随着石油化工资源的日益枯竭以及世界各国环保法规的日趋严格，水性涂料已成为涂料研究的一个重要方向。其中，水性聚氨酯(PU)以水替代传统聚氨酯中的挥发性有机溶剂，符合环境友好化学的发展要求，同时以其优良的性能受到广泛的关注，在涂料、胶粘剂、皮革、织物涂层等领域得到广泛应用。为了提高水性聚氨酯的应用性能，采用复合改性技术是一个有效的手段。水性聚丙烯酸酯(PA)与水性聚氨酯在性能上具有一定的互补作用。通过丙烯酸酯单体改性水性聚氨酯，可以达到两种聚合物材料性能间的协同效应，获得性能优异的复合材料。 本论文从分子设计的思路入手，同时在前人研究的基础上，对丙烯酸聚氨酯复合乳液(PUA)进行深入的研究。研究中探讨了水性聚氨酯中软硬段原料及配比、-NCO/-OH值、DMPA用量、丙烯酸酯单体的加入工艺及用量等主要因素对PUA复合乳液及其胶膜性能的影响。对丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液聚合过程的动力学进行研究，确定了一个优化的乳液聚合工艺。 通过对胶膜红外光谱图的分析与对比，证明了PU结构中软硬段的微相分离及其大量氢键的存在，同时也表明了聚甲基丙烯酸甲酯引入后降低了结构中微相分离的程度。 在常温自交联改性PUA复合乳液的研究中，借助红外光谱技术，对酮肼常温自交联的机理进行了研究，结果表明在中性条件下，交联反应不能发生，当pH值在4～6之间，酮肼交联反应生成腙类化合物；同时也对功能单体和交联剂的加入工艺和用量对复合乳液及其胶膜性能的影响进行了研究。 通过透射电子显微镜和粒径及其分布测试，研究PUA复合乳液的粒子形态。研究表明，无交联PUA复合乳液粒子有明显核壳结构，水性聚氨酯为壳，聚丙烯酸酯为核，乳液粒径较大，分布均匀；而常温自交联改性的PUA复合乳液粒子则表现出一定程度的互穿聚合物网络结构，乳液粒径相对较小，分布较宽。 研究中通过差示量热扫描(DSC)和热重(TG)分析，研究PUA复合材料的热行为变化。结果表明，无交联的PUA在聚氨酯和聚丙烯酸酯之间有明显的聚合物分离，表现出各自的相变行为；而常温自交联的PUA表现出互穿网络结构的性能，胶膜的起始分解温度有所提高，热稳定性增强。