อะคริลิค แปรรูปอะคริลิค รับทำงานอะคริลิคทุกชนิด คุณภาพสูง ราคายุติธรรม

           

สาระน่ารู้ : อะคริลิกพลาสติก: คู่แข่งกระจกแก้ว

บุญรักษ์  กาญจนวรวณิชย์
ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

         บางคนเรียก อะคริลิกพลาสติก (acrylic plastic) หรือพลาสติกอะคริลิก ขณะที่อีกหลายคนเรียกว่า กระจกอะคริลิก (acrylic glass) หรือเรียกย่อๆ แค่แผ่นอะคริลิก แต่ไม่ว่าจะเรียกชื่อแตกต่างกันอย่างไรก็ตาม ทั้งหมดก็หมายถึงพลาสติกชนิดเดียวกันคือ โพลิเมทิลเมทาไครเลต หรือพีเอ็มเอ็มเอ (poly(methyl methacrylate), PMMA) และสูตรเคมีของพลาสติกชนิดนี้คือ C5H8O2 

โครงสร้างโมเลกุลของอะคริลิกพลาสติกหรือพีเอ็มเอ็มเอ

รู้จักพลาสติกหลายชื่อ
         อะคริลิกพลาสติกหรือโพลิเมทิลเมทาไครเลตเป็นเทอร์โมพลาสติกชนิดหนึ่ง มีชื่อทางการค้าหลายชื่อด้วยกัน เช่น Plexiglas, Lucite, Perspex เป็นต้น พลาสติกชนิดนี้ถูกนำมาประยุกต์ใช้ในงานหลายอย่าง เช่น กระจกใสบนเครื่องบิน ป้ายโฆษณา กระจกตู้ปลา วัสดุทางการแพทย์ เป็นต้น เนื่องจากวัสดุมีสมบัติโดดเด่นในเรื่องความเหนียว (toughness) ความโปร่งใส (transparent) สามารถขึ้นรูปได้ง่าย และเมื่อผนวกกับการมีความหนาแน่นต่ำซึ่งเป็นสมบัติประจำตัวของวัสดุประเภทพลาสติกแล้ว อะคริลิกพลาสติกจึงเป็นวัสดุชนิดหนึ่งที่นิยมนำมาใช้แทนแก้วในงานหลายอย่าง

การพัฒนาอะคริลิก
         อะคริลิกพลาสติกเป็นพลาสติกที่ได้จากการนำโมโนเมอร์ของเมทิลเมทาไครเลต (methyl methacrylate, MMA) มาทำปฏิกิริยาการเกิดโพลิเมอร์ (polymerization) โดย 2 นักเคมีชาวเยอรมันคือ ฟิททิจ (Fittig) และพอล (Paul) สามารถสังเคราะห์โพลิเมทิลเมทาไครเลตได้ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1877 แล้ว แต่การพัฒนาวิธีผลิตให้ได้แผ่นอะคริลิกพลาสติกออกมาต้องรอถึงปี ค.ศ. 1933 เมื่อออทโท เริห์ม (Otto RÖhm) นักเคมีชาวเยอรมันขอจดสิทธิบัตรวิธีผลิตแผ่นพลาสติกใสจากโพลิเมทิลเมทาไครเลตในชื่อทางการค้า Plexiglas  หลังจากนั้นในปี ค.ศ. 1936 จึงมีการผลิตแผ่น Plexiglas ออกจำหน่ายในเชิงพาณิชย์
         ด้วยความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ปัจจุบันสามารถผลิตอะคริลิกพลาสติกได้จากปฏิกิริยาการเกิดโพลิเมอร์หลายแบบ เช่น การเกิดโพลิเมอร์แบบอีมัลชัน (emulsion polymerization) การเกิดโพลิเมอร์แบบบัลก์ (bulk polymerization) เป็นต้น การผลิตอะคริลิกพลาสติกแบบ “แผ่น” มักใช้เทคนิคการเกิดโพลิเมอร์แบบบัลก์ โดยเติมโมโนเมอร์ของเมทิลเมทาไครเลตกับตัวเร่งปฏิกิริยาลงในแม่พิมพ์ (mold) พร้อมกัน

สมบัติที่น่าสนใจของอะคริลิกพลาสติก
1.มีความหนาแน่นประมาณ 1.15-1.19 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร
2.มีจุดหลอมเหลวที่อุณหภูมิ 130-140 องศาเซลเซียส และจุดเดือดที่อุณหภูมิ 200 องศาเซลเซียส
3.มีความทนทานต่อการกระแทก (impact strength) สูงกว่าแก้วและโพลิสไตรีน แต่ต่ำกว่าโพลิคาร์บอเนตและพลาสติกวิศวกรรมชนิดอื่น
4.อะคริลิกพลาสติกมีเนื้ออ่อนจึงเกิดรอยขูดขีดได้ง่าย
5.แสงสว่างสามารถส่องผ่านเนื้อพลาสติกได้ถึงร้อยละ 92 และมีการสะท้อนกลับที่ผิวประมาณร้อยละ 4
6.มีความทนทานต่อสภาพแวดล้อมดีกว่าพลาสติกชนิดอื่นเช่น โพลิคาร์บอเนต จึงนิยมใช้อะคริลิกพลาสติกกับงานกลางแจ้งด้วย
7.อะคริลิกพลาสติกไม่ทนทานต่อตัวทำละลายหลายชนิด

การผลิตแผ่นอะคริลิกพลาสติกทำได้ 2 แบบ คือ
1.การผลิตเป็นชุด (Batch cell bulk polymerization) มีขั้นตอนการผลิตดังนี้
1).การผลิตแผ่นพลาสติกจะใช้แม่พิมพ์เป็นแผ่นแก้วหรือแผ่นโลหะผิวเรียบ 2 แผ่นประกบเข้าด้วยกัน โดยขอบนอกแม่พิมพ์มีลักษณะเป็นกรอบหนาที่ยืดหดได้ ทั้งนี้เนื่องจากว่าในระหว่างการเกิดโพลิเมอร์ เมื่อโมโนเมอร์หรือโมเลกุลเล็กหลายตัวมาเชื่อมกันเข้ากลายเป็นโมเลกุลใหญ่จะทำให้ปริมาตรสารลดลง ดังนั้นกรอบแม่พิมพ์จึงต้องหดตัวตามปริมาตรพลาสติกที่เปลี่ยนไป
2).โมโนเมอร์เหลวของเมทิลเมทาไครเลตกับตัวเร่งปฏิกิริยาถูกปล่อยเข้าไปในแม่พิมพ์ บางครั้งอาจเติมพรีโพลิเมอร์ (prepolymer) ของเมทิลเมทาไครเลตเข้าไปด้วย (พรีโพลิเมอร์เป็นโพลิเมอร์น้ำหนักโมเลกุลต่ำ) เพื่อเร่งกระบวนการผลิตให้เร็วขึ้น
3).เมื่อวัตถุดิบเข้าไปเต็มแม่พิมพ์แล้วปิดแม่พิมพ์ให้สนิท จากนั้นอาจมีการให้ความร้อนแก่แม่พิมพ์เพื่อกระตุ้นตัวเร่งปฏิกิริยาให้เริ่มทำงาน
4).ขณะที่เกิดปฏิกิริยาจะมีการคายความร้อนออกมาจึงต้องระบายความร้อนด้วยการเป่าลม หรือแช่แม่พิมพ์ในน้ำ เพื่อควบคุมการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของของเหลวในแม่พิมพ์ไม่ให้กลายเป็นไอ ซึ่งจะกลายเป็นฟองบนผิวพลาสติกในภายหลัง
5).เมื่อพลาสติกแข็งตัว ผู้ผลิตจะปล่อยให้แผ่นพลาสติกเย็นก่อนจึงถอดออกจากแม่พิมพ์ ทั้งนี้อะคริลิกพลาสติกแผ่นบางจะใช้เวลาในการแข็งตัวนานประมาณ 10-12 ชั่วโมง ขณะที่พลาสติกแผ่นหนาต้องใช้เวลาหลายวันกว่าจะแข็งตัวหลังจากแกะแผ่นพลาสติกออกแล้ว แม่พิมพ์จะถูกทำความสะอาดเพื่อเตรียมพร้อมสำหรับการผลิตชุดใหม่

แม่พิมพ์ผลิตแผ่นอะคริลิกพลาสติกเรียงซ้อนกันหลายชั้น

6).นำแผ่นอะคริลิกพลาสติกไปอบแอนนีล (anneal) ที่อุณหภูมิประมาณ 80 องศาเซลเซียสเป็นเวลาหลายชั่วโมงเพื่อลดความเค้นตกค้าง (residual stress) ในพลาสติกที่อาจทำให้แผ่นพลาสติกบิดงอ หรือเสียรูปร่าง
7).สุดท้ายแผ่นพลาสติกจะถูกตัดแต่งครีบ หรือส่วนที่เกินออก จากนั้นปิดทับแผ่นพลาสติกด้วยกระดาษหรือฟิล์มพลาสติกเพื่อป้องกันสินค้าในระหว่างการขนส่งและการจัดเก็บ

2.การผลิตแบบต่อเนื่อง (Continuous bulk polymerization) มีขั้นตอนคล้ายการผลิตเป็นชุด แต่ใช้เวลาในการผลิตน้อยกว่า และใช้ผลิตแผ่นอะคริลิกพลาสติกขนาดบาง
1) การผลิตแผ่นอะคริลิกพลาสติกแบบนี้ แม่พิมพ์มีลักษณะเป็นสายพานเหล็กกล้าซ้อนกัน 2 ชั้นโดยเว้นช่องห่างกันเล็กน้อยซึ่งระยะห่างระหว่างชั้นแผ่นเหล็กจะเป็นตัวควบคุมความหนาของแผ่นพลาสติก
2) โมโนเมอร์เหลวกับตัวเร่งปฏิกิริยาจะถูกฉีดเข้าไปในช่องว่างระหว่างแผ่นเหล็ก และสายพานเหล็กที่บรรจุสารแล้วจะเลื่อนผ่านชุดอุปกรณ์ให้ความร้อน และระบายความร้อนสลับกันไปเพื่อให้ปฏิกิริยาเคมีเกิดอย่างสมบูรณ์
3) หลังจากพลาสติกถูกนำออกจากแม่พิมพ์ จะถูกนำไปอบแอนนีลเพื่อลดความเค้นตกค้างในแผ่นพลาสติก
4) แผ่นพลาสติกที่ผ่านการอบแล้วจะถูกตัดให้ได้ขนาดตามต้องการ และปิดผิวด้วยกระดาษหรือฟิล์มพลาสติกเพื่อปกป้องกันตัวสินค้าจากการขนย้าย

การประยุกต์ใช้

   

ตัวอย่างผลิตภัณฑ์อะคริลิกบางชนิดที่อยู่ใกล้ตัวมาก

         ปัจจุบันอะคริลิกพลาสติกถูกประยุกต์ใช้ในงานหลายอย่างไม่ว่าจะเป็นเครื่องประดับ อุปกรณ์สำนักงาน อุปกรณ์ในห้องน้ำ สีทาบ้าน ป้ายโฆษณาหรือป้ายชื่อร้าน และอื่นๆ อีกมากมาย แต่มีการใช้งานบางอย่างที่นำจุดเด่นของพลาสติกมาใช้ได้อย่างลงตัว นั่นคือ

  

ภาพปลาที่มองผ่านผนังกระจกบ่อเลี้ยงปลาหนา 8 นิ้วเทียบกับภาพฉลามวาฬที่มองผ่านผนังกระจกอะคริลิกหนา 60 เซนติเมตร (~24 นิ้ว)


         กระจกบ่อเลี้ยงปลา  ตู้ปลาส่วนใหญ่มักจะใช้กระจกแก้ว เช่นเดียวกับในบ่อเลี้ยงปลาขนาดใหญ่อย่างในพิพิธภัณฑ์สัตว์น้ำที่ต้องใช้แผ่นกระจกหนามากเพื่อรองรับแรงดันและน้ำหนักของน้ำปริมาณมหาศาล แต่กระจกแก้วมีข้อด้อยสำคัญอย่างหนึ่งคือ ขนาดแผ่นกระจกที่หนาขึ้น จะมีผลให้แสงส่องผ่านได้น้อยลง ทำให้มองเห็นปลาในบ่อไม่ชัดเจนเท่าที่ควร ดังนั้นบ่อเลี้ยงปลาขนาดใหญ่สมัยใหม่จึงเปลี่ยนมาใช้แผ่นอะคริลิกพลาสติกแทนกระจกแก้ว เพราะอะคริลิกมีจุดเด่นเหนือกว่ากระจกแก้วหลายอย่าง เช่น

1.น้ำหนักเบากว่า (อะคริลิกพลาสติกมีความหนาแน่นน้อยกว่าแก้วมากกว่าครึ่ง) ทำให้สามารถเคลื่อนย้ายและติดตั้งได้ง่ายกว่า

 

อุโมงค์จากอะคริลิกพลาสติกที่ผลิตเสร็จ (ซ้าย) อุโมงค์ค์ใต้น้ำในพิพิธภัณฑ์ (ขวา)

2.แสงสว่างสามารถส่องทะลุผ่านอะคริลิกพลาสติกได้มากกว่าแก้ว
3.การเชื่อมต่อแผ่นอะคริลิกพลาสติกสามารถเชื่อมได้ถึงระดับโมเลกุล โดยทาสารเคมีบางชนิด เช่น ไดคลอโรมีเทน (dichloromethane) หรือไตรคลอโรมีเทน (trichloromethane) ลงที่ผิวพลาสติกทำให้พลาสติกอ่อนตัว หรือเหลวก่อนประกบแผ่นอะคริลิกเข้าด้วยกัน วิธีนี้ทำให้พลาสติกสามารถเชื่อมต่อกันได้เป็นเนื้อเดียว และบริเวณรอยต่อจะมีขนาดเล็กมากจนแทบมองไม่เห็น ทำให้ผลงานมีความสวยงามมากกว่า
4.อะคริลิกพลาสติกมีความเป็นฉนวนความร้อนดีกว่าแก้วประมาณร้อยละ 20 จึงช่วยลดค่าใช้จ่ายในด้านพลังงานสำหรับทำความร้อนหรือความเย็นในน้ำได้
ขณะที่จุดด้อยของการใช้อะคริลิกพลาสติกคือ มันมีราคาแพงกว่าแก้ว และเกิดรอยขูดขีดได้ง่ายกว่าแก้ว (แต่สามารถนำอะคริลิกไปเคลือบผิวให้ทนต่อการขูดขีดได้)

แผ่นอะคริลิกพลาสติกใสรองรับความรุนแรงแบบนี้ได้เป็นอย่างดี

         สนามกีฬา อะคริลิกพลาสติกสามารถทนทานต่อการกระแทกได้มากกว่าแก้วหลายเท่า จึงมีการใช้กั้นเป็นผนังโปร่งใสในสนามกีฬาฮ็อกกี้น้ำแข็ง ซึ่งนอกจากแผ่นพลาสติกจะช่วยให้ผู้ชมมองเห็นเกมในสนามได้อย่างชัดเจนแล้ว ยังป้องกันผู้ชมจากลูกฮ็อกกี้ที่อาจปลิวขึ้นมาจากสนาม และป้องกันอุบัติเหตุจากการปะทะกันของนักกีฬาระหว่างการแข่งขัน
         อย่างที่กล่าวในเบื้องต้นว่า อะคริลิกพลาสติกสามารถประยุกต์ใช้กับงานได้ค่อนข้างหลากหลาย แต่สำหรับการประยุกต์ใช้พลาสติกใน 2 ตัวอย่างนี้เป็นตัวอย่างการใช้งานที่น่าสนใจ และหลายคนยังไม่ทราบ จึงได้นำมาเล่าสู่กันฟัง

แหล่งข้อมูลอ้างอิง
http://en.wikipedia.org/wiki/Acrylic_glass
http://www.madehow.com/Volume-2/Acrylic-Plastic.html
http://www.wisegeek.com/what-is-the-difference-between-acrylic-and-glass-aquariums.htm
http://pslc.ws/macrog/kidsmac/pmma.htm
http://en.wikipedia.org/wiki/Okinawa_Churaumi_Aquarium

Visitors: 651,686