通常,水性聚氨酯的硬段是由二异氰酸酯和小分子二元醇或二元胺反应形成的,所以硬段实质上是低分子的水性聚氨酯或者聚脲,它们都含有很强的极性键一氨基甲酸酯基或者脲基,而不同种类的二异氰酸酯所制备的水性聚氨酯结构的氨基甲酸酯基和脲基的极性不同。水性聚氨酯材料的拉伸强度与二异氰酸酯的结构有很大的关系,芳香族的二异氰酸酯大于脂族的二异氰酸酯,而且芳环体积越大,强度越高。此外,具有对称结构的二异氰酸酯(如MDI）能赋予水性聚氨酯胶膜更高的拉伸强度和撕裂强度。

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从上图可以看出,采用MDI与N210和N220反应制备的水性聚氨酯胶膜的拉伸强度最大,MDI的结构非常规整,产生结构规整有序的相区结构能促进聚合物链段的结晶,所以对称性二异氰酸酯（MDI）制备的聚氨酯胶膜比不对称二异氰酸酯（TDI）具有更高的拉伸强度。与TDI相比,MDI结构中含有两个苯环,且结构对称,分子链的刚性较大,此外,两个苯环之间通过一个亚甲基相连,由于碳碳单键的内旋转增强了大分子链的空间旋转性,使得MDI制备的水性聚氨酯胶膜性能更为突出。IPDI和氢化MDI均为脂环族异氰酸酯,与芳香族的MDI和TDI相比,所制备的水性聚氨酯胶膜拉伸强度较低,而断裂伸长率较大。这可能是因为芳香族异氰酸酯制备的聚氨酯由于硬段含刚性的芳环,因而使其硬段内聚能增大,材料强度一般比脂肪族异氰酸酯型聚氨酯的大。其中,氢化MDI中的异氰酸根基团处于分子两端,整个氢化MDI分子结构对称,以其合成的水性聚氨酯的分子硬段结构较规整,结晶倾向明显,所以制得的水性聚氨酯胶膜拉伸强度较大。而IPDI链段比较柔软,水性聚氨酯胶膜拉伸强度较低，但其断裂伸长率较高。