CN1399667A - 用于制备抗划伤涂层的紫外线固化组合物以及涂布所述组合物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种紫外线固化的抗划伤组合物以及制备这种可用于制备抗划伤涂层的组合物的方法。公开的组合物不含任何显著量的挥发性有机溶剂。
Description
技术领域
本发明涉及能够在被涂物上产生抗划伤涂层的紫外线固化组合物。
发明背景
抗划伤涂层是防止弄脏和划伤的薄膜涂层。这些涂层通常具有立体花纹或无光泽的外观。抗划伤涂层用于许多标牌应用中,即用于标签和标识细节中。此外,抗划伤涂层被施用于木质表面以增强耐磨性和耐化学药品性,而不会损害下面的木料涂漆的质量。
这些涂层以前是由热塑性涂料如热塑性(甲基)丙烯酸或(甲基)丙烯酸苯乙烯共聚物乳状液的组合物形成的。在湿套印(wet-trap)、脱机干套印(dry-trap)、凹印、胶印、丝印、苯胺印刷和相关的印刷和涂布工艺的过程中,这些组合物被施用到被涂物上。一旦被施用,这些组合物提供包括高光泽、抗划伤和防水防油在内的优异的薄膜特性。这些薄膜特性是组合物重量和组合物中固体百分含量的函数。通常,高重量和高固体含量产生优异的薄膜特性。
为了获得高重量和高固体含量,向热固性组合物中加入了大量的挥发性有机化合物(VOC)。这些VOC在固化后没有结合到最终涂层中,而是溢出到周围环境中。一旦进入到环境中,各种VOC引起与吸入相关的极大的危险。由于所述危险以及与各种VOC相关的费用,基于这类热固性溶剂的体系是不符合需要的。
不含各种VOC的UV固化组合物在本领域中是已知的。UV组合物通过快速光诱导的聚合反应(而不是热能)固化,由热能引起的固化会向大气中释放各种VOC。由于UV固化方法基本上不含溶剂,因此极大地减少了花费的时间以及昂贵的污染消除步骤所需的费用。
UV固化抗划伤涂层提供了几种热固化涂层所不具有的其他益处。首先,更快的固化时间提供了极大的经济效益。而且,用紫外线可以对热敏性材料进行安全地涂覆和固化,而不会发生热敏性被涂物的热降解。此外,由于紫外线具有普遍的可获得性,是一种成本相对较低的能源。
尽管UV固化抗划伤涂层优于与它们相应的热涂层,但仍有一些UV固化涂层固有的缺点。由于UV固化抗划伤涂层要求组合物具有高的分子量和粘度,难以通过喷涂或刷涂来施用组合物。而且,许多UV固化抗划伤涂层要求组合物具有分散性和不稳定性的倾向。使用这些组合物,固化产生了不均匀和带有缺陷的涂层。
因此,需要一种对环境安全的UV固化抗划伤涂料,这种涂料具有改进的修饰性和对脏污和划伤的抵抗性。而且,需要一种施用所述涂料的方法,该方法的目的是促进改进性能。
发明概述
本发明的目的是提供一种通过紫外线固化产生抗划伤涂层的改进的组合物。
本发明的另一个目的是提供一种通过紫外线固化产生抗划伤的立体花纹涂层的改进的组合物。
本发明的再一个目的是提供一种能通过喷涂、丝网印刷、浸涂和刷涂施用的改进的组合物。
本发明公开了一种紫外线固化的抗划伤组合物以及涂布这种组合物以产生抗划伤涂层的方法。所公开的组合物不含任何显著量的在固化后不结合入抗划伤涂层的挥发性有机溶剂。具体地说,所述抗划伤组合物含5%重量或更少的挥发性有机溶剂。
本发明的一个方面是提供紫外线固化抗划伤组合物。所述抗划伤组合物含有一种或多种脂族丙烯酸酯化低聚物的混合物,其中所述脂族丙烯酸酯化低聚物的混合物占所述抗划伤组合物的约2%-40%。在本文中表示的抗划伤组合物的所有百分比均为所指组分相对于所述抗划伤组合物的总重量的重量百分比。
优选抗划伤组合物含有占所述抗划伤组合物约2%-10%的丙烯酸酯化环氧低聚物,约15%-50%的丙烯酸异冰片酯单体,约2%-8%的光敏引发剂以及约25%-45%的滑石。
本发明的另一个方面提供一种将抗划伤涂层涂布在被涂物上的方法。该方法包括将抗划伤流体相组合物(“抗划伤组合物”)施用到被涂物上的第一步骤。所述抗划伤组合物含脂族丙烯酸酯化低聚物的混合物,其中所述脂族丙烯酸酯化低聚物占所述抗划伤组合物的约2%-40%。所述抗划伤组合物还包括占其约2%-10%的丙烯酸酯化环氧低聚物,约15%-50%的丙烯酸异冰片酯单体,约2%-8%的光敏引发剂以及约25%-45%的滑石。
所述方法还包括用紫外线照射被涂物上的抗划伤组合物,从而使所述抗划伤组合物固化成为抗划伤涂层的第二步骤。
根据该方法,可选择性地将所述抗划伤组合物涂布在被涂物的需要抗划伤涂层的特定位置上。所述抗划伤组合物不需要施用于整个被涂物上。
实施本发明的最佳方式抗划伤组合物
现在将详细参考本发明目前优选的组合物或实施方案和方法,这将构成发明者目前所知的实施本发明的最佳方式。
本发明的一个方面提供目前优选的紫外线固化抗划伤组合物(“抗划伤组合物”)。在这个优选的实施方案中,所述抗划伤组合物包括脂族丙烯酸酯化低聚物的混合物。所述脂族丙烯酸酯化低聚物的混合物占所述抗划伤组合物的约2%-40%。如果所述抗划伤组合物通过丝网印刷施用,更优选脂族丙烯酸酯化低聚物的混合物以约28%-38%,最优选约32%的量存在。如果所述抗划伤组合物通过苯胺印刷技术施用,则更优选所述脂族丙烯酸酯化低聚物的混合物以约22%-32%,最优选约27%的量存在。但是,如果所述抗划伤组合物通过苯胺印刷技术施用,而且含有任选的如下流动促进剂,则更优选所述脂族丙烯酸酯化低聚物的混合物以约2%-8%,最优选约5%的量存在。优选脂族丙烯酸酯化低聚物含一种或多种聚氨酯低聚物。适合的脂族丙烯酸酯化低聚物包括可购自Radcure UCB Corp.of Smyrna,Georgia的Radcure Ebecryl 244(用二丙烯酸1,6-己二醇酯稀释的10%的脂族聚氨酯二丙烯酸酯)、Ebecryl 264(用二丙烯酸1,6-己二醇酯稀释的15%的脂族聚氨酯三丙烯酸酯)、Ebecryl 284(用二丙烯酸1,6-己二醇酯稀释的10%的脂族聚氨酯二丙烯酸酯);可购自Sartomer Corp.of Exton,Pennsylvania的Sartomer CN-961E75(与25%乙氧基化的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯混合的脂族聚氨酯二丙烯酸酯)、CN-961H81(与19%丙烯酸2(2-乙氧乙氧基)乙酯混合的脂族聚氨酯二丙烯酸酯)、CN-963A80(与20%二丙烯酸三丙甘醇酯混合的脂族聚氨酯二丙烯酸酯)、CN-964(脂族聚氨酯二丙烯酸酯)、CN-966A80(与20%二丙烯酸三丙甘醇酯混合的脂族聚氨酯二丙烯酸酯)、CN-982A75(与25%二丙烯酸三丙甘醇酯混合的脂族聚氨酯二丙烯酸酯)和CN-983(脂族聚氨酯二丙烯酸酯);可购自TAB Chemicals of Chicago,Illinois的TAB FAIRAD 8010、8179、8205、8210、8216、8264、M-E-15、UVU-316;可购自Echo Resins of Versaille,Missouri的Echo Resin ALU-303;可购自Rahn Radiation Curing of Aurora,Illinois的Genomer 4652。优选的脂族丙烯酸酯化低聚物包括Ebecryl 264和Ebecryl 284。Ebecryl264是分子量为1200的脂族聚氨酯三丙烯酸酯,以85%的二丙烯酸1,6-己二醇酯溶液供应。Ebecryl 284是分子量为1200的脂族聚氨酯二丙烯酸酯,采用二丙烯酸1,6-己二醇酯稀释至10%。在这里也可以使用这些物质的组合。
优选的抗划伤组合物还包括丙烯酸酯化的环氧低聚物。所述丙烯酸酯化的环氧低聚物以约2%-10%的量存在。如果所述抗划伤组合物通过丝网印刷施用,则更优选所述丙烯酸酯化的环氧低聚物以约3%-6%,最优选约4%的量存在。如果所述抗划伤组合物通过苯胺印刷技术施用,则更优选所述丙烯酸酯化的环氧低聚物以约3%-6%,最优选约4%的量存在。适合的丙烯酸酯化的环氧低聚物包括可购自Radcure UCB Corp.的Radcure Ebecryl 3603(用二丙烯酸三丙甘醇酯稀释的20%的酚醛环氧丙烯酸酯);可购自Sartomer Corp.的SartomerCN120(二官能双酚基的环氧丙烯酸酯)和CN124(二官能双酚基的环氧丙烯酸酯);以及可购自Echo Resins的Echo Resin TME9310和9345。优选的丙烯酸酯化的环氧低聚物是Ebecryl 3603,它是三官能丙烯酸酯化的环氧酚醛树脂。这里也可以使用这些物质的组合。
优选的抗划伤组合物还包括约15%-50%的丙烯酸异冰片酯单体。如果所述抗划伤组合物通过丝网印刷施用,则更优选丙烯酸异冰片酯单体以约15%-25%,最优选约20%的量存在。如果所述抗划伤组合物通过苯胺印刷技术施用,则更优选丙烯酸异冰片酯单体以约28%-38%,最优选约33%的量存在。但是,如果所述抗划伤组合物通过苯胺印刷技术施用,并且含有一种任选的下述流动促进剂,则更优选丙烯酸异冰片酯单体以约38%-48%,最优选约43%的量存在。适合的丙烯酸异冰片酯单体包括可购自Sartomer Corp.的SartomerSR423(甲基丙烯酸异冰片酯):和SR506(丙烯酸异冰片酯):可购自Radcure Corp.的Radcure IBOA(丙烯酸异冰片酯);可购自CPSChemical of Bradford,England的IBOA和IBOMA;可购自RahnRadiation Curing的Genomer 1121。优选的丙烯酸异冰片酯是可购自Radcure Corp.的Radcure IBOA。Radcure IBOA是一种高纯度、低色泽单体。这里也可以使用这些物质的组合。
优选的抗划伤组合物还包括约占其2%-8%的光敏引发剂。如果所述抗划伤组合物通过丝网印刷施用,更优选所述光敏引发剂以约3%-7%,最优选约5%的量存在。如果所述抗划伤组合物通过苯胺印刷技术施用,则更优选所述光敏引发剂以约2%-6%,最优选约4%的量存在。适含的光敏引发剂包括可购自Ciba-Geigy Corp.,Tarrytown,New York的Irgacure 184(1-羟基环己基苯基酮):Irgacure 907(2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-吗啉代丙-1-酮):Irgacure 369(2-苄基-2-N,N-二甲氨基-1-(4-吗啉代苯基)-1-丁酮):Irgacure 500(50% 1-羟基环己基苯基酮:与50%二苯甲酮:的组合);Irgacure 651(2,2-二甲氧基-1,2-二苯基乙-1-酮):Irgacure 1700(25%的双(2,6-二甲氧基苯甲酰基-2,4,4-三甲基戊基)氧膦化:与75%的2-羟基-2-甲基-1-苯基-丙-1-酮:的组合);DAROCUR 1173(2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙烷):以及DAROCUR 4265(50%的2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦:与50%的2-羟基-2-甲基-1-苯基-丙-1-酮:的组合);可购自Union Carbide Chemicals and Plastics Co.Inc.,Danbury,Connec-ticut的CYRACURE UVI-6974(混合的六氟锑酸三芳基锍盐)和CYRACURE UVI-6990(混合的六氟磷酸三芳基锍盐);以及可购自Rahn Radiation Curing的Genocure CQ、Genocure BOK和GenocureM.F.。优选的光敏引发剂是可购自Ciba-Geigy of Tarrytown,New York.的Irgacure 1700。这里也可以使用这些物质的组合。
该优选的抗划伤组合物还包括约占所述抗划伤组合物25%-45%的滑石。如果所述抗划伤组合物通过丝网印刷施用,则更优选滑石以约35%-45%,最优选约39%的量存在。如果所述抗划伤组合物通过苯胺印刷技术施用,则更优选滑石以约28%-38%,最优选约33%的量存在。适合的滑石包括可购自Luzenac of Englewood,Colorado的Talc#400和Talc#600(现在称为Jetfil 575P)。
所述优选的抗划伤组合物还可任选包括占其约0.0%-15%的流动促进剂。更优选所述流动促进剂以约7%-13%,最优选约10%的量存在。适合的流动促进剂包括可购自Rahn Radiation Curing的Genorad17;可购自Monsanto Chemical Co.,St.Louis,Missouri.的Modaflow。优选的流动促进剂为Modaflow,它是丙烯酸乙酯与丙烯酸2-乙基己基酯的共聚物,改进了组合物的流动性。这里也可以使用这些物质的组合。
根据本发明的这个方面,提出了以下的目前优选的抗划伤组合物的实施例以进行说明。
实施例1
该实施例提供本发明优选的抗划伤组合物,可通过苯胺印刷技术施用于被涂物上。该抗划伤组合物由下列成分制成:
成分 | 大致重量% |
Ebecryl264 | 13.6 |
Ebecryl284 | 13.6 |
IBOA | 32.2 |
Irgacure1700 | 4.1 |
Ebecryl3603 | 3.5 |
Mistron滑石 | 33.0 |
总计 | 100.00 |
在该实施例中,在一个锅中用螺旋浆叶搅拌器以500-1000rpm的速度将IBOA与Irgacure 1700混合30秒。在接下来的步骤中,将Ebecryl 264、Ebecryl 284和Ebecryl 3603加入到所述锅中,在2000rpm的速度下混合1-2分钟。在最后的步骤中,将滑石加入到所述锅中,在5000rpm的速度下混合1-2分钟。监控混合过程中的温度。如果温度超过100°F,则临时暂停混合。
实施例2
该实施例提供本发明优选的抗划伤组合物,可通过丝网印刷技术施用于被涂物上。该抗划伤组合物由下列成分制成:
成分 | 大致重量% |
Ebecryl 264 | 15.9 |
Ebecryl 284 | 15.9 |
IBOA | 20.8 |
Irgacure 1700 | 4.8 |
Ebecryl 3603 | 4.1 |
Mistron滑石 | 38.5 |
总计 | 100.00 |
在该实施例中,在一个锅中用螺旋浆叶搅拌器以500-1000rpm的速度将IBOA与Irgacure 1700混合30秒。在接下来的步骤中,将Ebecryl 264、Ebecryl 284和Ebecryl 3603加入到所述锅中,在2000rpm的速度下混合1-2分钟。在最后的步骤中,将滑石加入到所述锅中,在5000rpm的速度下混合1-2分钟。监控混合过程中的温度。如果温度超过100°F,则临时暂停混合。
实施例3
该实施例提供本发明优选的抗划伤组合物,可通过苯胺印刷技术施用于被涂物上。该抗划伤组合物由下列成分制成:
成分 | 大致重量% |
Ebecryl 264 | 2.7 |
Ebecryl 284 | 2.7 |
IBOA | 42.7 |
Irgacure1 700 | 4.9 |
Ebecryl 3603 | 5.7 |
Mistron滑石 | 31.3 |
ModafloW | 10.0 |
总计 | 100.00 |
在该实施例中,在一个锅中用螺旋浆叶搅拌器以500-1000rpm的速度将IBOA与Irgacure 1700混合30秒。在接下来的步骤中,将Ebecryl 264、Ebecryl 284、Ebecryl 3603和Modaflow加入到所述锅中,在2000rpm的速度下混合1-2分钟。在最后的步骤中,将滑石加入到所述锅中,在5000rpm的速度下混合1-2分钟。监控混合过程中的温度。如果温度超过100°F,则临时暂停混合。将抗划伤组合物沉积到被涂物上的方法
本发明的另一方面提供将抗划伤涂料涂布到适合的被涂物上的方法。所述方法包括将抗划伤流体相组合物(“抗划伤组合物”)施用到被涂物上的第一步骤。
所述抗划伤组合物包含脂族丙烯酸酯化的低聚物混合物,所述脂族丙烯酸酯化的低聚物混合物以占所述抗划伤组合物的约2%-40%的量存在;占所述抗划伤组合物的约15%-50%的丙烯酸异冰片酯单体;占所述抗划伤组合物的约2%-10%的丙烯酸酯化的环氧低聚物;占所述抗划伤组合物的约2%-8%的光敏引发剂和占所述抗划伤组合物的约25%-45%的滑石。根据该方法优选的抗划伤组合物是本文所描述的那些组合物,例如包括实施例1-3所描述的组合物。
可以使用多种不同的技术将所述抗划伤组合物施用到被涂物上。所述抗划伤组合物可以通过例如直接刷涂加以施用,或者喷涂到被涂物的表面上。也可以使用丝网印刷技术加以施用。在这种丝网印刷技术中,用在丝网印刷工业中的术语“丝网”用来控制液体组合物向被涂物表面的流量。抗划伤组合物通常被施用于丝网上,随后再与被涂物接触。抗划伤组合物通过丝网流到被涂物上,由此以所需的膜厚附着在被涂物上。适用于该目的的丝网印刷技术包括已知的技术,通过本领域技术人员已知的方式对这些技术进行调整,以调节液相组合物的粘度、流动性等以及被涂物的性质。使用夹紧辊以使抗划伤组合物与滚动的被涂物接触的苯胺印刷技术也可以使用。
本发明方法包括用紫外线照射被涂物上的抗划伤流体相组合物以使抗划伤流体相组合物固化成为抗划伤涂层的第二步骤。该照射可以以多种方式进行,条件是紫外线或辐射撞击抗划伤组合物,从而使所述抗划伤组合物聚合形成涂层、层、膜等。
优选固化通过自由基聚合发生,它是由紫外辐射源引发的。根据用途不同可以使用各种紫外线源。优选的用于多种用途的紫外辐射源包括已知带有能量强度设定(例如125瓦特、200瓦特和300瓦特/平方英寸)的紫外线照明设备。
本领域技术人员会很容易想到其它的优点和修改的。因此,本发明在更广的方面不限于所述的具体细节、具有代表性的设备以及示例和描述的说明性实施例。因此,在不偏离主要发明概念的精神和范围的情况下,可以有不同于这些细节的偏差。
尽管已经对本发明的实施方案进行了说明和描述,但这些实施方案不倾向于说明和描述本发明的所有可能形式。当然,在说明书中使用的词是用于描述而不是限制,应当理解在不偏离本发明的精神和范围的情况下可以作出各种变化。
Claims (16)
1.一种紫外线(UV)固化组合物,所述组合物用以涂布物体以形成抗划伤涂层,所述组合物包含一种或多种脂族丙烯酸酯化的低聚物的混合物,不含任何显著量的在所述组合物固化后不结合入涂层的挥发性有机溶剂,其中所述脂族低聚物混合物以占所述抗划伤化合物重量的约2%-40%的量存在。
2.权利要求1的抗划伤组合物,其中所述脂族丙烯酸酯低聚物选自下述物质:
用二丙烯酸1,6-己二醇酯稀释至浓度为10%的脂族聚氨酯二丙烯酸酯、
用二丙烯酸1,6-己二醇酯稀释至浓度为15%的脂族聚氨酯三丙烯酸酯、
与20%二丙烯酸三丙甘醇酯混合的脂族聚氨酯二丙烯酸酯、
与25%乙氧基化的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯混合的脂族聚氨酯二丙烯酸酯、
与19%丙烯酸2(2-乙氧乙氧基)乙酯混合的脂族聚氨酯二丙烯酸酯、
与20%二丙烯酸三丙甘醇酯混合的脂族聚氨酯二丙烯酸酯、
与20%二丙烯酸三丙甘醇酯混合的脂族聚氨酯二丙烯酸酯、
与25%二丙烯酸三丙甘醇酯混合的脂族聚氨酯二丙烯酸酯和
脂族聚氨酯二丙烯酸酯,
以及它们的混合物。
3.权利要求1的抗划伤组合物,所述抗划伤组合物还包含:
占所述抗划伤组合物重量约2%-10%的丙烯酸酯化的环氧低聚物;
占所述抗划伤组合物重量约15%-50%的丙烯酸异冰片酯单体;
占所述抗划伤组合物重量约2%-8%的光敏引发剂;
占所述抗划伤组合物重量约25%-45%的滑石。
4.权利要求3的紫外线(UV)固化抗划伤组合物,所述抗划伤组合物还含有流动促进剂。
5.权利要求3的抗划伤组合物,其中所述丙烯酸酯化的环氧低聚物选自三官能丙烯酸酯化的环氧酚醛树脂、二官能双酚基的环氧树脂以及它们的混合物。
6.权利要求3的抗划伤组合物,其中所述丙烯酸异冰片酯单体选自丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸异冰片酯和它们的混合物。
7.权利要求3的抗划伤组合物,其中所述光敏引发剂选自:
1-羟基环己基苯基酮;
2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-吗啉代丙-1-酮;
50%1-羟基环己基苯基酮与50%苯甲酮的组合;
2,2-二甲氧基-1,2-二苯基乙-1-酮:
25%双(2,6-二甲氧基苯甲酰基-2,4,4-三甲基戊基)氧化膦与75% 2-羟基-2-甲基-1-苯基-丙-1-酮的组合;
2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙烷;
50% 2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦与50% 2-羟基-2-甲基-1-苯基-丙-1-酮的组合;
混合的六氟锑酸三芳基锍盐;
混合的六氟磷酸三芳基锍盐;
以及它们的混合物。
8.一种将抗划伤涂层涂布到被涂物上的方法,该方法包括:
a)将抗划伤组合物施用于被涂物,其中所述抗划伤组合物包含:
占所述抗划伤化合物重量约2%-40%的脂族低聚物混合物;
占所述抗划伤组合物重量的约2%-10%的丙烯酸酯化的环氧低聚物;
占所述抗划伤组合物重量的约15%-50%的丙烯酸异冰片酯单体;
占所述抗划伤组合物重量的约2%-8%的光敏引发剂;和
占所述抗划伤组合物重量的约25%-45%的滑石;以及
b)用紫外线照射所述被涂物上的抗划伤组合物,以使所述抗划伤组合物固化成为抗划伤涂层。
9.权利要求8的方法,其中所述施用的方法是喷涂。
10.权利要求8的方法,其中所述施用的方法是丝网印刷。
11.权利要求8的方法,其中所述施用的方法是浸涂。
12.权利要求8的方法,其中所述施用的方法是刷涂。
13.权利要求8的方法,其中所述施用的方法是选择性地涂布在所述被涂物上需要涂层的特定位置上。
14.权利要求8的方法,其中所述第二步骤包括用选自125瓦特/平方英寸、200瓦特/平方英寸和300瓦特/平方英寸的紫外线照射所述抗划伤组合物。
15.一种制备紫外线(UV)固化抗划伤组合物的方法,所述方法包括:
在一个锅中将丙烯酸异冰片酯单体与光敏引发剂合并以形成第一组合物;
将所述第一组合物进行混合;
将脂族丙烯酸酯化的低聚物混合物和丙烯酸酯化的环氧低聚物与所述第一混合物合并以形成第二组合物;
将所述第二组合物进行混合;
将滑石与所述第二混合物合并以形成第三组合物;并将所述第三组合物进行混合。
16.一种由下述方法制成的带涂层被涂物,所述方法包括:
a)将抗划伤组合物施用于被涂物上,其中所述抗划伤组合物包括:
占所述抗划伤化合物重量的约2%-40%的脂族低聚物混合物;
占所述抗划伤组合物重量的约2%-10%的丙烯酸酯化的环氧低聚物;
占所述抗划伤组合物重量的约15%-50%的丙烯酸异冰片酯单体;
占所述抗划伤组合物重量的约2%-8%的光敏引发剂;
占所述抗划伤组合物重量的约25%-45%的滑石;以及
b)用紫外线照射所述被涂物上的抗划伤组合物,以使所述抗划伤组合物固化成为抗划伤涂层。
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