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°. ייתכן שסוגי פוליאסטר או פוליאתר רגילים לא יוכלו לעמוד בטמפרטורות מעל 120 מעלות. עם זאת, פוליאוריטן הוא פולימר מאוד קוטבי, ובהשוואה לפלסטיק כללי, הוא עמיד יותר לחום. לכן, הגדרת טווח הטמפרטורות לעמידות בטמפרטורה גבוהה או הבחנה בין שימושים שונים היא קריטית מאוד.
2
אז איך ניתן לשפר את היציבות התרמית של חומרי פוליאוריטן? התשובה הבסיסית היא להגביר את הגבישיות של החומר, כגון איזוציאנאט PPDI רגיל מאוד שהוזכר קודם לכן. מדוע הגברת הגבישיות של הפולימר משפרת את היציבות התרמית שלו? התשובה ידועה בעצם לכולם, כלומר, המבנה קובע מאפיינים. היום, נרצה לנסות להסביר מדוע השיפור בסדירות המבנה המולקולרי מביא לשיפור ביציבות התרמית, הרעיון הבסיסי הוא מההגדרה או הנוסחה של האנרגיה החופשית של גיבס, כלומר △G=H-ST. הצד השמאלי של G מייצג אנרגיה חופשית, והצד הימני של המשוואה H הוא אנטלפיה, S הוא אנטרופיה ו-T הוא טמפרטורה.
3
האנרגיה החופשית של גיבס היא מושג אנרגיה בתרמודינמיקה, וגודלה הוא לרוב ערך יחסי, כלומר ההבדל בין ערכי ההתחלה והסיום, ולכן הסמל △ משמש לפניו, כיוון שלא ניתן להשיג או לייצג את הערך המוחלט באופן ישיר. כאשר △G יורד, כלומר כאשר הוא שלילי, זה אומר שהתגובה הכימית יכולה להתרחש באופן ספונטני או להיות חיובית לתגובה צפויה מסוימת. זה יכול לשמש גם כדי לקבוע אם התגובה קיימת או הפיכה בתרמודינמיקה. ניתן להבין את מידת או קצב ההפחתה כקינטיקה של התגובה עצמה. H היא בעצם אנטלפיה, שניתן להבין אותה בערך כאנרגיה הפנימית של מולקולה. אפשר לנחש את זה בערך לפי משמעות פני השטח של התווים הסיניים, שכן אש לא

4
S מייצגת את האנטרופיה של המערכת, הידועה בדרך כלל והמשמעות המילולית ברורה למדי. הוא קשור או מתבטא במונחים של טמפרטורה T, ומשמעותו הבסיסית היא מידת האי-סדר או החופש של המערכת הקטנה המיקרוסקופית. בשלב זה, ייתכן שהחבר הקטן המתבונן שם לב שהטמפרטורה T הקשורה להתנגדות התרמית עליה אנו דנים היום הופיעה סוף סוף. תן לי רק לקשקש קצת על מושג האנטרופיה. אפשר להבין אנטרופיה בטיפשות כהיפך מגביות. ככל שערך האנטרופיה גבוה יותר, כך המבנה המולקולרי מסודר וכאוטי יותר. ככל שהסדירות של המבנה המולקולרי גבוהה יותר, כך הגבישיות של המולקולה טובה יותר. כעת, בואו נחתוך ריבוע קטן מגליל הגומי הפוליאוריטני ונראה את הריבוע הקטן כמערכת שלמה. המסה שלו קבועה, בהנחה שהריבוע מורכב מ-100 מולקולות פוליאוריטן (במציאות, ישנן N רבות), מכיוון שהמסה והנפח שלו כמעט ולא משתנים, אנו יכולים להעריך את △G כערך מספרי קטן מאוד או קרוב לאין סוף לאפס, ואז ניתן להפוך את נוסחת האנרגיה החופשית של גיבס ל-ST=H, כאשר T הוא הטמפרטורה ה-entropy, כאשר T הוא הטמפרטורה. כלומר, ההתנגדות התרמית של הריבוע הקטן של פוליאוריטן פרופורציונלית לאנתלפיה H ופרופורציונלית הפוך לאנטרופיה S. כמובן שזו שיטה משוערת, ועדיף להוסיף לפניה △ (שמתקבל 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), המובן מאליו לעליית הטמפרטורה T, וזו אחת השיטות היעילות והנפוצות ביותר, ללא קשר אם T היא טמפרטורת מעבר הזכוכית או טמפרטורת ההיתוך. מה שצריך לעבור הוא שהסדירות והגבישיות של המבנה המולקולרי המונומר והסדירות והגבישיות הכוללת של ההתמצקות המולקולרית הגבוהה לאחר הצבירה הם בעצם ליניאריים, שיכולים להיות בערך שווה ערך או להבין בצורה ליניארית. האנטלפיה 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 סדיר ומסודר, מה שאומר שהאנרגיה הפוטנציאלית המולקולרית גבוהה יותר, וקל יותר לייצר תופעת התגבשות, כמו תופעת התגבשות של מים. חוץ מזה, רק הנחנו 100 מולקולות פוליאוריטן, כוחות האינטראקציה בין 100 מולקולות אלו ישפיעו גם על ההתנגדות התרמית של הגלגלת הקטנה הזו, כמו קשרי מימן פיזיקליים, למרות שהם לא חזקים כמו קשרים כימיים, אבל המספר N גדול, ההתנהגות הברורה של קשר המימן המולקולרי יותר יחסית יכולה להפחית את טווח התנועה של קשר מולקולרי, ולכן כל קשר מולקולרי יכול להפחית את מידת ההפרעה של קשר מולקולרי. מועיל לשיפור ההתנגדות התרמית.