水性聚氨酯的硬段是由反應后的二異氰酸酯基團單獨或者與鏈伸長劑共同組成，其中存在一些強極性基團，比如氨基甲酸酯基、芳基或取代脲基等，一般情況下聚合物的高溫性能以及軟化熔融溫度取決于硬段。

首先，由于硬段的剛性受異氰酸酯的結構影響較大，所以表現(xiàn)為聚氨酯材料性能受異氰酸酯的種類影響較大。當硬段鏈結構由芳香族異氰酸酯組成時，其剛性較強，難以改變其構象，所以當水性聚氨酯的氨基甲酸酯建由剛性強的芳環(huán)生成時，PU可以具有較強內(nèi)聚力。對稱的二異氰酸酯基團形成的水性聚氨酯分子結構更排列有序，形成氫鍵更好，所以相對于不對稱的二異氰酸酯（TDI）制備的水性聚氨酯，由4,4-MDI制得的聚氨酯的撕裂強度、內(nèi)聚力以及模量等力學性能更優(yōu)異。一般由剛性芳環(huán)組成硬段，內(nèi)聚強度比硬段由脂肪族異氰酸酯型組成的的要大，所以制備的聚氨酯材料強度也大。但是存在比較容易產(chǎn)生黃變的缺點。另外，水性聚氨酯材料的耐久性也一定程度上受到異氰酸酯結構的影響，受芳環(huán)上的氫較難被氧化影響，聚氨酯材料的耐熱氧化性來比較，芳香族異氰酸酯的耐熱氧化性要比脂肪族異氰酸酯所制備的聚氨酯更良好。

此外，聚氨酯的性能也一定程度上受到鏈伸長劑的影響。在材料強度方面，同等條件下，使用脂肪族二元醇擴鏈劑的聚氨酯材料強度要差于使用芳環(huán)二元醇所制備的聚氨酯。使用二元胺鏈伸長劑的聚氨酯和使用二元醇作為鏈伸長劑的聚氨酯相比，具有更好的機械強度、黏附性以及模量，與此同時還有更好的低溫性能，原因就是二元胺型的鏈伸長劑能夠形成脲鍵，相對于氨酯鍵（-NHCO-），脲鍵（-NHCONH-）極性更強所致。