Otaczające nas tworzywa sztuczne pełnią podstawową role w życiu każdego człowieka. Są obecne niemalże w każdej dziedzinie życia człowieka. Tworzywa sztuczne to materiały, zbudowane z polimerów syntetycznych. Tworzywa sztuczne pełnie wiele bardzo istotnych funkcji. Są na szeroką skalę wykorzystywane. Mogą zastępować takie materiały jak: drewno, metal, ceramika, kauczuk naturalny oraz gutaperka Mogą także stanowić zupełnie nowe materiały, mniemających żadnych naturalnych odpowiedników. Tworzywa sztuczne różnią się pomiędzy sobą właściwościami fizycznymi mechanicznymi oraz chemicznymi. Dziedzina naukowa zajmująca się tworzywami sztucznymi tuz po II wojnie światowej rozwijała się w zawrotnym tempie i rozwija się do dziś. Światowa produkcja tworzyw sztucznych, w czasie ostatnich 60 lat zwiększyła się niemal trzydziestokrotnie. Tworzywa sztuczne mogą być wykorzystane w procesie produkcyjnym części maszyn, osłon kabli elektrycznych, przyrządów, aparatury chemicznej oraz artykułów wykorzystywanych w gospodarstwie domowym, galanterii.

Tworzywa sztuczne są łatwe do formowania oraz barwienia. Do najczęściej stosowanych metod formowania zaliczamy: wtrysk, wytłaczanie, odlewanie, kalandrowanie. Stosowane są także: spiekanie, obróbkę plastyczną, laminowanie oraz zgrzewanie.

Tworzywa sztuczne mogą być wykorzystane w procesie produkcyjnym części maszyn, osłon kabli elektrycznych, przyrządów, aparatury chemicznej oraz artykułów wykorzystywanych w gospodarstwie domowym, galanterii. Są stosowane w stosowane w przemyśle: samochodowym, lotniczym, elektrotechnicznym, elektronicznym, włókienniczym, budowniczym. Wykorzystywane są wyrobie aparatury, narzędzi oraz sprzętu medycznego, szkieł kontaktowych.

Tworzywa sztuczne charakteryzują się mała masą (gęstość ma wartość 1 g/cm3), małą przewodnością cieplną, małą wytrzymałością na rozciąganie, małym modułem elastyczności, są dielektrykami, tylko po dodaniu (ok. 50%) materiałów przewodzących (sadza, pył metaliczny) są w stanie, przewodzić prąd elektryczny. Są przezroczyste, ale także całkowicie nietransparentne. Łatwo formowalne. Tworzywa sztuczne wykazują odporność na substancje chemiczne, wilgoć. Mogą być stosowane w różnorodnej postaci, jako: tworzywa konstrukcyjne, spoiwa, materiały powłokowe, kleje oraz kity, włókna syntetyczne.

Podstawą klasyfikacji tworzyw sztucznych są właściwości użytkowe oraz technologiczne (sposoby przetwarzania) tworzyw sztucznych.

Wyróżniamy:

- tworzywa sztuczne termoplastyczne, czyli poli(chlorek winylu), polietylen polistyren, po ogrzaniu miękną, zaś po oziębieniu ulegają stwardnieniu.

- tworzywa sztuczne chemoutwardzalne (duroplasty). Są twarde, trudnotopliwe o wysokiej odporności mechanicznej. Mogą służyć jako materiały konstrukcyjne (sztuczne metale).

Własności mechaniczne poszczególnych tworzyw sztucznych ulegają zmianie w szerokich zakresie. Wszystko jest uzależnione od rodzaju polimeru oraz ilości środków wspomagających. Ważną cecha tworzyw sztucznych jest wartość modułu sprężystości poprzecznej lub podłużnej. Tworzywa sztuczne możemy podzielić na:

- tworzywa sztuczne miękkie, których modułu sprężystości wzdłużnej ma wartość mniejszą niż 700 MPa;

- tworzywa sztuczne półsztywne, których modułu sprężystości wzdłużnej ma wartość 700 - 7000 MPa;

- tworzywa sztuczne sztywne, których modułu sprężystości wzdłużnej ma wartość większą niż 7000 MPa.

Tworzywa styrenowe to masowo produkowane termoplasty. Polistyren to polimer termoplastyczny o gęstości równej 1,05 g/cm3. Polistyren to tworzywo fizjologicznie obojętne, bez smaku oraz bez zapachu, dosyć twarde, bezbarwne oraz kruche, charakteryzujące się niską temperaturą topnienia. Polistyren wykazuje odporność na działanie kwasów, zasad, alkoholi, węglowodorów nasyconych, olejów mineralnych oraz roślinnych. Może rozpuszczać się w styrenie, benzenie, toluenie, dwusiarczku węgla, dioksanie, cykloheksanie.Polistyren, gdy jest wprowadzony w płomień palnika, to zapala się szybko i może palić się jeszcze nawet po usunięciu źródła ciepła. Pali się żółtopomarańczowym kopcącym płomieniem.

Tworzywa styrenowe możemy podzielić na:

- polistyren homopolimerowy, bez modyfikacji, nazywany jest także polistyrenem zwykłym;

- polistyren modyfikowany butadienem, nazywany polistyrenem wysokoudarowym;

- kopolimer styrenu z akrylonitrylem;

- kopolimer akrylonitrylu, styrenu i butadienu.

Monomer polistyrenu jest styren, powstający przez odwodornienie etylobenzenu. Jest reaktywny, dosyć łatwo ulega polimeryzacji (jonowej, rodnikowej, na katalizatorze). Polimeryzacja rodnikowo-przemysłowa może mieć miejsce w: masie, roztworze, suspensji, emulsji. Ważne jest usuniecie monomeru, który nie przereagował. Ma to miejsce w: próżniowym odgazowywaczu strumieniowym, próżniowym odgazowywaczu rurowym, wytłaczarce z próżniowym odgazowaniem oraz wyparce próżniowej.

Metody otrzymywania polistyrenu:

  1. Polimeryzacja w masie

Polimer ulega rozpuszczeniu w monomerze. Stosujemy inicjatory wolnorodnikowe takie jak: nadtlenek benzolu, AIBN. Uzyskujemy polimer wykazujący dużą czystość. Stosujemy reaktor wieżowy. Proces przebiega w czasie 24 godzin. Temperatura na zakończenie procesu wynosi 220°C. Ma miejsce znaczna polidyspersja. Uzyskujemy polimer o małym ciężarze cząsteczkowym.

  1. Polimeryzacja w masie (termiczna)

Bez użycia inicjatora, ma miejsce niecałkowita konwersja monomeru.

  1. Polimeryzacja w suspensji

Nie ma problemów z odprowadzaniem ciepła. Uzyskujemy polimer o dużym ciężarze cząsteczkowym oraz małej polidyspersji. Zostaje tylko 0,1% monomeru, który nieprzereagował. Stabilizatorem suspensji jest: kaolin, fosforan oraz węglan. Inicjator stanowi mieszanka nadtlenku benzolu oraz nadbenzoesanu butylu.

Przebieg procesy polimeryzacji:

- wstępne przygotowanie surowców, usuwanie inhibitora;

- pierwszy etap polimeryzacji;

- drugi etap polimeryzacji;

- proces oddzielania perełek;

- suszenie.

  1. Polimeryzacja w emulsji

Są wykorzystywane inicjatory: nadsiarczan potasu, amoniak. Proces polimeryzacji trwa około 5-6 godzin. Zostaje tylko 0,5% monomeru, który nieprzereagował. Otrzymujemy polimer o masie równej około

1 000 000 daltonów.

5. Polimeryzacja w roztworze

Sposób ten ma ograniczone zastosowanie. Uzyskujemy polimer o znacznym ciężarze cząsteczkowym. Mamy do czynienia z procesem ciągłym zachodzącym w temperaturze 110-175°C. Po zakończeniu polimeryzacji ma miejsce kosztowne oraz uciążliwe usuwanie rozpuszczalnika, w wyniku wytracenia metanolem i na skutek procesów zachodzących w suszarniach rozpyłowych. W wyniku tego procesu otrzymujemy polimer termoplastyczny liniowy, twardy, amorficzny, kruchy oraz łamliwy, który może rozpuszczać się w  aromatycznych oraz chlorowanych węglowodorach, ketonach oraz estrach, ale jest nierozpuszczalny w węglowodorach alifatycznych, fenolach i alkoholach. Jest dobrym dielektrykiem, jest w stanie przepuścić 90% światła widzialnego, ulega łatwemu przetwarzaniu: prasowanie, wtrysk, wytłaczanie. Polimeryzacja zachodzi na katalizatorze metalocenowym. Polistyren syndiotaktyczny cechuje regularne ulokowanie cząsteczek benzenu po obu częściach łańcucha, zaś polistyren ataktyczny cechuje nieregularne ulokowanie cząsteczek benzenu po obu częściach łańcucha. Polimer uzyskany w ten sposób stosowany jest w: sprzęcie sportowym oraz AGD, opakowaniach kaset wideo oraz CD, zabawkach, materiałach biurowych, opakowaniach produktów spożywczych oraz w pudełkach jubilerskich, wyposażeniach wnętrz.

Polistyren jest znakomitym dielektrykiem. Niczym nie zabarwiony polistyren może przepuszczać światło w 88-90%.

Polistyren jest wykorzystywany do produkcji materiałów elektroizolacyjnych, części lodówek, naczyń, pojemników, zabawek, galanterii, ale także w produkcji pojemników, zabawek, opakowań, sztucznej biżuterii, szczoteczek do zębów, pudełek do płyt CD.

Styropian to polistyren spieniony powstaje w wyniku zmieszania polistyrenu emulsyjnego z proforem w niskiej temperaturze. Następnie ma miejsce wstępne sprasowanie w temperaturze 100-125°C i pod ciśnieniem 10MPa, nadtopienie PS oraz rozkład proforu i proces rozprężania formy. W wyniku zmieszania polistyrenu z proforem nasyconym cieczą (twarde perełki) w pierwszym etapie surowiec jest rozgrzewany w specjalistycznych urządzeniach (spieniarki). Wraz ze wzrostem temperatury ma miejsce mięknienie perełek. W czasie spieniania objętość ulega zwiększeniu 40 - 50 razy. Możliwe jest spienianie perełek do określonej gęstości. Styropian jest bardzo wygodnym budowlanym materiałem izolacyjnym. 98% stanowi powietrze. Właściwości styropianu: doskonałe właściwości izolacyjne w wilgotnym środowisku i niskiej temperaturze, mała gęstość, duża kruchość, nie jest odporny na uderzenia, nie jest szkodliwy dla zdrowia (może się kontaktować z produktami spożywczymi), mała nasiąkliwość wodna, wykazuje odporność na proces starzenia się, odporny bakterie, pleśnie oraz grzyby, ekologiczny, łatwy w obróbce. Występuje dwa rodzaje styropianu: surowy, bez dodatków oraz z dodatkiem.

Jesteśmy w stanie poprawić właściwości polistyrenu metodami chemicznymi oraz fizycznymi. Polistyren modyfikujemy poprzez: kopolimeryzację, dodawanie plastyfikatorów oraz napełniaczy proszkowych lub włóknistych, możemy także dodać elastomery.

Kopolimer styrenu i akrylonitryl (poprawieniu ulega odporność chemiczna i cieplna, stosowany jest w motoryzacji, elektrotechnice oraz jako opakowania), styren i bezwodnik maleinowy ( powstaje w wyniku kopolimeryzacji w masie, charakteryzuje się duża odpornością cieplną, poprawnąpłynnością przetwórczą, stosowany w branży motoryzacyjnej oraz przy produkcji farb oraz lakierów wodorozcieńczalnych.

ABS to połączenie akronitrylum styrenu i butadienu. Charakteryzuje się znakomitymi właściwościami użytkowymi, znaczną sztywnością, odpornością na naprężeniową korozję. Sposoby otrzymywania: zmieszanie kopolimeru butadienu ewentualnie butadienu z kopolimerem styrenu i akrylonitrylu. Ma miejsce szczepienie St-AN na matrycy polimerowej (polibutadienie).