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水性聚氨酯（WBPU）作为一种常见的高分子材料，具有高弹性、优良的耐磨性能、良好的耐候和耐多种溶剂等优良性能。但因其强度不高、耐热、耐水、抗菌防霉等性能差，限制了其在某些方面的应用。本文首次综合利用羟基磷灰石的纳米尺寸效应、表面官能团的可反应性以及独特的离子交换能力等特性对水性聚氨酯进行复合改性，将两者的优点集于一体，制备出具有新型功能的材料。
本文研究羟基磷灰石、载铜羟基磷灰石以及载钛锌羟基磷灰石纳米粒子的制备方法，通过XRD、EDS、TEM等表征手段研究纳米晶粒的结构、组成和形貌，并按照抗菌测试标准研究纳米粉体的抗菌性能。在此基础上，利用羟基磷灰石表面羟基的反应活性与单体二异氰酸酯（含-NCO基团）进行接枝反应，然后采用原位聚合法制备网络结构的复合材料。对水性聚氨酯/羟基磷灰石系列纳米复合材料进行FT-IR、SEM、TEM、拉伸、TGA和吸水率等表征，研究复合材料的合成、填料的分散状态和纳米羟基磷灰石对水性聚氨酯的增强作用，并进行抗菌性能测试研究。具体研究内容和结论如下：
（1）通过化学沉淀和水热过程制备出羟基磷灰石纳米粒子后，首次成功将IPDI接枝到羟基磷灰石的表面（接枝率约为3．7 wt％）。所合成的产物结构达到预期设计，实现了纳米粒子的表面功能化，为下一步原位聚合制备复合材料起到了关键性的作用。
（2）首次采用原位聚合法成功制备出WBPU/HAp交联结构的纳米复合材料。当羟基磷灰石含量较低时（≤2．0wt％），羟基磷灰石纳米粒子可均匀分散于水性聚氨酯基体中。在羟基磷灰石含量为2．0wt％时，相对于纯WBPU，由于水性聚氨酯与羟基磷灰石的交联作用，其拉伸强度和断裂伸长率得到最大的提高。同时，功能化HAp的加入显著提高了WBPU/HAp纳米复合材料的热稳定性。此外，吸水率呈先减后增的趋势，当羟基磷灰石含量为1．6 wt％时，WBPU/HAp纳米复合材料具有最佳的耐水性。
（3）采用离子交换法，在超声波作用下制备出载铜羟基磷灰石（CuHAp）。所制备的CuHAp基本保持了羟基磷灰石原来的晶体结构特征和微观形貌。CuHAp对大肠杆菌的最小抑菌浓度和最小杀菌浓度分别为1500和3000μg/mL；对金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度和最小杀菌浓度分别为1500和2500μg/mL。CuHAp具有较强的抗菌作用，以及较好的缓释能力。研究表明，其抗菌是溶出式抗菌和接触式抗菌两种机理共同作用。
（4）首次将CuHAp的增强作用和抗菌能力有机结合改善水性聚氨酯的综合性能。通过原位聚合法成功制备了WBPU/CuHAp纳米复合材料。当CuHAp含量较低时（≤1．5wt％），纳米粒子可均匀分散于水性聚氨酯基体中。当CuHAp纳米粒子的含量为1．5 wt％时，复合材料的拉伸强度达到最大值（21．6 MPa），相对于纯WBPU提高了约450％，且此时具有最佳的耐水性。此外，随着纳米填料含量增加至4．0 wt％时，WBPU/CuHAp纳米复合材料的热分解温度由354℃升至378℃，即热稳定性得到提高。由于CuHAp抗菌活性组分的存在，WBPU/CuHAp复合材料均表现出较强的抗菌作用，并具有抗菌长效性。
（5）采用共沉淀水热合成和离子交换法，成功制备了钛（Ⅳ）与锌离子共掺杂的羟基磷灰石白色纳米粒子（TiZnHAp）。TiHAp和TiZnHAp的晶粒形态和尺寸与ZnHAp没有显著的不同。TiHAp和TiZnHAp纳米粒子在近紫外光区有较强的吸收，表明Ti掺杂能够提高HAp的吸光性能。TiZnHAp具有高效弱紫外光杀菌效率，在弱紫外光照射下，抗菌剂粉体对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度分别2000和1500μg/mL，最小杀菌浓度分别为4000和3000μg/mL。钛（Ⅳ）光催化分解细菌与锌离子抗菌协同作用使TiZnHAp具有优良的抗菌效果和长效抗菌性。
（6）为解决实际应用中填料带来的颜色问题，以TiZnHAp白色粉体作为WBPU的增强剂和抗菌剂。采用原位聚合成功制备了WBPU/TiZnHAp纳米复合材料。当TiZnHAp含量较低时（<1．5 wt％），粒子可均匀分散于水性聚氨酯基体中。当TiZnHAp纳米粒子含量为1．5wt％时，复合材料的拉伸强度达到最大（23．8 MPa），相对于纯WBPU提高了约480％，此时WBPU/TiZnHAp纳米复合材料也具有最佳耐水性。但是在TiZnHAp添加量增加的过程中，WBPU/TiZnHAp纳米复合材料的热稳定性则逐渐降低。当纳米TiZnHAp含量为1．0 wt％时，弱紫外光照射下，WBPU/TiZnHAp纳米复合材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抗菌率达到99％以上，表现出较强的抗菌作用。并且，聚合层对纳米TiZnHAp起到了一定包覆作用，使材料具有抗菌长效性。综合考虑成本、材料性能等因素，TiZnHAp的最佳添加量为2．0 wt％。
本研究归结了纳米改性填料的分散状态对复合材料性能的影响和变化规律，并对不同抗菌剂的抗菌机理进行了初步探索，具有理论指导意义。而且，制备出一系列具有优良力学性能和抗菌性能的水性聚氨酯复合材料，并为羟基磷灰石及其衍生物的开发和利用提供了新的途径。本课题的研究从应用的角度出发进行理论探讨，具有很强的应用背景和现实意义，也具有一定的理论价值。