังนั้นพอลิเมอไรเซชันจึงสามารถกำหนดได้ว่าเป็นปฏิกิริยาทางเคมีที่ใช้ในการรวมกันของโมโนเมอร์ (ทีละครั้ง) เพื่อสร้างโพลีเมอร์ที่สอดคล้องกัน

ดังนั้นการสังเคราะห์พอลิเมอร์จึงดำเนินการผ่านปฏิกิริยาหลักสองประเภท ได้แก่ ปฏิกิริยาเพิ่มเติมและปฏิกิริยาการควบแน่นซึ่งจะอธิบายรายละเอียดด้านล่าง

พอลิเมอไรเซชันโดยปฏิกิริยานอกจากนี้

พอลิเมอไรเซชันประเภทนี้มีส่วนร่วมของโมเลกุลไม่อิ่มตัวที่มีพันธะสองหรือสามในโครงสร้างโดยเฉพาะอย่างยิ่งของคาร์บอน - คาร์บอน

ในปฏิกิริยาเหล่านี้โมโนเมอร์จะได้รับการรวมกันโดยไม่ต้องกำจัดอะตอมใด ๆ ออกไปซึ่งสายพันธุ์พอลิเมอร์ที่สังเคราะห์โดยการแตกหรือเปิดวงแหวนสามารถหาได้โดยไม่ต้องสร้างโมเลกุลขนาดเล็กออกไป

จากมุมมองของจลน์การเกิดพอลิเมอไรเซชันนี้สามารถมองได้ว่าเป็นปฏิกิริยาสามขั้นตอน: การเริ่มต้นการขยายพันธุ์และการสิ้นสุด

ขั้นแรกการเริ่มต้นของปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นซึ่งความร้อนจะถูกนำไปใช้กับโมเลกุลที่ถือว่าเป็นตัวเริ่มต้น (แสดงเป็น R ₂ ) เพื่อสร้างสายพันธุ์ที่รุนแรงสองชนิดดังนี้:

R ₂ → 2R ∙

หากยกตัวอย่างการผลิตโพลีเอทิลีนขั้นตอนต่อไปคือการขยายพันธุ์โดยที่อนุมูลที่เกิดปฏิกิริยาตอบสนองต่อโมเลกุลของเอทิลีนและเกิดอนุมูลใหม่ดังนี้:

R ∙ + CH ₂ = CH ₂ → R - CH ₂ –CH ₂ ∙

อนุมูลใหม่นี้จะถูกรวมเข้ากับโมเลกุลของเอทิลีนอื่นในเวลาต่อมาและกระบวนการนี้จะดำเนินต่อไปอย่างต่อเนื่องจนกระทั่งการรวมกันของอนุมูลสายโซ่ยาวสองตัวเพื่อก่อให้เกิดโพลีเอทิลีนในที่สุดในปฏิกิริยาที่เรียกว่าการยุติ

พอลิเมอไรเซชันโดยปฏิกิริยาการควบแน่น

ในกรณีของการเกิดพอลิเมอไรเซชันผ่านปฏิกิริยาการควบแน่นการรวมกันของโมโนเมอร์สองชนิดที่แตกต่างกันมักเกิดขึ้นนอกเหนือจากการกำจัดโมเลกุลขนาดเล็กซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเป็นน้ำ

ในทำนองเดียวกันโพลีเมอร์ที่เกิดจากปฏิกิริยาเหล่านี้มักมีความแตกต่างกันเช่นออกซิเจนหรือไนโตรเจนเป็นส่วนหนึ่งของกระดูกสันหลัง นอกจากนี้ยังเกิดขึ้นที่หน่วยการทำซ้ำซึ่งแสดงถึงฐานของห่วงโซ่ไม่มีอะตอมทั้งหมดที่อยู่ในโมโนเมอร์ซึ่งสามารถย่อยสลายได้

ในทางกลับกันมีวิธีการที่ได้รับการพัฒนาเมื่อไม่นานมานี้ซึ่งในบรรดาพลาสม่าพอลิเมอไรเซชันมีความโดดเด่นซึ่งมีลักษณะไม่สอดคล้องอย่างสมบูรณ์กับประเภทของพอลิเมอไรเซชันใด ๆ ที่อธิบายไว้ข้างต้น

ด้วยวิธีนี้ปฏิกิริยาโพลิเมอไรเซชันของแหล่งกำเนิดสังเคราะห์ทั้งการเพิ่มและการควบแน่นอาจเกิดขึ้นได้ในกรณีที่ไม่มีหรือในสิ่งมีชีวิตที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา

พอลิเมอไรเซชันควบแน่นใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตสารประกอบหลายชนิดที่พบได้ทั่วไปในชีวิตประจำวันเช่น dacron (รู้จักกันดีในชื่อโพลีเอสเตอร์) หรือไนลอน

พอลิเมอไรเซชันในรูปแบบอื่น ๆ

นอกเหนือจากวิธีการสังเคราะห์พอลิเมอร์เทียมเหล่านี้แล้วยังมีการสังเคราะห์ทางชีวภาพซึ่งกำหนดให้เป็นพื้นที่ของการศึกษาที่รับผิดชอบในการวิจัยไบโอโพลีเมอร์ซึ่งแบ่งออกเป็นสามประเภทหลัก ได้แก่ โพลีนิวคลีโอไทด์โพลีเปปไทด์และโพลีแซ็กคาไรด์

ในสิ่งมีชีวิตการสังเคราะห์สามารถดำเนินการได้ตามธรรมชาติโดยผ่านกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการมีอยู่ของตัวเร่งปฏิกิริยาเช่นเอนไซม์โพลีเมอเรสในการผลิตโพลีเมอร์เช่นกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (DNA)

ในกรณีอื่น ๆ เอนไซม์ส่วนใหญ่ที่ใช้ในการเกิดพอลิเมอไรเซชันทางชีวเคมีคือโปรตีนซึ่งเป็นโพลีเมอร์ที่เกิดขึ้นจากกรดอะมิโนและเป็นสิ่งจำเป็นในกระบวนการทางชีววิทยาส่วนใหญ่

นอกจากสารไบโอพอลิเมอร์ที่ได้จากวิธีการเหล่านี้แล้วยังมีสารอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องในเชิงพาณิชย์เช่นยางวัลคาไนซ์ที่ผลิตโดยการให้ความร้อนกับยางจากแหล่งกำเนิดตามธรรมชาติต่อหน้ากำมะถัน

ดังนั้นในบรรดาเทคนิคที่ใช้ในการสังเคราะห์พอลิเมอร์โดยการดัดแปลงทางเคมีของโพลีเมอร์จากแหล่งกำเนิดตามธรรมชาติคือการตกแต่งการเชื่อมขวางและการออกซิเดชั่น

ประเภทของโพลีเมอร์

ประเภทของโพลีเมอร์สามารถจำแนกได้ตามลักษณะที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นพวกมันถูกจัดประเภทเป็นเทอร์โมพลาสติกเทอร์โมเซ็ตหรืออีลาสโตเมอร์ตามการตอบสนองทางกายภาพต่อความร้อน

นอกจากนี้ขึ้นอยู่กับชนิดของโมโนเมอร์ที่เกิดขึ้นพวกมันสามารถเป็นโฮโมพอลิเมอร์หรือโคพอลิเมอร์

ในทำนองเดียวกันตามชนิดของพอลิเมอไรเซชันที่ผลิตขึ้นสามารถเป็นโพลีเมอร์เพิ่มเติมหรือควบแน่นได้

ในทำนองเดียวกันพอลิเมอร์ธรรมชาติหรือสังเคราะห์สามารถหาได้ขึ้นอยู่กับแหล่งกำเนิด หรืออินทรีย์หรืออนินทรีย์ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมี

คุณสมบัติ

- ลักษณะที่โดดเด่นที่สุดคือเอกลักษณ์ซ้ำ ๆ ของโมโนเมอร์เป็นพื้นฐานของโครงสร้าง

- คุณสมบัติทางไฟฟ้าแตกต่างกันไปตามวัตถุประสงค์

- นำเสนอคุณสมบัติเชิงกลเช่นความยืดหยุ่นหรือความต้านทานต่อแรงดึงซึ่งกำหนดพฤติกรรมระดับมหภาค

- โพลีเมอร์บางชนิดมีคุณสมบัติทางแสงที่สำคัญ

- โครงสร้างจุลภาคมีผลโดยตรงต่อคุณสมบัติอื่น ๆ

- ลักษณะทางเคมีของโพลีเมอร์ถูกกำหนดโดยปฏิสัมพันธ์ที่น่าดึงดูดระหว่างโซ่ที่ก่อตัวขึ้น

- คุณสมบัติการขนส่งสัมพันธ์กับความเร็วของการเคลื่อนที่ระหว่างโมเลกุล

- พฤติกรรมของสถานะการรวมตัวนั้นเกี่ยวข้องกับสัณฐานวิทยาของมัน

ตัวอย่างของโพลีเมอร์

ในบรรดาโพลีเมอร์จำนวนมากที่มีอยู่มีดังต่อไปนี้:

โพลีสไตรีน

ใช้ในภาชนะประเภทต่าง ๆ เช่นเดียวกับภาชนะที่ใช้เป็นฉนวนกันความร้อน (เพื่อทำให้น้ำเย็นลงหรือเก็บน้ำแข็ง) และแม้กระทั่งในของเล่น

พอลิเตตราฟลูออโรเอทิลีน

รู้จักกันดีในชื่อเทฟลอนใช้เป็นฉนวนไฟฟ้าในการผลิตลูกกลิ้งและเคลือบเครื่องใช้ในครัว

โพลีไวนิลคลอไรด์

ใช้ในการผลิตช่องผนังกระเบื้องของเล่นและท่อพอลิเมอร์นี้รู้จักกันในเชิงพาณิชย์ว่า PVC

อ้างอิง

1. วิกิพีเดีย (เอสเอฟ) พอลิเมอร์. กู้คืนจาก en.wikipedia.or
2. ช้าง, ร. (2550). เคมีรุ่นที่เก้า. เม็กซิโก: McGraw-Hill
3. LibreTexts (เอสเอฟ) ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับโพลีเมอร์ สืบค้นจาก chem.libretexts.org
4. Cowie, JMG และ Arrighi, V. (2007). โพลีเมอร์: เคมีและฟิสิกส์ของวัสดุสมัยใหม่พิมพ์ครั้งที่สาม กู้คืนจาก books.google.co.th
5. บริแทนนิกา, E. (nd). พอลิเมอร์. สืบค้นจาก britannica.com
6. Morawetz, H. (2002). โพลีเมอร์: ต้นกำเนิดและการเติบโตของวิทยาศาสตร์ กู้คืนจาก books.google.co.th