1
האם חומרי פוליאוריטן עמידים לטמפרטורות גבוהות? באופן כללי, פוליאוריטן אינו עמיד לטמפרטורות גבוהות, אפילו עם מערכת PPDI רגילה, מגבלת הטמפרטורה המקסימלית שלו יכולה להיות רק סביב 150°. סוגי פוליאסטר או פוליאתר רגילים עשויים שלא לעמוד בטמפרטורות מעל 120°. עם זאת, פוליאוריטן הוא פולימר קוטבי ביותר, ובהשוואה לפלסטיק כללי, הוא עמיד יותר לחום. לכן, הגדרת טווח הטמפרטורות לעמידות לטמפרטורות גבוהות או הבחנה בין שימושים שונים היא קריטית ביותר.
2
אז כיצד ניתן לשפר את היציבות התרמית של חומרי פוליאוריטן? התשובה הבסיסית היא להגביר את הגבישיות של החומר, כמו למשל איזוציאנט PPDI רגולרי מאוד שהוזכר קודם לכן. מדוע הגברת הגבישיות של הפולימר משפרת את יציבותו התרמית? התשובה ידועה בעיקרון לכולם, כלומר, המבנה קובע תכונות. היום, נרצה לנסות להסביר מדוע שיפור סדירות המבנה המולקולרי מביא לשיפור ביציבות התרמית, הרעיון הבסיסי הוא מההגדרה או הנוסחה של אנרגיית גיבס חופשית, כלומר △G=H-ST. הצד השמאלי של G מייצג אנרגיה חופשית, והצד הימני של המשוואה H הוא אנתלפיה, S היא אנטרופיה, ו-T היא טמפרטורה.
3
אנרגיית גיבס החופשית היא מושג אנרגיה בתרמודינמיקה, וגודלה הוא לרוב ערך יחסי, כלומר ההפרש בין ערכי ההתחלה והסיום, ולכן הסמל △ משמש לפניה, מכיוון שלא ניתן לקבל או לייצג את הערך המוחלט ישירות. כאשר △G יורד, כלומר כאשר הוא שלילי, פירוש הדבר שהתגובה הכימית יכולה להתרחש באופן ספונטני או להיות חיובית לתגובה צפויה מסוימת. ניתן להשתמש בכך גם כדי לקבוע האם התגובה קיימת או שהיא הפיכה בתרמודינמיקה. ניתן להבין את מידת או קצב החיזור כקינטיקה של התגובה עצמה. H הוא בעצם אנתלפיה, שניתן להבין אותה בקירוב כאנרגיה פנימית של מולקולה. ניתן לנחש אותה באופן גס מהמשמעות השטחית של האותיות הסיניות, מכיוון שאש אינה...

4
S מייצג את האנטרופיה של המערכת, שהיא ידועה בדרך כלל והמשמעות המילולית ברורה למדי. היא קשורה או מתבטאת במונחים של טמפרטורה T, ומשמעותה הבסיסית היא מידת אי-הסדר או החופש של המערכת המיקרוסקופית הקטנה. בנקודה זו, החבר הקטן והערני אולי שם לב שהטמפרטורה T הקשורה להתנגדות התרמית שאנו דנים בה היום סוף סוף הופיעה. הרשו לי רק לפטפט קצת על מושג האנטרופיה. ניתן להבין בטיפשות את האנטרופיה כהיפך מגבישות. ככל שערך האנטרופיה גבוה יותר, כך המבנה המולקולרי מבולבל וכאוטי יותר. ככל שסדירות המבנה המולקולרי גבוהה יותר, כך גבישות המולקולה טובה יותר. כעת, בואו נחתוך ריבוע קטן מגליל גומי פוליאוריטן ונתייחס לריבוע הקטן כמערכת שלמה. בהנחה שהריבוע מורכב מ-100 מולקולות פוליאוריטן (במציאות, ישנן N רבות), מכיוון שהמסה והנפח שלו כמעט ולא השתנו, נוכל לקרב את △G כערך מספרי קטן מאוד או קרוב לאפס באינסוף, ואז ניתן להמיר את נוסחת האנרגיה החופשית של גיבס ל-ST=H, כאשר T היא הטמפרטורה, ו-S היא האנטרופיה. כלומר, ההתנגדות התרמית של הריבוע הקטן של פוליאוריטן היא פרופורציונלית לאנטלפיה H וביחס הפוך לאנטרופיה S. כמובן, זוהי שיטה מקורבת, ועדיף להוסיף △ לפניה (המתקבלת באמצעות השוואה).
5
לא קשה לגלות ששיפור הגבישיות יכול לא רק להפחית את ערך האנטרופיה אלא גם להגדיל את ערך האנתלפיה, כלומר, להגדיל את המולקולה תוך הפחתת המכנה (T = H/S), דבר ברור לעליית הטמפרטורה T, וזוהי אחת השיטות היעילות והנפוצות ביותר, ללא קשר לשאלה האם T היא טמפרטורת המעבר לזכוכית או טמפרטורת ההיתוך. מה שצריך לעשות הוא שהסדירות והגבישיות של המבנה המולקולרי של המונומר והסדירות והגבישיות הכוללות של התמצקות מולקולרית גבוהה לאחר צבירה הן בעיקרן ליניאריות, שיכולות להיות שוות ערך בקירוב או מובנות בצורה ליניארית. האנתלפיה H תורמת בעיקר מהאנרגיה הפנימית של המולקולה, והאנרגיה הפנימית של המולקולה היא תוצאה של מבנים מולקולריים שונים בעלי אנרגיה פוטנציאלית מולקולרית שונה, והאנרגיה הפוטנציאלית המולקולרית היא הפוטנציאל הכימי, המבנה המולקולרי הוא סדיר ומסודר, מה שאומר שהאנרגיה הפוטנציאלית המולקולרית גבוהה יותר, וקל יותר לייצר תופעות התגבשות, כמו מים המתעבים לקרח. חוץ מזה, הנחנו 100 מולקולות פוליאוריטן, כוחות האינטראקציה בין 100 המולקולות הללו ישפיעו גם על ההתנגדות התרמית של הגליל הקטן הזה, כגון קשרי מימן פיזיקליים, למרות שהם אינם חזקים כמו קשרים כימיים, אך מספר N גדול, ההתנהגות הברורה של קשר מימן מולקולרי יחסית יכולה להפחית את מידת אי-הסדר או להגביל את טווח התנועה של כל מולקולת פוליאוריטן, כך שקשר מימן מועיל לשיפור ההתנגדות התרמית.