水性聚氨酯(WPU)是水性聚合物领域里应用极为广泛的一类材料。相比传统溶剂型聚氨酯,WPU具有更加清洁、安全、高效的生产优势和应用优势,符合绿色化学的发展趋势和环境保护的社会需要。为了提高水性聚氨酯的应用性能,以各种有机硅对WPU进行杂化改性是当前WPU领域的关注热点之一。本论文将端羟丙基聚二甲基硅氧烷(HP-PDMS)引入异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)与聚碳酸酯二醇(PC2000)的共聚体系,以二羟甲基丁酸(DMBA)作为亲水单体,并进一步通过封端剂设计引入后交联结构,通过小分子三官能共聚单体引入内交联结构,采用预聚体法制备了具有良好的分散体稳定性,而且乳胶膜耐水性、力学性能等综合性能优秀的WPU乳液,并系统的对共聚物组成以及合成变量等对分散体稳定性、乳胶膜结构以及性能的影响进行了研究。本论文的主要内容:(1)设计了三种不同的方法用于制备HP-PDMS共聚改性WPU,并通过对聚合产物的乳化过程、乳液粒径以及乳液贮存稳定性的研究,对制备方法实现了优化。通过两步加料方法,在DBMA用量5wt%、HP-PDMS添加比例从10wt%到30wt%,固含量30%的条件下,可以获得数均粒径50nm以内的粒径WPU乳液。(2)用功能单体封端法对含上述PDMS改性WPU体系进行自交联改性,发现以5-羟基2-戊酮作为封端剂的封端效率较低,而且其引入会导致WPU乳液失稳;含硅封端单体γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)对本论文制备的含PDMS聚氨酯封端效果优异,在DBMA用量 5wt%、HP-PDMS 用量 10wt%到 30wt%之间、KH550 用量 3wt%到15wt%之间,均可制备得到稳定的烷氧基硅烷封端PDMS改性PU乳液。研究了烷氧基硅烷结构的引入及其自交联反应对该系列乳液胶膜的性能的影响,并用傅立叶变换红外光谱(FTIR)、动态机械分析(DMA)等手段表征了胶膜内微相分离的行为,发现在HP-PDMS用量20wt%、KH550用量6wt%到9wt%之间时,可以获得性能良好的WPU膜,并且发现热处理对胶膜吸水率的降低有很大作用。系统研究了乳化温度、中和度、分散功率、固含量对WPU乳液粒径和稳定性之间的影响,发现有机硅结构的引对WPU的自乳化能力和乳液稳定性有显著影响,表现为乳液粒径对贮存时间、温度、中和度、分散功率等的响应性随含硅组分的不同存在明显差异。(3)为了进一步提高WPU成膜中的交联效率,进一步提高胶膜的力学性能并降低吸水率,本论文进一步向上述含硅自交联WPU合成中引入适量的三羟甲基丙烷(TMP),并研究了 TMP的共聚对乳液性能和胶膜性能影响。结果表明,当TMP添加量控制在0.5wt%到3wt%,其引入对WPU乳化过程没有显著影响,但是乳胶膜的室温交联和热交联的拉伸强度和吸水率都有显著提升。