一．無(wú)機(jī)填料的特點(diǎn)

與炭黑相比，無(wú)機(jī)填料具有以下特點(diǎn)：

（1）來(lái)源豐富，主要來(lái)源于礦物，價(jià)格比較低；

（2）多為白色或淺色，可以制造彩色橡膠制品；

（3）制造能耗低，制造炭黑的能耗比無(wú)機(jī)填料高；

（4）某些無(wú)機(jī)填料具有特殊功能，如阻燃性、磁性等；

 （5）對(duì)橡膠基本無(wú)補(bǔ)強(qiáng)性，或者補(bǔ)強(qiáng)性低。

對(duì)于橡膠工業(yè)，補(bǔ)強(qiáng)是非常重要的，否則許多非自補(bǔ)強(qiáng)橡膠便失去了使用價(jià)值。但多數(shù)無(wú)機(jī)填 充劑的補(bǔ)強(qiáng)性能不如炭黑好，主要原因是無(wú)機(jī)填料具有親水性，與橡膠的親和性不好，因此降低無(wú)機(jī)填料的粒徑和表面親水性是關(guān)鍵。

二．無(wú)機(jī)填料表

（一）主要改性方法

填料的表面改性，一般有下述幾種方法：
（1）親水基團(tuán)調(diào)節(jié)

（2）偶聯(lián)劑或表面活性劑改性無(wú)機(jī)填料表面

（3）粒子表面接枝    聚合物接枝，引發(fā)活性點(diǎn)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(wú)化學(xué)作用。

這些方法中目前工業(yè)上廣泛采用的是第二種即用偶聯(lián)劑及表面活性劑改性無(wú)機(jī)填料。

（二）偶聯(lián)劑或表面活性劑改性的主要作用

    可以降低混煉膠粘度，改善加工流動(dòng)性；改善填料的分散性和表面親和性；提高橡膠的沖擊彈 性，降低生熱等。

（三）偶聯(lián)劑或表面活性劑改性填料的方法

    這種表面改性原則上有兩類方法：干法和濕法。相比之下，干法不易混勻，但很方便。

     干法有兩種混合方法。一是用液態(tài)改性劑或稀釋的改性劑噴在溫度下攪拌翻動(dòng)的填料中混 合；二是在聚合物混煉時(shí)將改性劑與填料一起加入機(jī)械混煉。

濕法也有兩種混合方法。一是改性劑水溶液或乳液或改性劑直接加到填料水懸浮液中攪拌反應(yīng)、 除水、干燥；二是填料懸浮于改性劑的溶液中，讓其吸附改性劑，再除去溶劑，干燥。

三．改性劑的分類及其改性效果

    改性劑主要包括偶聯(lián)劑和表面活性劑兩類。偶聯(lián)劑有硅烷類、鈦酸酯類、鋁酸酯類和疊氮類等； 
     表面活性劑主要有脂肪酸和樹(shù)脂酸類、官能化齊聚物類、其它還有陽(yáng)離子、陰離子、非離子等類。

（一）偶聯(lián)劑

1．硅烷類

     硅烷類偶聯(lián)劑是目前品種多、用量較大的一類偶聯(lián)劑，通式為 X3—Si—R。

   X為能水解的烷氧基，如、乙氧基、氯等，3表示基團(tuán)個(gè)數(shù)為 3個(gè)。水解后生成硅醇基 與填料表面羥基縮合而產(chǎn)生化學(xué)結(jié)合。

     R為有機(jī)官能團(tuán)，如巰基、氨基、乙烯基、甲基丙烯酰氧基、環(huán)氧基等，往往它們可以與橡膠 在硫化時(shí)產(chǎn)生化學(xué)結(jié)合。選擇什么基團(tuán)的硅烷主要取決于橡膠中硫化體系和填充體系。

     硅烷偶聯(lián)劑用量為填充劑用量的 1~3%。將偶聯(lián)劑與填充劑預(yù)混合后加入膠料為好，使偶聯(lián) 劑在填充劑表面以均勻的薄層覆蓋理想。

      硅烷偶聯(lián)劑中巰基硅烷在橡膠中使用較多，巰基硅烷的作用機(jī)理如下。

2．鈦酸酯類

    為了解決硅烷偶聯(lián)劑對(duì)聚烯烴等熱塑性塑料缺乏偶聯(lián)效果的問(wèn)題，70年代中期發(fā)展了鈦酸酯類 偶聯(lián)劑。

     鈦酸酯偶聯(lián)劑的品種很多，主要有以下五類：（a）單烷氧基型，（b）單烷氧基磷酸酯型，（c） 單烷氧基焦磷酸酯型，（d）螯合型，（e）配位型。后四種鈦酸酯偶聯(lián)劑克服了單烷氧基鈦酸酯偶聯(lián) 劑對(duì)水敏感的缺點(diǎn)。

    鈦酸酯偶聯(lián)劑在橡膠中的應(yīng)用，遠(yuǎn)不如在塑料樹(shù)脂中應(yīng)用成熟與廣泛，但已顯示出很大的特點(diǎn)。 
     如在膠料中加入鈦酸酯偶聯(lián)劑后，由于白色填料表面被活化，增加了與橡膠分子的親和力，使膠料 的拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度得到改善。鈦酸酯類具有的增塑作用，因此可增加填充劑用量，或減少 增塑劑用量。

3．其他偶聯(lián)劑

最近發(fā)展起來(lái)的有疊氮硅烷類、磷酸酯類、鋁酸酯類。

（二）表面活性劑

     表面活性劑大多為有機(jī)化合物，具有不對(duì)稱的分子結(jié)構(gòu)，由親水和疏水兩部分基團(tuán)所組成，根 據(jù)基團(tuán)的特征和在水中離解狀態(tài)可分為非離子型和離子型兩種。常用的非離子型表面活性劑有：脂肪酸、樹(shù)脂酸、烷醇類和長(zhǎng)鏈胺等物質(zhì)。常用的離子型表面活性劑有：陽(yáng)離子型的季銨化合物、陰 離子型的十二烷基苯磺酸鈉等。

     填料改性劑工業(yè)上獲得廣泛應(yīng)用的主要有高級(jí)脂肪酸，例如硬脂酸，樹(shù)脂酸，官能化的齊聚物 如羧基化的液體聚丁二烯等。

四．典型的無(wú)機(jī)填充劑

（一）硅酸鹽類

     硅酸鹽類填充劑品種很多，如陶土、滑石粉、硅灰石粉、云母粉、石棉、硅鋁炭黑、海泡石等。 
    陶土或粘土是橡膠中用量的硅酸鹽類填充劑，陶土性質(zhì)因產(chǎn)地、制法不同而異。陶土生產(chǎn) 方法有干法和濕法兩種。按補(bǔ)強(qiáng)效果，陶土有軟、硬之分，硬質(zhì)陶土的補(bǔ)強(qiáng)性能優(yōu)于軟質(zhì)陶土。

（二）碳酸鹽類

     碳酸鹽類包括各類碳酸鈣、輕質(zhì)碳酸鎂及白云石粉等。

     碳酸鈣是橡膠工業(yè)中用量的填充劑，它原料易得，價(jià)格合理，且可大量填充。碳酸鈣隨制 法不同，有不同品種：如重質(zhì)碳酸鈣、輕質(zhì)碳酸鈣、超細(xì)（活性）碳酸鈣。重質(zhì)碳酸鈣的粒徑在 10微米左右，主要起填充增容作用。在用量范圍內(nèi)對(duì)橡膠物性影響不大，所以在膠料中可以大量填充。 輕質(zhì)碳酸鈣粒徑在 0.5~6微米之間，具有半補(bǔ)強(qiáng)性能。超細(xì)（活性）碳酸鈣粒徑在 0.01~0.1微米之間， 具有較高的補(bǔ)強(qiáng)性能。

（三）硫酸鹽類

     橡膠用硫酸鹽類填充劑的用量不及硅酸鹽類和碳酸鹽類多。硫酸鋇和鋅鋇白是硫酸鹽類重要 的填充劑。其它還有重晶石、硫酸鈣（石膏）、硫酸銨等。

硫酸鋇按制造方法分為重晶石粉，這種產(chǎn)物粒徑大，多在 2~25微米之間。后者是先由重晶石與碳加熱還原生成硫化鋇，再與硫酸作用生成 沉降硫酸鋇粉，這種產(chǎn)物粒徑較小，約為 0.2~5微米。

      沉淀硫酸鋇可賦予橡膠和塑料制品對(duì) X射線的不透過(guò)性。主要用作橡膠的填充劑及著色劑，其 耐酸性較好，多用于耐酸制品。

       鋅鋇白又稱立德粉，是硫酸鋇和硫化鋅的混合物。不溶于水，酸能溶解硫化鋅而不溶解硫酸鋅， 對(duì)堿及硫化氫穩(wěn)定。鋅鋇白主要用作著色劑，也可用作 NR、合成橡膠及膠乳的填充劑，因相對(duì)密度 大，一般不會(huì)作填充劑使用。

（四）金屬氧化物及氫氧化物

     橡膠用金屬氧化物及氫氧化物這類填充劑中，多半兼有填充劑、活化劑、著色劑、阻燃劑、消 泡劑乃至硫化劑等不同功能。有的甚至主要不是作為填充劑而是作為上述其它用途使用。這里不再詳細(xì)敘述。