1
Kestävätkö polyuretaanimateriaalit korkeita lämpötiloja? Yleisesti ottaen polyuretaani ei kestä korkeita lämpötiloja, edes tavallisessa PPDI-järjestelmässä sen enimmäislämpötilaraja voi olla vain noin 150 °C. Tavalliset polyesteri- tai polyeetterityypit eivät välttämättä kestä yli 120 °C:n lämpötiloja. Polyuretaani on kuitenkin erittäin polaarinen polymeeri, ja se kestää kuumuutta paremmin kuin tavalliset muovit. Siksi lämpötila-alueen määrittäminen korkean lämpötilan kestävyyden varmistamiseksi tai eri käyttötarkoitusten erottaminen on erittäin tärkeää.
2
Miten polyuretaanimateriaalien lämmönkestävyyttä voidaan parantaa? Perusratkaisu on materiaalin kiteisyyden lisääminen, kuten aiemmin mainitun erittäin säännöllisen PPDI-isosyanaatin tapauksessa. Miksi polymeerin kiteisyyden lisääminen parantaa sen lämmönkestävyyttä? Vastaus on periaatteessa kaikkien tiedossa, eli rakenne määrää ominaisuudet. Tänään haluaisimme yrittää selittää, miksi molekyylirakenteen säännöllisyyden parantaminen johtaa lämmönkestävyyden paranemiseen. Perusajatus on peräisin Gibbsin vapaan energian määritelmästä tai kaavasta, eli △G=H-ST. G:n vasen puoli edustaa vapaata energiaa ja yhtälön oikea puoli H on entalpia, S on entropia ja T on lämpötila.
3
Gibbsin vapaaenergia on termodynamiikan energiakäsite, ja sen suuruus on usein suhteellinen arvo eli lähtö- ja loppuarvon erotus. Siksi sen edessä käytetään symbolia △, koska absoluuttista arvoa ei voida suoraan saada tai esittää. Kun △G pienenee eli on negatiivinen, se tarkoittaa, että kemiallinen reaktio voi tapahtua spontaanisti tai olla suotuisa tietylle odotetulle reaktiolle. Tätä voidaan käyttää myös sen määrittämiseen, onko reaktio olemassa tai onko se palautuva termodynamiikassa. Pelkistymisaste tai -nopeus voidaan ymmärtää itse reaktion kinetiikkana. H on pohjimmiltaan entalpia, joka voidaan ymmärtää karkeasti molekyylin sisäisenä energiana. Se voidaan karkeasti arvata kiinalaisten merkkien pinnallisesta merkityksestä, koska tuli ei ole...

4
S edustaa järjestelmän entropiaa, joka on yleisesti tunnettu ja jonka kirjaimellinen merkitys on varsin selvä. Se liittyy lämpötilaan T tai ilmaistaan ​​sen avulla, ja sen perusmerkitys on mikroskooppisen pienen järjestelmän epäjärjestyksen tai vapauden aste. Tässä vaiheessa tarkkaavainen pikku ystävä on saattanut huomata, että tänään keskustelemaamme lämmönkestävyyteen liittyvä lämpötila T on vihdoin ilmestynyt. Kerronpa hieman entropian käsitteestä. Entropia voidaan tyhmästi ymmärtää kiteisyyden vastakohdaksi. Mitä korkeampi entropia-arvo on, sitä epäjärjestyneempi ja kaoottisempi on molekyylirakenne. Mitä säännöllisempi molekyylirakenne on, sitä parempi on molekyylin kiteisyys. Leikataan nyt pieni neliö polyuretaanikumirullasta ja pidetään pientä neliötä kokonaisena järjestelmänä. Sen massa on kiinteä olettaen, että neliö koostuu 100 polyuretaanimolekyylistä (todellisuudessa niitä on N monta), koska sen massa ja tilavuus pysyvät käytännössä muuttumattomina, voimme arvioida △G:n hyvin pieneksi numeeriseksi arvoksi tai äärettömän lähelle nollaa, jolloin Gibbsin vapaan energian kaava voidaan muuntaa muotoon ST=H, jossa T on lämpötila ja S on entropia. Toisin sanoen polyuretaanista valmistetun pienen neliön lämmönkestävyys on verrannollinen entalpiaan H ja kääntäen verrannollinen entropiaan S. Tämä on tietenkin likimääräinen menetelmä, ja on parasta lisätä △ ennen sitä (saadaan vertailulla).
5
Ei ole vaikea havaita, että kiteisyyden parantaminen voi paitsi vähentää entropiaa myös lisätä entalpiaa, eli molekyylin koko kasvaa samalla kun nimittäjä pienenee (T = H/S), mikä on ilmeistä lämpötilan T noustessa, ja se on yksi tehokkaimmista ja yleisimmistä menetelmistä riippumatta siitä, onko T lasittumislämpötila vai sulamislämpötila. On huomattava, että monomeerimolekyylirakenteen säännöllisyys ja kiteisyys sekä aggregaation jälkeisen korkean molekyylirakenteen jähmettymisen yleinen säännöllisyys ja kiteisyys ovat periaatteessa lineaarisia, mikä voidaan olla suunnilleen yhtä suuri tai ymmärtää lineaarisesti. Entalpia H johtuu pääasiassa molekyylin sisäisestä energiasta, ja molekyylin sisäinen energia on seurausta eri molekyylirakenteista, joilla on erilainen molekyylipotentiaalienergia, ja molekyylipotentiaalienergia on kemiallinen potentiaali, molekyylirakenne on säännöllinen ja järjestäytynyt, mikä tarkoittaa, että molekyylipotentiaalienergia on korkeampi ja kiteytymisilmiöiden, kuten veden tiivistymisen jääksi, tuottaminen on helpompaa. Lisäksi oletimme juuri 100 polyuretaanimolekyyliä, joiden väliset vuorovaikutusvoimat vaikuttavat myös tämän pienen rullan lämmönkestävyyteen, kuten fysikaalisiin vetysidoksiin, vaikka ne eivät olekaan yhtä vahvoja kuin kemialliset sidokset, mutta lukumäärä N on suuri, suhteellisen molekyylisen vetysidoksen ilmeinen käyttäytyminen voi vähentää epäjärjestyksen astetta tai rajoittaa kunkin polyuretaanimolekyylin liikealuetta, joten vetysidos on hyödyllinen lämmönkestävyyden parantamiseksi.