CN115559125B - 一种防污易清洁水性无溶剂聚氨酯合成革及其制备方法 - Google Patents

一种防污易清洁水性无溶剂聚氨酯合成革及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种防污易清洁水性无溶剂聚氨酯合成革及其制备方法，该防污易清洁水性无溶剂聚氨酯合成革由内至外依次包括基布层、双组分无溶剂层、水性PU面层和防污喷涂层；其中，所述防污喷涂层采用前后双喷头工艺加工形成。采用双喷头工艺，在前喷头物料中添加水性PU胶粘剂，后喷头物料添加纳米氮氧化钛，从而实现聚氨酯合成革防污自清洁的效果，其防污性≥3.5级。

Description

一种防污易清洁水性无溶剂聚氨酯合成革及其制备方法
技术领域
本发明属于聚氨酯合成革技术领域，具体涉及一种防污易清洁水性无溶剂聚氨酯合成革及其制备方法。
背景技术
聚氨酯合成革属于聚氨酯弹性体的一类，具有光泽柔和、自然，手感柔软，真皮感强的外观，具有与基材粘接性能优异、抗磨损、耐挠曲、抗老化等优异的机械性能，同时还具备耐寒性好、透气、可洗涤、加工方便、价格优廉等优点，是天然皮革的最为理想的替代品。
聚氨酯合成革作为模拟天然革的组成和结构并可作为其代用材料的塑料制品，通常以经浸渍的无纺布为网状层，微孔聚氨酯层作为粒面层制成；其正反面都与皮革十分相似，并具有一定的透气性，优异的耐磨、抗划伤等性能，比普通人造革更接近天然革。
然而目前聚氨酯合成革推广应用的一大难题在于防污性能差，为了提升聚氨酯合成革的防污性能，通常会在合成革面层表面形成(如喷涂、辊涂等方式)防污层，从而赋予聚氨酯合成革优异的防污效果。比如公开号为CN102643598A的中国专利申请中公开了一种防污自清洁水性聚氨酯皮革的涂饰剂，但其需要复杂的合成工艺，不利于实现产业化。
发明内容
有鉴于此，本发明有必要提供一种防污易清洁水性无溶剂聚氨酯合成革，采用双喷头工艺，在前喷头物料中添加水性PU胶粘剂，后喷头物料添加纳米氮氧化钛，从而实现聚氨酯合成革防污自清洁的效果，其防污性≥3.5级。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种防污易清洁水性无溶剂聚氨酯合成革，由内至外依次包括基布层、双组分无溶剂层、水性PU面层和防污喷涂层；其中，所述防污喷涂层采用前后双喷头工艺加工形成。
进一步方案，所述双组分无溶剂层的厚度大于水性PU面层和防污喷涂层的厚度之和，且所述双组分无溶剂层占整个成品厚度的25％-35％；
所述水性PU面层的厚度大于防污喷涂层的厚度；
所述基布层占整个成品厚度的55％-60％。
进一步方案，所述前后双喷头工艺中，前喷头物料包括80-110重量份水性PU胶粘剂和1-3重量份交联剂，后喷头物料包括6-8重量份纳米氮氧化钛和100-120重量份改性活性土。
进一步方案，所述改性活性土的制备方法如下：
将原土粉碎、研磨后，过200-300目筛，在600-700℃条件下煅烧2-3h后，再与其等重量的质量浓度为12-18％的硫酸溶液混合；随后在55-65℃条件下搅拌30-40min，于常温静置6-8h，过滤烘干至含水量低于10％，研磨过200-300目筛，即得改性活性土。
进一步方案，所述基布层为无纺布、机织布或者弹力布的一种。
进一步方案，所述水性PU面层包括100-120重量份聚醚型水性聚氨酯、25-35重量份聚四氟乙烯和改性活性土的共混物。
进一步方案，所述水性PU面层的组成按照重量份计为：聚醚型水性聚氨酯100-120份、水性色浆8-15份、水性流平剂0.3-0.7份、增稠剂0.3-0.5份、固化剂1-5份、聚四氟乙烯和改性活性土共混物25-35份。
进一步方案，所述聚四氟乙烯和改性活性土共混物中，聚四氟乙烯和改性活性土的质量比为1：15-20。
进一步方案，所述双组分无溶剂层的组成按照重量份计为：无溶剂树脂A料100-120份、无溶剂树脂B料140-160份、催化剂0.05-0.1份、蒸馏水0.3-0.5份、有机硅流平剂0.6-1.0份、无溶剂色浆5-10份、碳酸钙10-20份。
本发明进一步提供了一种如前所述的防污易清洁水性无溶剂聚氨酯合成革的制备方法，包括以下步骤：
依次形成水性PU面层、双组分无溶剂层，并将所述双组分无溶剂层贴合基布，获得合成革半成品；
采用双喷头工艺，将前喷头物料在负压作用下喷至所述合成革半成品的水性PU面层表面，烘至半干后，将后喷头物料在后喷头继续喷涂，使其粘附在聚氨酯合成革的表面，以形成防污喷涂层。
本发明具有以下有益效果：
本发明采用双喷头工艺，在顶层喷涂料中创新性的选用纳米氮氧化钛作为分散介质。由于纳米氮氧化钛具有很强的催化氧化作用，将其添加到产品表面，可以自行分解飘落或粘黏现在表面的有机污染物，降解成CO2和水等无机物，再随着空气的流通带走，以达到产品表面自清洁的效果。
顶层喷涂工艺拟选用双喷头工艺，前喷头在产品面层喷涂致密的水性PU胶粘剂，烘至半干在后喷头喷洒纳米氮氧化钛和改性活性土，并在产品背面鼓风，以实现纳米氮氧化钛完全沾染在产品最顶层，实现产品优异的表面自清洁效果；同时引入改性活性土，增加聚氨酯合成革的去污性能。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
本发明第一方面提供了一种防污易清洁水性无溶剂聚氨酯合成革，由内至外依次包括基布层、双组分无溶剂层、水性PU面层和防污喷涂层；所述防污喷涂层采用前后双喷头工艺形成，其中，前喷头物料包括80-110重量份水性PU胶粘树脂和1-3重量份交联剂，后喷头物料包括6-8重量份纳米氮氧化钛和100-120重量份改性活性土。
本发明通过在防污喷涂层中创新性的采用纳米氮氧化钛作为分散介质，并利用前后双喷头工艺先后进行水性PU胶粘剂和纳米氮氧化钛以及改性活性土的喷涂，从而赋予了聚氨酯合成革优异的防污自清洁性能。具体的说，在防污喷涂层中采用纳米氮氧化钛作为分散介质，由于纳米氮氧化钛具有很强的催化氧化作用，将其添加到产品表面，可以自行分解飘落或粘黏在表面的有机污染物，将其降解成CO2和水等无机物，随后随着空气的流通带走，以达到产品表面自清洁的效果。并且防污喷涂层采用双喷头工艺，前喷头在合成革面层中喷涂致密的胶粘剂，烘至半干后在后喷头喷洒纳米氮氧化钛，并在合成革背面鼓风，以实现纳米氮氧化钛完全沾染在合成革的最顶层，实现最优的防污效果；同时引入改性活性土，增加聚氨酯合成革的去污性能。
其中，本发明中采用双喷头工艺具有明显的优势，一方面，单喷头直接将各原料共混后，进行一步喷涂的工艺，容易造成表面喷涂的纳米氮氧化钛和改性活性土共混物的表面均匀性不好，造成部分去污效果不理想；另一方面，若将各原料直接共混后喷涂，容易造成表面纳米氮氧化钛和改性活性土粘附性不好，表面纳米氮氧化钛和改性活性土的脱落现象。本发明中采用双喷头工艺，前喷头将水性PU胶粘剂、1-3重量份交联剂喷涂于基材表面形成很好的粘附性能，然后后喷头直接喷涂6-8重量份纳米氮氧化钛和100-120重量份改性活性土共混物，可以有效的避免直接共混后喷涂的缺点，既能达到很好的粘附性，防止表面脱落，又能在表面形成一致致密均匀的易去污表层，产品达到持久耐用的性能。
此外，该聚氨酯合成革采用水性PU树脂和无溶剂树脂，不添加其他有毒有害的有机化学溶剂，绿色环保。
其中，本文中所述改性活性土的制备方法为：将原土(本发明中为未改性的膨润土)粉碎、研磨后，过200-300目筛，在600-700℃条件下煅烧2-3h后，再与其等重量的质量浓度为12-18％的硫酸溶液混合；随后在55-65℃条件下搅拌30-40min，于常温静置6-8h，过滤烘干至含水量低于10％，研磨过200-300目筛，即得改性活性土。
可以理解的是，本发明中基布层没有特别的限定，可以为无纺布、机织布或者弹力布中的一种，具体可根据聚氨酯合成革产品的需求进行选择，在本发明的一些具体的实施例中，所述基布层优选为全涤纶无纺布，其厚度为0.7-0.8mm，克重200-220g/m3。
进一步的，本文中所述的双组分无溶剂层和水性PU面层均可采用本领域中的常规选择，可根据聚氨酯合成革产品的需求对其具体的组成进行调整，比如可在其中添加一些功能助剂以赋予其相应的功能。在本发明的一些具体的实施例中，所述水性PU面层包括100-120重量份聚醚型水性聚氨酯、25-35重量份聚四氟乙烯和改性活性土的共混物，通过在面层中的聚醚型水性聚氨酯中嵌入聚四氟乙烯和改性活性土的共混物进行改性，形成致密且多孔的高耐磨高耐刮面层，并且特殊的多孔结构可以有效的拒绝疏水性有机物，从而进一步提高聚氨酯合成革的去污防污性能。可以理解的是，该水性PU面层中还可以根据需要添加本领域中常见的助剂，在本发明的一典型实施例中，所述水性PU面层的组成按照重量份计为：聚醚型水性聚氨酯100-120份、水性色浆8-15份、水性流平剂0.3-0.7份、增稠剂0.3-0.5份、固化剂1-5份、聚四氟乙烯和改性活性土共混物25-35份。优选的，聚四氟乙烯和改性活性土共混物中，聚四氟乙烯和改性活性土的质量比1：15-20。可以理解的是，水性PU面层中的改性活性土与防污喷涂层中的改性活性土具有相同的定义和制备方法，故这里不再具体阐述。
本文中所述的双组分无溶剂层没有特别的限定，其为本领域中常见的A/B料双组分，通过无溶剂A/B料在线反应胶粘，并在高温(如140℃、10min)作用下熟化，从而进一步提高聚氨酯合成革的耐磨耐刮性能。可以理解的是，在双组分无溶剂层中可根据实际需要添加本领域中常规的助剂，没有特别的限定。在本发明的一典型的实施例中，所述双组分无溶剂层的组成按照重量份计为：无溶剂树脂A料100-120份、无溶剂树脂B料140-160份、催化剂0.05-0.1份、蒸馏水0.3-0.5份、有机硅流平剂0.6-1.0份、无溶剂色浆5-10份、碳酸钙10-20份。
进一步的，该聚氨酯合成革中各层的厚度没有特别的限定，可根据本领域技术人员所熟知的以及具体的产品性能进行调整，优选的，所述双组分无溶剂层的厚度大于水性PU面层和防污喷涂层的厚度之和，且所述双组分无溶剂层占整个成品厚度的25％-35％；
所述水性PU面层的厚度大于防污喷涂层的厚度；
所述基布层占整个成品厚度的55％-60％。
在本发明的一些具体的实施方式中，所述水性PU面层的厚度为0.05-0.07mm；所述双组分无溶剂层的厚度为0.35-0.40mm。
本发明进一步提供了一种如前所述的防污易清洁水性无溶剂聚氨酯合成革及其制备方法的制备方法，包括以下步骤：
依次形成水性PU面层和双组分无溶剂层，将双组分无溶剂层与基布贴合，形成合成革半成品；
采用双喷头工艺，将前喷头物料在负压作用下喷至所述合成革半成品的水性PU面层表面，烘至半干后，将后喷头物料在后喷头继续喷涂，使其粘附在聚氨酯合成革的表面。
可以理解的是，本文中防污易清洁水性无溶剂聚氨酯合成革中水性PU面层和双组分无溶剂层的制备均为本领域中常规工艺，简单来说，将水性PU面层浆料涂覆在离型纸上，形成水性PU面层；随后将双组分无溶剂浆料涂覆在所述水性PU面层上，烘至半干后贴合基布，收卷形成合成革半成品。其中，具体参数可根据本领域技术人员所熟知的以及产品性能进行调整，没有特别的限定。
在本发明的一些具体的实施例中，该防污易清洁水性无溶剂聚氨酯合成革的制备方法，具体如下：
按照配方量准确称取水性PU面层树脂、水性色浆、流平剂、增稠剂、耐磨助剂，抗氧剂、紫外线吸收剂，均匀搅拌得到水性PU面层浆料，将所述水性PU树脂面层浆料涂布在离型纸上，控制涂层厚度在0.15±0.01mm范围内，进入烘箱烘干(烘箱温度分为三个烘干段，温度分别为80℃，90℃，100℃)，涂布车速控制在7±1m/min；
按照配方量准确称取双组分无溶剂树脂复合A料、催化剂、流平剂、蒸馏水、色浆，搅拌均匀后得到无溶剂树脂复合A料，将所述无溶剂树脂复合A料与无溶剂树脂B料按照1:1.3-1.4质量比混合，经过高速搅拌，得到双组分无溶剂浆料，将所述双组分无溶剂浆料在水性PU面层进行无溶剂涂布，涂层厚度控制在0.40±0.05mm范围内，涂布车速控制在7±1m/min，进入烘箱(烘箱温度分为四个烘干段，温度分别为100℃，110℃，120℃，130℃)，烘至半干后贴合基布，收卷得到合成革半成品；
按照配方量在线准确称取水性PU胶粘剂和交联剂，混合搅拌均匀后得到胶黏剂；按照配方量在线准确称取纳米氮氧化钛和改性活性土，并利用粉体混合机将两种粉体充分对流混合，得到混合粉体；利用双喷头工艺，将所述水性PU胶粘剂在前喷头负压作用下喷至合成革半成品的水性PU面层表面，喷涂量控制在30-40g/m3，进入烘箱烘至半干(烘箱烘干温度分为两个烘干段，温度分别为：100℃，120℃)；随后将后喷头的混合粉体在后喷头继续喷涂，并利用半干的胶粘剂粘附在合成革表面；其中，所述后喷头处设立在线粉体浓度检测，所述粉体浓度为3-5g/m3；最后进入烘箱烘干卷取即得防污易清洁水性无溶剂聚氨酯合成革(烘箱烘干温度分为四个烘干段，温度分别为：130℃，130℃，130℃，130℃)；其中喷涂线车速控制在8±2m/min，前烘干时间为0.5-1min，后烘干时间为4-5min。
下面通过具体实施例对本发明进行说明，需要说明的是，下面的具体实施例仅仅是用于说明的目的，而不以任何方式限制本发明的范围，另外，如无特别说明，未具体记载条件或者步骤的方法均为常规方法，所采用的试剂和材料均可从商业途径获得。
实施例和对比例中原料信息：
聚醚型水性PU，牌号：3455；增稠剂，牌号：U605，购自万华化学集团股份有限公司；
水性色浆，牌号：508WS，购自浙江罗星实业有限公司；
流平剂，牌号：A-1，购自宁德市一帆新材料有限公司；
固化剂、交联剂，牌号：HT-100，购自万华化学集团股份有限公司；
无溶剂A料，牌号：AL-3050A；无溶剂B料，牌号：AL-3050B，购自合肥安利聚氨酯新材料有限公司；
催化剂，牌号：牌号：92C-CC，购自巴斯夫(中国)有限公司；
聚四氟乙烯，型号：聚四氟乙烯微粉；超细碳酸钙、改性活性土，购自上海钧诚贸易商行。
水性PU胶粘剂，牌号：JUR-626，购自浙江枧洋高分子科技有限公司；
纳米氮氧化钛TiON，购自合肥开尔纳米能源科技股份有限公司；
实施例1
表1实施例1中防污易清洁水性无溶剂聚氨酯合成革中各层原料组成(重量份)
本实施例中防污易清洁水性无溶剂聚氨酯合成革的制备具体步骤如下：
按照表1中的组分准确称取聚醚型水性PU、水性色浆、流平剂、增稠剂、耐磨助剂，抗氧剂和紫外线吸收剂，均匀搅拌得到水性PU面层浆料；将该水性PU面层浆料涂布在离型纸上，控制涂层厚度在0.15±0.01mm范围内，进入烘箱烘干，涂布车速控制在7±1m/min，烘干时间为3-4min，其中，烘箱温度分为三个烘干段，温度分别为80℃，90℃，100℃，形成水性PU面层。
按照表1中的组分量准确称取无溶剂A料、催化剂、流平剂、蒸馏水、色浆，搅拌均匀后得到无溶剂复合A料；将该无溶剂复合A料与无溶剂树脂B料按照1:1.3-1.4质量混合，经过高速搅拌，得到双组分无溶剂浆料；将该双组分无溶剂浆料在水性PU面层上进行无溶剂涂布，涂层厚度控制在0.40±0.05mm范围内，涂布车速控制在7±1m/min，烘干时间为6-8min进入烘箱，进入烘箱烘至半干后贴合基布(全涤纶无纺布，其厚度为0.7-0.8mm，克重200-220g/m3)，收卷得到合成革半成品，其中，烘箱温度分为四个烘干段，温度分别为100℃，110℃，120℃，130℃。
按照表1中的组分在线准确称取水性PU胶粘剂和交联剂，混合搅拌均匀后得到胶黏剂；并在线准确称取纳米氮氧化钛和改性活性土，并利用粉体混合机将两种粉体充分对流混合，得到混合粉体；利用双喷头工艺，将所述胶黏剂在前喷头负压作用下喷至前述制得的合成革半成品的水性PU面层表面，喷涂量控制在30-40g/m3；进入烘箱烘至半干，将所述混合粉体在后喷头继续喷涂，并利用半干的胶黏剂粘附在合成革表面；所述后喷头处设立在线粉体浓度检测，所述粉体浓度为3-5g/m3；进入烘箱烘干卷取即得防污易清洁水性无溶剂聚氨酯合成革；其中喷涂线车速控制在8±2m/min，前烘干时间为0.5-1min，后烘干时间为4-5min。
本实施例中制得的防污易清洁水性无溶剂聚氨酯合成革各层厚度依次为：水性PU面层0.05mm，双组分无溶剂层0.35mm，防污喷涂层0.02mm。
实施例2
表2实施例2中防污易清洁水性无溶剂聚氨酯合成革中各层原料组成(重量份)
本实施例中防污易清洁水性无溶剂聚氨酯合成革各层原料组成如表2中所示的，具体的制备方法同实施例1。
本实施例中制得的防污易清洁水性无溶剂聚氨酯合成革各层厚度依次为：水性PU面层0.06mm，双组分无溶剂层0.4mm，防污喷涂层0.03mm。
实施例3
表3实施例3中防污易清洁水性无溶剂聚氨酯合成革中各层原料组成(重量份)
本实施例中防污易清洁水性无溶剂聚氨酯合成革各层原料组成如表3中所示的，具体的制备方法同实施例1。
本实施例中制得的防污易清洁水性无溶剂聚氨酯合成革各层厚度依次为：水性PU面层0.07mm，双组分无溶剂层0.45mm，防污喷涂层0.04mm。
实施例4
本实施例采用同实施例2相同的实施方式，不同之处在于：水性PU面层中不添加聚四氟乙烯和改性活性土共混物。
实施例5
本实施例采用同实施例2相同的实施方式，不同之处在于：水性PU面层中添加聚四氟乙烯1.6份。
对比例1
本对比例采用同实施例2相同的实施方式，不同之处在于：防污喷涂层中不添加氮氧化钛。
对比例2
本对比例采用同实施例2相同的实施方式，不同之处在于：不采用双喷头工艺，而采用常规的单喷头工艺，具体的，将95份水性PU胶粘剂JUR-626、2份固化剂HT-100、7份纳米氮氧化钛TiON以及110份改性活性土混合后，喷涂在水性PU面层的表面，并烘干形成防污喷涂层。
测试例
将实施例1-5和对比例1-2中的水性无溶剂聚氨酯合成革进行相关性能测试，结果见表4。
表4防污自清洁水性无溶剂聚氨酯合成革性能测试结果
注：耐磨测试和常温曲挠测试：聚氨酯干法人造革(GB/T 8949-2008)；
防污性测试：纺织品防污性能的检测和评价易去污性(FZ/T 01118-2012)。
通过上述测试结果可以看出，采用本发明中的双喷头工艺进行防污喷涂层的加工，能够有效的提高聚氨酯合成革的防污等级。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种防污易清洁水性无溶剂聚氨酯合成革，其特征在于，由内至外依次包括基布层、双组分无溶剂层、水性PU面层和防污喷涂层；其中，所述防污喷涂层采用前后双喷头工艺加工形成；所述前后双喷头工艺中，前喷头物料包括80-110重量份水性PU胶粘剂和1-3重量份交联剂，后喷头物料包括6-8重量份纳米氮氧化钛和100-120重量份改性活性土；
所述改性活性土的制备方法如下：
将原土粉碎、研磨后，过200-300目筛，在600-700℃条件下煅烧2-3h后，再与其等重量的质量浓度为12-18%的硫酸溶液混合；随后在55-65℃条件下搅拌30-40min，于常温静置6-8h，过滤烘干至含水量低于10%，研磨过200-300目筛，即得改性活性土。
2.如权利要求1所述的防污易清洁水性无溶剂聚氨酯合成革，其特征在于，所述双组分无溶剂层的厚度大于水性PU面层和防污喷涂层的厚度之和，且所述双组分无溶剂层占整个成品厚度的25%-35%；
所述水性PU面层的厚度大于防污喷涂层的厚度；
所述基布层占整个成品厚度的55%-60%。
3.如权利要求1所述的防污易清洁水性无溶剂聚氨酯合成革，其特征在于，所述基布层为无纺布、机织布或者弹力布的一种。
4.如权利要求1所述的防污易清洁水性无溶剂聚氨酯合成革，其特征在于，所述水性PU面层包括100-120重量份聚醚型水性聚氨酯、25-35重量份聚四氟乙烯和改性活性土的共混物。
5.如权利要求4所述的防污易清洁水性无溶剂聚氨酯合成革，其特征在于，所述水性PU面层的组成按照重量份计为：聚醚型水性聚氨酯100-120份、水性色浆8-15份、水性流平剂0.3-0.7份、增稠剂0.3-0.5份、固化剂1-5份、聚四氟乙烯和改性活性土共混物25-35份。
6.如权利要求4或5所述的防污易清洁水性无溶剂聚氨酯合成革，其特征在于，所述聚四氟乙烯和改性活性土共混物中，聚四氟乙烯和改性活性土的质量比为1：15-20。
7. 如权利要求1所述的防污易清洁水性无溶剂聚氨酯合成革，其特征在于，所述双组分无溶剂层的组成按照重量份计为：无溶剂树脂A料AL-3050A 100-120份、无溶剂树脂B料AL-3050B 140-160份、催化剂0.05-0.1份、蒸馏水0.3-0.5份、有机硅流平剂0.6-1.0份、无溶剂色浆5-10份、碳酸钙10-20份。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的防污易清洁水性无溶剂聚氨酯合成革的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
依次形成水性PU面层、双组分无溶剂层，并将所述双组分无溶剂层贴合基布，获得合成革半成品；
采用双喷头工艺，将前喷头物料在负压作用下喷至所述合成革半成品的水性PU面层表面，烘至半干后，将后喷头物料在后喷头继续喷涂，使其粘附在聚氨酯合成革的表面，以形成防污喷涂层。
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