水性聚氨酯（WPUs）在涂料技术、胶粘剂配方、纺织处理、印刷应用、建筑等领域得到了广泛应用，这得益于其环保特性（尤其是低挥发性有机化合物排放）、优异的机械性能以及加工性能。水性聚氨酯（WPU）的自乳化性能源于其分子骨架内含有丰富的亲水基团（如羧基）。然而，这些基团会损害材料的疏水性能，特别是限制了其在高湿度环境或需要更高防水性的应用中的实用性。此外，传统的WPU系统在热稳定性和基材附着力方面存在固有的局限性。这些关键的材料缺陷促使工业界迫切需要开发下一代WPU衍生品，以同时增强水性耐久性和保持机械完整性。

为了解决这些问题，研究人员通常会使用化学或物理改性方法。化学改性通过化学反应引入特定官能团来调节材料性能，但往往会导致乳液稳定性差和材料脆性大。物理改性则利用物理相互作用（如混合、填充、表面处理）来优化性能，然而成分不相容会阻碍机械性能和耐久性的整合。因此，通过分子结构设计实现动态性能平衡仍然是WPU研究中面临的一个关键挑战。

近年来，研究人员将含氟链段和硅酮引入水性聚氨酯中，以提高防水性。虽然这些氟化化合物有效地提高了防水性能，但它们的生物累积性和环境毒性引起了人们的极大关注，因此需要寻找更可持续的替代方案。硅烷偶联剂作为一种有前景的环保解决方案已经崭露头角。其两亲性结构能够桥联有机和无机材料，从而增强界面结合并提高材料性能。此外，水解生成的Si-OH网络有助于材料的疏水性，使硅烷偶联剂在众多领域得到广泛应用。然而，引入硅烷偶联剂往往会导致机械性能下降，从而在提高防水性能和机械性能之间进行权衡。因此，如何通过分子结构设计来解决这一挑战仍然是该领域中亟待解决的关键问题。

为应对传统石油基聚合物难以降解所引发的环境问题，生物基水性聚氨酯（WPUs）受到了广泛关注并实现了快速发展。研究人员越来越多地探索使用生物基多元醇，如蓖麻油和聚乳酸二醇，作为传统石油衍生多元醇的可持续替代品。

近期，郑州大学刘兴江团队通过分子结构设计和内部乳化法，成功制备了具有优异机械性能、疏水性和环保性的生物基水性聚氨酯。