1
Ali so poliuretanski materiali odporni na visoke temperature? Na splošno poliuretan ni odporen na visoke temperature, tudi pri običajnem sistemu PPDI je njegova najvišja temperaturna omejitev lahko le okoli 150 °C. Navadni poliestrski ali polieterski materiali morda ne bodo mogli prenesti temperatur nad 120 °C. Vendar pa je poliuretan zelo polarni polimer in je v primerjavi s splošnimi plastikami bolj odporen na vročino. Zato je opredelitev temperaturnega območja za odpornost na visoke temperature ali razlikovanje med različnimi uporabami zelo ključnega pomena.
2
Kako torej lahko izboljšamo toplotno stabilnost poliuretanskih materialov? Osnovni odgovor je povečanje kristaliničnosti materiala, kot je na primer prej omenjeni zelo regularni PPDI izocianat. Zakaj povečanje kristaliničnosti polimera izboljša njegovo toplotno stabilnost? Odgovor je v osnovi znan vsem, to je, da struktura določa lastnosti. Danes bi radi poskušali razložiti, zakaj izboljšanje regularnosti molekularne strukture povzroči izboljšanje toplotne stabilnosti. Osnovna ideja izhaja iz definicije oziroma formule Gibbsove proste energije, tj. △G=H-ST. Leva stran G predstavlja prosto energijo, desna stran enačbe H pa entalpija, S entropija in T temperatura.
3
Gibbsova prosta energija je energijski koncept v termodinamiki, njena velikost pa je pogosto relativna vrednost, tj. razlika med začetno in končno vrednostjo, zato se pred njo uporablja simbol △, saj absolutne vrednosti ni mogoče neposredno dobiti ali predstaviti. Ko se △G zmanjša, tj. ko je negativen, to pomeni, da lahko kemijska reakcija spontano poteka ali je ugodna za določeno pričakovano reakcijo. To se lahko uporabi tudi za ugotavljanje, ali reakcija obstaja ali je reverzibilna v termodinamiki. Stopnjo ali hitrost redukcije lahko razumemo kot kinetiko same reakcije. H je v bistvu entalpija, ki jo lahko približno razumemo kot notranjo energijo molekule. Približno jo je mogoče uganiti iz površinskega pomena kitajskih pismenk, saj ogenj ni ...

4
S predstavlja entropijo sistema, ki je splošno znana in njen dobesedni pomen je precej jasen. Povezana je z ali izražena s temperaturo T, njen osnovni pomen pa je stopnja neurejenosti ali svobode mikroskopskega majhnega sistema. Na tej točki je pozoren mali prijatelj morda opazil, da se je končno pojavila temperatura T, povezana s toplotno upornostjo, o kateri danes razpravljamo. Naj se malo pogovorim o konceptu entropije. Entropijo lahko neumno razumemo kot nasprotje kristaliničnosti. Višja kot je vrednost entropije, bolj neurejena in kaotična je molekularna struktura. Višja kot je pravilnost molekularne strukture, boljša je kristaliničnost molekule. Zdaj pa iz poliuretanskega gumijastega valja izrežemo majhen kvadrat in ga obravnavamo kot celoten sistem. Njegova masa je fiksna, ob predpostavki, da je kvadrat sestavljen iz 100 molekul poliuretana (v resnici jih je N veliko), ker se njegova masa in prostornina v osnovi ne spreminjata, lahko △G aproksimiramo kot zelo majhno numerično vrednost ali neskončno blizu ničli, nato pa lahko Gibbsovo formulo za prosto energijo pretvorimo v ST=H, kjer je T temperatura in S entropija. To pomeni, da je toplotna upornost majhnega poliuretanskega kvadrata sorazmerna z entalpijo H in obratno sorazmerna z entropijo S. Seveda je to približna metoda in najbolje je, da pred njo dodamo △ (dobljeno s primerjavo).
5
Ni težko ugotoviti, da izboljšanje kristaliničnosti ne more le zmanjšati vrednosti entropije, temveč tudi povečati vrednost entalpije, torej povečati molekulo ob hkratnem zmanjšanju imenovalca (T = H/S), kar je očitno pri povečanju temperature T, in je ena najučinkovitejših in najpogostejših metod, ne glede na to, ali je T temperatura steklastega prehoda ali temperatura taljenja. Kar je treba upoštevati, je, da sta pravilnost in kristaliničnost molekularne strukture monomera ter splošna pravilnost in kristaliničnost strjevanja z visoko molekularno gostoto po agregaciji v osnovi linearni, kar je mogoče približno enakovredno ali razumeti linearno. Entalpijo H v glavnem prispeva notranja energija molekule, notranja energija molekule pa je posledica različnih molekularnih struktur z različno molekularno potencialno energijo, molekularna potencialna energija pa je kemijski potencial, molekularna struktura je pravilna in urejena, kar pomeni, da je molekularna potencialna energija višja in je lažje povzročiti pojave kristalizacije, kot je kondenzacija vode v led. Poleg tega smo predpostavili le 100 molekul poliuretana, interakcijske sile med temi 100 molekulami pa bodo vplivale tudi na toplotno odpornost tega majhnega valja, na primer fizične vodikove vezi, čeprav niso tako močne kot kemične vezi, vendar je število N veliko, očitno vedenje relativno bolj molekularne vodikove vezi lahko zmanjša stopnjo neurejenosti ali omeji obseg gibanja vsake molekule poliuretana, zato je vodikova vez koristna za izboljšanje toplotne odpornosti.