聚氨酯涂料配方设计原理及技巧
水性聚氨酯涂料的合成
水性聚氨酯涂料的合成原理
水性聚氨酯涂料是一种能够在水中实现聚合反应而成的有机涂料，其核心原理为：使用形式为2-氨基乙烷(AA)、硬脂酸(HA)和聚氨酯(PU)的单体，利用活性水作为介质，以及由硬化剂产生的离子力与单体之间形成的弱离子交互作用，使各单体之间发生聚合反应。
聚合反应的具体过程如下：
1、聚氨酯的单体，如2-氨基乙烷、硬脂酸和聚氨酯，各自产生不同的离子，将其在活性水中混合，使其形成弱离子交互作用，使单体之间发生聚合反应。
2、在此过程中，水会吸收周围的气体，形成空气团，使得涂料表面获得不同程度的光泽和细节，实现不同的装饰效果。
3、硬化剂的反应速度较快，在聚合反应的过程中，不断释放出大量热量，使涂料在迅速凝固，形成牢固的保护膜，有效防止被污染。
4、最后，涂料中的水会被完全蒸发掉，形成牢固的保护膜，有效避免污染物侵入，实现长久耐用的装饰效果。
丙烯酸聚氨酯涂料配比
丙烯酸聚氨酯涂料配比丙烯酸聚氨酯涂料是一种广泛应用于建筑装修和工业制造领域的涂料，它具有良好的耐候性、耐磨性和耐化学品性能。
配比丙烯酸聚氨酯涂料是确保其性能稳定和涂层质量的重要步骤。
本文将介绍丙烯酸聚氨酯涂料的配比原则和步骤。
一、配比原则丙烯酸聚氨酯涂料的配比原则主要包括涂料的固体份、溶剂份、填料份和助剂份等。
1.固体份：丙烯酸聚氨酯涂料的固体份通常由主剂和固化剂组成。
主剂是指聚合物固体树脂，固化剂是指用于交联聚氨酯树脂的固体或者液体物质。
固体份的配比要根据所需的涂层性能来确定，一般按重量比例计算。
2.溶剂份：溶剂主要用于调整涂料的粘度、干燥速度和涂料的流变性能。
不同的溶剂对涂料的性能有不同的影响，所以在配比时需要根据涂料的使用环境和所需效果来选择合适的溶剂，并根据实际需要进行配比。
3.填料份：填料主要用于增加涂层的硬度、耐磨性和耐化学品性能。
常用的填料有二氧化硅、碳酸钙和钛白粉等。
填料的配比主要根据涂料的用途和性能要求进行确定。
4.助剂份：助剂包括流平剂、防沉剂、增粘剂、消泡剂等，它们主要用于改善涂料的加工性能和使用性能。
助剂的配比要根据涂料的使用要求来确定。
二、配比步骤1.确定所需涂料性能：根据涂料的使用要求，确定所需涂料的性能参数，包括固体份的含量、颜色、光泽度、耐候性和耐化学性能等。
2.选择主剂和固化剂：根据所需涂料的性能和使用要求，选择合适的主剂和固化剂。
主剂的选择要考虑到聚合物的种类、固化剂的选择要考虑到交联剂的种类和固化条件。
3.确定溶剂的类型和比例：根据所需涂料的粘度、干燥时间和流变性能来选择合适的溶剂，并根据实验室测试结果来确定溶剂的比例。
4.选择填料种类和比例：根据涂料的使用要求，选择合适的填料种类和填料比例，以提高涂层的硬度、耐磨性和耐化学性能。
5.选择助剂种类和比例：根据涂料的使用要求选择合适的助剂种类和比例，以改善涂料的加工性能和使用性能。
6.进行试验配比：根据以上步骤得到的涂料配方，进行试验配比。
水性聚氨酯的制备及改性方法
水性聚氨酯的制备及改性方法1.原料准备：制备水性聚氨酯的主要原料包括聚醚、聚酯、异氰酸酯、链延长剂、分散剂和稳定剂等。
聚醚和聚酯可以通过聚合反应得到，异氰酸酯则可以通过对二异氰酸酯与胺类化合物的反应制备得到。
2.排列反应：将原料按照一定的配方比例加入反应釜中，首先进行排列反应。
排列反应是将异氰酸酯与聚醚或聚酯进行反应，生成预聚体。
在反应过程中，需要添加催化剂来促进反应的进行。
3.中和反应：排列反应后，需要进行中和反应。
在中和反应中，将异氰酸酯和胺类化合物进行反应，生成水性聚氨酯。
中和反应是将异氰酸酯中的异氰基与胺类化合物中的氨基进行化学反应，生成封链所需的尿素键。
中和反应需要在适当的温度下进行，并添加催化剂来加速反应的进行。
4.分散：在中和反应完成后，需要将生成的聚氨酯溶液分散到水中。
可以通过机械剪切、超声波分散等方法将聚氨酯溶液细分散于水中，形成稳定的水性聚氨酯分散体系。
在分散过程中，可以添加适量的分散剂和稳定剂，以提高分散体系的稳定性。
5.改性：(1)添加改性剂：可以向水性聚氨酯中添加改性剂，如增塑剂、助剂等，以调节聚合物的性能。
(2)添加交联剂：可以向水性聚氨酯中添加交联剂，如异氰酸酯交联剂、聚醚二异氰酸酯交联剂等，以提高聚合物的耐磨性和耐化学性。
(3)添加填充剂：可以向水性聚氨酯中添加填充剂，如无机填料、有机填料等，以改善聚合物的机械性能和耐热性能。
(4)进行交联反应：可以通过热固化或紫外固化等方法对水性聚氨酯进行交联反应，以提高聚合物的耐磨性和耐化学性。
6.应用：改性后的水性聚氨酯可用于涂料、胶黏剂、纺织品、皮革等领域。
在涂料领域，水性聚氨酯因其环保性能和优良的耐化学性能，逐渐取代传统的有机溶剂型聚氨酯涂料。
在胶黏剂领域，水性聚氨酯因其良好的粘接性能和耐候性，被广泛应用于胶水、胶带等产品中。
总之，水性聚氨酯的制备和改性方法主要包括原料准备、排列反应、中和反应、分散和改性等步骤。
通过选择合适的原料和改性方法，可以获得具有良好性能的水性聚氨酯产品，满足不同领域的应用需求。
潮气固化聚氨酯涂料
潮气固化聚氨酯涂料潮气固化聚氨酯涂料的原理是利用空气中的水和含异氰酸酯基团的预聚物反应成膜，其特点是使用方便，可在室温固化，而且漆膜耐磨性优于双组分聚氨酯漆。
制备方法有两种：1.用分子量较大的聚酯或聚醚与二异氰酸酯反应，NCO/OH≥2，即把原有较复杂的大分子用异氰酸酯封端。
2.将二异氰酸酯与分子量较低的二元或三元的聚醚反应，NCO/OH＜2，一般在1.2~1.8之间。
就是说，由于NCO/OH＜2，在以异氰酸酯封端的同时，使预聚物的分子量提高，聚醚链段中嵌入氨酯键，提高机械强度，并保证迅速干燥。
三、封闭型聚氨酯漆封闭型聚氨酯漆的成膜物质与双组分聚氨酯漆相似，是由多异氰酸酯及多羟基树脂两部分组成。
所不同之处是多异氰酸酯已被苯酚或其他单官能的含活泼氢原子的物质所封闭，因此两部分可以合装而不反应，成为单组分涂料，具有极良好的贮存稳定性。
苯酚封闭：C OR-N R-NH-C-O+HOO已内酰胺封闭：C OR-N+OCH2-CH2CH2-CH2-CH2CHNOCH2-CH2CH2-CH2-CH2CNR-NH-C-O丙二酸酯封闭：C OR-N+R-NH-C-OCH2COOR'COOR'CHCOOR'COOR'在加温下则氨酯键裂解生成异氰酸酯，再与多羟基树脂反应而成膜。
R-NH-COOC6H5C ORN+C6H5OH因此封闭型聚氨酯漆的成膜就是利用不同结构的氨酯键的热稳定性的差异，以较稳定的氨酯键来取代较弱的氨酯键。
苯酚封闭的异氰酸酯用于电线烘漆，固化温度要在175℃以上。
表7.2HDI封闭氨酯化合物的裂解温度封闭剂裂解温度，℃封闭剂裂解温度，℃已内酰胺160 邻苯二酚160 苯酚160 丙二酸二乙酯130~140 间硝基苯酚130 乙酰丙酮140~150 对氯苯酚130 乙酰醋酸乙酯140~150裂解温度受下列因素影响：1.异氰酸酯的电负性大，则温度下降；2.封闭剂的电负性大，则温度下降；3.催化剂，如二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、叔胺或钙、锶的羧酸盐均能降低裂解温度。
聚氨酯漆的生产工艺过程
聚氨酯漆的生产工艺过程聚氨酯漆是异氰酸酯基团与羟基类化合物的羟基反应，聚合生成大分子长链化合物；环氧涂料成膜物是环氧树脂与胺类化合物发生交联反应，聚合生成大分子长链化合物。
配方的具体合成步骤如下：1.将漆酚、糠醛加入反应釜中搅拌，然后加入氨水，升温至98摄氏度，回流反应40~60min；2.真空脱水至溶液呈透明色为止，温度小于等于65摄氏度；3.降温至40~50摄氏度，加二甲苯配成50%溶液，黏度控制在20s左右，备用；聚氨酯漆反应配方的具体步骤：1.将环氧树脂用二甲苯、丁醇加热溶解，回流30min，加入H3POS接触剂，在80~90摄氏度反应30min；2.降温至40~50摄氏度，滴加钛酸四丁酯。
聚氨酯漆的生产工艺过程：1.取石棉纤维、海泡石纤维和1/5快速渗透剂进行混合，实现开棉；2.在化学开棉物质中加1/4热水进行浸泡静置10~20h；3.静置后进行正反搅拌各40min；4.取1/5热水，1/10快速渗透剂及膨润土、水玻璃和有机硅进行混合，制备负离子悬浮液。
所制备的负离子悬浮液进行正反搅拌，时间为20~40min；5.将化学开棉和制备负离子悬浮液加速余下的热水和其它组分进行综合强制搅拌，时间40~70min；6.测定容重为0.75，PH值为8即可；7.包装。
聚氨酯保温的生产过程分哪几个步骤？总体说来聚氨酯保温生产过程大致可分三个阶段：反应阶段、脱水阶段、后处理阶段，具体说明如下：一、反应阶段1、物料先在微碱性介质中主要进行羟甲基化反应，反应到一定程度后，再转入微酸性介质中进行缩聚和醚化反应。
由于在碱性阶段形成的羟甲基化合物较稳定，转入醚化反阶段后也较平稳，所以生产过程较易控制。
2、树脂在反应过程中不区分碱性和酸性两个阶段，而是将各种原料投入后，在微酸性介质中同时进行羟甲基反应，醚化反应和缩聚反应。
本法工艺简单，但必须严格控制pH值，使三种反应平衡地进行，达到规定的反应程度。
二、脱水阶段1、分水法定义上讲就是蒸馏脱水前先将反应体系中部分水分离出去的方法。
水性聚氨酯防水涂料配方的设计
水性聚氨酯防水涂料配方的设计聚氨酯防水涂料是一种新型高分子防水材料，它以优异的性能在建筑防水材料中占据重要的地位。
聚氨酯防水涂料是有-NCO的聚氨酯预聚体和含有-OH或者-NH2的固化剂以及其他助剂的混合物按照一定比例混合所形成的一种反应型涂膜防水材料。
1、多元醇的选择在不影响力学性能和机械强度的基础上，聚醚型由于醚键不易水解，耐水性远比聚酯型好。
但相比于聚酯型聚氨酯，聚醚型聚氨酯的强度和粘结力要差，而四氢呋喃醚二醇等聚醚型聚氨酯机械强度和耐水性均较好。
2、异氰酸根指数NCO过量值R值不易过大，因为会使体系中的-NCO过多，使得体系在乳化时产生大量的脲基，体系易发白，且不易储存，R过小则会造成分子量过大，造成反应难以控制，所以R值控制在1.1-1.2之间比较合适。
3、亲水扩链剂直接影响水性聚氨酯涂料的耐水性，通常亲水扩链剂的含量越高，预聚体在水中分散的效果越好，得到的乳液越透明产品的稳定性越好，但耐水性越差。
所以在水性聚氨酯防水涂料的合成过程中应该严格控制其含量，根据产品的要求在保证其稳定性和乳液状态的前提下，尽量减少亲水扩链剂的加入量，一般控制在2-5%。
4、交联剂主要在于通过提高聚氨酯体系的交联密度，有效阻止水分子对聚氨酯结构的分解，可以显著增加水性聚氨酯胶膜的耐水性。
但是交联度过大会使得体系内聚能急剧增加，会使胶膜开裂，同时也会造成预聚体黏度较大，难以乳化。
通常交联剂的加入量在2%左右。
5、中和剂以阴离子为例，选择挥发性的中和剂，如氨水、三乙胺等，其在成膜过程中会随着水分的挥发而挥发，相比于氢氧化钠等非挥发性的中和剂，会造成胶膜体系中残留较多的-COO-，其胶膜的耐水性也明显表现出较好。
6、有机硅、有机氟改性目前常用的有机硅是聚硅氧烷系列，硅氧烷链段在表面富集，能降低表面的极性，增大表面憎水性，有效改变了材料的表面张力；将氟单体或者聚合物引入到水性聚氨酯中，可使聚氨酯具有优异的耐热性、耐氧化性、耐水性、耐化学溶剂性等，同时含氟链段可在材料表面富集，可以使有机氟功能材料表面富集，可以降低表面能，大幅度改善水性聚氨酯胶膜的表面性能，提高涂料的品质。
水性聚氨酯涂料的配方
水性聚氨酯涂料的配方
引言
水性聚氨酯涂料具有环保、耐候性好、施工方便等优点，因此在建筑、汽车、家具等领域得到广泛应用。
本文将介绍一种常见的水性聚氨酯涂料的配方，以供参考。
配方材料
以下是制作水性聚氨酯涂料所需的主要材料：
1. 聚氨酯树脂：负责提供涂料的强度和耐候性，可根据需要选择不同牌号和型号的聚氨酯树脂。
2. 溶剂：用于调节涂料的粘度和干燥速度，常见的溶剂有水、醇类和酮类。
3. 交联剂：用于促进聚氨酯树脂的固化和硬化，提高涂料的耐磨性和耐化学品性能。
4. 填料：可根据需要添加适量的填料，如硅酸盐和纳米颗粒，用于改善涂料的性能和增加涂层的厚度。
5. 助剂：用于改善涂料的流动性、抗沉降性和分散性，例如分散剂、稳定剂等。
配方步骤
以下是制作水性聚氨酯涂料的一般步骤：
1. 根据配方比例将聚氨酯树脂和溶剂混合，并充分搅拌均匀，直至溶解。
2. 将交联剂逐步加入混合物中，并搅拌均匀，以促进固化和硬化反应。
3. 根据需要，逐步加入填料，并边加入边搅拌均匀，确保填料均匀分散在涂料中。
4. 最后，添加助剂以改善涂料的流动性和稳定性，充分搅拌均匀。
总结
水性聚氨酯涂料的配方包括聚氨酯树脂、溶剂、交联剂、填料和助剂。
通过合理调配这些材料，并按照一定步骤混合搅拌，可以
制备出具有优异性能的水性聚氨酯涂料。
具体的配方比例和工艺参数应根据具体的应用场景和要求来确定。
单组份聚氨酯涂料成分分析-聚氨酯涂料配方设计及生产工艺
单组份聚氨酯涂料成分，配方设计原理及生产工艺导读：本文详细介绍了单组份聚氨酯涂料的研究背景，技术，参考配方等，本文中的配方数据经过修改，如需更详细资料，可咨询我们的技术工程师。
聚氨酯又称聚氨基甲酸酯，在涂料方面是目前综合性能较好的品种之一，已获得了广泛的应用。
禾川化学专业从事单组份聚氨酯涂料成分分析、配方还原、研发外包服务，为涂料相关企业提供一整套配方技术解决方案。
一．背景聚氨酯又称聚氨基甲酸酯，分子结构中含有相当数量的氨基甲酸酯以及脲、醚、酯等基团，具有耐磨、耐油、耐酸碱、耐水以及耐化学药品等优异性能。
聚氨酯广泛应用于胶粘剂、涂料、弹性体、泡沫塑料等诸多领域。
在涂料方面是目前综合性能较好的品种之一，已获得了广泛的应用；其中单组分聚氨酯防水涂料具有不易挥发、利于环保、生产简单及使用方便等特点，其市场需求量日益增多.聚氨酯树脂涂料防水和力学性能优异，固化后涂膜具有耐磨性、耐腐蚀性、耐候性良好以及硬度大、弹性高等优点，因此在交通、建筑、家用电器、仪器仪表、木器家俱、涂料、胶粘剂、弹性体、泡沫材料、皮革制品、金属及塑料制品等多个领域得到了广泛的应用。
聚氨酯树脂涂料可分为双组分与单组分两种，单组分聚氨酯涂料则省去了施工前的配料工序，不会发生计量差错，使用操作简便。
禾川化学是一家专业从事精细化学品以及高分子分析、研发的公司，具有丰富的分析研发经验，经过多年的技术积累，可以运用尖端的科学仪器、完善的标准图谱库、强大原材料库，彻底解决众多化工企业生产研发过程中遇到的难题，利用其八大服务优势，最终实现企业产品性能改进及新产品研发。
样品分析检测流程：样品确认—物理表征前处理—大型仪器分析—工程师解谱—分析结果验证—后续技术服务。
有任何配方技术难题，可即刻联系禾川化学技术团队，我们将为企业提供一站式配方技术解决方案！二．单组份聚氨酯涂料配方技术2.1单组份聚氨酯涂料影响因素2.1.1预聚反应温度和时间理论上预聚体反应温度超过100℃时，体系中会有脲键生成，改变预聚体的结构，最终影响产品质量。
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丛树枫 中海油常州涂料化工研究院
1 聚氨酯涂料概述
定义：以聚氨酯树脂作为主要成膜物质， 再配以颜、填料、溶剂、催化剂及其他辅 助材料等所组成的涂料，统称聚氨酯涂料。
聚氨酯树脂的大分子结构中含有重复的氨
基甲酸链节，即：
HO NCO
R ，全称是聚氨
基甲酸酯树脂，简称聚氨酯。
1.1 聚氨酯涂料的特点和分类
HH
（取代脲基）
（c）R—NCO+酸反应：
R NCO + R' COOH
R NHCOR' + CO2
（d）—NCO的三聚反应
O
3 R'
催化 剂
NCO
R'
N C N R''
OC CO N
R'
（e）形成脲基甲酸酯的缩二脲反应：
R NCO + RNHCOOR'
CONHR RNCOOR'
R NCO + RNHCONHR
聚氨酯改性油涂料（单组分） 湿固化聚氨酯涂料（单组分） 封闭性聚氨酯涂料（单组分） 催化固化涂料（双组分） 羟基固化型聚氨酯涂料（双组分）
1.2 聚氨酯涂料的化学基础
异氰酸酯的反应活性
在有机异氰酸酯化合物中，含有高度不饱和
和双键的异氰酸酯基团：—NCO，结构式
为—N=C=O，化学活性高，其电子共振结
醇酸树脂、各类纤维素酯等反应制备涂料。
- +-
R N C O +R' OH
[R N C OH] OR'
H
H
R N C O + R NCO R N C O
OR'
R N C OR'
HO
（氨基甲酸酯）（脲基甲酸酯）
异氰酸酯与水反应
第一步
R N C O + H2O
第二步 HO 分解 R N C OH
第三步
O OH R' C O C N R
OH
R' C N R + CO2
-NCO
（混合酸酐）
OR
H
R' C N C N R
O
（酰基脲）
异氰酸酯的二聚和三聚反应
芳香族的异氰酸酯易自聚生成二聚体。在没有催 化剂存在下，2,4-TDI形成的二聚体，在150℃开始
分解，175℃全分解，所以这种二聚反应是可逆的：
R NH2 + NCO R
HO R N C OH
（氨基甲酸）
+ R NH2 CO2
HOH RNCNR
（取代脲基）
异氰酸酯和胺反应
R N C O + H2N R'
HOH R N C N R'
（脲）
取代脲N原子上的H还会继续与R—NCO 反应生成二脲、三脲等。
异氰酸酯与羧酸反应
O
R' C OH + O C N R
构为：
- + .. R N.. C O..
..
..
R N C O..
.. + .-. R N C O..
（1）从N（1s22s22p3）、C（1s22s22p2）
和O（1s22s22p4）电子结构看，它们获得电
子能力显然是O>N>C
（2）从N、C、O电负性及形成共价键能 看：O(3.5)>N(3.0)>C(2.5)；三元素在 NCO中形成共价键的键能看：C=O （733kJ），C=N（553kJ）
取代基R反应活性： R可为芳基、芳烷基、脂环基等
O2N
＞
＞ CH3
＞
＞烷基
＞
CH2
（4）羟基化合物分子结构对反应活性的影响
羟基化合物中的取代基R性质不同，对活 性反应影响也不一样；R若为供电子，使其 NCO电子云密度增大，则反应快；R若为吸 电子基，则会降低NCO中的电子云密度，则 反应活性低。活泼氢化合物与NCO反应活性 顺序如下：
R—N=C=O+H—A（亲核试剂：胺类、酚 类、醇类、水、羧酸以及活性亚甲基化合
物）
-+
-
[ R N C O]
R N CO
H-A
HA
（3）异氰酸酯的活性与异氰酸酯结构有关
CH3 NCO
CH3
OCN
NCO
NCO 2,4-TDI
2,6-TDI
常温下2,4-TDI活性>2,6-TDI，而NCO的位置不
同，其活性也不一样。2,4-TDI，对位NCO>邻位 8~10倍。常温时，2,4-TDI易反应，而2,6-TDI则稳 定，直到100℃时两者反应性相近。
CH2NH2>C6H5NH2>CH3CH2OH>CH3OH >C6H5OH>CH3CH
（5）催化剂对异氰酸酯反应活性影响
催化剂的作用是降低反应活化能，加 快反应速度，控制副反应。
常用的催化剂有：
叔胺类：甲基二乙醇胺、二甲基乙醇胺、三亚 乙基二胺、N,N—二甲基环己胺，N—甲基吗 啉等
有机磷：三丁基磷、三乙基磷
2 Ar NCO
O
C Ar N N Ar
C
O
聚氨酯涂料配方计算中常用原料的 当量计算
羟基含量的表示方法有以下3种：
羟基含量的质量分数，即指每100g多羟 基化合物中含有多少g质量的—OH基，每 一个羟基（—OH）等于17。 羟基当量，即指含有1mol（或当量）的 羟基其该含羟基化合物的质量数。
羟基值或羟值，即表示每一克含羟基化合 物酯化时所需羧酸相当于KOH毫克数来表 示，单位mgKOH/g。
在聚氨酯涂料所形成的漆膜中，含有大量的 氨酯键，以及酯键、醚键、缩二脲键脲基甲 酸酯键、异氰脲酸酯键和油脂中的不饱和键。 在大分子之间尚存在氢键。
O
NC O
NC O
H O
OCN
HO OH OC N
H
（非环氢键）
（环形氢键）
聚氨酯涂料兼具保护和装饰性能
优良的耐化学药品性
附着力强
能和多种树脂品种混溶，涂膜的韧性可根据 需要调节
（f）氨酯键的裂解：
RNHCONR
CONHR
（缩二脲反应）
RNHCOOR'
RNCO + R'OH
异氰酸酯与含羟基化合物反应
常用的多异氰酸酯单体TDI、MDI、HDI、 IPDI、XDI及PAPI等，而含羟基化合物有甘 油、三羟甲基丙烷、季戊四醇、一缩乙二醇、
新戊二醇等低碳醇，同时还和含羟基的丙烯
酸树脂、环氧树脂、有机硅树脂、氟树脂、
金属化合物：二月桂酸二丁基锡、二醋酸二丁 基锡、辛酸亚锡、环烷酸锌、环烷酸铅和环烷 酸钴等。
常用于催化固化聚氨酯涂料反应： （a）—NCO与—OH反应：
Ar NCO + R' OH
（b）—NCO+H2O：
Ar N COOR' H
R NCO + H2O
R NH2 + R NCO
+ R NH2
CO2
O RNCNR
成膜温度可高可低，可在0℃及零下施工， 施工节能
电绝缘性能强，可直接焊锡
可制成各种形式状态的涂料：溶剂型、液态 无溶剂、粉末、水性单罐装、双罐装等
按包装分：单罐装（单组分）、双罐装（双 组分）、三罐装（三组分）
按介质形态分：溶剂型、无溶剂型、高固体 型、水分散型、粉末型等
按涂料固化方式分：常温固化型（自干型）、 热固性（烘烤型） 一般习惯上采用美国ASTM分类：