水性聚氨酯（WPU）由于其环保优势、多样化的共聚结构和优越的性能,在涂料、粘合剂、复合材料用连接树脂等领域表现出越来越广阔的应用前景。但是,一方面,如何通过共聚设计,克服因为亲水性组分的引入带来的性能劣化,在相对简单的工艺下获得更高性能的WPU,是相关领域长期关注研究课题;另一方面,应用具有相互识别和空间导向性的功能结构片段共聚,构造小分子、大分子和胶体粒子高次组装或者聚集结构,也是当前的研究热点,但是将这种作用机制应用于对本身就有强的两亲性缔合倾向的WPU体系,会产生什么样的影响,当前还少见研究报道。由此,本论文以WPU逐步共聚反应为基础,首先设计了一种基于双羟基封端的小分子脲作为扩链改性剂的多步扩链方法（MCE）,配合混合多元醇的使用,提升了WPU的强度、韧性、疏水性以及与对位芳纶织物的界面粘接性;作为MCE法的进一步拓展,将对苯二甲酰氯和戊二胺共聚制备的氨基封端低聚体作为扩链剂,用于WPU的共聚改性,对含芳酰胺片段诱导下的WPU分子在选择性溶剂中的组装以及在水性分散体环境下的粒子缔合行为进行了研究。本论文的主要内容如下:1.将1,3-双羟甲基脲（DMU）作为一种新型扩链剂,通过羟基和异氰酸酯的扩链反应将脲基引入WPU分子主链,在此基础上以异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）为异氰酸酯单体,以聚四氢呋喃醚二醇（PTMG）和聚己内酯二醇（PCL）做为混合大分子二元醇,2,2-二羟甲基丁酸（DMBA）、1,4-丁二醇（BDO）、1,3-双羟甲基脲（DMU）和氨丙基封端的聚二甲基硅氧烷（PDMS）分别为第一、二、三和四步扩链反应的扩链剂,建立了MCE方法制备WPU,并应用动态光散射（DLS）、红外光谱（FTIR）、动态机械分析（DMA）和拉伸力学性能测试等,系统研究了DMU用量、扩链剂种类、扩链顺序、混合二元醇配比等对WPU分散体粒径和分布、羰基氢键缔合/非缔合态的分布、微相分离结构以及力学性能的影响,发现当聚醚/聚酯的比例控制在6:4,分别使用2%的DMU和1%的PDMS做为第三和第四步扩链反应的扩链剂时,所得WPU胶膜不仅具有30 MPa的优异拉伸强度、约1300%的断裂伸长率,对水的接触角也提高到了98°,即具备良好的疏水性,而且用于对位芳纶织物粘接,界面剥离强度比仅通过两步扩链制备的样品高约430%,在水中煮沸40分钟后,样条仍然表现出约44%的剥离强度,即具备了一定的耐湿热性能。2.在MCE法的基础上,选用植物来源的生物基戊二胺与对苯二甲酰氯共聚所得的氨基封端的半芳酰胺低聚体（PASA）作为第三步扩链反应的扩链剂,制备得到了含半芳酰胺片段修饰的水性聚氨酯。应用透射电镜（TEM）和流变分析对聚氨酯分子在选择性溶剂中的组装以及聚氨酯胶体粒子在水分散状态下的缔合行为开展了研究,发现在选择性溶剂中,通过聚合物浓度、非溶剂含量和加入速度调节组装动力学和热力学平衡条件,可以得到纳米粒子、纳米带、纳米片以及纳米章鱼等特异性组装形态;在经适当稀释的水分散体环境中和PASA段的酰胺氢键作用下,水性聚氨酯会呈现出树枝状的粒子间高次缔合结构;在15%的WPU分散体中,随着PASA用量的提高和对粒子间氢键缔合网络的贡献的增加,分散体粘度和模量等都会得到提高,即自增稠效应,这种增稠效应在聚氨酯硬段含量也适当提高的情况下表现更为明显,但是当硬段含量提高到7/1后,体系的粘度以及模量水平会再次出现下降;进一步将芳纶纳米纤维引入分散体系,纳米纤维与纳米粒子间的芳酰胺-芳酰胺相互作用则会对纳米单元间的氢键缔合网络起到明显的增强效果。