聚合物-無機(jī)物納米復(fù)合材料在造紙工業(yè)等眾多領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛能。該文研究了聚丙烯酰胺（PAM）包覆納米沉淀碳酸鈣（CaCO3）（PCC）復(fù)合填料的合成及其化學(xué)和形態(tài)特性的表征，評(píng)價(jià)了PAM改性納米CaCO3填料對(duì)蔗渣漿紙張性能的影響，并與加填原始納米CaCO3填料的紙張進(jìn)行了對(duì)比。傅里葉變換紅外光譜分析結(jié)果證實(shí)了PAM/納米PCC復(fù)合物與纖維素纖維網(wǎng)絡(luò)基材間的結(jié)合作用。掃描電子顯微鏡和光學(xué)顯微鏡圖像表明，大量的PAM改性PCC絮聚顆粒緊密沉積在纖維表面。加填PAM預(yù)絮聚納米PCC填料的蔗渣漿成紙表面性能和光學(xué)性能均大幅提升，且未犧牲紙張的強(qiáng)度性能，這是因?yàn)槔w維-填料-纖維之間的結(jié)合能力增強(qiáng)。在工業(yè)應(yīng)用中，PAM/納米PCC復(fù)合物填料可用于改善紙張的光學(xué)性能和表面性能。

紙張的主要制造原料是可再生天然生物材料——纖維素纖維，包括木材和非木材木質(zhì)纖維素材料，例如桉樹、木麻黃、藍(lán)桉、蔗渣和脫墨漿等。紙張中填料的加入可以降低蔗渣漿和木材漿等纖維原料的用量，增加紙張的光澤度、適印性以及改善紙張表面、強(qiáng)度和光學(xué)性能，因此，礦物填料廣泛用作纖維素纖維的替代物，尤其是應(yīng)用于印刷書寫紙中。紙張中填料含量的增加不僅會(huì)降低造紙生產(chǎn)各工段的能源需求，而且能夠改善成紙的光學(xué)和印刷性能，但是，由于填料顆粒破壞了紙張纖維網(wǎng)絡(luò)中纖維與纖維之間的結(jié)合，因此填料的加入會(huì)對(duì)紙張強(qiáng)度性能產(chǎn)生負(fù)面影響，這在高加填量的紙張中表現(xiàn)尤為明顯。此外，當(dāng)加填量達(dá)到一定數(shù)值后也會(huì)帶來其他問題，如填料留著率變差、降低施膠效率和抗彎曲挺度、增加成形網(wǎng)磨損、增加印刷掉粉現(xiàn)象等。因此，在較高加填量時(shí)，這些缺點(diǎn)限制了填料的應(yīng)用。

為了克服填料加填對(duì)紙張性能的負(fù)面影響，研究者開發(fā)了相關(guān)改善技術(shù)，其中包括填料改性或預(yù)絮聚。有研究表明，加填預(yù)絮聚填料能夠明顯改善填料的留著率和紙張的強(qiáng)度性能，同時(shí)維持紙張的功能特性不變。這主要是利用化學(xué)助劑通過改善填料顆粒與纖維素纖維之間的相互作用來實(shí)現(xiàn)的。多種助劑可用于填料的預(yù)絮聚，例如無機(jī)化合物、天然的和合成的聚合物、表面活性劑和乳化劑。

納米碳酸鈣（CaCO3）填料能夠克服填料的局限性，且其具有礦產(chǎn)豐富、簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。納米尺寸的沉淀碳酸鈣（PCC）因其優(yōu)良的性能和廣泛的市場(chǎng)需求而受到極大的關(guān)注。多種水溶性助劑可用于控制碳酸鈣納米顆粒的尺寸、形態(tài)和表面特性。殼聚糖和淀粉及其衍生物多用于改善CaCO3的性能和加填紙的強(qiáng)度性能。

本研究的目的是加填納米PCC至蔗渣漿紙中，在不犧牲紙張機(jī)械性能的前提下改善光學(xué)和表面性能。利用聚丙烯酰胺（PAM）對(duì)合成納米PCC進(jìn)行改性，提升紙張的重要性能。

1 原料和方法

實(shí)驗(yàn)制備的手抄片的原料為質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%的漂白化學(xué)闊葉木漿和質(zhì)量分?jǐn)?shù)60%的漂白化學(xué)蔗渣漿。利用PFI磨漿機(jī)對(duì)紙漿原料進(jìn)行打漿和精磨?；旌霞垵{經(jīng)打漿后CSF值降低至300 mL。陰離子垃圾捕捉劑（ATC）、陽離子淀粉和原淀粉、AKD、助留助濾劑（RDA）、陽離子 PAM、二氧化硅油酸、CaCl2、Na2CO3和NaOH均按購買來的原樣直接使用。

根據(jù)TAPPI T 205 sp-02《制備手抄片用于紙漿物理性能檢測(cè)》的方法制備手抄片。

1.1 納米CaCO3填料的合成

納米CaCO3顆粒（納米PCC）的合成實(shí)驗(yàn)是根據(jù)相關(guān)參考文獻(xiàn)，在溫度80℃下，在圓底燒瓶中進(jìn)行簡(jiǎn)單溫和的合成實(shí)驗(yàn)。采用典型的合成工藝：將Na2CO3溶液（量濃度為0.1 mmol/L，20 mL）倒入油酸表面活性劑（量濃度為0.5 mmol/L，800 mL）水溶液中，加入NaOH溶液維持該溶液的pH為10。5 min之后，將20 mL量濃度為0.1 mmol/L CaCl2溶液在劇烈攪拌下于30 s內(nèi)加入Na2CO3溶液中，混合攪拌10 min，然后加蓋在溫度80℃下靜置12 h，以完成CaCO3的成形反應(yīng)。最后，過濾得到的碳酸鈣沉淀物，用水洗滌多次以去除NaCl和NaOH，小心干燥，收集貯存以備表征使用。

1.2 填料改性

用PAM聚合物對(duì)合成納米PCC顆粒表面進(jìn)行改性。將已知質(zhì)量的上述合成納米PCC加入到裝有100 mL蒸餾水的圓底燒瓶中，攪拌速率200 r/min，然后將一定量的聚丙烯酰胺（PAM）（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%）加入到納米碳酸鈣分散液中（PCC與PAM的比例為1∶0.02～1∶0.09）?；旌弦哼B續(xù)攪拌 30 min，以使PAM均勻地包覆在納米PCC表面。將納米PCC/PAM分散液放置12 h，洗滌，在溫度80℃下干燥6 h，以用于紙頁成形。

1.3 手抄片的制備

在PAM-改性納米PCC復(fù)合物中加水制備質(zhì)量濃度為 20%（W/V）（200 mg/L）的漿液，然后添加到紙漿中。手抄片所用漿料為質(zhì)量分?jǐn)?shù)60%的漂白化學(xué)蔗渣漿和質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%的白度為85%的闊葉木漿。將填料和紙漿的混合懸浮液用水稀釋至質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%。根據(jù)TAPPI T 205sp-02制備定量為60 g/m2的手抄片，按順序添加助劑，以獲得較高的填料結(jié)合能力。

將助留劑和其他助劑如ATC、AKD、RDA和淀粉加入到含有20%PAM-改性納米PCC填料紙漿中（漿濃1%質(zhì)量分?jǐn)?shù)），這些助劑的加入有利于填料顆粒吸附在紙幅網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的空隙中（根據(jù)我們的試驗(yàn)，加入20%的納米PCC填料能夠獲得較好的紙張性能）。助劑加入紙漿后混合攪拌15 min。對(duì)于實(shí)驗(yàn)中不同比例的PAM改性納米PCC復(fù)合填料（納米PCC與 PAM 的比例分別為 1∶0.02，1∶0.05，1∶0.07，1∶0.09）和未改性納米PCC填料，均是采用相同的方法制備手抄片。手抄片在溫度（23±1）℃和相對(duì)濕度（50±2）%的條件下干燥6 h。檢測(cè)成紙的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、機(jī)械、光學(xué)和表面性能。

1.4 未改性填料、改性填料和成紙的性能表征

利用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡（FE-SEM）在加速電壓20 kV的條件下對(duì)納米PCC和PAM-改性納米PCC復(fù)合物填料以及加填PAM/納米PCC復(fù)合物的紙張進(jìn)行表征。傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）圖像利用FTIR-3600進(jìn)行測(cè)定。同時(shí)，利用FE-SEM也對(duì)未加填的蔗渣漿紙和加填PAM-改性納米PCC（不同的比例）的紙張進(jìn)行了觀察，以確定這些填料在紙張纖維網(wǎng)絡(luò)空隙中的黏附和填充特性。

在溫度（23±1）℃和相對(duì)濕度（50±2）%的條件下，對(duì)未加填、加填納米PCC和加填PAM-改性納米PCC復(fù)合物（不同比例）的紙張性能進(jìn)行檢測(cè)。利用Spectraflash 300分光光度計(jì)測(cè)定手抄片的光學(xué)性能（ISO白度、ISO不透明度和光散射系數(shù)）。根據(jù)TAPPI T 460 om-02《紙張透氣度測(cè)試（Gurley法）》，利用 SE 166空氣透氣度測(cè)試儀測(cè)定手抄片的透氣度，數(shù)值越高表明空氣滲透率和孔隙率越低，越高則反之。根據(jù)ISO 8791-2《紙和紙板粗糙度/平滑度的測(cè)定（空氣泄露法）——第2部分：本特生方法》，利用SE 164本特生測(cè)試儀測(cè)定手抄片的本特生粗糙度。根據(jù)TAPPI T 414《紙張的內(nèi)撕裂度（Elmendorf方法）》利用SE 009Elemendorf撕裂度儀分析手抄片的撕裂指數(shù)。同樣，抗張指數(shù)也是根據(jù)TAPPI T 494 om-01《紙和紙板的抗張強(qiáng)度（采用勻速拉伸設(shè)備）》規(guī)定的方法利用SE 060抗張強(qiáng)度測(cè)定儀測(cè)定手抄片的抗張指數(shù)。所有的測(cè)試均進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，然后取平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 納米PCC、PAM/納米PCC復(fù)合物填料的表征

合成納米PCC、PAM、納米PCC復(fù)合物/PAM（1∶0.09）填料以及加填PAM/納米PCC復(fù)合物（1∶0.09）的成紙的FT-IR光譜如圖1所示[圖中：（a）納米 PCC；（b）PAM；（c）PAM-改性納米 PCC；（d）PAM-改性納米PCC加填紙]。

圖1 FT-IR光譜圖

圖1（a）中，方解石相分別在600、750和935 cm-1處出現(xiàn)的尖峰是由納米PCC顆粒引起的，尤其是 750 cm-1處的峰是方解石相PCC的特征吸收峰。1 400 cm-1和1 675 cm-1處的峰分別是方解石晶體中的伸縮振動(dòng)峰和反對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰。在3 000～3 500 cm-1的寬吸收峰是O—H鍵的伸縮振動(dòng)峰和反對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰，這主要來自于納米PCC顆粒表面的吸附水和羥基。

圖1（b）所示為PAM的紅外光譜圖，在625、1 420和1 680 cm-1處的峰分別是C—C、C—N和CO基團(tuán)的伸縮振動(dòng)峰；1 200 cm-1和1 590 cm-1處的峰是氨基（NH2）的吸收峰，3 180 cm-1和 3 310 cm-1處的寬峰分別是NH2的伸縮和反對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰；2 865 cm-1處的峰是C—H振動(dòng)峰。用PAM改性納米PCC后，PAM和PCC的紅外光譜帶發(fā)生明顯的藍(lán)移現(xiàn)象[見圖 1（c）]，PAM 中的 N—H 彎曲振動(dòng)峰（1 590 cm-1）和的振動(dòng)峰（1 675 cm-1）藍(lán)移至1 465 cm-1處。同時(shí)還可以看出，PCC中的方解石特征吸收峰也發(fā)生微小的藍(lán)移，從750 cm-1和935 cm-1分別移動(dòng)到690 cm-1和 865 cm-1處。圖 1（a）中 600 cm-1處的峰、圖1（b）625 cm-1處的峰和方解石特征峰合并為690 cm-1處的峰。PAM在1 680 cm-1的CO峰發(fā)生紅移至1 820 cm-1處。這些吸收峰的移動(dòng)和增寬是由PCC分子間氫鍵和相互作用引起的。

在PAM/納米PCC復(fù)合物加填紙中[見圖1（d）]，PAM和纖維素間形成的N—H鍵在1 450 cm-1和3 400 cm-1（與OH峰合并）處呈現(xiàn)寬峰，這證實(shí)了在聚合物-改性納米填料和紙張纖維素間產(chǎn)生了結(jié)合作用。與圖1（c）相比，NH2又進(jìn)一步發(fā)生了15 cm-1的藍(lán)移，這是因?yàn)镻AM與纖維素間產(chǎn)生氫鍵結(jié)合，且1 820 cm-1處的CO峰與1 450 cm-1處的寬峰邊緣重疊。這些峰帶的移動(dòng)表明，PAM-改性PCC與紙張纖維間有明顯的結(jié)合作用。與原始納米PCC相比，PAM/納米PCC復(fù)合物填料和加填PAM/納米PCC復(fù)合物的紙張紅外光譜圖中，試樣表面水的光譜線減少（3 400 cm-1處的峰），因?yàn)榧{米PCC顆粒表面被PAM包覆并與纖維素纖維結(jié)合。綜上所述，F(xiàn)T-IR光譜圖證實(shí)了納米PCC顆粒的形成和PAM在PCC表面的包覆，同時(shí)也證實(shí)了PAM改性納米PCC顆粒-纖維素間的相互作用，這是提升加填紙機(jī)械性能和表面性能的關(guān)鍵因素。

2.2 形態(tài)分析

合成納米PCC和PAM改性PCC的FE-SEM圖像如圖2所示。

圖2 納米 PCC（a）和改性 PCC/PAM（1∶0.09）復(fù)合物（b）的FE-SEM圖像

由圖2可以看出，合成納米PCC顆粒是自由、均勻的分散顆粒，粒徑為 60～80 nm[圖 2（a）]，在 PAM/改性PCC復(fù)合物中，納米PCC顆粒被PAM包覆，形成小型聚集體[圖2（b）]，顆粒尺寸變大（120～200 nm）。

圖3和圖4分別為未加填手抄片、納米PCC顆粒以及PAM/改性PCC（1∶0.09）復(fù)合物加填紙樣的FE-SEM和光學(xué)顯微鏡圖像。

圖3 未加填紙（a）、納米PCC加填紙（b）和改性納米 PCC/PAM（1∶0.09）復(fù)合物加填紙（c）的FE-SEM圖像

圖4 未加填紙（a）、納米PCC加填紙（b）和改性納米 PCC/PAM（1∶0.09）復(fù)合物加填紙（c）的光學(xué)顯微鏡圖像

從紙張表面的FE-SEM圖像可觀察納米PCC填料和改性納米PCC/PAM（1∶0.09）復(fù)合物填料在纖維素網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基材表面的分布。顯微鏡圖像表明納米PCC填料在紙張中的分散量低于PAM/改性納米PCC復(fù)合物。

PAM用于填料改性會(huì)改變PCC的形態(tài)，PCC顆粒從納米微球狀變成聚集體顆粒，這使得顆粒尺寸明顯增加。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，更多的改性填料會(huì)被吸附在纖維表面，從而提升成紙的性能。

2.3 成紙性能

加填紙的性能主要取決于纖維本身的性質(zhì)和紙張中的填料。紙張內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化由填料的物理化學(xué)特性決定。填料的化學(xué)特性與化學(xué)電荷平衡和填料在紙幅中的留著有關(guān)，而反過來留著的填料會(huì)減少紙張中纖維間的結(jié)合。實(shí)驗(yàn)測(cè)定了加填納米PCC和PAM/改性納米PCC復(fù)合填料后紙張的抗張指數(shù)、撕裂指數(shù)、孔隙率、平滑度、不透明度、白度和光散射系數(shù)。

2.4 紙張的強(qiáng)度性能

通常，紙張中填料用量增加，纖維含量則相應(yīng)降低，纖維-纖維之間的結(jié)合力會(huì)隨著紙頁中纖維密度的減少而降低，抗張強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度也會(huì)隨之降低。為了克服填料帶來的這些缺點(diǎn)，我們利用陽離子PAM以不同的添加比例對(duì)合成納米PCC進(jìn)行改性，然后加填抄紙。改性填料的加填對(duì)紙張抗張和撕裂強(qiáng)度的影響如圖5和表1所示，試驗(yàn)條件：抄紙漿料為60%的漂白化學(xué)蔗渣漿和40%的漂白化學(xué)闊葉木漿，加拿大游離度為300 mL，加填量為20%（圖5中：“1”為未加填紙；“2”為納米 PCC 加填紙；“3”為PCC∶PAM=1∶0.02的加填紙；“4”為PCC∶PAM=1∶0.05的加填紙；“5”為 PCC∶PAM=1∶0.07的加填紙；“6”為PCC∶PAM=1∶0.09的加填紙）。

表1 未加填紙以及加填納米PCC和PAM改性納米PCC填料加填紙的物理、表面和光學(xué)性能

由圖5（a）和表1可見：未加填紙的抗張指數(shù)為54.6 N·m/g，加填納米PCC的成紙抗張指數(shù)增加了2N·m/g，這可能是因?yàn)榧{米顆粒表面暴露出更多的羥基基團(tuán)，增加了纖維之間的結(jié)合，此時(shí)納米顆粒不僅是填料，而且是纖維間的黏合劑；加填PAM預(yù)絮聚納米PCC填料后，紙張的抗張指數(shù)增加得更多，抗張指數(shù)在改性比例為1∶0.07時(shí)最高，達(dá)到59.6 N·m/g。加填PAM-改性納米PCC顆粒填料的紙張結(jié)果表明，加填紙的強(qiáng)度隨著改性填料中PAM用量的增加而增加，當(dāng)比例達(dá)到1∶0.07時(shí)強(qiáng)度最高，隨后紙張強(qiáng)度隨PAM用量增加而稍有降低。這些結(jié)果表明預(yù)絮聚填料或者陽離子PAM能夠提高填料與纖維之間的結(jié)合能力，使得抗張指數(shù)增加，這也表明與僅加填原始填料[磨石碳酸鈣（PCC）或PCC]相比，利用預(yù)絮聚填料是可以獲得相似的抗張指數(shù)的。

由圖5（b）和表1可見：與抗張指數(shù)類似，加填紙的撕裂強(qiáng)度隨著PAM-改性納米PCC填料中PAM用量的增加而增加，未加填紙的撕裂指數(shù)為7.0 mN·m2/g，加填納米PCC紙的撕裂指數(shù)明顯增加，為12.4 mN·m2/g；PAM 改性PCC填料中 PCC∶PAM 為1∶0.09時(shí)，該填料加填紙的撕裂指數(shù)可達(dá)14.3mN·m2/g。陽離子PAM可以有效地包覆納米PCC填料顆粒，預(yù)絮聚PCC填料顆粒能夠更加牢固地黏附在纖維表面，增加纖維-填料-纖維間的結(jié)合能力，但是在原生填料加填紙中（納米GCC），大量填料顆粒的加入會(huì)削減填料-纖維間的結(jié)合，對(duì)紙張強(qiáng)度性能產(chǎn)生負(fù)面影響。PAM用量較低時(shí)，成紙抗張指數(shù)和撕裂指數(shù)僅有輕微的增加。這些結(jié)果表明，在高加填量下填料預(yù)絮聚的作用更加明顯，陽離子聚丙烯酰胺預(yù)絮聚納米PCC填料會(huì)從各方面增加紙張強(qiáng)度性能。與常規(guī)填料會(huì)破壞加填紙強(qiáng)度相比，PAM改性后的填料加填改善成紙強(qiáng)度性能具有重要的意義。

圖5 未加填以及加填納米PCC和不同比例PAM改性納米PCC加填紙（加填量20%）的蔗渣漿紙的抗張指數(shù)（a）、撕裂指數(shù)（b）、透氣度（c）和平滑度（d）

2.5 紙張的表面性能

紙張較低的孔隙率和較高的平滑度有利于獲得較好的印刷適性。不同比例的改性納米PCC和PAM復(fù)合物（比例分別為1∶0.02，1∶0.05，1∶0.07和1∶0.09）和納米PCC填料對(duì)蔗渣漿紙孔隙率（透氣度）的影響如圖5（c）和表1所示。PAM改性納米PCC復(fù)合物填料通過填充在纖維-纖維間的空隙和不平整處，明顯降低了紙張的孔隙率。納米PCC加填紙、PAM和改性納米PCC加填紙具有較高的空氣阻隔性和較低的孔隙率，其加填紙的孔隙率分別比未加填紙（560 mL/min）降低了33%和48%。如表1所示，穿過紙張結(jié)構(gòu)的空氣隨著預(yù)絮聚納米PCC填料中PAM用量（比例1∶0.02～1∶0.09）的增加而降低。當(dāng)納米PCC與PAM比例為1∶0.07時(shí)（忽略比例為1∶0.09時(shí)數(shù)值的微增），紙張中的結(jié)合能力高于其他改性比例的加填紙，紙張具有最高的空氣阻隔性（孔隙率最低，為290 mL/min）。PAM-改性納米PCC具有較寬的粒徑分布（PSD），較小粒徑的填料可以更加有效的填充在空隙中，從而能夠有效降低紙張的孔隙率。

改性納米PCC填料-PAM（改性比例1∶0.02～1∶0.09）對(duì)蔗渣漿紙的平滑度的影響如圖5d和表1所示。隨著改性比例從1∶0.02到1∶0.07的增加，紙張平滑度也明顯增加（表現(xiàn)為數(shù)值降低），但是在1∶0.07之后增加的幅度降低。與未加填紙（265 mL/min）相比，改性比例為1∶0.09時(shí)改性填料加填紙的平滑度最高，增加了63%。改性比例為1∶0.07和1∶0.09改性填料加填紙的平滑度之間的差異很小，可以忽略不計(jì)，這是因?yàn)槎叩腜SD差異小，反映為紙張平滑度值差異極小。由于改性填料加填紙中填料顆粒和纖維網(wǎng)絡(luò)間具有較好的結(jié)合能力，因此PAM能夠?yàn)榧犹罴執(zhí)峁┹^高的表面性能（例如平滑度）。在本實(shí)驗(yàn)條件下，改性填料PAM比例較低時(shí)，紙張平滑度也較低。PAM改性納米PCC填料中較小的粒徑能夠發(fā)揮重要的作用，可有效改善紙張的平滑度。

2.6 紙張的光學(xué)性能

紙張的光學(xué)性能會(huì)受到填料顆粒數(shù)量、粒徑、PSD和形態(tài)的影響。圖6所示為改性納米PCC復(fù)合物和PAM不同添加比例（PCC∶PAM=1∶0.02～1∶0.09）填料加填后成紙的光散射系數(shù)（圖6中：“1”為未加填紙；“2”為納米 PCC 加填紙；“3”為 PCC∶PAM=1∶0.02 的加填紙；“4”為 PCC∶PAM=1∶0.05的加填紙；“5”為 PCC∶PAM=1∶0.07 的加填紙；“6”為PCC∶PAM=1∶0.09的加填紙）。

可以推測(cè)，預(yù)絮聚填料或PAM改性合成納米PCC填料具有較高的光散射能力。由圖6和表1可見，未加填紙的光散射系數(shù)為40.30 m2/kg，納米PCC和PAM改性納米PCC復(fù)合物加填紙的光散射系數(shù)分別為59.00 m2/kg和57.00 m2/kg，高于商品PCC/GCC加填紙。但是，由于填料顆粒的粒徑分布及其在紙張中的分布不均勻，并不是所有的填料顆粒均會(huì)對(duì)紙張光散射系數(shù)做出貢獻(xiàn)。通常，較小的填料顆粒會(huì)填充于纖維間的空隙或位于相鄰纖維的表面，會(huì)影響光散射能力。

本研究中，納米PCC和PAM會(huì)增加紙張的光散射能力，相鄰顆粒間的接觸有限，從而會(huì)提供更多的固氣界面。有研究表明，較小的空隙或均勻的顆粒并不利于光散射能力的提高。雖然聚合物-改性PCC填料的光散射和不透明度能力低于合成納米PCC填料，但是其數(shù)值能夠滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖6 未加填以及加填納米PCC和不同比例PAM改性納米PCC加填紙的光散射系數(shù)（a）、不透明度（b）和白度（c）

紙張的不透明度是避免紙張透印的重要性能，這些紙張需要具有較低的光吸收系數(shù)和較高的白度。光的散射是引起紙張不透明的主要原理，因此紙張不透明度主要取決于定量和光散射系數(shù)。如圖6（b）和表1所示，PAM-改性納米PCC加填紙的不透明度變化趨勢(shì)與光散射系數(shù)一致。未加填紙的不透明度為78.7%，添加納米PCC后紙張的不透明度達(dá)到95%。PAM改性納米PCC加填紙的不透明度增加至94%（差異可忽略）。

填料改性對(duì)加填紙白度的影響如圖6（c）所示。與未加填紙相比，加填納米PCC的紙張白度增加了9%。不同改性比例的PAM/改性納米PCC復(fù)合物加填紙均具有較高的白度（約90.5%，PAM和改性納米PCC復(fù)合物不同添加比例情況下，其白度變化微?。?，這是因?yàn)槠涔逃邪锥容^高。納米PCC和PAM的比例分別為1∶0.07和1∶0.09時(shí)加填紙的白度仍然維持在所需要的標(biāo)準(zhǔn)值。PAM改性填料加填紙的白度略低于加填納米PCC的紙張，這是因?yàn)樘盍项w粒被PAM包覆且填料在纖維上的覆蓋率增加。

3 結(jié)論

利用共沉淀技術(shù)合成表面活性劑輔助的納米PCC顆粒，采用原位法利用PAM（0.0%～0.09%）對(duì)其表面進(jìn)行改性。FT-IR光譜圖證實(shí)了合成PCC、PAM/納米PCC復(fù)合物的形成，以及PAM/納米PCC復(fù)合物填料在纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的分布情況。具有不規(guī)則形態(tài)的絮聚PAM改性納米PCC顆粒能夠更加密集地分布在紙張纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的空隙中。PAM/納米PCC復(fù)合填料加填紙的抗張指數(shù)和撕裂指數(shù)分別大幅增加至 59.60 N·m/g和 14.20 mN·m2/g。PAM 改性納米PCC加填紙的孔隙率降低48%、平滑度增加63%。納米PCC和PAM會(huì)限制相鄰顆粒之間的接觸，從而能夠提供更多的固-氣界面，最終提升紙張的光學(xué)性能。在高加填量條件下，填料預(yù)絮聚對(duì)紙張性能的影響更大。陽離子PAM預(yù)絮聚納米PCC填料通過提升填料顆粒和纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)間的結(jié)合能力，能夠改善紙張的強(qiáng)度性能、表面性能以及光學(xué)性能。聚合物包覆PCC填料能夠有效改善紙張質(zhì)量。