พอลิเมอร์ ( / ˈ p ɒ l ɪ m ər / ^{[ 4 ] [ 5 ]} ) คือสารหรือวัสดุที่ประกอบด้วยโมเลกุลขนาดใหญ่มาก หรือโมเลกุลขนาดใหญ่ซึ่งประกอบด้วยหน่วยย่อยที่ซ้ำกัน จำนวนมากที่ได้มาจาก โมโนเมอร์หนึ่งชนิดขึ้นไป^{[ 6 ]}เนื่องจากคุณสมบัติที่หลากหลาย^{[ 7 ]}ทั้งพอลิเมอร์สังเคราะห์และพอลิเมอร์ธรรมชาติจึงมีบทบาทสำคัญและแพร่หลายในชีวิตประจำวัน^{[ 8 ]}พอลิเมอร์มีตั้งแต่พลาสติกสังเคราะห์ ที่คุ้นเคย เช่นโพลีสไตรีน ไปจนถึงไบโอพอ ลิเมอร์ธรรมชาติเช่นดีเอ็นเอและโปรตีนซึ่งเป็นพื้นฐานของโครงสร้างและหน้าที่ทางชีวภาพ พอลิเมอร์ทั้งธรรมชาติและสังเคราะห์ถูกสร้างขึ้นผ่านกระบวนการพอลิเม อไรเซชัน ของโมเลกุลขนาดเล็กจำนวนมากที่เรียกว่าโมโนเมอร์ มวลโมเลกุลที่ใหญ่ของพวกมันเมื่อเทียบกับสารประกอบโมเลกุลขนาดเล็ก ทำให้เกิดคุณสมบัติทางกายภาพ ที่เป็นเอกลักษณ์ ได้แก่ความเหนียวความยืดหยุ่นสูงความหนืดและแนวโน้มที่จะก่อตัวเป็นโครงสร้างอสัณฐานและกึ่งผลึกมากกว่าผลึก

Polymers are studied in the fields of polymer science (which includes polymer chemistry and polymer physics), biophysics and materials science and engineering. Historically, products arising from the linkage of repeating units by covalentchemical bonds have been the primary focus of polymer science. An emerging important area now focuses on supramolecular polymers formed by non-covalent links. Polyisoprene of latexrubber is an example of a natural polymer, and the polystyrene of styrofoam is an example of a synthetic polymer. In biological contexts, essentially all biological macromolecules—i.e., proteins (polyamides), nucleic acids (polynucleotides), and polysaccharides—are purely polymeric, or are composed in large part of polymeric components.

The term "polymer" derives fromGreekπολύς (polus) 'many, much'andμέρος (meros) 'part'. The term was coined in 1833 by Jöns Jacob Berzelius, though with a definition distinct from the modern IUPAC definition.^[9][10] The modern concept of polymers as covalently bonded macromolecular structures was proposed in 1920 by Hermann Staudinger,^[11] who spent the next decade finding experimental evidence for this hypothesis.^[12]

Polymers are of two types: naturally occurring and synthetic or man made.

การพอลิเมอไรเซชันคือกระบวนการรวมโมเลกุลขนาดเล็ก จำนวนมาก ที่เรียกว่าโมโนเมอร์เข้าด้วยกันเป็นสายโซ่หรือโครงข่ายที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์ ในระหว่างกระบวนการพอลิเมอไรเซชัน หมู่เคมีบางส่วนอาจหายไปจากแต่ละโมโนเมอร์ เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นในกระบวนการพอลิเมอไรเซชันของโพลีเอสเตอร์ PETโมโนเมอร์คือกรดเทเรฟทา ลิก (HOOC — C H — COOH) และเอทิลีนไกลคอล (HO — CH — CH — OH) แต่หน่วยซ้ำคือ— OC — C H — COO — CH — CH — O —ซึ่งสอดคล้องกับการรวมกันของโมโนเมอร์ทั้งสองโดยสูญเสียโมเลกุลน้ำสองโมเลกุล ส่วนที่แตกต่างกันของแต่ละโมโนเมอร์ที่รวมอยู่ในพอลิเมอร์เรียกว่าหน่วยซ้ำหรือสารตกค้างของโมโนเมอร์

โดยทั่วไปแล้ว วิธีการสังเคราะห์จะแบ่งออกเป็นสองประเภท คือการพอลิเมอไรเซชันแบบขั้นบันไดและการพอลิเมอ ไรเซชันแบบลูกโซ่ ^{[ 17 ]} ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างทั้งสองคือ ในการพอลิ เม อไรเซชันแบบลูกโซ่ โมโนเมอร์จะถูกเพิ่มเข้าไปในโซ่ทีละตัวเท่านั้น^{[ 18 ]}เช่นในพอลิสไตรีนในขณะที่ในการพอลิเมอไรเซชันแบบขั้นบันได ลูกโซ่ของโมโนเมอร์อาจรวมกันโดยตรง^{[ 19 ]}เช่นในพอลิเอสเตอร์การพอลิเมอไรเซชันแบบขั้นบันไดสามารถแบ่งออกเป็นการควบแน่นพอลิ เมอร์ ซึ่งผลิตภัณฑ์พลอยได้ที่มีมวลโมเลกุลต่ำจะเกิดขึ้นในทุกขั้นตอนของปฏิกิริยา และการเติมพอลิเมอร์

วิธีการใหม่ๆ เช่นการพอลิเมอไรเซชันด้วยพลาสมาไม่สามารถจัดอยู่ในประเภทใดประเภทหนึ่งได้อย่างชัดเจน ปฏิกิริยาการพอลิเมอไรเซชันสังเคราะห์อาจเกิดขึ้นได้โดยมีหรือไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยาการสังเคราะห์พอลิเมอร์ชีวภาพในห้องปฏิบัติการ โดยเฉพาะอย่างยิ่งโปรตีนเป็นสาขาที่มีการวิจัยอย่างเข้มข้น

การสังเคราะห์ทางชีวภาพ

ไบโอพอลิเมอร์แบ่งออกเป็น 3 ประเภทหลัก ได้แก่พอลิแซ็กคาไรด์พอลิเปปไทด์และพอลินิวคลีโอไทด์ ในเซลล์สิ่งมีชีวิต ไบโอพอลิเมอร์อาจถูกสังเคราะห์ขึ้นโดยกระบวนการที่ใช้เอนไซม์เป็นตัวกลาง เช่น การสร้างดีเอ็นเอโดยเอนไซม์ดีเอ็นเอพอลิเมอเรสการสังเคราะห์โปรตีนเกี่ยวข้องกับกระบวนการที่ใช้เอนไซม์หลายขั้นตอนเพื่อถอดรหัสข้อมูลทางพันธุกรรมจากดีเอ็นเอไปเป็นอาร์เอ็นเอและจากนั้นแปลข้อมูลนั้นเพื่อสังเคราะห์โปรตีนที่กำหนดจากกรดอะมิโนโปรตีนอาจได้รับการดัดแปลงเพิ่มเติมหลังจากการแปลเพื่อให้มีโครงสร้างและหน้าที่ที่เหมาะสม นอกจากนี้ยังมีไบโอพอลิเมอร์อื่นๆ เช่นยางซูเบอรินเมลานินและลิกนิน

โครงสร้างของวัสดุพอลิเมอร์สามารถอธิบายได้ในระดับความยาวที่แตกต่างกัน ตั้งแต่ระดับความยาวระดับย่อยนาโนเมตรไปจนถึงระดับมหภาค อันที่จริงแล้วมีลำดับชั้นของโครงสร้าง ซึ่งแต่ละขั้นเป็นพื้นฐานสำหรับขั้นถัดไป^{[ 20 ]} จุดเริ่มต้นสำหรับการอธิบายโครงสร้างของพอลิเมอร์คือเอกลักษณ์ของโมโนเมอร์ที่เป็นส่วนประกอบ ต่อมาโครงสร้างจุลภาคโดยพื้นฐานแล้วจะอธิบายการจัดเรียงของโมโนเมอร์เหล่านี้ภายในพอลิเมอร์ในระดับของสายโซ่เดี่ยว โครงสร้างจุลภาคกำหนดความเป็นไปได้ที่พอลิเมอร์จะสร้างเฟสที่มีการจัดเรียงที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ผ่านการตกผลึกการเปลี่ยนสถานะแก้วหรือการแยกเฟสจุลภาค [ ^{21 ] คุณสมบัติ} เหล่านี้มีบทบาทสำคัญในการกำหนดคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของพอลิเมอร์

โครงสร้างจุลภาค

โครงสร้างจุลภาคของพอลิเมอร์ (บางครั้งเรียกว่าการจัดเรียงตัว) เกี่ยวข้องกับการจัดเรียงทางกายภาพของหน่วยย่อยโมโนเมอร์ตามแกนหลักของโซ่^{[ 24 ]}สิ่งเหล่านี้คือองค์ประกอบของโครงสร้างพอลิเมอร์ที่ต้องมีการแตกพันธะโควาเลนต์เพื่อเปลี่ยนแปลง โครงสร้างพอลิเมอร์ที่หลากหลายสามารถผลิตได้ขึ้นอยู่กับโมโนเมอร์และสภาวะปฏิกิริยา: พอลิเมอร์อาจประกอบด้วยโมเลกุลขนาดใหญ่เชิงเส้นที่มีโซ่ที่ไม่แตกแขนงเพียงโซ่เดียว ในกรณีของพอลิเอทิลีนที่ไม่แตกแขนง โซ่นี้คือn-อัลเคนสายยาว นอกจากนี้ยังมีโมเลกุลขนาดใหญ่ที่แตกแขนงซึ่งมีโซ่หลักและโซ่ข้าง ในกรณีของพอลิเอทิลีน โซ่ข้างจะเป็นหมู่แอลคิลโดยเฉพาะอย่างยิ่งโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ไม่แตกแขนงสามารถอยู่ในสถานะของแข็งกึ่งผลึกหรือส่วนของโซ่ที่เป็นผลึกซึ่งไฮไลต์ด้วยสีแดงในรูปด้านล่าง

โดยทั่วไปแล้วพอลิเมอร์แบบมีกิ่งและไม่มีกิ่งจะเป็นเทอร์โมพลาสติก แต่เอลาสโตเม อร์หลายชนิด มีการเชื่อมโยงแบบตาข่ายกว้างระหว่าง "โซ่หลัก" ในทางกลับกัน การเชื่อมโยงแบบตาข่ายแคบจะทำให้เกิดเทอร์โมเซตการเชื่อมโยงและกิ่งก้านแสดงด้วยจุดสีแดงในภาพ พอลิเมอร์ที่มีกิ่งก้านมากจะเป็นอสัณฐาน และโมเลกุลในของแข็งจะทำปฏิกิริยากันแบบสุ่ม

โมเลกุลขนาดใหญ่แบบเส้นตรงและไม่มีกิ่งก้าน

โมเลกุลขนาดใหญ่ที่มีกิ่งก้านสาขา

โครงสร้างกึ่งผลึกของพอลิเมอร์ที่ไม่แตกแขนง

พอลิเมอร์ ที่มีการเชื่อมโยงข้ามเล็กน้อย( อีลาสโตเมอร์ )

พอลิเมอร์ที่มีการเชื่อมโยงข้ามสูง ( เทอร์โมเซต )

สถาปัตยกรรมพอลิเมอร์

ลักษณะโครงสร้างจุลภาคที่สำคัญของพอลิเมอร์คือสถาปัตยกรรมและรูปร่าง ซึ่งเกี่ยวข้องกับวิธีที่จุดแตกแขนงนำไปสู่การเบี่ยงเบนจากสายโซ่เชิงเส้นแบบง่าย^{[ 25 ]}โมเลกุลพอลิเมอร์แบบแตกแขนงประกอบด้วยสายโซ่หลักที่มีสายโซ่ข้างหรือแขนงทดแทนหนึ่งหรือมากกว่า ประเภทของพอลิเมอร์แบบแตกแขนง ได้แก่พอลิเมอร์รูปดาวพอ ลิเมอร์ แบบหวี พอลิเมอร์แบบแปรง พอลิเมอร์แบบเดนโดรไนซ์พอลิเมอร์แบบบันไดและเดนดริเมอร์ [ ^{25 ] นอกจาก}นี้ยังมีพอลิเมอร์สองมิติ (2DP) ซึ่งประกอบด้วยหน่วยซ้ำที่มีระนาบเชิงโทโพโลยี สถาปัตยกรรมของพอลิเมอร์ส่งผลต่อคุณสมบัติทางกายภาพหลายประการ รวมถึงความหนืดของสารละลาย ความหนืดของของเหลวหลอมเหลว ความสามารถในการละลายในตัวทำละลายต่างๆ อุณหภูมิ การเปลี่ยนสถานะแก้วและขนาดของขดพอลิเมอร์แต่ละอันในสารละลาย อาจใช้เทคนิคต่างๆ ในการสังเคราะห์วัสดุพอลิเมอร์ที่มีสถาปัตยกรรมหลากหลาย เช่น การพอลิเม อไรเซชันแบบมีชีวิต

ความยาวโซ่

วิธีการทั่วไปในการแสดงความยาวของสายโซ่คือระดับของพอลิเมอไรเซชันซึ่งเป็นการวัดปริมาณจำนวนโมโนเมอร์ที่รวมอยู่ในสายโซ่^{[ 26 ] [ 27 ]}เช่นเดียวกับโมเลกุลอื่นๆ ขนาดของพอลิเมอร์อาจแสดงในรูปของน้ำหนักโมเลกุล ได้เช่นกัน เนื่องจากเทคนิคการพอลิเมอไรเซชันสังเคราะห์มักให้การกระจายทางสถิติของความยาวสายโซ่ น้ำหนักโมเลกุลจึงแสดงในรูปของค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนัก น้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยตามจำนวน ( M ) และน้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยตามน้ำหนัก ( M ) เป็นค่าที่รายงานกันบ่อยที่สุด^{[ 28 ] [ 29 ]}อัตราส่วนของค่าทั้งสองนี้ ( M / M ) คือค่าการกระจายตัว ( Đ ) ซึ่งมักใช้ในการแสดงความกว้างของการกระจายน้ำหนักโมเลกุล^{[ 30 ]}

คุณสมบัติทางกายภาพ^{[ 31 ]}ของพอลิเมอร์ขึ้นอยู่กับความยาว (หรือเทียบเท่ากับน้ำหนักโมเลกุล) ของสายโซ่พอลิเมอร์อย่างมาก^{[ 32 ]}ตัวอย่างที่สำคัญอย่างหนึ่งของผลทางกายภาพของน้ำหนักโมเลกุลคือการปรับขนาดของความหนืด (ความต้านทานต่อการไหล) ในสถานะหลอมเหลว^{[ 33 ]}อิทธิพลของน้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ย (${\displaystyle M_{w}}$) เกี่ยวกับความหนืดของสารหลอมเหลว (${\displaystyle \eta }$ขึ้นอยู่กับว่าพอลิเมอร์มีน้ำหนักโมเลกุลสูงกว่าหรือต่ำกว่าจุดเริ่มต้นของการพันกันหากน้ำหนักโมเลกุลต่ำกว่าจุดเริ่มต้นของการพันกัน${\displaystyle \eta \sim {M_{w}}^{1}}$ในขณะที่เหนือน้ำหนักโมเลกุลที่ทำให้เกิดการพันกัน${\displaystyle \eta \sim {M_{w}}^{3.4}}$ในกรณีหลัง การเพิ่มความยาวของสายโซ่พอลิเมอร์ขึ้น 10 เท่า จะทำให้ความหนืดเพิ่มขึ้นมากกว่า 1,000 เท่า^{[ 34 ]}นอกจากนี้ การเพิ่มความยาวของสายโซ่ยังมีแนวโน้มที่จะลดการเคลื่อนที่ของสายโซ่ เพิ่มความแข็งแรงและความเหนียว และเพิ่มอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะแก้ว (T ) ^{[ 35 ]}ซึ่งเป็นผลมาจากการเพิ่มขึ้นของปฏิสัมพันธ์ระหว่างสายโซ่ เช่นแรงดึงดูดของแวนเดอร์วาลส์และการพันกันที่เกิดขึ้นเมื่อความยาวของสายโซ่เพิ่มขึ้น^{[ 36 ] [ 37 ]}ปฏิสัมพันธ์เหล่านี้มีแนวโน้มที่จะยึดสายโซ่แต่ละเส้นให้อยู่ในตำแหน่งที่แข็งแรงขึ้น และต้านทานการเสียรูปและการแตกตัวของเมทริกซ์ ทั้งที่ความเค้นสูงและอุณหภูมิที่สูงขึ้น

การจัดเรียงโมโนเมอร์ในโคพอลิเมอร์

โคพอลิเมอร์ถูกจำแนกออกเป็น โคพอลิเมอร์เชิงสถิติ โคพอลิเมอร์สลับ โคพอลิเมอร์แบบบล็อก โคพอลิเมอร์แบบกราฟต์ หรือโคพอลิเมอร์แบบไล่ระดับ ในภาพแผนผังด้านล่างⒶและⒷ เป็นสัญลักษณ์แทน หน่วยซ้ำสองหน่วย

โคพอลิเมอร์แบบสุ่ม	โคพอลิเมอร์แบบไล่ระดับ	โคพอลิเมอร์แบบกราฟต์
โคพอลิเมอร์สลับ	บล็อกโคพอลิเมอร์

• โคพอลิเมอร์แบบสลับมีโมโนเมอร์ตกค้างสลับกันอย่างสม่ำเสมอ 2 หน่วย: ^{[ 38 ]} (AB)ตัวอย่างหนึ่งคือโคพอลิเมอร์ที่มีโมลเท่ากันของ ^{ส ไต}รีนและมาเลอิกแอนไฮไดรด์ที่เกิดจากการพอลิเมอไรเซชันแบบการเติบโตของโซ่ด้วยอนุมูลอิสระ ^{[ ]}โคพอลิเมอร์แบบการเติบโตทีละขั้น เช่นไนลอน 66ก็สามารถถือได้ว่าเป็นโคพอลิเมอร์แบบสลับอย่างเคร่งครัดของสารตกค้างไดอะมีนและไดแอซิด แต่โดยทั่วไปมักอธิบายว่าเป็นโฮโมพอลิเมอร์ที่มีสารตกค้างไดเมอร์ของอะมีนหนึ่งตัวและกรดหนึ่งตัวเป็นหน่วยซ้ำ ^{[ 40 ]}
• โคพอลิเมอร์แบบคาบมีหน่วยโมโนเมอร์มากกว่าสองชนิดในลำดับปกติ^{[ 41 ]}
• โคพอลิเมอร์เชิงสถิติมีหน่วยย่อยโมโนเมอร์ที่จัดเรียงตามกฎทางสถิติ โคพอลิเมอร์เชิงสถิติที่ความน่าจะเป็นของการพบหน่วยย่อยโมโนเมอร์ชนิดใดชนิดหนึ่ง ณ จุดใดจุดหนึ่งในสายโซ่ไม่ขึ้นอยู่กับชนิดของหน่วยย่อยโมโนเมอร์โดยรอบ อาจเรียกว่าโคพอลิเมอร์แบบสุ่มอย่างแท้จริง[ 42 ^{] [ 43 ]ตัวอย่างเช่น}โคพอลิเมอร์แบบการเติบโตของสายโซ่ของไวนิลคลอไรด์และไวนิลอะซิเตตเป็นแบบสุ่ม^{[ 39 ]}
• โคพอลิเมอร์แบบบล็อกมีลำดับยาวของหน่วยโมโนเมอร์ที่แตกต่างกัน^{[ 39 ] [ 40 ]}พอลิเมอร์ที่มีบล็อกสองหรือสามบล็อกของสารเคมีสองชนิดที่แตกต่างกัน (เช่น A และ B) เรียกว่าไดบล็อกโคพอลิเมอร์และไตรบล็อกโคพอลิเมอร์ตามลำดับ พอลิเมอร์ที่มีสามบล็อก โดยแต่ละบล็อกเป็นสารเคมีที่แตกต่างกัน (เช่น A, B และ C) เรียกว่าไตรบล็อกเทอร์พอลิเมอร์
• โคพอลิเมอร์แบบกราฟต์หรือแบบกราฟต์ประกอบด้วยโซ่ข้างหรือกิ่งก้านที่มีหน่วยซ้ำซึ่งมีองค์ประกอบหรือโครงสร้างที่แตกต่างจากโซ่หลัก^{[ 40 ]}กิ่งก้านเหล่านี้จะถูกเพิ่มเข้าไปในโมเลกุลขนาดใหญ่ของโซ่หลักที่สร้างขึ้นก่อน^{[ 39 ]}

โมโนเมอร์ภายในโคพอลิเมอร์อาจถูกจัดเรียงตามแกนหลักได้หลายวิธี โคพอลิเมอร์ที่มีการจัดเรียงโมโนเมอร์ที่ควบคุมได้เรียกว่าพอ ลิเมอ ร์ที่ควบคุมลำดับ^{[ 44 ]}โคพอลิเมอร์แบบสลับ แบบเป็นคาบ และแบบบล็อกเป็นตัวอย่างง่ายๆ ของ พอลิเมอ ร์ที่ควบคุมลำดับ

ยุทธวิธี

แทคติซิตี้อธิบายถึงสเตอริโอเคมี สัมพัทธ์ ของ ศูนย์ ไครัลในหน่วยโครงสร้างที่อยู่ติดกันภายในโมเลกุลขนาดใหญ่ มีแทคติซิตี้สามประเภท ได้แก่ไอโซแทคติก (หมู่แทนที่ทั้งหมดอยู่ด้านเดียวกัน) อะแทคติก (การวางตำแหน่งของหมู่แทนที่แบบสุ่ม) และซินดิโอแทคติก (การวางตำแหน่งของหมู่แทนที่แบบสลับกัน)

ไอโซแทคติก

ซินดิโอแทคติก

อะแทคติก (เช่น สุ่ม)

สัณฐานวิทยา

โดยทั่วไปแล้ว สัณฐานวิทยาของพอลิเมอร์อธิบายถึงการจัดเรียงและการเป็นระเบียบในระดับจุลภาคของสายโซ่พอลิเมอร์ในอวกาศ คุณสมบัติทางกายภาพในระดับมหภาคของพอลิเมอร์นั้นเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาระหว่างสายโซ่พอลิเมอร์

พอลิเมอร์ที่มีการวางแนวแบบสุ่ม

การเชื่อมต่อกันของโพลิเมอร์หลายชนิด

• พอลิเมอร์ที่ไม่เป็นระเบียบ:ในสถานะของแข็ง พอลิเมอร์อะแทคติก พอลิเมอร์ที่มีการแตกแขนง สูง และโคพอลิเมอร์แบบสุ่มจะก่อตัวเป็นโครงสร้างอสัณฐาน (เช่น โครงสร้างคล้ายแก้ว) ^{[ 45 ]} ใน สถานะหลอมเหลวและสารละลาย พอลิเมอร์มีแนวโน้มที่จะก่อตัวเป็น "คลัสเตอร์ทางสถิติ" ที่เปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา ดูแบบจำลองโซ่ที่เชื่อมต่อกันอย่างอิสระใน สถานะของแข็ง รูปทรงของโมเลกุลจะถูกตรึงไว้ การเกี่ยวและการพันกันของโมเลกุลโซ่ทำให้เกิด "พันธะเชิงกล" ระหว่างโซ่ แรงดึงดูด ระหว่างโมเลกุลและภายในโมเลกุลจะเกิดขึ้นเฉพาะที่บริเวณที่ส่วนของโมเลกุลอยู่ใกล้กันมากพอ โครงสร้างที่ไม่เป็นระเบียบของโมเลกุลจะป้องกันการจัดเรียงที่แคบลง

โพลีเอทิลีน: โครงสร้างแบบซิกแซกของโมเลกุลในสายโซ่ที่อัดแน่น

ลาเมลลาที่มีโมเลกุลเชื่อมโยง

สเฟอรูไลต์

เกลียว โพลี โพรพีลี น

พี -อะรามิดเส้นประสีแดง: พันธะไฮโดรเจน

• พอลิเมอร์เชิงเส้นที่มีโครงสร้างเป็นคาบ การแตกแขนงต่ำ และความเป็นระเบียบเชิงสเตอริโอ (เช่น ไม่ใช่อะแทคติก) มี โครงสร้าง กึ่งผลึกในสถานะของแข็ง^{[ 45 ]}ในพอลิเมอร์อย่างง่าย (เช่น โพลีเอทิลีน) โซ่จะอยู่ในผลึกในรูปแบบซิกแซก รูปแบบซิกแซกหลายรูปแบบก่อตัวเป็นกลุ่มโซ่หนาแน่น เรียกว่า ผลึกหรือลามิลลา ลามิลลาจะบางกว่าความยาวของพอลิเมอร์มาก (มักจะประมาณ 10  นาโนเมตร) ^{[ 46 ]}พวกมันเกิดขึ้นจากการพับที่ค่อนข้างสม่ำเสมอของโซ่โมเลกุลหนึ่งหรือมากกว่า โครงสร้างอสัณฐานมีอยู่ระหว่างลามิลลา โมเลกุลแต่ละตัวสามารถนำไปสู่การพันกันระหว่างลามิลลา และยังสามารถมีส่วนร่วมในการก่อตัวของลามิลลาสอง (หรือมากกว่า) แผ่น (โซ่ที่เรียกว่าโมเลกุลเชื่อมโยง) ลามิลลาหลายแผ่นก่อตัวเป็นโครงสร้างเหนือระดับ เรียกว่าสเฟอรูไลต์ซึ่งมักจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางอยู่ในช่วง 0.05 ถึง 1  มม. ^{[ 46 ]}

ชนิดและการจัดเรียงของหมู่ฟังก์ชันในหน่วยซ้ำมีผลต่อหรือกำหนดความเป็นผลึกและความแข็งแรงของพันธะวาเลนซ์ทุติยภูมิ ในโพลีโพรพิลีนไอโซแทคติก โมเลกุลจะก่อตัวเป็นเกลียว เช่นเดียวกับโครงสร้างแบบซิกแซก เกลียวดังกล่าวช่วยให้เกิดการจัดเรียงตัวของสายโซ่ที่หนาแน่น ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลที่แข็งแรงเป็นพิเศษเกิดขึ้นเมื่อหมู่ฟังก์ชันในหน่วยซ้ำช่วยให้เกิดพันธะไฮโดรเจน ได้ เช่นในกรณีของp-อะรามิดการก่อตัวของการเชื่อมโยงภายในโมเลกุลที่แข็งแรงอาจทำให้เกิดสถานะการพับที่หลากหลายของสายโซ่เชิงเส้นเดี่ยวที่มีโครงสร้างวงจร ที่แตกต่างกัน ความเป็นผลึกและโครงสร้างเหนือระดับขึ้นอยู่กับเงื่อนไขของการก่อตัวเสมอ ดูเพิ่มเติมที่: การตกผลึกของพอลิเมอร์เมื่อเปรียบเทียบกับโครงสร้างอสัณฐาน โครงสร้างกึ่งผลึกนำไปสู่ความแข็ง ความหนาแน่น อุณหภูมิหลอมเหลว และความต้านทานที่สูงขึ้นของพอลิเมอร์

• พอลิเมอร์เชื่อมโยงข้าม:พอลิเมอร์เชื่อมโยงข้ามที่มีโครงสร้างตาข่ายกว้างเป็นอีลา สโตเมอร์ และไม่สามารถหลอมเหลวได้ (ต่างจากเทอร์โมพลาสติก ) การให้ความร้อนแก่ พอลิเมอร์เชื่อมโยงข้ามจะนำไปสู่การสลายตัว เท่านั้น ในทางกลับกัน อีลาสโตเมอร์เทอร์โมพลาสติกนั้นเชื่อมโยงข้ามทางกายภาพแบบย้อนกลับได้และสามารถหลอมเหลวได้ โคพอลิเมอร์แบบบล็อกซึ่งส่วนแข็งของพอลิเมอร์มีแนวโน้มที่จะตกผลึกและส่วนอ่อนมีโครงสร้างอสัณฐานเป็นอีลาสโตเมอร์เทอร์โมพลาสติกชนิดหนึ่ง: ส่วนแข็งช่วยให้เกิดการเชื่อมโยงข้ามทางกายภาพแบบตาข่ายกว้าง

พอลิเมอร์เชื่อมโยงแบบตาข่ายกว้าง (อีลาสโตเมอร์)

พอลิเมอร์เชื่อมโยงแบบตาข่ายกว้าง (อีลาสโตเมอร์) ภายใต้แรงดึง

ผลึกขนาดเล็กทำหน้าที่ เป็น "จุดเชื่อมโยง": เทอร์ โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์ชนิดหนึ่ง

เทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์กึ่งผลึกภายใต้แรงดึง

ความเป็นผลึก

เมื่อนำมาใช้กับพอลิเมอร์ คำว่า"ผลึก"มีความหมายค่อนข้างคลุมเครือ ในบางกรณี คำว่า"ผลึก"มีการใช้งานเหมือนกับที่ใช้ในวิชาผลึกศาสตร์ ทั่วไป ตัวอย่างเช่น โครงสร้างของโปรตีนหรือพอลินิวคลีโอไทด์ที่เป็นผลึก เช่น ตัวอย่างที่เตรียมไว้สำหรับการวิเคราะห์ด้วยรังสีเอกซ์อาจถูกกำหนดในแง่ของหน่วยเซลล์แบบดั้งเดิมที่ประกอบด้วยโมเลกุลของพอลิเมอร์หนึ่งโมเลกุลขึ้นไป โดยมีขนาดเซลล์หลายร้อยอังสตรอมหรือมากกว่านั้น พอลิเมอร์สังเคราะห์อาจถูกอธิบายอย่างคร่าวๆ ว่าเป็นผลึกได้ หากมีบริเวณที่มีการเรียงตัวแบบสามมิติในระดับความยาวอะตอม (ไม่ใช่ระดับความยาวระดับโมเลกุลขนาดใหญ่) ซึ่งมักเกิดจากการพับภายในโมเลกุลหรือการเรียงซ้อนของโซ่ที่อยู่ติดกัน พอลิเมอร์สังเคราะห์อาจประกอบด้วยทั้งบริเวณที่เป็นผลึกและบริเวณที่เป็นอสัณฐาน ระดับความเป็นผลึกอาจแสดงได้ในแง่ของสัดส่วนน้ำหนักหรือสัดส่วนปริมาตรของวัสดุที่เป็นผลึก พอลิเมอร์สังเคราะห์ส่วนน้อยเท่านั้นที่เป็นผลึกทั้งหมด ความเป็นผลึกของพอลิเมอร์ถูกกำหนดโดยระดับความเป็นผลึก โดยมีค่าตั้งแต่ศูนย์สำหรับพอลิเมอร์ที่ไม่เป็นผลึกโดยสมบูรณ์ ไปจนถึงหนึ่งสำหรับพอลิเมอร์ที่เป็นผลึกโดยสมบูรณ์ในทางทฤษฎี โดยทั่วไปแล้วโพลิเมอร์ที่มีบริเวณไมโครคริสตัลไลน์จะมีความเหนียวมากกว่า (สามารถงอได้มากกว่าโดยไม่แตกหัก) และทนต่อแรงกระแทกได้ดีกว่าโพลิเมอร์ที่ไม่มีโครงสร้างผลึกเลย^{[ 47 ]}โพลิเมอร์ที่มีระดับความเป็นผลึกใกล้เคียงศูนย์หรือหนึ่งจะมีแนวโน้มที่จะโปร่งใส ในขณะที่โพลิเมอร์ที่มีระดับความเป็นผลึกปานกลางจะมีแนวโน้มที่จะทึบแสงเนื่องจากการกระเจิงของแสงโดยบริเวณที่เป็นผลึกหรือแก้ว สำหรับโพลิเมอร์หลายชนิด ความเป็นผลึกอาจเกี่ยวข้องกับความโปร่งใสที่ลดลงด้วย

โครงสร้างสายโซ่

โดยทั่วไป พื้นที่ที่โมเลกุลของพอลิเมอร์ครอบครองจะแสดงในรูปของรัศมีไจเรชันซึ่งเป็นระยะทางเฉลี่ยจากจุดศูนย์กลางมวลของโซ่ไปยังตัวโซ่เอง หรืออาจแสดงในรูปของปริมาตรที่แผ่ขยายซึ่งเป็นปริมาตรที่ครอบคลุมโดยโซ่พอลิเมอร์และแปรผันตามกำลังสามของรัศมีไจเรชัน^{[ 48 ]} แบบจำลองทางทฤษฎีที่ง่ายที่สุดสำหรับพอลิเมอร์ในสถานะหลอมเหลวและอสัณฐานคือโซ่ในอุดมคติ

โครงสร้างแบบขดสุ่ม (สายโซ่ในอุดมคติ) ของสายโซ่พอลิเมอร์เชิงเส้นในสถานะหลอมเหลวได้รับการยืนยันจากการทดลองในช่วงทศวรรษ 1970 โดยใช้การกระเจิงของนิวตรอนมุมเล็ก (SANS) ทันทีที่เครื่องวัดการเลี้ยวเบน SANS เครื่องแรกพร้อมใช้งาน และผลลัพธ์นี้ถือเป็นหนึ่งในความสำเร็จที่สำคัญในฟิสิกส์ของพอลิเมอร์^{[ 49 ]}

คุณสมบัติของพอลิเมอร์ขึ้นอยู่กับโครงสร้างของมัน และแบ่งออกเป็นประเภทตามพื้นฐานทางกายภาพ คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีหลายอย่างอธิบายถึงพฤติกรรมของพอลิเมอร์ในฐานะวัสดุขนาดใหญ่ที่ต่อเนื่องกัน คุณสมบัติเหล่านี้ถูกจัดประเภทเป็นคุณสมบัติโดยรวม หรือคุณสมบัติเฉพาะจุดตามหลักอุณหพลศาสตร์

คุณสมบัติทางกล

คุณสมบัติโดยรวมของพอลิเมอร์เป็นคุณสมบัติที่มักมีความสำคัญต่อการใช้งานขั้นสุดท้าย คุณสมบัติเหล่านี้เป็นตัวกำหนดพฤติกรรมของพอลิเมอร์ในระดับมหาสภาพ

ความแข็งแรงดึง

ความแข็งแรงดึงของวัสดุจะวัดปริมาณความเค้นยืดที่วัสดุจะทนได้ก่อนที่จะเกิดการแตกหัก^{[ 50 ] [ 51 ]}ซึ่งมีความสำคัญมากในการใช้งานที่ต้องอาศัยความแข็งแรงหรือความทนทานทางกายภาพของพอลิเมอร์ ตัวอย่างเช่น ยางรัดที่มีความแข็งแรงดึงสูงกว่าจะรับน้ำหนักได้มากกว่าก่อนที่จะขาด โดยทั่วไป ความแข็งแรงดึงจะเพิ่มขึ้นตามความยาวของโซ่พอลิเมอร์และการเชื่อมโยงข้ามของโซ่พอลิเมอร์

โมดูลัสความยืดหยุ่นของยัง

โมดูลัสของยัง (Young's modulus)เป็นค่าที่บ่งบอกถึงความยืดหยุ่นของพอลิเมอร์ โดยนิยามสำหรับความเครียด ขนาดเล็ก คือ อัตราส่วนของอัตราการเปลี่ยนแปลงของความเค้นต่อความเครียด เช่นเดียวกับความแข็งแรงดึง โมดูลัสนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในการใช้งานพอลิเมอร์ที่เกี่ยวข้องกับคุณสมบัติทางกายภาพของพอลิเมอร์ เช่น ยางรัด โมดูลัสขึ้นอยู่กับอุณหภูมิอย่างมาก ความยืดหยุ่นหนืด (Viscoelasticity)อธิบายถึงการตอบสนองทางยืดหยุ่นที่ซับซ้อนซึ่งขึ้นอยู่กับเวลา โดยจะแสดงปรากฏการณ์ฮิสเทอรีซิสในกราฟความเค้น-ความเครียดเมื่อถอดแรงออกการวิเคราะห์ทางกลแบบไดนามิก (Dynamic mechanical analysisหรือ DMA) วัดโมดูลัสที่ซับซ้อนนี้โดยการแกว่งแรงและวัดความเครียดที่เกิดขึ้นเป็นฟังก์ชันของเวลา

พฤติกรรมเฟส

การตกผลึกและการหลอมเหลว

ขึ้นอยู่กับโครงสร้างทางเคมี โพลิเมอร์อาจเป็นได้ทั้งแบบกึ่งผลึกหรือแบบอสัณฐาน โพลิเมอร์แบบกึ่งผลึกสามารถเกิดการตกผลึกและการหลอมเหลวได้ในขณะที่โพลิเมอร์แบบอสัณฐานไม่สามารถเกิดการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวได้ ในโพลิเมอร์ การตกผลึกและการหลอมเหลวไม่ได้หมายถึงการเปลี่ยนสถานะจากของแข็งเป็นของเหลว เช่นเดียวกับในกรณีของน้ำหรือของเหลวโมเลกุลอื่นๆ แต่การตกผลึกและการหลอมเหลวหมายถึงการเปลี่ยนสถานะระหว่างสองสถานะของของแข็ง ( เช่นกึ่งผลึกและอสัณฐาน) การตกผลึกเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะเป็นแก้ว ( Tg และต่ำกว่าอุณหภูมิการหลอมเหลว ( Tm

การเปลี่ยนสถานะของแก้ว

พอลิเมอร์ทั้งหมด (อสัณฐานหรือกึ่งผลึก) ผ่านการเปลี่ยนสถานะเป็นแก้วอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะเป็นแก้ว ( Tg ) เป็นพารามิเตอร์ทางกายภาพที่สำคัญสำหรับการผลิต การแปรรูป และการใช้งานพอลิเมอร์ ที่อุณหภูมิต่ำกว่าการเคลื่อนที่ของโมเลกุลจะหยุดนิ่ง และพอลิเมอร์จะเปราะและเหมือนแก้ว ที่อุณหภูมิสูงกว่าเคลื่อนที่ ของโมเลกุลจะถูกกระตุ้น และพอลิเมอร์จะมีความยืดหยุ่นและหนืด อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะเป็นแก้วสามารถปรับแต่งได้โดยการเปลี่ยนแปลงระดับการแตกแขนงหรือการเชื่อมโยงในพอลิเมอร์ หรือโดย การเติมพลาสติไซเซอร์^{[ 53 ]}

ในขณะที่การตกผลึกและการหลอมเหลวเป็นการ เปลี่ยนเฟสอันดับแรกการเปลี่ยนสถานะแก้วไม่ใช่^{[ 54 ]}การเปลี่ยนสถานะแก้วมีลักษณะร่วมกับการเปลี่ยนเฟสอันดับสอง (เช่น ความไม่ต่อเนื่องในความจุความร้อน ดังแสดงในรูป) แต่โดยทั่วไปแล้วไม่ถือว่าเป็นการเปลี่ยนสถานะทางเทอร์โมไดนามิกส์ระหว่างสถานะสมดุล

พฤติกรรมการผสม

โดยทั่วไปแล้ว สารผสมพอลิเมอร์จะ ผสมกันได้ยากกว่าสารผสมของโมเลกุลขนาดเล็กปรากฏการณ์นี้เกิดจากข้อเท็จจริงที่ว่า แรงผลักดันในการผสมมักเป็นเอนโทรปีไม่ใช่พลังงานปฏิสัมพันธ์ กล่าวอีกนัยหนึ่ง สารที่ผสมกันได้มักจะเกิดเป็นสารละลาย ไม่ใช่เพราะปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันเองนั้นดีกว่าปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันเอง แต่เป็นเพราะการเพิ่มขึ้นของเอนโทรปี และพลังงานอิสระที่เกี่ยวข้องกับการเพิ่มปริมาตรที่มีอยู่สำหรับแต่ละองค์ประกอบ การเพิ่มขึ้นของเอนโทรปีนี้แปรผันตามจำนวนอนุภาค (หรือโมล) ที่กำลังผสมกัน เนื่องจากโมเลกุลของพอลิเมอร์มีขนาดใหญ่กว่ามาก และโดยทั่วไปจึงมีปริมาตรจำเพาะสูงกว่าโมเลกุลขนาดเล็กมาก จำนวนโมเลกุลที่เกี่ยวข้องในสารผสมพอลิเมอร์จึงน้อยกว่าจำนวนในสารผสมโมเลกุลขนาดเล็กที่มีปริมาตรเท่ากัน ในทางกลับกัน พลังงานของการผสมนั้นเทียบเคียงกันได้เมื่อพิจารณาต่อปริมาตรสำหรับสารผสมพอลิเมอร์และโมเลกุลขนาดเล็ก สิ่งนี้มีแนวโน้มที่จะเพิ่มพลังงานอิสระของการผสมสำหรับสารละลายพอลิเมอร์ และทำให้การละลายเป็นไปได้ยากขึ้น จึงทำให้การมีอยู่ของสารละลายเข้มข้นของพอลิเมอร์นั้นหายากกว่าสารละลายของโมเลกุลขนาดเล็กมาก

นอกจากนี้ พฤติกรรมของเฟสในสารละลายและสารผสมพอลิเมอร์นั้นซับซ้อนกว่าสารผสมโมเลกุลขนาดเล็ก ในขณะที่สารละลายโมเลกุลขนาดเล็กส่วนใหญ่แสดงเพียงอุณหภูมิวิกฤตสูงสุดในการเปลี่ยนเฟส (UCST) ซึ่งการแยกเฟสจะเกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิลดลง สารผสมพอลิเมอร์มักแสดงอุณหภูมิวิกฤตต่ำสุดในการเปลี่ยนเฟส (LCST) ซึ่งการแยกเฟสจะเกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น

ในสารละลายเจือจาง คุณสมบัติของพอลิเมอร์จะถูกกำหนดโดยปฏิกิริยาระหว่างตัวทำละลายและพอลิเมอร์ ในตัวทำละลายที่ดี พอลิเมอร์จะบวมและมีปริมาตรมาก ในสถานการณ์นี้ แรงระหว่างโมเลกุลระหว่างตัวทำละลายและหน่วยย่อยโมโนเมอร์จะมีอิทธิพลเหนือกว่าปฏิกิริยาภายในโมเลกุล ในตัวทำละลายที่ไม่ดีหรือตัวทำละลายที่ด้อยคุณภาพ แรงภายในโมเลกุลจะมีอิทธิพลเหนือกว่าและสายโซ่จะหดตัว ในตัวทำละลายทีต้าหรือสถานะของสารละลายพอลิเมอร์ที่ค่าสัมประสิทธิ์ไวเรียลที่สองเป็น 0 แรงผลักระหว่างโมเลกุลของพอลิเมอร์และตัวทำละลายจะสมดุลกับแรงดึงดูดภายในโมเลกุลของโมโนเมอร์อย่างพอดี ภายใต้เงื่อนไขทีต้า (เรียกอีกอย่างว่า เงื่อนไข ฟลอรี ) พอลิเมอร์จะมีพฤติกรรมเหมือนขดสุ่มใน อุดมคติ การเปลี่ยนผ่านระหว่างสถานะเหล่านี้เรียกว่าการเปลี่ยนผ่านจากขดเป็นทรงกลม

การรวมสารพลาสติไซเซอร์

การเติมพลาสติไซเซอร์มีแนวโน้มที่จะลด T และเพิ่มความยืดหยุ่นของพอลิเมอร์ การเติมพลาสติไซเซอร์จะปรับเปลี่ยนความสัมพันธ์ของอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะแก้ว T กับอัตราการเย็นตัว ด้วย ^{[ 55 ]}การเคลื่อนที่ของโซ่สามารถเปลี่ยนแปลงได้อีกหากโมเลกุลของพลาสติไซเซอร์ทำให้เกิดการสร้างพันธะไฮโดรเจน พลาสติไซเซอร์โดยทั่วไปเป็นโมเลกุลขนาดเล็กที่มีโครงสร้างทางเคมีคล้ายกับพอลิเมอร์และสร้างช่องว่างระหว่างโซ่พอลิเมอร์เพื่อให้เคลื่อนที่ได้มากขึ้นและมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างโซ่น้อยลง ตัวอย่างที่ดีของการทำงานของพลาสติไซเซอร์เกี่ยวข้องกับโพลีไวนิลคลอไรด์หรือ PVC uPVC หรือโพลีไวนิลคลอไรด์ที่ไม่เติมพลาสติไซเซอร์ใช้สำหรับสิ่งต่างๆ เช่น ท่อ ท่อไม่มีพลาสติไซเซอร์เพราะต้องคงความแข็งแรงและทนความร้อน PVC ที่เติมพลาสติไซเซอร์ใช้ในเสื้อผ้าเพื่อให้มีความยืดหยุ่น พลาสติไซเซอร์ยังถูกใส่ในฟิล์มยืดบางชนิดเพื่อให้พอลิเมอร์มีความยืดหยุ่นมากขึ้น

ปัจจุบัน โพลิเมอร์สังเคราะห์ถูกนำไปใช้ในเกือบทุกด้านของชีวิต สังคมสมัยใหม่จะแตกต่างไปมากหากปราศจากโพลิเมอร์ การแพร่หลายของการใช้โพลิเมอร์นั้นเชื่อมโยงกับคุณสมบัติเฉพาะตัวของมัน ได้แก่ ความหนาแน่นต่ำ ต้นทุนต่ำ คุณสมบัติเป็นฉนวนความร้อน/ไฟฟ้าที่ดี ทนต่อการกัดกร่อนสูง กระบวนการผลิตโพลิเมอร์ใช้พลังงานต่ำ และแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปได้ง่าย สำหรับการใช้งานที่กำหนด คุณสมบัติของโพลิเมอร์สามารถปรับแต่งหรือเพิ่มประสิทธิภาพได้โดยการผสมผสานกับวัสดุอื่นๆ เช่น ในวัสดุคอมโพสิตการใช้งานโพลิเมอร์ช่วยประหยัดพลังงาน (รถยนต์และเครื่องบินที่เบาลง อาคารที่มีฉนวนกันความร้อน) ปกป้องอาหารและน้ำดื่ม (บรรจุภัณฑ์) ประหยัดที่ดินและลดการใช้ปุ๋ย (เส้นใยสังเคราะห์) รักษาวัสดุอื่นๆ (สารเคลือบ) ปกป้องและช่วยชีวิต (สุขอนามัย การใช้งานทางการแพทย์) ตัวอย่างการใช้งานบางส่วนแสดงไว้ด้านล่าง

• เสื้อผ้า ชุดกีฬา และอุปกรณ์เสริม: เสื้อผ้าโพลีเอสเตอร์และ พีวีซี , สแปนเด็กซ์ , รองเท้า กีฬา , ชุด ดำน้ำ , ลูก ฟุตบอลและลูกบิลเลียด , สกีและสโนว์บอร์ด , ไม้แร็กเก็ต , ร่มชูชีพ , ใบ เรือ , เต็นท์และที่พักพิง
• เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และโฟโตนิกส์: ทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้า อินทรีย์ (OFET), ไดโอดเปล่งแสง (OLED) และเซลล์แสงอาทิตย์ , ส่วนประกอบโทรทัศน์ , แผ่นซีดี (CD), โฟโตเรซิสต์ , โฮโลแกรม
• บรรจุภัณฑ์และภาชนะบรรจุ: ฟิล์ม,ขวด,บรรจุภัณฑ์อาหาร , ถัง
• ฉนวนกันความร้อน: ฉนวนไฟฟ้าและ ฉนวนกันความร้อน , โฟมฉีดพ่น
• การ ใช้งานด้านการก่อสร้างและโครงสร้าง: เฟอร์นิเจอร์สวน , หน้าต่าง PVC , พื้น, วัสดุอุดรอยรั่ว , ท่อ
• สี กาว และสารหล่อลื่น: วานิชกาวติดวัสดุสารกระจายตัวสารเคลือบป้องกันการเขียนกราฟฟิตีสารเคลือบป้องกันการเกาะติดของสิ่งมีชีวิตในน้ำ พื้นผิวกันติดสารหล่อลื่น
• ชิ้นส่วนรถยนต์: ยางรถยนต์ , กันชน , กระจก หน้ารถ , ที่ปัดน้ำฝน , ถังน้ำมัน , เบาะรถยนต์
• ของใช้ในบ้าน: ถัง , เครื่องครัว , ของเล่น (เช่นชุดตัวต่อและรูบิค )
• การประยุกต์ใช้ทางการแพทย์: ถุงเก็บเลือด , เข็มฉีดยา , ถุงมือยาง , ไหมเย็บ แผล , คอนแทคเลนส์ , อวัยวะเทียม , การควบคุมการส่งและปลดปล่อยยา , เมทริกซ์สำหรับการเจริญเติบโตของเซลล์
• สุขอนามัยส่วนบุคคลและการดูแลสุขภาพ: ผ้าอ้อมที่ใช้โพลิเมอร์ ดูด ซับพิเศษแปรงสีฟันเครื่องสำอางแชมพูถุงยางอนามัย
• มาตรการรักษาความ ปลอดภัย: อุปกรณ์ป้องกันส่วนบุคคล , เสื้อเกราะกันกระสุน , ชุดอวกาศ , เชือก
• เทคโนโลยีการแยกสาร: เยื่อสังเคราะห์ , เยื่อเซลล์เชื้อเพลิง , การกรอง , เรซินแลกเปลี่ยนไอออน
• เงิน: ธนบัตรโพลิเมอร์และบัตรชำระเงิน
• การพิมพ์ 3มิติ

มีหลักเกณฑ์หลายประการสำหรับการตั้งชื่อสารโพลีเมอร์ โพลีเมอร์ที่ใช้กันทั่วไปหลายชนิด เช่น โพลีเมอร์ที่พบในผลิตภัณฑ์สำหรับผู้บริโภค มักถูกเรียกด้วยชื่อสามัญหรือชื่อสามัญ ชื่อสามัญนี้กำหนดขึ้นตามแบบอย่างทางประวัติศาสตร์หรือการใช้งานที่เป็นที่นิยมมากกว่าหลักเกณฑ์การตั้งชื่อที่เป็นมาตรฐาน ทั้งสมาคมเคมีแห่งอเมริกา (ACS) ^{[ 58 ]}และIUPAC ^{[ 59 ]}ได้เสนอหลักเกณฑ์การตั้งชื่อที่เป็นมาตรฐาน โดยหลักเกณฑ์ของ ACS และ IUPAC มีความคล้ายคลึงกันแต่ไม่เหมือนกัน^{[ 60 ]}ตัวอย่างความแตกต่างระหว่างหลักเกณฑ์การตั้งชื่อต่างๆ แสดงอยู่ในตารางด้านล่าง:

ในระบบการตั้งชื่อมาตรฐานทั้งสองแบบ ชื่อของพอลิเมอร์มีจุดประสงค์เพื่อสะท้อนถึงโมโนเมอร์ที่ใช้สังเคราะห์ (การตั้งชื่อตามแหล่งที่มา) มากกว่าลักษณะที่แน่นอนของหน่วยย่อยที่ซ้ำกัน ตัวอย่างเช่น พอลิเมอร์ที่สังเคราะห์จากแอลคีนอย่างง่ายอย่างอีเทนเรียกว่า โพลีอีเทน โดยยังคง คำต่อท้าย -ene ไว้ แม้ว่าพันธะคู่จะถูกกำจัดออกไปในระหว่างกระบวนการพอลิเมอไรเซ ชันก็ตาม

→

However, IUPAC structure based nomenclature is based on naming of the preferred constitutional repeating unit.^[61]

IUPAC has also issued guidelines for abbreviating new polymer names.^[62] 138 common polymer abbreviations are also standardized in the standard ISO 1043–1.^[63]

Polymer characterization spans many techniques for determining the chemical composition, molecular weight distribution, and physical properties. Select common techniques include the following:

• Size-exclusion chromatography (also called gel permeation chromatography), sometimes coupled with static light scattering, can used to determine the number-average molecular weight, weight-average molecular weight, and dispersity.
• Scattering techniques, such as static light scattering and small-angle neutron scattering, are used to determine the dimensions (radius of gyration) of macromolecules in solution or in the melt. These techniques are also used to characterize the three-dimensional structure of microphase-separated block polymers, polymeric micelles, and other materials.
• Wide-angle X-ray scattering (also called wide-angle X-ray diffraction) is used to determine the crystalline structure of polymers (or lack thereof).
• Spectroscopy techniques, including Fourier-transform infrared spectroscopy, Raman spectroscopy, and nuclear magnetic resonance spectroscopy, can be used to determine the chemical composition.
• Differential scanning calorimetry is used to characterize the thermal properties of polymers, such as the glass-transition temperature, crystallization temperature, and melting temperature. The glass-transition temperature can also be determined by dynamic mechanical analysis.
• Thermogravimetry is a useful technique to evaluate the thermal stability of the polymer.
• Rheology is used to characterize the flow and deformation behavior. It can be used to determine the viscosity, modulus, and other rheological properties. Rheology is also often used to determine the molecular architecture (molecular weight, molecular weight distribution, branching) and to understand how the polymer can be processed.

การเสื่อมสภาพของพอลิเมอร์ คือการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติ เช่น ความแข็งแรงดึงสีรูปร่าง หรือน้ำหนักโมเลกุล ของพอลิเมอร์หรือผลิตภัณฑ์ที่ทำจากพอลิเมอร์ ภายใต้ผลกระทบของปัจจัยแวดล้อมอย่างน้อยหนึ่งอย่าง เช่นความร้อนแสงและสารเคมี บางชนิด ออกซิเจน และเอนไซม์การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัตินี้มักเป็นผลมาจากการแตกหักของพันธะในโครงสร้างหลักของพอลิเมอร์ ( การแตกตัวของโซ่ ) ซึ่งอาจเกิดขึ้นที่ปลายโซ่หรือตำแหน่งสุ่มในโซ่

แม้ว่าการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวส่วนใหญ่มักไม่เป็นที่พึงประสงค์ แต่ในบางกรณี เช่นการย่อยสลายทางชีวภาพและการรีไซเคิลอาจมีจุดประสงค์เพื่อป้องกันมลภาวะ ต่อสิ่งแวดล้อม การย่อยสลายยังเป็นประโยชน์ในด้านการแพทย์อีกด้วย ตัวอย่างเช่น โคพอลิเมอร์ของกรดโพลีแลคติกและกรดโพลีไกลโคลิกถูกนำมาใช้ในไหมเย็บแผลที่สามารถย่อยสลายได้ช้าๆ หลังจากเย็บปิดแผลแล้ว

ความอ่อนไหวของพอลิเมอร์ต่อการเสื่อมสภาพขึ้นอยู่กับโครงสร้างของมัน อีพ็อกซีและโซ่ที่มีฟังก์ชันอะโรมาติกมีความอ่อนไหวต่อ การ เสื่อมสภาพจากรังสียูวี เป็นพิเศษ ในขณะที่พอลิเอสเตอร์มีความอ่อนไหวต่อการเสื่อมสภาพ จากไฮโดร ไลซิ ส พอ ลิเมอร์ที่มี โครงสร้าง หลักไม่ อิ่มตัว จะเสื่อมสภาพผ่านการแตกตัวด้วยโอโซนพอลิเมอร์ที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบมีความอ่อนไหวต่อการเสื่อมสภาพจากความร้อนมากกว่าพอลิเมอร์อนินทรีย์เช่นโพลิดิเมทิลไซลอกเซน ดังนั้นจึงไม่เหมาะสำหรับงานที่ต้องการอุณหภูมิสูงส่วนใหญ่^{[ 64 ]}

การสลายตัวของโพลีเอทิลีนเกิดขึ้นจากการแตกตัวแบบสุ่ม ซึ่งเป็นการแตกหักแบบสุ่มของพันธะที่ยึดอะตอมของพอลิเมอร์เข้าด้วยกัน เมื่อได้รับความร้อนสูงกว่า 450  °C โพลีเอทิลีนจะสลายตัวกลายเป็นส่วนผสมของไฮโดรคาร์บอน ในกรณีของการแตกตัวที่ปลายโซ่ โมโนเมอร์จะถูกปล่อยออกมา และกระบวนการนี้เรียกว่าการคลายตัวหรือการสลายตัว ของพอลิเมอ ร์ กลไกใดจะเด่นกว่านั้นขึ้นอยู่กับชนิดของพอลิเมอร์และอุณหภูมิ โดยทั่วไปแล้ว พอลิเมอร์ที่ไม่มีหรือมีหมู่แทนที่ขนาดเล็กเพียงหมู่เดียวในหน่วยซ้ำจะสลายตัวผ่านการแตกตัวของโซ่แบบสุ่ม

การคัดแยกขยะโพลีเมอร์เพื่อการรีไซเคิลอาจทำได้ง่ายขึ้นโดยการใช้รหัสระบุชนิดเรซินที่พัฒนาโดยสมาคมอุตสาหกรรมพลาสติกเพื่อระบุประเภทของพลาสติก

ผลิตภัณฑ์ล้มเหลว

ความเสียหายของ ชิ้นส่วนโพลีเมอร์ ที่สำคัญต่อความปลอดภัยอาจก่อให้เกิดอุบัติเหตุร้ายแรง เช่น ไฟไหม้ในกรณีที่ท่อส่งเชื้อเพลิง โพลีเมอร์แตกร้าวและเสื่อม สภาพ การแตกร้าวของ ข้อต่อท่อประปา เรซินอะซีทัลและ ท่อ โพลีบิวทิลีน ที่เกิดจากคลอรีน ได้ก่อให้เกิดน้ำท่วมร้ายแรงในบ้านเรือนหลายแห่ง โดยเฉพาะในสหรัฐอเมริกาในช่วงทศวรรษ 1990 คลอรีน ที่ปนเปื้อน อยู่ในน้ำประปาได้กัดกร่อนโพลีเมอร์ในท่อประปา ซึ่งปัญหานี้จะเกิดขึ้นเร็วขึ้นหากชิ้นส่วนใด ๆ ถูก ขึ้นรูปด้วย การอัดรีดหรือการฉีดขึ้นรูปที่ ไม่ดี การกัดกร่อนของข้อต่ออะซีทัลเกิดขึ้นเนื่องจากการขึ้นรูปที่ผิดพลาด ทำให้เกิดการแตกร้าวตามเกลียวของข้อต่อซึ่งเป็นจุดที่มีความเค้นสูง

การออกซิเดชันของพอลิเมอร์ทำให้เกิดอุบัติเหตุที่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์ทางการแพทย์รูปแบบความล้มเหลวที่รู้จักกันมานานที่สุดอย่างหนึ่งคือการแตกร้าวจากโอโซน ซึ่งเกิดจากการแตกตัวของโซ่เมื่อ ก๊าซ โอโซนโจมตีอีลาสโตเมอร์ ที่ไวต่อปฏิกิริยา เช่นยางธรรมชาติและยางไนไตรล์พวกมันมีพันธะคู่ในหน่วยซ้ำซึ่งจะถูกแยกออกในระหว่าง กระบวนการ โอโซโนไลซิส รอยแตกร้าวในท่อส่งเชื้อเพลิงสามารถทะลุเข้าไปในรูของท่อและทำให้เชื้อเพลิงรั่วไหลได้ หากเกิดรอยแตกร้าวในห้องเครื่องยนต์ ประกายไฟสามารถจุดติดน้ำมันเบนซินและทำให้เกิดไฟไหม้ร้ายแรงได้ ในการใช้งานทางการแพทย์ การเสื่อมสภาพของพอลิเมอร์อาจนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงลักษณะทางกายภาพและเคมีของอุปกรณ์ที่ฝังในร่างกาย^{[ 65 ]}

ไนลอน 66มีความไวต่อการไฮโดรไลซิสด้วยกรดและในอุบัติเหตุครั้งหนึ่ง ท่อส่งเชื้อเพลิงแตกทำให้เกิดการรั่วไหลของน้ำมันดีเซลลงบนถนน หากน้ำมันดีเซลรั่วไหลลงบนถนน อาจก่อให้เกิดอุบัติเหตุแก่รถยนต์ที่ขับตามมาได้ เนื่องจากพื้นผิวถนนลื่นเหมือนน้ำแข็งดำนอกจากนี้ พื้นผิวถนน แอสฟัลต์คอนกรีตจะได้รับความเสียหายจากการที่น้ำมันดีเซลละลายแอสฟัลทีนจากวัสดุผสม ส่งผลให้พื้นผิวแอสฟัลต์เสื่อมสภาพและโครงสร้างของถนนเสียหาย

โพลิเมอร์เป็นส่วนประกอบสำคัญของสินค้ามาตั้งแต่ยุคแรกเริ่มของมนุษยชาติ การใช้ขนสัตว์ ( เคราติน ) เส้นใยฝ้ายและลินิน ( เซลลูโลส ) สำหรับทำเครื่องนุ่งห่มต้นกก ( เซลลูโลส ) สำหรับทำกระดาษเป็นเพียงตัวอย่างเล็กน้อยของวิธีที่สังคมโบราณใช้ประโยชน์จากวัตถุดิบที่มีโพลิเมอร์เพื่อสร้างสิ่งประดิษฐ์ น้ำยางจากต้น "เกาชูค" ( ยางธรรมชาติ ) มาถึงยุโรปในศตวรรษที่ 16 จากอเมริกาใต้หลังจากที่ชาวออลเมคมายาและแอซเท็กเริ่มใช้เป็นวัสดุในการทำลูกบอล ผ้ากันน้ำ และภาชนะ^{[ 66 ]}

การดัดแปลงทางเคมีของพอลิเมอร์มีมาตั้งแต่ศตวรรษที่ 19 แม้ว่าในขณะนั้นจะยังไม่เข้าใจธรรมชาติของสารเหล่านี้ก็ตาม พฤติกรรมของพอลิเมอร์ได้รับการอธิบายในเบื้องต้นตามทฤษฎีที่เสนอโดยโทมัส เกรแฮมซึ่งพิจารณาว่าพอลิเมอร์เป็นกลุ่มคอลลอยด์ของโมเลกุลขนาดเล็กที่ยึดติดกันด้วยแรงที่ไม่ทราบชนิด

แม้จะขาดความรู้เชิงทฤษฎี แต่ศักยภาพของพอลิเมอร์ในการจัดหาวัสดุที่เป็นนวัตกรรม เข้าถึงได้ และราคาถูกก็ได้รับการเข้าใจในทันที งานที่ดำเนินการโดยBraconnot , Parkes , Ludersdorf, Haywardและคนอื่นๆ อีกมากมายเกี่ยวกับการดัดแปลงพอลิเมอร์ธรรมชาติได้ก่อให้เกิดความก้าวหน้าที่สำคัญมากมายในสาขานี้^{[ 67 ]}ผลงานของพวกเขานำไปสู่การค้นพบวัสดุต่างๆ เช่นเซลลูลอยด์กาลาลิธพาร์คีซีนเรยอนยางวัลคาไนซ์และต่อมาคือเบคไลต์ซึ่งวัสดุเหล่านี้ล้วนเข้าสู่กระบวนการผลิตทางอุตสาหกรรมอย่างรวดเร็วและเข้าสู่ครัวเรือนในฐานะส่วนประกอบของเสื้อผ้า ( เช่นผ้า กระดุม) เครื่องใช้บนโต๊ะอาหาร และของตกแต่ง

ในปี พ.ศ. 2463 เฮอร์มันน์ สเตาดิงเกอร์ได้ตีพิมพ์ผลงานชิ้นสำคัญของเขาเรื่อง "Über Polymerisation" ^{[ 68 ]}ซึ่งเขาเสนอว่าพอลิเมอร์นั้นแท้จริงแล้วเป็นสายโซ่ยาวของอะตอมที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์ ผลงานของเขาถูกถกเถียงกันเป็นเวลานาน แต่ในที่สุดก็ได้รับการยอมรับจากชุมชนวิทยาศาสตร์ ด้วยผลงานนี้ สเตาดิงเกอร์จึงได้รับรางวัลโนเบลในปี พ.ศ. 2496 ^{[ 69 ]}

หลังจากช่วงปี 1930 โพลิเมอร์ได้เข้าสู่ยุคทอง ซึ่งมีการค้นพบโพลิเมอร์ชนิดใหม่ๆ และนำไปใช้งานเชิงพาณิชย์อย่างรวดเร็ว โดยเข้ามาแทนที่วัสดุจากธรรมชาติ การพัฒนานี้ได้รับแรงผลักดันจากภาคอุตสาหกรรมที่มีแรงขับเคลื่อนทางเศรษฐกิจที่แข็งแกร่ง และได้รับการสนับสนุนจากชุมชนวิชาการที่กว้างขวาง ซึ่งได้มีส่วนร่วมในการสังเคราะห์โมโนเมอร์ที่เป็นนวัตกรรมใหม่จากวัตถุดิบที่ถูกกว่า กระบวนการพอลิเมอไรเซชันที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น เทคนิคการวิเคราะห์ลักษณะเฉพาะของโพลิเมอร์ที่ดีขึ้น และความเข้าใจเชิงทฤษฎีขั้นสูงเกี่ยวกับโพลิเมอร์^{[ 67 ]}

นับตั้งแต่ปี 1953 มีการมอบ รางวัลโนเบล 6 รางวัลในสาขาวิทยาศาสตร์พอลิเมอร์ โดยไม่นับรวมการวิจัยเกี่ยวกับโมเลกุลชีวภาพ ขนาดใหญ่ สิ่งนี้เป็นเครื่องยืนยันถึงผลกระทบต่อวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสมัยใหม่ ดังที่ลอร์ดท็อดด์สรุปไว้ในปี 1980 ว่า "ผมคิดว่าการพัฒนาพอลิเมอไรเซชันน่าจะเป็นสิ่งที่ยิ่งใหญ่ที่สุดที่วิชาเคมีได้ทำมา ซึ่งส่งผลกระทบมากที่สุดต่อชีวิตประจำวัน" ^{[ 71 ]}

• Cowie, JMG (John McKenzie Grant) (1991). โพลิเมอร์: เคมีและฟิสิกส์ของวัสดุสมัยใหม่ . กลาสโกว์: Blackie. ISBN 978-0-412-03121-2.
• ฮอลล์, คริสโตเฟอร์ (1989). วัสดุพอลิเมอร์ (PDF) (  ฉบับที่ 2). ลอนดอน; นิวยอร์ก: แมคมิลแลน. ISBN 978-0-333-46379-6.
• รูดิน, อัลเฟรด (1982). องค์ประกอบของวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมพอลิเมอร์ . สำนักพิมพ์วิชาการ. ISBN 978-0-12-601680-2.
• ไรท์, เดวิด ซี. (2001). การแตกร้าวจากความเครียดทางสิ่งแวดล้อมของพลาสติก . RAPRA. ISBN 978-1-85957-064-7.

• ตำราเรียนฟรีในสาขาเคมีพอลิเมอร์
• วิธีการวิเคราะห์โพลิเมอร์โดยใช้การเลี้ยวเบนของรังสีเอ็กซ์
• แมโครแกลเลอเรีย
• ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับโพลิเมอร์
• คำศัพท์ย่อของโพลิเมอร์