โรงเรียนบ้านเขานิพันธ์

หมู่ที่ 1 บ้านบ้านเขานิพันธ์ ตำบลเขานิพันธ์ อำเภอเวียงสระ จังหวัดสุราษฎร์ธานี 84190

Mon - Fri: 9:00 - 17:30

077-301021

ยาง การค้นพบกระบวนการเปลี่ยนยางให้เป็นวัสดุที่ทนทานพร้อมการใช้งาน

ยาง กู๊ดเยียร์ประสบความสำเร็จเป็นอันดับแรกในปี พ.ศ. 2382 ด้วยการทำให้น้ำยางสุกช้าๆด้วยกำมะถัน ในที่สุดเขาก็ค้นพบกระบวนการนำยางมาเปลี่ยนให้ทนทานในการใช้งานที่แทบจะไร้ขีดจำกัด เขาส่งยางใหม่บางส่วนไปให้พี่เขยซึ่งเป็นผู้ผลิตสิ่งทอ ซึ่งเห็นศักยภาพในทันที โดยนำยางไปใส่ในเสื้อเชิ้ตผู้ชายเพื่อสร้างเอฟเฟ็กต์แบบย้วยหรือย้วยซึ่งเป็นที่นิยมในขณะนั้น กู๊ดเยียร์ยังได้ส่งตัวอย่างไปยังบริษัทยางของอังกฤษ

ในที่สุดชิ้นส่วนบางชิ้นก็ตกไปอยู่ในมือของโทมัส แฮนค็อก ซึ่งเป็นผู้ออกแบบเทคนิคการผลิตแบบใช้กำมะถันของกู๊ดเยียร์แบบย้อนกลับ ในปี พ.ศ. 2386 แฮนค็อกได้ยื่นขอจดสิทธิบัตรสำหรับกระบวนการนี้ ซึ่งปัจจุบันเขาเรียกว่าวัลคาไนซ์ตามชื่อ วัลแคน เทพเจ้าแห่งไฟของโรมัน ในที่สุดความเจริญด้านยางพาราก็เริ่มต้นขึ้นอย่างจริงจังเสียที มีบริษัทใหม่เกิดขึ้นและผลิตภัณฑ์ยางตั้งแต่รองเท้าไปจนถึงผ้าปูที่นอนท่วมตลาด ในปี พ.ศ. 2388 สตีเฟน เพอร์รี และโทมัส บาร์นาบาส ดาฟต์ จากลอนดอน

ได้คิดค้นยางรัดที่ทันสมัยโดยการตัดวงแหวนแคบออกจากท่อยางวัลคาไนซ์ ทุกวันนี้ การผลิตยางรัดก็เกิดขึ้นในลักษณะเดียวกัน ประการแรก คนงานสร้างยางโดยผสมน้ำยางกับสารเคมีต่างๆขึ้นอยู่กับคุณสมบัติความยืดหยุ่นที่ต้องการ จากนั้นจึงบีบสารประกอบยางดิบออกมาเพื่อให้เป็นท่อกลวงยาว สอดปลอกยางนี้ไว้บนท่อกลมที่เรียกว่าแมนเดรล และทำให้วัสดุสัมผัสกับความร้อนและความดันสูง นี่คือกระบวนการหลอมโลหะ ซึ่งช่วยรักษาเนื้อยางและทำให้ยางคงตัวตลอดไป

ยาง

สุดท้าย ตัดแถบยางแคบๆออกจากปลายท่อ ล้างและทำให้แห้ง จากนั้นจึงบรรจุหีบห่อเพื่อจัดส่ง ด้ายยางทำในลักษณะเดียวกัน ยกเว้นว่าตัดจากแผ่นยางแทนท่อ เศษยางธรรมชาติเหล่านี้ส่งไปยังผู้ผลิตสิ่งทอซึ่งทอด้ายยืดด้วยเส้นใยธรรมชาติเป็นผลิตภัณฑ์ยางยืด ผู้ผลิตบางรายยังใช้ด้ายจากวัสดุยืดหยุ่นสังเคราะห์ ไม่ส่งเฮเวียยางยืดสังเคราะห์ การเปลี่ยนน้ำยางเป็นยางที่ใช้งานได้อาจเป็นหนึ่งในความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่ที่สุด รวมถึงของวิทยาศาสตร์

แต่ความก้าวหน้าครั้งสำคัญก็เกิดขึ้นอีกประการหนึ่ง นั่นคือการพัฒนายางสังเคราะห์หรือยางที่มนุษย์สร้างขึ้นจากปิโตรเลียมและแร่ธาตุอื่นๆงานชิ้นนี้ส่วนใหญ่เกิดขึ้นในระหว่างและทันทีหลังสงครามโลกครั้งที่ 2 เมื่อปัญหาการขาดแคลนยางธรรมชาติในช่วงสงครามทำให้รัฐบาลต้องลงทุนในการวิจัยและการพัฒนาที่เหมาะสม การวิจัยและพัฒนาทั้งหมดนี้นำไปสู่การสังเคราะห์ที่สำคัญ 3 ชนิด ได้แก่ ยางบิวทาไดอีน ยางสไตรีน บิวทาไดอีน และโมโนเมอร์เอทิลีน โพรพิลีน

โดยวัสดุทั้งหมดเหล่านี้มีความอ่อนนุ่ม ยืดหยุ่นสูง และยืดหยุ่นได้ และอย่างน้อยในทางทฤษฎีสามารถใช้ทดแทนโดยตรงในผลิตภัณฑ์ที่ปกติทำจาก ยาง ธรรมชาติ และถึงกระนั้น ทั้งหมดยังขาดความต้านทานการดัดงอแบบเดียวกัน นั่นคือความสามารถในการทนทานต่อวงจรการดัดงอจำนวนมากโดยไม่เสียหายหรือเสื่อมสภาพ เหมือนกับของที่ได้มาตามธรรมชาติ แม้ว่าสารสังเคราะห์เหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับยาง รถยนต์ และการใช้งานในอุตสาหกรรมอื่นๆ แต่ก็ได้รับความนิยมน้อยกว่าในกลุ่มผู้ผลิตสิ่งทอ

ซึ่งยังคงชอบเส้นใยที่ตัดจากยางธรรมชาติ ทั้งหมดนี้เปลี่ยนไปในปี 1959 เมื่อนักเคมีของดูปองท์ 2 คนแนะนำเส้นใยสังเคราะห์ที่ทำจากโพลียูรีเทน ซึ่งเป็นเรซินสังเคราะห์ที่หน่วยโพลีเมอร์เชื่อมโยงกันด้วยกลุ่มยูรีเทน คนส่วนใหญ่รู้จักโพลียูรีเทนในฐานะส่วนประกอบหลักของสี สารเคลือบเงา กาว และโฟม แต่เมื่อโพลิเมอร์ถูกทำให้เจือจางแล้วถูกบีบผ่านแผ่นโลหะที่มีรูพรุนเล็กๆโพลิเมอร์ จะก่อตัวเป็นเกลียวของโพลิเมอร์เหลว ซึ่งสามารถนำไปให้ความร้อน และทำให้แห้งเพื่อสร้างเป็นเส้นใยแข็ง

นักเคมีของดูปองท์เรียกเส้นใยเหล่านี้ว่าสแปนเด็กซ์ และบริษัทได้วางตลาดผลิตภัณฑ์ใหม่นี้ในชื่อไลครา โดยกำหนดเป้าหมายไปที่ผู้ผลิต เสื้อผ้าพื้นฐานสำหรับสตรี สแปนเด็กซ์มีคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์สำหรับอุตสาหกรรมสิ่งทอ เส้นใยซึ่งปกติจะมีสีขาวหม่น พร้อมที่จะรับสีย้อม ดูดซับความชื้นได้เล็กน้อยและคงตัวเมื่อซักด้วยเครื่องซักผ้า และอบให้แห้งที่อุณหภูมิปานกลาง แต่คุณสมบัติที่น่าสนใจที่สุดคือความยืดหยุ่นสูง

เส้นใยสแปนเด็กซ์สามารถยืดได้มากกว่าความยาวเดิมหลายร้อยเท่าโดยไม่ขาดและกลับคืนสู่ความยาวเดิมอย่างรวดเร็ว ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับเสื้อผ้าประเภทต่างๆซึ่งโดยปกติแล้วจะมาพร้อมกับเส้นใยสังเคราะห์อื่นๆเช่น ไนลอน หรือเส้นใยธรรมชาติ เช่น ผ้าฝ้าย ตัวอย่างเช่น ชุดกระชับสัดส่วน ทั่วไปอาจมีไนลอน 80 เปอร์เซ็นต์ สแปนเด็กซ์ 18 เปอร์เซ็นต์ และผ้าฝ้าย 2 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเปิดตัวครั้งแรก สแปนเด็กซ์ได้เข้ามาอยู่ในเสื้อผ้าทั่วไปอย่างเสื้อชั้นใน กางเกงรัดรูป และอุปกรณ์ออกกำลังกาย

ปัจจุบัน สแปนเด็กซ์อาจถูกมองว่าเป็นยางยืดสมัยใหม่ ซึ่งเป็นวัสดุโครงสร้างหลักที่พบในเสื้อผ้า 80 เปอร์เซ็นต์ของเสื้อผ้าทั้งหมดที่ชาวอเมริกันซื้อ ผู้ผลิตถักทอมันลงในทุกสิ่ง ตั้งแต่ชุดชั้นในไปจนถึงเสื้อผ้าชั้นนอก รวมถึงการออกแบบที่เป็นนวัตกรรมอย่าง ชุดนอนยีน ซึ่งผสมผสานผ้าสแปนเด็กซ์เข้ากับผ้าฝ้ายเดนิม เพื่อสร้างกางเกงทรงเข้ารูปและโอบรับส่วนเว้าส่วนโค้ง ความยืดหยุ่น มุมเคมีได้เรียนรู้ว่ายางยืดยืดและคืนรูปเดิมได้เพราะมีเส้นใยของยาง หรือวัสดุคล้ายยาง

แต่ทำไมยางถึงทำตัวแบบนั้นในตอนแรก ปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์ทราบแล้วว่ายาง อยู่ในกลุ่มของสารประกอบที่รู้จักกันในชื่ออีลาสโตเมอร์ซึ่งเป็นส่วนผสมของ อีลาสติก และ โพลิเมอร์ โมเลกุลของโพลิเมอร์มีลักษณะเป็นสายยาวของหน่วยซ้ำ หน่วยหรือมอนอเมอร์เหล่านี้เหมือนกันตลอดความยาวของโมเลกุล และเชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์ที่แข็งแรง ในโพลิเมอร์ส่วนใหญ่ อะตอมของคาร์บอนจะสร้างกระดูกสันหลังของโซ่

โพลิเมอร์จำนวนมากมีโมโนเมอร์ขนาดใหญ่เทอะทะ ซึ่งหมายถึงโครงสร้างแต่ละส่วนของการรวมตัวกันของโมเลกุล ทำให้โพลิเมอร์แข็งและไม่ยืดหยุ่นที่อุณหภูมิห้อง พอลิเมอร์ชนิดอื่นมีหน่วยย่อยที่เข้ากันได้ดีจนมีการจัดเรียงตัวของผลึกที่อุณหภูมิปกติ พอลิเมอร์ประเภทนี้ให้พลาสติกและเรซินแก่ จากนั้นมีอีลาสโตเมอร์ ซึ่งมีการจัดเรียงตัวที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง ภายใต้สภาวะปกติ โมเลกุลยาวของอีลาสโตเมอร์จะขดเป็นวงอย่างไม่สม่ำเสมอเหมือนฝูงงูเลื้อย

เมื่อออกแรงกระทำต่อโมเลกุลเหล่านี้ โมเลกุลจะยืดออกไปในทิศทางที่ดึงออกมา ลองนึกภาพฝูงงูทันใดนั้นก็จัดแนว และยืดออกจนสุดความยาวตั้งแต่ต้นจนจบ ทันทีที่ออกแรง โมเลกุลจะกลับสู่การจัดเรียงตัวแบบขดเป็นวงตามปกติโดยธรรมชาติ เส้นแบ่งระหว่าง โพลิเมอร์ พลาสติกและโพลิเมอร์ยืดหยุ่นคืออุณหภูมิที่เรียกว่า อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วหรือ Tg โมเลกุลที่ยืดหยุ่นสูงมีอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วในช่วงติดลบ 195 องศาฟาเรนไฮต์

โมเลกุลแข็งหรือผลึกสามารถมีอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วได้สูงถึง 419 องศาฟาเรนไฮต์ ตัวอย่างเช่น Tg สำหรับโพลีสไตรีน ใช้ในสไตโรโฟม และโพลีเมทิลเมทาคริเลต คือ 212 องศาฟาเรนไฮต์ ยางธรรมชาติเป็นโพลิเมอร์ที่เรียกว่าพอลิไอโซพรีน มันถูกสร้างขึ้นจากหน่วยซ้ำของไอโซพรีน ซึ่งเป็นไฮโดรคาร์บอนที่ประกอบด้วยคาร์บอน 5 อะตอมและไฮโดรเจน 8 อะตอม ในรูปแบบสายโซ่ยาว พอลิไอโซพรีนสามารถมีรูปร่างสามมิติหนึ่งในสี่แบบ

ซึ่งนักเคมีเรียกว่าไอโซเมอร์ ยางธรรมชาติประกอบด้วยไอโซเมอร์เหล่านี้เกือบทั้งหมด ได้แก่ cis 1,4 โพลีไอโซพรีน ดังที่ได้กล่าวไปแล้วว่ายางธรรมชาติมีความเสถียรในช่วงอุณหภูมิที่ค่อนข้างแคบ เมื่อโมเลกุลของไอโซพรีนเริ่มเย็นลง มันจะตกผลึก เมื่อร้อนขึ้น จะเริ่มสูญเสียความยืดหยุ่น และถ้ามันทำปฏิกิริยากับออกซิเจนและโอโซนในชั้นบรรยากาศ โมเลกุลจะเริ่มแตกตัวที่พันธะคู่ระหว่างคาร์บอนกับคาร์บอน ในระหว่างการวัลคาไนซ์ โพลิไอโซพรีน จะถูกทำให้ร้อนด้วยกำมะถัน

ซึ่งทำให้สายโซ่โพลีเมอร์ที่อยู่ติดกันเชื่อมต่อกันผ่านอะตอมของกำมะถัน ก่อตัวเป็นเครือข่ายโมเลกุลแบบหลวมๆ ซึ่งเอาชนะข้อเสียทั้งหมดของยางที่ไม่ผ่านการบำบัด ไม่จำเป็นต้องรู้เรื่องนี้เลยเพื่อที่จะเพลิดเพลินไปกับเสื้อผ้าและเครื่องประดับที่มีส่วนผสมของยางยืด อีกครั้ง เป็นเรื่องดีที่จะคิดว่ายางยืดในแถบคาดเอวของอาจมาจากป่าในอเมริกาใต้ หรือสแปงซ์กระชับสัดส่วน ของการมีอยู่ของนักเคมีโพลิเมอร์สายสลิงจากดูปองท์

นานาสาระ: การศึกษา ให้ความรู้เกี่ยวกับเครดิตพิเศษกับการศึกษาในมหาวิทยาลัย