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水性聚氨酯由于其特殊的结构而具备了独特的物理化学性质，如软硬可调、耐低温、耐磨性好、粘附力强等。高性能与低VOC含量兼具的水性聚氨酯涂料得到了科学界和工业生产的普遍关注。传统方法制备的水性聚氨酯由于其分子结构限制，使其胶膜存在耐热性、耐水性、耐溶剂性不佳等缺点；而丙烯酸酯在这些方面表现突出。有鉴于此，常通过复合共聚的方法将两者性能有机结合，充分发挥二者优势，得到综合性能优异的水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液。本研究采用丙烯酸树脂对水性聚氨酯进行改性，制备聚氨酯-丙烯酸酯（WPUA）复合乳液，并以此为基础，分别通过引进蓖麻油和环氧丙烯酸酯合成了改性WPUA乳液，研究了复合乳液及其胶膜的结构与性能，为聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液及其改性乳液的制备、结构和性能提供理论基础。首先以异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、聚碳酸酯二醇（PCDL）、二羟甲基丙酸（DMPA）等为原料，通过逐步聚合法制备聚氨酯预聚体，然后以甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丙烯酸丁酯（BA）等为降粘剂制备聚氨酯分散液，并以此为种子乳液在引发剂的作用下引发自由基聚合，制备水性聚氨酯-丙烯酸酯（WPUA）复合乳液。傅里叶红外变换光谱（FT-IR）证明了反应按照预期方向进行，得到预期产物。重点讨论了聚氨酯（PU）含量、m（MMA）：m（BA）、初始-NCO与-OH物质的量之比等因素对WPUA复合乳液及其胶膜性能的影响。结果显示，当w（PU）=80%、初始n（-NCO）﹕n（-OH）=6﹕1、w（DMPA）=5%、m（MMA）﹕m（BA）=4﹕6时，所得WPUA乳液性能稳定，其胶膜吸水率降低至9.8%，相比较未改性的聚氨酯胶膜的吸水率24.75%，其吸水率降低了60.4%；改性胶膜的拉伸强度达到28.9MPa，是未改性聚氨酯胶膜的1.53倍，制备出了性能稳定、具有优异耐水性和物理机械性能的WPUA复合胶膜。采用扫描电镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、X射线衍射仪（XRD）等仪器研究了WPUA胶膜的微观特性。结果表明，聚氨酯材料中存在明显的微相分离结构，且胶膜截面呈鳞片状结构。随着丙烯酸酯的加入，体系中两相相容性增加而结晶性降低，胶膜截面呈网状结构。PU、WPUA的结晶度均较低，以非晶态弥散宽峰为主，当引入丙烯酸酯后，胶膜结晶度明显降低。热性能分析表明采用丙烯酸酯改性可使聚氨酯材料的热稳定性得以提高。接着通过分子设计方法，引入蓖麻油（C.O）形成半互穿网络结构，制备出了以蓖麻油基聚氨酯（CPU）为壳、聚丙烯酸酯为核的无皂核壳蓖麻油基水性聚氨酯-丙烯酸酯（CPUA）复合乳液。重点研究了蓖麻油对复合乳液及其胶膜性能的影响，采用透射电镜（TEM）确认了复合乳液的核壳结构，FT-IR证明反应得到了预期产物。采用AFM、SEM、XRD研究了胶膜的微观特性。结果表明，WPUA及CPUA胶膜均存在明显的软区和硬区的相分离结构，随着蓖麻油的添加，两相相容性增加。WPUA、CPUA胶膜的结晶度均较低，呈现一个宽的弥散峰。热性能、耐水性及机械性能分析表明，蓖麻油的引入显著提高了聚合物胶膜的热稳定性，当C.O与PCDL中-OH物质的量之比为1﹕3时，胶膜具有良好的耐水性、力学性能及耐热性能。此外，在丙烯酸酯改性聚氨酯的基础上，以环氧丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）为交联剂，合成了贮存稳定的交联型水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液，其胶膜具有优异耐水性和力学性能。重点探讨了交联剂用量对复合乳液及其胶膜性能的影响。采用AFM、SEM、XRD研究了交联型WPUA胶膜的微观特性。结果表明，未交联WPUA胶膜截面呈鳞片状，存在一定程度的微相分离，而交联胶膜呈致密而粗糙的网状结构，两相相容性逐渐增加。XRD检测表明不同交联剂添加量的WPUA胶膜结晶度均较低，随着交联剂的引入，聚合物的结晶能力受到影响。热性能、耐水性及机械性能分析表明，交联改性后，WPUA胶膜的耐热性得到明显改善，聚合物中软硬相分离不太明显，热分解过程变得复杂。当n（GMA）﹕n（DMPA）≦0.3时，聚合物具有良好的热稳定性、耐水性及力学性能，吸水率低至5.4%，拉伸强度达到28.9MPa，较未交联胶膜的拉伸强度提高了173%。本文结合现代仪器分析过程，深入探讨了丙烯酸酯改性水性聚氨酯及其改性乳液的结构-性能之间的相互作用关系。结果表明丙烯酸酯的引入，改善了聚合物的微相分离，同时经过改性的水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳胶膜的微相分离进一步得到改善。由于微相结构的改变，聚氨酯材料的性能也得到相应改变，聚合物胶膜耐水性、机械性能及耐热性相比较未改性前明显提高。