Vật liệu nhựa đã được tạo ra bằng cách sử dụng nhiều loại vật chất khác nhau trong nhiều năm. Ban đầu, nhựa được làm từ chất liệu thực vật bao gồm cellulose từ bông, furfural từ thân vỏ yến mạch, dầu từ hạt và các dẫn xuất tinh bột khác nhau. Bakelite (nhựa phenol formaldehyde), một trong những chất dẻo đầu tiên được làm từ các thành phần tổng hợp, do nhà hóa học Leo Baekeland người Bỉ phát triển ở New York năm 1907. Bakelite được tạo ra thông qua phản ứng loại bỏ phenol với formaldehyde. Nó được sử dụng cho tính cách điện của nó và tính chịu nhiệt trong cách điện, vỏ máy radio và điện thoại. Bởi vì sự xuất hiện thú vị của nó, nó cũng được sử dụng để làm cho các sản phẩm tiêu dùng như đồ trang sức. Ngày nay, hầu hết các chất dẻo đều được làm từ các hóa dầu bao gồm khí gas tự nhiên.

Tổng hợp Polymer

Nhựa là vật liệu hữu cơ có chứa các nguyên tố như cacbon (C), hydro (H), nitơ (N) clo (Cl) và lưu huỳnh (S). Chúng được làm từ nguyên liệu thô như dầu, khí tự nhiên và than đá. Bước đầu tiên trong việc tạo ra chất dẻo là sự trùng hợp của nguyên liệu, kết quả là sản phẩm được gọi là monomer. Hydrocarbon sau đó được nung nóng. Trong quá trình này, với sự hiện diện của chất xúc tác các phân tử lớn hơn được chia thành các hạt nhỏ hơn như ethylene (ethane) C2H4, propylen (propan) C3H6, butan C4H6 và các hydrocarbon khác. Sản lượng ethylene sản xuất được kiểm soát bởi nhiệt crackinh và có thể hơn 30% ở nhiệt độ 850 ° C. Styrene và CH2:CHCl có thể được tạo ra trong các phản ứng tiếp theo.

Hai loại chính của trùng hợp là phản ứng thêm và ngưng tụ. Những quá trình này có thể xảy ra trong khí, chất lỏng và đôi khi trong chất rắn của monomer.

Phản ứng ngưng tụ

Trong loại trùng hợp này, hai phân tử kết hợp, gây ra sự mất mát của một phân tử nhỏ hơn như nước, rượu hoặc axit. Trong loại phản ứng này, monomer một và monomer hai đều có hydro (H) và các nhóm hydroxyl (OH). Khi chúng đi cùng với một chất xúc tác, một monomer mất một nguyên tử hydro trong khi một nguyên tử kia sẽ mất nhóm hydroxyl. Hydro và nhóm hydroxyl kết hợp với nhau để làm nước (H2O). Các electron vẫn còn tạo thành một liên kết cộng hoá trị giữa các monome tạo thành một chuỗi dài copolyme.

Các monome kết quả sau đó có thể được liên kết thành các chuỗi hóa học được gọi là polyme. Các polyme khác nhau được tạo ra bởi các chuỗi monome khác nhau với từng tính chất và đặc điểm riêng. Sự thay đổi này cho phép tạo ra nhựa có thể được định hình sản phẩm đáp ứng các yêu cầu ứng dụng như khả năng chịu nhiệt, kháng hóa chất, độ bền, vv

Phản ứng bổ sung

Trong loại trùng hợp này, các electron có liên kết đôi được sắp xếp lại trong monomer để tạo thành các liên kết đơn với các monome khác. Phản ứng bổ sung dưới đây giữa một phân tử etane và phân tử clo cho thấy sự hình thành của một polymer.

 H                H                                                             Cl    Cl

    \              /                                                                │     │

        C  =  C              +          Cl – Cl          →     H ― C  ― C ― H

     /             \                                                                │     │

  H               H                                                              H    H 

Ở đây, liên kết đôi giữa các nguyên tử cacbon trở thành một liên kết duy nhất với các nguyên tử clo được thêm vào mỗi đầu.

Chất phụ gia

Hóa chất phụ gia có thể được trộn vào polymer cơ bản để cải thiện một số đặc điểm. Chúng bao gồm các chất chống oxy hoá để bảo vệ polyme khỏi sự xuống cấp từ ôzôn hoặc oxy, chất chống cháy, phụ gia chống tĩnh điện và chất bôi trơn cho sự linh hoạt của polyme. Ngoài ra, các chất làm dẻo để cải thiện độ mềm dẻo, ổn định cực tím để ngăn ngừa sự xuống cấp từ các tia UV của mặt trời và sắc tố để thêm màu sắc thường được bao gồm. Vật liệu composite mạnh có thể được làm bằng cách thêm thủy tinh, cacbon và các chất xơ khác vào nhựa. Một số vật liệu plastic kết hợp có thể chịu được axit mạnh, kiềm, làm chậm lửa vào đồ đạc, chứa chất bôi trơn cho vòng bi và nhiều thứ khác.