Sulphur monochloride และ Sulphur dichloride MO Memoir : Sunday 2 May 2564

พอลิเมอร์หลายชนิด ไม่ว่าจะเป็นพอลิเมอร์ที่ได้จากธรรมชาติหรือสังเคราะห์ขึ้น ต่างมีหมู่ฟังก์ชันที่มีความว่องไวในการทำปฏิกิริยาอยู่ที่สายโซ่ ตัวอย่างเช่นเซลลูโลส (cellulose) ที่เป็นพอลิเมอร์ของน้ำตาลกลูโคส (glucose) จะมีหมู่ไฮดรอกซิล (-OH hydroxyl) พอลิเอสเทอร์ไม่อิ่มตัว (unsaturated polyester), ยางธรรมชาติ, ยางพอลิไอโซพรีน (polyisoprene) จะมีพันธะคู่ไม่อิ่มตัวระหว่างอะตอมคาร์บอน (พันะธ C=C)

เราสามารถปรับเปลี่ยนคุณสมบัติพอลิเมอร์ที่สายโซ่มีหมู่ฟังก์ชันที่มีความว่องไวในการทำปฏิกิริยาเหล่านี้ได้ด้วยการเลือกสารที่เหมาะสมมาทำปฏิกิริยา การทำปฏิกิริยานั้นอาจเป็นเพียงแค่เปลี่ยนหมู่ฟังก์ชันนั้นเป็นหมู่อื่น เช่นการเปลี่ยนหมู่ -OH ของเซลลูโลสให้กลายเป็นหมู่อะซีเทตเอสเทอร์ (-O-C(O)-CH₃) กลายเป็นเส้นใย cellulose acetate หรือเพิ่มหมู่ไนโตร (-NO₂ Nitro) เข้าไป (กลายเป็น cellulose nitrate) หรือเปลี่ยนเป็นหมู่ฟังก์ชันอื่นเพื่อที่จะทำปฏิกิริยาอื่นต่ออีก (เช่นในกระบวนการ grafting หรือสร้างกิ่ง) หรือทำการเชื่อมต่อสายโซ่พอลิเมอร์เข้าด้วยกันเพื่อให้เกิดการเชื่อมโยงแบบขวาง (ที่เรียกว่า crosslink) เช่นการวัลคาไนซ์ (vulcanisation) ยางธรรมชาติที่ใช้สายโซ่อะตอมกำมะถันทำการเชื่อมต่อระหว่างสายโซ่พอลิไอโซพรีนสองสายโซ่เข้าด้วยกัน โดยกำมะถันจะเข้าไปทำปฏิกิริยากับพันธะ C=C ของสายโซ่โมเลกุลยาง

รูปที่ ๑ ยางธรรมชาติเป็นสายโซ่พอลิเมอร์ที่มีโครงสร้างแบบ cis-1,4-isoprene (ล่าง) เป็นหลัก ในขณะที่ยางสังเคราะห์ที่ผลิตจาก isoprene จะมีโครงสร้างแบบ trans-1,4-isoprene (บน) เป็นหลัก (รูปจาก http://polymerdatabase.com/Polymer%20Brands/Isoprene.html)

สารที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในการวัลคาไนซ์ยางธรรมชาติเห็นจะได้แก่ธาตุกำมะถัน โดยจะทำการผสมยางเข้ากับกำมะถัน (และส่วนผสมอื่น ๆ) ก่อน จากนั้นจึงให้ความร้อนเพื่อเกิดปฏิกิริยา แต่ในระหว่างการผสมก็ต้องระวังไม่ให้อุณหภูมิของสารที่ทำการผสมนั้นเพิ่มสูงจนเกิดปฏิกิริยาได้ (ความร้อนเกิดจากการเสียดสีในระหว่างผสม) การวัลคาไนซ์แบบนี้บางทีก็เรียกว่า hot vulcanisation เพื่อที่จะแยกจากการวัลคาไนซ์อีกแบบที่เรียกว่า cold vulcanisation ที่ใช้อุณหภูมิต่ำกว่า

สารกลุ่มหนึ่งที่ใช้ในการทำ cold vulcanisation คือ sulphur monochloride (Cl-S-S-Cl หรือบางทีก็เรียกว่า disulphur dichloride) และ sulphur dichloride (Cl-S-Cl) การเตรียมสารสองตัวนี้ทำได้หลายวิธี วิธีการหนึ่งที่ทำได้ไม่ยาก (แต่จะได้สารบริสุทธิ์แค่ไหนนั้นอีกเรื่องหนึ่ง) ก็คือการใช้แก๊สคลอรีน (Cl₂ chlorine) ทำปฏิกิริยากับกำมะถันโดยตรง

รูปที่ ๒ ตัวอย่างสิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกาที่กล่าวถึงการใช้ sulphur monochloride หรือ sulphur dichloride เป็นสารเร่งในการวัลคาไนซ์ยางเพื่อให้ได้ยางที่มีคุณสมบัติที่ดีขึ้น

กำมะถันผงหาซื้อได้ทั่วไป ส่วนแก๊สคลอรีนนั้นแม้ว่าจะมีการผลิตใช้ในประเทศ แต่ก็ใช่ว่าคนทั่วไปจะหาซื้อมาใช้ได้ง่าย แต่จะว่าไปมันก็ไม่ยากนั้นที่จะสังเคราะห์ขึ้นใช้เองจากสารเคมีที่หาซื้อได้ในซุปเปอร์มาเก็ต

เรื่องของ sulphur monochloride และ sulphur dichloride นี้เคยเขียนไว้ครั้งหนึ่งในเรื่อง "Electrophilic addition ของอัลคีน (๒)" (Memoir วันเสาร์ที่ ๑๙ กันยายน พ.ศ. ๒๕๕๘) ที่เขียนเรื่องการใช้ประโยชน์สารสองตัวนี้ในการผลิต extreme pressure lubricant และใช้ในการผลิตแก๊สมัสตาร์ด (Cl-CH₂CH₂-S-CH₂CH₂-Cl mustard gas หรือ bis(chloethyl)thioether) ที่เป็นอาวุธเคมี

ด้วยเหตุนี้สารสองตัวนี้จึงถูกจัดไว้ใน EU List ในฐานะสารตั้งต้น (precusor) ในการผลิตอาวุธเคมี (1C350 รายการที่ 51 และ 52)