1. 431101 Engineering Materials Part: Polymeric Materials ผศ. ดร. วิมลลักษณ์ สุตะพันธ์ ผศ. ดร. กษมา จารุกำจร Trimester 1/2552

2. คะแนน • คะแนนสอบแบ่งเป็น 2 ส่วน โดย สอบปลายภาค 80 % สอบย่อย 20 % • อาจสอบย่อยทุกครั้งของการเรียน

3. OUTLINE • POLYMERIC MATERIALS • POLYMER SYNTHESIS • PHYSICAL PROPERTIES OF POLYMERS • POLYMER PROCESSING • POLYMER BLENDS • COMPOSITE MATERIALS

4. 1st Part: Polymeric Materials Polymer Synthesis PhysicalPropertiesofPolymers ผศ.ดร. วิมลลักษณ์ สุตะพันธ์

5. OUTLINE • Polymeric materials • Introduction to polymers • Molecular weight of polymers • Polymer Classifications • Polymer synthesis • Step polymerization • Chain polymerization

6. Polymeric Materials • Plastic • Elastomer (Rubber) • Foam • Paint Composition • Adhesive Composition • Textile • Others

7. Introduction Plastic Applications Foam Applications

8. Introduction Paint Applications Adhesive Applications

9. Introduction Rubber Applications Textile Applications

10. Introduction Others Applications

11. Polymers Polymer = Poly + mer Polymerization Mer Unit = Monomer Polymer Polymerคือ สารโมเลกุลใหญ่ที่ประกอบด้วยหน่วยซ้ำจำนวนมากโดยที่หน่วยซ้ำเชื่อมโยงกันด้วยพันธะเคมี

12. Polymers • Polymerคือ สารโมเลกุลใหญ่ (macromolecules) ที่ประกอบด้วยหน่วยซ้ำจำนวนมากโดยที่หน่วยซ้ำเชื่อมโยงกันด้วยพันธะโควาเลนซ์ • Polymer ที่ประกอบด้วยหน่วยซ้ำเพียงหนึ่งชนิด เรียกว่า homopolymer เช่น พอลิเอทิลีน (polyethylene) • Polymer ที่ประกอบด้วยหน่วยซ้ำมากกว่าหนึ่งชนิด เรียกว่า copolymer เช่น styrene-butadiene copolymer หรือ poly (styrene-co-butadiene)

13. Polymers Ex. Polyethylene (PE)

14. Ex. Polypropylene (PP) n propylene polypropylene

15. Ex.Polybutadiene Ex. Polyisoprene

16. Ex. Polyester H2O, by product H2O, by product Ex. Polyamide

17. A listing of Mer Structures of Vinyl Polymers References: William D. Callister, Jr, Fundamentals of Materials Science and Engineering, John Wiley & Sons, Inc, New York, 2001.

18. A listing of Mer Structures of Vinyl Polymers References: William D. Callister, Jr, Fundamentals of Materials Science and Engineering, John Wiley & Sons, Inc, New York, 2001.

19. A listing of Mer Structures of Other Polymers References: William D. Callister, Jr, Fundamentals of Materials Science and Engineering, John Wiley & Sons, Inc, New York, 2001.

20. A listing of Mer Structures of Other Polymers References: William D. Callister, Jr, Fundamentals of Materials Science and Engineering, John Wiley & Sons, Inc, New York, 2001.

21. Molecular Structure of Homopolymer AAAAAAAAAAAAA Linear Chains Branched Chains Network or Cross-linked Chains

22. + styrene butadiene styrene-butadiene copolymer Copolymer A polymer derived from more than one species of monomer Ex. styrene-butadiene copolymer [Poly (styrene-co-butadiene)] Ex. acrylonitrile-vinyl chloride copolymer

23. Molecular Structure of Copolymer แบ่งได้เป็น 4 ประเภท 1.Random Copolymer 2. Alternative Copolymer 3.Block Copolymer 4. Graft Copolymer

24. Molecular Structure of Copolymer 1. Random Copolymer ~ABAABABBABAAB~ 2. Alternative Copolymer ~ABABABABABAB~

25. Molecular Structure of Copolymer 4. Graft Copolymer BBBBB ~AAAAAAAAAAAAA~ BBBB 3. Block Copolymer ~AAAABBBBAAAA~

26. สิ่งที่ควรรู้ • ชนิดของวัสดุพอลิเมอร์ที่พบในชีวิตประจำวัน • คำจำกัดความของ “พอลิเมอร์” • ความแตกต่างของ “โฮโมพอลิเมอร์” กับ “โคพอลิเมอร์”

27. น้ำหนักโมเลกุล (Molecular Weight: MW) References: William D. Callister, Jr, Fundamentals of Materials Science and Engineering, John Wiley & Sons, Inc, New York, 2001.

28. พอลิเอทิลีน(Polyethylene), PE [ CH2-CH2 ] n = 1000 MW = 28000 n = 1500 MW = 42000 n = 2500 MW = 70000 n น้ำหนักโมเลกุล (Molecular Weight: MW)

29. น้ำหนักโมเลกุล VS สถานะของสาร

30. น้ำหนักโมเลกุลของพอลิเมอร์น้ำหนักโมเลกุลของพอลิเมอร์ MW ของพอลิเมอร์มีการกระจายไม่ได้มีเพียงค่าเดียวเดี่ยว ๆ ดังนั้นจึงใช้ค่าเฉลี่ยของ MW เช่น และ

31. น้ำหนักโมเลกุลน้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยโดยจำนวน vs น้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยโดยน้ำหนัก ในสนามมีช้างน้ำหนัก 10,000.00 kg/ตัว อยู่ 5 ตัวจะหาน้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยของช้างได้อย่างไรบ้าง MW = Mn = 10,000

32. น้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยโดยจำนวน vs น้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยโดยน้ำหนัก ยุง 4 ตัวเกาะอยู่บนหลังช้างจะหาน้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยของสัตว์ทั้งสองชนิดได้อย่างไรบ้าง *ยุงมีน้ำหนัก 1 kg/ตัว ช้างมีน้ำหนัก10,000.00 kg/ตัว

33. น้ำหนักโมเลกุล : น้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยโดยจำนวน

34. น้ำหนักโมเลกุล : น้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยโดยน้ำหนัก

35. Ethylene แทนด้วย Polyethylene แทนด้วย น้ำหนักโมเลกุลของสายโซ่พอลิเมอร์ = น้ำหนักโมเลกุลของหน่วยซ้ำxจำนวนหน่วยซ้ำ หน่วยซ้ำเหมือนเดิม X เปลี่ยนไป MWของสายโซ่ก็จะไม่เท่ากัน X = 10; X = 20;

36. ในพอลิเอทิรีน 50 โมเลกุล อาจจะประกอบไปด้วย = 20 โมเลกุล = 10 โมเลกุล = 10 โมเลกุล = 10 โมเลกุล น้ำหนักโมเลกุลของพอลิเมอร์จึงจำเป็นต้องแสดงเป็นค่าเฉลี่ย น้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยโดยจำนวน (โมเลกุลรวมทั้งหมด); น้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยโดยน้ำหนัก (โมเลกุลรวมทั้งหมด);

37. น้ำหนักโมเลกุลของหน่วยซ้ำ = 2C + 4H = 28 g/mol

40. น้ำหนักโมเลกุลของพอลิเมอร์น้ำหนักโมเลกุลของพอลิเมอร์

41. ตัวอย่างการคำนวณน้ำหนักโมเลกุลของพอลิเมอร์ตัวอย่างการคำนวณน้ำหนักโมเลกุลของพอลิเมอร์ ตัวอย่างการคำนวณ MW Chain structure of polymer

42. เฉลยการหา จาก ตัวอย่างการคำนวณน้ำหนักโมเลกุลของพอลิเมอร์

43. ตัวอย่างการคำนวณน้ำหนักโมเลกุลของพอลิเมอร์ตัวอย่างการคำนวณน้ำหนักโมเลกุลของพอลิเมอร์ เฉลยการหา จาก เมื่อ

44. ตัวอย่างการคำนวณน้ำหนักโมเลกุลของพอลิเมอร์ตัวอย่างการคำนวณน้ำหนักโมเลกุลของพอลิเมอร์ เฉลยการหา

45. MW > Mn การกระจายน้ำหนักโมเลกุล, MWD = (MW / Mn) MWD = Molecular Weight Distribution MWD ≥ 1 MWD = 1, MW = Mn Moleucular Weight Distribution References: William D. Callister, Jr, Fundamentals of Materials Science and Engineering, John Wiley & Sons, Inc, New York, 2001.

46. ประวัติการผลิตพอลิเมอร์ที่มีความสำคัญทางการค้าประวัติการผลิตพอลิเมอร์ที่มีความสำคัญทางการค้า Date Polymer 1930 Styrene-butadiene rubber 1936 Poly(vinyl chloride) 1936 Polychloroprene(neoprene) 1936 Poly(methyl methacrylate) 1936 Poly(vinyl acetate) 1937 Polystyrene 1939 Nylon-6 6 1941 Polytetrafluoroethylene 1942 Unsaturated polyester 1943 Polyethylene, branched 1943 Buthyl rubber 1943 6-Nylon Date Polymer 1943 Silicones 1944 Poly(ethylene terephthalate) 1947 Epoxies 1948 ABS resins 1955 Polyethylene, linear 1956 Polyoxymethylene 1957 Polypropylene 1957 Polycarbonate 1964 Ionomer resins 1965 Polyimides 1970 Thermoplastic elastomers 1970 Aromatic polyamides

47. การจำแนกประเภท (Classification) Polymer Classification Thermal Behavior Original Occurring Tacticity Crystallinity Application Commodity Polymers Natural-/Bio- Polymer Crystalline Polymers Thermoplas tics Isotactic Synthetic Polymers Engineering Polymers Semicrystalline Polymers Syndiotactic Thermosets Amorphous Polymers Atactic

48. การจำแนกประเภท (Classification) • Original Occurring: พอลิเมอร์ชีวภาพ (Natural-/Bio- polymer) และพอลิเมอร์สังเคราะห์ (Synthetic Polymers) • Thermal Behavior: เทอร์โมพลาสติก (Thermoplastics) และเทอร์โมเซต (Thermosets) • Tacticity: Isotactic, Syndiotactic and Atactic

49. การจำแนกประเภท (Classification) • Crystallinity : พอลิเมอร์ผลึก (Crystalline Polymers), พอลิเมอร์กึ่งผลึก (Semicrystalline Polymers), และ พอลิเมอร์อสัณฐาน (Amorphous Polymers) • Application : Commodity Polymers ( PE, PP, PVC etc.) และ Engineering Polymers ( PET, PC, Nylons, Epoxy etc.)

50. การจำแนกประเภท (Classification) • พอลิเมอร์ชีวภาพ (Natural-/Bio-polymer) • Natural-rubber (Polyisoprene) • Cellulose (polysaccharide) • พอลิเมอร์สังเคราะห์ (Synthetic Polymers) • PE, PP, PS, PVC, PMMA, PET, Nylon • Epoxy, Melamine, Phenolic