聚氨酯因其合成原料和合成工艺具有广泛的选择性,其分子结构的软硬度可调范围广、耐低温、柔韧性好、附着力强等优点,广泛用于涂料、涂饰剂、弹性体、印染助剂、胶粘剂等领域。随着环保法规的日益严格和人们环保意识的逐渐增强,以水为分散介质的环保性水性聚氨酯成为近年来聚氨酯树脂开发研究的方向。纳米粒子具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等特殊性质,将其应用于聚氨酯材料,一方面可改善传统聚氨酯材料的性能；另一方面,可制备新的功能性纳米聚氨酯涂料。将聚氨酯乳液与聚丙烯酸酯乳液复合,制备水性聚氨酯.聚丙烯酸酯(PUA)复合乳液,兼有聚氨酯乳液和聚丙烯酸酯乳液的优良特性,且成本低,具有良好的应用前景。　　 本文采用聚醚二元醇(GE-210)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和二羟甲基丙酸(DMPA)合成聚氨酯预聚体,采用溶胶.凝胶(sol-gel)方法,将聚氨酯水分散液与不同含量的正硅酸乙酯(TEOS)水解液,经原位复合,得到WPU／纳米SiO2杂化材料。测定了WPU和WPU／SiO2杂化材料的水分散液的物理性能及涂膜力学性能。将制得的WPU／SiO2杂化材料,采用红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等性能测试装置对材料的结构、表面形貌等进行了表征。结果表明杂化材料中纳米SiO2颗粒具有良好的分散性,并在其表面形成良好的界面层。与WPU相比,杂化材料的抗拉强度增大,耐水性提高,说明经过纳米SiO2改性后可以改善WPU涂膜的机械性能。　　 同样合成聚氨酯预聚体,以此为基体,采用sol-gel方法制备二氧化钛溶胶,经原位复合,得到WPU／纳米TiO2杂化材料。进行了杂化材料的力学性能及其它性能测试,对杂化材料的微观结构、表面形貌等进行了表征。探讨不同二氧化钛含量对WPU的性能影响。结果表明,与WPU分散液相比,杂化水分散液粒径均有所增大,最大达到121.3nm。WPU／TiO2杂化膜的热性能和力学性能均比纯WPU有所提高,这是由于WPU与二氧化钛之间通过化学键形成更好的网络结构。所制备杂化材料涂膜透明度高,且可通过调整TiO2含量来调节涂膜透明度。　　 本文还以一定比例的丙烯酸丁酯(BA)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)混合对聚氨酯进行改性,设计并制备了聚(氨酯.丙烯酸酯)(WPUA)分散液,通过溶胶-凝胶法进一步制备聚(氨酯.丙烯酸酯)／SiO2纳米杂化材料,探讨了杂化材料的力学性能及其它性能,对杂化材料的微观结构、表面形貌等进行了表征。结果表明杂化材料中纳米SiO2颗粒具有良好的分散性,并在其表面形成良好的界面层。与WPUA相比,杂化材料的抗拉强度增大,耐水性提高,说明经过纳米SiO2改性后可以改善WPU涂膜的机械性能。由于PA的引入,随着TEOS含量增加透明性反而增加,材料涂膜透明性佳。　　 在前面已完成对水性聚氨酯单一改性的基础上,本文还尝试了多元复合改性聚氨酯。首先制备出水性聚(氨酯-丙烯酸酯)分散液,以此为基体,采用溶胶-凝胶法制备二氧化硅及二氧化钛溶胶,将二者可不同比例混合制备复合溶胶,再经原位复合得到聚(氨酯-丙烯酸酯)／纳米二氧化硅／二氧化钛多元复合杂化材料。进行一系列物理、力学、热学测试,对材料的微观结构,表面形貌进行表征,探讨了二氧化硅与二氧化钛二者用量比例对材料性能的影响。结果表明,PA的改性及二氧化硅和二氧化钛混合溶胶的加入使材料涂膜具有增强增韧的效果,力学性能有了很大的提高,耐水性增强。SiO2:TiO2=8:2为最佳比例,此时纳米复合粒子呈核壳架构,Hyb-3综合性能最佳。