無機填料大多數是由天然非金屬礦物（滑石、硅灰石、水鎂石、高嶺土、云母）加工而成，將其加入到高分子材料中不僅可以降低高分子材料的成本，而且能賦予聚合物基體自身沒有的一些特殊功能，如提升力學性能、熱性能、阻燃性、導電性和加工性等，不過由于大多數無機填料表面具有親水性，而高分子基體具有憎水性，兩者之間的相容性差，為了改善填料和聚合物基體間的界面結合，往往需要對無機填料進行改性處理。而在生產過程中，正確評價表面改性效果，并根據改性效果及時調整改性劑、工藝與設備參數至關重要。

無機填料表面改性

目前，無機填料表面改性效果的表征評價方法可分為直接法和間接法。

一、直接法

直接法就是通過測定表面改性后填料的表面物理化學性質，如活化指數、表面潤濕性、表面能、在極性/非極性介質中的分散性、表面改性劑的包覆量、表面結構、形貌和表面化學組成等來表征改性的效果，具有測試效果可靠的優點，但過程較復雜。

1.活化指數

經表面改性后的無機粉體，表面為非極性，在水中由于巨大的表面張力，會漂浮于其上，活化指數就是指水對無機顏填料的非浸潤性，即無機顏填料疏水性的強弱。

通常，活化指數的評價可通過取定量樣品加入水中，并以一定速度反復振搖一段時間，然后靜置一段時間后，將樣品中漂浮部分去除并干燥，計算其質量占樣品總質量的比重即為活化指數。活化指數越高，則代表填料的改性效果越好。

來源：旭豐粉體

2.吸油值

吸油值也稱樹脂吸附量，表示顏填料對樹脂吸收量的一種指數，通常以100g無機填料所需蓖麻油的體積表示，即每100g顏填料在達到完全潤濕時的最低用油量。一般情況下，吸油值越小，即意味著親油性越好，只需少量的樹脂即可浸潤填料，改性效果越好。

3.接觸角

接觸角是指液滴在固體表面上形成的角，通常用θ表示。接觸角的大小反映了填料表面與液體之間的相互作用性質，可用于評估材料的潤濕性和表面特性。

通過測量液滴與固體表面之間的接觸角，可以了解液體在固體表面上的展開情況。較小的接觸角意味著液體更容易在表面上展開，表明材料具有良好的潤濕性，填料表面親水性較強。而較大的接觸角則表示材料對液體具有較強的不潤濕性，填料表面疏水性較強，改性效果好。

4.包覆量及包覆率

包覆量是指一定質量的粉體表面所吸附的表面改性劑的質量，可用“%”表示，也可用“mg/g”或“g/kg”來表示。

通常情況下，可應用紅外光譜分析定量測定粉體表面改性劑的包覆或吸附量，針對一些在一定溫度下易于燒失或分解的有機表面改性劑，也可根據不同物質的分解溫度或揮發溫度不同，可以對改性后的填料進行熱重分析得出改性劑的包覆量。

包覆率則定義為表面改性劑分子在粉體（顆粒）表面的覆蓋面積占粉體（顆粒）總表面積的百分比。設表面改性劑分子在粉體表面單層包覆，一般來說，可以根據包覆量和表面改性劑分子的斷面積來計算表面包覆率：

其中，n是包覆率; M 是顆粒表面的包覆量; q 是改性劑分子的分子量; NA 是阿伏伽德羅常數; ao是表面改性劑分子的截面積; Sw是被包覆顆粒的比表面積。

5.顆粒形貌及粒徑

填料經過改性后，受工藝條件及改性劑的影響，顆粒形貌和粒徑會發生明顯的變化，通過透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡和光學顯微鏡等直觀地觀察改性前后的形貌、大小變化。而激光粒度儀等則可通過檢測改性前后其粒度及粒度分布的變化來分析其改性效果。

TiO2改性前后SEM圖（(a)原始TiO2；(b)硬脂酸-TiO2；(c)油酸-TiO2；(d)月-溴-TiO2） （來源：參考文獻5）

二、間接法

間接法是通過測定表面改性后填料在確定應用領域中的應用性能。例如，用于高聚物基復合材料填料的表面改性效果，可以通過檢測填料改性前后填充的高聚物復合材料的力學性能來評價；用于電纜絕緣填料的煅燒高嶺土改性效果，可用改性前后填充絕緣材料的體積電阻率以及拉伸強度、斷裂伸長率等性能來評價；用于抗菌目的的粉體的改性效果，可用其抗性能檢測結果來評價；對于顏料的表面改性可以通過其遮蓋力、著色率、色差、分散穩定性等檢測結果來評價；對于催化劑的表面改性可以通過其催化性能來評價。

由于填料表面改性的目的性很強，可以檢測在應用過程中的某種缺陷，因此，間接法對于填料表面改性效果的評價非常重要。

參考文獻：

1、孟叮,張金才,王寶鳳,等.納米碳酸鈣改性效果的影響因素及評價方法[J].硅酸鹽通報.

2、旭豐粉體.《粉體表面改性效果的分析和評價方法》

3、東超新材料.《無機材料粉體填料改性方法與效果表征》

4、深圳涂料技術學會.《顆粒表面改性處理工藝》

5、魏鈺坤,廖海峰,顏海濤,等.介質阻擋放電等離子體輔助球磨對納米TiO2粉體的表面改性[J].材料導報.

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