Почему диоксид кремния в газообразной фазе упрочняет силиконовый каучук? Принцип, лежащий в основе этого явления, далеко не прост! 

Диоксид кремния в газообразном состоянии имеет аморфную структуру, состоящую из нерегулярного наслоения тетраэдров, в центре которых находятся атомы кремния, а вершинами — атомы кислорода. Атомы кремния на его поверхности также не расположены упорядоченно, гидроксильные группы, связанные с атомами кремния, находятся на неодинаковых расстояниях, и при участии в химических реакциях они не являются полностью эквивалентными.

Многочисленные исследования показывают, что в структуре диоксида кремния присутствуют три типа гидроксильных групп.
Во-первых, это изолированные гидроксильные группы;
во-вторых, соседние гидроксильные группы, образующие между собой водородные связи;
в-третьих, парные гидроксильные группы, то есть силоксидные связи, образующиеся при соединении двух гидроксильных групп с одним атомом Si. Изолированные и парные гидроксильные группы не образуют водородных связей.
Причина, по которой газофазный диоксид кремния является лучшим армирующим наполнителем для силиконовой резины, заключается в том, что он тесно связан со структурными свойствами самой силиконовой резины. Структурные единицы каркаса силиконовой резины:

В формуле R может состоять исключительно из групп -CH₃, частично из групп -CH₃, а также частично из групп -CH=CH₂, -C₆H₅ или других (включая длинноцепочечные) групп, образуя линейно-спиральную структуру.

Поскольку органический силиконовый сырой каучук представляет собой некристаллический полимер, в полимерах без добавления SiO₂ прочность межмолекулярной сети очень низкая: молекулы полимера объединяются исключительно за счет механического переплетения, а цепи соединяются между собой благодаря слабым ван-дер-ваальсовым силам между алкильными группами и взаимному переплетению; поэтому прочность сульфидированного чистого сырого каучука очень низкая.

При добавлении упрочняющих наполнителей на основе диоксида кремния, благодаря наличию остаточных гидроксильных групп на поверхности диоксида кремния, на его поверхности образуются реакционноактивные центры, которые могут вступать во взаимодействие с водородными связями силоксанов в кремниевом каркасе. SiO₂ значительно повышает прочность вулканизированного каучука, тем самым обеспечивая упрочняющий эффект. Кроме того, как SiO₂, так и силиконовый каучук имеют кремний-кислородные связи в качестве каркаса. При контакте между ними спиральная структура кремний-кислородных связей на поверхности SiO₂ раскрывается, и метильные группы обращаются наружу; их кремний-кислородные связи и кремний-кислородные связи SiO₂ располагаются в чередующемся порядке, что обеспечивает отличную смачиваемость между ними, что также способствует усилению силиконового каучука.