วิศวกรรมพอลิเมอร์โดยทั่วไปเป็น สาขา วิศวกรรมที่ออกแบบ วิเคราะห์ และดัดแปลง วัสดุ พอลิเมอร์ วิศวกรรมพอลิเมอร์ครอบคลุมแง่มุมต่างๆ ของอุตสาหกรรมปิโตรเคมีการเกิดพอลิเมอร์โครงสร้างและลักษณะเฉพาะของพอลิเมอร์ คุณสมบัติของพอลิเมอร์การผสมและการแปรรูปพอลิเมอร์ ตลอดจนคำอธิบายของพอลิเมอร์หลัก ความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างและคุณสมบัติ และการประยุกต์ใช้งาน

คำว่า “พอลิเมอร์” ถูกนำมาใช้โดยนักเคมีชาวสวีเดน JJ Berzelius เขาถือว่าเบนซีน (C ₆ H ₆ ) เป็นพอลิเมอร์ของอีไทน์ (C ₂ H ₂ ) ต่อมา คำจำกัดความนี้ได้รับการแก้ไขเล็กน้อย^{[ 1 ]}

ประวัติศาสตร์การใช้โพลิเมอร์ของมนุษย์นั้นยาวนานมาตั้งแต่กลางศตวรรษที่ 19 เมื่อมีการดัดแปลงทางเคมีของโพลิเมอร์ธรรมชาติ ในปี 1839 ชาร์ลส์ กู๊ดเยียร์ ค้นพบความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการวิจัยการวัลคาไนเซชัน ของยาง ซึ่งเปลี่ยนยางธรรมชาติให้กลายเป็นวัสดุทางวิศวกรรมที่ใช้งานได้จริง^{[ 2 ]}ในปี 1870 เจ.ดับบลิว. ไฮแอท ใช้การบูรในการทำให้ไนโตรเซลลูโลสอ่อนตัวลงเพื่อผลิตพลาสติกไนโตรเซลลูโลสในระดับอุตสาหกรรม ในปี 1907 แอล. เบคแลนด์ รายงานการสังเคราะห์เรซินฟีนอลเทอร์โมเซตติงชนิดแรก ซึ่งได้รับการพัฒนาเป็นอุตสาหกรรมในช่วงทศวรรษ 1920 ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์พลาสติกสังเคราะห์ชนิดแรก^{[ 3 ]}ในปี 1920 เอช. สแตนดิงเกอร์ เสนอว่าโพลิเมอร์เป็นโมเลกุลสายยาวที่เชื่อมต่อกันด้วยหน่วยโครงสร้างผ่านพันธะโควาเลนต์ทั่วไป^{[ 4 ]}ข้อสรุปนี้วางรากฐานสำหรับการก่อตั้งวิทยาศาสตร์โพลิเมอร์สมัยใหม่ ต่อมา คาโรเธอร์สได้แบ่งพอลิเมอร์สังเคราะห์ออกเป็นสองประเภทใหญ่ๆ ได้แก่ พอลิคอนเดนเซตที่ได้จากปฏิกิริยาพอลิคอนเดนเซชัน และพอลิเมอร์แบบเติมที่ได้จากปฏิกิริยาพอลิแอดดิชัน ในช่วงทศวรรษ 1950 เค. ซีกเลอร์และจี. นัตตาได้ค้นพบตัวเร่งปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันแบบประสานงาน และเป็นผู้บุกเบิกยุคแห่งการสังเคราะห์พอลิเมอร์ที่มีโครงสร้างเชิงสเตอริโอแบบปกติ ในช่วงหลายทศวรรษหลังจากที่แนวคิดเรื่องโมเลกุลขนาดใหญ่ได้รับการวางรากฐาน การสังเคราะห์พอลิเมอร์ระดับสูงได้พัฒนาอย่างรวดเร็ว และพอลิเมอร์ที่สำคัญหลายชนิดได้ถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมอย่างต่อเนื่อง

หลักการแบ่งประเภทของพอลิเมอร์ออกเป็นเทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์และเทอร์โมเซตช่วยในการกำหนดขอบเขตการใช้งานของพอลิเมอร์เหล่านั้น

เทอร์โมพลาสติกหมายถึงพลาสติกที่มีคุณสมบัติอ่อนตัวเมื่อได้รับความร้อนและแข็งตัวเมื่อเย็นตัว พลาสติกส่วนใหญ่ที่เราใช้ในชีวิตประจำวันจัดอยู่ในประเภทนี้ เมื่อได้รับความร้อนจะอ่อนตัวและไหลได้ และเมื่อเย็นตัวจะแข็งตัว กระบวนการนี้สามารถย้อนกลับได้และสามารถทำซ้ำได้ เทอร์โมพลาสติกมีค่าโมดูลัสแรงดึง ค่อนข้างต่ำ แต่ก็มีความหนาแน่นต่ำและคุณสมบัติอื่นๆ เช่นความโปร่งใสซึ่งทำให้เหมาะสำหรับผลิตภัณฑ์สำหรับผู้บริโภคและผลิตภัณฑ์ทางการแพทย์ได้แก่โพลีเอทิ ลี นโพลีโพรพีลีนไนลอนเรซินอะซี ทัล โพ ลีคาร์บอเนตและPETซึ่งทั้งหมดนี้เป็นวัสดุที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย^{[ 5 ]}

โดยทั่วไป อีลาสโตเมอร์หมายถึงวัสดุที่สามารถกลับคืนสู่สภาพเดิมได้หลังจากเอาแรงภายนอกออกไป ในขณะที่วัสดุที่มีความยืดหยุ่นไม่จำเป็นต้องเป็นอีลาสโตเมอร์เสมอไป อีลาสโตเมอร์จะเปลี่ยนรูปได้ภายใต้แรงกดเพียงเล็กน้อย และแรงกดนั้นสามารถคืนตัวกลับสู่สภาพเดิมและขนาดใกล้เคียงกับวัสดุพอลิเมอร์ได้อย่างรวดเร็ว อีลาสโตเมอร์เป็นพอลิเมอร์ที่มีค่าโมดูลัสต่ำมากและแสดงการยืดตัวแบบย้อนกลับได้เมื่อถูกดึง ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่มีค่ามากสำหรับการดูดซับและลดแรงสั่นสะเทือน พวกมันอาจเป็นเทอร์โมพลาสติก (ในกรณีนี้เรียกว่าอีลาสโตเมอร์เทอร์โมพลาสติก ) หรือแบบเชื่อมโยงกัน เช่นเดียวกับผลิตภัณฑ์ยางทั่วไปส่วนใหญ่ เช่นยางรถยนต์ยางที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ยางธรรมชาติยางไนไตรล์โพลีคลอโรพรีน โพลี บิวทาได อี น สไตรีน - บิวทาไดอีนและยางฟลูออริเนต

เรซินเทอร์โมเซตติงถูกใช้เป็นส่วนประกอบหลัก และพลาสติกที่ใช้ในการผลิตผลิตภัณฑ์นั้นเกิดขึ้นจากกระบวนการบ่มแบบเชื่อมโยงโมเลกุลร่วมกับสารเติมแต่งต่างๆ ที่จำเป็น ในระยะแรกของการผลิตหรือการขึ้นรูปจะมีลักษณะเป็นของเหลว และหลังจากบ่มแล้วจะไม่ละลายหรือหลอมเหลวได้อีก พลาสติกเทอร์โมเซตติงที่พบได้ทั่วไป ได้แก่ พลาสติกฟีนอล พลาสติกอีพ็อกซี พลาสติกอะมิโน พลาสติกโพลีเอสเตอร์ไม่อิ่มตัว พลาสติกอัลคิด และอื่นๆ พลาสติกเทอร์โมเซตติงและพลาสติกเทอร์โมพลาสติกประกอบกันเป็นส่วนประกอบหลักสองอย่างของพลาสติกสังเคราะห์ พลาสติกเทอร์โมเซตติงแบ่งออกเป็นสองประเภท ได้แก่ประเภทการเชื่อมโยง โมเลกุลด้วยฟอร์มาลดีไฮด์ และประเภทการเชื่อมโยงโมเลกุลแบบอื่นๆ

วัสดุเทอร์โมเซต ได้แก่เรซินฟีนอลโพลีเอสเตอร์และอีพ็อกซีเรซินซึ่งทั้งหมดนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในวัสดุคอมโพสิตเมื่อเสริมแรงด้วยเส้นใยแข็ง เช่นไฟเบอร์กลาสและอะรามิดเนื่องจากการเชื่อมโยงข้ามทำให้เมทริกซ์พอลิเมอร์เทอร์โมเซตของวัสดุเหล่านี้มีความเสถียร จึงมีคุณสมบัติทางกายภาพที่คล้ายคลึงกับวัสดุทางวิศวกรรมแบบดั้งเดิม เช่นเหล็กอย่างไรก็ตาม ความหนาแน่นที่ต่ำกว่าโลหะมากทำให้เหมาะสำหรับโครงสร้างน้ำหนักเบา นอกจากนี้ยังมีความล้าต่ำกว่าจึงเหมาะสำหรับ ชิ้นส่วน ที่สำคัญต่อความปลอดภัยซึ่งรับแรงกดดันเป็นประจำในการใช้งาน

พลาสติกเป็นสารประกอบพอลิเมอร์ที่เกิดจาก การพอลิเมอไรเซชัน แบบพอลิแอดดิชันและพอลิคอนเดนเซชันสามารถเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบและรูปร่างได้อย่างอิสระ ประกอบด้วยเรซินสังเคราะห์และสารเติมแต่ง พลาสติไซเซอร์ สารทำให้คงตัว สารหล่อลื่น สารให้สี และสารเติมแต่งอื่นๆ^{[ 6 ]}ส่วนประกอบหลักของพลาสติกคือเรซินเรซินหมายถึงสารประกอบพอลิเมอร์ที่ไม่ได้เติมสารเติมแต่งต่างๆ คำว่าเรซินเดิมทีตั้งชื่อตามน้ำมันที่หลั่งออกมาจากพืชและสัตว์ เช่นโรซินและเชลแล็กเรซินคิดเป็นประมาณ 40% - 100% ของน้ำหนักรวมของพลาสติก คุณสมบัติพื้นฐานของพลาสติกส่วนใหญ่ถูกกำหนดโดยธรรมชาติของเรซิน แต่สารเติมแต่งก็มีบทบาทสำคัญเช่นกัน พลาสติกบางชนิดทำจากเรซินสังเคราะห์เป็นหลัก โดยมีหรือไม่มีสารเติมแต่ง เช่นเพล็กซิกลาส โพลีสไตรีน เป็นต้น^{[ 7 ]}

เส้นใยหมายถึงเส้นใยต่อเนื่องหรือไม่ต่อเนื่องของสารชนิดเดียว เส้นใยจากสัตว์และพืชมีบทบาทสำคัญในการรักษาเนื้อเยื่อ เส้นใยถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายและสามารถนำมาทอเป็นเส้นด้าย เส้นด้ายปลาย และเชือกป่านได้ นอกจากนี้ยังสามารถนำมาทอเป็นชั้นเส้นใยเมื่อทำกระดาษหรือผ้าสักหลาดได้อีกด้วย เส้นใยยังนิยมใช้ในการทำวัสดุอื่นๆ ร่วมกับวัสดุอื่นๆ เพื่อสร้างวัสดุผสม ดังนั้นไม่ว่าจะเป็นเส้นใยธรรมชาติหรือเส้นใยสังเคราะห์ เส้นใยก็ล้วนเป็นวัสดุเส้นใย ในชีวิตสมัยใหม่ การประยุกต์ใช้เส้นใยนั้นแพร่หลาย และมีผลิตภัณฑ์ไฮเทคมากมาย^{[ 8 ]}

ยางหมายถึงวัสดุพอลิเมอร์ที่มีความยืดหยุ่นสูงและสามารถคืนรูปได้ มีความยืดหยุ่นที่อุณหภูมิห้องและสามารถเปลี่ยนรูปได้ด้วยแรงภายนอกเพียงเล็กน้อย หลังจากเอาแรงภายนอกออกแล้วก็จะกลับคืนสู่สภาพเดิมได้ ยางเป็นพอ ลิเมอร์ที่ ไม่มีโครงสร้าง ผลึกโดยสมบูรณ์ มี อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะเป็นแก้วต่ำและมีน้ำหนักโมเลกุลสูง มักมากกว่าหลายแสน สารประกอบพอลิเมอร์ที่มีความยืดหยุ่นสูงสามารถแบ่งออกเป็นยางธรรมชาติและยางสังเคราะห์ กระบวนการผลิตยางธรรมชาติสกัดยางจากพืช เช่น ยางจากต้นยางธรรมชาติและยางจากหญ้า ส่วนยางสังเคราะห์เกิดจากการพอลิเมอไรเซชันของโมโนเมอร์ต่างๆ ยางสามารถนำมาใช้เป็นวัสดุที่มีความยืดหยุ่น ฉนวน กันน้ำ และกันอากาศได้

โพลีเอทิลีนที่ใช้กันทั่วไปสามารถจำแนกได้เป็นโพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ (LDPE) โพลีเอทิ ลีนความหนาแน่นสูง (HDPE) และ โพลีเอทิลี นความหนาแน่นต่ำเชิงเส้น (LLDPE) ในบรรดาโพลีเอทิลีนเหล่านี้ HDPE มีคุณสมบัติทางความร้อน ไฟฟ้า และเชิงกลที่ดีกว่า ในขณะที่ LDPE และ LLDPE มีความยืดหยุ่น คุณสมบัติการทนแรงกระแทก และคุณสมบัติการขึ้นรูปฟิล์มที่ดีกว่า LDPE และ LLDPE ส่วนใหญ่ใช้สำหรับถุงพลาสติก ฟิล์มพลาสติก ขวด ท่อ และภาชนะบรรจุ ในขณะที่ HDPE ใช้กันอย่างแพร่หลายในหลากหลายสาขา เช่น ฟิล์ม ท่อ และของใช้ในชีวิตประจำวัน เนื่องจากมีความทนทานต่อตัวทำละลายหลายชนิด^{[ 9 ]}

โพลีโพรพี ลีนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในงานต่างๆ เนื่องจากมีความทนทานต่อสารเคมีและเชื่อมได้ดี มีความหนาแน่นต่ำที่สุดในบรรดาพลาสติกทั่วไป นิยมใช้ในงานบรรจุภัณฑ์ สินค้าอุปโภคบริโภค งานระบบอัตโนมัติ และงานทางการแพทย์ แผ่นโพลีโพรพีลีนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในภาคอุตสาหกรรมเพื่อผลิตถังกรดและสารเคมี แผ่น ท่อ บรรจุภัณฑ์ขนส่งแบบนำกลับมาใช้ใหม่ (RTP) เป็นต้น เนื่องจากมีคุณสมบัติ เช่น ความแข็งแรงดึงสูง ทนต่ออุณหภูมิสูง และทนต่อการกัดกร่อน^{[ 10 ]}

โดยทั่วไปแล้ว วัสดุคอมโพสิตมัก ใช้ในโครงสร้าง โมโนค็อกสำหรับอุตสาหกรรมการ บินและอวกาศ และรถยนต์รวมถึงผลิตภัณฑ์ทั่วไป เช่นคันเบ็ดและจักรยานเครื่องบินทิ้งระเบิดล่องหนเป็นเครื่องบินคอมโพสิตทั้งหมดลำแรก แต่เครื่องบินโดยสารหลายลำ เช่นแอร์บัสและโบอิ้ง 787ก็ใช้วัสดุคอมโพสิตในลำตัวเครื่องบินมากขึ้นเรื่อยๆ เช่นโฟมเมลามีน ที่ไม่ชอบน้ำ ^{[ 11 ]}คุณสมบัติทางกายภาพที่แตกต่างกันของวัสดุคอมโพสิตทำให้นักออกแบบมีอิสระมากขึ้นในการขึ้นรูปชิ้นส่วน ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมผลิตภัณฑ์คอมโพสิตจึงมักดูแตกต่างจากผลิตภัณฑ์ทั่วไป ในทางกลับกัน ผลิตภัณฑ์บางอย่าง เช่นเพลาขับใบพัดเฮลิคอปเตอร์และใบพัดเครื่องบินก็มีลักษณะเหมือนกับชิ้นส่วนโลหะต้นแบบ เนื่องจากความต้องการพื้นฐานด้านการทำงานของชิ้นส่วนเหล่านั้น

พอลิเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพเป็นวัสดุที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในงานด้านชีวการแพทย์และเภสัชกรรมหลายประเภท พอลิเมอร์เหล่านี้ถือว่ามีศักยภาพสูงมากสำหรับอุปกรณ์นำส่งยา แบบควบคุม นอกจากนี้ พอลิเมอร์ที่ย่อยสลายได้ ทาง ชีวภาพยังมีศักยภาพสูงในการจัดการบาดแผล อุปกรณ์เกี่ยวกับกระดูกและข้อ การใช้งานทางทันตกรรม และวิศวกรรมเนื้อเยื่อซึ่งแตกต่างจากพอลิเมอร์ที่ไม่สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ตรงที่ไม่ต้องมีขั้นตอนการกำจัดออกจากร่างกายอีกขั้น พอลิเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพจะสลายตัวและถูกดูดซึมโดยร่างกายหลังจากที่ทำหน้าที่ของมันเสร็จสิ้นแล้ว ตั้งแต่ปี 1960 เป็นต้นมา พอลิเมอร์ที่เตรียมจากกรดไกลโคลิกและกรดแลคติกได้ถูกนำไปใช้ประโยชน์มากมายในอุตสาหกรรมการแพทย์โพลีแลคเตต (PLA)เป็นที่นิยมสำหรับระบบนำส่งยาเนื่องจากอัตราการย่อยสลายที่รวดเร็วและปรับได้^{[ 12 ]}

เทคนิคการใช้เยื่อกรองถูกนำมาใช้ในการแยกสารในระบบของเหลวและก๊าซมานานหลายปีแล้ว และเยื่อกรองพอลิเมอร์เป็นที่นิยมใช้มากที่สุด เนื่องจากมีต้นทุนการผลิตต่ำและปรับเปลี่ยนพื้นผิวได้ง่าย ทำให้เหมาะสำหรับกระบวนการแยกสารต่างๆ พอลิเมอร์มีประโยชน์ในหลายสาขา รวมถึงการประยุกต์ใช้ในการแยกสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ เยื่อ แลกเปลี่ยนโปรตอนสำหรับเซลล์เชื้อเพลิงและตัวดักจับคาร์บอนไดออกไซด์ผ่านเยื่อกรอง

• ปิโตรเลียม / เคมี / แร่ธาตุ / ธรณีวิทยา
• วัตถุดิบและกระบวนการแปรรูป
• พลังงานใหม่
• รถยนต์และอะไหล่
• อุตสาหกรรมอื่นๆ
• เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ / เซมิคอนดักเตอร์ / วงจรรวม
• เครื่องจักร / อุปกรณ์ / อุตสาหกรรมหนัก
• อุปกรณ์/เครื่องมือทางการแพทย์

• วิทยาศาสตร์วัสดุ
• วิทยาศาสตร์พอลิเมอร์
• โพลิเมอร์
• ซิลิโคนเกรดทางการแพทย์
• หมวดหมู่: นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรด้านพอลิเมอร์

• Lewis, Peter Rhys และ Gagg, C, วิศวกรรมโพลิเมอร์ทางนิติวิทยาศาสตร์: เหตุใดผลิตภัณฑ์โพลิเมอร์จึงล้มเหลวในการใช้งาน , Woodhead/CRC Press (2010)
• อาซัว, โฮเซ่ มาเรีย . วิศวกรรมปฏิกิริยาพอลิเมอร์ , สำนักพิมพ์แบล็กเวลล์ (2007).