การปรับปรุงสมบัติของพอลิเมอร์ด้วยรังสี |
เกศินี เหมวิเชียร และพิริยาธร สุวรรณมาลา
กลุ่มวิจัยและพัฒนานิวเคลียร์
สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)
|
รังสีช่วยปรับปรุงคุณภาพของพอลิเมอร์ได้อย่างไร
เมื่อเรานำพอลิเมอร์ไปฉายรังสี พลังงานจากต้นกำเนิดรังสี เช่น รังสีแกมมา (gamma rays) หรือ ลำอิเล็กตรอน (electron beam) จะถูกถ่ายโอนไปสู่พอลิเมอร์ ซึ่งพลังงานนี้สามารถเหนี่ยวนำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมี หรือการเปลี่ยนแปลงทางโครงสร้างของพอลิเมอร์
ผลของการฉายรังสีต่อพอลิเมอร์
การฉายรังสีพอลิเมอร์ ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงได้มากมาย การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเหล่านี้ สามารถนำไปสู่การประยุกต์ใช้ที่มีประโยชน์อย่างมากในทางอุตสาหกรรม เช่น |
1. |
cross-linking: การเชื่อมโยงข้าม หรือ ครอสลิงก์ คือ การเกิดพันธะเคมี ที่ก่อให้เกิดการเชื่อมโยงกันระหว่างสายโซ่ของพอลิเมอร์ กลายเป็นโครงร่างที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงขึ้น โดยทั่วไปแล้วครอสลิงจะช่วยปรับปรุงสมบัติต่าง ๆ ของพอลิเมอร์ให้ดีขึ้น เช่น ความแข็งแรง ความเหนียว ความทนทานต่อสารเคมี และสมบัติสำคัญอื่น ๆ |
|
|
|
|
ก่อนฉายรังสี |
ขณะฉายรังสี |
หลังฉายรังสี |
| |
โครงสร้างของพอลิเมอร์ มีลักษณะเป็นเส้นตรง ไม่มีพันธะเคมีระหว่างเส้น |
|
เมื่อนำไปฉายรังสี จะเกิด อนุมูลอิสระ (free radicals) ขึ้นบนสายโซ่ของพอลิเมอร์ |
|
อนุมูลอิสระทำปฏิกิริยากัน เกิดเป็นพันธะเคมีเชื่อมต่อ ระหว่างสายโซ่พอลิเมอร์ |
|
2. |
grafting: การต่อมอนอเมอร์ต่างชนิดเข้ากับพอลิเมอร์ที่สนใจ เมื่อนำไปฉายรังสี หมู่ทำหน้าที่ (functional group) บางส่วน อาจหลุดจากสายโซ่ของพอลิเมอร์ และกลายเป็นจุดตั้งต้นของปฎิกิริยาการเกิดพอลิเมอร์ (polymerization) ของมอนอเมอร์ ก่อให้เกิดเป็นสายโซ่ของพอลิเมอร์เส้นใหม่ที่เกาะอยู่บนพอลิเมอร์เส้นเดิม ซึ่งเป็นวิธีการที่มีประโยชน์อย่างมากสำหรับการเปลี่ยนแปลงพื้นผิวของพอลิเมอร์ |
|
 |
 |
 |
 |
 |
| สายโซ่ของ พอลิเมอร์เส้นตรง |
พอลิเมอร์ ถูกฉายรังสี |
หมู่ทำหน้าที่บางส่วน หลุดจากสายโซ่ ของพอลิเมอร์ |
มอนอเมอร์เข้าทำ ปฏิกิริยาแทนที่ หมู่ทำหน้าที่ที่หลุดไป |
Polymerization เกิดขึ้นเป็น สายโซ่เส้นใหม่ ที่เกาะอยู่บนเส้นเดิม |
|
3. |
degradation: การทำให้แตกสลายของพันธะเคมี ซึ่งทำให้สายโซ่พอลิเมอร์สั้นลง และมีน้ำหนักโมเลกุลลดลง ซึ่งส่งผลให้ขั้นตอนการขึ้นรูปพอลิเมอร์ทำได้ง่ายขึ้น และมีประโยชน์อย่างมากต่อพอลิเมอร์บางชนิด เช่น เทฟลอน (TEFLON: polytetrafluoroethylene, PTFE) ที่ไม่สามารถลดน้ำหนักโมเลกุลได้ด้วยวิธีอื่น |
|
|
| ข้อดีของการใช้รังสีในการปรับปรุงสมบัติของพอลิเมอร์ |
- มีประสิทธิภาพ
- ต้นทุนไม่สูงจนเกินไป
- เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม เนื่องจากก่อให้เกิดปฏิกิริยาได้โดยไม่ต้องเติมสารเคมี หรือสารเร่งปฏิกิริยาใด ๆ
- กรรมวิธีไม่ยุ่งยากซับซ้อน ทำได้ ณ อุณหภูมิห้อง ในบรรยากาศปกติ ทุกสถานะของตัวอย่าง
|
| ตัวอย่างผลิตภัณฑ์ทางอุตสาหกรรมที่ได้รับการปรับปรุงสมบัติด้วยการฉายรังสี |
- พลาสติกขึ้นรูป
- ท่อ และสายยาง
- สายไฟ และสายเคเบิล
- ท่อยางรัดสายไฟที่สามารถหดตัวได้เมื่อได้รับความร้อน
|
|
| ถอดความจาก: http://www.sterigenics.com/advanced_applications/HowRadiation.aspx |
| |
