【文章內(nèi)容簡介】 對填料與基體之間的親合性、填料表面活化處理的難易與成本都有直接關(guān)系。 一般無機非金屬礦物填料的顆粒粒徑越小，比表面積越大 ,且又能分散均勻，則填充材料的力學(xué)性能越好。但顆粒粒徑越小，要實現(xiàn)其均勻分散就越困難，需要更多的助劑和更好的加工設(shè)備以及更高的加工費用。因此要根據(jù)使用需要確定適當(dāng)?shù)奶盍狭健? 3 填料的性質(zhì) 表面形態(tài)與性質(zhì) ? 表面形態(tài)與性質(zhì) 十分重要，因為它決定了填充聚合物中兩相間的界面，而界面決定了填充體系的性能。 填料顆粒表面自由能的大小關(guān)系到填料在基體中分散的難易，當(dāng)比表面積一定時，表面自由能越大，顆粒之間越容易凝聚，越不易分散。在填料表面處理時，降低其表面自由能是主要目標(biāo)之一。 （ 1）表面基團 隨化學(xué)組成、制備方法不同而異。但幾乎所有無機填料表面均含有羥基且容易吸收水分。填料表面基團的反應(yīng)性、酸堿性、基團濃度對其補強性、分散性以及填充體系的黏度都有重要影響。 （ 2）吸附性 在一定條件下，一種物質(zhì)的小分子、原子或離子能自動地附著在某些固體表面上的現(xiàn)象或某物質(zhì)在界面層中濃度自動發(fā)生變化的現(xiàn)象。 吸附可發(fā)生在不同的界面上，如 SL， LS， LG， LL等 按吸附性質(zhì)的不同分為物理吸附和化學(xué)吸附。前者吸附快，多層吸附，吸收熱低，容易解吸附；后者吸附慢，單層吸附，吸收熱大，不易解吸附 填料一般屬于高能表面，容易吸水。對有機物（低表面能物質(zhì)）也有吸附。 填料的物理性質(zhì) ? 密度 填料的密度與它所來源的礦物一致，而且當(dāng)填料顆粒均勻分散到基體中時，給填充材料的密度帶來影響的正是它的真實密度。由于填料的顆粒在堆砌時相互間有空隙，不同形狀的顆粒粒徑大小及分布不同，在質(zhì)量相同時，堆砌的體積不同，有時差別還會很大，因此它們的表觀密度是不一樣的。 例如我們把礦物粉碎加工而成的碳酸鈣稱為“ 重鈣 ” ，把從石灰石經(jīng)化學(xué)反應(yīng)制成的碳酸鈣稱為 “ 輕鈣 ” 。實際上它們的真實密度是相似的，并無輕、重之分，但表面密度卻相差很大。 ? 硬度 填料顆粒的硬度對加工設(shè)備的磨損關(guān)系重大，人們肯定不希望使用填料帶來的效益被加工設(shè)備的磨損抵消。另一方面，填料的硬度高可以提高其充填制品的耐磨性。 例如鋪地材料半硬質(zhì)聚氯乙烯塑料地板，用石英做填料的制品就非常耐磨和耐刻劃，價格盡管比碳酸鈣填充的高 1/3，但仍然為人們所歡迎。 當(dāng)然，硬度不同的填料對加工設(shè)備的磨損是不同的，另一方面對于某種硬度的填料，加工設(shè)備的磨損強度隨填料粒徑的增加而上升，到一定粒徑后其磨損強度則趨于穩(wěn)定。 ? 顏色及光學(xué)特性 除專門用于著色的顏料填料外，人們一般不希望填料對基體的色澤帶來不利影響，因此通常都希望填料本身是無色的，當(dāng)然這對大多數(shù)填料是不可能的，但至少應(yīng)當(dāng)是白色的，而且白度越高越好。 ? 顏色及光學(xué)特性 填料的折射率與基體折射率之間的差別往往會使基體的透明性受到顯著影響，對基體著色的色澤深淺及鮮艷程度也有明顯影響。 ? 高透光率制品：選用與基體折光率相近的填料，使填充體系中反射、折射小，透明性好。如堿式碳酸鎂（ ~）與 NR（ ）幾乎相同，而 ZnO（ ~）相差大 ? 不透明制品：應(yīng)盡可能減少透光率，將光反射出去，二者折光率相差越大，反射越多，越不透明。如 TiO2（ ）常用來做白色填料就是這個道理。 ? 顏色及光學(xué)特性 ? 紫外線可使基體聚合物的大分子發(fā)生降解。紫外線的波長范圍為 0. 01～ 0. 4μm ，炭黑和石墨作為填料使用，由于它們可吸收這個波長范圍光波，故可以保護(hù)所填充的基體避免發(fā)生紫外線照射引發(fā)的降解。 ? 紅外線是 0. 7μm 以上波長范圍的光波，有的填料可以吸收或反射這個波長范圍的光波。例如在農(nóng)用大棚膜中使用云母、高嶺土、滑石粉等填料，可以有效降低紅外線的透過率，從而顯著提高農(nóng)用大棚膜的保溫效果。 ? 電性能 無機非金屬礦物制成的填料都是電的絕緣體，從理論上說不會對基體的電性能帶來影響。但需要注意的是由于周圍環(huán)境的影響，填料的顆粒表面上會凝聚一層水分子，根據(jù)填料表面性質(zhì)不同，這層水分子與填料表面結(jié)合的形式和強度都有所不同，因此填料在分散到基體中后所表現(xiàn)出的電性能有可能和單獨存在時所反映出來的電性能不同。 此外填料在粉碎和研磨過程中，由于價鍵的斷裂，很有可能帶上靜電，形成相互吸附的聚集體，這在制作細(xì)度極高的微細(xì)填料時更容易出現(xiàn)。 ? 熱性質(zhì) 主要是導(dǎo)熱系數(shù)、熱膨脹系數(shù)、比熱容等性質(zhì)。與聚合物相比，無機填料的熱系數(shù)大、熱膨脹系數(shù)和比熱容較小。 如聚合物的導(dǎo)熱系數(shù)多為 ,石墨為 ，金屬銅為 。 熱膨脹系數(shù)在（ 1~8） x106 /k，比聚合物小幾乎一個數(shù)量級。 比熱容 : (kg. ℃ ), CB (kg. ℃ ),陶土 (kg. ℃ ) 這對填充聚合物的硫化升溫、使用過程中的生熱、散熱等有影響。 ? 耐介質(zhì)性能 主要是耐酸堿性及耐水性等。 如： CaSO4不耐水，不能做耐水制品，而 Al2O3 很耐水； 碳酸鈣不耐酸介質(zhì)。 填料的化學(xué)性質(zhì) ? 化學(xué)成分 填料的化學(xué)成分對樹脂基體主要有以下影響 : (1) 影響耐腐蝕性。如在耐酸塑料中，不能選用碳酸鈣、硅灰石等填料；而在耐堿塑料中，則不能選用石英等作為填料。 (2) 影響樹脂結(jié)構(gòu)。填料的某些金屬離子，常與有機樹脂直接或間接作用，影響了樹脂的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如在聚氯乙烯樹脂中不宜選用含有鐵離子的填料。因為鐵離子不單影響制品色澤，還會在加工時使樹脂解聚。 (3) 影響熱穩(wěn)定性。如在耐高溫塑料中，不宜選擇含水氧化鋁或三水鋁石等作為填料。因為當(dāng)加熱到 300 ℃ 以上，填料中的結(jié)構(gòu)水放出，會使塑料內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞。 ? 熱化學(xué)效應(yīng) 高分子聚合物容易燃燒，而大多數(shù)無機非金屬礦物填料由于自身的不燃性，在加入到聚合物基體中后可以起到減少可燃物質(zhì)量分?jǐn)?shù)、延緩基體燃燒的作用。 例如氫氧化物金屬鹽具有填充、阻燃、抑煙的三重功能。其阻燃機理基于脫水吸熱。 ? 它在塑料、樹脂等高分子聚合物的燃燒溫度下能分解出結(jié)晶水，吸收熱量，降低材料的表面溫度，減慢材料的燃燒降解速度，這種脫水吸熱作用是阻燃的主要因素。 ? 結(jié)晶水揮發(fā)，水蒸氣稀釋火焰區(qū)氣體反應(yīng)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)則是阻燃的次要因素。 4. 填料的表面改性 ? 改性原因 無機填料表面能高，表面親水疏油的特點使其與聚合物的親合性不好，在填充體系中表現(xiàn)為兩方面的現(xiàn)象： （ 1）界面積小，無機粒子不易被聚合物大分子潤濕，往往是填料粒子間親和力大于其與聚合物間的親和力，所以容易結(jié)團聚集。且由于無機非金屬礦物填料與高聚物相溶性甚差，如果直接添加，會造成分散不均，而且粒徑大者還會成為復(fù)合材料中的應(yīng)力集中點，成為材料中的薄弱環(huán)節(jié)。 （ 2）界面結(jié)合不良，這些弊端不但限制了填料在聚合物中的添加量，而且還嚴(yán)重影響制品性能 目的 通過對無機非金屬礦物填料進(jìn)行表面改性，可以改變無機非金屬礦物填料表面原有的性質(zhì) (親油性、吸油率、浸潤性、混合物粘度等 ) ，改善無機非金屬礦物填料與聚合物的親合性、相溶性，以及加工流動性、分散性，還可以提高填料 聚合物相界面之間的結(jié)合力，使復(fù)合材料的綜合性能得到顯著的提高，從而使非功能的無機填料轉(zhuǎn)變?yōu)楣δ苄蕴盍稀? 近年來，隨著聚合物復(fù)合材料的迅猛發(fā)展，無機填料的表面改性技術(shù)也受到了前所未有的關(guān)注。 填料表面改性是對表面性質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化，賦予其新的功能，開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域，提高工業(yè)價值和附加值的重要技術(shù)手段之一。 無機非金屬礦物填料的表面改性方法多是依據(jù)作用效果或改性手段來命名的，所以有多種分類。填料的表面改性，一般有下述幾種方法： （ 1）親水基團調(diào)節(jié) （ 2）偶聯(lián)劑或表面活性劑改性無機填料表面 （ 3）粒子表面接枝 聚合物接枝，引發(fā)活性點吸附單體聚合接枝。 （ 4）粒子表面離子交換 改變表面離子，自然改變了表面的性質(zhì)。 （ 5）粒子表面聚合物膠囊化 用聚合物把填料包一層，但互相無化學(xué)作用。