水性聚氨酯是一类新型的纸张表面施胶增强剂。作为特种纸表面施胶增强剂的水性聚氨酯,则需要利用其大分子中含有异氰酸酯基团（NCO）作为具有高活性基团,在施胶过程中可与淀粉、聚乙烯醇或其他天然聚合物的羟基等作用生成氨基甲酸酯基团而引入化学交联结构,从而极大增加作用材料的物理机械性能,特别是作为表面施胶剂,可以使纸张获得优异的力学性能和其他所需要的性能。但由于NCO的高活性,在分散和转移时容易发生水解而失去增强效果。为此,本工作采用端基封闭的方式将NCO基团保护起来,在特定温度下使其解封并发挥作用。聚乙烯醇和PU的主链都存在具有活性功能的部分,在共混和复合后用于纸张表面施胶后,异氰酸酯基团NCO可以与PVA和纸纤维的羟基发生交联反应,形成交联网络结构,从而提高纸张的性能。本课题通过封端异氰酸酯、异氰酸酯/聚乙烯醇复合体系、异氰酸酯/有机硼交联剂/聚乙烯醇这三种复合体系作用于纸张表面,对异氰酸酯基团（NCO）的解封行为、交联网络结构的形成机理进行了探讨并研究了其对纸张力学性能特别是柔韧性和油墨附着力的增强效果。（1）采用封端结构设计的方法,通过将预聚体链端的NCO基团与封闭剂形成较弱化学键的手段对其进行保护,使其在常温下不具活性,便于共混、复配及长期稳定储存。在特定温度条件下发生解封反应释放出-NCO基团,重新发挥交联作用,与纸纤维上的-OH反应,增强纸张力学性能。利用DMPA、MDEA和PEG分别作为扩链剂制备了三种封端型异氰酸酯聚合物。探讨了软、硬段比例,R值对TBPU分散性能（外观和稳定性、粒径和Zeta电位、分子量和粘度等）的影响。当R值为1.6,TBPU的分散稳定性最佳且粘弹性适中。通过红外FT-IR,TG-DSC热分析、甲苯-二正丁胺滴定法对TBPU的热解封行为和热性能进行了研究,得出TBPU的最佳解封温度范围在90～120℃,其解封反应遵循一级化学反应动力学规律,并确定出表面施胶最佳施胶温度、烘干温度及烘干时间分别为70℃、110℃和15 min。封端型的异氰酸酯聚合物TBPU作为纸张表面增强助剂,解封后可与纸纤维形成初级交联网络结构（TBPU-fibers）,增强纸张综合性能。当TBPU的R为1.6,质量浓度在30%左右时,纸张的综合性能最佳。其抗张指数、撕裂指数和耐折度分别达到59.69 N·m/g、7.49 mN·m~2/g和2075次,相比原纸增大了 68.6%、14.3%和22.1%,并保持很好的耐水性能。（2）通过物理共混的方法,将封端异氰酸酯TBPU为主要交联组分,水溶性聚乙烯醇大分子（PVA）为表面施胶的载体,制备了相容性好、综合性能优异的双组分TBPU/PVA水分散液。研究了 TBPU/PVA复合施胶液的粘弹性和其胶膜的力学性能。与单组分TBPU施胶液相比TBPU/PVA复合施胶体系含有更多氢键和共价键、其复合膜延展性较好、微相分离程度较大,综合性能由于单组分TBPU和PVA形成的薄膜。通过红外FT-IR和元素分析XPS对施胶前后纸张表面的化学组成进行了分析。由于PVA多羟基结构提供了更多的活性-OH交联位点,使得TBPU与PVA和纸纤维基团之间形成更多新的氨基甲酸酯（或脲）键。这些强极性的键在纸纤维间形成了互穿的三维交联网络结构（TBPU-PVA-fibers）,也形成了紧密的物理相互作用,为TBPU和PVA大分子在纸纤维的表面和内部的定位和结合提供了更高的内聚力,促进了双重化学交联网络结构（TBPU-PVA-fibers）的形成。通过对纸张应用性能的测试确定出最佳施胶工艺方案为:TBPU的添加量为3.0 wt%,PVA1799添加量为4.0 wt%,此时纸张的综合性能最佳。抗张指数、撕裂指数和耐折度最大可分别达到78.96 N·m/g、11.79 mN·m~2/g 和 3956 次,相比原纸增大了 122.9%、79.8%和 132.7%。双组分TBPU/PVA体系氨基甲酸酯基团的互穿网络结构有利于链缠结及刚性段之间的氢键和库仑力的形成,增强了分子间的相互作用,从而赋予纸张更高的疏水性和表面自由能（101.2°,58.60 mJ·m-2）。（3）采用一步法本体共聚的方法,再无催化剂和溶剂的情况下,成功合成了透明琥珀色的硼酸酯交联剂（BGT）。通过物理共混的方法,结合多重交联网络结构设计,利用硼酸酯BGT作为PVA和纤维素的延迟交联剂,将与双组分TBPU/PVA施胶体系在不同添加量下进行改性,制备了相容性良好、交联密度大的多组分TBPU/BGT/PVA水分散液。探讨了硼酸酯添加量对于多组分TBPU/BGT/PVA的适应性分析,确定出了最佳BGT样品和其适用量范围为BGT-122和0.05～0.20 wt%。通过红外测试FT-IR和XPS元素分析表征了硼酸酯（BGT）和TBPU/BGT/PVA 复合膜的化学结构及元素组成。复合膜TBPU/BGT/PVA拥有良好的的力学性能（拉伸强度为58.5 MPa,断裂伸长率为165.32%）。纸张应用性能测试表示多组分TBPU/BGT/PVA施胶体系对纸纤维的增强效果显著。硼酸酯BGT通过多级电离后生成的大量的硼酸根离子B（OH）4-,与PVA和纸张表面羟基（-OH）形成强配位键的交联网络（PVA-BGT-fibers）,与TBPU-PVA-fibers交联网络互穿缠结,形成更加致密的多重交联网络结构（TBPU-BGT-PVA-fibers）,从而达到增强纸张力学性能的目的。当BGT-122=0.15 wt%,纸张的综合性能最佳。其抗张指数、撕裂指数和耐折度最大可分别达到88.45 N·m/g、12.64 mN·m~2/g 和 501 1 次,相比原纸增大了 149.7%、92.8%和194.7%。通过综合对比单组分施胶体系、双组分施胶体系和所组分体系对纸张耐水性能的影响,可知多组分施胶体系TBPU/BGT/PVA施胶的纸张在力学性能提高的同时仍保持了较好的耐水性。（4）采用涂布、浸泡的涂墨工艺,将油墨渗透于纸张样品中,经恒温固化后制备不同施胶体系的目标涂墨纸样。用FT-IR光谱和X射线光电子能谱（XPS）测定了未涂墨的纸张和涂墨的纸张样品的官能团变化及元素组成。在多组分TBPU/BGT/PVA施胶体系中,TBPU与PVA和纤维素的羟基之间的共价交联作用形成高极性的氨基甲酸酯链段（-NHCOO-）,而BGT的交联作用增加了纸张表面的微观粗糙度和疏水性多孔结构的数量,再与纤维的毛细管效应协作,进而形成高能表面（高于油墨的表面张力）,牢固地抓住油墨颗粒。通过胶带试验和模拟洗涤试验对不同施胶体系的油墨附着力性能进行了综合评估。双组分TBPU/PVA和多组分TBPU/BGT/PVA施胶体系对纸张油墨附着力的改善尤为明显,试验最终纸张油墨留着率分别可达到91%和94%。