水性聚氨酯(WPU)因具有聚氨酯材料的特性又对环境不构成污染而广泛用于制革、纺织、建筑、胶粘剂、涂料等行业。从运输和节能等经济性等方面考虑,要求乳液的固含量越高越好,因此,高固含量是水性聚氨酯的一个重要发展方向。本文主要针对目前水性聚氨酯乳液普遍存在固含量低、稳定性差等缺点,通过选择合理的原料、设计配方以及工艺,制得固含量较高、稳定性良好的水性聚氨酯乳液,并研究了水性聚氨酯配方设计及制备工艺对乳液及膜性能的影响。本论文设计了一种以2,4-甲苯二异氰酸酯(TDI)、聚醚二元醇(N210,Mn=1000)为主要原料,以二羟甲基丙酸(DMPA)为亲水扩链剂,以一缩二乙二醇(DEG)为小分子扩链剂,以三乙胺(TEA)和氢氧化钠(NaoH)按一定摩尔比混合作为中和剂,采用逐步预聚法,制备多元粒径分布的水性聚氨酯乳液,具有较高的固含量和稳定性,同时降低了乳液的粘度。研究了R(n-NCO/n-OH)值、DMPA含量、DEG含量、TEA/NaOH摩尔比、DMF/DMPA质量比、中和度、扩链方式等配方因素与预聚温度和时间、DMPA加入方式及反应温度和时间、扩链方式和分散方式等工艺因素对水性聚氨酯乳液及所成的膜的性能的影响。实验研究表明当R值为1.5-1.7,DMPA含量为5.0%,DEG含量为1.0-1.3%,m(DMF/DMPA)为2.00：1,n(TEA/NaOH)为7：3,中和度为100%,预聚温度和时间分别是：第一阶段TDI与N210在60℃左右反应2.5h；第二阶段预聚物与DMPA在75℃左右反应2h；第三阶段预聚物与DEG在75℃左右扩链1h。采用先加DEG扩链、后中和、倒向分散法等工艺,制备的水性聚氨酯乳液固含量可达60.84%、平均粒径为207.2nm,双峰分布、粘度较小、储存稳定性好。乳液脱水所成的膜力学性能好且吸水率低,力学性能较好。本文通过上述内容的研究,得出了以下结论：1.亲水扩链剂DMPA含量对乳液的粒径及其分布和粘度有着决定性的影响,其用量应该在确保乳液稳定性的前提下尽量的少,本实验经研究发现DMPA含量在5.0%左右为佳；2.中和剂的种类对乳液的粒径及其分布和粘度也有一定的影响,中和剂的碱性越强,乳液粒子平均粒径越小、分布越窄,如TEA、NaOH。3.中和剂的数目和种类及其含量也会对对乳液的粒径及其分布和粘度也有一定的影响,采用两种碱性不同的中和剂可制备双峰分布、粘度较小、固含量高、稳定性好的水性聚氨酯乳液,本实验经研究发现n(TEA/NaOH)为7：3时,可制得固含量为60%以上的乳液。4.粒度分析仪(PCS)、透射电镜(TEM)等测试结果表明乳液粒径大小不一,呈双峰分布。5.力学性能、热重分析(TGA)测试表明聚氨酯膜具有良好的力学性能和热稳定性。