重合体のソースを表示

{{Redirect|ポリマー|その他の用法|ポリマー (曖昧さ回避)}}
[[File:Single Polymer Chains AFM.jpg|thumb|upright=0.8|[[原子間力顕微鏡]]を使用して、液体媒体下の表面で記録された実際の直鎖状ポリマー鎖の外観。このポリマー鎖の{{Ill2|輪郭長|en|Contour length}}は約204&nbsp;nmで、太さは約0.4&nbsp;nmである<ref>{{cite journal|first1=Y.|last1=Roiter |first2=S.|last2=Minko|doi=10.1021/ja0558239|title= AFM Single Molecule Experiments at the Solid-Liquid Interface: In Situ Conformation of Adsorbed Flexible Polyelectrolyte Chains|journal=Journal of the American Chemical Society|volume=127|issue=45|pages=15688–15689|year=2005|pmid=16277495}}</ref>。]]
{{Quote box
| title = [[IUPAC]]の定義
| quote = ポリマー（polymer）は、高分子から構成される物質である<ref name=goldbook2>{{GoldBookRef |title= polymer |file= P04735}}</ref>。高分子（macromolecule）とは、相対分子量が大きい分子のことで、その本質的な構造は、相対分子量の小さい分子に由来する単位の多重反復からなる<ref name=goldbook>{{GoldBookRef |title= macromolecule (polymer molecule) |file= M03667}}</ref>。
| align = right
| width = 30%
}}
'''重合体'''（じゅうごうたい、{{Lang-en-short|polymer}}、'''ポリマー'''<ref>{{cite web|url=https://www.thefreedictionary.com/polymer|title=Polymer – Definition of polymer|publisher=[[:en:TheFreeDictionary.com|The Free Dictionary]]|access-date=23 July 2013}}</ref><ref>{{cite encyclopedia|title=Define polymer|url=https://www.dictionary.com/browse/polymer|dictionary=[[:en:Dictionary.com|Dictionary Reference]]|access-date=23 July 2013}}</ref>）は、多数の{{Ill2|反復単位|en|Repeat unit}}からなる'''[[高分子]]'''（巨大分子）という非常に大きな[[分子]]から構成される[[化学物質|物質]]または材料<ref>{{cite web |url=https://www.britannica.com/science/polymer |title=Polymer on Britannica |access-date=2023-08-11}}</ref>。

合成ポリマーも天然ポリマーも、その広範な特性により<ref name="PC1">{{cite book |last1= Painter |first1= Paul C. |last2= Coleman |first2= Michael M. |title= Fundamentals of polymer science: an introductory text |year= 1997 |publisher= Technomic Pub. Co. |location= Lancaster, Pa. |isbn= 978-1-56676-559-6 |page= 1}}</ref>、日常生活において不可欠かつ[[wikt:遍在|遍在]]的な役割を果たしている<ref name="MBB1">{{cite book |last1= McCrum |first1= N. G. |last2= Buckley |first2= C. P. |last3= Bucknall |first3= C. B. |title= Principles of polymer engineering |year= 1997 |publisher= Oxford University Press |location= Oxford; New York |isbn= 978-0-19-856526-0 |page= 1}}</ref>。ポリマーは、[[ポリスチレン]]のような身近な[[合成樹脂]]から、[[デオキシリボ核酸|DNA]]や[[タンパク質]]のような生物学的な構造や機能の基礎をなす天然の[[生体高分子|生体ポリマー]]まで多岐にわたる。ポリマーは、天然や合成を問わず、[[モノマー]]と呼ばれる[[小分子]]が多数[[重合反応|重合]]して形成される。その結果、小分子[[化合物]]に比べて[[分子量]]が大きくなり、[[靱性|強靱性]]、[[弾性]]、[[粘弾性]]、（[[結晶]]ではなく）[[非晶質]]や{{Ill2|ポリマーの結晶化|en|Crystallization of polymers|label=半結晶構造}}を形成しやすいなど、特徴のある[[物性|物理的特性]]がもたらされる。<!-- ポリマーと[[樹脂]]という用語は、しばしば[[プラスチック]]と同義語である。 -->

「ポリマー（polymer）」という言葉は、ギリシャ語の πολύς（''polus'', 「多くの、たくさんの」という意味）と μέρος（''meros,'' 「部分」という意味）に由来する。この用語は1833年に[[イェンス・ヤコブ・ベルセリウス]]によって作られたが<ref>If two substances had molecular formulae such that one was an integer multiple of the other – e.g., acetylene (C<sub>2</sub>H<sub>2</sub>) and benzene (C<sub>6</sub>H<sub>6</sub>) – Berzelius called the multiple formula "polymeric". See: Jöns Jakob Berzelius (1833) "''Isomerie'', Unterscheidung von damit analogen Verhältnissen" (''Isomeric'', distinction from relations analogous to it), ''Jahres-Bericht über die Fortschitte der physischen Wissenschaften …'', '''12''': 63–67. [https://books.google.com/books?id=1vs4AAAAMAAJ&pg=RA1-PA64 From page 64]: "Um diese Art von Gleichheit in der Zusammensetzung, bei Ungleichheit in den Eigenschaften, bezeichnen zu können, möchte ich für diese Körper die Benennung ''polymerische'' (von ''πολυς'' mehrere) vorschlagen." (In order to be able to denote this type of similarity in composition [which is accompanied] by differences in properties, I would like to propose the designation "polymeric" (from ''πολυς'', several) for these substances.)<br>Originally published in 1832 in Swedish as: Jöns Jacob Berzelius (1832) "Isomeri, dess distinktion från dermed analoga förhållanden," ''Årsberättelse om Framstegen i Fysik och Kemi'', pages 65–70; the word "polymeriska" appears on [https://books.google.com/books?id=PZUHAAAAcAAJ&pg=PA66 page 66].</ref>、[[イェンス・ヤコブ・ベルセリウス#業績|その定義]]は現代の[[国際純正・応用化学連合|IUPAC]]の定義とは異なっていた<ref>{{cite journal|author=Jensen, William B.|author1-link=William B. Jensen|year=2008|title=Ask the Historian: The origin of the polymer concept|journal=Journal of Chemical Education|volume=85|issue=5|pages=624–625|doi=10.1021/ed085p624|url=http://www.che.uc.edu/jensen/W.%20B.%20Jensen/Reprints/141.%20Polymer.pdf|bibcode=2008JChEd..85..624J|access-date=2013-03-04|archive-date=2018-06-18|archive-url=https://web.archive.org/web/20180618125718/http://www.che.uc.edu/jensen/W.%20B.%20Jensen/Reprints/141.%20Polymer.pdf|url-status=dead}}</ref>。ポリマーが共有結合した高分子構造であるという現代的な概念は、1920年に[[ヘルマン・シュタウディンガー]]によって提唱され<ref>{{cite journal |last1= Staudinger |first1= H |year= 1920 |title= Über Polymerisation |trans-title= On polymerization|language= de |url= https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id=uc1.b3481298;view=1up;seq=1283 |journal= Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft |volume= 53 |issue= 6 |pages= 1073–1085 |doi=10.1002/cber.19200530627}}</ref>、彼はその後10年間をこの仮説の実験的証拠を見つけることに費やした<ref>{{cite book|last1=Allcock|first1=Harry R.|last2=Lampe|first2=Frederick W.|last3=Mark|first3=James E. |title= Contemporary Polymer Chemistry|publisher=Pearson Education|edition=3|year=2003|page=21|isbn=978-0-13-065056-6}}</ref>。

ポリマーは、{{Ill2|高分子科学|en|Polymer science}}（[[高分子化学]]と[[高分子物理学]]を含む）、[[生物物理学]]、[[材料工学|材料科学および工学]]の分野で研究されている。歴史的には、[[共有結合|共有]][[化学結合]]による反復単位の結合から生じる生成物が高分子科学の主な焦点であった。現在では、非共有結合によって形成される{{Ill2|超分子ポリマー|en|Supramolecular polymer}}が、新たに重要な分野として注目されている。[[ラテックス]]・[[天然ゴム|ゴム]]の主成分である[[ポリイソプレン]]は天然ポリマーの例であり、[[発泡スチロール]]の[[ポリスチレン]]は合成ポリマーの例である。生物学的には、本質的にすべての生体高分子、すなわちタンパク質（ポリアミド）、[[核酸]]（[[ポリヌクレオチド]]）、および[[多糖]]は、純粋な高分子であるか、または大部分が高分子成分から構成されている。<!--
たとえば、イソプレニル化または脂質修飾された糖タンパク質では、タンパク質のポリアミド骨格上に脂質小分子やオリゴ糖が修飾されている。—e.g., isoprenylated or lipid-modified glycoproteins, where small lipidic molecules and [[:en:oligosaccharide|oligosaccharide]] modifications occur on the polyamide backbone of the protein.<ref>{{cite journal |author1= Ten Feizi |author-link1=Ten Feizi |author2= Wengang Chai |title= Oligosaccharide microarrays to decipher the glyco code |journal= Nature Reviews Molecular Cell Biology |volume= 5 |pages= 582–588 |year= 2004 |doi= 10.1038/nrm1428 |pmid= 15232576 |issue= 7}}</ref>
-->[[File:Polymer chain SPT.png|thumb|ポリマー分子の模式図]]

== 一般的な例 ==
{{See also|{{ill2|ポリマーの種類|en|Polymer classes}}<!-- Polymer classes (disambiguation){{!}}Polymer classes -->}}

[[File:Styrene-butadiene chain2.png|thumb|[[Visual Molecular Dynamics|分子シミュレーション]]による[[スチレン・ブタジエンゴム|スチレン-ブタジエン]]鎖の構造]]

ポリマーには、天然に存在するものと、合成または人工的に作られたものの2種類がある。

=== 天然ポリマー ===
[[麻 (繊維)|麻]]、[[シェラック]]、[[琥珀]]、[[ウール|羊毛]]、[[絹]]、[[天然ゴム]]などの[[生体高分子|天然高分子素材]]は、何世紀にもわたって使用されてきた。他にも、木材や紙の主成分である[[セルロース]]など、さまざまな天然ポリマーが存在する。

==== 宇宙ポリマー ====
{{Ill2|ヘモグリシン|en|Hemoglycin}}（以前はヘモリチンと呼ばれていた）は宇宙ポリマー（space polymer）で、[[隕石]]から発見された最初の[[アミノ酸]]ポリマーである<ref name="MPS-2015">{{cite journal|last1=McGeoch|first1=J.E.M.|last2=McGeoch|first2=M.W.|date=2015|title=Polymer amide in the Allende and Murchison meteorites.|journal=[[:en:Meteoritics & Planetary Science|Meteoritics & Planetary Science]]|volume=50|pages=1971–1983|bibcode=2015M&PS...50.1971M|doi=10.1111/maps.12558|number=12|s2cid=97089690}}</ref><ref name="SR-20220928">{{cite journal |last1=McGeogh |first1=Julie E. M. |last2=McGeogh |first2=Malcolm W. |title=Chiral 480nm absorption in the hemoglycin space polymer: a possible link to replication |date=28 September 2022 |journal=[[:en:Scientific Reports|Scientific Reports]] |volume=12 |issue=1 |page=16198 |doi=10.1038/s41598-022-21043-4 |pmid=36171277 |pmc=9519966 }}</ref><ref name="SD-20210629">{{cite news |author=Staff |url=https://www.sciencedaily.com/releases/2021/06/210629120835.htm |title=Polymers in meteorites provide clues to early solar system |work=[[:en:Science Digest|Science Digest]] |date=29 June 2021 |accessdate=9 January 2023 }}</ref>。

=== 合成ポリマー ===
{{Ill2|合成ポリマーの一覧|en|List of synthetic polymers}}を世界の需要が高い順におおまかに並べると、[[ポリエチレン]]、[[ポリプロピレン]]、[[ポリスチレン]]、[[ポリ塩化ビニル]]、[[合成ゴム]]、[[フェノール樹脂|フェノール-ホルムアルデヒド樹脂]]（または[[ベークライト]]）、[[ネオプレン]]、[[ナイロン]]、[[ポリアクリロニトリル]]、[[ポリビニルブチラール|PVB]]、[[シリコーン]]、その他多数となる。これらのポリマーは毎年3億3,000万トン以上製造されている（2015年）<ref>{{cite web |url=https://committee.iso.org/files/live/sites/tc61/files/The%20Plastic%20Industry%20Berlin%20Aug%202016%20-%20Copy.pdf|title=World Plastics Production |access-date=2023-08-11}}</ref>。

もっとも一般的には、プラスチックの原料となるポリマーの[[主鎖]]は、主に[[炭素]]原子が連続的に連結して構成している。単純な例としては、ポリエチレンがあり、その反復単位（モノマー）は[[エチレン]]である。他にも多くの構造が存在し、たとえば[[ケイ素]]のような元素は[[シリコーン]]のような身近な材料を形成し、[[シリーパティー]]や防水性の配管シーリング材などで使用されている。また、[[酸素]]は、[[ポリエチレングリコール]]、[[多糖類]]（[[グリコシド結合]]）、[[デオキシリボ核酸|DNA]]（[[ホスホジエステル結合]]）などのポリマー骨格にも存在する。

==合成==
{{Main|重合反応}}

[[File:Polymerization classification ENmod.png|thumb|重合反応の分類|alt=|440x440px]]
重合とは、モノマーと呼ばれる小分子を多数結合させ、共有結合でつながった鎖やネットワークを形成するプロセスである。重合のプロセスの際、各々のモノマーから一部の[[基|化学基]]が失われることがある。たとえば、[[ポリエチレンテレフタラート|PETポリエステル]]の重合時にこれが見られる。そのモノマーは[[テレフタル酸]]（HOOC - C6H4 - COOH）と[[エチレングリコール]]（HO - CH2 - CH2 - OH）であるが、反復単位は - OC - C6H4 - COO - CH2 - CH2 - O - であり、2つの水分子を失った2つのモノマーの組み合わせに相当する。ポリマーに組み込まれる各モノマーの個別の断片は{{Ill2|反復単位|en|Repeat unit}}またはモノマー[[残基]]と呼ばれている。

合成法は一般に、[[逐次重合|段階成長重合]]（step-growth polymerization、逐次重合とも）と[[連鎖重合]]（chain polymerization）の2つに分けられる<ref>{{cite book |last1= Sperling |first1= L. H. (Leslie Howard) |title= Introduction to physical polymer science |year= 2006 |publisher= Wiley |location= Hoboken, N.J. |isbn= 978-0-471-70606-9 |page= 10}}</ref>。両者の本質的な違いは、連鎖重合では、[[ポリスチレン]]のようにモノマーが一度に1つずつしか鎖に付加されないのに対し<ref>Sperling, p. 11</ref>、段階成長重合では、[[ポリエステル]]のようにモノマーの連鎖どうしが直接結合できることである<ref>Sperling, p. 15</ref>。段階成長重合は、それぞれの反応段階ごとに低モル質量の副生成物が生成する[[縮合重合]]と[[重付加]]に分けられる。[[File:Styrene radical chain polymerization.jpg|class=skin-invert-image|連鎖重合の例： スチレンのラジカル重合。R.は開始ラジカル、P.はラジカル再結合によって形成された鎖を終結させる別のポリマー鎖ラジカルである。|alt=|left|frame]]

{{Ill2|プラズマ重合法|en|Plasma polymerization}}のような新しい方法は、どちらのカテゴリーにも属しない。合成重合反応は、[[触媒]]の有無にかかわらず行うことができる。生体ポリマー、特に[[タンパク質]]の実験室合成は、熱心に研究されている分野である。

=== 生物学的合成 ===
{{Main|生体高分子}}

[[File:DNA animation.gif|thumb|right|生体ポリマーであるDNA[[二重らせん]]の一部の微細構造]]

生体ポリマーには、[[多糖類]]、[[ポリペプチド]]、[[ポリヌクレオチド]]という3つの主要な種類がある。生細胞内でこれらは、[[DNAポリメラーゼ]]が触媒するDNAの形成など、酵素媒介プロセスにより合成されることがある。[[タンパク質生合成|タンパク質の合成]]には、DNAから[[リボ核酸|RNA]]に遺伝情報を[[転写 (生物学)|転写]]し、その情報を[[翻訳 (生物学)|翻訳]]して[[アミノ酸]]から特定のタンパク質を合成するという、複数の酵素媒介プロセスが含まれる。このタンパク質は適切な構造と機能を提供するため、翻訳後さらに[[翻訳後修飾|修飾]]されることがある。他にも、ゴム、[[スベリン]]、[[メラニン]]、[[リグニン]]などの生体ポリマーがある。

=== 天然ポリマー改修 ===
[[綿|木綿]]、[[デンプン]]、ゴムなどの天然ポリマーは、ポリエチレンや[[アクリル樹脂]]などの合成ポリマーが市場に出回るまで、長年に渡って親しまれてきた素材であった。商業的には、重要なポリマーの多くが天然ポリマーの化学的修飾によって合成されている。代表的な例としては、[[硝酸]]と[[セルロース]]の反応による[[ニトロセルロース]]の生成、天然ゴムを[[硫黄]]の存在下で加熱することによる[[加硫ゴム]]の形成がある。ポリマーを改質する方法には、[[酸化]]、[[架橋]]、{{Ill2|末端キャッピング|en|Endcapping}}などがある。
<!--
特にポリマーの製造において、膜によるガス分離は石油化学産業においてますます重要性を増しており、現在では比較的確立された単位操作となっている。ポリマーの脱ガス工程は、ポリマーを押出成形やペレット化に適合させ、安全性、環境、製品品質を向上させるために必要である。この目的には一般的に窒素が使用され、モノマーと窒素を主成分とするベントガスが生じる。
Especially in the production of polymers the gas separation by membranes has acquired increasing importance in the [[:en:petrochemical industry|petrochemical industry]] and is now a relatively well-established unit operation.
The process of polymer [[:en:degassing|degassing]] is necessary to suit polymer for extrusion and pelletizing, increasing safety, environmental, and product quality aspects. Nitrogen is generally used for this purpose, resulting in a vent gas primarily composed of monomers and nitrogen.<ref name="Improvement Economics Program">{{cite book|url=http://www.slideshare.net/intratec/membranes-on-polyolefins-plants-vent-recovery |title= Membranes on Polyolefins Plants Vent Recovery, Improvement Economics Program|publisher=Intratec|isbn= 978-0615678917|url-status=dead |archive-url= https://web.archive.org/web/20130513040249/http://www.slideshare.net/intratec/membranes-on-polyolefins-plants-vent-recovery|archive-date= 2013-05-13|date= 2012-08-02}}</ref>
--->

== 構造 ==
<!-- Polymer properties are broadly divided into several classes based on the scale at which the property is defined as well as upon its physical basis.<ref>{{cite journal|author=S.A. Baeurle|doi=10.1007/s10910-008-9467-3|title=Multiscale modeling of polymer materials using field-theoretic methodologies: a survey about recent developments|journal=Journal of Mathematical Chemistry |volume=46|issue=2|pages=363–426|year=2009}}</ref> -->
高分子材料の構造は、サブ[[ナノメートル]]長（1 nm未満）から巨視的なものまで、さまざまな長さスケールで表すことができる。その構造は実際には階層をなし、それぞれの階層が次の構造の土台となる<ref>Sperling, p. 29</ref>。ポリマーの構造を表す基点は、構成モノマーの同一性である。次に、[[微細構造]]はポリマー内のこれらのモノマーの配列を、基本的な単鎖のスケールで表現する。微細構造はまた、たとえば{{Ill2|重合体の結晶化|en|Crystallization of polymers|label=結晶化}}、[[ガラス転移点|ガラス転移]]、{{Ill2|ミクロ相分離|en|Copolymer#Microphase separation|label=ミクロ相分離}}などによって、ポリマーがさまざまな配置で相構造を形成する可能性も決定する<ref name="Bower">{{cite book |last1=Bower |first1=David I. |title=An introduction to polymer physics |date=2002 |publisher=Cambridge University Press |isbn=9780511801280}}</ref>。これらの特徴は、ポリマーの物理的および化学的な特性を決定する上で大きな役割を果たす。

=== モノマーと反復単位 ===
ポリマーを構成する反復単位（モノマー残基、別名「マー（mer）」）の同一性は、そのポリマーの最初で、最も重要な特性である。ポリマーの命名法は、一般に、ポリマーを構成するモノマー残基の種類に基づいている。1種類の反復単位のみを含むポリマーは'''同種重合体'''（ホモポリマー、homopolymer）と呼ばれ、2種類以上の反復単位を含むポリマーは'''[[共重合体]]'''（コポリマー、copolymer）と呼ばれる<ref>Rudin, p.17</ref>。'''三元（共）重合体'''（ターポリマー、terpolymer）は、3種類の反復単位を含む共重合体である<ref>Cowie, p.4</ref>。

ポリスチレンは[[スチレン]]系の反復単位のみから構成され、ホモポリマーに分類される。[[ポリエチレンテレフタラート|ポリエチレンテレフタレート]]は、2つの異なる[[モノマー]]（エチレングリコールとテレフタル酸）から合成されるが、反復単位は1種類しか形成しないため、通常はホモポリマーとみなされる。[[エチレン酢酸ビニル]]は、2種類以上の反復単位を含んでおり、コポリマーである。生物学的ポリマーの中には、構造的に関連するさまざまな異なるモノマー残基から構成されているものがある。たとえば、DNAのようなポリヌクレオチドは、4種類の[[ヌクレオチド]]サブユニットから構成されている。
: {| class="wikitable skin-invert-image" style="text-align:left; font-size:90%;" width="80%"
|-
| colspan="4" class="hintergrundfarbe6" align="center" |ホモポリマーとコポリマーの例
|- style="vertical-align:top" class="hintergrundfarbe2"
| [[File:Polystyrene skeletal.svg|80px|center]]
| [[File:Poly(dimethylsiloxan).svg|100px|center]]
| [[File:PET.svg|200px|center]]
| [[File:Styrol-Butadien-Kautschuk.svg|180px|center]]
|- style="vertical-align:top"
| ホモポリマーの[[ポリスチレン]]
| ホモポリマーの[[ポリジメチルシロキサン]]（シリコーン）。主鎖はケイ素原子と酸素原子から構成される。
| ホモポリマーの[[ポリブチレンテレフタレート|ポリエチレンテレフタレート]]は、反復単位は1種類である。
| 共重合体の[[スチレン・ブタジエンゴム|スチレン-ブタジエンゴム]]：スチレンと[[1,3-ブタジエン]]に基づく反復単位が2つ形成され、高分子内では任意の順序で交互に繰り返されるため、ポリマーはランダム共重合体となる。
|}

イオン化可能なサブユニット（たとえば、ペンダント[[カルボキシル基]]）を含むポリマーは、イオン化可能なユニットの割合が大きい場合は{{Ill2|高分子電解質|en|Polyelectrolyte}}と呼ばれ、小さい場合は[[アイオノマー]]と呼ばれる。

=== 微細構造 ===
{{Main|{{ill2|微細構造 (物質)|en|Microstructure}}}}
ポリマーの微細構造（[[立体配置]]、またはコンフィギュレーションと呼ばれることもある）は、鎖の骨格に沿ったモノマー残基の物理的配置に関係している<ref>Sperling, p. 30</ref>。これらはポリマー構造を構成する要素であり、構造が変化するためには共有結合を切断する必要がある。モノマーや反応条件に応じて、さまざまなポリマー構造が作り出される。分岐していない鎖を1本だけ含む[[直鎖]]状高分子から構成されるポリマーもある。非分岐ポリエチレンの場合、この鎖は長鎖 [[アルカン|''n''-アルカン]]である。主鎖と[[側鎖]]とを持つ分岐高分子もあり、ポリエチレンの場合、側鎖は[[アルキル基]]である。特に非分岐高分子では、固体状態では半結晶となる場合があり、下の図では結晶鎖の部分が赤色で強調表示されている。

分岐ポリマーおよび非分岐ポリマーは通常熱可塑性プラスチックであるが、多くの[[エラストマー]]は「主鎖」の間に広い網目状の[[架橋]]を持つ。一方、密な網目状の架橋は[[熱硬化性樹脂|熱硬化性]]につながる。図では、架橋と分岐が赤点で示されている。高度に分岐したポリマーは非晶質であり、固体中の分子はランダムに相互作用する。

:{| class="wikitable" style="text-align:center; font-size:90%;background: white;" width="60%"
|- class="hintergrundfarbe2"
|[[File:Polymerstruktur-linear.svg|130px]]<br /> 直鎖状、非分岐高分子
|[[File:Polymerstruktur-verzweigt.svg|130px]]<br /> 分岐高分子
|[[File:Polymerstruktur-teilkristallin.svg|150px]]<br />非分岐ポリマーの半結晶構造
|[[File:Polymerstruktur-weitmaschig vernetzt.svg|130px]]<br /> 低[[架橋]]度ポリマー（[[エラストマー]]）
|[[File:Polymerstruktur-engmaschig vernetzt.svg|130px]]<br /> 高架橋度ポリマー（[[熱硬化性樹脂|熱硬化性]]）
|}

==== ポリマーの構造 ====
{{Main|{{ill2|ポリマー構造|en|Polymer architecture}}}}
[[File:Polymer Branch.svg|thumb|right|upright=0.9|ポリマー内の分岐点]]

ポリマーの微細構造における重要な特徴は、その構造と形状であり、これは分岐点が単純な直鎖からの逸脱をもたらす方法に関係している<ref name="PP6">{{cite book |last1= Rubinstein |first1= Michael |last2= Colby |first2= Ralph H. |title= Polymer physics |url= https://archive.org/details/polymerphysics00rubi_825 |url-access= limited |year= 2003 |publisher= Oxford University Press |location= Oxford; New York |isbn= 978-0-19-852059-7 |page= [https://archive.org/details/polymerphysics00rubi_825/page/n14 6]}}</ref>。[[分枝 (化学)|分岐ポリマー]]分子は、1つ以上の置換基を持つ側鎖または分岐を持つ主鎖で構成される。分岐ポリマーの種類には、{{Ill2|星型ポリマー|en|Star-shaped polymer}}、{{Ill2|グラフトポリマー|en|Graft polymer|label=櫛型ポリマー}}、{{Ill2|ポリマーブラシ|en|Polymer brush}}、{{Ill2|デンドロナイズドポリマー|en|Dendronized polymer}}（デンドロン化ポリマー）、{{Ill2|はしご型ポリマー|en|Ladder polymer}}、[[デンドリマー]]などがある<ref name="PP6" />。[[トポロジー]]的に平面的な反復単位から構成される{{Ill2|二次元ポリマー|en|Two-dimensional polymer}}（2DP）も存在する。ポリマーの構造は、溶液粘度、溶融粘度、さまざまな溶媒への溶解性、ガラス転移温度、溶液中の個々の高分子コイルのサイズなど、その物理的特性の多くに影響を及ぼす。さまざまな構造を持つ高分子材料を合成するために、たとえば[[リビング重合]]{{Enlink|Living polymerization|英語版|en}}など、さまざまな技術を採ることができる。

==== 鎖長 ====
鎖の長さを表す一般的な手段は[[重合度]]であり、これは鎖に組み込まれたモノマーの数を定量化したものである<ref>McCrum, p. 30</ref><ref name="PP33">Rubinstein, p. 3</ref>。他の分子と同様に、ポリマーの大きさを[[分子量]]で表すこともできる。合成重合技術では通常、鎖長の統計的分布が得られ、分子量は加重平均で表される。{{Ill2|数平均分子量|en|Number-average molecular weight}}（''M''<sub>n</sub>）と{{Ill2|重量平均分子量|en|Weight-average molecular weight}}（''M''<sub>w</sub>）が最も一般的に報告されている<ref>McCrum, p. 33</ref><ref name="PP233">Rubinstein, pp. 23–24</ref>。この2つの値の比（''M''<sub>w</sub> / ''M''<sub>n</sub>）が{{Ill2|分散度|en|Dispersity}}（''Đ''）であり、一般に分子量分布の幅を表すために使用される<ref>Painter, p. 22</ref>。

ポリマーの物理的性質は<ref>{{cite book |last1= De Gennes |first1= Pierre Gilles |title= Scaling concepts in polymer physics |year= 1979 |publisher= Cornell University Press |location= Ithaca, N.Y. |isbn= 978-0-8014-1203-5}}</ref>、ポリマー鎖の長さ（または相当する分子量）に強く依存する<ref name="PP5">Rubinstein, p. 5</ref>。分子量の物理的影響の重要な例として、ポリマー溶融物（融液）の[[粘度]]（流動抵抗）のスケーリングがある<ref>McCrum, p. 37</ref>。重量平均分子量（<math>M_w</math>）が溶融粘度（<math>\eta</math>）に及ぼす影響は、そのポリマーが[[レプテーション|絡み合い]]分子量を上回るか下回るかによって異なる。絡み合い分子量以下では <math>\eta \sim {M_w}^{1}</math> となり{{clarify|date=December 2018}}、絡み合い分子量以上では <math>\eta \sim {M_w}^{3.4}</math> となる。後者の場合、ポリマーの鎖長を10倍にすると粘度は1,000倍以上に増加する<ref>Introduction to Polymer Science and Chemistry: A Problem-Solving Approach By Manas Chanda</ref>{{page needed|date=December 2018}}。さらに鎖長を長くすると、鎖の運動性が低下し、強度と靭性が増し、ガラス転移温度（T<sub>g</sub>）が上昇する傾向がある<ref>{{cite journal |last1=O'Driscoll |first1=K. |last2=Amin Sanayei |first2=R. |date=July 1991 |title=Chain-length dependence of the glass transition temperature |journal=Macromolecules |volume=24 |issue=15 |pages=4479–4480 |doi= 10.1021/ma00015a038|bibcode=1991MaMol..24.4479O}}</ref>。これは、鎖長が長くなるのにつれて、[[ファンデルワールス力|ファンデルワールス引力]]や絡み合いなどの鎖間相互作用が増加する結果である<ref>{{cite book|last1=Pokrovskii|first1=V. N.|year=2010|title=The Mesoscopic Theory of Polymer Dynamics|series=Springer Series in Chemical Physics|volume=95|doi=10.1007/978-90-481-2231-8|isbn=978-90-481-2230-1|bibcode=2010mtpd.book.....P|url=https://cds.cern.ch/record/1315698}}</ref><ref>{{cite journal|last1=Edwards|first1=S. F.|year=1967|title=The statistical mechanics of polymerized material|url=http://www.samedwards.org/publications/1967/The%20statistical%20mechanics%20of%20polymerized%20material.pdf|journal=Proceedings of the Physical Society|volume=92|issue=1|pages=9–16|bibcode=1967PPS....92....9E|doi=10.1088/0370-1328/92/1/303}}{{dead link|date=April 2018|bot=InternetArchiveBot|fix-attempted=yes}}</ref>。これらの相互作用は、個々の鎖の位置をより強固に固定して、より高い応力とより高い温度の両面で、変形やマトリクスの破壊に抵抗する傾向がある。

==== 共重合体のモノマー配列 ====
{{Main|共重合}}

共重合体は、統計共重合体（ランダム共重合体）、交互共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体、グラジエント共重合体（傾斜共重合体）のいずれかに分類される。次の模式図では <span style="color:#F46C2C">Ⓐ</span> と <span style="color:#00AAC5">Ⓑ</span> が2つの反復単位を表している。
: {| class="wikitable" style="text-align:center; font-size:90%;background: white;"
|- class="hintergrundfarbe2"
| [[File:Statistical copolymer 3D.svg|270px|Statistisches Copolymer]]<br />ランダム共重合体
| [[File:Gradient copolymer 3D.svg|270px|Gradientcopolymer]]<br />グラジエント共重合体
| rowspan="2" | [[File:Graft copolymer 3D.svg|270px|Pfropfcopolymer]]<br />グラフト共重合体
|- class="hintergrundfarbe2"
| [[File:Alternating copolymer 3D.svg|270px|Alternierendes Copolymer]]<br /> 交互共重合体
| [[File:Block copolymer 3D.svg|250px|Blockcopolymer]]<br />ブロック共重合体
|}

*'''交互共重合体'''（alternating copolymers）は、2つのモノマー残基が規則的に交互に配列している（[AB]nの誤植ではない）<ref name="PC14">Painter, p. 14</ref>。たとえば、フリーラジカル連鎖成長重合によって形成される[[スチレン]]と[[無水マレイン酸]]の等モル共重合体があげられる<ref name="Rudin18">Rudin p.18-20</ref>。[[ナイロン6,6|ナイロン66]]のような段階成長共重合体も、厳密にはジアミン残基と二酸残基の交互共重合体と考えることができるが、アミンと酸の二量体残基を反復単位とするホモポリマーと表現されることが多い<ref name="Cowie104">Cowie p.104</ref>。

* '''周期共重合体'''（periodic copolymers）は、3種類以上のモノマー単位が規則正しく配列している<ref>{{cite journal |title=Periodic copolymer |url=https://goldbook.iupac.org/terms/view/P04494 |website=IUPAC Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book"). |year=2014 |publisher=International Union of Pure and Applied Chemistry |doi=10.1351/goldbook.P04494 |access-date=9 April 2020|doi-access=free }}</ref>。
* '''統計共重合体'''（statistical copolymers）は、モノマー残基が統計的規則に従って配列している。鎖の特定の位置に特定の種類のモノマー残基が存在する確率が、周囲のモノマー残基の種類に依存しないランダム共重合体は、真の'''ランダム共重合体'''（truly random copolymer）と呼ばれることがある<ref name="PC15">Painter, p. 15</ref><ref>Sperling, p. 47</ref>。 たとえば、[[塩化ビニル]]と[[酢酸ビニル]]の連鎖成長共重合体はランダムである<ref name="Rudin18" />。
* '''ブロック共重合体'''（block copolymers）は、異なるモノマー単位が長く配列している<ref name="Rudin18" /><ref name="Cowie104" />。2種類の化学種（たとえばAとB）の2つまたは3つのブロックを持つポリマーは、それぞれジブロック共重合体およびトリブロック共重合体と呼ばれる。それぞれ異なる化学種（たとえばA、B、C）の3つのブロックを持つポリマーはトリブロックターポリマーと呼ばれる。
* '''グラフト共重合体'''（graft copolymers）は、主鎖とは異なる組成や配置の反復単位を持つ側鎖や分岐を含む。分岐は、あらかじめ形成された主鎖の高分子に付加される<ref name="Rudin18" />。

共重合体中のモノマーを、さまざまな方法で主鎖に沿って組織化することができる。モノマー配列が制御された共重合体を、{{Ill2|配列制御ポリマー|en|Sequence-controlled polymer}}と呼ぶ<ref>{{cite journal|last1=Lutz|first1=Jean-François|last2=Ouchi|first2=Makoto|last3=Liu|first3=David R.|last4=Sawamoto|first4=Mitsuo|date=2013-08-09|title=Sequence-Controlled Polymers|journal=Science|language=en|volume=341|issue=6146|pages=1238149|doi=10.1126/science.1238149|issn=0036-8075|pmid=23929982|s2cid=206549042}}</ref>。交互共重合体、周期共重合体、およびブロック共重合体は、配列制御ポリマーの簡単な例である。

==== 立体規則性 ====
{{Main|立体規則性}}
立体規則性（tacticity）は、高分子内で隣接する構造単位における[[キラル中心]]の相対的な[[立体化学]]を表す。立体規則性には3種類があり、[[イソタクチック]]（すべての置換基が同じ側にある）、[[シンジオタクチック]]（置換基が交互に配置される）、および[[アタクチック]]（置換基がランダムに配置される）である。
:{| class="wikitable skin-invert-image" style="text-align:center; font-size:90%;" width="60%"
|- class="hintergrundfarbe2"
|[[File:Isotactic-A-2D-skeletal.png|240px]]<br />イソタクチック
|[[File:Syndiotactic-2D-skeletal.png|280px]]<br />シンジオタクチック
|[[File:Atactic-2D-skeletal.png|240px]]<br />アタクチック（すなわちランダム）
|}

=== 形態学 ===
一般に、高分子形態学（Polymer morphology）では、空間におけるポリマー鎖の配列とマイクロスケールでの秩序を研究する。ポリマーの巨視的な物理的特性は、ポリマー鎖間の相互作用と関連している。

{| class="wikitable floatright" style="text-align:center; font-size:90%;" width="30%"
|- class="hintergrundfarbe2"
| [[File:Statistischer Kneul.svg|100px]]<br />ランダムに配向したポリマー
| [[File:Verhakungen.svg|200px]]<br />複数のポリマーの連結
|}

* '''無秩序ポリマー'''<!-- disordered polymers -->：  アタクチックポリマー、高[[分枝 (化学)|分岐]]ポリマー、ランダム共重合体は、固体状態では[[非晶質|アモルファス]]（非晶質、すなわちガラス状構造）を形成する<ref name="MakroChem">Bernd Tieke: ''Makromolekulare Chemie.'' 3. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim 2014, S. 295f (in German).</ref>。溶融状態や溶液状態では、ポリマーは絶えず変化して「統計クラスター」を形成する傾向がある（{{Ill2|理想鎖|en|Ideal chain|label=自由連結鎖モデル}}を参照）。[[固体]]状態では、分子のそれぞれの[[タンパク質構造|立体構造]]は凍結している。鎖状分子の引っ掛かりや絡み合いにより、鎖の間に「機械的結合」が生じる。[[分子|分子間]]および分子内の引力は、分子セグメントが互いに十分に接近している部位でのみ生じる。分子が不規則な構造をとるため、狭い範囲での配置が阻害される。
{| class="wikitable floatright" style="text-align:center; font-size:90%;" width="30%"
|- class="hintergrundfarbe2"
| [[File:Polyethylene-xtal-view-down-axis-3D-balls-perspective.png|180px]]<br />[[ポリエチレン]]: 分子が密に詰まったジグザグ構造
| [[File:Lamellen.svg|180px]]<br /> 結束分子を持つ[[ラメラ]]
| [[File:Spherulite2de.svg|180px]]<br /> [[球晶]]
|}
{| class="wikitable floatright" style="text-align:center; font-size:90%;" width="30%"
|- class="hintergrundfarbe2 skin-invert-image"
| [[File:Helix-Polypropylen.svg|100px]]<br />[[ポリプロピレン]]のらせん構造
| [[File:P-Aramid H-Brücken.svg|200px]]<br />[[アラミド|''p''-アラミド]]：赤い点線は水素結合
|}

* '''線状ポリマー'''： 周期構造を持ち、分岐が少なく、立体規則性がある（たとえばアタクチックでない）線状ポリマーは、固体状態では{{Ill2|結晶化度|en|Crystallinity|label=半結晶構造}}を持つ<ref name="MakroChem" />。単純なポリマー（ポリエチレンなど）では、鎖は結晶内にジグザグ構造で存在する。いくつかのジグザグ構造では、微結晶（結晶子、[[ラメラ]]とも）と呼ばれる高密度な鎖の塊<!-- dense chain packs -->を形成する。ラメラはポリマーの長さよりもはるかに小さく、約10&nbsp;nmであることが多い<ref name="KunstChemIng">[[:en:Wolfgang Kaiser (Chemiker)|Wolfgang Kaiser]]: ''Kunststoffchemie für Ingenieure.'' 3. Auflage, Carl Hanser, München 2011, S. 84.</ref>。これらは1本または複数の分子鎖がおおむね規則的に折りたたまれることで形成される。ラメラとラメラの間には非晶質構造が存在する。個々の分子はラメラ間の絡み合いをもたらし、2つ（またはそれ以上）のラメラ（結束分子（tie molecule）と呼ばれる鎖）の形成に関与することもある。複数のラメラが[[球晶]]と呼ばれる上位構造を形成し、その直径は0.05 - 1&nbsp;mmの範囲が多い<ref name="KunstChemIng" />。<br />反復単位の（機能）残基の種類や配置は、結晶化度や副原子価結合<!-- secondary valence bonds (二次原子化結合 or 副原子価結合) -->の強さに影響し、そして決定する。イソタクチックポリプロピレンでは、分子はらせんを形成している。ジグザグ構造と同様に、このようならせんは高密度な鎖の詰め込みを可能にする。[[アラミド|''p''-アラミド]]の場合のように反復単位の残基が[[水素結合]]の形成する場合、特に強い分子間相互作用が生じる。強い分子内会合が形成されると、{{Ill2|回路トポロジー|en|Circuit topology}}が異なる一本鎖の多様な折りたたみ状態を形成することがある。結晶化度と上位構造は常にその形成条件に依存している（{{Ill2|ポリマーの結晶化|en|Crystallization of polymers}}を参照）。非晶質構造に比べ、半結晶構造はポリマーの剛性、密度、溶融温度、および抵抗力を高める。

* '''架橋ポリマー'''： 網目の広い架橋ポリマーは[[エラストマー]]であり、（[[熱可塑性樹脂]]とは異なり）溶融することはない。架橋ポリマーを加熱しても[[熱分解|分解]]するだけである。一方、[[熱可塑性エラストマー]]{{Enlink|Thermoplastic elastomer|英語版|en}}は可逆的な「物理的架橋」をしており、加熱すると溶融する。ブロック共重合体は熱可塑性エラストマーの一種であり、ハードセグメントが結晶化しやすく、ソフトセグメントが非晶質構造を持ち、ハードセグメントが広い網目状の物理的架橋を行う。

{| class="wikitable centered" style="text-align:center; font-size:90%;background: white;" width="80%"
|- class="hintergrundfarbe2" valign="top"
| [[File:Polymerstruktur-weitmaschig vernetzt.svg|130px]] <br />網目の広い架橋ポリマー（エラストマー）
| [[File:Polymerstruktur-weitmaschig vernetzt-gestreckt.svg|270px]] <br />エラストマーに[[応力]]がかけられた場合
| [[File:Polymerstruktur-TPE-teilkristallin.svg|140px]] <br /> 「架橋部位」としての[[微結晶]] {{Enlink|Crystallite|英語版|en}}： [[熱可塑性エラストマー]]の一種
| [[File:Polymerstruktur-TPE-teilkristallin gestreckt.svg|250px]] <br /><br /> 引張応力下の半結晶性熱可塑性エラストマー
|}

==== 結晶化度 ====
結晶性（crystalline）という用語は、ポリマーに適用される場合、やや曖昧である。場合によっては、結晶性という用語は従来の[[結晶学]]と同じ使われ方をする。たとえば、[[X線結晶構造解析]]用に調製されたサンプルのような結晶性タンパク質やポリヌクレオチドの構造は、セル寸法が数百[[オングストローム]]以上の1つまたは複数のポリマー分子から構成される従来の単位セルの観点で定義されることがある。合成ポリマーは、（高分子ではなく）原子長スケールの三次元秩序を持つ領域を含む場合、大まかに結晶性と表現することができ、これらの領域は通常、隣接する鎖の分子内折りたたみや積み重なりから生じる。合成ポリマーは、結晶性領域と非晶質領域の両方から構成されることがある。その場合、結晶化度（degree of crystallinity）は、結晶性物質の重量分率または体積分率で表すことができる。完全に結晶性の合成ポリマーはほとんどない<ref>{{cite journal |date=August 2014 |title=Types of polymer: Requirements of fibre forming polymer |url=https://textileapex.blogspot.com/2014/08/polymer.html|website= Textile Apex|last= Sayed|first= Abu}}</ref>。ポリマーの結晶性は結晶化度によって特徴付けられ、その範囲は、完全に非結晶性のポリマーを示す0から、理論的に完全に結晶性のポリマーを示す1まである。微結晶領域を持つポリマーは一般に、完全な非晶質ポリマーよりも強靭で（壊れることなく、より多く曲げることができる）、衝撃にも強くなる<ref>{{cite book|last1=Allcock|first1=Harry R.|last2=Lampe|first2=Frederick W.|last3=Mark|first3=James E.|title=Contemporary Polymer Chemistry|publisher=Pearson Education|edition=3|year=2003|page=546|isbn=978-0-13-065056-6}}</ref>。結晶化度が0または1に近いポリマーは透明になる傾向があり、結晶化度が中間のポリマーは結晶領域またはガラス領域による光散乱のために不透明になる傾向がある。多くのポリマーでは、結晶化度は透明度の低下とも関連している。

==== 分子鎖立体構造 ====
ポリマー分子が占める空間は、一般に、鎖の質量中心から鎖自体までの平均距離である[[断面回転半径|回転半径]]で表される。あるいは、ポリマー鎖が占める{{Ill2|浸透体積|en|Pervaded volume}}の観点から表すこともでき、これは回転半径の3乗に比例する<ref>Rubinstein, p. 13</ref>。溶融した非晶質状態のポリマーの最も単純な理論モデルは、{{Ill2|理想鎖|en|Ideal chain}}である。

== 特性 ==
{{Main|重合体の特性}}
ポリマーの特性はその構造に依存し、物理的基盤によって分類される。ポリマーが連続的な巨視的物質としてどのように振る舞うかは、多くの物理的特性や化学的特性で説明される。これらはバルク物性あるいは[[熱力学]]に従った[[示強性]]に分類される。

=== 機械的特性 ===
[[File:Stable neck MDPE.jpg|upright=0.45|thumb|right|ポリエチレンのサンプルが張力によって{{Ill2|ネッキング|en|Necking (engineering)}}した状態]]
ポリマーのバルク特性は、最終用途で最も注目される特性である。これらは、巨視的スケールでポリマーが実際にどのような挙動を示すかを決定づける特性である。

==== 引張強度 ====
材料の[[引張強さ|引張強度]]は、材料が破断するまでにどれだけの伸びに耐えられるかを定量化したものである<ref>{{cite book|author-link=M. F. Ashby|last1=Ashby|first1=Michael|last2=Jones|first2=David|title=Engineering Materials|url=https://archive.org/details/engineeringmater01jone|url-access=limited|pages=[https://archive.org/details/engineeringmater01jone/page/n199 191]–195|publisher=Butterworth-Heinermann|year=1996|edition=2|isbn=978-0-7506-2766-5}}</ref><ref>{{cite book|first1=M. A.|last1=Meyers|first2=K. K.|last2=Chawla|title=Mechanical Behavior of Materials|publisher=Cambridge University Press|year=1999|page=41|url=http://www.toodoc.com/Mechanical-Behavior-of-Materials-ebook.html|isbn=978-0-521-86675-0|access-date=2018-12-31|archive-url=https://web.archive.org/web/20131102010325/http://www.toodoc.com/Mechanical-Behavior-of-Materials-ebook.html|archive-date=2013-11-02|url-status=dead}}</ref>。これは、ポリマーの物理的強度や耐久性に依存する用途では非常に重要である。たとえば、引張強度がより高いゴムバンドは、破断する前により大きな重量に耐えることができる。一般に、引張強度はポリマー鎖の長さと架橋度によって増加する。

==== ヤング率 ====
[[ヤング率]]はポリマーの[[弾性]]を定量化したものである。これは、ひずみが小さい場合において、[[ひずみ]]に対する応力の変化率の比として定義される。引張強度と同様に、これはポリマーの物理的性質が重視される用途（ゴムバンドなど）では非常に重要である。弾性率は温度に大きく依存する。[[粘弾性]]は、複雑な時間依存の弾性応答を説明し、荷重が取り除かれると応力-ひずみ曲線に[[ヒステリシス]]を示す。{{Ill2|動的機械分析|en|Dynamic mechanical analysis}}（DMA）は、荷重を振動させ、その結果生じるひずみを時間の関数として測定することにより、この複素弾性率を測定する。

=== 輸送特性 ===
{{Ill2|物質拡散係数|en|Mass diffusivity|label=拡散性}}などの[[移動現象論|輸送特性]]は、分子が{{Ill2|ポリマーマトリックス複合材料|en|Polymer matrix composite|label=高分子マトリックス}}中を移動する速さを表す。こうした特性は、フィルムや膜などのポリマーの多くの用途において非常に重要である。

個々の高分子の移動は、[[レプテーション]]と呼ばれるプロセスによって起こり、それぞれの鎖状分子は隣接する鎖との絡み合いにより拘束をうけ、仮想チューブ内を移動する。レプテーション理論によって、ポリマー分子のダイナミクスや[[粘弾性]]を説明することができる<ref>{{cite book |last1=Fried |first1=Joel R. |title=Polymer Science & Technology |publisher=Prentice Hall |isbn=0-13-018168-4 |pages=155–6 |edition=2nd|year=2003}}</ref>。

=== 相挙動 ===
==== 結晶化と融解 ====
[[File:Thermal transitions in amorphous and semicrystalline polymers.tif|thumb|300x300px|[[示差走査熱量測定]]による'''(A)'''非晶質ポリマーと'''(B)''' 半結晶性ポリマーの熱転移。温度が上昇すると、非晶質ポリマーも半結晶性ポリマーもガラス転移(''T''<sub>g</sub>)を起こす。非晶性ポリマー'''(A)'''は他の相転移を示さないが、半結晶性ポリマー'''(B)''' は結晶化と融解（それぞれ温度 ''T''<sub>c</sub> と ''T''<sub>m</sub>）を起こす。]]
化学構造によって、ポリマーは半結晶か非晶質のいずれかの状態になる。半結晶性ポリマーは{{Ill2|ポリマーの結晶化|en|Crystallization of polymers|label=結晶化と融解転移}}を起こす可能性があるが、非結晶性ポリマーはそうではない。ポリマーにおける結晶化や融解は、水や他の分子流体の場合のような[[構造相転移|固液相転移]]を示唆するものではない。その代わりに、結晶化と融解は2つの固体状態（すなわち、半結晶と非晶質）の間の相転移を意味する。結晶化は、ガラス転移温度（''T''<sub>g</sub>）以上、融解温度（''T''<sub>m</sub>）以下で起こる。

==== ガラス転移 ====
すべてのポリマー（非晶質または半結晶）は[[ガラス転移]]を起こす。ガラス転移温度（''T''<sub>g</sub>）は、ポリマーの製造、加工、使用にとってきわめて重要な物理的パラメータである。''T''<sub>g</sub> 以下では分子運動が停止し、ポリマーは脆く、ガラス状になる。''T''<sub>g</sub> を超えると分子運動が活性になり、ポリマーはゴムのような粘性を持つ。ガラス転移温度は、ポリマーの分岐や架橋の程度を変えたり、[[可塑剤]]を添加することで操作することができる<ref>{{cite book|title=Polymer Handbook|last1=Brandrup|first1=J.|last2=Immergut|first2=E.H.|last3=Grulke|first3=E.A.|publisher=Wiley-Interscience|year=1999|isbn=978-0-471-47936-9|edition=4}}</ref>。

結晶化と融解が[[相転移#相転移の種類|一次相転移]]であるのに対し、ガラス転移はそうではない<ref>{{cite journal|url=https://www.degruyter.com/downloadpdf/j/pac.2011.83.issue-10/pac-rec-10-11-13/pac-rec-10-11-13.pdf|title=Definitions of terms relating to crystalline polymers (IUPAC Recommendations 2011)|journal=Pure and Applied Chemistry|volume=83|issue=10|pages=1831–1871|last1=Meille|first1=S.|last2=Allegra|first2=G.|doi=10.1351/PAC-REC-10-11-13|access-date=2018-12-31|last3=Geil|first3=P.|last4=He|first4=J.|display-authors=3|year=2011|s2cid=98823962}}</ref>。ガラス転移は、二次相転移の特徴（図に示すような熱容量の不連続性など）を共有しているが、一般的に平衡状態間の熱力学的転移とはみなされない。

==== 混合挙動 ====
[[File:LCST-UCST plot.svg|thumb|upright=1.4|弱く相互作用するポリマー溶液の典型的な混合挙動を示す状態図（{{Ill2|スピノーダル|en|Spinodal|label=スピノーダル曲線}}と{{Ill2|バイノーダル|en|Binodal|label=バイノーダル共存曲線}}を示す）]]
一般に、ポリマー混合物は、[[小分子]]材料の混合物よりもはるかに[[混和性]]が低くなる。この効果は、通常、混合の原動力が相互作用エネルギーよりもむしろ[[エントロピー]]であるという事実から生じる。言い換えれば、混和性の物質が溶液を形成するのは通常、互いの相互作用が自己相互作用よりも有利であるためではなく、各成分が利用できる体積の増加に伴うエントロピーの増加、すなわち自由エネルギーの増加のためである。このエントロピーの増加は、混合される粒子数（またはモル数）に比例する。ポリマー分子は小分子よりもはるかに大きく、したがって一般に比体積（比容）が大きいため、ポリマー混合物に含まれる分子の数は、同じ体積の小分子混合物に含まれる分子の数よりもはるかに少なくなる。一方、混合のエネルギーは、高分子混合物と小分子混合物では体積あたりで同等である。このため、ポリマー溶液の混合自由エネルギーは増大し、それにより[[溶媒和]]が不利になる傾向がある。その結果、ポリマーの濃縮溶液は小分子溶液よりも遙かに希少にある。

さらに、ポリマー溶液や混合物の相挙動は、小分子混合物よりも複雑である。ほとんどの小分子溶液が、冷却時に相分離する{{Ill2|上部臨界溶液温度|en|Upper critical solution temperature}}相転移（UCST）のみを示すのに対し、ポリマー混合物は一般に、加熱時に相分離する{{Ill2|下部臨界溶液温度|en|Lower critical solution temperature}}相転移（LCST）を示す。

希薄溶液では、ポリマーの特性は溶媒とポリマーの相互作用によって特徴づけられる。[[溶解#溶解度|良溶媒]]中では、ポリマーは膨潤して、大きな体積を占めるように見える。このシナリオでは、溶媒とモノマー反復単位<!-- monomer subunits -->間の分子間力が、分子内相互作用よりも支配的である。貧溶媒では、分子内力が支配的となり、鎖は収縮する。{{Ill2|シータ溶媒|en|Theta solvent|label=シータ溶媒（θ溶媒）}}、すなわち[[ビリアル展開|第2ビリアル係数]]の値が0になるポリマー溶液の状態では、ポリマー - 溶媒間の分子間斥力とモノマー - モノマー間の分子内引力がちょうど釣り合う。θ条件（[[ポール・フローリー|フローリー]]条件とも呼ばれる）では、ポリマーは理想的な[[ランダムコイル]]のように振る舞う。これらの状態間の転移は、{{Ill2|コイル・グロビュール転移|en|Coil–globule transition}}として知られている。

==== 可塑剤の含有 ====
[[可塑剤]]の添加は、ガラス転移温度 T<sub>g</sub> を低下させ、ポリマーの柔軟性を増加させる傾向がある。また、ガラス転移温度 T<sub>g</sub> の冷却速度への依存性も変化する<ref>{{Citation|last1= Capponi|first1= S.|last2= Alvarez|first2= F.|last3= Racko|first3= D.|title= Free Volume in a PVME Polymer–Water Solution|journal= Macromolecules|volume= XXX|pages= XXX-XXX|year= 2020|issue= XXX|doi= 10.1021/acs.macromol.0c00472 |bibcode= 2020MaMol..53.4770C|hdl= 10261/218380|s2cid= 219911779|hdl-access= free
 }}
</ref>。可塑剤の分子が[[水素結合]]を形成すると、鎖の移動性はさらに変化する。可塑剤は一般的に、ポリマーと化学的に類似した小分子で、ポリマー鎖の間に隙間を作ることで移動性を高め、鎖間相互作用を低減させる。可塑剤がどのように作用するかを表す好例としてポリ塩化ビニル（PVC）があげられる。無可塑ポリ塩化ビニル（uPVC）はパイプなどの原料に使われる。パイプは強度と耐熱性を維持する必要があるため、可塑剤を含まない。可塑化ポリ塩化ビニルは、柔軟性を持たせるために衣料品に使われる。また可塑剤は、ポリマーをより柔軟にするために、ある種の粘着フィルムにも含まれている。

=== 化学的性質 ===
ポリマー鎖間の引力は、ポリマーの特性を決定する上で大きな役割を果たす。ポリマー鎖は非常に長いため、1分子毎にこのような鎖間の相互作用が多く存在しており、通常の分子間の引力に比べて、ポリマー特性への影響が増幅される。ポリマーのさまざまな側鎖基が、ポリマー自身の鎖間に[[イオン結合]]や[[水素結合]]を持つことがある。これらの強い力は、一般に高い引張強度と高い結晶融点をもたらす。

ポリマー内の分子間力は、モノマー単位内の[[双極子]]によって影響を受けることがある。[[アミド基]]や[[カルボニル基]]を持つポリマーは、隣接する鎖間で水素結合を形成することができる。ある鎖のN-H基で部分的に正に帯電した水素原子は、別の鎖のC=O基の部分的に負に帯電した酸素原子に強く引き寄せられる。このような強い水素結合は、たとえば、[[ウレタン]]や[[尿素]]結合を含むポリマーの高い引張強度と融点をもたらす。[[ポリエステル]]は、C=O基の酸素原子とH-C基の水素原子との間に[[分子間力#双極子相互作用|双極子-双極子結合]]を持つ。双極子結合は水素結合ほど強くないため、ポリエステルの融点と強度は[[ケブラー]]（[[トワロン]]）よりも低いが、ポリエステルは柔軟性に優れている。ポリエチレンのように非極性のモノマー単位を持つポリマーは、弱い[[ファンデルワールス力]]によってのみ相互作用する。その結果、溶融温度は他のポリマーよりも一般に低くなる。

市販の塗料や接着剤のように、ポリマーが液体に分散または溶解している場合、化学的性質や分子間相互作用が溶液の流れ方に影響を与え、[[自己集合|自己集合化]]によってポリマーが複雑な構造になることもある。ポリマーをコーティングとして塗布する場合、化学的性質はコーティングの接着性や、耐水性をもつ[[超撥水性|超疎水性]]ポリマーコーティングのような外部材料との相互作用に影響する。概して、ポリマーの化学的特性は、新しい高分子材料製品の設計において重要な要素である。

=== 光学的性質 ===
[[PMMA]]やHEMA:MMA共重合体などのポリマーは、[[固体色素レーザー]]（固体色素ドープポリマーレーザーとも呼ばれる）の利得媒質のマトリックスとして使用される。これらのポリマーは高い表面品質をもち、透明度も高いため、レーザー特性は高分子マトリックス中に分散する[[レーザー色素]]によって支配される。このタイプのレーザーは[[有機レーザー]]の種類に属し、非常に狭い{{Ill2|レーザ線幅|en|Laser linewidth|label=線幅}}が得られることで知られており、分光法や分析用途に有用である<ref name="D1999">{{cite journal|doi=10.1364/AO.38.006347|pmid=18324163|title=Multiple-prism grating solid-state dye laser oscillator: optimized architecture|year=1999|last1=Duarte|first1=F. J. |journal=Applied Optics|volume=38|issue=30|pages=6347–6349|bibcode= 1999ApOpt..38.6347D}}</ref>。レーザー用途に使用されるポリマーの重要な光学パラメータは、温度による屈折率の変化であり、dn/dTとしても知られている。ここに取り上げたポリマーの場合、297 ≤ T ≤ 337 Kの範囲において、(dn/dT) ~ −1.4×10<sup>−4</sup> [K<sup>−1</sup>]である<ref>{{cite book |title= Tunable Laser Optics |publisher= Elsevier Academic |location=New York |year=2003 |isbn=978-0122226960 |author= Duarte, F. J. |author-link= F. J. Duarte}}</ref>。

=== 電気的特性 ===
ポリエチレンのような従来のポリマーのほとんどは[[絶縁体|電気絶縁体]]であるが、[[共役系|π共役結合]]を含むポリマーの開発により、[[ポリチオフェン]]などの[[有機半導体|ポリマー系半導体]]が豊富になった。このため、[[有機エレクトロニクス]]{{Enlink|Organic electronics|英語版|en}}の分野で多く応用されている。

== 用途 ==
今日、合成ポリマーは生活のほとんど全ての分野で使用されている。これらがなければ、現代社会はまったく違ったものになっただろう。ポリマーが広く利用されているのは、低密度、低コスト、優れた断熱性／電気絶縁性、高い耐腐食性、製造エネルギーの低さ、最終製品への加工の容易さといった、独特な特性に関係している。特定の用途に応じて、{{Ill2|高分子マトリックス複合材料|en|Polymer matrix composite|label=複合材料}}のように他の材料と組み合わせることで、ポリマーの特性を調整したり強化することができる。ポリマーの使用により、エネルギーの節約（自動車や航空機の軽量化、建物の断熱化）、食品や飲料水の保護（包装）、土地の節約と肥料の使用削減（合成繊維）、他の材料の保護（コーティング）、人命の保護と救助（衛生、医療用途）を可能にする。代表的な用途の一部を次にあげる。
* 衣料品、スポーツウェア、アクセサリー：<br />[[ポリエステル]]や[[ポリ塩化ビニル]]の衣料品、[[スパンデックス]]、[[スニーカー|スポーツシューズ]]、[[ウェットスーツ]]、[[サッカーボール]]や[[ビリヤードボール]]、[[スキー板|スキー]]や[[スノーボード]]、[[ラケット]]、[[パラシュート]]、[[帆]]、[[テント|テントやシェルター]]。
* 電子および光技術：<br />[[有機電界効果トランジスタ]]（OFET）、[[有機エレクトロルミネッセンス|有機発光ダイオード]]（OLED）、[[太陽電池#有機系|太陽電池]]、[[テレビ受像機|テレビ部品]]、[[コンパクトディスク]]（CD）、[[フォトレジスト]]、[[ホログラフィー]]。
* 包装および容器：<br />[[フィルム]]、{{Ill2|プラスチックびん|en|Plastic bottle|label=ボトル}}、{{Ill2|食品包装|en|Food packaging|label=食品包装}}、[[樽]]
* 絶縁材：<br />[[絶縁体|電気絶縁]]および[[断熱材]]、{{Ill2|スプレーフォーム|en|Spray foam|label=スプレーフォーム}}
* 建築および構造用途：<br />[[ガーデンファニチャー|ガーデン家具]]、ポリ塩化ビニル窓、床材、[[シーリング材|シーリング]]、{{Ill2|プラスチック配管|en|Plastic pipework|label=パイプ}}
* 塗料、接着剤、潤滑剤：<br />[[ワニス]]、[[接着剤]]、{{Ill2|分散剤|en|Dispersant}}、{{Ill2|落書き防止コーティング|en|Anti-graffiti coating}}、防汚コーティング{{Enlink|Biofouling#Non-toxic coatings|英語版|en}}、[[フッ素樹脂|非粘着性表面コーティング]]、[[潤滑剤]]
* 自動車部品：<br />[[タイヤ]]、[[バンパー]]、[[フロントガラス|フロントウィンドウ]]、[[ワイパー]]、[[燃料タンク (自動車)|燃料タンク]]、{{Ill2|カーシート|en|Car seat}}
* 家庭用品：<br />[[バケツ]]、{{Ill2|キッチンウェア|en|Kitchenware}}、玩具（[[ブロック|工作セット]]や[[ルービックキューブ]]など）。
* 医療用途：<br />[[輸血|血液バッグ]]、[[注射筒]]、[[ゴム手袋]]、[[縫合糸]]、[[コンタクトレンズ]]、[[人工関節]]、[[薬物送達システム|薬物送達および放出制御]]、[[培地|細胞増殖用マトリックス]]。
* 対人衛生とヘルスケア：<br />[[高吸水性高分子|高吸水性ポリマー]]を使用した[[おむつ]]、[[歯ブラシ]]、[[化粧品]]、[[シャンプー]]、[[コンドーム]]。
* 防護：<br />[[防具|個人用防護具]]、[[防弾チョッキ]]、[[宇宙服]]、[[ロープ]]
* 分離技術：<br />{{Ill2|合成膜|en|Synthetic membrane}}、[[燃料電池#固体高分子形燃料電池 (PEFC)|燃料電池膜]]、[[ろ過|ろ過膜]]、[[イオン交換樹脂]]
* 貨幣：<br />[[ポリマー紙幣]]、{{Ill2|決済カード|en|Payment card}}
* [[3Dプリンター|3Dプリンティング]]

== 標準命名法 ==
ポリマー物質に命名するためのいくつかの規則がある。消費者向け製品に見られるような、一般的なポリマーの多くは、一般名または慣用名で呼ばれている。慣用名は、標準化された命名規則ではなく、歴史的な先例や一般的な用法に基づいて付与される。[[米国化学会]]（ACS）<ref>CAS: Index Guide, Appendix IV ((c) 1998)</ref>と[[国際純正・応用化学連合|国際純正・応用化学連合（IUPAC）]]<ref>{{cite journal|author=IUPAC|title=Nomenclature of Regular Single-Strand Organic Polymers|journal=Pure Appl. Chem.|year= 1976 |volume=48|pages=373–385|doi=10.1351/pac197648030373|issue=3|doi-access=free}}</ref>はともに標準化された命名規則を提案して。これらの規則は類似しているが、同一ではない<ref>{{cite web |url=http://www.polyacs.org/nomcl/mnn18.html |title=Macromolecular Nomenclature Note No. 18 |first=E.S. |last=Wilks |url-status=dead |archive-url=https://web.archive.org/web/20030925160856/http://www.polyacs.org/nomcl/mnn18.html |archive-date=25 September 2003 |access-date=2023-08-11}}</ref>。いくつかの命名規則の相違する例を次の表に示す。
{| class="wikitable"
|-
! 一般名
! ACS名
! IUPAC名
|-
| [[ポリエチレングリコール|Poly(ethylene oxide)]] or PEO
| Poly(oxyethylene)
| Poly(oxyethylene)
|-
| [[ポリエチレンテレフタラート|Poly(ethylene terephthalate)]] or PET
| Poly(oxy-1,2-ethanediyloxycarbonyl-1,4-phenylenecarbonyl)
| Poly(oxyethyleneoxyterephthaloyl)
|-
| [[ナイロン6|Nylon 6]] or Polyamide 6
| Poly[imino(1-oxo-1,6-hexanediyl)]
| Poly[azanediyl(1-oxohexane-1,6-diyl)]
|}

どちらの標準化規則でも、ポリマーの名前は、反復単位の正確な性質よりも、合成元のモノマーを反映することを意図している（出所に基づく命名法）。たとえば、単純なアルケンである[[エテン]]（ethene）から合成されるポリマーはポリエテン（polyethene）と呼ばれ、重合プロセスで二重結合が取り除かれても接尾辞 ''-ene'' は残る。
:[[File:Ethene polymerization.png|class=skin-invert-image]]&rarr;[[File:Polyethylene-repeat-2D-flat.png|class=skin-invert-image|frameless|upright=0.45]]

しかしながら、IUPACの構造命名法では、優先的構成{{Ill2|反復単位|en|Repeat unit|label=}}の命名に基づいている<ref>{{Cite journal|last1=Hiorns|first1=R. C.|last2=Boucher|first2=R. J.|last3=Duhlev|first3=R.|last4=Hellwich|first4=Karl-Heinz|last5=Hodge|first5=Philip|last6=Jenkins|first6=Aubrey D.|last7=Jones|first7=Richard G.|last8=Kahovec|first8=Jaroslav|last9=Moad|first9=Graeme|last10=Ober|first10=C. K.|last11=Smith|first11=D. W.|date=2012-10-03|title=A brief guide to polymer nomenclature (IUPAC Technical Report)|url=https://www.degruyter.com/view/journals/pac/84/10/article-p2167.xml|journal=Pure and Applied Chemistry|language=en|volume=84|issue=10|pages=2167–2169|doi=10.1351/PAC-REP-12-03-05|s2cid=95629051|issn=0033-4545}}</ref>。

== 特性評価 ==
{{Main|{{ill2|重合体の特性評価|en|Polymer characterization}}}}
ポリマーの特性評価には、化学組成、分子量分布、物理的特性を決定するための多くの技術が使われている。一般的な手法を次にあげる。

* {{Ill2|サイズ排除クロマトグラフィー|en|Size-exclusion chromatography|preserve=1}}（[[ゲル浸透クロマトグラフィー]]{{Enlink|Gel permeation chromatography|英語版|en}}とも呼ばれる）は、{{Ill2|静的光散乱|en|Static light scattering}}を併用する場合もあり、数平均分子量、重量平均分子量、{{Ill2|分散度|en|Dispersity}}を測定することができる。
* {{Ill2|静的光散乱|en|Static light scattering}}や{{Ill2|小角中性子散乱|en|Small-angle neutron scattering}}などの散乱技術は、溶液中または融液中の高分子の大きさ（[[断面回転半径|回転半径]]）を測定するために使用される。これらの技術は、ミクロ相分離した[[ブロック共重合体]]、ポリマーミセル、その他の材料の三次元構造の特性を把握するためにも使用される。
* {{Ill2|広角X線散乱|en|Wide-angle X-ray scattering}}（広角X線回折とも呼ばれる）は、ポリマーの結晶構造（またはその欠如）を決定するために使用される。
* [[フーリエ変換赤外分光法]]、[[ラマン分光法]]、[[核磁気共鳴分光法]]などの分光法技術を使用して、化学組成を決定することができる。
* [[示差走査熱量測定|示差走査熱量測定法]]は、ガラス転移温度、結晶化温度、融解温度などのポリマーの熱特性の特性の把握に使用される。ガラス転移温度は、{{Ill2|動的機械分析|en|Dynamic mechanical analysis}}によっても求めることができる。
* [[熱重量分析]]は、ポリマーの熱安定性を評価するのに有用な手法である。
* [[レオロジー]]は、流動と変形挙動の特徴を把握するために使用される。[[粘度]]、[[弾性率]]、その他のレオロジー特性の測定に使用できる。レオロジーはまた、分子構造（分子量、分子量分布、分岐）を決定し、ポリマーの加工方法を理解するためにもよく使用される。

== 劣化 ==
{{Main|{{ill2|ポリマーの劣化|en|Polymer degradation}}}}
[[File:PlasticDamage.JPG|thumb|暑さ寒さ、[[ブレーキ液]]、[[太陽光]]に30年間もさらされたプラスチック製品。素材の変色、膨張、[[クレージング|ひび割れ]]が見られる。]]
ポリマーの劣化とは、[[熱]]、[[光]]、特定の[[化学物質]]、[[酸素]]、酵素など、1つまたは複数の環境要因の影響下で、ポリマーまたはポリマー系製品の特性（引張強度、[[色]]、形状、分子量）が変化することである。このような物性の変化は、多くの場合、ポリマー骨格の{{Ill2|分子鎖切断|en|Chain scission|label=結合破壊}}の結果であり、分子鎖の末端や鎖内の任意の位置で起こりうる。

このような変化は望ましくないことが多いが、ときには[[生分解]]や[[リサイクル]]のように、環境[[汚染]]を防ぐことを目的としている場合もある。また、分解は生物医学的な場面でも有用である。たとえば、[[ポリ乳酸]]と[[ポリグリコール酸]]の共重合体は、[[創傷]]を縫合した後にゆっくりと分解する加水分解性[[縫合糸]]に使用されている。

ポリマーの分解しやすさはその構造に依存する。[[エポキシ樹脂|エポキシ]]や[[芳香族化合物|芳香族]]官能基を含む鎖は、特に{{Ill2|ポリマーの光酸化|en|Photo-oxidation of polymers|label=紫外線による分解}}を受けやすく、また、ポリエステルは[[加水分解]]による劣化を受けやすい。{{Ill2|飽和化合物と不飽和化合物|en|Saturated and unsaturated compounds|label=不飽和}}骨格を含むポリマーは、{{Ill2|オゾンクラッキング|en|Ozone cracking}}によって劣化する。炭素系ポリマーは、[[ポリジメチルシロキサン]]のような{{Ill2|無機高分子|en|Inorganic polymer}}よりも熱劣化が起こりやすく、そのためほとんどの高温用途には適さない。

ポリエチレンの劣化は、ポリマーの[[原子]]を結合している結合が無作為に切れるランダム切断によって起こる。ポリエチレンは、450&nbsp;°C以上に加熱すると分解して炭化水素の混合物を形成する。また、分子鎖末端の切断の場合、モノマーが放出され、このプロセスはアンジッピング（unzipping）または{{Ill2|解重合|en|Depolymerization}}（depolymerization）と呼ばれる。どの機構が支配的かは、ポリマーの種類や温度に依存する。一般に、反復単位に小さな置換基を持たないか、1つしか持たないポリマーは、ランダム鎖切断によって分解する。

リサイクル目的でのポリマー廃棄物の分別では、プラスチックの種類を識別するために{{Ill2|プラスチック産業会|en|Society of the Plastics Industry|label=米国プラスチック産業会}}が開発した[[樹脂識別コード]]を使用することで容易にすることができる。

=== ポリマー製品の故障 ===
[[File:Chlorine attack1.jpg|thumb|left|塩素腐食で破損したアセタール樹脂製の配管継手]]
{{Ill2|セーフティクリティカル・システム|en|Safety-critical system|label=安全上重要}}なポリマー部品の故障は、ポリマー製の{{Ill2|燃料配管|en|Fuel line}}の亀裂や劣化による火災など、重大事故につながる可能性がある。特に1990年代の米国で、[[アセタール樹脂|アセタール樹脂製]]の配管継手や{{Ill2|ポリブチレン|en|Polybutylene}}管の[[塩素]]による亀裂により、住宅で多くの深刻な浸水を引き起こした。水道水中の微量の塩素が配管のポリマーを劣化させる問題は、部品の[[押出成形]]や[[射出成形]]が不十分な場合に急速に起こった。成形不良のアセタール継手が侵され、[[応力集中|応力が集中]]する継手のねじ山に沿って亀裂が入った。[[File:Ozone_cracks_in_tube1.jpg|thumb|天然ゴム管に生じたオゾンクラッキング]]
ポリマーの酸化は、[[医療機器]]でも事故を引き起こしている。最も古くから知られている[[故障モード]]の一つがオゾンクラッキング（亀裂）で、これは[[天然ゴム]]や[[ニトリルゴム]]などの影響を受けやすい[[エラストマー]]で、[[オゾン]]が攻撃する際の分子鎖切断によって起こる。これらのゴムは、反復単位に二重結合を含んでおり、[[オゾン酸化]]によって切断される。燃料配管に亀裂が入るとチューブ断面を貫通し、燃料漏れの原因となりうる。エンジンルーム内でクラックが発生すると、電気火花が[[ガソリン]]に引火し、重大な火災を引き起こす可能性がある。医療用途では、ポリマーの劣化が埋め込み型器具の物理的および化学的特性の変化をもたらす可能性がある<ref>{{cite journal|last1=Iakovlev|first1=V.|last2=Guelcher|first2=S.|last3=Bendavid|first3=R.|date=August 28, 2015|title=Degradation of polypropylene in vivo: A microscopic analysis of meshes explanted from patients|journal=Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials|volume=105|issue=2|pages=237–248|doi=10.1002/jbm.b.33502|pmid=26315946}}</ref>。

[[ナイロン6,6]]は{{Ill2|酸加水分解|en|Acid hydrolysis|label=酸による加水分解}}を受けやすく、ある事故では燃料配管の破断によって[[軽油]]が道路に流出した。軽油が道路に流出すると、堆積物が[[ブラックアイスバーン|ブラックアイス]]のように滑りやすくなるため、後続車の事故を引き起こす可能性がある。さらに、軽油がアスファルト合材から{{Ill2|アスファルテン|en|Asphaltene}}を溶出させるため、[[アスファルトコンクリート]]路面が損傷し、アスファルト路面の劣化と道路の構造的完全性が損なわれる。

== 歴史 ==
{{See also|{{ill2|高分子科学|en|Polymer science}}}}人類が誕生して以来、ポリマーは、日常生活に欠かせないものであった。[[ウール|羊毛]]（[[ケラチン]]）や、[[木綿]]・[[リネン|麻]]の繊維（[[セルロース]]）を衣服に、[[カミガヤツリ]]（セルロース）を[[紙]]に使用したことは、古代社会がどのようにポリマーを原材料に工芸品を作ったかを示す一例にすぎない。[[パラゴムノキ]]の[[ラテックス]]樹液（[[天然ゴム]]）は、[[オルメカ]]、[[マヤ文明|マヤ]]、[[アステカ]]がボウルや防水布、容器の材料として使用し始め、ずっと後の16世紀になって、南米を経てヨーロッパに到達した<ref>{{Cite journal|last=Hurley|first=Paul E.|date=May 1981|title=History of Natural Rubber|journal=Journal of Macromolecular Science: Part A - Chemistry|language=en|volume=15|issue=7|pages=1279–1287|doi=10.1080/00222338108056785|issn=0022-233X}}</ref>。

ポリマーの化学的な操作は19世紀までさかのぼるが、当時はまだその性質は理解されていなかった。ポリマーの挙動は、当初、[[トーマス・グレアム]]が提唱した理論によって説明された。グレアムは、ポリマーを未知の力によって結合した小分子の[[コロイド]]状凝集体と考えていた。

理論的な知識が不足していたにもかかわらず、革新的で入手しやすく安価な材料を供給するポリマーの可能性はすぐに理解された。[[アンリ・ブラコノー]]、{{Ill2|アレクサンダー・パークス|en|Alexander Parkes}}、{{Ill2|フリードリヒ・ヴィルヘルム・リューダースドルフ|de|Friedrich Wilhelm Lüdersdorff}}、{{Ill2|ナサニエル・ヘイワード|en|Nathaniel Hayward}}をはじめとする多くの研究者たちによる天然ポリマーの改質に関する研究は、この分野における多くの重要な進歩を決定づけた<ref name=":0">{{Cite journal|last=Feldman|first=Dorel|date=January 2008|title=Polymer History|journal=Designed Monomers and Polymers|language=en|volume=11|issue=1|pages=1–15|doi=10.1163/156855508X292383|s2cid=219539020|issn=1568-5551}}</ref>。彼らの貢献により、[[セルロイド]]、{{Ill2|ガラリス|en|Galalith}}、[[セルロイド#歴史|パークシン]]、[[レーヨン]]、[[加硫ゴム]]、そして後には[[ベークライト]]などの材料が発見された。これらの材料は、すぐに工業的な製造工程に組み入れられ、衣料品（生地、ボタンなど）、食器、装飾品として家庭に普及した。

1920年、[[ヘルマン・シュタウディンガー]]が『Über Polymerisation（重合）』という重要な論文を発表し<ref>{{Cite journal|last=Staudinger|first=H.|date=1920-06-12|title=Über Polymerisation|journal=Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (A and B Series)|volume=53|issue=6|pages=1073–1085|doi=10.1002/cber.19200530627|issn=0365-9488|url=https://zenodo.org/record/1426679}}</ref>、ポリマーは共有結合で連結した原子の長い鎖であると提唱した。彼の研究は長い間議論されたが、最終的には科学界に受け入れられた。この業績により、シュタウディンガーは1953年に[[ノーベル化学賞|ノーベル賞]]を受賞した<ref>{{Cite web|url=https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/1953/summary/|title=The Nobel Prize in Chemistry 1953|website=NobelPrize.org|access-date=2020-06-25|language=en-US}}</ref>。

1930年代以降、ポリマーは全盛を迎え、新しい種類のポリマーが発見され、急速に天然素材に代わって商業的用途が見いだされた。その開発は、強力な経済力を持つ産業分野によって推進され、より安価な原料からの革新的なモノマーの合成、より効率的な重合プロセス、ポリマーの特性評価技術の向上、およびポリマーの高度な理論的理解などに貢献した幅広い学術コミュニティによって支えられてきた<ref name=":0" />。
[[File:History of polymers.tif|alt=|center|frameless|922x922px|ポリマーの歴史において、記憶に残る出来事をいくつかあげる<ref>{{Cite journal|last=Feldman|first=Dorel|date=2008-01-01|title=Polymer History|journal=Designed Monomers and Polymers|volume=11|issue=1|pages=1–15|doi=10.1163/156855508X292383|s2cid=219539020}}</ref>]]
1953年以降、[[生体高分子]]の研究を除いて、高分子科学の分野で[[:en:Polymer_science#Nobel_prizes_related_to_polymer_science|6つのノーベル賞]]が授与されている。このことは、高分子科学が現代の科学技術に大きな影響を与えたことを証明している。1980年、[[アレクサンダー・トッド|トッド卿]]は「重合の発展は、おそらく化学が成し遂げた最大の出来事であり、日常生活に最も大きな影響を与えたものであろう」と総括している<ref>{{Cite journal|date=1980-10-06|title=Lord Todd: the state of chemistry|journal=Chemical & Engineering News Archive|volume=58|issue=40|pages=28–33|doi=10.1021/cen-v058n040.p028|issn=0009-2347}}</ref>。

== 参考項目 ==
{{Commons category|Polymers}}
{{Div col|colwidth= 20em}}
* [[生体高分子]]
* {{ill2|理想鎖|en|Ideal chain}}
* [[カテネーション]]
* {{ill2|無機高分子|en|Inorganic polymer}}
* {{ill2|高分子化学における重要論文|en|Important publications in polymer chemistry}}
* [[オリゴマー]]
* {{ill2|高分子吸着|en|Polymer adsorption}}
* {{ill2|ポリマーの種類|en|Polymer classes (disambiguation)}}
* {{ill2|高分子工学|en|Polymer engineering}}
* [[重合反応]]
* {{ill2|反応性相溶化|en|Reactive compatibilization}}
* {{ill2|配列制御ポリマー|en|Sequence-controlled polymer}}
* {{ill2|形状記憶ポリマー|en|Shape-memory polymer}}
* [[ゾルゲル法]]
* {{ill2|超分子重合体|en|Supramolecular polymer}}
* [[熱可塑性樹脂]]
* [[熱硬化性樹脂]]
{{Div col end}}

== 脚注 ==
{{Reflist|30em}}

== 参考書 ==
* {{cite book |last1= Cowie |first1= J. M. G. (John McKenzie Grant) |title= Polymers: chemistry and physics of modern materials |year= 1991 |publisher= Blackie |location= Glasgow |isbn= 978-0-412-03121-2 |url-access= registration |url= https://archive.org/details/polymerschemistr0000cowi }}
* {{cite book |last1= Hall |first1= Christopher |title= Polymer materials |edition= 2nd |year= 1989 |publisher= Macmillan |location= London; New York |isbn= 978-0-333-46379-6 |url= https://blogs.ed.ac.uk/christopherhall/wp-content/uploads/sites/6693/2023/03/PM2.pdf}}
* {{cite book |last1= Rudin |first1= Alfred |title= The elements of polymer science and engineering |year= 1982 |publisher= Academic Press |isbn= 978-0-12-601680-2 |url-access= registration |url= https://archive.org/details/elementsofpolyme0000rudi }}
* {{cite book |last1= Wright |first1= David C. |title= Environmental Stress Cracking of Plastics |year= 2001 |publisher= RAPRA |isbn= 978-1-85957-064-7}}

== 外部リンク ==
{{external links|date=June 2021}}
{{Wiktionary}}
* {{wayback|url=http://www.icdd.com/resources/tutorials/pdf/How%20to%20analyze%20polymers.pdf|title=How to Analyze Polymers Using X-ray Diffraction|date=20180219131410}}
* {{wayback|url=http://www.polymerchemistryhypertext.com/|title=Polymer Chemistry Hypertext, Educational resource|date=20080320034241}}
* [https://www.pslc.ws/macrog/index.htm The Macrogalleria]
* [https://www.open.edu/openlearn/ocw/mod/oucontent/view.php?id=3484&printable=1 Introduction to Polymers]
* [https://www.theotherpages.org/abbrev.html Glossary of Polymer Abbreviations]

{{Condensed matter physics topics}}
{{Authority control}}
{{Portal bar|自然科学|化学|貨幣学|エレクトロニクス}}

{{DEFAULTSORT:しゆうこうたい}}
[[Category:有機高分子]]
[[Category:高分子]]
[[Category:高分子化学]]
[[Category:ソフトマター]]
[[Category:物質科学]]