1
Kas polüuretaanmaterjalid on kõrgetele temperatuuridele vastupidavad? Üldiselt ei ole polüuretaan kõrgetele temperatuuridele vastupidav, isegi tavalise PPDI-süsteemi puhul võib selle maksimaalne temperatuuripiir olla vaid umbes 150°. Tavalised polüester- või polüeetertüübid ei pruugi taluda temperatuure üle 120°. Polüuretaan on aga väga polaarne polümeer ja võrreldes tavaliste plastidega on see kuumakindlam. Seetõttu on kõrge temperatuurikindluse temperatuurivahemiku määratlemine või erinevate kasutusalade eristamine väga oluline.
2
Kuidas siis parandada polüuretaanmaterjalide termilist stabiilsust? Põhiline vastus on materjali kristallilisuse suurendamine, näiteks varem mainitud väga korrapärase PPDI isotsüanaadi puhul. Miks parandab polümeeri kristallilisuse suurendamine selle termilist stabiilsust? Vastus on põhimõtteliselt kõigile teada, see tähendab, et struktuur määrab omadused. Täna tahaksime proovida selgitada, miks molekulaarstruktuuri korrapärasuse paranemine toob kaasa termilise stabiilsuse paranemise. Põhiidee tuleneb Gibbsi vabaenergia definitsioonist või valemist, st △G=H-ST. G vasak pool tähistab vabaenergiat ja võrrandi parem pool H on entalpia, S on entroopia ja T on temperatuur.
3
Gibbsi vabaenergia on termodünaamikas energiamõiste ja selle suurus on sageli suhteline väärtus, st alg- ja lõppväärtuste vahe, seega kasutatakse selle ees sümbolit △, kuna absoluutväärtust ei saa otseselt saada ega esitada. Kui △G väheneb, st kui see on negatiivne, tähendab see, et keemiline reaktsioon võib toimuda spontaanselt või olla teatud oodatava reaktsiooni jaoks soodne. Seda saab kasutada ka selleks, et teha kindlaks, kas reaktsioon toimub või on termodünaamikas pöörduv. Redutseerimise astet või kiirust võib mõista kui reaktsiooni enda kineetikat. H on põhimõtteliselt entalpia, mida saab ligikaudselt mõista kui molekuli siseenergiat. Seda saab ligikaudselt aimata hiina märkide pealiskaudsest tähendusest, kuna tuli ei ole...

4
S tähistab süsteemi entroopiat, mis on üldiselt teada ja mille sõnasõnaline tähendus on üsna selge. See on seotud temperatuuriga T või on selle kaudu väljendatud ning selle põhitähendus on mikroskoopilise väikese süsteemi korrastatuse või vabaduse aste. Siinkohal võis tähelepanelik väike sõber märgata, et lõpuks ilmus temperatuur T, mis on seotud täna arutatava termilise takistusega. Lubage mul natuke entroopia kontseptsioonist rääkida. Entroopiat võib rumalalt mõista kristallilisuse vastandina. Mida suurem on entroopia väärtus, seda korrastatum ja kaootilisem on molekulaarstruktuur. Mida suurem on molekulaarstruktuuri korrapärasus, seda parem on molekuli kristallilisus. Nüüd lõikame polüuretaankummist rullist väikese ruudu ja käsitleme seda väikest ruutu tervikliku süsteemina. Selle mass on fikseeritud, eeldades, et ruut koosneb 100 polüuretaani molekulist (tegelikkuses on neid N palju), kuna selle mass ja ruumala on põhimõtteliselt muutumatud, saame △G-d lähendada väga väikese arvväärtusena või lõpmatult nullilähedasena, seejärel saab Gibbsi vabaenergia valemi teisendada kujule ST=H, kus T on temperatuur ja S on entroopia. See tähendab, et polüuretaanist väikese ruudu soojustakistus on võrdeline entalpiaga H ja pöördvõrdeline entroopiaga S. Muidugi on see ligikaudne meetod ja kõige parem on enne seda lisada △ (saadud võrdlemise teel).
5
Pole raske märgata, et kristallilisuse parandamine mitte ainult ei vähenda entroopia väärtust, vaid suurendab ka entalpia väärtust, st suurendab molekuli suurust, vähendades samal ajal nimetajat (T = H/S), mis on ilmne temperatuuri T tõustes, ja see on üks tõhusamaid ja levinumaid meetodeid, olenemata sellest, kas T on klaasistumistemperatuur või sulamistemperatuur. Üleminekul tuleb arvestada, et monomeeri molekulaarstruktuuri korrapärasus ja kristallilisus ning kõrgmolekulaarse tahkumise üldine korrapärasus ja kristallilisus pärast agregatsiooni on põhimõtteliselt lineaarsed, mis on ligikaudu samaväärne või mõistetav lineaarselt. Entalpia H tuleneb peamiselt molekuli siseenergiast ja molekuli siseenergia on erinevate molekulaarpotentsiaalsete energiatega molekulaarstruktuuride tulemus ning molekulaarpotentsiaalne energia on keemiline potentsiaal. Molekulaarstruktuur on korrapärane ja korrastatud, mis tähendab, et molekulaarpotentsiaalne energia on kõrgem ja kristalliseerumisnähtusid, näiteks vee kondenseerumist jääks, on lihtsam tekitada. Lisaks eeldasime just 100 polüuretaanmolekuli, et nende 100 molekuli vahelised interaktsioonijõud mõjutavad ka selle väikese rulliku termilist takistust, näiteks füüsikalised vesiniksidemed, kuigi need ei ole nii tugevad kui keemilised sidemed, kuid arv N on suur, suhteliselt suurema molekulaarse vesiniksideme ilmne käitumine võib vähendada häireastet või piirata iga polüuretaanmolekuli liikumisulatust, seega on vesinikside kasulik termilise takistuse parandamiseks.