本发明提供了一种单组分聚氨酯改性环氧树脂乳液及其制备方法和应用，属于水性环氧树脂技术领域。本发明将水性聚氨酯通过共价键引入环氧树脂中，既增加了环氧树脂的韧性，又实现了环氧树脂的自乳化，形成亲水聚氨酯壳、环氧树脂核的核壳结构、丙烯酸封端的水性聚氨酯环氧乳液。水性聚氨酯环氧乳液中的丙烯酸端基和马来酸二烷基酯分别与烷基二胺进行迈克尔加成反应，将烷基二胺转化为烷基仲胺，形成仲胺基修饰的水性聚氨酯环氧乳液；随后，在水性聚氨酯环氧乳液粒子内部，仲氨基和环氧树脂进行开环加成反应，提高了环氧树脂的分子量，制备的单组分聚氨酯改性环氧树脂乳液无需加入环氧固化剂即可单独固化形成漆膜。