3.1 แผ่นเทอร์โมพลาสติก (thermoplastic sheets)
เทอร์โมพลาสติกจะประกอบไปด้วยพันธะโคเวเลนต์ที่แข็งแรงภายในสายโซ่โมเลกุลที่ยาวและนอกจากนั้นยังมีพันธะระหว่างโมเลกุลที่พันกันดังแสดงในรูปที่ 5
รูปที่ 5 ความยาวของสายโซ่โมเลกุลและการพันกัน : (1) เรซินที่มีสายโซ่โมเลกุลยาว (น้ำหนักโมเลกุลสูง) (2) เรซิ่นที่มีสายโซ่โมเลกุลสั้น (น้ำหนักโมเลกุลต่ำ) (3) เรซินที่มีทั้งสายโมเลกุลสั้นและยาว
ความยาวของสายโซ่และปริมาณการพันกันนี้เป็นปัจจัยกำหนดความแข็งแรงและความยึดหยุ่นของเทอร์โมพลาสติกที่ผลิตได้ ความยาวของสายโซ่โมเลกุลและปริมาณการพันกันนี้เองเป็นกุญแจสำคัญในการะบวนการขึ้นรูปโดยวิธีเทอร์โมฟอร์มมิ่ง ซึ่งขึ้นกับเทคนิคที่เลือกใช้ในการผลิต เราสามารถเลือกใช้วัสดุที่มีปริมาณของการแตกแขนงด้านข้างของสายโซ่โมเลกุลต่างๆ (side branching) ความยาวสายโซ่ต่างๆ (ซึ่งจะเป็นตัวกำหนดน้ำหนักโมเลกุล) และอัตราส่วนต่างๆของพอลิเมอร์ผสมถ้าความยาวของสายโซ่โมเลกุลยิ่งมากน้ำหนักโมเลกุลก็จะยิ่งสูง ดังนั้น ผลิตภัณฑ์ที่ได้จะมีความแข็งหรือความเหนียวที่มากขึ้น แต่ถ้าสายโซ่โมเลกุลสั้นหรือน้ำหนักโมเลกุลต่ำก็จะได้ผลิตภัณฑ์ที่เปราะและแตกง่าย
โดยทั่วไป พอลิเมอร์บริสุทธิ์ (Virgin polymers) จะมีน้ำหนักโมเลกุลสูง แต่อย่างไรก็ตามกระบวนการพอลิเมอร์ไรเซชันที่ต่างกันก็จะให้คุณภาพของวัสดุออกมาต่างกัน
ในระหว่างกระบวนการพอลิเมอร์ไรเซชัน อาจมีมอนอเมอร์บางตัวที่ไม่เข้าไปเกาะติดกับสายโซ่พอลิเมอร์เราเรียกว่า มอนอเมอร์อิสระ (Free monomers) ซึ่งมอนอเมอร์อิสระนี้อาจจะถูกจับอยู่ระหว่างสายโซ่พอลิเมอร์ที่พันกันอยู่ ดังแสดงในรูปที่ 6
รูปที่ 6 ภาพแสดง (1) มอนอเมอร์อิสระ (2) พอลิเมอร์ (3) พอลิเมอร์ที่มีมอนอเมอร์อิสระ
ในระหว่างการขึ้นรูป มอนอเมอร์อิสระนี้ก็ไม่สามารถออกไปได้ทั้งหมดซึ่งเราสามารถสังเกตได้จากกลิ่นของผลิตภัณฑ์พลาสติกที่จะมีกลิ่นที่เรียกว่ากลิ่นพลาสติกอย่างรุนแรง ("Plastic- like" odor) โดยจะแสดงได้ชัดในเทอร์โมพลาสติกที่สังเคราะห์จากสไตรีน
ปริมาณมอนอเมอร์อิสระนี้จะถูกควบคุมโดยผู้ผลิตเรซิ่น และมาตรฐานขั้นต่ำจะถูกกำหนดโดยองค์การอาหารและยา ซึ่งองค์การอาหารและยาของประเทศสหรัฐอเมริกา จะกำหนดว่าพอลิเมอร์ที่เป็นพวกพอลิสไตรีน ควรมีประมาณสไตรีนมอนอเมอร์ที่หลงเหลืออยู่ไม่เกิน 0.5 เปอร์เซ้นต์ต่อน้ำหนัก ซึ่งค่านี้มักจะสูงกว่าที่กำหนดโดยผู้บริโภคในวงการบรรจุภัณฑ์อาหาร โดยค่ามอนอเมอร์อิสระขั้นต่ำ (Low free monomer) ควรอยู่ไม่เกิน 0.1 เปอร์เซ็นต์ต่อน้ำหนักและถ้าค่ามอนอเมอร์อิสระขั้นต่ำมาก (Super-low green monomer) ก็ควรจะมีปริมาณมอนอเมอร์อิสระไม่เกิน 0.05 เปอร์เซ็นต์ต่อน้ำหนัก
บรรจุภัณฑ์พลาสติกที่บรรจุอาหารที่มีไขมันสัตว์อยู่ในปริมาณสูง เข่น เนยจะมีโอกาสที่จะละลายหรือจับกับมอนอเมอร์อิสระหรือโมเลกุลของยางสังเคราะห์ ผลจากปฏิกิริยานี้คือ อาหารนั้นจะมีรสหรือกลิ่นพลาสติกติดไปในกระบวนการขึ้นรูปเทอร์โมฟอร์มมิ่ง ในวงจรการให้ความร้อนจะทำให้อนุมูลอิสระสามารถระเหยออกมา ดังนั้น เครื่องมือในการขึ้นรูปจึงมักมีตัวระบายอากาศเพื่อขจัดกลิ่นที่มาจากพลาสติก
เทอร์โมพลาสติกที่เลือกใช้ในกระบวนการเทอร์โมฟอร์มมิ่งจะเป็นเรซินที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงที่มีการพันกันระหว่างโมเลกุล (Intermolecular entanglements) ที่ดี
เนื่องจากกระบวนการขึ้นรูปเทอร์โมฟอร์มมิ่งนี้ต้องใช้แผ่นพลาสติกที่ขึ้นรูปมาก่อน (Preformed plastic sheet) ยึดและจับไว้เฉพาะที่ขอบ ดังนั้นการยึดออกของวัสดุและการกระจายของเนื้อวัสดุ จึงขึ้นกับโครงสร้างของมันในตอนเริ่มต้น แผ่นเทรอร์โมพลาสติกควรมีน้ำหนักโมเลกุลที่สูง (สายโซ่โมเลกุลยาว) เพื่อให้การดึงยืดออกทำได้โดยไม่เกิดการฉีกขาดก่อนและนอกจากนั้นการมีสายโซ่โมเลกุลยาวจะมีการพันกันระหว่างโมเลกุลที่แข็งแรงที่สุดด้วย ในทางตรงกันข้าม ถ้าสายโซ่โมเลกุลสั้น ลักษณะแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลก็จะมีผลกระทบกับคุณภาพของแผ่นพลาสติกหรือผลิตภัณฑ์พลาสติกที่ได้
การผสมระหว่างพอลิเมอร์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงและต่ำก็สามารถทำได้เพื่อจุดประสงค์ในการปรับปรุงลักษณะของความสัมพันธ์ระหว่างสายโซ่โมเลกุลหรือเพื่อให้สามารถใช้เรซิ่นที่มีคุณภาพต่ำกว่าเพื่อให้ต้นทุนการผลิตต่ำลง โดยอัตราการผสมต้องเหมาะสมเพื่อให้ได้ความสม่ำเสมอของการผลิตในแต่ละครั้ง ซึ่งถ้าวัสดุได้มาจากแหล่งต่างๆ ที่ไม่ซ้ำกันก็อาจให้ผลที่ไม่เหมือนกัน ดังนั้นเพื่อให้ผลที่เหมือนกัน วัสดุควรจะมีแหล่งที่มาแหล่งเดียวกัน
ปัจจัยอีกประการที่มักจะถูกละเลยในกระบวนการเทอร์โมฟอร์มมิ่งคือการเกิดการเสื่อมสภาพ และการแตกหัก (Scission) ของโมเลกุลที่เกิดขึ้น โดยการที่โมเลกุลจะถูกเฉือนระหว่างการตัดเม็ดพลาสติกหรือในระหว่างกระบวนการอัดรีดหรือระหว่างกระบวนการรีไซเคิล (recycling process) ซึ่งการเกิดการเสื่อมสภาพนี้โดยทั่วไปมักจะไม่มากนักขึ้นกับชนิดของผลิตภัณฑ์ ผู้ผลิตทั่วไปมักจะใช้การผสมเศษวัสดุเข้าไปในปริมาณที่จำกัด
กระบวนการสลายและแตกหักของโมเลกุลนี้เป็นกระบวนการสะสม พอลิเมอร์ที่ถูกนำมารีไซเคิลซ้ำไปซ้ำมาจะมีอายุการใช้งานที่ไม่สามารถนำมารีไซเคิลได้อีกต่อไปและจะต้องถูกกำจัดทิ้ง
ผลิตภัณฑ์และชนิดของพอลิเมอร์ที่ขึ้นรูปโดยกระบวนการเทอร์โมฟอร์มมิ่นแสดงดังรูปที่ 7 และปริมาณของพอลิเมอร์แต่ละชนิดที่ใช้ไปในกระบวนการเทอร์โมฟอร์มมิ่งแสดงดังรูปที่ 8
รูปที่ 7 ผลิตภัณฑ์พลาสติกและชนิดของพอลิเมอร์ที่ขึ้นรูปด้วยกระบวนการเทอร์โมฟอร์มมิ่ง
รูปที่ 8 ปริมาณของพอลิเมอร์แต่ละชนิดที่ใช้ในกระบวนการเทอร์โมฟอร์มมิ่งในประเทศสหรัฐอเมริกา
ในปัจจุบัน วัสดุที่เริ่มเข้ามามีบทบาทในกระบวนการขึ้นรูปด้วยเทอร์โมฟอร์มมิ่งคือ พลาสติกชีวภาพ (bioplastic) เช่น PLA PHA และ พอลิเมอร์ผสมที่มีองค์ประกอบของแป้ง
รูปที่ 9 บรรจุภัณฑ์พลาสติกที่ผลิตจากพลาสติกชีวภาพโดยกระบวนการเทอร์โมฟอร์มมิ่ง
