水性聚氨酯是一種以水為分散介質的高分子材料，具有優異的耐低溫性能、柔性、粘結強度和環保特性。其合成過程主要包括以下幾個步驟：
預聚。多異氰酸酯和大分子多元醇反應生成預聚體。
擴鏈。通過引入小分子擴鏈劑和親水擴鏈劑來增大水性聚氨酯分子量。
中和。引入的親水擴鏈劑被中和成鹽，使其能分散在水中。
乳化。成鹽的預聚體在水中分散形成穩定乳液。
水性聚氨酯的合成原料主要包括多異氰酸酯、大分子多元醇、親水擴鏈劑、中和劑、水，有時還會使用溶劑如丙酮來調節反應體系黏度。多異氰酸酯常用品種包括芳香族二異氰酸酯、脂肪族二異氰酸酯和脂環族二異氰酸酯等，其中脂肪族或脂環族的異氰酸酯原料可使聚氨酯具有更好的耐水解性和穩定性。大分子多元醇主要採用聚醚多元醇、聚酯多元醇等，這些多元醇的類型會影響聚氨酯的性能。
擴鏈劑分為小分子擴鏈劑和親水擴鏈劑，後者在引入親水性的同時增大分子量，常用的親水擴鏈劑包括二羥甲基丙酸、乙二氨基乙磺酸鈉等。中和劑如三乙胺、氨水等用於將羧基、磺酸基等基團反應形成聚合物鹽或離子基團，有助於提高穩定性和分散性。
水性聚氨酯的合成方法主要有預聚體法、丙酮法和熔融分散法等，其中預聚體法是最常用的方法之一，通過在水中分散含有親水基團的預聚體，並進行進一步的擴鏈反應來製備。