水性聚氨酯的硬段由活性二異氰酸酯基團單獨或與伸鏈延長劑一起組成，其中存在一些強極性基團，如氨基甲酸酯、芳基或取代尿素基團。一般來說，聚合物的高溫性能和軟化熔化溫度取決于硬段。
首先，由于異氰酸酯的結構極大地影響硬鏈段的剛性，看來水性氰酸酯的種類極大地影響聚氨酯材料的性能。 如果硬鏈段結構由芳族異氰酸酯組成，則其剛性強且難以改變其構象，因此當由剛性芳環形成水性聚氨酯的聚氨酯時，PU可具有強的內聚力。 由對稱二異氰酸酯基團形成的水性聚氨酯的分子結構更有序，形成的氫鍵更好，因此與由不對稱二異氰酸酯(TDI)制備的水性聚氨酯相比，4，4-MDI制備的聚氨酯的撕裂強度、內聚力和模量都更好。 通常，硬鏈段由剛性芳環組成，且內聚強度大于由脂族異氰酸酯類型組成硬鏈段的內聚強度，使得所制備的聚氨酯材料也很強。 然而，存在相對容易發生變黃的缺點。 此外，水性聚氨酯材料的耐久性也在一定程度上受到異氰酸酯結構的影響，芳環上的氫難以氧化，并且比較了聚氨酯材料的抗氧化性。 芳族異氰酸酯的抗熱氧化性能優于脂族異氰酸酯聚氨酯。

此外，擴鏈劑對聚氨酯的性能也有一定的影響。在材料強度方面，在相同條件下，用脂肪族二元醇擴鏈劑制備的聚氨酯材料強度比用芳香族二元醇制備的聚氨酯材料強度要差。使用二胺擴鏈劑、聚氨酯和使用乙二醇作為聚氨酯鏈增長劑相比,具有更好的機械強度、附著力和模量,同時有一個更好的低溫性能,原因是二胺型鏈增長劑可以形成尿素關鍵,相對于氨酯鍵(NHCO -),尿素鍵(NHCONH -)引起的極性較強。