無機填料[1-6]加入到高分子材料中不僅能有效改善高分子制品的力學性能、熱性能、電老化性和加工性等[7-8],還可以降低高分子材料的成本，因此在無機填料/高分子復合材料中的應用發展很快。
無機填料在高分子材料中的作用，概括起來就是改善、增強和賦予新的功能。但是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，故無機填料與高分子基體相溶性很差。如果直接添加無機填料，會造成分散不均勻，粒徑大者還會成為復合材料中的應力集中點，成為材料中的薄弱環節。這些弊端不但限制了填料在高分子材料中的添加量[9-10],還影響制品性能[11].因此，對無機填料進行改性，改善無機填料與高分子基體的親合性、相容性、分散性以及加工流動性、提高填料-聚合物相界面之間的結合力，提高復合材料的綜合性能已成為當前很活躍的一個研究課題。
1 無機填料改性方法
無機填料的改性方法主要可分為物理法、機械力化學法和化學法等。
1.1 物理改性法
凡是不用改性劑而對填料實施改性的方法，都可歸于物理法。如物理包覆、高能輻射改性方法和等離子體改性法等。
1.1.1物理包覆改性物理包覆是指借助粘附力把高聚物或樹脂涂敷在無機填料表面，并在其表面形成物理或者化學吸附層，從而改變填料粒子的表面性質，對抗無機填料的自聚傾向，改善其在高分子材料基體中的分散性。包覆壁材的種類[12]、用量[13]等會影響填料的包覆效果。
1.1.2高能輻射改性法高能輻射改性是指通過高能輻照改變填料表面結構和電荷性質，使填料表面產生活性點，然后將活性有機物質引入，在填料表面生成一層有機膜或聚合物膜，從而改善填料的表面性質，獲得既有無機物的穩定骨架又有某些功能基團的無機/有機高分子復合材料。Li等[14]對納米石墨微片進行微波處理，納米石墨微片表面極性被有效減弱。韋偉等[15]、楊明成等[16]的研究表明在使用高能輻射改性無機填料時存在一個最佳輻射劑量。
1.1.3等離子體改性等離子體改性技術根據機理不同可分為2種：（1）介質氣體對粉體表面進行等離子體處理，使其表面產生活性點，再采用不同表面處理劑對粉體表面進行處理；（2）利用改性單體在等離子體技術作用下聚合，沉積在填料表面，形成一層聚合物薄膜，利用這層薄膜來達到改性目的。
李巖等[17]利用等離子技術對廢橡膠膠粉SRP進行表面處理后與聚氯乙烯（PVC）共混，有效強化了膠粉和PVC之間的粘接強度，改善了PVC/SRP復合材料的力學性能。
Ying等[18]利用低溫等離子體聚合法，在TiO2粒子的表面沉積一層六甲基二硅氧烷有機薄膜，粉體顆粒表面能大幅下降，在聚合物基體中的分散更佳。Zhu等[19]則具體研究了放電功率和反應壓強對形成有機膜的影響。
1.2 機械力化學改性法
機械力化學改性法通過粉碎、磨碎和摩擦等機械方法使物質晶格結構晶型等發生變化、體系內能增大、溫度升高，促使粒子融解、熱分解、產生游離基或離子，增強礦物表面活性，促使礦物和其他物質（基質）發生化學反應或相互附著，達到表面改性目的。
吳翠玲等[20]在添加了表面活性劑的基礎上利用超音速氣流機對滑石、絹云母和高嶺土等層狀硅酸鹽進行了機械力化學改性，得到了抗拉強度更優的層狀硅酸鹽礦物粉體/橡膠復合材料。
1.3 化學改性法
1.3.1偶聯劑處理技術偶聯劑含親無機填料基團和親有機聚合物基團，改性無機填料時，親無機填料基團通過化學反應或者物理吸附與無機材料結合，親有機聚合物基團和有機聚合物發生反應或吸附，從而將無機填料和有機聚合物緊密連接。
按照結構可將偶聯劑分為硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑、硼酸酯偶聯劑、磷酸酯偶聯劑、鋯鋁酸酯偶聯劑、雙金屬偶聯劑、木質素偶聯劑、錫偶聯劑和稀土偶聯劑等。
硅烷偶聯劑已廣泛用于多種無機填料[21-23]改性中。硅烷類偶聯劑中含有能水解成硅烷醇的基團，硅烷醇與填料表面產生縮合，在硫化時偶聯劑中的有機官能團與高分子材料發生反應，使高分材料分子與無機填料之間產生化學結合，從而達到補強效果。
Gu等[24]使用鈦酸酯偶聯劑NDZ-105對碳化硅進行改性，分析確定NDZ-105和碳化硅晶須之間產生了化學鍵，并且在硅灰石表面產生了單層有機膜。張翊[25]采用自制鈦酸酯偶聯劑和硬脂酸并用改性碳酸鈣填料，有效降低了PVC樹脂的加工溫度，縮短了加工周期，改善了制品性能。
由鋁酸酯偶聯劑對碳酸鈣、滑石粉、高嶺土和硅灰石的改性實驗[26]可知，鋁酸酯偶聯劑對無機填料的改性效果優勢在于其色淺，分解溫度高，在一定溫度范圍內基本不影響填料白度；能顯著降低黏度，可增加填料比例；能明顯降低填料吸油量，可減少增塑劑用量。鋁酸酯偶聯劑用于碳酸鈣表面改性，能夠與碳酸鈣表面形成不可逆的化學鍵，具有其獨特的優點[27].硼酸酯偶聯劑具有硼-氧骨架，可以和硼酸鹽晶須間產生良好的物理吸附作用，在改性硼酸鹽晶須[28]方面效果更佳。
磷酸酯偶聯劑對填料粉體進行表面處理[29]主要是由磷酸酯和填料表面發生反應生成磷酸鹽沉積或者包覆在填料粒子表面，從而改善填料的表面性能。
采用鋯偶聯劑[30]對粉煤灰纖維預處理能夠明顯改善填料和基體的結合狀況，提高粉煤灰纖維/NR復合材料的物理性能和絕緣性能，但復合材料的撕裂強度有所下降。
雙金屬偶聯劑的特點是在兩個無機骨架上引入有機官能團，具有獨特的性能：加工溫度低，常溫下即可與填料相互作用；偶聯反應速度快，分散性好，可使改性后的無機填料與聚合物易于混合，能增大無機填料在聚合物中的填充量；價格低廉。
將木質素添加于天然橡膠、丁腈橡膠、三元乙丙橡膠和丁苯橡膠[31]后，硫化膠拉伸強度變大。木質素偶聯劑的優勢在于環境友好、變廢為寶和價格低廉。
稀土偶聯劑具有獨特的外層電子結構，與無機填料粉體形成獨特的殼核包覆，和無機剛性粒子增韌，對高分子材料填充體系具有獨特的增效改性作用，汪月瓊等[32]分別以硅烷偶聯劑KH580和稀土偶聯劑WOT對納米碳酸鈣進行了改性，制備改性納米碳酸鈣/SBR復合材料，并對復合材料的加工性能、拉伸強度和拉斷伸長率進行測試，結果表明后者的改性效果更優。
1.3.2表面活性劑處理技術表面活性劑分子含親水基團和親油基團，一端為長鏈烷基，與聚烯烴分子鏈有一定相容性，另一端為梭基、醚基或金屬鹽等極性基團，可與無機填料表面發生化學作用或物理化學吸附，從而有效地改性填料表面[33-35].表面活性劑的親水基種類很多，根據親水基的解離性質可分為離子型及非離子型兩大類。
（1）離子型表面活性劑處理技術對層狀無機填料而言，以表面活性劑改性蒙脫土為例，烷基季銨鹽的有機陽離子[36]可以通過離子交換進入蒙脫土片層，烷基長碳鏈覆蓋于片層表面使其由親水性變為親油性，同時較長碳鏈組合排列于片層間可增加層間距，有利于高分子聚合物插層到片層之中。另一方面蒙脫土層間又可吸附陰離子表面活性劑[37],層間電荷不斷增加，蒙脫土層間的斥力隨之增加，從而增大蒙脫土片層間距，達到改性的目的。
對針狀無機填料而言，以表面活性劑改性凹凸棒石AT為例，由于AT表面具有親水性，陽離子表面活性劑[38]可以通過置換AT中原有的水合陽離子吸附到AT表面來達到疏水化，從而改善其和橡膠基體的相容性。也可通過陰離子表面活性劑如硬脂酸[39]與凹凸棒石表面的硅羥基酯合作用，在凹凸棒石表面形成一層有機膜，從而達到改性目的。
對無定形狀無機填料而言，以表面活性劑改性白炭黑為例。曹奇等[40]比較了陰離子ABS、中性T-40陽離子ATAC對白炭黑的改性效果，研究表明改性效果很大程度上取決于填料的性質和改性機理。
（2）非離子型表面活性劑處理技術非離子型表面活性劑在水中不電離，因此它在水中和有機溶劑溶液中有較好的溶解性，不易受其他強電解質的影響，常常和其他類型表面活性劑復合使用。
1.3.3其他化學改性法常見的化學改性法還有表面接枝改性[41]、相容劑處理法[42]和氧化[43]等。
1.3.4復合改性在一些情況下，復合改性能達到比單獨改性更佳的效果。
Liuyun等[44]對納米羥基磷灰石n-HA的改性實驗、張翊[25]對輕質CaCO3的改性實驗均表明復合改性效果更佳。張國慶等[45]探討了在協同改性過程中 兩 種 改 性 劑 的 最 優 添 加 量之比。
而在另一些情況下，復合改性的效果并不比單獨改性好。
筆者曾經做過關于單一和復合改性劑改性谷殼灰的實驗，實驗結果表明單一改性劑改性效果反而更佳。
2 無機填料/高分子復合材料的應用
無機填料的改性改善了它在高分子材料中的分散性，強化了它和高分子材料的結合性，不僅提高了無機填料在高分子材料中的添加量，同時增強了復合材料的加工性等。目前，制備的無機填料/高分子復合材料已作為結構材料、車用材料、吸油材料、防水材料、絕緣材料、屋面材料和路面材料等應用于多個領域，不再局限于理論研究層面[46-50].
3 結論與展望
（1）目前所做的研究大多是對于某一種改性方法效果的探討，而對于兩種及兩種以上改性方法復合改性的探討遠不及單獨改性的研究廣泛。
（2）目前的研究多著重于改性效果和改性劑使用量等工藝的優化，而對改性機理和界面機理的探討較少、不夠深入。
（3）對新的改性方法，新的改性劑的制備的研究力度不夠，應加大對新型、更有效且價格更低廉的改性劑的研究。
（4）改性后無機填料在高分子材料中的填充量仍然較少，無機填料高填充率的研究較少，制約了高分子產品的經濟成本的降低。
（5）目前多數研究著重于實驗法的探討，而對使用數學建模等理論研究法或將理論法和實驗法結合起來的相關研究較少。
（6）改性方案的制定應先涉及熱力學、動力學上可行性的研究，而不僅僅是限于背景文獻的查閱。
（7）對一些新型技術（如微波法、超聲波法、超臨界流體技術法等）在改性無機填料中的應用探討很少。
隨著上述領域研發的進步、問題的解決和應用的拓展，無機填料的改性與應用將得到極大的發展。
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