传统溶剂型涂料会使用大量的挥发性有机物（VOC）作为溶剂和助剂,不仅会对环境和人体健康带来极大损害,也会消耗大量的化石资源,因此研发水性涂料是涂料工业的重点发展方向。水性有机硅涂料的应用不仅可以提升材料表面的硬度、耐腐蚀性能,而且以水作为溶剂可以极大减少VOC的排放,是一款绿色环保的涂料,具有广阔的应用前景。针对聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）表面硬度低、易擦伤和铝合金硬度低、易腐蚀等缺点,本文致力于以不同形貌、不同粒径的纳米二氧化硅溶胶为增强相,以有机硅氧烷单体为前驱体,通过溶胶-凝胶法制备一种能在这两种材料表面牢固附着、防护性能优异的水性有机硅高硬度涂层。主要研究内容如下:（1）探索水性有机硅涂层的基础制备工艺。以60 nm树枝状硅溶胶、甲基三甲氧基硅烷（MTMS）、丙基三甲氧基硅烷（PTMS）、KH-560为主要原料,通过研究不同配比和反应条件对涂层性能的影响,得到水性有机硅涂层的基本制备工艺为Si O2:MTMS:PTMS（质量比）=5:3:2,PTMS与溶剂异丙醇在硅溶胶中50℃预水解3 h,再加入MTMS和KH-560水解4 h。所制备的有机硅涂层在PMMA表面的铅笔硬度可达4H、附着力0级,稳定性为60天,将PMMA基材的表面硬度提高了3H。（2）在制备工艺的基础上,探究了不同粒径、不同形貌的硅溶胶对有机硅涂层性能的影响。研究结果表明小粒径的20 nm和55 nm球形硅溶胶制备的涂料储存稳定性和涂层性能较差,用80 nm球形硅溶胶制备的涂层在PMMA表面铅笔硬度可达4H、附着力1级;用40 nm树枝状硅溶胶所制备的涂层铅笔硬度较低,而用120 nm树枝状硅溶胶所制备的涂层发白。透光率测试表明,球形硅溶胶制备的涂层增透率约为2%,树枝状硅溶胶制备的涂层增透率约为3%,且在近紫外区也能保持良好的透光性。综合对比,用60 nm树枝状硅溶胶制备的涂层涂覆在PMMA表面的性能最佳。（3）研究了铝合金表面水性有机硅涂层。用80 nm球形硅溶胶所制备的铝合金表面涂层在Si O2:MTMS:PTMS（质量比）=5:3.5:1.5时铅笔硬度可达5H,附着力0级,增硬效果为4H;用60 nm树枝状硅溶胶制备的铝合金表面涂层在Si O2:MTMS:PTMS（质量比）=5:3:2时铅笔硬度可达4H,附着力0级,其耐冲击性能略优于球形硅溶胶,涂层均有优异的防腐性和耐热性能。