อะคริลิคคืออะไร

 อะคริลิค บางคนเรียก อะคริลิกพลาสติก (acrylic plastic) หรือพลาสติกอะคริลิค ขณะที่อีกหลายคนเรียกว่า กระจกอะคริลิค (acrylic glass) หรือเรียกย่อๆ แค่แผ่นอะคริลิค แต่ไม่ว่าจะเรียกชื่อแตกต่างกันอย่างไรก็ตาม ทั้งหมดก็หมายถึงพลาสติกชนิดเดียวกันคือ โพลิเมทิลเมทาไครเลต หรือพีเอ็มเอ็มเอ (poly(methyl methacrylate), PMMA) และสูตรเคมีของพลาสติกชนิดนี้คือ C5H8O2

โครงสร้างโมเลกุลของพลาสติกอะคริลิค

หรือโพลิเมทิลเมทาไครเลตเป็นเทอร์โมพลาสติกชนิดหนึ่ง มีชื่อทางการค้าหลายชื่อด้วยกัน เช่น Plexiglas, Lucite, Perspex เป็นต้น พลาสติกชนิดนี้ถูกนำมาประยุกต์ใช้ในงานหลายอย่าง เช่น กระจกใสบนเครื่องบิน ป้ายโฆษณา กระจกตู้ปลา วัสดุทางการแพทย์ เป็นต้น เนื่องจากวัสดุมีสมบัติโดดเด่นในเรื่องความเหนียว (toughness) ความโปร่งใส (transparent) สามารถขึ้นรูปได้ง่าย และเมื่อผนวกกับการมีความหนาแน่นต่ำซึ่งเป็นสมบัติประจำตัวของวัสดุประเภทพลาสติกแล้ว แผ่นพลาสติกอะคริลิค จึงเป็นวัสดุชนิดหนึ่งที่นิยมนำมาใช้แทนแก้วในงานหลายอย่าง

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

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

 การผลิตแผ่นอะคริลิคพลาสติกทำได้ 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 ทั้งนี้พลาสติคอะคริลิคแผ่นบางจะใช้เวลาในการแข็งตัวนานประมาณ 10-12 ชั่วโมง ขณะที่พลาสติกแผ่นหนาต้องใช้เวลาหลายวันกว่าจะแข็งตัวหลังจากแกะแผ่นพลาสติกออกแล้ว แม่พิมพ์จะถูกทำความสะอาดเพื่อเตรียมพร้อมสำหรับการผลิตชุดใหม่

แม่พิมพ์ผลิตแผ่นอะคริลิคพลาสติกเรียงซ้อนกันหลายชั้น

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

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

 การประยุกต์ใช้ อะคริลิค

ตัวอย่างการประยุกต์ใช้อะคริลิคในรูปแบบต่าง ๆ

  ปัจจุบันพลาสติกอะคริลิคถูกประยุกต์ใช้ในงานหลายอย่างไม่ว่าจะเป็นเครื่องประดับ อุปกรณ์สำนักงาน อุปกรณ์ในห้องน้ำ สีทาบ้าน ป้ายโฆษณาหรือป้ายชื่อร้าน และอื่นๆ อีกมากมาย แต่มีการใช้งานบางอย่างที่นำจุดเด่นของพลาสติกมาใช้ได้อย่างลงตัว นั่นคือ

ภาพบ่อกระจกเลี้ยงปลา (ซ้าย) ผนังกระจกอะคริลิค (ขวา)

ภาพปลาที่มองผ่านผนังกระจกบ่อเลี้ยงปลาหนา 8 นิ้วเทียบกับภาพฉลามวาฬที่มองผ่านผนังกระจกอะคริลิค หนา  24 นิ้ว

        กระจกบ่อเลี้ยงปลา  ตู้ปลาส่วนใหญ่มักจะใช้กระจกแก้ว เช่นเดียวกับในบ่อเลี้ยงปลาขนาดใหญ่อย่างในพิพิธภัณฑ์สัตว์น้ำที่ต้องใช้แผ่นกระจกหนามากเพื่อรองรับแรงดันและน้ำหนักของน้ำปริมาณมหาศาล แต่กระจกแก้วมีข้อด้อยสำคัญอย่างหนึ่งคือ ขนาดแผ่นกระจกที่หนาขึ้น จะมีผลให้แสงส่องผ่านได้น้อยลง ทำให้มองเห็นปลาในบ่อไม่ชัดเจนเท่าที่ควร ดังนั้นบ่อเลี้ยงปลาขนาดใหญ่สมัยใหม่จึงเปลี่ยนมาใช้แผ่นอะคริลิคพลาสติกแทนกระจกแก้ว เพราะอะคริลิกมีจุดเด่นเหนือกว่ากระจกแก้วหลายอย่าง เช่น

1.น้ำหนักเบากว่า (พลาสติกอะคริลิค มีความหนาแน่นน้อยกว่าแก้วมากกว่าครึ่ง) ทำให้สามารถเคลื่อนย้ายและติดตั้งได้ง่ายกว่า

อุโมงค์จากอะคริลิคพลาสติกที่ผลิตเสร็จ (ขวาบน) อุโมงค์ค์ใต้น้ำในพิพิธภัณฑ์ (ซ้าย,ขวาล่าง)

2.แสงสว่างสามารถส่องทะลุผ่านพลาสติกอะคริลิคได้มากกว่าแก้ว
3.การเชื่อมต่อแผ่นอะคริลิคพลาสติกสามารถเชื่อมได้ถึงระดับโมเลกุล โดยทาสารเคมีบางชนิด เช่น ไดคลอโรมีเทน (dichloromethane) หรือไตรคลอโรมีเทน (trichloromethane) ลงที่ผิวพลาสติกทำให้พลาสติกอ่อนตัว หรือเหลวก่อนประกบแผ่นอะคริลิคเข้าด้วยกัน วิธีนี้ทำให้พลาสติกสามารถเชื่อมต่อกันได้เป็นเนื้อเดียว และบริเวณรอยต่อจะมีขนาดเล็กมากจนแทบมองไม่เห็น ทำให้ผลงานมีความสวยงามมากกว่า
4.อะคริลิคพลาสติกมีความเป็นฉนวนความร้อนดีกว่าแก้วประมาณร้อยละ 20 จึงช่วยลดค่าใช้จ่ายในด้านพลังงานสำหรับทำความร้อนหรือความเย็นในน้ำได้
ขณะที่จุดด้อยของการใช้อะคริลิคพลาสติกคือ มันมีราคาแพงกว่าแก้ว และเกิดรอยขูดขีดได้ง่ายกว่าแก้ว (แต่สามารถนำอะคริลิคไปเคลือบผิวให้ทนต่อการขูดขีดได้)

แผ่นอะคริลิคพลาสติกใสรองรับแรงกระแทกได้เป็นอย่างดี

สนามกีฬา อะคริลิคพลาสติกสามารถทนทานต่อการกระแทกได้มากกว่าแก้วหลายเท่า จึงมีการใช้กั้นเป็นผนังโปร่งใสในสนามกีฬาฮ็อกกี้น้ำแข็ง ซึ่งนอกจากแผ่นพลาสติกจะช่วยให้ผู้ชมมองเห็นเกมในสนามได้อย่างชัดเจนแล้ว ยังป้องกันผู้ชมจากลูกฮ็อกกี้ที่อาจปลิวขึ้นมาจากสนาม และป้องกันอุบัติเหตุจากการปะทะกันของนักกีฬาระหว่างการแข่งขัน
         อย่างที่กล่าวในเบื้องต้นว่า อะคริลิคพลาสติกสามารถประยุกต์ใช้กับงานได้ค่อนข้างหลากหลาย แต่สำหรับการประยุกต์ใช้พลาสติกใน 2 ตัวอย่างนี้เป็นตัวอย่างการใช้งานที่น่าสนใจ และหลายคนยังไม่ทราบ จึงได้นำมาเล่าสู่กันฟัง

ขอบคุณข้อมูลจาก

ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ