ประวัติการค้นพบพอลิเมอร์

 

     แม้ว่านักเคมีเพิ่งจะสามารถสังเคราะห์พอลิเมอร์ได้สำเร็จเมื่อประมาณ 100 ปีที่ผ่านมาเท่านั้น แต่ก่อนหน้านี้บรรพบุรุษของเราก็รู้จักนำเอาพอลิเมอร์จากธรรมชาติมาใช้ประโยชน์เป็นเวลานานแล้ว ตัวอย่างตามหลักฐานที่ค้นพบ เช่น มีการนำเอาเขาสัตว์ซึ่งจัดเป็นพอลิเมอร์ประเภทหนึ่งมาใช้เป็นด้ามภาชนะ แกะสลักเป็นตะเกียง หรือใช้ครั่ง (Shellac) ซึ่งเป็นรัง (Shell) ของตัวครั่ง (Lac) มาทาอุปกรณ์และเนื้อไม้ เป็นต้น นอกจากนี้เราก็รู้จักการแยกฝ้ายออกจากเมล็ด แล้วกรอรวมกันเป็นเส้นด้าย เพื่อทอเป็นเครื่องนุ่งห่มได้

ยุคโบราณ: พอลิเมอร์จากธรรมชาติ

     ในยุคแรกเริ่มพอลิเมอร์จากธรรมชาติถูกนำมาใช้ประโยชน์โดยตรงไม่ต้องผ่านกระบวนการทางเคมีเลย ตัวอย่างที่สำคัญ คือ กัตตา เพอชา (gutta percha) ซึ่งเป็นพอลิเมอร์ที่ได้จากยางต้นไม้ที่มีมากในมาเลเซีย เนื่องจากสมบัติความยืดหยุ่นและค่อนข้างทนทาน ยางกัตตา เพอชา จึงถูกนำมาใช้ผลิตลูกกอล์ฟในช่วงปี ค.ศ. 1848 จนถึงช่วงต้นศักราช 1900 จึงเปลี่ยนมาใช้พอลิเมอร์ชนิดใหม่ที่สังเคราะห์ได้โดยนักเคมี คือ สารประกอบไอออนอเมอร์ (ionomer) ที่มีความแข็งแรงกว่า ในปัจจุบันกัตตา เพอชาถูกนำมาใช้ในทางทันตกรรมเป็นหลัก เช่น เป็นวัสดุอุดในการรักษาคลองรากฟัน เป็นต้น

แหล่งที่มาของภาพ : http://www.vcharkarn.com/varticle/18774

      ภายหลังการใช้ประโยชน์พอลิเมอร์จากธรรมชาติในยุคแรกเริ่ม ต่อมามีการค้นพบพอลิเมอร์จากธรรมชาติชนิดอื่นๆ เพิ่มขึ้น และเริ่มมีการปรับปรุงสมบัติของพอลิเมอร์จากธรรมชาติที่ได้ เพื่อให้มีสมบัติที่ดีขึ้นเหมาะกับวัตถุประสงค์การใช้งาน เช่น ยางธรรมชาติ (natural rubber) และเซลลูลอยด์ (Celluloid) เป็นต้น โดยยางธรรมชาติ เป็นพอลิเมอร์จากน้ำยางของต้นไม้ที่มีถิ่นกำเนิดในทวีปอเมริกาใต้ ชื่อยางพารา (Hevea brasiliensis) มีหลักฐานว่าชาวพื้นเมืองได้นำยางชนิดนี้มาใช้เป็นรองเท้ากว่าพันปีแล้ว โดยการจุ่มเท้าลงไปในน้ำยาง ใน ค.ศ. 1770 นักเคมีชาวอังกฤษชื่อ Joseph Priestley พบว่ายางสามารถลบรอยดินสอได้ เขาจึงเรียกยางว่า rubber จากนั้นจึงมีการประยุกต์นำเอายางมาผลิตเป็นเสื้อกันฝนโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษชื่อ Charles Macintosh แต่ก็ยังไม่เป็นที่นิยมนัก ทั้งนี้เพราะสมบัติทางกายภาพที่ไม่คงตัวต่ออุณหภูมิ เวลายางได้รับความร้อนมันจะอ่อนตัวและเหนียว ส่วนเวลาอากาศเย็นมันจะเปราะและมีรอยแตก การค้นพบสำคัญที่ช่วยปฏิวัติวงการยาง เกิดขึ้นในปี ค.ศ. 1839 เมื่อ Charles Goodyear สามารถทำยางให้คงรูปได้ โดยผสมกำมะถันเข้ากับยางแล้วเผาที่ความร้อน 150 องศาเซลเซียส จะได้ยางที่แข็งแรงทนทาน ไม่เปราะ และไม่อ่อนตัวอีกเลย ซึ่งการค้นพบนี้เกิดขึ้นหลังจากการลองผิดลองถูกเป็นเวลานาน (กระบวนการทางวิทยาศาสตร์บางครั้งก็ต้องอาศัยการลองผิดลองถูกค่อนข้างมาก และการค้นพบที่สำคัญๆ หลายอย่างก็เกิดจากความบังเอิญ แต่ต้องอาศัยการสังเกตุ และหาเหตุผลมาอธิบายสิ่งที่ค้นพบด้วย) ทำให้สามารถใช้ผลิตอุปกรณ์และเครื่องใช้ต่างๆ เช่น ยางรถยนต์ โดยกระบวนการนี้ เรียกว่าวัลคาไนเซชั่น (Valcanization) ซึ่งมีการพัฒนาปรับปรุงคุณภาพเรื่อยมา ในปัจจุบันมีการปลูกยางพาราอย่างแพร่หลายในเอเซียตะวันออกเฉียงใต้ ซึ่งประเทศไทยจัดเป็นประเทศผู้ผลิตและส่งออกยางพาราได้มากเป็นอันดับหนึ่งของโลก

การใช้งานพอลิเมอร์สมัยใหม่: พอลิเมอร์สังเคราะห์

     ในปี ค.ศ. 1909 นักเคมีสามารถสังเคราะห์พอลิเมอร์ได้เป็นครั้งแรก โดย L. Baekleland นักเคมีชาวอเมริกันเชื้อสายเบลเยี่ยม พบว่าเมื่อผสมฟีนอล (phenol) กับฟอร์มาลดีไฮด์ (formaldehyde) เข้าด้วยกัน แล้วให้ความร้อน และกลั่นเอาน้ำออกโดยกระบวนการควบแน่น (condensation) จะได้สารเหนียวๆ ที่เมื่อปล่อยให้เย็นตัวลงแล้วจะแข็งตัวเป็นวัสดุที่มีสมบัติเหมาะอย่างยิ่งในการใช้เป็นวัสดุฉนวนหุ้มสายไฟ ต่อมาพอลิเมอร์ชนิดนี้ถูกเรียกว่า เบคเคลไลท์ (Bakeltie) ตามชื่อของ Baekleland หรือฟีนอลลิค เรซิน (phenolic resin) ตามชื่อของมอนอเมอร์ที่ใช้ (ฟีนอลและฟอร์มาลดีไฮด์)

โครงสร้างเคมีของหรือฟีนอลลิค เรซิน ฟีนอล และฟอร์มาลดีไฮด์

แหล่งที่มาของภาพ : http://www.vcharkarn.com/varticle/18774

     การค้นพบเบคเคลไลท์ นับว่าเป็นการบุกเบิกงานวิจัยและพัฒนาทางด้านพอลิเมอร์ที่สำคัญอย่างยิ่ง นำมาสู่การสังเคราะห์พอลิเมอร์ขนิดอื่นที่หลากหลายในปัจจุบัน ทั้งนี้เนื่องจากสมบัติที่โดดเด่นหลายประการ เช่น น้ำหนักเบา แข็งแรง ทนทาน กันน้ำได้ดี ความโปร่งแสง และสามารถนำมาขึ้นรูปได้ง่ายเมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุประเภทอื่น ตารางต่อไปนี้ แสดงตัวอย่างของพอลิเมอร์ที่สำคัญ และปีที่สังเคราะห์ได้ครั้งแรก ตลอดจนตัวอย่างผลิตภัณฑ์

แหล่งที่มาของภาพ : http://www.vcharkarn.com/varticle/18774