水性聚氨酯(WPU)因其符合绿色环保理念,同时具有高分子量、低粘度等优点,在涂料、油墨和胶粘剂等领域广泛应用。但WPU在强度、耐水及阻隔等性能方面的不足,限制了其在高性能材料领域的应用。本文针对WPU的上述问题,设计将蒙脱土(MMT)的表面、层间化学特性与WPU合成化学相结合,制备WPU/蒙脱土纳米复合乳液。具体研究内容如下:1.设计合成具有不同软硬段结构的WPU,分别采用异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、4,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)为硬段,聚碳酸酯二醇(PCD)、聚丁醚二醇(PTMG)为软段,二羟甲基丙酸(DMPA)为亲水单体,1,4-丁二醇(BDO)为扩链剂,通过预聚体乳化法合成一系列WPU乳液。研究表明:通过调节软硬段结构,以HMDI为硬段、PTMG为软段的WPU具有较好的性能,拉伸强度达到54.6 MPa,吸水率为14.6%。2.采用聚醚胺(PEA)对MMT进行有机改性,并将其与WPU复合,制备WPU/PEA-MMT纳米复合乳液。探究不同PEA-MMT添加量对WPU/PEA-MMT纳米复合乳液粒径尺寸和分散性的影响,及对纳米复合膜形貌、力学性能、耐水性、热稳定性及阻湿性等方面的影响。粒径和SEM分析表明PEA-MMT可以稳定分散在WPU中,并在纳米复合膜中均匀分散且呈插层结构;应力-应变分析表明,3 wt%PEA-MMT的加入,使WPU的拉伸强度和杨氏模量分别由54.6 MPa和433.7 MPa增至81.0 MPa和689.3MPa;吸水率和水蒸气透过率测试显示,WPU/PEA-MMT-5 wt%纳米复合膜及涂层的吸水率降至2.8%,水蒸气透过率降低了39.3%。3.进一步通过乙二胺基磺酸钠(A95)改性MMT,制备WPU/A95-MMT纳米复合乳液。相较于PEA-MMT,A95改性MMT可用于制备高蒙脱土含量且具有良好分散稳定性的WPU/蒙脱土纳米复合乳液。通过TEM、DLS、XRD、FT-IR、TGA、AFM、SEM、DMA、拉伸试验、吸水率及水蒸气透过率、透氧率等测试分析纳米复合乳液、膜及涂层的结构、形貌和性能,研究结果表明:A95-MMT在纳米复合乳液中稳定分散;5 wt%A95-MMT含量的纳米复合膜具有最佳的综合性能,WPU/A95-MMT-5 wt%纳米复合膜的拉伸强度、杨氏模量和吸水率分别为80.6 MPa、612.3 MPa和3.1%;30 wt%A95-MMT含量的纳米复合乳液仍保持良好稳定性,MMT片层在纳米复合膜中呈规整的层状排布,纳米复合涂层保持优异的光学透明性,同时使WPU的水蒸气透过率和氧气透过率分别降低了92.8%和64.7%。本课题采用PEA、A95改性MMT,为解决MMT在WPU中的相容性差的问题提供了一种新思路,制得的WPU/蒙脱土纳米复合乳液可作为环保型胶黏剂、涂层产品应用于对力学、耐水及阻隔性要求较高的高端市场如食品、药品及太阳能电池背板复合膜包装等行业。