对水性聚氨酯改性常见的方法有丙烯酸改性、环氧树脂改性、有机硅改性、氟改性、植物油改性等,这些改性方法能有效提高水性聚氨酯的耐水性、物理机械性能,但是却不能赋予材料声、光、电、磁、热等方面的特性。而纳米粒子具有与宏观颗粒所不同的特殊的体积效应(小尺寸效应)、表面界面效应和宏观量子隧道效应等,表现出独特的光、电、磁和化学特性,因此将纳米材料具有的特殊性质与聚氨酯良好的物理机械性能和可加工性能结合,赋予材料紫外屏蔽、吸波、导电、隔热、耐磨等功能,制备优良的涂料,既有很好的理论价值,又有很好的应用价值。基于这点,本论文制备了纳米掺锑二氧化锡(ATO)改性水性聚氨酯保温隔热材料和纳米有机蒙脱土改性水性水性聚氨酯材料:　　1、纳米ATO改性水性聚氨酯保温隔热材料的制备与表征　　本文选择纳米ATO作为涂料基料(颜料)、并以水性聚氨酯作为成膜物质,适当添加了一些助剂,利用机械共混法制备了纳米ATO改性水性聚氨酯透明隔热涂料,并对这种材料进行粒径、吸水率、拉伸、SEM、TEM、DMA等方面的测试,与材料改性前进行比较,分析了不同的分散方法和PH缓冲剂对乳液粒径、稳定性的影响,同时还讨论了ATO的加入及加入量对材料性能的影响。最后还对材料进行了紫外-可见-近红外区间透过率测试及保温测试,从理论和实际结果上阐述该材料的保温效果。结果表明:　　(1)激光粒度分析、SEM、TEM结果说明纳米ATO水溶液在水性聚氨酯中分散的非常好,没有团聚。粒度分析、TEM还表明:用超声波分散仪分散的效果明显比用高速乳化机分散的效果好,平均粒径大幅度减小,而且用超声波分散的乳液粒径较为均匀;用大分子pH缓冲剂处理的效果比用氨水的效果好,平均粒径也有所减小,乳液粒径分布更为均匀。　　(2)拉伸实验、吸水率测试及TGA分析发现纳米ATO对水性聚氨酯有增强作用,使得软硬段的耐热性得到了提高,特别是硬段,我们猜测它是作为硬段存在于水性聚氨酯中。随着ATO加入量的增加,增强作用越明显。　　(3)通过DMA分析可知,ATO的加入显著加强了WPU胶膜的刚性,也提高了其硬段的Tg,,但由于其加入方式是物理搅拌,从而是个半相容体系。损耗模量和损耗角对温度所作的图也反映了这一点。　　(4)通过紫外-可见-近红外分光光度计分析证明了ATO确实能够降低材料在近红外区域的透过,而对可见光区域的透过影响不大,从而能作为透明隔热涂料使用,实际的保温效果测试也说明了这点。随着ATO含量的增加,保温效果越明显,但是到一定程度之后蓝色加深,透明性会受到影响,因而要取一个平衡点使得涂料即透明保温效果又能得到保证。实际保温效果测试还显示树脂种类对保温效果影响不大。　　2、纳米有机蒙脱土改性水性聚氨酯材料的制备与表征　　选用纳米有机钠基蒙脱土,将其用聚氧化丙烯二醇N210进行插层处理后,与异佛尔酮二异氰酸酯反应,并采用二羟甲基丙酸DMPA及一缩二乙二醇DEG扩链,最后加入三乙胺中和分散在去离子水中,得到纳米蒙脱土改性水性聚氨酯乳液。对这种材料进行粒径、吸水率、机械拉伸、SEM、TEM、DMA等方面的测试,与材料改性前进行比较,分析了纳米蒙脱土在水性聚氨酯中的分布情况,并讨论了纳米蒙脱土的添加对水性聚氨酯材料性能的影响。结果表明:　　(1)粒径测试、TEM和SEM结果:在合成聚氨酯时不管是加入DK1N还是DK5,乳液粒径都达到了纳米级,而且粒径分布相对集中,说明Nano-MMT在水性聚氨酯中分散得比较均匀,没有团聚。另外由于DK1N的片层间距大于DK5的片层间距,DK1N的表面亲油性优于DK5,添加DK1N的乳液平均粒径比DK5的乳液平均粒径小的多,而且峰宽也小。　　(2)SEM测试结果还表明:水性聚氨酯插层于蒙脱土片层之间,对蒙脱土片层起到了剥离的效果。　　(3)拉伸实验、吸水率测试说明纳米OMMT对水性聚氨酯有增强作用,考虑到稳定性等综合因素,蒙脱土的最佳添加量为1％(质量分数)左右,此时水性聚氨酯力学性能和耐水性有了非常明显的提高。　　(4)通过DMA分析,蒙脱土的加入大幅度提高了WPU胶膜的刚性,但其对软硬段的Tg影响都很小。由损耗模量-温度曲线可知,蒙脱土改性WPU胶膜出现新的峰,从而表明它和WPU相容性不是很好。而在损耗模量-温度曲线中也出现了很弱的峰,表明了两种材料间有一定的相分离。