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.

W ostatnich latach rola tworzyw sztucznych wzrosła. Nagła rezygnacja ze stosowania ich spowodowałaby trudności. Tworzywa sztuczne są stosowane na szeroka skalę w różnych dziedzinach życia człowieka.

W większości tworzywa sztuczne to polimery. Reakcja polimeryzacji to reakcja cząstek zwanych monomerami. W wyniku tej reakcji chemicznej powstają związki zwane polimerami. Proces polimeryzacji uzależniony jest od panującego ciśnienia, temperatury, ilości oraz rodzaju stosowanego inicjatora i katalizatora. Dzięki polimeryzacji jesteśmy w stanie otrzymać wielocząsteczkowe substancje. Nie wydzielają się produkty uboczne. Reakcja polikondensacji to reakcja funkcyjnych grup monomerów. W trakcie tego procesu wydziela się pewna ilość substancji (chlorowodór, woda, amoniak) oraz tworzy makrocząsteczka. Polimery mogą także ulec reakcji sieciowania. W czasie tej reakcji polimer ogrzewamy z odpowiednim utwardzaczem. Łańcuchy polimerowe łączą się i powstaje gigantyczna cząsteczka.

Dzięki polimeryzacji jesteśmy w stanie otrzymać wielocząsteczkowe substancje, takie jak: polietylen, teflon, polistyren, kauczuk syntetyczne. Polimer to związek składający się z mniejszych elementów, które powtarzają się co pewien czas (grupy atomów, mery). Monomer jest substratem, substancją, z której wytwarzany jest polimer. Monomer jest związkiem trwałym. Proces polimeryzacji może zajść dopiero wtedy, gdy monomer jest zaktywowany przez wolnych rodniki, które są wprowadzane do środowiska reakcyjnego. Rodniki powstają w układzie inicjatorów, np. nadtlenki organiczne, ewentualnie powstają w wyniku naświetlania promieniami ultrafioletowymi. Możliwa jest także zainicjowanie polimeryzacji określonymi katalizatorami.

Występują zarówno polimery naturalne (celuloza, białka), jak i polimery sztuczne (nylon, teflon, polietylen).

W większość polimery to związki pochodzenia organicznego. Występują jednak także polimery pochodzenia nieorganicznego (azbest).

Substancje wielkocząsteczkowe występują w przyrodzie (włókna bawełny), które są wykorzystywane w branży włókienniczej. Tworzywem naturalnym jest kauczuk. Kauczuk jest jednym z najważniejszych naturalnych polimerów wykorzystywanych na wiele sposobów przez człowieka. Kauczuki naturalne, to związki, których podstawowym składnikiem jest alken (węglowodór nienasycony) o budowie łańcuchowej (cis-poli(1,4-izopren) - (C5H8)n gdzie n>10000). Są uzyskiwane z lataksu (soku mlecznego) drzew uprawianych na plantacjach krajów tropikalnych, w szczególności są to rejony południowo- wschodniej Azji.

Innym polimerem naturalnym jest celuloza. Celuloza to polisacharyd (wielocukier), podstawowy materiał tkanki roślinnej, tworzący zrąb ściany komórkowej roślin. Słoma i trzcina zawierają jej ok. 36%, drewno: 41-56%, włókna roślinne ok. 90. Celuloza jest surowcem wykorzystywanym w przemyśle włókienniczym i papierniczym. Jest też substancją wyjściową do otrzymywania wielu surowców chemicznych, np. nitrocelulozy służącej do wyrobu tworzyw sztucznych i materiałów wybuchowych oraz acetylocelulozy, z której wyrabia się tworzywa sztuczne i sztuczny jedwab.

Celuloza jest stosowana w postaci naturalnej (drewno, włókna przemysłowe), częściowo zmodyfikowanej (papier, pergamin, fibra) lub całkowicie zmienionej (celofan, włókno wiskozowe) wskutek pozbawienia jej pierwotnej struktury włóknistej (celuloza rodzima jest nietopliwą białą masą włóknistą, nierozpuszczalną w rozpuszczalnikach organicznych). Pochodne celulozy (etery i estry) są stosowane jako włókna, kleje, lakiery, zagęszczacze, tworzywa sztuczne. W roku 1845 Christian Friedrich Schónbein odkrywa nitrocelulozę. Zastosowanie praktyczne miały roztwory nitrocelulozy. W wyniku rozpuszczeniu jej w alkoholu etylowym i eterze etylowym otrzymano kolodium. Następnie po odparowaniu rozpuszczalników otrzymujemy błonę, która jest wykorzystywana przy drobnych skaleczeniach.

W roku 1870 J. Hyatt odkrywa celuloid. Celuloid to mieszanina azotanu celulozy oraz kamfory. To ciało stałe, bardzo elastyczne, przezroczyste. Ulega zżółknięciu w wyniku działania światła. Nie wykazuje odporności na ścieranie. To tworzywo łatwo palne, nieodporne na działanie temperatury i czynników chemicznych (rozpuszcza się w wielu rozpuszczalnikach. Łatwo ulega zadrapaniu i zarysowaniu. Należy zachować ostrożność w czasie obróbki mechanicznej. Celuloid może być polerowany woskiem, ale także może być zanurzony w acetonie. Temperatura jego kształtowania w formy ma wartość 70-110°C. Celuloid może być wykorzystywany:

- w produkcji zabawek;

- w produkcji galanterii;

- jako przyrząd pomiarowy;

- jako przybory kreślarskie;

- jako szkło bezodpryskowe.

Ch. Cros oraz E. Bevan w roku 1892 otrzymują celofan. To przezroczyste tworzywo mające właściwości błony półprzepuszczalnej.

.

Pierwszym całkowicie sztucznym tworzywem był bakelit. To fenoplast. Nazwa tworzywa wywodzi się od nazwiska naukowca - odkrywcy Leo Hendrika Baekelanda. Tworzywami bardzo podobnymi do fenoplastów są aminoplasty. Zarówno fenoplasty, jak i aminoplasty są na szeroką skale produkowane.

Kolejnym etapem w technologii tworzyw sztucznych była polimeryzacja węglowodorów. Uzyskano polietylen, polipropylen, polistyren, polichlorek winylu. Tworzywa te charakteryzują się dobrymi właściwościami dielektrycznymi oraz mechanicznymi. Wykazują odporność na chemikalia.

Teflon został odkryty przez amerykańskiego naukowca Roya Plunketta roku 1938. Tak jak w większości odkryć, był to czysty przypadek. Badacz ten prowadził badania nad substancjami, które mogą być wykorzystane w chłodzeniu lodówek. Związek ten jest dosyć trudny w obróbce, ale początkowo był stosowany w produkcji specjalnej (przemysł zbrojeniowy). Zastosowanie w gospodarstwie domowym odkrył po raz pierwszy francuski badacz Mark Gregoire. Patelnie teflonowe, które otrzymał z tej substancji w latach pięćdziesiątych nazwano Tefal. Kilka lat później wiele innych firm zaczęło produkować kuchenne naczynia wykorzystywane w gotowaniu oraz pieczeniu. Wszystkie były pokryte warstwa politetrafluoroetylen. Politetrafluoroetylen jest bardzo interesującym tworzywem sztucznym. Wykazuje odporność na bardzo ekstremalne temperatury (bardzo wysokie oraz bardzo niskie). Jest chemicznie obojętny, jest także dobrym izolatorem. Dzięki pokryciu garnków warstwą teflonu, mycie oraz czyszczenie jest prostsze, gdyż produkty spożywcze nie przywierają do ścianek oraz dna. Poza tym przygotowane jedzenie jest smaczniejsze i mniej się przypala. Politetrafluoroetylen może być także stosowany do pokrywania powierzchni części maszyn, w których ruch wymaga bardzo małego tarcia. Wyjątkowa cechą politetrafluoroetylenu jest mała energia powierzchniowa, dlatego też teflon ma dobre właściwości smarujące i nie przywierają do niego żadne substancje. Teflon może być także stosowany przy obciążeniach uderzeniowych oraz zderzeniowych bez niepotrzebnych konstrukcji ochronnych. Mogą panować ekstremalne niskie temperatury. Stosowanie Politetrafluoroetylen redukuje hałas oraz tłumi uderzenia. Politetrafluoroetylen nie ulega rozpuszczeniu w wyniku wody królewskiej. Reaguje tylko z ciekłym wapieniem ciekłym sodem oraz gorącym fluorem. Nie oddziałuje na substancje pochodzenia organicznego. Jest wykorzystywany w transplantacjach oraz chirurgii odtwórczej. Może być stosowany w rekonstrukcji kości twarzy.

Poliwęglany to jedne z najmłodszych tworzyw sztucznych. To bezpostaciowe, termoplastyczne, techniczne tworzywo sztuczne, charakteryzujące się wysoką przezroczystością. Tworzywa sztuczne tego rodzaju wykorzystywane są w procesach produkcyjnych różnorodnych maszyn oraz pojazdów, elementów wykorzystywanych w gospodarstwie domowym, technice transporcie, mechanice, technice medycznej, budownictwie. Po II wojnie światowe teflon znalazł bardzo szerokie zastosowanie w branży przemysłowej. Pokrywano nim trzpienie, które utrzymują walce obrotowe.