水性聚氨酯（WPU）具有无毒、环保、结构可控、耐磨等优点,在皮革涂饰、胶黏剂、工业涂料和印刷油墨等领域广泛应用。由于WPU分子链中引入了亲水的离子基团,使WPU的性能存在许多不足,限制了WPU的进一步应用。本论文在交联改性的基础上,利用多种物质的优势协同效应设计合成了具有多重改性的水性聚氨酯,解决WPU在耐水性、耐热性和机械性能上的不足,并将改性WPU配制成水性涂料在不锈钢板上测试了其应用性能。本论文工作分为以下三部分:（1）以聚四氢呋喃醚二醇（PTMG）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）为原料,三羟甲基丙烷（TMP）为内交联剂,2,2-二羟甲基丙酸（DMPA）为亲水扩链剂,1,4-丁二醇（BDO）为小分子扩链剂,乙二胺为后扩链剂,系统探究了R值和DMPA含量对水性聚氨酯性能的影响。研究发现,随着R值的增加,WPU乳液的粒径增加,胶膜的玻璃化转变温度（Tg）、耐热性、附着性能和断裂伸长率降低;WPU胶膜的拉伸强度先增加后降低。DMPA含量的增加会使PU预聚体在水中分散更容易,但是过高的DMPA含量会对WPU的附着性能产生负面影响。当R值为1.3,DMPA用量为5 wt%时,制备的水性聚氨酯乳液综合性能较好。（2）在具有内交联结构的WPU分子链中引入羟甲基聚二甲氧基硅烷（PDMS）,制备了PDMS和交联双重改性的水性聚氨酯（SiWPU）,并在乳液固化成膜过程中使用水性聚碳化二亚胺作为外交联剂来进一步提高固化膜的交联度。随着PDMS含量的增加,SiWPU乳液的粒径增加,胶膜水接触角从74.5增加到94.5°,胶膜的Tg和透明度下降。随着交联度的增加,胶膜的结晶度降低,耐水性和拉伸强度先增加后降低。过高的交联度会导致SiWPU的微相分离程度增加,对胶膜的性能产生负面影响。以SiWPU为基体树脂配置成水性涂料,加入SK-400后涂膜的硬度从H提高到2H,光泽度从71.9 Gu降低到20.9 Gu。（3）以疏水SiO2作为改性剂,通过原位掺杂制备出一系列含聚硅氧烷水性聚氨酯（PWPU）/疏水SiO2复合乳液。TEM、DLS和SEM测试发现,疏水SiO2含量的增加,PWPU乳胶粒子之间会发生粘连,复合乳液的粒径分布变宽且呈双峰分布,乳液的稳定性降低,疏水SiO2含量在3 w%以下时其在PWPU基体中分散良好;复合材料的耐热性、柔韧性、耐水性和力学性能都随着疏水SiO2的掺入而得到提高。以复合乳液作为基体树脂配置的水性清漆在不锈钢表面的附着强度和硬度分别达到5B和2H。这些结果表明通过原位掺杂疏水二氧化硅来提高水性聚氨酯的耐水性、耐热性、硬度、附着性能和力学性能是一种有效的方式。