“พอลิเมอร์-เซรามิกส์” วัสดุวนเวียนในชีวิตประจำวัน

โลกของเรามีความมหัศจรรย์มากมาย บางอย่างอาจจะเป็นเรื่องธรรมดาของคนกลุ่มหนึ่งที่ชินกับเรื่องนั้นๆ แต่อาจจะเป็นเรื่องชวนอัศจรรย์ใจแก่คนอีกกลุ่มหนึ่งด้วยความที่ไม่คุ้นเคย เช่นเดียวกับโลกของวัสดุที่มนุษย์สร้างสรรค์ขึ้นมาซึ่งอาจทำให้เรารู้สึก “ทึ่ง” ในความสามารถของเพื่อนมนุษย์ด้วยกันว่า “คิดได้ไง” วันนี้ผู้จัดการวิทยาศาสตร์จะพาไปรู้จักกับวัสดุที่วนเวียนอยู่รอบๆ ตัวเรา นั่นคือ “พอลิเมอร์” และ “เซรามิกส์”

“พอลิเมอร์” วัสดุตกไม่แตก
ในชีวิตประจำวันของเรา “พอลิเมอร์” (Polymer) ได้เข้ามาเป็นส่วนหนึ่งในการดำรงชีวิต ไม่ว่าจะมองไปทางไหนเราก็จะพบผลิตภัณฑ์ที่ทำมาจากพอลิเมอร์ แต่คนส่วนใหญ่จะคุ้นเคยกับ “พลาสติก” มากกว่า ทั้งที่พลาสติกก็คือพอลิเมอร์ชนิดหนึ่งนั่นเอง การนำพอลิเมอร์มาใช้มีมานานแล้วและยังคงมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องเพื่อให้เหมาะกับการใช้งาน

ในทางวิชาการความหมายของพอลิเมอร์คือสารที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงโดยมีโครงสร้างทางเคมีที่ประกอบด้วยหน่วยย่อยซ้ำ ๆ ของโมเลกุลที่เรียกว่า “เมอร์” (mer) และหากเป็นโมเลกุลที่มี “เมอร์” เพียง 1 หน่วยก็จะเรียกว่า “มอนอเมอร์” (Monomer) ซึ่งสารตั้งต้นของพอลิเมอร์อีกที ทั้งนี้เราพบสารที่เป็นพอลิเมอร์ได้ในธรรมชาติและจากการสังเคราะห์ขึ้นเอง

สำหรับพลาสติกที่เราคุ้นเคยกันก็มีหลายชนิด ซึ่งที่พอจะคุ้นเคยกันและได้ยินติดหูกันก็มีอาทิ “ขวดเพท” ที่ทำมาจากพลาสติกประเภท “เพท” (PET) ซึ่งมีลักษณะใส เหนียว ไม่เปรอะแตกง่ายจึงนิยมนำมาทำเป็นขวดบรรจุน้ำอัดลม น้ำดื่ม น้ำอัดลมหรือน้ำมันพืช และ “พีวีซี” (PVC) ก็เป็นพลาสติกอีกชนิดที่นิยมใช้กันมากเนื่องจากสามารถผลิตให้มีคุณสมบัติตามต้องการได้หลากหลาย เราอาจจะคุ้นเคยกับพีวีซีที่เป็นท่อน้ำหรือท่อหุ้มสายไฟ เนื่องจากมีความแข็งและเหนียว แต่ก็สามารถนำผลิตเป็นขวดสระผมหรือแม้แต่ฟิล์มห่ออาหารได้ด้วยการเติมสารเคมีให้นิ่มลง

ยังมีพลาสติกอีกชนิดซึ่งมีคุณสมบัติที่จะนำไปผลิตเป็นขวดยาสระผมได้ เช่น “พีอี” (PE) ที่มีลักษณะนิ่ม เหนียว ไม่แตก ทนสารเคมีและราคาถูก และยังนำพีอีไปผลิตเป็นถุงพลาสติกได้อีกด้วย ส่วนโต๊ะ เก้าอี้หรือตะกร้าพลาสติกก็ผลิตมาจากพลาสติก “พีพี” (PP) ที่มีลักษณะแข็ง ขุ่นและทนแรงกระแทกได้ดี

อย่างไรก็ดีแม้ว่าพลาสติกจะเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีคุณสมบัติหลากหลาย แต่ความสวยงามเมื่อเทียบกับภาชนะและบรรจุภัณฑ์ต่างๆ ที่ผลิตจากแก้วก็ด้อยกว่ามาก จึงได้มีการพัฒนาพลาสติกชนิด “พีซี” (PC) ที่เหนียว ทนความร้อนและรอยขีดข่วนและ “พีเอ็มเอ็มเอ” (PMMA) ที่ใส เหนียว แต่ไม่ทนร้อนและรอยขีดข่วน พลาสติก 2 ชนิดนี้นำไปใช้เป็นขวดเครื่องสำอางหรือผลิตภัณฑ์ในครัว เช่น แก้วน้ำ เหยือก เป็นต้น แม้ความงามจะยังไม่เทียบเท่าแต่มีรวมคุณสมบัติ “ตกไม่แตก” ก็น่าจะเป็นอีกทางเลือกที่น่าสน

พอลิเมอร์อีกประเภทที่คุ้นเคยกันดีก็คือ “โฟม” ที่เราใช้ในการบรรจุอาหารหรือใช้เป็นวัสดุกันกระแทก ทั้งนี้โฟมก็คือพลาสติกที่มีโพรงอากาศอัดแน่นนั่นเองซึ่งพลาสติกทุกชนิดสามารถนำมาผลิตเป็นโฟมได้ โดยโฟมที่เราเห็นว่าเบานั้นผลิตมาจากเม็ดโฟมที่มีสาร “เพนเทน” (penthane) เมื่อเจอความร้อนสารดังกล่าวจะดันให้เม็ดโฟมขยายได้ถึง 50 เท่า ในการขึ้นรูปโฟมก็มีหลักการง่ายๆ โดยการให้ความร้อนกับเม็ดโฟมทั้งโดยไอน้ำหรือต้มในน้ำเดือด เมื่อเม็ดโฟมขยายจนได้ขนาดที่ต้องการก็นำเม็ดโฟมนั้นไปใส่ในแม่แบบแล้วให้ความร้อนอีกที เม็ดโฟมก็จะขยายจะอัดแน่นในแม่แบบ

ยังมีพอลิเมอร์อีกชนิดที่เราคุ้นเคยในด้านความงามนั่นคือ “ซิลิโคน” ซึ่งเราๆ อาจจะรู้จักในฐานะวัสดุเสริมขนาดหน้าอกหรือเสริมจมูกในการศัลยกรรมความงาม แต่ซิลิโคนยังใช้ในการผลิตเป็นจุกนมสำหรับเด็ก แผ่นเจลรักษาแผลเป็นที่ปูดนูน กาวซิลิโคน ฉนวนหุ้มสายไฟและสายยางได้ สำหรับผู้คิดค้นซิลิโคนคือ ดร.ยูจีน จอร์จ โรเชาว์ (Dr.Eugene George Rochow) ซึ่งผลิตซิลิโคนขึ้นครั้งแรกใน ค.ศ.1943

“เซรามิกส์” วัสดุที่ไม่ทิ้งความเป็นอมตะ
ผลิตภัณฑ์จากเซรามิกส์ก็เป็นวัสดุอีกประเภทที่เราคุ้นเคยและมักเห็นเป็นประจำในเครื่องครัว สำหรับผลิตภัณฑ์เซรามิกส์ในห้องครัวที่เราคุ้นเคยมีด้วยกัน 4 ประเภทหลักๆ คือ เอิร์ทเทนแวร์ (Earthernware) สโตนแวร์ (Stoneware) ปอร์ซเลน (Porcelain) และโบนไชน่า (Bone China) ซึ่งเมื่อแยกประเภทโดยคุณสมบัติโปร่งแสงแล้ว เอิร์ทเทนแวร์และสโตนแวร์จะทึบแสง ส่วนปอร์ซเลนและโบนไชน่าจะโปร่งแสงคือเมื่อนำไปส่องไฟจะเห็นว่าแสงสามารถผ่านได้

เอิร์ทเทนแวร์เป็นเซรามิกส์ที่มนุษย์รู้จักมานับพันปีแล้ว และปัจจุบันเราเห็นกันในรูปหม้อดิน กระถางต้นไม้ รูปปั้นต่างๆ เป็นต้น เซรามิกส์ประเภทนี้มีความพรุนสูง แตกหักง่าย เมื่อใส่อาหารหรือของเหลวจะถูกดูดซึมลงในเนื้อภาชนะ ทำให้มีการสะสมของกลิ่นหรือเชื้อโรคได้จึงควรใช้วัสดุอื่นรองก่อนใส่อาหารหรือของเหลวลงไป อีกทั้งยังไม่ควรใช้กับเครื่องไมโครเวฟเนื่องจากอากาศและน้ำอาจขยายตัวจนระเบิดอย่างรุนแรงได้

สโตนแวร์เป็นเซรามิกส์ที่เนื้อดินหลอมกันแน่นกว่าเอิร์ทเทนแวร์ ไม่เปราะและแตกง่ายเมื่อกระทบกัน สามารถใช้ได้กับเตาอบและไมโครเวฟ แต่ก็ควรจะเลือกที่มีสัญลักษณ์ Oven/Microwave safe เพื่อความปลอดภัย ส่วนความสามารถในการดูดซึมน้ำจะน้อยกว่าเอิร์ทเทนแวร์ เซรามิกส์ประเภทนี้มีกำเนิดในประเภทจีนและซีเรียเมื่อเกือบ 3,000 ปีก่อนศริสต์ศักราช

ปอร์ซเลนเป็นภาชนะที่บาง เบา มีความหรูหราและทันสมัย เนื้อดินมีความแข็งแกร่งมาก ไม่บิ่นและแจฃตกง่ายเมื่อกระทบกัน แสงสามารถผ่านได้เมื่อส่องไฟ มีส่วนผสมของดินขาว เฟลด์สปาร์และควอตซ์ เซรามิกส์ชนิดนี้ถือกำเนิดในประเทศจีนยุคราชวงศ์ถัง ส่วนโบนไชน่าเป็นเซรามิกส์ที่มีความหรูหราเช่นเดียวกับปอร์ซเลนแต่มีส่วนผสมเป็นเถ้ากระดูก ดินขาวและเฟลสปาร์

สำหรับนิยามของเซรามิกส์คือผลิตภัณฑ์ที่เป็นสารประกอบอนินทรีย์และผ่านกระบวนการเผา แต่ปัจจุบันมีเซรามิกส์ที่ไม่ต้องเผาแต่จัดเป็นเซรามิกส์คือ ผง “ไฮดรอกซี อะพาไทด์” (Hydroxyapatite) ซึ่งเป็นเซรามิกส์ที่สังเคราะห์ขึ้นมาเพื่อใช้เป็นวัสดุทดแทนกระดูกโดยไม่ได้ผ่านกระบวนการเผา ดังนั้นกระบวนการเผาจึงเป็นข้อยกเว้นว่าอาจจะมีหรือไม่ก็ได้

การพัฒนาเซรามิกส์มีมาอย่างต่อเนื่องและไม่ได้จำกัดอยู่ที่ผลิตภัณฑ์ในครัวเรือนเท่านั้น แต่ยังพัฒนาเซรามิกส์เพื่อใช้งานอย่างอื่น เช่น “อีโคเซรามิกส” ซึ่งเป็นเซรามิกส์ที่ผลิตมาจากเถ้าแกลบและน้ำทิ้ง อันเป็นผลงานวิจัยของนักวิชาการจากศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ (เอ็มเทค) ซึ่งเซรามิกส์ดังกล่าวมีความแข็งแรงและทนความร้อนได้ที่อุณหภูมิหลายพันองศาเซลเซียสเหมาะแก่การใช้งานในโรงงาน นอกจากนี้ก็ยังมีเซรามิกส์ที่ใช้เทคนิคในการผลิตแผ่นรองวงจรที่ใช้ในวงการอิเล็กทรอนิกส์มาผลิตเป็น “กระดาษเซรามิกส์” ซึ่งช่วยสร้างความหลากหลายให้กับผลิตเซรามิกส์มากขึ้น

นอกจากนี้ "แก้ว" ยังเป็นวัสดุอีกชนิดที่วนเวียนอยู่ในชีวิตประจำวันของเรา แก้วเป็นสารประกอบของซิลิกาและโลหะออกไซด์ ทั้งนี้แก้วมีความใกล้เคียงกับเซรามิกส์เนื่องจากเป็นสารประกอบอนินทรีย์และต้องผ่านการเผาที่อุณหภูมิสูงเช่นเดียวกัน แต่ก็ยังมีความแตกต่างกันคือแก้วจะต้องหลอมก่อนขึ้นรูปในขณะที่เซรามิกส์จะต้องขึ้นรูปก่อน และแก้วจะแข็งตัวโดยไม่ตกผลึก

การแบ่งชนิดของแก้วแบ่งได้หลายวิธีแต่โดยมากนิยมแบ่งตามส่วนประกอบทางเคมี โดยส่วนประกอบหลักๆ ของแก้วคือทรายแก้ว โซดาแอชและหินปูน และอาจจะเติมสารเคมีอื่นๆ เพื่อให้ได้แก้วที่มีคุณสมบัติตามต้องการ ทั้งนี้กว่า 90 เปอร์เซ็นต์ของแก้วที่เราพบเห็นกันทั่วไปคือแก้วโซดาซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ในรูปแก้วน้ำและขวด เป็นต้น และยังมีการนำแก้วไปประยุกต์ใช้ในรูปอื่นๆ อีก เช่น ไฟเบอร์กล๊าสซึ่งเป็นแก้วที่ถูกยืดให้เป็นเส้นๆ ด้วยความร้อนแล้วนำมาสานกันใช้เป็นฉนวนกันความร้อน เป็นต้น

ยังมีวัสดุที่ผลิตจากความคิดอันบรรเจิดของมนุษย์ที่สร้างความสะดวกสบายให้กับชีวิตประจำวันของเรา ลองมองไปรอบๆ ตัวสิ