水性聚氨酯(WPU)因其低VOC含量、节能的优势成为一种环境友好型材料,但分子中含亲水基团,树脂本身存在耐水性差、耐热性不高、硬度低等缺点,限制了它的使用。本文主要针对WPU的耐水性差、耐热性不够、机械强度不高等缺点,从分子设计角度改变WPU的分子链结构从而提高水性聚氨酯的实用性。以1,4-丁二醇(BDO)和双酚A为组合扩链剂,异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚酯多元醇(PBA)、亲水扩链剂(DMPA)等为原料采用预聚体法制备聚酯型WPU。研究了原料配方和工艺条件对乳液及涂膜性能的影响。结果表明：n(-NCO)/n(-OH)值为1.5,DMPA用量为5-7%,组合扩链剂BDO和双酚A总用量为5%,加入比例为3：2,中和度在90-100%；初聚阶段温度为85℃,扩链阶段温度为80℃,中和温度为30～40℃,采用前中和、反相分散工艺时,制备的WPU乳液外观好,贮存稳定性高,涂膜耐水性佳。利用双酚A型环氧树脂多官能团与-NCO反应交联制备环氧改性水性聚氮酯(EPU)。FT-IR跟踪分析表明环氧树脂顺利接入聚氨酯结构,环氧基开环；并分析了环氧开环的机理。考察环氧树脂的环氧值和用量对EPU乳液及涂膜性能的影响。结果表明：环氧值选择0.44,用量为8%时,EPU乳液粒径较小,粘度适中,稳定性好；涂膜拉伸强度可达42MPa,硬度达1H以上；涂膜吸水率由改性前的10.3%下降到4.4%,水接触角变人；TG分析显示涂膜失重5%时,温度由241℃提高到267℃,耐热性提高。采用硅烷偶联剂(KH-550)为封端剂,利用氨基硅烷上面的-NH2与-NCO反应将键能较大的Si-O键引入体系,制备有机硅封端改性水性聚氨酯(Si-WPU)。考察KH-550用量对乳液及涂膜性能的影响。结果表明：KH-550用量为4%时,乳液性能较好；涂膜耐水性显著提高,吸水率降低到3.3%,水接触角增大到89.46。；TG分析显示涂膜失重5%时,温度由241℃提高到279℃,两个最大热失重速率温度均有所提高。采用E-44开环、KH-550为封端剂,制备有机硅、环氧复合改件水性聚氨酯(Si-EPU)。考察E-44和KH-550用量对乳液及涂膜性能的影响。实验结果表明：当E-44用量为7%,KH-550用量为3%时,乳液性能最好；水接触角测试和涂膜TG分析表明Si-EPU的耐水性和耐热性比未改性和单一改性的WPU都有很大提高,吸水率仅为2.3%,水接触角达93.91。,受热质量损失5%时,温度提高到287。C。对Si-EPU乳液和涂膜的综合性能进行测试,结果表明复合改性的WPU综合性能优良。以自制Si-EPU乳液为基料,水性专用改性复合铁钛和碳酸钙为颜填料制备水性聚氨酯防锈涂料,通过三元二次正交设计和EXCEL软件优化,得到较佳配方,漆膜在水及3% NaCl水溶液中的防锈性较好,漆膜的附着力较高,可达到0级,硬度达2H。