1
Zijn polyurethaanmaterialen bestand tegen hoge temperaturen? Over het algemeen is polyurethaan niet bestand tegen hoge temperaturen, zelfs niet met een standaard PPDI-systeem. De maximale temperatuurgrens ligt rond de 150 °C. Gewone polyester- of polyethermaterialen kunnen temperaturen boven de 120 °C niet verdragen. Polyurethaan is echter een sterk polair polymeer en is, vergeleken met gangbare kunststoffen, beter bestand tegen hitte. Daarom is het van cruciaal belang om het temperatuurbereik voor hoge temperaturen te definiëren of onderscheid te maken tussen verschillende toepassingen.
2
Hoe kan de thermische stabiliteit van polyurethaanmaterialen worden verbeterd? Het basisantwoord is het verhogen van de kristalliniteit van het materiaal, zoals het eerder genoemde, zeer regelmatige PPDI-isocyanaat. Waarom verbetert een verhoogde kristalliniteit van het polymeer de thermische stabiliteit? Het antwoord is in principe voor iedereen bekend: structuur bepaalt eigenschappen. Vandaag willen we proberen uit te leggen waarom een ​​verbetering van de regelmaat van de moleculaire structuur leidt tot een verbetering van de thermische stabiliteit. Het basisidee is gebaseerd op de definitie of formule van de Gibbs-vrije energie, oftewel △G = H - ST. De linkerkant van de vergelijking, G, staat voor vrije energie, en de rechterkant, H, staat voor enthalpie, S voor entropie en T voor temperatuur.
3
De Gibbs-vrije energie is een energiebegrip in de thermodynamica. De grootte ervan is vaak een relatieve waarde, oftewel het verschil tussen de begin- en eindwaarde. Daarom wordt er een △ voor geplaatst, omdat de absolute waarde niet direct kan worden verkregen of weergegeven. Wanneer △G afneemt, oftewel negatief is, betekent dit dat de chemische reactie spontaan kan plaatsvinden of gunstig is voor een bepaalde verwachte reactie. Dit kan ook worden gebruikt om te bepalen of de reactie bestaat of omkeerbaar is in de thermodynamica. De mate of snelheid van reductie kan worden opgevat als de kinetiek van de reactie zelf. H is in principe enthalpie, wat ruwweg kan worden begrepen als de interne energie van een molecuul. De betekenis ervan kan ruwweg worden afgeleid uit de letterlijke betekenis van de Chinese karakters, aangezien vuur niet

4
S staat voor de entropie van het systeem, wat algemeen bekend is en waarvan de letterlijke betekenis vrij duidelijk is. Het is gerelateerd aan, of uitgedrukt in termen van, de temperatuur T, en de basisbetekenis ervan is de mate van wanorde of vrijheid van het microscopisch kleine systeem. Op dit punt heeft de oplettende lezer wellicht opgemerkt dat de temperatuur T, gerelateerd aan de thermische weerstand waar we het vandaag over hebben, eindelijk is verschenen. Laat me even wat uitweiden over het concept entropie. Entropie kan, simpel gezegd, worden opgevat als het tegenovergestelde van kristalliniteit. Hoe hoger de entropiewaarde, hoe wanordelijker en chaotischer de moleculaire structuur is. Hoe regelmatiger de moleculaire structuur, hoe beter de kristalliniteit van het molecuul is. Laten we nu een klein vierkantje van de polyurethaanrubberrol afsnijden en dit kleine vierkantje beschouwen als een compleet systeem. De massa is vast, ervan uitgaande dat het vierkantje is opgebouwd uit 100 polyurethaanmoleculen (in werkelijkheid zijn het er N). Omdat de massa en het volume in principe onveranderd blijven, kunnen we △G benaderen als een zeer kleine numerieke waarde of oneindig dicht bij nul. De formule voor de Gibbs-vrije energie kan dan worden omgezet in ST=H, waarbij T de temperatuur is en S de entropie. Dat wil zeggen dat de thermische weerstand van het kleine polyurethaan vierkantje evenredig is met de enthalpie H en omgekeerd evenredig met de entropie S. Dit is uiteraard een benaderingsmethode, en het is beter om er △ voor te plaatsen (verkregen door vergelijking).
5
Het is niet moeilijk vast te stellen dat de verbetering van de kristalliniteit niet alleen de entropiewaarde kan verlagen, maar ook de enthalpiewaarde kan verhogen, dat wil zeggen, het aantal moleculen neemt toe terwijl de noemer afneemt (T = H/S). Dit is duidelijk te zien bij een verhoging van de temperatuur T, en het is een van de meest effectieve en gangbare methoden, ongeacht of T de glasovergangstemperatuur of de smelttemperatuur is. Wat hierbij van belang is, is dat de regelmaat en kristalliniteit van de monomeermoleculaire structuur en de algehele regelmaat en kristalliniteit van de hoogmoleculaire stolling na aggregatie in principe lineair zijn, wat bij benadering gelijkgesteld kan worden of lineair begrepen kan worden. De enthalpie H wordt voornamelijk bepaald door de interne energie van het molecuul. Deze interne energie is het resultaat van de verschillende moleculaire structuren en hun verschillende moleculaire potentiële energie. Moleculaire potentiële energie is de chemische potentiaal. Een regelmatige en geordende moleculaire structuur betekent dat een hogere moleculaire potentiële energie gemakkelijker kristallisatieverschijnselen teweegbrengt, zoals water dat condenseert tot ijs. Bovendien, we gingen uit van 100 polyurethaanmoleculen, maar de interactiekrachten tussen deze 100 moleculen beïnvloeden ook de thermische weerstand van deze kleine rol. Denk bijvoorbeeld aan fysische waterstofbruggen. Hoewel deze niet zo sterk zijn als chemische bindingen, is het aantal N groot. Het is duidelijk dat relatief meer moleculaire waterstofbruggen de mate van wanorde kunnen verminderen of de bewegingsvrijheid van elk polyurethaanmolecuul kunnen beperken. Daarom dragen waterstofbruggen bij aan een verbeterde thermische weerstand.