水性聚氨酯具有某些缺點，比如涂膜耐水性不好，硬度不高，機械強度不高等，需要加以改性。

水性改性聚氨酯涂料中最重要的是水性聚氨酯改性丙烯酸酯樹脂,將聚氨醋樹脂的韌性及彈性, 與丙烯酸醋良好的保色性、光穩定性、硬度及低成本綜合起來水性改性聚氨酯材料的主要進展是由原的物理混合改性發展為化學改性(稱之為“原位聚合法”) ,即丙烯酸酯先作為合成聚氨酯的溶劑,待分散到水中后再作為反應單體聚合。這樣能夠更好地提高改性材料的性能。目前將聚氨酯、聚丙烯酸進行共聚改性也是較為常用的改性方法。此外,在改性材料的種類上還有用聚氨酯改性環氧樹脂、改性聚醚以及改性醇酸樹脂等。環氧樹脂是一類具有良好粘接性、腐蝕、絕緣及改性的強度的熱固性高分子合成材料。

水性聚氨酯改性的主要方法有：

（1）有機硅改性

有機硅化合物分子結構中含有元素硅，是屬于有機、半無機結構的高分子化合物,它們兼具有機合物和無機化合物的特性。用有機硅改性聚氨酯以彌補水性聚氨酯耐水解性稍差的缺陷，使改性水性聚氨酯涂料表現出良好的憎水性、表面富集性、低溫柔順性和優良的生物相容性等。有機硅改性聚氨酯可以通過物理共混來進行，例如，利用水性聚氨酯和聚硅氧烷乳液進行物理共混改性。因此，有機硅改性聚氨酯最常用的方法是共聚改性。通過兩端帶有反應性官能團的聚硅氧烷低聚物(最常見的是聚二甲基硅氧烷PDMS，或部分甲基被取代后所得聚硅氧烷)與多異氰酸酯經逐步加成，聚合而制得嵌段共聚物。

（2）環氧樹脂改性

環氧樹脂為多羥基化合物，在與聚氨酯反應中可以將支化點引入聚氨酯主鏈，使之形成部分網狀結構而性能更為優異。通過環氧樹脂和聚氨酯的接枝反應，制得環氧改性聚氨酯乳液，用其配制水性環氧改性聚氨酯涂料，可以提高化學穩定性、耐腐蝕性和漆膜附著力。

（3）丙烯酸酯改性

丙烯酸酯與其他合成高分子樹脂相比，具有許多突出的優點。將丙烯酸和聚氨酯兩類聚合物在微觀狀態下制備得到的丙烯酸聚氨酯雜合水分散體，

可以獲得優勢互補性能。水性聚氨酯/丙烯酸酯復合乳液可以將聚氨酯較高的拉伸強度和抗沖強度、優異的耐磨性與丙烯酸酯樹脂良好的附著力、耐候性，較低的成本有機結合，制備出高固含量、低成本以及達到使用要求的水性樹脂。

（4）納米材料改性

納米材料具有表面效應、小尺寸效應、光學效應、量子尺寸效應、宏觀量子尺寸效應等特殊性質，可以使材料獲得新的功能。

（5）植物油改性

植物油是一種可再生資源，用植物油制備水性聚氨酯涂料可以進一步體現環保意識，用植物油合成的常溫交聯水性聚氨酯樹脂涂料不僅具有較好的耐候性,同時還具有水性涂料無污染的優點,是一種環境友好型涂料,既可作為水性內外墻涂料,也可作為木器裝飾涂料及織物印染涂料。 以氣干性植物油為基本原料,對其進行改性處理后將其植入半封端的PU分子鏈中,制得自乳化型單組分水性PU，該產品乳液穩定性好,漆膜力學性能優良。采用亞麻油與二乙醇胺經胺解反應生成亞麻油酰二乙醇胺中間體,以此中間體合成的水性PU涂料耐水、快干、強附著,無毒不燃、黏稠易控，是一種優良的環境友好型水性涂料。

（6）有機氟改性

用巰基乙醇作為鏈轉移劑，經自由基溶液聚合,合成端羥基含氟的丙烯酸酯類的端羥基大分子單體,進一步把端羥基含氟的丙烯酸酯類聚合物接到聚氨酯鏈段上，合成了含氟的水性聚氨酯分散體，測試結果表明，合成的含氟水性聚氨酯分散體的膜的表面氟形成富集。