在涂料行业挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,VOC)占全球污染的第二位的今天,大力发展水性涂料、高固体分涂料、粉末涂料和辐射固化涂料等绿色环保型涂料势在必行。水性聚氨酯涂料以其环保性、高性能和分子结构可裁剪性,日益成为研究和应用的热点。然而,水性聚氨酯存在固含量低、耐水性不及溶剂型聚氨酯和硬度偏低等缺点,因此需要对其进行有效的改性。 本论文采用丙酮法制备自乳化型水性聚氨酯分散体(Aqueous Polyurethane Dispersion,PUD),并对该分散体进行了三羟甲基丙烷(TMP)分子内交联、环氧树脂复合、甲基丙烯酸甲酯(MMA)核壳乳液聚合以及添加纳米纤维素晶须(Nano Cellulose Whiskers,NCC)悬浮液共混等多重改性。研究了NCO/OH比值、亲水基团含量、TMP用量、环氧树脂用量、MMA用量、中和度、后扩链剂乙二胺(EDA)用量、引发剂用量以及NCC添加量对PUD性能的影响,确定了最佳的物料配比。考查了反应温度、反应时间、搅拌速度、加料方式、分散工艺、原料水分和预聚体黏度的控制等工艺条件对改性的PUD性能的影响,确定了较佳的工艺条件。阐述了纤维素原料、酸的种类和浓度、反应时间、反应温度、后处理工艺等工艺条件对纳米纤维素晶须性能的影响。 通过正交试验确定了制备改性聚氨酯复合分散体最优工艺条件：初聚反应温度为75～80℃,小分子醇扩链温度70～75℃,亲水性单体扩链温度65～70℃,中和温度35～40℃,分散体聚合温度为65～70℃。初聚反应时间为1.5～2.0h,醇扩链反应的时间为1～1.5h,亲水扩链反应时间为3～4h,分散体聚合时间为3h。中和时的分散速度约为2000r/min,强力搅拌乳化分散速度为6000r/min,后扩链反应时搅拌速度为2000r/min。NCO/OH初摩尔比为11～13;NCO/OH总摩尔比为1.3～1.5;DMPA％为6.0～7.0％；中和度为90～95％；环氧树脂选用E-20,用量为6.0～7.0％；乙烯基单体选用MMA,用量为35％；引发剂选用油溶性的偶氮二异丁腈(AIBN),引发剂用量占单体总量的3％。纳米纤维素晶须悬浮液制备工艺如下：强酸为64％的硫酸,水解温度为60℃,水解反应时间为2h,添加适量NaOH将残余的酸中和,经水洗三次后进行喷雾干燥得到纳米纤维素晶须超细粉；配置2％NCC悬浮液,按照固体分占PUA1％的量添加到PUA分散体中时,得到的改性PUA分散体及其漆膜性能最佳。 参照ASTM、ISO国际标准、国家标准、化工行业标准,利用现代分析仪器和设备,采用可靠的方法对制备的水性聚氨酯-聚丙烯酸酯分散体、纳米纤维素晶须悬浮液、纳米纤维素晶须改性的PUA复合分散体及其漆膜进行了傅立叶变换红外光谱(FTIR)分析、凝胶渗透色谱(GPC)分析、粒径大小及分布、透射电镜(TEM)分析、固含量、黏度、表面张力、稳定性及热重分析(TG)、差示扫描量热分析(DSC)和扫描电镜(SEM)等分析和测试,揭示PUA复合分散体和NCC悬浮液制备过程的一般规律,找出了影响因素以及影响方式,确定了关键的影响条件,研究了制备过程的反应机理,为产品开发和优化性能提供依据。 实现表明,多重改性后的水性聚氨酯结合了聚氨酯(PU)和聚丙烯酸酯(PA)两者优点,性能优异,有效地解决了单一PUD存在的不足。该分散体用于水性木器涂料,可代替溶剂型木器涂料,具有广阔的发展前景。