表面化学改性是通过表面改性剂与颗粒表面进行化学反应或化学吸附的方式完成。
Shirai等利用无机颗粒表面的羟基基团，在Si、TiO2和白炭黑等超细粒子表面接枝上具有引发聚合反应作用的基团，然后用这些基团引发乙烯基在粉体表面发生聚合反应，有效提高了超细粉体在有机介质中的分散性。
李玮等在研究炭黑颗粒表面接枝丙烯酸中发现，在一定条件下，丙烯酸单体可以直接接枝在炭黑颗粒表面,从透射电镜观察中发现，由于接枝上去的聚丙烯酸长链含有离子亲水基团，在水介质中能较好地伸展空间位阻屏障作用，阻止了炭黑粒子的再聚集，使得炭黑粒子分散均匀，分散稳定性增加。
MasaharuYamatoto等合成了一种大分子硅烷偶联剂并接枝在氧化钛表面上,从而使氧化钛在有机溶剂中很好的分散。Boven等和Tsubokawa等分别在二氧化硅表面引入偶氮基团和过氧基团引发甲基丙烯酸甲酯进行接枝聚合。
章文贡等利用自制的铝酸酯偶联剂对碳酸钙粉末进行表面改性,改性后碳酸钙的吸湿性、吸油量降低,粒径变小,在有机介质中易分散,热稳定温度大于300℃。
Jesion.owski等分别使用巯基硅烷、乙烯基硅烷和氨基硅烷偶联剂对二氧化硅进行了表面处理。测试结果表明，经前两者处理后，粒子的疏水性增加，表面羟基数目大量减少，导致二次团聚减少；而氨基硅烷偶联剂却没有这样的效果，这主要是因为后者分子结构中的氨基除了与SiO2表面的羟基反应外，还形成了分子间氢键从而又引起粒子的团聚。
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