สารเคมีสำหรับยาง

สารเคมีสำหรับยาง


(Additives for Rubber)

พรทิพย์ ศรีโสภา

คำสำคัญ ยาง สารเคมี

สารเคมีสำหรับยาง หมายถึง สารเคมีต่างๆที่ผสมลงไปในยางเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ยางที่คุณสมบัติตามต้องการ ยางที่ผสมสารเคมีแล้วไม่อาจนำไปใช้งานได้เว้นแต่สารเคมีเหล่านี้จะทำปฏิกิริยากับยางก่อนซึ่งสามารถเร่งได้ด้วยการให้ความร้อน ยางที่ยังไม่เกิดปฏิกิริยากับสารเคมี เรียกว่า ยางไม่คงรูป (Green compound หรือ Uncureed compound) ส่วนยางที่สารเคมีเข้าทำปฏิกิริยากับยางแล้วเรียกว่ายางคงรูป (Vulcanised rubber หรือ Cured rubber)

เนื่องจากเหตุผลในการผสมยางกับสารเคมีมี 4 ประการคือ
1.เพื่อแก้ข้อเสียของยาง
2.เพื่อเป็นตัวช่วยในขบวนการแปรรูปยาง
3.ทำให้ยางมีขอบเขตการใช้งานกว้างขึ้น
4.เพื่อเป็นการลดต้นทุนการผลิต

1. เพื่อแก้ข้อเสียของยาง ซึ่งข้อเสียของยางมีดังนี้คือ

1.1 ยางที่มีคุณสมบัติเป็นทั้งพลาสติก(plastic) และมีอีลาสติค (elastic)สมบัติเป็นพลาสติก(plastic) คือ ความสามารถที่ยางจะพยายามรักษารูปร่างที่ได้เปลี่ยนไปตามแรงกระทำ ส่วนสมบัติเป็นอีลาสติค (elastic) คือความสามารถที่ยางพยายามจะรักษารูปร่างเดิมก่อนที่จะทำให้เปลี่ยนไปตามแรงกระทำ การที่ยางมีสมบัติเป็นทั้งพลาสติคและอีลาสติคนี้ ทำให้ไม่สามารถนำยางไปใช้งานได้โดยตรง

1.2 ยางเป็นเทอร์โมพลาสติก (Thermoplastic) ที่อุณหภูมิต่ำยางจะแข็งกระด้าง แต่เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นยางจะนิ่มหรือเยิ้ม การมีสมบัติเป็นเทอร์โมพลาสติกทำให้ยางใช้งานได้ในช่วงอุณหภูมิที่จำกัด อุณหภูมิสูงประมาณ 60-70 องศาเซลเซียสยางจะนิ่มลง
1.3 ยางมีความแข็งแรงต่ำ ความต้านทานต่อแรงดึงต่ำ และความต้านทานต่อการสึกหรอต่ำ เนื่องจากความหนาแน่นเชื่อมโยงสูง สายโซ่เคลื่อนไหวอย่างจำกัดเนื่องจากเกิดโครงสร้างร่างแหที่แน่น
หนา(Tight network) ทำให้ไม่สามารถเคลื่อนไหวเพื่อกระจายพลังงานที่ได้รับเป็นผลให้ความแข็งแรงของวัสดุต่ำ แตกหักง่าย
1.4 ยางสามารถละลายได้ง่ายในตัวทำละลายหลายชนิดเช่นโทลูอีน คาร์บอนเททระคลอไรด์เป็นต้น

2. เพื่อเป็นตัวช่วยในขบวนการแปรรูปยางปกติยางดิบที่ยังไม่ผสมกับสารเคมีอะไร จะมีสมบัติเหนียวและทำให้ลำบากในการนำไปเข้าขบวนการต่างๆ เช่น การรีดยางให้เป็นแผ่นเรียบจากเครื่องรีดเรียบ (Calender) หรือการทำท่อยาง เส้นยาง จากเครื่องอดั ยางผา่ นได (Extruder) เปน็ ตน้ ขบวนการเหลา่ นจี้ ะแสดงใหเ้ หน็ ถงึ ความผิดปกติ หรือความสม่ำเสมอของยางเมื่อผ่านเครื่องรีดเรียบ และความผิดปกติในการพองตัวของยางเมื่อผ่านเครื่องอัดยางผ่านได แต่หลังจากที่ได้เติมสารเคมีบางชนิด เช่น สารตัวเติม สารช่วยในการแปรรูปยาง จะทำให้ผลิตผลที่ได้จากเครื่องรีดเรียบมีผิวเรียบ และสามารถจะลดปัญหาเกี่ยวกับความไม่สม่ำเสมอของแผ่นยางหรือการพองตัวของท่อยางได้

3.ทำให้ยางมีขอบเขตการใช้งานกว้างขึ้นจากความเหมาะสมในการผสมสารเคมีในยาง จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสมบัติของผลิตภัณฑ์ยางอย่างมาก และผลิตภัณฑ์ที่ได้เหล่านี้จะเปลี่ยนจากอ่อนไปจนถึงผลิตภัณฑ์ที่มีความสามารถในการทนความร้อนเช่น กระเป๋าน้ำร้อน และผลิตภัณฑ์ที่มีความแข็งมาก เช่นเปลือกหม้อแบตเตอรี่ต้องการสมบัติของผลิตภัณฑ์ยางอย่างไร ก็สามารถเลือกชนิดและปริมาณสารเคมีได้ตามวัตถุประสงค์

4.เพื่อเป็นการลดต้นทุนการผลิต

การนำยางมาทำเป็นผลิตภัณฑ์ ถ้าใช้แต่เนื้อยางล้วนๆ จะทำให้ต้นทุนการผลิตสูงสามารถผสมสารอื่นที่มีราคาถูกลงไป เช่น พวกเคลย์ ไวติ้ง จะทำให้ลดต้นทุนการผลิตลงสารที่ใช้ผสมยางเพื่อการผลิตวัตถุสำเร็จรูปยางสารต่างๆที่ใช้สำหรับการผลิตวัตถุสำเร็จรูปยาง อาจจำแนกเป็นพวกๆได้ดังนี้

1. สารทำให้ยางคงรูป หรือสารวัลคาไนซิ่ง (Vulcanising agent) เป็นสารที่ก่อให้เกิดการเชื่อมโยงระหว่างโมเลกุลของยาง (crosslink) ตรงตำแหน่งที่ว่องไวต่อปฏิกิริยาได้แก่สารกำมะถัน สารที่มีส่วนประกอบของกำมะถัน สารเพอร์ออกไซด์

2. สารเร่ง (Accelerator) ได้แก่ สารเร่งการเกิดปฏิกิริยาให้เกิดช้า ปานกลาง หรือเร็วเช่นกัวนีดิน(Guanidine),ไธอาโซล(Thiazole),ซัลฟีนาไมด์(Sulphenamide),ไธยูแรม(Thiuram)

3. สารกระตุ้น หรือ สารเสริมตัวเร่ง(Activator) เป็นสารที่ช่วยเร่งอัตราการวัลคาไนยางให้เร็วขึ้นโดยการทำให้สารเร่งมีความว่องไวต่อปฏิกิริยา เพื่อจะได้เกิดประสิทธิภาพมากขึ้น เร่งอัตราการวัลคาไนยางให้เร็วขึ้น และปรับปรุงสมบัติของผลิตภัณฑ์ให้ดียิ่งขึ้นโดยทำให้ยางมีค่ามอดูลัสสูงขึ้น ได้แก่ กรดสเตียริก(Stearic acid) และซิงค์ออก

ซิงด์ อ๊อกไชด์(Zinc oxide)

4. สารตัวเติม (Filler) เป็นสารอื่นๆที่ไม่ใช่ยางที่ใส่ลงไปในยาง เพื่อลดต้นทุนในการผลิตหรือเพื่อปรับปรุงสมบัติของยางให้ดีขึ้น เช่น พวกเขม่าดำ(Carbon black), แคลเซียมคาร์บอเนต(Calcium Carbonate)
และซิลิกา(Silica)เป็นต้น

5. สารช่วยในการแปรรูปยาง หรือสารพลาสติไซเซอร์ (Plasticiser) เป็นสารทำให้ยางนิ่มสารพลาสติไซเซอร์ (Plasticiser)แบ่งออกเป็น 2 ประเภทดังนี้

1.สารทำให้ยางนิ่มโดยทางเคมี( Chemical Plasticser)เป็นสารเคมีที่เมื่อใส่เข้าไปในยางจะทำให้ยางนิ่มและลดเวลาของการบดยางลงการใช้งานมักใช้กับยางธรรมชาติและยางสังเคราะห์มักใส่สารเคมีประเภทนี้ลงไปในยางเมื่อเริ่มต้นการผสมหรือบดในเครื่องบด 2 ลูกกลิ้งและปล่อยให้สารทำปฏิกิริยากับยางเป็นระยะเวลาสั้นๆก่อนที่จะใส่สารอื่นลงไปได้ แก่ Sulphonic acid,Xylyl mercaptan

2.สารช่วยทำให้ยางนิ่มโดยทางกายภาพ(Physical plasticiser) เป็นสารพลาสติไซเซอร์ที่ใส่เข้าไปแล้วจะทำหน้าที่เป็นตัวหล่อลื่นระหว่างโมเลกุลยางทำให้โมเลกุลของยางเคลื่อนไหวได้ง่าย ยางจะนิ่มลง แปรรูปได้ง่ายขึ้นที่สำคัญได้แก่ น้ำมันปิโตรเลียม น้ำมันเอสเทอร์

6. สารป้องกันยางเสื่อมสภาพ (Protective agent) ได้แก่สารต้านทานปฏิกิริยาออกซิเดชั่น (Antioxidant) หรือสารต้านทานปฏิกิริยาโอโซน (Antiozonant)ซึ่งสารทั้ง 2 ชนิดจะทำให้ยางมีอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์ยางยาวขึ้น

7. สารพิเศษอื่นๆ (Miscellaneous ingredient) ไม่ถือว่าเป็นสิ่งจำเป็นที่จะต้องใช้สำหรับยางทั่วไปแต่บางครั้งจะใส่ลงไปในยางเมื่อมีความต้องการให้ผลิตภัณฑ์ยางมีสมบัติพิเศษบางประการ เช่น สารที่ทำให้เกิดสี(Coloring material) สารที่ทำให้เกิดฟอง(Blowing agent) สารหน่วง(Retarder) เป็นต้น

เอกสารอ้างอิง

วราภรณ์ ขจรไชยกุล. การลดต้นทุนและการปรับปรุงคุณภาพยาง. วารสารยางพารา. พฤษภาคม-
สิงหาคม, 2541, ปีที่ 18 ฉบับที่ 2, หน้า 116-118.


เสาวรจน์ ช่วยจุลจิตร. เอกสารประกอบการสอนวิชาพอลิเมอร์, ภาควิชาวัสดุศาสตร์ คณะวิทยาศาสตร์

,2541. หน้า111-113.

อรอุษา สรวารี. สารเติมแต่งพอลิเมอร์เล่ม 1. กรุงเทพมหานคร: จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย, 2546. หน้า 1-

4.

โครงการฟิสิกส์และวิศวกรรม

โทร 0-201-7166

วันที่ 19 พฤศจิกายน 2547