本实验采用溶胶-凝胶法,通过正硅酸乙酯（TEOS）的水解.缩合过程生成初级的纳米二氧化硅溶胶粒子,乙烯基三乙氧基硅烷（A-151）对其表面改性后,用丙烯酸（AA）和甲基丙烯酸甲酯（MMA）的共聚物进一步对其表面进行包裹,最终得到了稳定的、功能化的水性纳米二氧化硅溶胶。通过对合成工艺的研究,确定了最佳的反应参数。TEOS与H₂O最佳体积比为1/20,室温下反应12小时后加入硅烷偶联剂,加入量为形成单分子层,反应时间为24h;采用十二烷基硫酸钠（SDS）做为体系的乳化剂,加入量为体系总质量的3.4%;丙烯酸类单体采用饥饿态半连续加料方式,单体和A-151体积比为1时,单体转化率和包覆纳米SiO₂的程度最优。对纳米粒子进行红外光谱（FT-IR）、热重分析（TGA）、X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）等表征,确定SiO₂粒子以无定型态存在,对纳米SiO₂表面的改性并没有改变其内部的结构;SiO₂平均粒径18nm,呈单分散性;在SiO₂粒子的表面上已经成功接枝了约5.42%A-151,高分子在复合颗粒的包覆率大约30.59%。在成功制备纳米SiO₂溶胶的基础上,采用原位聚合和直接共混两种方法制备了纳米SiO₂-丙烯酸/聚氨酯（SPUA）复合乳液。研究了不同用量、不同方式添加纳米SiO₂后对PUA乳液及其涂膜性能的影响。实验所制备的纳米复合乳液固含量为30%左右,pH为6.5-7.5,室温乳液贮存稳定性大于6个月。通过对乳液粘度的测定表明SPUA复合乳液具有触变性;两种制备方法所得到的SPUA乳液的粘度都是随着纳米二氧化硅加入量的增加先缓慢上升再下降,当加入量超过1.5%后又迅速升高;在纳米二氧化硅加入量相等的条件下,原位聚合得到乳液的粘度要大于共混所得到的乳液粘度。红外光谱对涂膜的结构表征证实了SiO₂对PUA官能团的影响。热重分析表明,PUA材料中复合纳米SiO₂后,材料的热分解温度明显升高,材料的热稳定性增强。通过差示扫描量热仪（DSC）测定材料的玻璃化温度（Tg）显示,无论二氧化硅以哪种加入方式,对PU软段的玻璃化温度（Tg₁）并没有多大的改变,但是却影响了PA的玻璃化温度（Tg₂）和PU硬段的玻璃化温度（Tg₃）。原位聚合法和共混法的Tg₂极值分别出现在当纳米SiO₂的加入量为1%和1.5%,比纯的PUA分别提高了12.8℃和30.8℃;Tg₃极值出现在当纳米SiO₂的加入量为1%和3%,比纯PUA分别增大了2106℃和32.4℃。当纳米SiO₂的加入量为1%时,原位聚合法得到的涂膜吸水率最低,耐水性最好。二氧化硅溶胶直接与PUA共混,得到的涂膜耐水性没有改善,反而下降。纳米二氧化硅的加入,使得PUA涂膜的摆杆硬度、拉伸强度、断裂伸长率等机械性能都得到了改善与提高。