Page 38 - วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีการพิมพ์และบรรจุภัณฑ์
P. 38
7-26 วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีการพิมพ์และบรรจุภัณฑ์
1.2.4 แรงก ระจาย (dispersin farce) หรอื แรงแ วนเดอ รว์ าลส ์ (van der Waals force) หรอื แรงล อนดอน
(London force) หมายถ ึง แรงดึงดูดท ี่เกิดข ึ้นระหว่างกลุ่มหมอกอ ิเล็กตรอนท ี่เคลื่อนที่วนไปม ารอบๆ นิวเคลียสข อง
อะตอมอ ยู่ต ลอดเวลา จังหวะเวลาท ี่อ ิเล็กตรอนส่วนใหญ่เคลื่อนไปท างด ้านใดด ้านห นึ่งม ากกว่าอ ีกด ้านห นึ่ง ทำ�ให้การ
เรียงต ัวข องอ ิเล็กตรอนไม่ส มมาตร โมเลกุลจ ึงเกิดส ภาพม ีข ั้วข ึ้นช ั่วคราว ณ ช่วงเวลาห นึ่งท ี่อ ิเล็กตรอนม ีก ารเคลื่อนที่
เท่านั้น จึงกล่าวได้ว่าแรงกระจายนี้เป็นแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลที่เกิดขึ้นในโมเลกุลทุกชนิด สำ�หรับแรงดึงดูด
ระหว่างโมเลกุลในสภาพไม่มีขั้วด ้วยก ันแล้ว จะมีแ ต่แรงก ระจายน ี้เท่านั้นและจัดเป็นแรงดึงดูดท ี่ม ีพลังงานน ้อยที่สุด
แต่อย่างไรก็ตามแรงกระจายในพอลิเมอร์ซึ่งเป็นสารที่มีโมเลกุลขนาดใหญ่จะมีค่ามากขึ้นตามนํ้าหนักโมเลกุลของ
พอลิเมอร์ซึ่งทำ�ให้สามารถนำ�ไปใช้งานที่ต้องการความทนทานสูงได้ เช่น พอลิเอทิลีนเป็นโมเลกุลในสภาพไม่มีขั้ว
เลยเพราะโมเลกุลประกอบด้วยอะตอมคาร์บอนกับไฮโดรเจนเท่านั้น แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของพอลิเอทิลีนจึง
มีแต่แรงกระจายเพียงอย่างเดียว แต่พบว่าพลาสติกพอลิเอทิลีนสังเคราะห์ที่มีนํ้าหนักโมเลกุลสูงมากกว่า 3 × 106
กรัมต ่อโมล สามารถน ำ�ไปผลิตเสื้อเกราะก ันกระสุนได้ เป็นต้น
2. การละลายของพอลเิ มอร์
สมบัติด้านการละลายของพอลิเมอร์ซึ่งเป็นสารโมเลกุลใหญ่จะแตกต่างจากสารโมเลกุลเล็กและซับซ้อน
กว่า เนื่องจากขนาดโมเลกุลของพอลิเมอร์ใหญ่กว่าโมเลกุลของตัวทำ�ละลายมาก จากหลักการที่รู้จักกันทั่วไป
ว่า “like dissolves like” นั่นคือสารที่ไม่มีขั้วละลายได้ในสารที่ไม่มีขั้วด้วยกัน แต่ไม่ละลายในสารที่มีขั้ว เช่น
ไขมันละลายได้ในนํ้ามันแต่ไม่ละลายในนํ้า หรือสารที่มีขั้วละลายได้ในสารที่มีขั้ว แต่ไม่ละลายในสารที่ไม่มีขั้ว เช่น
เกลือโซเดียมค ลอไรดล์ ะลายไดใ้นน ํ้า แตไ่มล่ ะลายในน ํ้ามัน เป็นต้น องคป์ ระกอบข องก ารเกิดก ารล ะลายป ระกอบด ้วย
ตัวล ะลายแ ละต ัวท ำ�ละลาย ตัวท ำ�ละลายท ำ�ใหโ้มเลกุลข องต ัวล ะลายแ ยกอ อกจ ากก ันเพื่อเข้าแ ทรกร ะหว่างโมเลกุลข อง
ตัวล ะลายแ ทน ในท ีน่ ีห้ มายความว ่าแ รงดึงดูดร ะหว่างโมเลกุลข องต ัวท ำ�ละลายก ับโมเลกุลข องต ัวล ะลายต ้องม มี ากกว่า
แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของตัวละลายด้วยกันเอง การละลายจะเกิดขึ้นอย่างสมบูรณ์ก็ต่อเมื่อโมเลกุลระหว่างตัว
ละลายแ ละต ัวท ำ�ละลายผ สมก ลืนเข้าด ้วยก ันเป็นเนื้อเดียวกันจ นไดส้ ารละลายท ีม่ ลี ักษณะโปร่งใส กระบวนการล ะลาย
ของพ อลิเมอรเ์กิดข ึ้นต ามล ำ�ดับข ั้นต อนด ังนี้ การเปียก การแ พร่ และก ารล ะลาย ทั้งนีส้ ามารถท ำ�นายก ารล ะลายข องพ อ
ลิเมอร์ได้จ ากค ่าพ ารามิเตอร์ของการละลาย (solubility parameter)
2.1 กระบวนการละลายของพอลิเมอร์ เมื่อนำ�พอลิเมอร์ใส่ลงในตัวทำ�ละลายชนิดหนึ่ง การละลายของพอ
ลิเมอร์จ ะเกิดขึ้นต ามลำ�ดับขั้นต อน คือ ขนั้ ตอนแ รก ตัวท ำ�ละลายต้องเปียกบนผิวพอลิเมอ ร์ก่อน ขั้นตอนท่ีส อง ตัว
ทำ�ละลายแพร่เข้าสู่เนื้อในของพอลิเมอร์และพอลิเมอร์เกิดการบวมตัว ซ่ึงระยะเวลาการบวมตัวของพอลิเมอร์ ที่มีนํ้า
หนักโมเลกุลสูงอาจจะใช้เวลานานขึ้นอยู่กับโครงสร้างของพอลิเมอร์ ขนาดชิ้นงาน อุณหภูมิ และตัวแปรอื่นๆ ซึ่ง
ต่างจากสารโมเลกุลเล็กที่ตัวทำ�ละลายสามารถแทรกตัวในขณะเกิดการละลายได้ในทันที เมื่อเปรียบเทียบระหว่าง
พอลิเมอร์แบบโครงสร้างอสัณฐานกับโครงสร้างแบบผลึก พบว่าพอลิเมอร์แบบโครงสร้างอสัณฐานจะเกิดการบวม
ตัวง่ายก ว่าพ อลิเมอร์แ บบโครงสร้างผ ลึก เพราะแ บบโครงสร้างผ ลึกน ั้น สายโซ่ของโมเลกุลพ อลิเมอ ร์จ ัดเรียงต ัวเป็น
ระเบียบแน่นหนา จึงมีช่องว่างให้ตัวทำ�ละลายแพร่เข้าไปได้ยาก ทำ�ให้การบวมตัวและละลายเกิดได้ยาก ส่วนพอลิเม
อร์ แบบโคร งส ร้างอส ัณฐาน เมื่ออยู่ในส ภาพอุณหภูมิตํ่าก ว่าอุณหภูมิส ภาพแก้วซึ่งทำ�ให้พอลิเมอ ร์แบบน ี้อยู่ในส ภาพ
แข็งเปราะ จะเกิดการแพร่ของตัวทำ�ละลายช้ากว่าเมื่ออยู่ในสภาพอุณหภูมิเหนืออุณหภูมิสภาพแก้ว ขั้นตอนสุดท้าย
หลังจากพอลิเมอร์เกิดการบวมตัวแล้ว โมเลกุลของพอลิเมอร์จะแพร่ออกจากสภาวะบวมตัวมาผสมกับโมเลกุลของ
ตัวทำ�ละลาย แล้วเกิดกระบวนการล ะลายอ ย่างสมบูรณ์ ได้เป็นสารละลายพ อลิเมอ ร์ในที่สุด อย่างไรก ็ตามพอลิเมอร์
บางช นิดจ ะไม่ส ามารถเกิดก ารล ะลายได้อ ย่างส มบูรณ์ห รือไม่เกิดข ึ้นเลย อาทิ พอล ิเมอ ร์ช นิดเชื่อมข วาง (crosslinked
