聚合物

A类聚合物是一种由大分子组成的物质分子质量由重复组成结构单元，或单体，由连接共价的 化学键组成聚合物的单个分子被称为聚合物分子，其中单词“polymer”用作形容词。

形成聚合物 聚苯乙烯从苯乙烯单体。
歪歪扭扭的线条意味着只显示了聚合物链的一部分。

概述

虽然常用的聚合物一词暗示“塑料“，聚合物包括一大类具有多种性质和用途的天然和合成材料虫胶和琥珀色已经使用了几个世纪。纸张是由纤维素，自然发生多糖在植物中发现。生物聚合物，如蛋白质和核酸类在生物过程中发挥重要作用。

亨利·布拉康诺在纤维素衍生物方面的开创性工作可能是现代聚合物科学中最早的重要工作。发展硫化19世纪后期，提高了天然聚合物的耐久性橡胶，标志着第一个普及的半合成聚合物。第一种全合成聚合物，胶木发现于1907年。

直到20世纪20年代，大多数科学家都认为聚合物是由小分子（称为胶体）组成的团簇，没有确定的分子量，由未知的力结合在一起，这一概念被称为联想理论1922年，德国化学家施陶丁格提出聚合物由“高分子“由共价键连接在一起的长原子链组成。虽然起初人们对实验工作的接受度很低，但华莱士·卡罗瑟斯,赫尔曼·马克，以及其他人为Staudinger的理论提供了进一步的证据。到20世纪30年代中期，聚合物结构的大分子理论被广泛接受。由于这项工作和该领域的其他工作，斯塔丁格最终获得了诺贝尔奖在中间的世纪，合成聚合物材料，如尼龙,聚乙烯,聚四氟乙烯、和硅树脂形成了蓬勃发展的聚合物工业的基础。

今天，合成聚合物几乎应用于每个行业和生活领域。聚合物用于制造微处理器、开发新药以及提高石油开采的产量。聚合物用作粘合剂和润滑剂，以及从儿童玩具到飞机等产品的结构部件。未来的应用包括用于柔性元件和显示器的聚合物晶体管和基板、增强的药物输送方法以及智能材料的开发。

高分子科学

另请参阅：高分子科学

大多数聚合物研究可分为高分子科学，一个子学科材料科学其中包括研究人员化学（尤其是有机化学),物理学、和工程聚合物科学领域包括实验和理论研究。IUPAC建议将聚合物科学大致分为两个分支学科：聚合物化学（或高分子化学)和聚合物物理学在实践中，两者之间的区别很少明确。

生物聚合物及其结构、功能和合成方法的研究通常是生物学,生物化学、和生物物理学这些学科共享聚合物科学所熟悉的一些术语，特别是在描述生物聚合物如DNA或多糖的合成时。然而，用法上的差异仍然存在，例如使用该术语的实践高分子描述大型非聚合物分子和多种分子成分的复合物，例如血红蛋白聚合物科学术语中很少描述具有独特生物功能的物质。例如蛋白质很少被称为共聚物.

聚合物合成

聚合物是通过三种主要方法产生或合成的：活细胞和生物体中的生物合成、天然聚合物的化学修饰以及实验室或工厂中的纯有机合成。在这三种合成方法中，生物合成可能是最复杂的，能够形成结构和功能根据特定生物应用定制的大分子。

活细胞中形成的天然聚合物和生物聚合物是通过酶介导的过程合成的，例如DNA催化的DNA聚合酶. The蛋白质的合成涉及多种酶介导的过程转录来自DNA的遗传信息翻译合成特定蛋白质的信息。蛋白质可能是进一步修改遵循翻译，以提供适当的结构和功能。

现代聚合物科学的早期工作涉及对简单的天然聚合物进行化学改性。早期的突出例子包括硝酸和纤维素反应形成硝化纤维素采用硫化工艺提高橡胶的耐久性。

实验室合成聚合物最早的例子是胶木，一种硬树脂，发现于贝克兰1907年苯酚和甲醛反应形成的。。胶木是由苯酚和甲醛在精确控制的温度和压力下反应生成的。后续工作华莱士·卡罗瑟斯20世纪20年代，人们证明可以从聚合物的组成单体中合理地合成聚合物。其间的几年在合理的聚合物合成方面取得了重大进展。当今最重要的商业聚合物都是完全合成的，采用适当规模的有机合成技术大量生产。

实验室合成方法通常分为两类，链增长聚合和加成聚合尽管有一些较新的方法，例如等离子体聚合这两种分类都不合适。合成聚合反应可以在有催化剂或无催化剂的情况下进行。通过实验室合成方法，特别是人工合成方法，合理合成生物聚合物蛋白质的合成是一个需要深入研究的领域。

描述聚合物

分子描述

在许多情况下，可以使用与描述任何分子相同的术语来描述聚合物分子。分子结构可以用键长和键角来描述；质量可以用分子量来描述。然而，聚合物分子的尺寸和络合性通常需要使用专门的术语来精确描述单体的性质以及这些单体是如何连接或排列的。

聚合物分子的质量可以用分子或摩尔质量的标准常规来描述。这个分子量用道尔顿表示，常用来描述复杂的生物聚合物，例如蛋白质。分子质量的另一种形式是聚合度（DP），本质上是构成聚合物或嵌段的单体单元的数量。DP特别适用于均聚物或嵌段共聚物，在描述聚合反应程度时使用频率较高。

实验室合成往往产生由不同分子量的分子组成的聚合物样品。因此，合成聚合物的分子量通常用汇总统计表示，例如平均分子量（M_n个)或重量平均分子量（M_w个). 这两个值的比值称为多分散指数，它是聚合物样品中分子量分布的指示器。对于商业聚合物样品，通常会看到报告的所有三个值。

聚合物分子的大小和复杂性还需要对分子尺寸和顺序进行专门描述。球状大分子，如蛋白质，可能具有定义明确的半刚性结构，其中对原子位置、键长和角度的常规描述是充分和适当的。另一方面，结构简单的聚合物，例如线性聚合物，具有数百或数千度的旋转自由度，允许聚合物链采用多种构象。这些分子的大小和位置在统计学上进行了描述，分子体积表示为回转半径或平均端到端距离。分子模拟或光散射也可用于确定聚合物分子集合的能量上有利的“平均构象”。

描述聚合物的结晶度存在一定程度的模糊性。在某些情况下，“晶体”一词的用法与传统用法相同晶体学例如，晶体蛋白质或多核苷酸的结构，例如为x射线晶体学，可以定义为由一个或多个聚合物分子组成的传统单元单元，单元尺寸为数百埃或更大。

然而，当应用于合成聚合物时，术语晶体意味着原子（而非大分子）长度尺度上的三维有序区域，通常由相邻链的分子内折叠和/或堆叠引起。合成聚合物可由结晶区和非晶区组成；这个结晶度可以用晶体材料的重量分数或体积分数表示。很少有合成聚合物是完全结晶的。

聚合物分子的立体化学描述也需要专门的术语。有些聚合物在聚合后保留了单体的手性。在其他聚合物中，可以通过聚合过程创建手性中心。

还有大量词汇用于描述单体的性质以及这些单体之间的精确排列。仅由一种单体组成的聚合物，如聚（苯乙烯），被归类为均聚物含有多种单体的聚合物称为共聚物，例如乙酸乙烯-乙烯酯一些生物聚合物由多种不同但结构相关的单体组成，例如多聚核苷酸由核苷酸亚单位。

A类聚电解质分子是由主要可电离的重复亚基组成的聚合物分子。安离聚物该分子也可电离，但程度较低。

聚合物分子最简单的形式是直链或线性的聚合物，由单个主链组成。A类支化聚合物分子由主链和一个或多个取代基侧链或支链组成。特殊类型的支化聚合物包括星形聚合物、梳状聚合物和刷状聚合物。如果聚合物含有与主链组成或构型不同的侧链，则聚合物称为接枝或接枝聚合物.A型交联表示一个分支点，其中有四条或更多不同的链。具有高度交联的聚合物分子称为聚合物网络.

宏观描述

聚合物的宏观物理性质在许多情况下反映了任何其他分子物质的宏观物理特性。聚合物材料可以是透明、半透明或不透明的，也可以是绝缘体、导体或半导体。然而，当应用于聚合物时，其他特性，尤其是那些控制相变的特性，可能具有不同的含义（或根本没有意义）。

例如，聚合物的“熔点”不是指固液相转变，而是指从结晶或半结晶相到固态非晶相的转变。尽管缩写为“T_米所讨论的性质更恰当地称为“结晶熔融温度”。在合成聚合物中，结晶熔融只讨论以下方面热塑性塑料，作为热固性聚合物在高温下会分解而不是熔化。

聚合物物质的沸点从未被定义，因为聚合物在达到假定的沸点之前就会分解。

合成聚合物制造中一个特别感兴趣的参数是玻璃化转变温度（T_克)它描述了非晶聚合物从橡胶状、粘性非晶固体到脆性、玻璃状非晶固体进行二级相变的温度。玻璃化转变温度可以通过改变聚合物中的分支或交联程度或通过添加增塑剂.

标准化聚合物命名法

聚合物物质的命名有多种约定。许多常用的聚合物，如消费品中的聚合物，被常见的或琐碎的名称。这个微不足道的名字是根据历史先例或流行用法指定的，而不是标准化的命名约定。两个美国化学学会和IUPAC公司提出了标准化命名约定；这个ACS公司和IUPAC公司约定相似但不相同。下表给出了各种命名约定之间的差异示例：

通用名称	ACS名称	化学名
聚环氧乙烷或（PEO）	聚（氧乙烯）	聚（氧乙烯）
聚对苯二甲酸乙二醇酯或（PET）	聚（氧-1,2-乙二酰氧羰基-1,4-苯羰基）	聚（氧乙氧基对苯二甲酸乙二醇酯=芳酰）
尼龙6	聚[亚胺（1-氧代-1,6-己二基）]	聚[亚胺（1-恶己烷-1,6-二基）]

在这两种标准化惯例中，聚合物名称旨在反映合成它们的单体，而不是重复亚单位的精确性质。例如，由简单烯烃合成的聚合物乙烯被称为聚乙烯，保留-ene后缀，即使在聚合过程中双键被移除。