随着环保法规的日益严格和人们环保意识的逐渐增强，水性聚氨酯涂料取代溶剂型产品已成为一个必然的发展趋势，传统的水性聚氨酯涂料由于分子结构的限制，其涂膜的力学性能、耐水性、耐溶剂性、硬度等相关性能达不到应用的要求。近年来通过改性提高其性能已成为国内外研究的热点。在涂料及胶粘剂领域，交联结构可赋予材料更好的机械性能、耐水和耐溶剂性能。本研究结合水性聚氨酯的交联改性和复合改性两种方法提高其交联度，制得了一系列改性水性聚氨酯(WPU)，研究了改性乳液及其胶膜的结构与性能。为交联改性水性聚氨酯的成膜机理和使用性能提供理论指导，并为水性聚氨酯涂料的实际应用提供一定的基础研究。本论文的主要工作如下：　　 1、合成部分：用二乙醇胺(DEA)和双丙酮丙烯酰胺(DAAM)按Michael加成反应机理合成了一种新的聚氨酯扩链剂DDP（N-[（1，1-二甲基-2-乙酰基）乙基]-β-二羟乙氨基丙酰胺）。利用自制的DDP作为自交联单体，和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚四氢呋喃二醇(PTMG1000)、二羟甲基丙酸(DMPA)、1，4-丁二醇(BDO)、三羟甲基丙烷(TMP)反应，合成了侧链含活性酮羰基的聚氨酯预聚体，加入硅烷偶联剂3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)封端改性后，加水乳化，向乳液中加入己二酸二酰肼(ADH)，成功制得系列酮肼交联及硅烷偶联双重改性的室温自交联水性聚氨酯乳液及其涂膜。　　 2、结构与性能表征：　　 (1)ATR-FTIR和NMR分析证实扩链剂DDP的合成。利用ATR-FTIR对涂膜结构进行表征，证实乳液成膜时酮肼交联反应的发生，KH550也成功以封端剂的形式和聚氨酯预聚体发生反应。　　 (2)研究了DMPA、DDP、KH550用量及n(NCO)/n(OH)值对聚氨酯乳液的稳定性和粒径的影响。随着DMPA用量的增加，聚氨酯分散液的稳定性增加，乳胶粒粒径变小；DDP用量对乳液的稳定性和粒径的影响较小；KH550的加入，则可使乳液粒子的粒径明显增大，其用量直接影响乳液的稳定性。　　 (3)通过TEM观察乳液粒子形貌。所制备的聚氨酯乳液乳胶粒基本呈球形结构，结构较为规整。酮肼交联改性对分散体的乳胶粒子没产生不良影响。　　 (4)研究了聚氨酯乳液的流变行为。聚氨酯乳液的表观黏度随剪切速率的增加而降低，聚氨酯乳液属于假塑性流体。随DMPA用量的增加，乳液粘度增大；随着DDP用量的增加，体系的非牛顿性增强，且黏度大幅度上升，触变性增大；随着KH550用量的增加，乳液的黏度、触变性都呈现先增加后减弱的趋势。　　 (5)对聚氨酯涂膜的热性能进行了系统的研究。膜的热稳定性随COOH含量的增加而增加。n(NCO)/n(OH)值增大即硬段含量增大时，热稳定性降低。随着DDP含量的增大，提高了胶膜在300℃以上的稳定性。当KH550％为10％时，膜的热分解温度最高。　　 (6)研究了DMPA、n(NCO)/n(OH)、n(-NHNH2)/n(-CO-)、DDP含量和KH550含量对聚氨酯涂膜力学性能、耐水性及耐溶剂性能的影响，确定了最佳原料配比为n(NCO)/n(OH=1.4，n(-NHNH2)/n(-CO-)=1:1，DDP％=6.08％，KH550％=10％，DMPA％=1.56％。在此条件下制备的聚氨酯膜的交联度达到92.23％，铅笔硬度为2H，拉伸强度增大到34.6MPa，吸水率降低至12.32％，吸丙酮率亦降低，膜的综合性能最好。　　 (7)通过AFM观察聚氨酯涂膜的表面形貌，并测试了膜表面的水接触角。AFM表明聚氨酯材料中存在明显的微相分离结构，硅烷结构的引入有利于水性聚氨酯软段和硬段的微相分离，而DDP则使软-硬相间的相容性增加，这与膜的WXRD和DSC分析结果一致。膜表面水接触角的测试显示，随着KH550含量从0增加到12.5％时，膜的水接触角从63.15°逐渐增加至82.2°。　　 3、应用：以此乳液为基本成膜树脂，添加适量的消泡剂、增稠剂、润湿流平剂、成膜助剂，配制的水性聚氨酯木器涂料其性能达到了行业标准和环境标准的要求。　　 4、共混改性：本实验基于硅溶胶、水性高分子树脂共混物成功用作水性建筑涂料，初步尝试了用硅溶胶共混改性水性聚氨酯，可望在水性木器漆中有所应用。将水性聚氨酯乳液与硅溶胶共混，制备了水性聚氨酯/硅溶胶复合乳液。采用TEM、激光粒度分析仪、流变仪、ATR-FTIR、TG对复合乳液及其涂膜进行表征，探讨了硅溶胶用量对复合涂膜性能的影响。　　 (1)ATR-FTIR分析表明，聚氨酯分子和硅溶胶之间可以形成氢键，但不存在化学键结合。　　 (2)TEM、激光粒度分析测试表明，硅溶胶含量的增加，使复合乳液粒子粒径增大，粒度分布变宽，当硅溶胶含量高于20％时，乳胶粒子间易发生团聚。　　 (3)流变分析发现，加入硅溶胶后，乳液的表观黏度（η。）增大，假塑性增强。　　 (4)性能测试结果表明，硅溶胶含量小于20％时，复合乳液具有好的离心稳定性，复合涂膜表现出很好的热稳定性，吸水率仅为27.94％，同时表现出很好的耐溶剂性能，拉伸强度达到27.98MPa，铅笔硬度达2H，附着力0级。