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聚氨酯（Polyurethane,PU）是应用领域广,产品种类繁多的高分子材料之一,随着我国新《环保法》的颁布,加速了化工行业向绿色化学转型的步伐,水性聚氨酯（WPU）成为PU发展的重要方向;另一方面,我国近几年始终是石化类能源和资源的进口大国,为了应对和缓解以上的挑战,可以采用生物质资源合成或改性高分子材料,绿色植物的化学转化将是21世纪化学化工发展的重要分支。然而,WPU有些性能却不及溶剂型PU,针对WPU耐水性,热稳定性等方面的不足,化学交联改性可以有效的解决这些缺点。基于以上出发点和降低能耗、简化工艺流程、节省成本等考虑,直接用分子结构中含有羟基（-OH）的蓖麻油（Castor Oil,CO）合成WPU,研究了蓖麻油的用量对WPU外观、黏度、粒径分布、Zeta电位、机械稳定性、力学性能、接触角、吸水率、热稳定和耐寒性的影响。再以CO和聚碳酸酯二元醇（PCDL）为混合软段,采用单因素控制变量实验法研究了其他诸如亲水性扩链剂2,2-二羟甲基丙酸（DMPA）含量、异氰酸酯基（-NCO）与总的-OH的摩尔比值（R值）、软段含量等因素对WPU综合性能的影响。四官能度内交联剂三羟甲基氨基甲烷（THAM）可以显著的增强WPU的交联密度,完善其空间体型结构。研究分析表明,乳液粒子呈不规则的球形,平均粒径增大、粒径分布变宽,黏度、Zeta电位降低和机械稳定性下降;THAM结构上的氨基（-NH2）有利于WPU硬段间的氢键化程度;交联结构的增强使硬段热分解最大失重速率时的温度最高增加了20.3℃,同时,限制了软段的自由运动,导致胶膜柔顺性下降,耐低温性减弱,玻璃化转变温度Tg升高。生物质纳米材料具备高杨氏模量、可再生、生物可降解等优势,在高分子材料中添加极少量就能起到显著的效果。使用酸水解医用脱脂棉得到棒状的纤维素纳米晶（CNC）,初步优化了浓H2SO4水解脱脂棉的反应条件,制备的CNC结晶度指数为79.3%。然后改性WPU制备WPU/CNC纳米复合材料,CNC进一步增强了WPU的热稳定性能,同时随着CNC含量的增加,WPU/CNC复合材料中在2θ=22.6°和34.5°处归属于CNC的结晶衍射峰强度增加;CNC=1.0%时,WPU/CNC复合膜的拉伸强度,断裂伸长率和杨氏模量均有所提高。