填料的表面特征如何？

人们早就认识到，填料除了其形态参数，即比表面积和结构之外，第三项重要参数就是填料的表面活性，它对橡胶的补强也起着至关重要的作用。

填料的表面活性是一强度参数，其主导着聚合物－填料之间的相互作用、填料聚结体－聚结体之间的相互作用，以及填料－其他配合剂之间的相互作用。它对前两项参数的效率有着相当大的影响。例如，如果没有聚合物－填料间的相互作用，无论其界面面积的大小如何，该种填料都不具有任何的补强能力。因此，填料的补强能力，应该是由比表面积和表面活性而产生的。另一方面，如果聚合物分子不能有效地锚固在填料表面上，在施加应力时填料聚结体内部空隙中的胶料则不被包容，而且该填料也不能缓冲其应变效应。这会降低橡胶基质的应力（或应变）放大效应。

众所周知，填料的表面活性主要取决于该填料的表面化学性质（即各种化学官能团），它关系到与其他化学物质的化学反应性，也取决于该填料的表面物理化学性质，特别是表面能，它决定了与填料表面的物理相互作用。

1-1填料的表面化学表征——表面化学基团

填料表面的化学官能团现已得到很好的鉴别（见第 2.1 节），与其他化学物质或其他材料，甚至与其自身表面发生相互作用时，这些官能团在表面活性方面发挥着重要作用。填料的表面化学对其化学反应性的影响很大，用其他化合物对填料表面进行改性，可改变填料的性质。而官能团本身也会强烈地影响该填料与其他物质发生物理相互作用的效果。由于炭黑和白炭黑的表面官能团有很大的差异，在某些情况下将分别讨论它们的表征。

1-2填料表面物理化学的表征——表面能

在填料的表面活性方面，虽然其表面化学现在已得到了充分的表征，但从物理化学的角度来论述其表面特性，仍不令人满意。尽管人们在很久以前就已经认识到其表面化学对橡胶补强效应的重要性，然而现有知识对表面活性与胶料性能之间的关系的认识尚不完整。其原因之一是，可以非常有效地表征填料表面性能的测试手段是有限的，而且这些测试方法又大都不够准确。

众所周知，胶料在混炼过程中，需要输入一定量的能量，以破坏填料的聚集体，并将其以聚结体的状态分散到聚合物基质之中。输入的能量，当然是与填料－填料相互作用，以及聚合物－填料相互作用有关。正如本书第 3 章所要讨论的那样，即使填料已很好地分散在聚合物之中，而填料的各聚结体之间也有絮凝倾向，发生聚集。显然，填料粒子或聚结体之间的吸引力、聚合物分子之间的相互作用，以及填料和聚合物之间的相互作用，也决定着填料在聚合物基质中的聚集。这种驱动力来自分子间的作用力，通常以分子间相互作用势能来表示。