1.3.2.1. Tính chất vật lý
Silic đioxit tinh thể nóng chảy ở 173o
C, sôi ở 2230oC, không tan trong nước. Trong tự nhiên, silic đioxit tinh thể chủ yếu tồn tại ở dạng khoáng vật thạch anh, là tinh thể lớn, không màu, trong suốt. Cát là silic đioxit có nhiều tạp chất. Khi nóng chảy, SiO2 chuyển thành chất lỏng không màu, làm lạnh chất lỏng này ta thu được khối SiO2 vô định hình trong suốt như thủy tinh [8].
1.3.2.2. Tính chất hóa học.
Trong các loại axit, SiO2 chỉ tác dụng với HF: SiO2 + 4HF → SiF4 + 2H2O
Silica tan trong kiềm hoặc trong muối carbonat của kim loại kiềm nóng chảy tạo thành silicat:
SiO2 + 2NaOH → Na2SiO3 + H2O SiO2 + 2Na2CO3 → Na2SiO3 + CO2
Na2SiO3 trông bề ngoài giống thủy tinh và tan được trong nước nên gọi là thủy tinh lỏng.
Khi nung SiO2 với than cốc theo tỉ lệ xác định trong lò điện ở khoảng 2000-2500oC ta thu được silic carbua. SiC có cấu trúc tinh thể giống kim cương, rất cứng và bền, chịu được nhiệt độ cao. Nó được dùng làm chất mài, vật liệu chịu lửa, chất bán dẫn trong chế tạo compozit và trong luyện kim [8].
21
1.3.2.3. Tính chất của các hạt silica với kích thước nano
Bề mặt silica nhẵn có diện tích lớn, do đó khả năng tiếp xúc vật lý với polyme nền lớn. Silica có thể tồn tại ở nhiều dạng, mỗi dạng thể hiện tính chất vật lý và hóa học khác nhau. Silica không thể hút nước nếu bề mặt của nó có các nhóm siloxan (-Si-O-Si-), khả năng hút nước của nó chỉ thể hiện khi bề mặt có nhóm silanol (SiOH). Sự có mặt của hai nhóm này ảnh hưởng đến tính chất của bề mặt silica và ứng dụng của nó.
Silica kị nước có thể được chuyển thành silica ưa nước bằng phản ứng hydroxyl hóa nhóm siloxan thành silanol. Phản ứng này có thể làm ngược lại, silica ưa nước có thể chuyển thành silica kị nước bằng phản ứng đề hydroxyl hóa hoặc đun nóng ở nhiệt độ >3000oC.
Bề mặt của silica trung bình có 5-6 nhóm silanol trên 1nm2 nên nó có tính ưa nước, các nhóm siloxan còn lại không tham gia phản ứng. Cấu trúc của nanosilica là mạng 3 chiều. Do có nhóm silanol và siloxan trên bề mặt nên các hạt silica có khả năng hút nước. Bề mặt silica được đặc trưng bởi ba dạng silanol: silanol tự do, silanol liên kết hidro với nhóm bên cạnh và silanol ghép đôi. Các nhóm silica trên bề mặt các phần tử kề nhau tập hợp lại với nhau bằng liên kết hidro. Liên kết này giúp cho các phần tử silica tập hợp lại với nhau cả khi pha trộn mạnh dù không có phản ứng với polyme nền.
Các nhóm silanol hoạt động trên bề mặt silica có nhiệm vụ kết tụ các phần tử lại với nhau. Chính tính ưa nước của nhóm silanol trên bề mặt silica là nhược điểm làm hạn chế khả năng ứng dụng của silica, do đó cần biến tính silica. Sau khi biến tính, mức độ phân tán của nanosilica trong pha hữu cơ tăng lên, do đó độ bền của các sản phẩm polyme tăng lên đáng kể.
22