聚氨酯(polyurethane，PU)是目前最有商业使用价值的聚合物之一，在工业生产和日常生活中有着广泛用途，如涂料、泡沫、胶黏剂、密封剂、合成革、薄膜和弹性体等。传统PU的主要原料都来源于石油，为了应对将来这些不可再生资源的逐渐枯竭，绿色可持续发展的原料是目前值得深入研究的重要课题。同时，传统PU的合成需要采用异氰酸酯作为原料——剧毒气体光气的衍生产物，对人体和环境均有危害。而且，异氰酸酯对水也十分敏感，容易在合成过程中产生气泡从而影响材料性质。因此，本文以可再生资源二聚酸为原料，分别采用固定化脂肪酶催化法和熔融法合成了非异氰酸酯聚氨酯(non-isocyanate polyurethane，NIPU)，并采用环氧树脂对其进行交联固化，得到了不同的杂化非异氰酸酯聚氨酯(hybrid non-isocyanate polyurethane，HNIPU)，研究了环氧值和仲胺数目对它们性质影响。然后，为了赋予材料更优异的性能，分别合成了含有改性MWCNTs(multiwalled carbon nanotubes)和MWCNTs-GNPs(Graphene nanoplatelets)混合物的复合材料，研究了复合材料性能。本论文的主要研究内容与结果摘要如下：
　　1.以二聚酸和碳酸甘油酯为原料，固定化脂肪酶Novozyme435作为催化剂，合成了二聚酸基环碳酸酯(dimer acid cyclocarbonate，DACC)。运用单因素分析优化了合成条件，得到的最适条件：碳酸甘油酯/二聚酸比例8.00，反应时间10h，酶浓度8wt%(循环使用两次)，反应温度50℃，分子筛添加量60wt%，摇床转速200rpm，乙腈溶剂。通过优化后，最大收率为76.00%，最低酸值为43.82mgKOH/g。然后，以DACC为原料与二元胺反应合成NIPU，对其进行热学性质分析可以发现，二元胺上的仲胺基团不会与环碳酸酯发生反应。
　　2.以DACC为原料，与二元胺、环氧树脂进行一步法反应，制备了HNIPU，并将其应用在涂料上，同时研究了不同仲胺数量的二元胺和不同环氧值的环氧树脂对HNIPU材料性质的影响。研究发现，以四乙烯五胺和环氧树脂E51为原料合成的HNIPU-4551具有最大的Tg和Td5%。HNIPU-2351的吸水率最低，为2.8%。这说明，对于一步法合成HNIPU，更大的环氧值与更高的仲胺基团含量有利于提升材料的热学性质，仲胺基团含量对材料的储能模量和铅笔硬度的影响比环氧值更大，材料的耐水性质主要受氨基甲酸酯密度的影响。
　　3.以二元胺和碳酸乙烯酯为原料合成了中间体二氨基甲酸二甲酯(Bis(hydroxyethyloxycarbonylamino)alkane，BHA)。然后，将BHA与二聚酸进行熔融反应，得到NIPU预聚物，用环氧树脂进行交联固化得到HNIPU。研究了仲胺数和环氧值对熔融法合成HNIPU各项性质的影响，发现BHA-4551-HNIPU具有最高的Tg和Td5%。同时发现，环氧值比仲胺数对交联程度的影响更大。
　　4.以MWCNTs为原料，合成并表征了四种不同的改性MWCNTs。随后将它们分别添加到HNIPU基底中，得到复合材料，探究不同改性MWCNTs对复合材料性质的影响。发现含有改性MWCNTs复合材料比含有未改性MWCNTs复合材料和纯HNIPU具有更优异的热学性能。MWCNTs-COOH-Au-HNIPU复合材料具有最高的Tg和Td5%。
　　5.表征了不同比例MWCNTs和GNPs混合物的分散情况和晶面状况。然后混合物分别添加到HNIPU中，得到五种复合材料。探究了不同MWCNTs和GNP混合物比例对HNIPU复合材料各项性能的影响。研究发现，单纯的MWCNTs和GNPs在HNIPU中的分散情况不如MWCNTs和GNPs混合物的好，纯MWCNTs改性的HNIPU的Td5%比纯GNPs改性的HNIPU的高了104.2℃，吸水率低了1.9%，这说明GNPs比例的增加则会削弱HNIPU的热稳定性能和耐水性。
　　综上，本研究以生物基原料二聚酸作为主要结构主体，通过生物酶催化法和无催化熔融法分别合成了NIPU，并用环氧树脂与其交联得到了具有交联网络结构的HNIPU，随后采用纳米材料对HNIPU改性，所得的复合材料的性质均有不同程度的提升，具有广阔的功能化涂料应用潜力。