水性聚氨酯乳液可作为一种综合性能较为优异的环保水性涂料,在生产生活中扮演着越来越重要的角色。然而水性聚氨酯依然面临着耐水性不足,力学性能欠佳,防腐蚀能力有限,耐磨性差等缺陷,严重阻碍了其进一步发展与应用。无机纳米材料改性水性聚氨酯是一种常见的方法,无机纳米填料因为具有特定的官能团、形状、比表面积等特性,在一定程度上可以提高聚合物材料的物理与化学性能。但其存在容易团聚,与聚合物基体相容性差等问题。针对以上问题,本文以功能化六方氮化硼为无机纳米填料,从多种共价连接策略出发改性制备了水性聚氨酯复合乳液。对功能化六方氮化硼改性水性聚氨酯的性能如界面相容性、交联度、力学性能、耐水性、耐磨性和耐腐蚀性等性能进行了仔细研究,并在微观尺度上对交联机理、防腐蚀机理和耐磨性机理进行了初步探讨。1)以二烯丙基胺(DAA)和γ-(2,3环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)为原料,设计合成了一种新型多官能度(羟基、双键和硅氧烷基团)封端剂DAA-GPTMS,同时在高温条件下制备了羟基化六方氮化硼(hBN-OH)纳米片,并利用DAA-GPTMS和hBN-OH共同制备了一系列水性聚氨酯复合乳液。研究结果表明,具备独特结构的封端剂DAA-GPTMS引入,使聚氨酯复合涂层或薄膜的致密度和交联度明显提高。接触角实验和吸水性实验结果表明,DAA-GPTMS的引入可显著提高聚氨酯薄膜的疏水性和耐水性。透射电镜图显示,利用hBN-OH和聚合链端部的DAA-GPTMS之间的共价连接作用实现了无机纳米粒子的均匀分散,hBN-OH和DAA-GPTMS同时引入复合体系时,能显著提高了聚氨酯薄膜的力学性能和物理性能。含有DAA-GPTMS和hBN-OH的涂层表现出较低的腐蚀电流密度和较高的自腐蚀电位,其中当DAA-GPTMS含量为7.5 wt%,hBN-OH纳米片含量为0.2 wt%时,防腐蚀性能表现最佳,相对于纯聚氨酯而言防腐蚀能力提高了数个数量级。2)采用原位聚合法,通过甲苯二异氰酸酯(TDI)改性的六方氮化硼(hBN-NCO)制备了聚氨酯复合材料。扫描电镜图和透射电镜图显示,hBN-NCO与水性聚氨酯基底具有良好的界面相容性。hBN-NCO纳米片的引入增强了聚氨酯复合材料的耐磨性能和力学性能,当hBN-NCO含量为2wt%时,拉伸强度比纯聚氨酯增加了约两倍,断裂伸长率却只下降约为27%。塔菲尔测试和电化学阻抗测试结果显示,当添加量达到2 wt%时,腐蚀电流密度下降了一个数量级。同时电绝缘性能优异的六方氮化硼,在一定程度上可以减缓电化学腐蚀速率。这都说明原位聚合法制备得到的聚氨酯复合材料的综合性能得到了大幅度的提升。