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近年来，随着人们对清洁生产方式、环境友好材料的重视，降低涂料中的VOC（volatile organic compounds）排放量的呼声持续高涨。这些促进了水性聚氨酯涂料等以水为溶剂的产品迅速发展。要想获得与溶剂型产品性能相当的水性聚氨酯涂料，水性聚氨酯乳液的制备是关键。 本文以甲苯2，4—二异氰酸酯（TDI）、聚己二酸1，4—丁二醇酯二醇、DMPA以及三乙胺为原料，采用丙酮法合成了固含量为35％的水性聚氨酯（PU）乳液。考察了水性PU结构中异氰酸根和羟基的摩尔比R(NNCO／YOH)和羧基含量对PU性能的影响。结果表明R值增加，水性PU胶膜硬度增加，耐水性提高；羧基含量增加，水性PU的稳定性好，但胶膜的耐水性下降。 本文还以丙烯酸β—羟乙酯（HEA）和甲基丙烯酸甲酯（MMA）为原料，采用共聚法合成了改性水性聚氨酯乳液（PUA），研究了引发剂、MMA和DMPA不同用量对转化率、耐水性等性能的影响。结果表明引发剂用量增至固体份的3‰时，聚合物的转化率达到最大：甲基丙烯酸甲酯含量的增加，提高了胶膜的硬度；随着DMPA含量的增加，树脂胶膜的吸水率明显增加。还采用红外光谱法分析了水性PU和水性PUA的结构：水性PU和水性PUA结构中均存在氢键：在水性PUA中聚氨酯和丙烯酸酯分子链之间形成化学键，提高两者相容性和共混程度。 我们利用加入外交联剂的方法进一步改善了树脂性能；水性PUA中加入一定量的氮丙啶类外交联剂，可以提高胶膜的强度和附着力；同时降低了胶膜的吸水率，提高了耐水性。 利用水性PUA和纳米氧化锡锑（ATO）水性浆料复配制备纳米改性水性聚氨酯涂料，成功制备了环保型纳米隔热复合涂料。该透明隔热涂料，具有良好的市场和应用前景。本文还对水性聚氨酯纳米复合涂料工业化生产进行了初步设计，重点设计了水性PUA的工业化生产。