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以纺织织物为底基,聚氨酯为涂层的合成革已有80多年的发展历史,广泛应用于人们生活中的各个方面。以溶剂型聚氨酯为主要原料生产的传统聚氨酯合成革,存在有机溶剂挥发和污染的问题。采用环保水性和功能化改性材料制备高性能多功能涂层是现阶段合成革行业重点发展的高新技术。水性聚氨酯（WPU）以水为介质,具有无毒、绿色环保的优势,但WPU存在着力学性能差、耐磨性差、不耐水解等问题。作为碳纳米材料领域的新星,石墨烯（G）具有优异的力学性能和电学性能,可用于改善聚氨酯基体的力学性能、热稳定性、导电性能等,因此石墨烯改性水性聚氨酯成为科研工作者的研究热点,也是国家和行业可持续发展的需求。本课题基于“绿色环保”及提高产品附加值的理念,以生态功能化合成革涂层制备为出发点,围绕石墨烯、氧化石墨烯（GO）的功能化修饰及其对WPU的改性展开,构建一套可替代溶剂型聚氨酯的生态功能性涂层制备体系并研究成膜性能。整个研究涉及到WPU合成、GO的制备和功能化修饰、石墨烯/WPU复合材料、WPU干法和湿法凝固成膜机理等方面。课题重点研究内容有以下五个方面:（1）以PVP为分散助剂配制稳定的石墨烯水溶液,采用溶液共混的方法制备G/WPU3751、G/WPU6156复合乳液,并分别通过干法成膜和湿法凝固成膜,研究了成膜结构与性能之间的关系,阐明了石墨烯/水性聚氨酯干法、湿法成膜机理。实验结果表明:当石墨烯添加量为WPU3751质量的1.0%时,石墨烯均匀分散在WPU中,复合膜拉伸强度达到20.19 Mpa,较空白膜增加了43.9%,断裂伸长率为388%;表面电阻率达到5.05×106Ω,较空白膜降低了5个数量级;成膜吸水率降低,成膜耐磨性显著增加。当石墨烯用量为WPU6156的0.8%时,延缓了凝固,使其湿法凝固时间为67 min;湿法成膜总体上力学较低,但拉伸强度较空白膜提高了97.8%,断裂伸长率提高了84.5%,表面电阻率降低了4个数量级;复合膜具有良好的透气性、透水汽性。研究发现石墨烯的添加对WPU成膜微观结构有明显的影响,适量的石墨烯添加可以改善WPU的力学性能和电学性能,提高涂层的耐磨性。（2）以IPDI、聚醚二元醇、GO、HPAE为基础原料,以DMPA为亲水扩链剂,采用丙酮法合成出GO/HWPU,研究了GO用量对成膜性能影响。结果表明:采用改进的Hummers制得了层间距为0.83 nm、片层厚度为12nm的GO。FT-IR分析表明GO成功的接枝到了HWPU分子上;低含量GO可以在HWPU中较均匀的分散,没有聚集现象。当GO的含量超过0.8%后,开始出现团聚和凝胶。当GO添加量为0.6%时,复合材料的热性能有所提高;其成膜拉伸强度和断裂伸长率较纯HWPU膜分别提高了79.3%、28.7%;GO的添加对膜的吸水性影响不大;复合材料的体积电阻率为7.76×109Ω·cm,说明GO的加入可以降低聚氨酯的电绝缘性,但由于GO上面的含氧基团存在致使共轭结构遭到破坏,使其导电性变差,仅使得成膜达到抗静电效果。（3）采用2-氯乙基磺酸钠对氧化石墨烯进行改性,在GO上引入亲水性磺酸基,制备具有较好分散性的磺化改性石墨烯（SGO）;再以SGO为亲水性扩链剂原位法制备SGO/WPU复合材料并研究成膜性能。FT-IR和XPS证明了2-氯乙基磺酸钠与GO表面上环氧基反应,在GO表面引入-SO3-基团,XRD表明磺化改性破坏了GO的晶格结构,其结构的无序度增大,SEM、TEM和AFM验证得到SGO片层结构,并具有纳米级厚度。FT-IR分析表明SGO化学接枝到聚氨酯大分子中,TEM验证了SGO在WPU中均匀分散并保持纳米级的片层形态;XRD证明了SGO加入对聚氨酯的结晶度影响并不明显;TGA表明SGO加入有助于提高WPU耐热性。当SGO添加量为0.8%时,SGO/WPU复合膜抗张强度较空白膜提高46.5%;SGO的加入可以显著提高复合膜的耐磨性。SGO加入到WPU中,引入磺酸基,使得SGO/WPU有良好的自发泡效果可作为合成革发泡层树脂使用。（4）采用环氧氯丙烷对GO进行表面修饰,制备EPGO;再以WPU为基体树脂,以不同质量浓度的EPGO为纳米填料与WPU共混,制备高强耐磨的EPGO/WPU复合膜并研究成膜性能。实验结果表明:环氧氯丙烷跟GO上羧基反应在GO表面引入更多的环氧基团,XRD表明环氧改性破坏了GO的晶格结构,其结构的无序度增大,通过TEM验证了实验制得EPGO具有纳米级片层结构,但其厚度较GO有所增加。FT-IR分析表明EPGO与WPU分子上的羧基反应在WPU之间产生交联;XRD表明EPGO与聚氨酯两相界面充分键合,使改性石墨烯材料晶体排布更加完整,但因EPGO添加量较少,对聚氨酯结晶性的影响不显著;通过超景深显微镜对成膜微观结构观察,进一步验证了EPGO均匀分散在WPU中,利用自身大的面积尺寸以及利用环氧基与聚氨酯分子交联“焊接”在一起,使分子间呈现立体网状结构。（5）采用二乙烯三胺对氧化石墨烯进行表面修饰,在GO上引入氨基并对氧化石墨烯进行还原制备氨基功能化改性石墨烯（NGs）;以NGs为扩链剂与PUNCO反应,原位法制备NGs/WPU复合材料并研究其干法成膜性能。实验结果表明:FT-IR和XPS证明了二乙烯三胺与GO表面羧基反应后引入活泼的氨基,TEM验证了NGs具有纳米级片层结构,但其厚度较GO有所增加。通过超景深显微镜验证了NGs在WPU中均匀分散,NGs利用自身大的面积尺寸以及利用氨基与聚氨酯分子连接在一起,使分子间呈现立体网状结构,并步验证了NGs/WPU干法成膜过程和成膜机理。当NGs的添加量为0.9%时,复合膜的拉伸强度较空白膜提高了52.1%;复合膜静态接触角达到138.8°;体积电阻率为3.32×107Ω.cm;NGs的加入可以显著提高胶膜的疏水性和抗静电。NGs作为氨基扩链剂,原位接枝到水性聚氨酯大分子上,实现石墨烯和水性聚氨酯优势互补,赋予涂层材料特殊的耐摩擦、疏水、抗静电等高物性和功能性,全面提升织物涂层、合成革的等级。本论文工作在石墨烯及氧化石墨烯功能化修饰、功能化石墨烯/水性聚氨酯的制备及功能化涂层设计、水性聚氨酯干法和湿法凝固成膜机理等方面进行了相对系统的研究,并获得一些有意义的结果,对石墨烯的功能化修饰和水性聚氨酯/石墨烯复合材料的制备研究、推动生态功能性合成革生产技术的成熟、完善具有理论研究意义和实际应用价值。