随着科技的进步，我国造纸行业达到快速的发展。纸制品的作为一种新型的环保型材料，越来越多的被人们喜爱和接受。但是因为纸张纤维间仅依靠抗水性很弱的氢键连接，使得自身湿强度不高，严格限制了纸质品的应用范围和领域。近年来，研究人员为改善纸张物理强度扩宽纸制品的发展道路，做了大量的工作，一些新型纸张增强剂在市场上层出不穷的涌现出来，特别是水性聚氨酯作为其中一类成为研究和关注的热点。以往人们把眼光集中放在芳香族类的甲苯-2,4-二异氰酸酯（TDI）上，虽然在纸张的增强处理方面取得了突破性的进展和不错的实验效果。但TDI作为小分子类化合物，具有挥发性强、毒性强等严重危险环境的物化品性。近几年来，在聚氨酯行业越来越受人们青睐的二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)，以其为硬段合成的Waterborne Ployurethane具有环保，成本相对较低的优点，使得MDI在造纸具有更广阔的市场前景和研究价值。聚氨酯是由硬段和软段构成的相分离的多嵌段聚合物，聚氨酯的性能与其结构有十分紧密的联系。异氰酸酯的化学结构对封闭型水性聚氨酯的涂膜性能有着直接影响。MDI与不对称的二异氰酸酯TDI相比，所制备的水性聚氨酯的涂膜经过发现比较有着更高的刚性和抗拉强度。主要原因是MDI有着很高的对称性，从而使得链节结晶化加强。MDI分子上有两个苯环，刚性很大，所以会比没有苯环的脂肪族异氰酸酯型聚氨酯的强度大。但MDI型聚氨酯容易泛黄，作为脂肪族异氰酸酯IPDI不易黄变。这为本研究论文选材提供了理论依据。本论文在合成MDI封闭型水性聚氨酯的工艺上，从多方面的影响因素初步探索了较为合适的反应条件。研究发现：采用PEG连续滴加方式，控制反应温度在65℃，R值为2反应生成的聚氨酯预聚体物理化学性质较好。在此基础上进一步研究了MDI封闭型水性聚氨酯的解封温度和乳化，为MDI型聚氨酯在纸张中的处理应用奠定了条件。当MDI封闭型水性聚氨酯用于纸张的涂布时，涂布量在8g/m2时，湿抗张指数和干抗张指数提高到空白滤纸的2.52倍和20.82倍，增强效果明显。当MDI封闭型水性聚氨酯用于纸张湿部添加时，在添加量为10%时，纸张的干抗张指数、湿抗张指数、耐折度和撕裂度分别提高到空白纸页的1.98倍、9.53倍、3.30倍、1.61倍，也取得明显的效果。经过处理后纸张的湿强保留率可以提高到25.52%，远远可以满足普通纸张湿强保留率15%的需要。通过FT-IR和SEM等分析观察发现：解封后的异氰酸酯基与纤维上的羟基发生作用，生成键能更大的氨基甲酸酯键，同时由于咪唑-MDI-PEG作为相对分子质量较大的遥爪型化合物，具有较长的分子链，能够在相距较远的纤维间起到了缠附架连作用。证实了MDI聚氨酯预聚体在纸张处理中对纸张物理强度增强作用。在上述研究芳香族聚氨酯的基础上，本论文还研究了脂肪族（IPDI）型封闭型聚氨酯，并将其用于纸张的处理。虽然脂肪族（IPDI）型封闭型聚氨酯能在一定程度上提高纸张的物理强度，但是综合比较，MDI封闭型水性聚氨酯在各个方面都要优于IPDI，MDI型聚氨酯预聚体可以成为今后纸张增强剂研究的重要方向。本论文首次采用低毒性的MDI制备封闭型水性聚氨酯，并对封闭型水性聚氨酯的乳化工艺做了系统合理的优化，提高了乳液的稳定性。通过多种分析手段，证明了MDI型封闭型水性聚氨酯对纸张物理强度的增强作用。在纸张工业的应用中取得了良好效果。