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化学改性法具有稳定性高、易于控制、产品性能好等特点，是目前白炭黑改性研究及工业应用的主要方向，主要包括：表面接枝改性、偶联剂改性、离子液改性、大分子界面改性及并用改性等。
（1）表面接枝改性
表面接枝改性法的原理是通过化学接枝法在白炭黑的表面接枝与基体聚合物（如橡胶）性质相同的大分子聚合物，一方面能够增强粒子与基体之间的作用力并改变粒子表面的极性，另一方面也能提高白炭黑自身的分散性。
表面接枝法根据接枝的方法不同可分为“Graftingfrom”（主链接枝法）和“Graftingto”（接枝到主链法），前者可以精准的控制接枝的分子量和接枝密度，但后期位阻大，接枝的分子量较小；后者能够接枝较高分子量的分子链且位阻效应相对较低但条件较为苛刻。
（2）偶联剂改性
偶联剂改性的原理是利用偶联剂上的部分官能基团与白炭黑表面的羟基发生化学反应，以此改变白炭黑表面的基团结构和分布来提高与基体的相容性以及自身的分散性。
偶联剂改性具有改性效果好、反应可控性高等优点，是目前应用最广的改性方法之一。目前使用较为广泛的偶联剂有硅烷偶联剂、硅氧烷偶联剂和硅氮烷偶联剂等。在实际应用中偶联剂改性的主要工艺分为混合反应、冷却分离、重复洗涤和沉淀四个步骤
（3）离子液改性
离子液体也称室温离子液体，是由有机阳离子与有机或无机阴离子构成，在100℃以下呈液态的熔盐。离子液改性是采用离子液体改性剂代替传统的有机相改性剂来改性白炭黑，离子液相较于传统有机相改性剂具有室温下呈液态、导电性强、稳定性高和溶解性好等优势，且其不挥发、不易产生污染，更加符合绿色生产的要求。
离子液改性工艺流程较为简单，在白炭黑和离子液的混合体系中加入一定量的无水乙醇后再放入恒温水浴箱中反应，待反应充分后干燥即可得到改性白炭黑。
