近年来,随着环境污染的加剧、生态环境的恶化,人们不得不重新审视经济发展与环境保护之间的关系。随着人们环保意识的增强及相关政策的出台,世界各国都在践行经济发展与环境保护协调发展的理念。在此背景下,安全、无毒,符合环保理念的水性涂料应运而生。水性聚氨酯作为水性涂料中的一种高级产品,具有耐化学品性、流平性好、漆膜硬而韧等优点,但其物理机械性能与传统溶剂型涂料相比仍存在一定差距。因此,人们寻求各种改性方法改善聚氨酯的综合性能,以扩大其应用范围。纳米纤维素具有质轻、可降解、可再生、生物相容等特点,又具有纳米特性,所以比表面积大,小尺度效应明显,化学反应活性高。此外,纳米纤维素的高长径比、高结晶度致使其具有高杨氏模量、高强度等特性,使得其在增强复合材料中有着潜在用途。本研究探索了用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物(TEMPO)预处理结合机械法制备纳米纤维素,并对其微观形态及化学成分等进行了表征;在此基础上,以制备的纳米纤维素作为增强体,分别用物理共混法和化学反应法制备出纳米纤维素改性聚氨酯乳液,探索了不同纳米纤维素添加量对漆膜物理机械性能的影响,确定了最佳添加比例。在最佳比例下,分别对两种方法制得的乳液和涂层进行了表征和性能测试,得出如下主要结论:(1)用TEMPO预氧化结合机械法制备出纳米纤维素,直径主要分布在20~40 nm之间,长径比大致为50~100。(2)以制备的纳米纤维素为增强体,用物理混合的方法制备出纳米复合材料乳液,探索了0.1 wt%、0.2 wt%、0.4 wt%的纳米纤维素添加量对改性漆膜性能的影响。结果表明,当纳米纤维素添加量为0.1 wt%时,改性漆膜法的综合性能最优。与未改性的水性聚氨酯漆膜相比,在不影响漆膜外观的前提下,硬度最高可提升6.9%,耐磨性最高提升10.9%,拉伸强度最高可提升39.5%;与此同时,附着力会略有降低,表干时间和实干时间也有所延长;耐水性、耐化学性、可打磨性并未有明显影响。对最佳添加比例下的复合乳液进行微观形态、化学成分等进行表征,结果表明,纳米纤维素在改性漆膜中的分散相对均匀,其对改性漆膜的晶型并未产生实质影响,改性漆膜的热稳定性没有明显改善。(3)以制备的纳米纤维素为增强体,用化学接枝的方法制备出纳米纤维素改性水性聚氨酯乳液,探索了0.1 wt%、0.2 wt%、0.4 wt%的纳米纤维素添加量对改性漆膜性能的影响。结果表明,当纳米纤维素添加量为0.1 wt%时,与未改性的水性聚氨酯漆膜相比,硬度最高可提升13.9%,耐磨性可提升1.3%,拉伸强度效果增强最明显,可提升58.7%;与此同时,附着力会略有降低,表干时间和实干时间有所延长;耐水性、耐化学性、可打磨性并未有明显影响。对最佳添加比例下的复合乳液的微观形态、化学成分等进行表征,结果表明,纳米纤维素在改性漆膜中的分散均匀性良好,改性漆膜的聚集态仍为无定型态,而改性漆膜的热稳定性没有明显改善。整体而言,纳米纤维素化学法改性水性聚氨酯的综合性能优于物理法改性水性聚氨酯的综合性能。