1
Sú polyuretánové materiály odolné voči vysokým teplotám? Vo všeobecnosti polyuretán nie je odolný voči vysokým teplotám, dokonca aj pri bežnom systéme PPDI môže byť jeho maximálna teplotná hranica len okolo 150°. Bežné polyesterové alebo polyéterové typy nemusia byť schopné odolať teplotám nad 120°. Polyuretán je však vysoko polárny polymér a v porovnaní s bežnými plastmi je odolnejší voči teplu. Preto je veľmi dôležité definovať teplotný rozsah pre odolnosť voči vysokej teplote alebo rozlišovať rôzne použitia.
2
Ako teda zlepšiť tepelnú stabilitu polyuretánových materiálov? Základnou odpoveďou je zvýšenie kryštalinity materiálu, ako je napríklad vysoko bežný izokyanát PPDI, ktorý bol spomenutý vyššie. Prečo zvýšenie kryštalinity polyméru zlepšuje jeho tepelnú stabilitu? Odpoveď je v podstate každému známa, teda štruktúra určuje vlastnosti. Dnes by sme sa chceli pokúsiť vysvetliť, prečo zlepšenie pravidelnosti molekulovej štruktúry prináša zlepšenie tepelnej stability, základná myšlienka je z definície alebo vzorca Gibbsovej voľnej energie, teda △G=H-ST. Ľavá strana G predstavuje voľnú energiu a pravá strana rovnice H je entalpia, S je entropia a T je teplota.
3
Gibbsova voľná energia je energetický pojem v termodynamike a jej veľkosť je často relatívna hodnota, teda rozdiel medzi počiatočnou a koncovou hodnotou, preto sa pred ňou používa symbol △, keďže absolútnu hodnotu nemožno priamo získať ani znázorniť. Keď △G klesá, tj keď je záporné, znamená to, že chemická reakcia môže prebehnúť spontánne alebo môže byť priaznivá pre určitú očakávanú reakciu. To môže byť tiež použité na určenie, či reakcia existuje alebo je reverzibilná v termodynamike. Stupeň alebo rýchlosť redukcie možno chápať ako kinetiku samotnej reakcie. H je v podstate entalpia, ktorú možno približne chápať ako vnútornú energiu molekuly. Z povrchového významu čínskych znakov sa to dá zhruba uhádnuť, keďže oheň nie je

4
S predstavuje entropiu systému, ktorá je všeobecne známa a doslovný význam je celkom jasný. Súvisí s teplotou T alebo sa vyjadruje v podmienkach teploty T a jej základným významom je stupeň neusporiadanosti alebo voľnosti mikroskopického malého systému. V tomto bode si pozorný malý kamarát mohol všimnúť, že sa konečne objavila teplota T súvisiaca s tepelným odporom, o ktorom dnes diskutujeme. Dovoľte mi trochu sa porozprávať o koncepte entropie. Entropiu možno hlúpo chápať ako opak kryštalinity. Čím vyššia je hodnota entropie, tým je molekulárna štruktúra neusporiadanejšia a chaotickejšia. Čím vyššia je pravidelnosť molekulárnej štruktúry, tým lepšia je kryštalinita molekuly. Teraz odrežme malý štvorec z polyuretánovej gumovej rolky a považujme malý štvorec za kompletný systém. Jeho hmotnosť je pevná, za predpokladu, že štvorec pozostáva zo 100 polyuretánových molekúl (v skutočnosti je ich veľa N), keďže jeho hmotnosť a objem sú v podstate nezmenené, môžeme aproximovať △G ako veľmi malú číselnú hodnotu alebo nekonečne blízko nule, potom sa Gibbsov vzorec voľnej energie môže transformovať na ST=H, kde T je teplota a S je entropia. To znamená, že tepelný odpor polyuretánového malého štvorca je úmerný entalpii H a nepriamo úmerný entropii S. Samozrejme, toto je približná metóda a najlepšie je pred ňu pridať △ (získané porovnaním).
5
Nie je ťažké zistiť, že zlepšením kryštalinity možno nielen znížiť hodnotu entropie, ale aj zvýšiť hodnotu entalpie, teda zväčšenie molekuly pri znížení menovateľa (T = H/S), čo je zrejmé pri zvyšovaní teploty T, a je to jedna z najúčinnejších a najbežnejších metód, bez ohľadu na to, či T je teplota skleného prechodu alebo teplota topenia. Čo je potrebné zmeniť, je to, že pravidelnosť a kryštalinita molekulárnej štruktúry monoméru a celková pravidelnosť a kryštalinita vysokomolekulárneho tuhnutia po agregácii sú v podstate lineárne, čo môže byť približne ekvivalentné alebo môže byť chápané lineárne. K entalpii H prispieva hlavne vnútorná energia molekuly a vnútorná energia molekuly je výsledkom rôznych molekulárnych štruktúr s rôznou molekulárnou potenciálnou energiou a molekulárna potenciálna energia je chemický potenciál, molekulárna štruktúra je pravidelná a usporiadaná, čo znamená, že molekulárna potenciálna energia je vyššia a je jednoduchšie vytvárať kryštalizačné javy, ako je kondenzácia vody na ľad. Okrem toho, práve sme predpokladali 100 polyuretánových molekúl, interakčné sily medzi týmito 100 molekulami tiež ovplyvnia tepelnú odolnosť tohto malého valca, ako sú fyzikálne vodíkové väzby, hoci nie sú také silné ako chemické väzby, ale počet N je veľký, zjavné správanie relatívne molekulárnejšej vodíkovej väzby môže znížiť stupeň poruchy alebo obmedziť rozsah pohybu každej polyuretánovej molekuly, takže vodíková väzba je prospešná pre zlepšenie tepelnej odolnosti.