阿克倫大學聚合物科學與聚合物工程學院院長弗蘭克·N·凱利提供了以下解釋。
合成聚合物是透過稱為“聚合反應”的化學反應產生的。聚合反應以多種形式發生——種類繁多，無法在此一一詳述——但這些反應包括單個分子或單體的重複化學鍵合。熱量、壓力和催化的各種組合會改變將單體結合在一起的化學鍵，從而使它們彼此鍵合。最常見的是，它們以線性方式結合，形成稱為聚合物的單體鏈。
一些聚合反應將整個單體結合在一起，而另一些聚合反應僅結合單體的一部分，併產生“剩餘”材料或副產品。可以使用兩種或多種不同的單體形成共聚物。並且可以將兩種或多種聚合物組合以生產合金或混合物，該合金或混合物顯示出每種組分的特性。
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舉例來說，讓我們考慮常見的塑膠聚乙烯，它存在於購物袋、玩具和瓶子等物品中。單體乙烯由兩個碳原子組成，每個碳原子與兩個氫原子鍵合，並相互共享雙鍵。聚乙烯由單鍵碳原子鏈組成，每個碳原子仍然攜帶兩個氫原子。
生產聚乙烯的一種方法稱為“自由基聚合”。與其他聚合反應一樣，該過程分為三個階段，稱為引發、增長和終止。首先，我們需要向我們的乙烯供應物中新增催化劑。一種常見的催化劑是過氧化苯甲醯，當加熱時，它習慣於分裂成兩個碎片，每個碎片都帶有一個未成對的電子，或自由基。這些碎片被稱為引發劑碎片。
未成對的電子自然會尋找另一個電子，並在乙烯分子中碳原子之間的雙鍵中找到一個方便的目標。引發劑碎片從碳鍵中奪取一個電子，並將自身鍵合到單體的一個碳原子上。
自由基現在很穩定了，但這種引發反應產生了另一個與乙烯分子的另一個碳原子相關的自由基。新的自由基也尋求伴侶。因此，乙烯單體開始以鏈狀形式連線自身，每次都產生新的自由基並延長鏈條。這個階段稱為增長。
增長的鏈條也可能相互連線。最常見的是鏈條首尾相連，但有時它們也首尾相連地連線到主鏈上，形成支鏈聚乙烯分子。
最終，自由基聚合由於所謂的終止反應而停止。例如，碳原子上的自由基有時會從另一個鏈端竊取整個氫原子，而不是從雙鍵碳或附近的增長鏈中竊取電子。被剝奪氫原子的聚合物末端很容易與其相鄰的碳原子形成雙鍵，聚合反應停止。
由於乙烯單體的每個部分都包含在最終聚合物中，因此聚乙烯的自由基聚合被稱為加成聚合；乙烯分子只是簡單地加在一起。然而，僅使用單體部分的聚合反應被稱為縮合聚合。彼此縮合的單體必須至少包含兩個反應性基團才能形成鏈。縮合反應導致“縮合”聚合物的總質量小於用於製造它們的單體和副產品或“縮合物”的總質量。
例如，聚對苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 是一種聚酯，俗稱 PET，常見於蘇打水瓶中，它是由兩種單體的反應形成的：乙二醇和對苯二甲醯氯。在反應結束時，每個 PET 分子連線處都遺漏了一個氫原子和一個氯原子，從而產生氯化氫 (HCl) 氣體副產品。
以上內容應該讓您瞭解聚合反應在原理上是如何運作的，但其中還有很多內容。要了解更多資訊，請訪問網際網路上一些與聚合物相關的網站。