CN104995272A - 多层压敏粘着剂 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种压敏粘着物品,其包含(a)衬底(Sa),(b)与所述衬底(Sa)接触的无增粘剂的组合物(Cb)的层(Lb),所述组合物包含一或多种Tg为-10℃或更低的丙烯酸聚合物(POLb),以及(c)与所述层(Lb)接触的含增粘剂的组合物(Cc)的层(Lc),所述组合物包含一或多种增粘剂和一或多种Tg为-10℃的烃聚合物(POLc)。本发明还提供一种粘合物品,其通过包含使衬底(Sd)与此类压敏粘着物品接触的方法制成,其中所述衬底(Sd)与所述层(Lc)接触。

Description

多层压敏粘着剂
背景技术
含有丙烯酸聚合物的压敏粘着剂(PSA)具有许多所要特征。举例来说,其一般具有比由许多其它材料制成的PSA好的耐化学试剂性和耐UV光性。通常需要提供与聚烯烃衬底良好粘合的PSA。还需要提供使用的增粘剂比先前使用的PSA中用的增粘剂少的PSA。需要显示与聚烯烃衬底良好粘着并且具有相对少量的增粘剂的含有丙烯酸聚合物的PSA。
US 6,183,862教示多层PSA,其含有面材、第一粘着层和PSA层。在US 6,183,862教示的PSA中,第一粘着层和PSA层都含有增粘剂。
发明内容
以下是本发明的陈述。
本发明的第一方面为压敏粘着物品,其包含
(a)衬底(Sa),
(b)与所述衬底(Sa)接触的无增粘剂的组合物(Cb)的层(Lb),所述组合物包含一或多种Tg为-10℃或更低的丙烯酸聚合物(POLb),以及
(c)与所述层(Lb)接触的含增粘剂的组合物(Cc)的层(Lc),所述组合物包含一或多种增粘剂和一或多种Tg为-10℃的烃聚合物(POLc)。
本发明的第二方面为粘合物品,其通过包含使衬底(Sd)与第一方面的物品接触的方法制成,其中所述衬底(Sd)与所述层(Lc)接触。
附图说明
图1为本发明的压敏粘着物品的竖直截面,其示出衬底(Sa)(1);无增粘剂的组合物(Cb)的层(Lb)(2),所述组合物含有一或多种Tg为-10℃或更低的丙烯酸聚合物(POLb);以及含增粘剂的组合物(Cc)的层(Lc)(3),所述组合物含有一或多种增粘剂和一或多种Tg为-10℃或更低的烃聚合物(POLc)。图1在任何意义上都不按比例绘制。举例来说,图1中所示的本发明的压敏粘着物品在水平方向上的尺寸可能比图1中所示的在垂直方向上的尺寸大1,000倍或更高。
图2(也不按比例绘制)描绘本发明的压敏粘着物品可能安置的优选用途。图2示出了层(Lc)(3)与额外衬底(Sd)(4)接触。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施方式。
如本文所用,除非上下文另作明确指示,否则以下术语具有所指定的定义。
当比率在本文中称为X:1或更大时,所述比率打算为Y:1,其中Y大于或等于X。举例来说,如果比率称为3:1或更大,那么所述比率可为3:1或5:1或100:1,但不可为2:1。类似地,当比率在本文称为W:1或更低时,所述比率打算为Z:1,其中Z小于或等于W。举例来说,如果比率称为15:1或更低,那么比率可为15:1或10:1或0.1:1,但不可为20:1。
如本文所用,动态力学分析(DMA)指的是1sec-1频率的线性粘弹性范围中的剪应力几何形状的测量值。DMA测量弹性模量(G')、损耗模量(G”)以及tanδ(G”除以G'的商,同义地称为“tan(δ)”)。示出tanδ随温度变化的曲线在本文中称为“tanδ曲线”。弹性模量在本文中以千帕斯卡(kPa)为单位报告。
材料的玻璃态转变温度(Tg)根据测试方法ASTM D7426-08(美国测试与材料学会(American Society of Testing and Materials),康舍霍肯(Conshohocken),宾夕法尼亚州(PA),美国(USA)),通过差示扫描热量测定使用中点法和每分钟10℃的温度扫描速率测定。
如本文所用,“聚合物”是由较小化学重复单元的反应产物组成的相对大的分子。聚合物可具有线性、分支链、星形、环形、超支化、交联或其组合的结构;聚合物可具有单个类型的重复单元(“均聚物”)或其可具有一种以上类型的重复单元(“共聚物”)。共聚物可具有随机配置、依序配置、嵌段配置、其它配置或其任何混合物或组合的不同类型的重复单元。
聚合物分子量可以通过标准方法,例如尺寸排阻色谱法(SEC,也称为凝胶渗透色谱法或GPC)来测量。聚合物具有1000或更大的重量平均分子量(Mw)。聚合物可具有极高的Mw;一些聚合物的Mw高于1,000,000;典型聚合物的Mw为1,000,000或更低。一些聚合物交联,并且认为交联的聚合物具有无限的Mn。
如本文所用,“聚合物的重量”意指聚合物的干重。
可以彼此反应形成聚合物的重复单元的分子在本文中称为“单体”。因此形成的重复单元在本文中称为单体的“聚合单元”。
乙烯基单体具有结构其中R1、R2、R3和R4独立地为氢、卤素、脂族基(例如烷基)、经取代的脂族基、芳香基、经取代的芳香基、另一经取代或未经取代的有机基团或其任何组合。
一些适合乙烯基单体包括例如苯乙烯、经取代的苯乙烯、二烯、乙烯、其它烯烃、二烯、乙烯衍生物以及其混合物。乙烯衍生物包括例如以下的未经取代或经取代型式:经取代或未经取代的烷酸的乙烯酯(包括例如乙酸乙烯酯和新癸酸乙烯酯)、丙烯腈、(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酰胺、氯乙烯、卤化烯烃以及其混合物。如本文所用,“(甲基)丙烯酸”意指丙烯酸或甲基丙烯酸;“(甲基)丙烯酸酯”意指丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯;并且“(甲基)丙烯酰胺”意指丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺。“经取代”意指具有至少一个附接的化学基团,例如烷基、烯基、乙烯基、羟基、羧酸基、其它官能团以及其组合。在一些实施例中,经取代的单体包括例如具有一个以上碳-碳双键的单体、具有羟基的单体、具有其它官能团的单体以及具有官能团组合的单体。(甲基)丙烯酸酯为经取代的和未经取代的(甲基)丙烯酸的酯或酰胺。
如本文所用,丙烯酸单体为选自以下的单体:(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸的烷基酯、在烷基上具有一或多个取代基的(甲基)丙烯酸的烷基酯、(甲基)丙烯酰胺、N-取代的(甲基)丙烯酰胺以及其混合物。如本文所用,乙烯基芳族单体为选自苯乙烯、α-烷基苯乙烯以及其混合物的单体。
如本文所用,“丙烯酸”聚合物为30%或更多聚合单元选自丙烯酸单体的聚合物,并且其中75%或更多聚合单元还选自由以下组成的群组:丙烯酸单体和乙烯基芳族单体。重量百分比按聚合物的重量计。
如本文所用,烯烃聚合物为按聚合物的重量计70重量%或更多聚合单体单元选自烃烯烃、烃二烯以及其混合物的聚合物。
如本文所用,烃聚合物为全部原子为氢或碳的聚合物。
增粘剂为分子量为500到10,000且玻璃态转变温度为0℃或更高的有机化合物。
根据以下测试评定增粘剂与聚合物的相容性。首先,通过DMA在-50℃到110℃的温度范围上测试聚合物;记录tanδ曲线,且标注出曲线中的峰数。并且,掺合物由T重量%增粘剂和P重量%聚合物比率的增粘剂和聚合物制成(其中T%加P%为100%),并且经相同温度范围对掺合物进行DMA,并且观测掺合物的tanδ曲线。如果聚合物和增粘剂在所述比率下相容,那么掺合物将看起来均匀,并且掺合物的tanδ曲线中的峰数与单独聚合物的tanδ曲线中的峰数相同,但单独聚合物tanδ曲线的一或多个峰可位移到掺合物的tanδ曲线中的不同温度处。如果聚合物和增粘剂在所述比率下不相容,那么掺合物将看起来不均匀、看起来相分离,或掺合物的tanδ曲线将显示比单独聚合物的tanδ曲线中所示的峰数多至少一个峰,或两者。掺合物不相容的T%的最低值在本文中称为所述聚合物中的所述增粘剂的“相容性极限”。当相容性极限为20%或更高时,增粘剂在本文中称为与聚合物相容。
压敏粘着剂(PSA)为当施加压力以使粘着剂与衬底接触时与衬底形成粘合的粘着剂。未添加其它材料或施加热量就形成了粘合。如本文所用,压敏粘着物品为压敏粘着剂粘着于第一衬底并且PSA的表面(“可用表面”)可用于与第二衬底接触的物品。PSA的可用表面可与释放材料接触或不接触。释放材料为与PSA形成弱粘合并且容易去除使得可用表面暴露的材料。
如果组合物中全部增粘剂的量为零或按组合物的干重计小于10重量%,那么组合物在本文中视为无增粘剂。如果组合物中增粘剂的量按组合物干重计为10重量%或更高,那么本文的组合物视为含有增粘剂(或同义地为“含增粘剂”)。
如果组合物含有按组合物的重量计25重量%或更高的量的水,那么组合物在本文中视为“含水的”。
本发明涉及衬底的用途,此处为标记的衬底(Sa)。衬底(Sa)可为任何材料。优选为纸、聚合膜和金属箔。聚合膜中,优选为聚酯、聚氯乙烯、聚乙烯和聚丙烯膜。聚合膜中,优选为至少一侧已通过电晕放电处理的膜。
与衬底(Sa)接触的是无增粘剂的组合物的层,所述组合物在本文中称为组合物(Cb)。组合物(Cb)含有一或多种聚合物,本文中称为聚合物(POLb)。聚合物(POLb)的Tg为-10℃或更低;优选地-20℃或更低;更优选地-30℃或更低。优选聚合物(POLb)的Tg为-100℃或更高。
优选地,组合物(Cb)中的增粘剂的量为按组合物(Cb)的干重计小于10重量%;更优选3重量%或更低;更优选1重量%或更低;更优选零。
优选地,聚合物(POLb)为丙烯酸聚合物。优选地,聚合物(POLb)中丙烯酸单体的聚合单元的量为按聚合物(b)的重量计50重量%或更高;更优选70重量%或更高;更优选90重量%或更高;更优选99重量%或更高。优选地,聚合物(POLb)的Mw为10,000或更高;更优选地50,000或更高。
优选地,聚合物(POLb)含有丙烯酸正丁酯(n-BA)、丙烯酸乙酯(EA)、丙烯酸异辛酯(i-OA)或其混合物中的一或多者的聚合单元。如本文所用,“异辛基”为恰好含有8个碳原子的分支链构型的未经取代的烷基。术语“异辛基”包括8碳烷基的全部分支链异构体以及此类异构体的全部混合物,包括例如2-乙基己基、二甲基-己基、甲基-庚基、三甲基-戊基以及其混合物。优选地,聚合物(POLb)中的聚合单元n-BA、聚合单元EA以及聚合单元i-OA的量的总和按聚合物(POLb)的重量计为50重量%或更高;更优选地75重量%或更高;更优选地90重量%或更高。
优选地,组合物(Cb)中Mw为10,000或更高的各聚合物为丙烯酸聚合物。
优选地,组合物(Cb)中全部增粘剂的量按组合物(Cb)的干重计为5重量%或更少;更优选地1重量%或更少;更优选地零。
优选地,组合物(Cb)中聚合物(POLb)的量按组合物(Cb)的干重计为80重量%或更高;更优选地90重量%或更高;更优选地95重量%或更高。
优选地,组合物(Cb)在衬底(Sa)的表面上形成连续层(Lb)。优选地,组合物(Cb)层的厚度为7.5μm或更高。优选地,组合物(Cb)层的厚度为75μm或更低;更优选地55μm或更低;更优选地40μm或更低。
优选地,组合物(Cb)具有PSA的特性。优选地,组合物(Cb)在包括10℃到40℃的范围的温度范围上具有20kPa或更高的弹性模量。优选地,组合物(Cb)在包括10℃到40℃的范围的温度范围上具有1,000kPa或更低;更优选500kPa或更低的弹性模量。
组合物(Cc)的层与组合物(Cb)的层(Lb)接触。组合物(Cc)含有一或多种聚合物(POLc)。聚合物(POLc)为烃聚合物。
优选地,聚合物(POLc)选自嵌段聚合物、统计共聚物和均聚物,或其混合物。均聚物和统计共聚物中,优选为苯乙烯/丁二烯共聚物、天然橡胶、烯烃聚合物以及其混合物。
聚合物(POLc)为均聚物或统计共聚物的实施例中,聚合物(POLc)的Tg优选为-10℃或更低;更优选地-20℃或更低;更优选地-30℃或更低。优选聚合物(POLc)的Tg为-100℃或更高。
在聚合物(POLc)为嵌段聚合物的实施例中,聚合物(POLc)可具有两个嵌段、三个嵌段或超过三个嵌段。优选为三嵌段聚合物,其为恰好具有三个嵌段的嵌段聚合物。优选三嵌段聚合物在各端处具有苯乙烯聚合单元嵌段且在之间具有中间嵌段。优选中间嵌段含有聚合单元丁二烯、异戊二烯、乙烯、丙烯、丁烯或其混合物;更优选中间嵌段含有聚合单元异戊二烯。
当聚合物(POLc)为嵌段聚合物时,预期聚合物(POLc)将展现一个以上Tg。优选地,至少一个Tg为-10℃或更低;更优选地-20℃或更低;更优选地-30℃或更低。
组合物(Cc)含有一或多种增粘剂。优选增粘剂为松香树脂、松香树脂的衍生物、烃树脂、氢化烃树脂、萜类树脂以及萜类树脂的衍生物。优选地,组合物(Cc)含有至少一种与至少一种聚合物(POLc)相容的增粘剂。更优选地,组合物(Cc)中的每一增粘剂与每一聚合物(POLc)相容。优选增粘剂为烃树脂和氢化烃树脂;更优选为烃树脂。
优选为Mw为5,000或更低的增粘剂。优选为Mw为500或更高;更优选1,000或更高的增粘剂。
优选地,组合物(Cc)中增粘剂的量按组合物(Cc)的干重计为5重量%或更高;更优选10重量%或更高。
当聚合物(POLc)为嵌段聚合物时,增粘剂的优选量为按组合物(Cc)的重量计40重量%到65重量%。当聚合物(POLc)为苯乙烯/丁二烯共聚物时,增粘剂的优选量按组合物(Cc)的重量计为5重量%到50重量%,更优选10重量%到50重量%。当聚合物(POLc)为天然橡胶时,增粘剂的优选量按组合物(Cc)的重量计为40重量%到65重量%。当聚合物(POLc)为聚烯烃时,增粘剂的优选量按组合物(Cc)的重量计为40重量%到70重量%。
优选地,组合物(Cc)具有PSA的特性。优选地,组合物(Cc)在包括10℃到40℃的范围的温度范围上具有20kPa或更高的弹性模量。优选地,组合物(Cc)在包括10℃到40℃的范围的温度范围上具有1,000kPa或更低;更优选500kPa或更低的弹性模量。
优选地,组合物(Cc)层的厚度为1.25μm或更高。优选地,组合物(Cc)层的厚度为25μm或更低;更优选10μm或更低;更优选5μm或更低。
优选地,组合物(Cc)中的聚合物(POLc)的量加组合物(Cc)中的增粘剂的量的总和按组合物(Cc)的干重计为80重量%或更高;更优选90重量%或更高;更优选95重量%或更高。
优选地,增粘剂的量按组合物(Cb)和组合物(Cc)的重量总和计为0.5重量%或更高;更优选1重量%或更高;更优选2重量%或更高。优选地,增粘剂的量按组合物(Cb)和组合物(Cc)的重量的总和计为12重量%或更低;更优选9重量%或更低;更优选8重量%或更低。
组合物(Cb)或组合物(Cc)可彼此独立地含有一或多种额外成分。优选地,选择此类额外成分来提高PSA物品的效能。典型额外成分包括塑化剂、填充剂、增稠剂、颜料、抗氧化剂、UV稳定剂、消泡剂、表面活性剂以及其混合物。
优选地,本发明的压敏粘着物品具有良好的抗增粘剂迁移性,所述特性在组合物(Cc)中出现。适用于考虑参数“T-Compat-b”,其为增粘剂具有最高相容性极限的特定聚合物(POLb)中的增粘剂相容性极限。还适用于考虑参数“T-Compat-c”,其为增粘剂具有最低相容性极限的特定聚合物(POLc)中的增粘剂相容性极限。优选地,T-Compat-b比T-Compat-c低。优选地,增粘剂与每一聚合物(POLb)不相容。
优选地,组合物(Cb)比组合物(Cc)的重量比为1.01:1或更高;更优选2:1或更高;更优选4:1或更高;更优选6:1或更高。优选地,组合物(Cb)比组合物(Cc)的重量比为20:1或更低;更优选15:1或更低;更优选10:1或更低。
组合物(Cb)的层可通过任何方法施加于衬底(Sa)。优选地,形成含有分散于含水连续介质中的聚合物(POLb)粒子的含水组合物(Cb1)。优选地,通过含水乳液聚合形成聚合物(POLb)粒子的乳胶液来形成组合物(Cb1)。优选地,聚合物(POLb)粒子的中值粒径为50nm到750nm。优选地,连续介质中水的量按连续介质的重量计为75重量%或更高;更优选90重量%或更高。
可向含水组合物(Cb1)中添加一或多种任选额外成分。含水组合物(b1)层可通过任何方法施加于衬底(a)。优选方法为坡流涂布、帘幕式涂布和槽模涂布。
向衬底(Sa)施加含水组合物(Cb1)的层(Lb1)之后,含水组合物(Cb1)的层可干燥或被干燥。也就是说,可以从含水组合物(b1)的层去除水形成干燥涂层。优选地通过施加热量或移动空气或其两者来去除水。
组合物(Cc)的层(Lc)可以通过任何方法施加于组合物(Cb)的层。优选地,形成含有增粘剂并且含有分散于含水介质中的聚合物(POLc)粒子的含水组合物(Cc1)。优选地,聚合物(POLc)粒子的中值粒径为50nm到1200nm。优选地,连续介质中水的量按连续介质的重量计为75重量%或更高;更优选90重量%或更高。一或多种任选额外成分可添加到含水组合物(Cc1)中。
含水组合物(Cc1)的层(Lc1)可通过任何方法施加于组合物(Cb)层。优选方法为坡流涂布、帘幕式涂布和槽模涂布。含水组合物(Cc1)的层可施加于含水组合物(Cb1)的湿润层或施加于组合物(Cb)的干燥层。
在一些实施例中,在将含水组合物(Cb1)的层(Lb1)施加于衬底(Sa)并且干燥后,接着将含水组合物(Cc1)的层(Lc1)施加于组合物(Cb)的干燥层,并且接着干燥含水组合物(Cc1)的层(Lc1)。
在一些实施例中,将含水组合物(Cb1)的层(Lb1)施加于衬底(Sa),并且当含水组合物(Cb1)的层(Lb1)仍湿润时在含水组合物(Cb1)的层(Lb1)的顶部施加含水组合物(Cc1)的层(Lc1),并且接着干燥整个整体。在此类实施例中,优选的是使用多层涂布装置同时向衬底(Sa)施加含水组合物(Cb1)的层(Lb1)并且还向含水组合物(Cb1)的层(Lb1)上施加含水组合物(Cc1)的层(Lc1),并且接着干燥整个整体。一种适合涂布装置为滑动式涂布机。滑动式涂布机形成液体复合物,其中在含水组合物(Ccl)的层(Lcl)下面存在含水组合物(Cbl)的层(Lbl);同时保持那些层完整,滑动式涂布机用使层(Lbl)与衬底(Sa)接触并且使层(Lcl)与空气接触的方式向衬底(Sa)上施加全部复合物的层;接着干燥整个物品以从含水组合物去除水。还涵盖转移涂布法,例如涉及在离型衬垫上制备组合物(Cb)的涂层,接着在组合物(Cb)的层的顶部制备组合物(Cc)的涂层,接着使组合物(Cc)的层与衬底(Sa)(优选在压力下)接触,并且接着去除离型衬垫的方法。
除了粘着到聚烯烃表面之外,本发明的压敏粘着物品合意地显示其它适用特征,包括例如粘着到其它类型的表面的适用程度和耐剪应力性。并且,当本发明的压敏粘着物品储存一段时间时,需要几乎没有或没有增粘剂从组合物(Cc)迁移到组合物(Cb)中。
尽管本发明不受任何理论束缚,但预期丙烯酸PSA通常对聚烯烃表面具有粘着性(认为不佳)的一个原因是丙烯酸聚合物在相对极性的链上具有许多化学基团。预期丙烯酸PSA的表面因此具有相对高表面能。相比之下,聚烯烃表面比较非极性并且认为具有相对低表面能。预期这一表面能值的失配防止丙烯酸PSA有效润湿聚烯烃的表面(即防止在分子级别上形成紧密接触)。预期增粘剂的存在在PSA表面上提供较低表面能,
由此改良聚烯烃表面的润湿,这又提高了与聚烯烃表面的粘着性。
预期本发明的压敏粘着物品将通过使其与额外衬底(Sd)接触来使用。预期将施加压力使组合物(Cc)和衬底(Sd)紧密接触并且接着释放。预期结果将为压敏粘着物品仍完整并且组合物(Cc)与衬底(Sd)粘合的粘合物品。衬底(Sd)可为任何物质。优选地,衬底(Sd)为聚烯烃。优选地,衬底(Sd)的Tg为50℃或更高。
以下是本发明的实例。
以下实例所用的材料如下。
HDPE剥离测试为PSTC测试方法101(压敏胶带委员会(Pressure Sensitive Tapecouncil),内珀维尔(Naperville),伊利诺伊州(IL),美国),测试衬底为HDPE,20分钟停留时间,180°,以每25mm宽度的牛顿数(N/25mm)为单位报告。
SS剪应力测试为PSTC测试方法107(压敏胶带委员会,内珀维尔,伊利诺伊州,美国),测试衬底为不锈钢,测试区域为25mm×25mm,质量为1kg。报告的结果为故障时间(符号“>”意指测试在所示时间的故障之前停止)。
如下制备单层PSA。向PET膜的电晕处理侧施加PSA-L层。接着通过放入80℃的烘箱中维持5分钟来干燥涂层。干燥厚度为22.5μm。
如下制备双层PSA。施加PSA-L层并且如单层PSA方法中干燥。干燥第一涂层的厚度为20.0μm。接着施加掺合物1的层并且如单层PSA方法中干燥。干燥第二涂层的厚度为2.5μm。
实例1:低剪应力粘着剂的改良。
结果如下。
类型 HDPE剥离(N/25mm) SS剪应力(小时)
单层(比较) 3.9 4.6
双层 5.4 5.4
本发明的双层实例示出了HDPE上的剥离强度和与不锈钢粘合的剪应力的改良。
实例2:高剪应力粘着剂的改良。
如实例1中制备涂层,但在所有情况下使用PSA-H代替PSA-L。
结果如下。
类型 HDPE剥离(N/25mm) SS剪应力(小时)
单层(比较) 1.2 58.5
双层 2.3 >77
本发明的双层实例示出了HDPE上的剥离强度和与不锈钢粘合的剪应力的改良。

Claims (5)

1.一种压敏粘着物品,其包含
(a)衬底(Sa),
(b)与所述衬底(Sa)接触的无增粘剂的组合物(Cb)的层(Lb),所述组合物包含一或多种Tg为-10℃或更低的丙烯酸聚合物(POLb),以及
(c)与所述层(Lb)接触的含增粘剂的组合物(Cc)的层(Lc),所述组合物包含一或多种增粘剂和一或多种Tg为-10℃的烃聚合物(POLc)。
2.根据权利要求1所述的物品,其中所述物品中的所述增粘剂的量按所述组合物(Cb)和所述组合物(Cc)的重量的总和计为12重量%或更少。
3.根据权利要求1所述的物品,其中所述丙烯酸聚合物(POLb)包含丙烯酸正丁酯、丙烯酸异辛酯或其混合物的聚合单元。
4.根据权利要求1所述的物品,其中所述增粘剂与所述丙烯酸聚合物(POLb)不相容。
5.一种粘合物品,其通过包含使衬底(Sd)与根据权利要求1所述的物品接触的方法制成,其中所述衬底(Sd)与所述层(Lc)接触。
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