随着时代的进步和社会的发展，环保问题越来越得到人们的普遍关注，环保型涂料在涂料领域所占比例也在大幅度上升。水性聚氨酯涂料与传统油性涂料相比，具有无毒、耐磨、耐温性、柔韧性好等特点，被广泛应用于涂料、胶粘剂等领域。但由于水性聚氨酯涂料的主要成分是含亲水基团的聚氨酯，故其涂膜遇水易溶胀、耐水性较差，从而限制了其在某些需要较高耐水性要求的场合的使用。

纳米SiO₂具有小尺寸效应和界面效应，将其加入到水性聚氨酯中，能提高水性聚氨酯材料的机械性能、耐水性、耐热性等性能。但是由于纳米SiO₂比表面积大、表面能高，且表面存在大量的羟基，使纳米二氧化硅表现出很强的亲水疏油特性，在有机体系中难浸润和分散，易团聚，直接添加到涂料当中很难发挥纳米二氧化硅的特性，影响填充效果。因此，为改善纳米SiO₂与基体物质的相容性和分散性，增强涂料的耐水性，可以对纳米SiO₂进行改性处理。近年来，国内外关于改性纳米SiO₂及其在水性聚氨酯涂料中的应用的研究屡见不鲜。

葛奉娟采用不同种类的醇酯改性纳米SiO₂表面，得出最佳工艺条件：选用碳链长度大于8的正烷醇，用量10%-15%，反应温度 225 ℃，反应时间 3 h。在此条件下，改性产品的疏水程度在 30%-40%之间，表现出很好的疏水性。

李莉等人对纳米SiO₂进行了TDI和PEG的接枝改性，并采用共混法制备了纳米改性水性聚氨酯乳液, 电镜观测表明改性后的纳米粒子在乳液中分散均匀, 无团聚现象。 纳米粒子改性后的水性聚氨酯乳液力学性能比未改性前得到改善和提高, 纳米粒子添加量为 0.5%时, 水性聚氨酯乳液的力学性能最佳, 同时吸水率降低了70%, 添加的纳米粒子对 290～400 nm的紫外光有吸收。

Zhang等通过功能化SiO₂纳米材料和UV固化的WPU形成交联结构，制得SiO₂-WPU复合材料，发现功能化SiO₂分子的嵌入，使SiO₂与WPU的相容性明显提高，当Ｗ（Si）=17.5%时，复合材料的乳胶粒子最稳定，复合膜的耐水性、耐热性等明显提高。

2. 研究的基本内容与方案

研究目标：通过对纳米SiO₂粒子进行改性处理，提高其疏水性以及在有机体系中的分散性；利用纳米SiO₂改性水性聚氨酯涂料，提高涂料的耐水性能。

基本内容：利用硅烷偶联剂改性纳米SiO₂颗粒，通过红外、亲油化度测试、活化率测定等方法进行表征，探究不同改性条件对纳米粒子疏水性和分散性的影响；利用二元醇分散法制备改性纳米SiO₂/水性聚氨酯复合涂料，通过吸水率测试、接触角测试等方法进行表征，并与不添加纳米粒子的水性聚氨酯涂料相对比，探究纳米SiO₂的添加量对复合涂料的耐水性的影响。

改性原理：硅烷偶联剂改性是一种常见的对纳米粒子进行表面改性的方法。它是一种双官能团物质，其一端可与纳米SiO₂粒子表面的羟基反应，形成稳定的Si-O-Si键，由此可将硅烷偶联剂分子接枝到纳米粒子表面，利用空间位阻效应，可有效阻止纳米粒子的团聚。并且通过接枝反应可减少纳米粒子表面的羟基数量，增强纳米粒子的疏水性。硅烷偶联剂的另一端可与聚合物单体发生物理和化学作用，在合成水性聚氨酯乳液的过程中将接枝改性后的纳米粒子添加进去，可以将纳米粒子引入到聚合物体系。另外，在将纳米粒子引入聚合物体系前，可以考虑利用再物理改性的方法，在添加纳米粒子前将其溶于某一单体中进一步分散，更好的实现其改性效果。