พอลิเมอไรเซชันPolymerization เมื่

พอลิเมอไรเซชัน
Polymerization


เมื่อพิจารณากลไกของการเกิดปฏิกิริยาและโครงสร้างเคมีของพอลิเมอร์ แล้วพบว่าสามารถแบ่ง พอลิเมอไรเซชันออกได้เป็น 4 ประเภท ดังมีรายละเอียดต่อไปนี้
พอลิเมอไรเซชันแบบขั้น หรือ ควบแน่น
พอลิเมอไรเซชันแบบลูกโซ่แรดิคัล หรือ เพิ่มเข้า
พอลิเมอไรเซชันแบบไอออนิก
พอลิเมอไรเซชันแบบโคออร์ดิเนชัน

1. พอลิเมอไรเซชันแบบขั้น หรือ ควบแน่น (Step or Condensation Polymerization)

1.1 พอลิเมอไรเซชันแบบขั้นที่เป็นเส้นตรง (Linear Step Polymerization)

ในการเตรียมพอลิเมอร์ประเภทนี้จำนวนของหมู่ฟังก์ชันนัล (functional) มีความสำคัญมาก ตัวอย่างเช่น การเตรียมเอสเทอร์จากปฏิกิริยาระหว่างหมู่คาร์บอกซิลิก และ หมู่ไฮดรอกซิลในโมเลกุลของ กรดอะซิติก และ เอธานอล ซึ่งทั้งสองโมเลกุลมีหมู่ฟังก์ชันนัลเพียงหมู่เดียว (monofunctional compounds) ผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาที่ได้คือ เอธิลอะซิเตต และ น้ำ ดังสมการ



แต่เนื่องจากสารตั้งต้นทั้ง 2 มีหมู่ฟังก์ชันนัลเพียงหมู่เดียว เอธิลอะซิเตตที่เกิดขึ้นจึงไม่เหลือหมู่ฟังก์ชันนัลที่สามารถเกิดปฏิกิริยาต่อเป็นสายพอลิเมอร์ได้





เมื่อพิจารณาปฏิกิริยาระหว่างกรดเทเรพทาลิค (terephthalic acid) และ เอธิลีนไกลคอล (ethylene glycol) ซึ่งทั้งสองโมเลกุลมีหมู่ฟังก์ชันนัล 2 หมู่ (difunctional compounds) เอสเทอร์ที่เกิดจากปลายด้านหนึ่งของกรดคาร์บอกซิลิคทำปฏิกิริยากับปลายด้านหนึ่งของไฮดรอกซิลเรียกว่า ไดเมอร์ (dimer) ซึ่งไดเมอร์สามารถเกิดปฏิกิริยาต่อเป็นไตรเมอร์ (trimer) หรือเตตระเมอร์ (tetramer) ที่มีหมู่ฟังก์ชันนัล 2 หมู่ (difunctional tetramer) และ เกิดปฏิกิริยาต่อไปเรื่อย ๆ ได้พอลิเมอร์น้ำหนักโมเลกุลสูงที่มีโครงสร้างเป็นเส้นตรง ถ้าใช้มอนอเมอร์ที่มีหมู่ฟังก์ชันนัลมากกว่า 2 หมู่ จะได้พอลิเมอร์ที่มีกิ่งก้านสาขา เช่น เมื่อใช้กรดเทเรพทาลิคทำปฏิกิริยากับกลีเซอรอล (glycerol : HOCHB2BCH(OH)CHB2BOH) ซึ่งมีหมู่ฟังก์ชันนัล 3 หมู่ ผลิตภัณฑ์ที่ได้จะเป็นพอลิเอสเทอร์ที่ไม่เป็นเส้นตรง

1.1.1 พอลิคอนเดนเซชัน (Polycondensation)

ปฏิกิริยาที่มีโมเลกุลขนาดเล็กถูกกำจัดออกระหว่างการเกิดปฏิกิริยา เช่น โมเลกุลของน้ำถูกกำจัดออกในระหว่างการเตรียมพอลิเอสเทอร์แบบเส้นตรง ดังสมการข้างล่าง เมื่อ R1 และ R2 แทนด้วยไฮโดรคาร์บอน





นอกจากนี้พอลิเอสเทอร์ยังสามารถเตรียมจากมอนอเมอร์ชนิดเดียวที่มีฟังก์ชันนัลสองหมู่ เช่น ( - hydroxy carboxylic acids)





พอลิเอไมด์สามารถเตรียมจากปฏิกิริยาควบแน่นระหว่างมอนอเมอร์ที่มีหมู่ฟังก์ชันนัล 2 หมู่ เช่น เอมีน และ คาร์บอกซิล





1.1.2 พอลิแอดดิชัน (Polyaddition)

เป็นพอลิเมอไรเซชันระหว่างมอนอเมอร์ที่มีหมู่ฟังก์ชันนัล 2 หมู่ แต่ไม่มีการขจัดโมเลกุลขนาดเล็กออกระหว่างการเกิดปฏิกิริยา ตัวอย่างเช่น

พอลิยูรีเทน (polyurethanane) ที่เตรียมจากปฏิกิริยาระหว่างไดไอโซไซยาเนต (diisoscyanate) และ ไดออล (diol)




พอลิยูเรีย (polyurea) เป็นปฏิกิริยาของไดไอโซไซยาเนต (diisocyanates) กับไดเอมีน (diamines)




การนำปฏิกิริยา Diels-Alder มาประยุกต์ใช้เพื่อเตรียมพอลิเมอร์ เช่น พอลิเมอไรเซชันของ ไซโคล- เพนตะไดอีน (cyclopentadiene) ดังสมการ





1.2 พอลิเมอไรเซชันแบบขั้นที่ไม่เป็นเส้นตรง (Non-Linear Step Polymerization)

เป็นปฏิกิริยาระหว่างมอนอเมอร์ซึ่งมีหมู่ฟังก์ชันนัลมากกว่า 2 หมู่ ในขั้นแรกจะได้โครงสร้างของพอลิเมอร์ที่มีกิ่งก้าน และหลังจากนั้นจะมีการเพิ่มขนาดหรือน้ำหนักโมเลกุลอย่างรวดเร็ว และในที่สุดแล้วจะได้พอลิเมอร์โครงสร้างแบบร่างแห ซึ่งมีสมบัติแตกต่างจากพอลิเมอร์แบบเส้นตรง ยกตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาระหว่างไดคาร์บอกซิลิก แอซิค (dicarboxylic acid : R(COOH)2) และ ไตรออล (triol : RP'P(OH)3) ซึ่งมีหมู่ฟังก์ชันนัล 3 หมู่ ได้พอลิเมอร์โครงสร้างแบบร่างแหดังนี้





พอลิเมอร์โครงสร้างแบบร่างแห (Network Polymers)

พอลิเมอร์ประเภทฟอร์มาลดีไฮด์ (formaldehyde-based resins) เป็นพอลิเมอร์แบบร่างแหชนิดแรกซึ่งเตรียมโดยพอลิเมอไรเซชันแบบขั้นและถูกใช้ทางการค้า เริ่มจากเตรียมพอลิเมอร์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ หลังจากนั้นพอลิเมอร์จะถูกทำให้ไหลภายใต้ความดัน และ ความร้อนในแม่พิมพ์ (mold) เพื่อขึ้นรูปเป็นพอลิเมอร์โครงสร้างแบบร่างแห และ มีรูปร่างตามแม่พิมพ์ เนื่องจากฟอร์มาลดีไฮด์มีหมู่ฟังก์ชัน 2 หมู่ การจะทำให้เกิดโครงสร้างแบบร่างแหจึงต้องใช้สารตั้งต้นร่วม (coreactants) ที่มีจำนวนหมู่ฟังก์ชันนัล (functionality, f) มากกว่า 2 หมู่ โดยทั่วไปนิยมใช้ฟีนอล (f = 3) ยูเรีย ( f = 4) และเมลามีน (f = 6)



Formaldehyde
Phenol
Urea
Melamine

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

พอลิเมอไรเซชันPolymerization เมื่อพิจารณากลไกของการเกิดปฏิกิริยาและโครงสร้างเคมีของพอลิเมอร์แล้วพบว่าสามารถแบ่งพอลิเมอไรเซชันออกได้เป็น 4 ประเภทดังมีรายละเอียดต่อไปนี้ พอลิเมอไรเซชันแบบขั้นหรือควบแน่น พอลิเมอไรเซชันแบบลูกโซ่แรดิคัลหรือเพิ่มเข้า พอลิเมอไรเซชันแบบไอออนิก พอลิเมอไรเซชันแบบโคออร์ดิเนชัน 1. พอลิเมอไรเซชันแบบขั้นหรือควบแน่น (ขั้นหรือควบแน่น Polymerization) 1.1 พอลิเมอไรเซชันแบบขั้นที่เป็นเส้นตรง (Polymerization ขั้นตอนเชิงเส้น) ในการเตรียมพอลิเมอร์ประเภทนี้จำนวนของหมู่ฟังก์ชันนัล (ทำงาน) มีความสำคัญมากตัวอย่างเช่นการเตรียมเอสเทอร์จากปฏิกิริยาระหว่างหมู่คาร์บอกซิลิกและหมู่ไฮดรอกซิลในโมเลกุลของกรดอะซิติกและเอธานอลซึ่งทั้งสองโมเลกุลมีหมู่ฟังก์ชันนัลเพียงหมู่เดียว (สาร monofunctional) ผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาที่ได้คือเอธิลอะซิเตตและน้ำดังสมการ แต่เนื่องจากสารตั้งต้นทั้ง 2 มีหมู่ฟังก์ชันนัลเพียงหมู่เดียวเอธิลอะซิเตตที่เกิดขึ้นจึงไม่เหลือหมู่ฟังก์ชันนัลที่สามารถเกิดปฏิกิริยาต่อเป็นสายพอลิเมอร์ได้ เมื่อพิจารณาปฏิกิริยาระหว่างกรดเทเรพทาลิค (terephthalic กรด) และเอธิลีนไกลคอล (เอทิลีนไกลคอล) ซึ่งทั้งสองโมเลกุลมีหมู่ฟังก์ชันนัล 2 บางละมุง (สาร difunctional) เอสเทอร์ที่เกิดจากปลายด้านหนึ่งของกรดคาร์บอกซิลิคทำปฏิกิริยากับปลายด้านหนึ่งของไฮดรอกซิลเรียกว่าไดเมอร์ (dimer) ซึ่งไดเมอร์สามารถเกิดปฏิกิริยาต่อเป็นไตรเมอร์ (trimer) หรือเตตระเมอร์ (tetramer) ที่มีหมู่ฟังก์ชันนัล 2 บางละมุง (difunctional tetramer) และเกิดปฏิกิริยาต่อไปเรื่อยๆ ได้พอลิเมอร์น้ำหนักโมเลกุลสูงที่มีโครงสร้างเป็นเส้นตรงถ้าใช้มอนอเมอร์ที่มีหมู่ฟังก์ชันนัลมากกว่า 2 บางละมุงจะได้พอลิเมอร์ที่มีกิ่งก้านสาขาเช่นเมื่อใช้กรดเทเรพทาลิคทำปฏิกิริยากับกลีเซอรอล (กลีเซอรอล: HOCHB2BCH(OH)CHB2BOH) ซึ่งมีหมู่ฟังก์ชันนัล 3 บางละมุงผลิตภัณฑ์ที่ได้จะเป็นพอลิเอสเทอร์ที่ไม่เป็นเส้นตรง 1.1.1 พอลิคอนเดนเซชัน (Polycondensation) ปฏิกิริยาที่มีโมเลกุลขนาดเล็กถูกกำจัดออกระหว่างการเกิดปฏิกิริยาเช่นโมเลกุลของน้ำถูกกำจัดออกในระหว่างการเตรียมพอลิเอสเทอร์แบบเส้นตรงดังสมการข้างล่างเมื่อ R1 และ R2 แทนด้วยไฮโดรคาร์บอน นอกจากนี้พอลิเอสเทอร์ยังสามารถเตรียมจากมอนอเมอร์ชนิดเดียวที่มีฟังก์ชันนัลสองหมู่เช่น (-ไฮดร็อกซี่คาร์) พอลิเอไมด์สามารถเตรียมจากปฏิกิริยาควบแน่นระหว่างมอนอเมอร์ที่มีหมู่ฟังก์ชันนัล 2 บางละมุงเช่นเอมีนและคาร์บอกซิล 1.1.2 พอลิแอดดิชัน (Polyaddition) ตัวอย่างเช่นเป็นพอลิเมอไรเซชันระหว่างมอนอเมอร์ที่มีหมู่ฟังก์ชันนัล 2 บางละมุงแต่ไม่มีการขจัดโมเลกุลขนาดเล็กออกระหว่างการเกิดปฏิกิริยา พอลิยูรีเทน (polyurethanane) ที่เตรียมจากปฏิกิริยาระหว่างไดไอโซไซยาเนต (diisoscyanate) และไดออล (ได) พอลิยูเรีย (polyurea ดที่) เป็นปฏิกิริยาของไดไอโซไซยาเนต (diisocyanates) กับไดเอมีน (diamines) การนำปฏิกิริยา Diels-ต้นไม้ชนิดหนึ่ง อ้างมาประยุกต์ใช้เพื่อเตรียมพอลิเมอร์เช่นพอลิเมอไรเซชันของไซโคล-เพนตะไดอีน (cyclopentadiene) ดังสมการ 1.2 พอลิเมอไรเซชันแบบขั้นที่ไม่เป็นเส้นตรง (ขั้นตอนสมบัติ Polymerization) เป็นปฏิกิริยาระหว่างมอนอเมอร์ซึ่งมีหมู่ฟังก์ชันนัลมากกว่า 2 บางละมุงในขั้นแรกจะได้โครงสร้างของพอลิเมอร์ที่มีกิ่งก้านและหลังจากนั้นจะมีการเพิ่มขนาดหรือน้ำหนักโมเลกุลอย่างรวดเร็วและในที่สุดแล้วจะได้พอลิเมอร์โครงสร้างแบบร่างแหซึ่งมีสมบัติแตกต่างจากพอลิเมอร์แบบเส้นตรงยกตัวอย่างเช่นปฏิกิริยาระหว่างไดคาร์บอกซิลิกแอซิค (dicarboxylic กรด: R(COOH)2) และไตรออล (triol: RP'P(OH)3) ซึ่งมีหมู่ฟังก์ชันนัล 3 บางละมุงได้พอลิเมอร์โครงสร้างแบบร่างแหดังนี้ พอลิเมอร์โครงสร้างแบบร่างแห (เครือข่ายโพลิเมอร์) พอลิเมอร์ประเภทฟอร์มาลดีไฮด์ (จากฟอร์มาลดีไฮด์เรซิน) เป็นพอลิเมอร์แบบร่างแหชนิดแรกซึ่งเตรียมโดยพอลิเมอไรเซชันแบบขั้นและถูกใช้ทางการค้าเริ่มจากเตรียมพอลิเมอร์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำหลังจากนั้นพอลิเมอร์จะถูกทำให้ไหลภายใต้ความดันและความร้อนในแม่พิมพ์ (แม่พิมพ์) เพื่อขึ้นรูปเป็นพอลิเมอร์โครงสร้างแบบร่างแหและมีรูปร่างตามแม่พิมพ์เนื่องจากฟอร์มาลดีไฮด์มีหมู่ฟังก์ชัน 2 บางละมุง (coreactants) การจะทำให้เกิดโครงสร้างแบบร่างแหจึงต้องใช้สารตั้งต้นร่วมที่มีจำนวนหมู่ฟังก์ชันนัล (ฟังก์ชัน f) มากกว่า 2 บางละมุงโดยทั่วไปนิยมใช้ฟีนอล (f = 3) ยูเรีย (f = 4) และเมลามีน (f = 6) ฟอร์มาลดีไฮด์ฟีนอลยูเรียเมลามีน

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

แล้วพบว่าสามารถแบ่งพอลิเม อไรเซชันออกได้เป็น 4 ประเภท หรือ หรือ พอลิเมอไรเซชันแบบ ขั้นหรือควบแน่น (ขั้นตอนหรือไอน้ำ Polymerization) 1.1 (ขั้นตอนเชิงเส้น (ทำงาน) มีความสำคัญมากตัวอย่างเช่น และหมู่ไฮดรอกซิลใน โมเลกุลของกรดอะซิติกและเอธานอล (สารประกอบ monofunctional) ผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาที่ได้คือเอธิ ลอะซิเตตและน้ำ 2 มีหมู่ฟังก์ชันนัลเพียงหมู่เดียว (กรด Terephthalic) และเอธิลีนไกลคอล (เอทิลีนไกลคอล) 2 หมู่ (สารประกอบ difunctional) ไดเมอร์ (dimer) (trimer) หรือเตตระเมอร์ (tetramer) ที่มีหมู่ฟังก์ชันนัล 2 หมู่ (tetramer difunctional) และเกิดปฏิกิริยาต่อไปเรื่อย ๆ 2 หมู่จะได้พอลิเมอร์ ที่มีกิ่งก้านสาขาเช่น (กลีเซอรอล: HOCHB2BCH (OH) CHB2BOH) ซึ่งมีหมู่ฟังก์ชันนัล 3 หมู่ พอลิคอนเดนเซชัน เช่น ดังสมการข้างล่างเมื่อ R1 และ R2 เช่น (- ไฮดรอกซีคาร์บอกซิ 2 หมู่เช่นเอมีนและคาร์ บอกซิล 1.1.2 พอลิแอดดิชัน 2 หมู่ เช่นตัวอย่าง arrow พอลิยูรีเทหนังสือน (polyurethanane) (diisoscyanate) และไดออล (ไดออล) พอลิยูเรีย (โพลียู) เป็นปฏิกิริยาของไดไอโซไซยา เนต (diisocyanates) กับไดเอมีน (Diamines) การนำปฏิกิริยา Diels-Alder มาประยุกต์ใช้เพื่อเตรียมพอลิ เมอร์เช่นพอลิเมอ ไรเซชันของไซโคล - เพนตะไดอีน (cyclopentadiene) ดังสมการ1.2 (ขั้นตอนที่ไม่เป็นเชิงเส้น 2 หมู่ ยกตัวอย่างเช่นปฏิกิริยาระหว่างไดคาร์ บอกซิลิกแอซิค (กรด dicarboxylic: r (COOH) 2) และไตรออล (TRIOL: RP'P (OH) 3) ซึ่งมีหมู่ฟังก์ชันนัล 3 หมู่ (เครือข่าย Polymers) พอลิเมอร์ประเภทฟอร์มาลดีไฮด์ (ไฮด์เรซิน-based) และความร้อนในแม่พิมพ์ (แม่พิมพ์) และมีรูปร่างตามแม่พิมพ์ 2 หมู่ (coreactants) ที่มีจำนวนหมู่ฟังก์ชันนัล (ฟังก์ชั่น F) มากกว่า 2 หมู่โดยทั่วไปนิยมใช้ฟีนอ ล (f = 3) ยูเรีย (F = 4) และเมลามีน (F = 6) ฟอร์มาลดีไฮด์ฟีนอลยูเรียเมลามีน