水性聚氨酯(WPU)涂料是一种以水作为连续相的环境友好型涂料,体系不含挥发性有机溶剂,具有安全、无毒、低VOCs等优点,然而传统单组分水性聚氨酯需要在分子主链上引入足够的亲水基团并且降低分子结构的刚性,以保证水性聚氨酯在水中具有良好的分散性,这样导致水性聚氨酯涂料存在着机械性能、耐水性以及耐热性能不足的缺点。为克服以上缺点,本文主要做出以下工作:(1)以甲苯二异氰酸酯(TDI80)、聚己二酸-1,4-丁二醇酯(PBA1000)、新戊二醇(NPG)、三羟甲基丙烷(TMP)、2,2-二羟甲基丁酸(DMBA)为主要合成原料,制备具有一定内交联结构的羟基型水性聚氨酯(HWPU)分散体,探究-NCO与-OH的摩尔比R值、DMBA含量、NPG含量、TMP含量对HWPU乳液稳定性以及涂层性能的影响。结果表明,当R值为0.85,DMBA含量为4.5wt%,NPG含量为8.5wt%,TMP含量为5.0wt%时,制备出粒径为65nm,外观半透明且具有良好稳定性的HWPU乳液。HWPU涂层的铅笔硬度为HB,附着力0级,耐冲击性能大于50kg·cm,TG测试起始分解温度为254℃,吸水率为8.09%。(2)通过正硅酸乙酯(TEOS)与γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)在HWPU中水解缩合过程,以及KH560上环氧基与HWPU羧基之间的反应,制备二氧化硅改性羟基型水性聚氨酯(SHWPU)。KH560和TEOS的添加量分别为1wt%和3～7wt%时,SHWPU乳液性质稳定。经改性SHWPU涂层的铅笔硬度略有提升,TG测试起始分解温度提高至271℃;涂层吸水率降低至5.10～6.28%,水接触角最大为74.1°。(3)采用高亚胺基甲醚化三聚氰胺树脂Cymel325作为改性剂,制备氨基树脂改性羟基型水性聚氨酯(CHWPU),通过Cymel325上烷氧基与HWPU上羟基和羧基的反应构建出高密度的交联网格。Cymel325添加量为30wt%时,改性后涂层的铅笔硬度得到较大提升,达到3H,耐冲击性能下降至42kg·cm,附着力1级,TG测试起始分解温度提高至268℃;涂层吸水率下降明显,至2.94%。(4)以1wt%的KH560,5wt%的TEOS以及30wt%的Cymel325对HWPU同时进行改性,改性后涂层保持着良好的机械性能和耐水性能,TG测试起始分解温度进一步提高至279℃,且涂层表面光滑平整,无气泡等缺陷。