วัสดุ TPU ที่ถูกนำมาใช้ประโยชน์ใกล้ตัวเรา ถูกแบ่งออกเป็น ประเภท Ester และ ประเภท Ether โดยในแต่ละประเภทต่างมีทั้งข้อดีข้อเสียของตน ในบทความนี้จะกล่าวอธิบายถึงวัสดุทั้งสองประเภท รวมไปถึงจะอธิบายเกี่ยวกับกระบวนการไฮโดรไลซิส และสาเหตุของการซีดเหลืองที่เป็นข้อเสียของ TPU
ความแตกต่างระหว่างประเภท Ester และ ประเภท Ether
ก่อนอื่นเรามาทำความเข้าใจชนิดของวัสดุกันก่อน TPU เป็นวัสดุที่สามารถแบ่งตามโครงสร้างโมเลกุลทางเคมี เป็น ประเภท Ester และ ประเภท Ether ซึ่งล้วนแล้วแต่ผลิตจากวัตถุดิบที่เรียกว่า “พอลีออล” ทั้งคู่ต่างมีลักษณะเฉพาะที่ค่อนข้างคล้ายกัน แต่มีคุณสมบัติบางอย่างที่แตกต่าง สรุปได้ดังนี้
วัสดุ TPU ประเภท Ester
วัสดุประเภทนี้ทำมาจาก พอลีออลประเภทพอลีเอสเทอร์ มีคุณสมบัติคือแข็งแกร่งทนทาน ทนแรงเสียดสี ทนความร้อนทนน้ำมัน สามารถลดต้นทุนการผลิตให้ต่ำได้ แต่ในทางตรงกันข้ามจะไม่ทนต่อปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส
วัสดุ TPU ประเภท Ether
วัสดุประเภทนี้ทำมาจาก พอลีออลประเภทพอลีอีเทอร์ มีคุณสมบัติ คือ ทนต่อปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส ทนอุณหภูมิต่ำ ทนสนิม แต่ในทางตรงกันข้าม ความแข็งแกร่งจะด้อยกว่า ประเภท Ester
TPU ประเภท Esther มีคุณสมบัติที่ดีมากในการทนแรงเสียดสีและแรงกระแทก สามารถนำไปใช้ได้หลากหลาย อาทิ ชิ้นส่วนยานยนต์ พื้นรองเท้า ฟิล์มกันหน้าจอโทรศัพท์ ส่วนวัสดุประเภท Ether เนื่องจากทนการขึ้นราได้ดี ทนทั้งกรดและด่าง จึงถูกนำไปใช้ทางการแพทย์อย่างแพร่หลาย ถือได้ว่าเป็นดึงลักษณะเฉพาะที่ดีของ TPU ออกมาใช้ได้อย่างเหมาะสม
ข้อเสียของ TPU กระบวนการไฮโดรไลซิส และสาเหตุของการซีดเหลือง
ลำดับต่อไปจะได้อธิบายถึงข้อเสียของ TPU กระบวนการไฮโดรไลซิส และสาเหตุของการซีดเหลือง ทั้งนี้ ไม่ว่าจะเป็นวัสดุประเภท TPU หรือ พอลียูริเทน ต่างก็มีโอกาสที่จะเกิดกระบวนการไฮโดรไลซิส และการซีดเหลืองได้ง่าย สาเหตุเกิดมาจากโครงสร้างโมเลกุลในตัวของมันเอง เนื่องจาก ห่วงโซ่โมเลกุลมีการจับตัวหลวมๆ เมื่อโดนแสง (หรือรังสีอัลตร้าไวโอเล็ต) หรือออกซิเจนจากภายนอก จะทำให้โมเลกุลแตกตัวได้ง่าย อุณหภูมิที่หลอมละลายก็ต่ำ หากโดนความร้อนจะทำให้เสียรูปทรงได้ง่าย ด้วยเหตุนี้ทำให้เกิดกระบวนการไฮโดรไลซิส และสาเหตุของการซีดเหลืองได้ง่ายยิ่งขึ้นนั่นเอง
TPU กับปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส และความสัมพันธ์ความชื้นเปียก
จากที่ได้อธิบายเกี่ยวกับ TPU ประเภท Ester และ ประเภท Ether มาแล้วว่า “วัสดุ TPU ประเภท Ether ทนต่อปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส” ความแตกต่างนี้เกิดจากอะไร? เราลองมาดูโครงสร้างโมเลกุลและสูตรเคมีกัน
ในโครงสร้างสูตรเคมีของ การรวมตัวของโมเลกุลมีส่วนของ (-COO-) ที่แสดงถึงโครงสร้างโมเลกุล ซึ่งก็คือ (-COO-) ที่ทำปฏิกิริยากับ H2O ได้ผลลัพธ์ออกมาเป็นกรด (-COOH) และกับแอลกอฮอลล์ (-OH) กระบวนการทางเคมีนี้เรียกว่า ไฮโดรไลซิส ถึงแม้ว่าตัว TPU จะไม่ได้สัมผัสกับน้ำโดยตรง แต่ในอากาศมีส่วนประกอบของน้ำอยู่ เมื่อทำปฏิกิริยากับอากาศแล้วจึงการกระบวนการดังกล่าวขึ้น
สูตรเคมี
-COO- (โมเลกุลเอสเตอร์) + H2O (น้ำ) → -COOH (กรด) + –OH (แอลกอฮอล์)
ในขณะที่โครงสร้างโมเลกุลของ ประเภท Ether แม้ว่าจะมีโมเลกุลที่รวมตัวเป็น (-O-) แต่เนื่องด้วยสภาพโครงสร้างแบบนี้ มีผลกระทบจากน้ำได้น้อยมาก ดังนั้นจึงเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสได้ยาก
TPU กับรังสีอัลตร้าไวเล็ต
เรามาดูจุดอ่อนอีกข้อของ TPU คือ การซีดเหลือง การที่ TPU เปลี่ยนสีเป็นสีเหลือง หรือสีซีดได้ อันเนื่องมาจาก รังสีอัลตร้าไวโอเล็ต อากาศ และสารเคมี เป็นต้น ในผลกระทบที่ยกตัวอย่างมานี้ แสงแดดถือว่าเป็นสิ่งที่ส่งผลกระทบได้ง่ายที่สุด โดยทั่วไปแล้ว TPU คือเมทิลีนไดฟีนิลไดไอโซไซยาเนต (methylene diphenyl diisocyanate: MDI) อย่างที่ได้อธิบายไปแล้วว่าวัตถุดิบทำมาจาก พอลิเอสเทอร์ พอลีออล ที่เป็นวัตถุดิบหลัก 2 ชนิด ส่วนที่เรียกว่า MDI นี้เมื่อโดนแสงแดดจะทำปฏิกิริยาแปรสภาพเป็นกรดส่งผลให้สีเปลี่ยนเป็นเหลือง ในลำแสงมีพลังงานที่เรียกว่า “การก่อให้เกิดการแตกตัวของโมเลกุล” และด้วยกระบวนการแตกตัวนี้ โครงสร้างภายในวัสดุจึงเกิดการแตกตัว โมเลกุลถูกตัดขาด เป็นสาเหตุของการเปลี่ยนเป็นสีเหลืองนั่นเอง
ในบทความนี้ก็ได้อธิบายเกี่ยวกับวัสดุ TPU ประเภท Ester และแบบ Ether ตลอดจนได้อธิบายกระบวนการไฮโดรไลซิส และสาเหตุของการซีดเหลืองไปเรียบร้อยแล้ว อย่างไรก็ตาม การปรับเปลี่ยนประยุกต์สูตรวัตถุดิบ หรือวิธีการผสม อาจช่วยแก้ปัญหา และเพิ่มความสามารถของวัสดุในการทนต่อปฏิกิริยาเปลี่ยนสีดังกล่าวได้ดีขึ้น ยกตัวอย่างเช่นการผสมสารสเตบิไลเซอร์ อาจช่วยยกระดับคุณสมบัติขึ้นได้ หรืออย่างการเปลี่ยนชนิดของพอลีออล ก็ช่วยได้เช่นกัน ซึ่งได้ผ่านทดลองพิสูจน์มาแล้ว
วัสดุ TPU นี้ เป็นวัสดุที่เมื่อมีการสลับส่วนผสมจะช่วยเพิ่มความหลากหลายของการนำไปใช้ได้มากยิ่งขึ้น จากนี้ไปเราจะลงบทความที่เกี่ยวกับวัสดุ TPU นี้ให้ได้อ่านกันต่อไป
