聚合物

概念定义

聚合物（polymer）是由大量重复单体或结构单元通过共价键连接而成、相对分子质量很大的化合物，也称高分子化合物。由一种单体聚合形成的材料称为均聚物；由两种或以上单体形成的材料称为共聚物。共聚物中的不同单体可呈随机、交替、嵌段或接枝排列，排列方式会影响材料性质。

聚合物不等同于塑料。塑料属于常见的聚合物材料，但聚合物还包括天然橡胶、纤维素、多糖、蛋白质和核酸等天然或生物材料。按来源可分为天然聚合物与合成聚合物，按化学组成则可包括有机聚合物和无机聚合物。

形成原理

聚合物通过聚合反应把小分子单体连接成长链或网络结构。按反应机理，合成过程主要分为链式聚合与逐步聚合；传统分类也常使用加成聚合和缩合聚合。工业与实验室可通过有机合成制造聚合物，活细胞则可在酶的参与下合成脱氧核糖核酸、蛋白质等生物聚合物。天然聚合物也能经化学处理改变性能，例如天然橡胶与硫共同加热发生硫化反应。

结构与性质

聚合物的宏观表现由单体种类、链长、单体排列、立构规整性、交联程度和结晶度等因素共同决定。较长的分子链通常具有更强的链间作用与缠结，链的移动性相应降低。增加交联可提高材料的玻璃转化温度、强度和韧性；加入塑化剂则可提高柔软性。结晶度提高时，材料通常趋向坚硬和不透明，因为结晶区域会散射光线。

非晶聚合物在玻璃转化温度附近会在玻璃态与橡胶态之间转变。热塑性聚合物受热后可出现结晶熔化过程，热固性聚合物在高温下则会分解而非熔化。聚合物的传输性质决定分子通过材料本体的速度，因此对薄膜和半透膜应用十分重要。

技术构成与电化学应用

聚合物也是固态电解质材料的一类，其他类别包括氧化物和硫化物。在锂离子聚合物电池中，“聚合物”主要指承担电解质或隔离功能的聚合物材料。其结构可由正极、导电电解质聚合物隔膜及负极组成；聚乙二醇等聚合物可与锂盐配合传导锂离子，二氧化硅等填充材料则可用于增强机械性质。放电时，锂离子经电解质在正负极之间迁移，电子通过外部电路流动。

应用场景

合成聚合物广泛用于塑料制品、黏着剂、润滑材料、玩具和航空器材结构。聚甲基丙烯酸甲酯可用于半导体制程中的光阻及低介电常数材料。天然聚合物则存在于纸张的纤维素、农作物中的多糖，以及生物体内的蛋白质和核酸。具离子性官能团的聚电解质可在水溶液或熔融状态下导电，并用于电化学材料研究。

降解与技术演进

聚合物分子链可因热、氧化、机械作用、化学反应或生物作用而断裂，形成较小分子。控制成型过程中的热降解有助于维持制品质量和使用寿命；受控降解也可用于回收单体或制取其他物质。聚合物一词出现于1833年，1922年赫尔曼·施陶丁格提出聚合物由共价键连接成长链的结构观点，为后来高分子化学与高分子物理的发展建立了重要基础。