Polimeryzacja jest to proces chemiczny, w którym w wyniku szeregu powtarzających się elementarnych jednostkowych reakcji chemicznych następuje łączenie się małych cząsteczek pewnych związków chemicznych zwanych monomerami w długie liniowe lub rozgałęzione łańcuchy makrocząsteczek, czyli polimerów.
Proces polimeryzacji w technologii służy do otrzymywania polimerów, na których oparta jest większość tworzyw sztucznych.
Z punktu widzenia chemii polimeryzację dzielimy na:

• polimeryzację (polimeryzację addycyjną),
• polikondensację (polimeryzację kondensacyjną),
• modyfikację chemiczną naturalnych polimerów.

W polimeryzacji addycyjnej biorą udział monomery zawierające aktywne wiązania podwójne lub potrójne między atomami węgla lub nasycone pierścienie heterocykliczne. W tej reakcji nie następuje wydzielanie się produktów ubocznych takich jak woda, chlorowodór itp.
W przypadku, gdy monomerem jest związek zawierający wiązania wielokrotne C-C następuje rozerwanie tychże wiązań, gdy monomerem jest związek heterocykliczny następuje rozerwanie pierścienia.
Wiele ważnych polimerów technologicznych otrzymuje się poprzez polimeryzację addycyjną wiązania wielokrotnego C-C takich jak: polietylen, polipropylen, kauczuki syntetyczne, polimetakrylan metylu, poli(chlorek winylu), poli(octan winylu) itp.
Polimeryzacja tego typu składa się z 3 podstawowych etapów:

• inicjacja
• propagacja
• terminacja

Inicjacja jest to rozpoczęcie reakcji a dokładniej - doprowadzenie do tego by pierwsza cząsteczka była w stanie reagować z następnymi tworząc makrocząsteczkę. Inicjację przeprowadza się w następujący sposób: do monomeru dodaje się inicjatora (związek nietrwały, łatwo ulegający rozpadowi na rodniki np. nadtlenek benzoilu NTB), który reagując z pierwszą cząsteczką monomery uaktywnia ja, przez co jest ona zdolna do reakcji z następnymi cząsteczkami monomeru.
Propagacja to nic innego jak wzrost łańcucha. Zainicjowana cząsteczka monomery przyłącza drugą cząsteczkę stając się dimerem ta przyłącza trzecią stając się trimerem etc. Trwa to tak długo aż wszystkie cząsteczki monomeru nie zostaną wykorzystane.
Terminacja nazywamy zakończenie łańcucha polimerowego. Dzieje się to na zasadzie rekombinacji rodników, tzn. dwa zdolne do dalszego wzrostu makrocząsteczki łączą się ze sobą tworząc obojętny łańcuch niezdolny do dalszej reakcji. Czasami wprowadza się substancje zakańczające łańcuch by móc zakończyć polimeryzacje w dogodnym dla nas momencie.

W polimeryzacji kondensacyjnej biorą udział tzw. związki dwu funkcyjne i następuje wydzielenie małocząsteczkowych produktów ubocznych takich jak woda, metan etc. Są to takie związki, które posiadają w swojej strukturze przynajmniej 2 grupy zdolne do reakcji ze sobą np. karboksylowej i aminowej, lub karboksylowej i hydroksylowej. Typowymi przykładami polimerów polikondensacyjnych są poliestry. Powstają one w reakcji kwasów karboksylowych zawierających dwie lub więcej grup karboksylowych i alkoholi tzw. polihydroksylowych. Podobnie jak białka, które są naturalnymi polimerami aminokwasów.

Modyfikacja polimerów naturalnych polega na przeprowadzaniu reakcji chemicznych na już gotowych naturalnych polimerach. W reakcji zostaje bądź też częściowo, bądź też całkowicie zmieniona struktura polimeru. Metoda ta znalazła szerokie zastosowanie do modyfikacji takich związków jak kauczuki naturalne, żywice, cukry, itp.
Szeroko stosowana metoda otrzymywania karboksymetylocelulozy poprzez karboksylowanie naturalnego polimeru, którym jest celuloza, stosowana dalej w produkcji klejów do tapet.

Oto kilka najważniejszych monomerów oraz tworzących się z nich polimerów i ich zastosowanie.

Wzór monomeru	Nazwa monomeru	Nazwa polimeru	Zastosowanie
	Etylen	Polietylen	Folia, opakowania, rury, izolacja elekr.
	Propylen	Polipropylen, moplen	Folia, kształtki, uszczelki, rury
	Etylen i propylen	Dutral	kauczuk syntet., opony
	Styren	Polistyren	Opakowania, izolacja elektr. izolacja cieplna (styropian)
	Tetraflu- oroetylen	Teflon	Aparatura chem., kształtki częścimaszyn, uszczelki
	Chlorek winylu	Polichlorek winylu, igelit, winidur, PCW (PCV)	Aparatura chem., folia, opakowania, rury, izolacja, okładziny, płyty
	Chlorek winylu i chlorek winylidenu	Saran	Włókno tkanin tapicerskich
	Octan winylu	Polioctan winylu	Kleje
	Metakrylan metylu	Polietakrylan metylu (pleksiglas)	Szkło organiczne, galanteria
	Formaldehyd	Deladrin	Części maszyn, rury, zbiorniki, galanteria
	Butadien	Buna	Kauczuk
	Butadien, styren	Buna S, SBR	Kauczuk
	Butadien, akrylonitryl	Buna N	Kauczuk
	Chloropren	Neopren	Kauczuk
	Izobutylen	Oppanol	Kauczuk
	Akrylonitryl	Orlon	Włókna
	Fenol, formaldehyd	Fenoplasty, bakelit	Kształtki, laminaty, żywice, galanteria, lakiery, tłoczywa
	Mocznik	Aminoplasty	Tłoczywa proszkowe, kleje, chemolak, galanteria,
	Fenol, związki epoksydowe	Żywice epoksydowe	Elementy konstru- kcyjne, laminaty, kleje
	Kwas tereftalowy, glikol etylenowy	Terylen, elana	Włókna

 

 

Tworzywa sztuczne

• pigmenty - są to substancje barwiące polimer nie rozpuszczające się w nim. Pigmenty sprawiają, że polimer staje się nie przeźroczysty.
• barwniki - to także substancje barwiące polimer, lecz rozpuszczające się w nim, przez co może on zachować przeźroczystość.
• zmiękczacze - zwane inaczej plastyfikatorami - częściowo rozpuszczają polimer tworząc charakterystyczny żel, co zwiększa elastyczność tworzywa sztucznego.
• antystatyki - są to substancje, które zapobiegają gromadzeniu się na powierzchni tworzywa ładunków elektrycznych (ich elektryzowaniu się).
• stabilizatory - są to związki, które zwiększają specyficzne właściwości tworzywa takie jak odporność na temperaturę, ścieranie, promienie UV lub środki przeciwdziałające starzeniu się tworzywa.
• napełniacze - są to związki zarówno organiczne jak i nieorganiczne, które zmieszane z odpowiednim polimerem poprawiają właściwości użytkowe danego tworzywa.

W zależności od użytego do produkcji polimeru dzielimy na:

• termoutwardzalne - to takie, które po procesie obróbki (formowania, dodawania napełniaczy, stabilizatorów itp.) zostają poddane wysokiej temperaturze w celu ich utwardzenia, przez co zwiększamy właściwości mechaniczne tworzywa oraz powodujemy, że takie tworzywo staje się nierozpuszczalne i nietopliwe.
• chemoutwardzalne - to takie, do których jako jeden z dodatków dodajemy środek utwardzający zwany utwardzaczem. Powoduje on usieciowanie polimeru, przez co staje się on bardziej wytrzymały mechanicznie, nierozpuszczalny i nietopliwy.
• termoplastyczne - to takie, które można wielokrotnie przerabiając w podwyższonej temperaturze (przetapiać je, zmieniać kształty etc.)

Tworzywa chemo- i termoutwardzalne nazywany duroplastami. W zależności od grupy tworzywa przerabia (formuje) się je w różnoraki sposób. Tworzywa typu duroplasty formuje się najczęściej przez prasowanie w formach na ciepło lub też na zimno w zależności od tworzywa. Termoplasty formuje się najczęściej metodą wtrysku na gorąco do formy.

W zależności od sposobu zagospodarowania tworzywem (przeznaczenia) dzielimy je na:

• konstrukcyjne - do wytwarzania gotowych wyrobów np. kształtek, butelek itp.,
• porowate - pianki, gąbki,
• adhezyjne - kleje,
• powłokowe - farby, lakiery,
• włóknotwórcze - do wyrobu np. jedwabiu sztucznego,
• elastoplastyczne - do wyrobu folii,
• specjalne - np. wymieniacze jonowe.

Recykling polimerów i tworzyw sztucznych