JP2003509531A - 耐磨性及び着色性コーティングを与えるコーティング組成物 - Google Patents
耐磨性及び着色性コーティングを与えるコーティング組成物Info
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Abstract
Description
続出願である。
、詳細には、粘度の低いコーティング組成物及び高い着色性(tintability)を
示す耐磨耗性コーティングを形成するコーティング組成物に関する。
り曇りが生ずる。例えば、ポリカーボネート眼鏡レンズは強固でありかつ耐破壊
性を有するが、比較的柔らかく、傷を受けやすい。テレビの画面のプレートも同
様にポリカーボネートやポリ(メチルメタクリレート)のような可撓性かつ耐破
壊性プラスチック材料より形成されており、引掻き傷がついたり磨耗する。
向を低下させるために様々なコーティングが提案されてきた。そのような組成物
の1つは、1983年3月29日に付与された米国特許第4,378,250号(Treadwayら)
に示されている。他のコーティングは、米国特許第5,367,019号(Sawara)、4,85
5,180号(Kawamura)、4,895,767号(Moriら)及び4,719,146号(Hohageら)に示
されている。眼鏡レンズ用コーティングは、耐磨耗性に加えて、コーティングに
混入される染料によって処理することにより着色できることも必要である。一般
に、コーティングの硬度及び耐引掻き性が向上すると、コーティングの着色性は
逆に低下する傾向にある。
媒中のエポキシ化合物とそのためのカチオン開始剤、及びアクリル化合物とその
ための遊離基開始剤の溶液を用いるために「ハイブリッド」系とよばれるコーテ
ィング組成物が記載されている。通常、眼鏡レンズ等への保護透明コーティング
の形成に用いるに適したコーティング組成物は揮発性溶媒中の溶液として提供さ
れ、この溶媒はコーティング組成物を表面に均一に広げることを可能にしかつ染
料処理を可能にするための低粘性ビヒクルとして機能する。用いられる溶媒はほ
とんどが有機物質であり、その使用及び廃棄には注意が必要である。
能性エーテル、輻射感受性開始剤、及び組成物の全固形分の少なくとも25wt%の
良のコロイドシリカを含むコーティング組成物が記載されており、このシリカは
少量の加水分解したアクリロキシ官能性もしくはグリシドキシ官能性シランと反
応する。
性エーテルとエポキシ官能性シランの加水分解生成物を用いるコーティング組成
物が記載されている。重合性エーテルはこの組成物の硬化したコーティングに着
色性を与えるとされている。
に完全に加水分解したエポキシ官能性及びイミン官能性アルコキシシランを用い
ることが教示されており、一方前記の米国特許第4,378,250号(Treadwayら)に
はそのようなエポキシ及びイミン官能性アルコキシシランの加水分解は理論量以
下であることが教示されている。
いられるタイプのコーティング組成物は粘度が低いことが望ましい。さらに、上
記のように、その組成物は硬化した際に、一方において硬くかつ耐引掻き性であ
り、他方において着色可能である、すなわち着色染料を容易に受け入れることが
できる表面を形成できることが望ましい。
ィングを与えるコーティング組成物を提供する。この組成物は好ましくは粘度が
低く、最も好ましくは揮発性溶媒を実質的に含まない。
キシ基を有するアルコキシシラン)の加水分解生成物、そのための硬化剤、エチ
レン系不飽和モノマー及び加水分解していないエポキシ官能性アルコキシシラン
を含む。エチエン系不飽和モノマー成分は望ましくはアクリルモノマー、好まし
くは2以下のアクリル官能基を有するアクリルモノマーを含む。
シランを混入させることにより組成物の粘度を実質的に低下させることを見出し
た。コーティング組成物の粘度を十分に低下させるためのこの加水分解していな
いシランの量は約50wt%以下である。
チレン系不飽和モノマーを含む組成物より得られるコーティングの着色性は、非
反応性ポリエーテル界面活性剤を組成物に混入することにより実質的に向上する
ことも見出された。
分解生成物、そのための硬化剤、エチレン系不飽和モノマー及びこの組成物より
形成された硬化コーティングの着色性を向上させるに十分な量の非反応性ポリエ
ーテル界面活性剤を含む組成物に関する。着色性はポリエーテル界面活性剤の添
加によって向上され、このコーティング組成物は好ましくはビニルエーテル及び
反応性非シランエポキシ成分を含まない。しかし、必要により、非シラングリシ
ジルエーテルのコーティング組成物への混入はさらに着色性を向上させる。
成物の重合を開始させるための、ジアリールヨードニウムヘキサフルオロアンチ
モネートのようなカチオン開始剤及び遊離基開始剤を含む。この組成物は1種以
上の追加エポキシ官能性化合物、アクリルモノマー、及びコロイドを含む他の成
分を含んでもよいが、好ましくはこの組成物はシリカを含まず、最も好ましくは
コロイドを実質的に含まない。
性成分のエポキシ官能性アルコキシシラン前駆体は、好ましくは下式 Q−R1−Si(R2)m−(OR3)3-m (上式中、R1はC1-C14アルキレン基であり、R2及びR3は独立にC1-C4アル
キル基であり、Qはグリシドキシ又はエポキシシクロヘキシル基であり、mは0
又は1である) のエポキシアルキルアルコキシシランである。アルコキシ基は少なくとも部分的
に加水分解され、シラノール基を形成し、R3OH基を放出し、一部はシラノー
ル基の縮合が起こる。しかし、エポキシ反応性は保たれる。多くのエポキシ官能
性アルコキシシランは加水分解前駆体として適しており、それは以下の物を含む
。グリシドキシメチルトリメトキシシラン、グリシドキシメチルトリエトキシシ
ラン、グリシドキシメチルトリプロポキシシラン、グリシドキシメチルトリブト
キシシラン、β−グリシドキシエチルトリメトキシシラン、β−グリシドキシエ
チルトリエトキシシラン、β−グリシドキシエチルトリプロポキシシラン、β−
グリシドキシエチルトリブトキシシラン、β−グリシドキシエチルトリメトキシ
シラン、α−グリシドキシエチルトリエトキシシラン、α−グリシドキシエチル
トリプロポキシシラン、α−グリシドキシエチルトリブトキシシラン、γ−グリ
シドキシエチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシエチルトリエトキシシラ
ン、γ−グリシドキシエチルトリプロポキシシラン、γ−グリシドキシエチルト
リブトキシシラン、β−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β−グリシ
ドキシプロピルトリエトキシシラン、β−グリシドキシプロピルトリプロポキシ
シラン、β−グリシドキシプロピルトリブトキシシラン、α−グリシドキプロピ
ルトリメトキシシラン、α−グリシドキプロピルトリエトキシシラン、α−グリ
シドキシプロピルトリプロポキシシラン、α−グリシドキシプロピルトリブトキ
シシラン、γ−グリシドキシブチルトリメトキシシラン、δ−グリシドキシブチ
ルトリエトキシシラン、δ−グリシドキシブチルトリプロポキシシラン、δ−グ
リシドキシブチルトリブトキシシシラン、δ−グリシドキシブチルトリメトキシ
シラン、γ−グリシドキシブチルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシブチル
トリプロポキシシラン、γ−プロポキシブチルトリブトキシシシラン、δ−グリ
シドキシブチルトリメトキシシラン、δ−グリシドキシブチルトリエトキシシラ
ン、δ−グリシドキシブチルトリプロポキシシラン、α−グリシドキシブチルト
リメトキシシラン、α−グリシドキシブチルトリエトキシシラン、α−グリシド
キシブチルトリプロポキシシラン、α−グリシドキシブチルトリブトキシシシラ
ン、(3,4-エポキシシクロヘキシル)メチルトリメトキシシラン、(3,4-エポキシ
シクロヘキシル)メチルトリエトキシシラン、(3,4-エポキシシクロヘキシル)メ
チルトリプロポキシシラン、(3,4-エポキシシクロヘキシル)メチルトリブトキシ
シラン、(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、(3,4-エポ
キシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシラン、(3,4-エポキシシクロヘキシル
)エチルトリプロポキシシラン、(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリブト
キシシラン、(3,4-エポキシシクロヘキシル)プロピルトリメトキシシラン、(3,4
-エポキシシクロヘキシル)プロピルトリエトキシシラン、(3,4-エポキシシクロ
ヘキシル)プロピルトリプロポキシシラン、(3,4-エポキシシクロヘキシル)プロ
ピルトリブトキシシラン、(3,4-エポキシシクロヘキシル)ブチルトリメトキシシ
ラン、(3,4-エポキシシクロヘキシル)ブチルトリエトキシシラン、(3,4-エポキ
シシクロヘキシル)ブチルトリプロポキシシラン、及び(3,4-エポキシシクロヘキ
シル)ブチルトリブトキシシラン。
とから、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランである。
ってもよい(米国特許第 4,378,250号を参照されたい。この教示は、引用により
、本明細書に取り入れられる)。上記アルコキシ基の加水分解により、付随する
アルコールが遊離し(ストリッピングによって除去してもよい)、シラノール基
を形成する。これらは比較的不安定であるので、次に、自発的に縮合する傾向が
ある。上記アルコキシシランの加水分解は完了するのが好ましいけれども、完了
する必要は無く、アルコキシシランが、化学量論的に十分な量の水と反応して、
アルコキシ基の少なくとも50%、もっとも好ましくはアルコキシ基の約60%〜約
70%が加水分解される。エポキシ官能性トリアルコキシシランの加水分解におい
ては、シランを化学量論的に十分な量の水と反応させて、アルコキシ基の3分の
2を加水分解することによって、良好な結果が得られている。
コーティング組成物中に、約10〜約75質量%、好ましくは約20〜約50質量%の濃
度(固形分に基づく)で存在する。
他に、上記の如く、上記組成物は、固形分に基づいて、約50質量%以下の有効量
の加水分解していないシランを含むのが望ましく、好適な、エポキシ官能性アル
コキシシランは、上記に列挙したシランを含む。この加水分解していない、エポ
キシ官能性アルコキシシランは、固形分に基づいて、約10質量%以上、好ましく
は少なくとも約20質量%、もっとも好ましくは約40〜50質量%の量で存在するの
が望ましい。好ましくは、加水分解していない成分として含まれるエポキシ官能
性アルコキシシランを用いて、加水分解された成分を製造してもよい。これらの
加水分解された成分および加水分解していない成分は異なっていてもよく、必要
に応じて、各々が、1種のエポキシ官能性アルコキシシランを利用するものであ
っても、または異なるエポキシ官能性アルコキシシランの配合物を利用するもの
であってもよいことが理解されるべきである。
ム塩(例えば、ヘキサフルオロリン酸トリフェニルフェナシルホスホニウム)な
どのVa族元素の塩、スルホニウム塩(例えば、テトラフルオロホウ酸トリフェ
ニルスルホニウム、ヘキサフルオロリン酸トリフェニルスルホニウム、およびヘ
キサフルオロアンチモン酸トリフェニルスルホニウム)などのVIa族元素の塩
、およびヨードニウム塩(例えば、塩化ジフェニルヨードニウムおよびヘキサフ
ルオロアンチモン酸ジアリールヨードニウム(後者が好ましい))などのVII
a族元素の塩)が含まれる。芳香族オニウム塩およびエポキシ化合物の重合にお
けるカチオン性開始剤としてのそれらの使用については、米国特許第 4,058,401
号(J. V. Crivelloによる "Photocurable Compositions Containing Group VIA
Aromatic Onium Salts"。1977年11月15日発行)、米国特許第 4,069,055号(J.
V. Crivelloによる "Photocurable Epoxy Compositions Containing Group VA
Onium Salts"。1978年1月17日発行)、米国特許第 4,101,513号(F. J. Fox 他
による "Catalyst For Condensation Of Hydrolyzable Silanes And Storage St
able Compositions Thereof"。1978年7月18日発行)、および米国特許第 4,161
,478号(J. V. Crivelloによる "Photoinitiators"。1979年7月17日発行)に詳
細に記載されている(これらの開示は、引用により、本明細書に取り入れられる
)。
許第 4,000,115号(Sanford S. Jacobs による "Photopolymerization Of Epoxi
des"。1976年21月28日発行)に記載されている(この開示は、引用により、本明
細書に取り入れられる)、フェニルラジカル上の置換基としてアルコキシラジカ
ルまたはベンジルオキシラジカルを含有しているヘキサフルオロリン酸フェニル
ジアゾニウム)を使用することもできる。本発明の組成物において使用するのに
好ましいカチオン性開始剤は、VIa族元素の塩(とりわけスルホニウム塩)お
よびVIIa元素の塩(特にヘキサフルオロアンチモン酸ジアリールヨードニウ
ム)である。特定のカチオン性触媒には、テトラフルオロホウ酸、ヘキサフルオ
ロリン酸、ヘキサフルオロヒ酸、およびヘキサフルオロアンチモン酸のジフェニ
ルヨードニウム塩、並びにテトラフルオロホウ酸、ヘキサフルオロリン酸、ヘキ
サフルオロヒ酸、およびヘキサフルオロアンチモン酸のトリフェニルスルホニウ
ム塩が含まれる。
ィング組成物において用いることができ、アクリルモノマーおよびオリゴマー(
特に、2個以下のアクリル官能基を有するもの)が好ましい。ポリカーボネート
基材への接着を改良するのに有用なアクリル化合物には、一官能価モノマーおよ
び二官能価モノマーの両方が含まれるけれども、他のアクリルモノマーまたはさ
らに多官能価のアクリルモノマーも含まれていてもよい。
エステル、例えばアクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸2-ヒドロキ
シエチル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸2-エチルヘキシル、メタクリ
ル酸メチル、メタクリル酸エチルなどが含まれる。二官能価、三官能価、および
四官能価のモノマーを含む、多官能価アクリルモノマーの例には、ネオペンチル
グリコールジアクリレート、ペンタエリトリトールトリアクリレート、1,6-ヘキ
サンジオールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、テト
ラエチレングリコールジアクリレート、1,3-ブチレングリコールジアクリレート
、トリメチロールプロパントリメタクリレート、1,3-ブチレングリコールジメタ
クリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ペンタエリトリトールテト
ラアクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、1,6-ヘキサンジ
オールジメタクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリ
コールジアクリレート、グリセロールジアクリレート、グリセロールトリアクリ
レート、1,3-プロパンジオールジアクリレート、1,3-プロパンジオールジメタク
リレート、1,2,4-ブタントリオールトリメタクリレート、1,4-シクロヘキサンジ
オールジアクリレート、1,4-シクロヘキサンジオールジメタクリレート、ペンタ
エリトリトールジアクリレート、1,5-ペンタンジオールジメタクリレートなどが
含まれる。これらのアクリル官能基を有するモノマーおよびオリゴマーは、固形
分に基づいて、少なくとも約10質量%、好ましくは約10〜約50質量%、もっとも
好ましくは約10〜約25質量%の質量濃度で用いられるのが望ましい。
剤が好ましいけれども、熱活性ラジカル開始剤を使用してもよい。この目的に有
用な光開始剤は、ハロアルキル化芳香族ケトン、クロロメチルベンゾフェノン、
特定のベンゾインエーテル、特定のアセトフェノン誘導体(例えばジエトキシア
セトフェノンおよび2-ヒドロキシ -2-メチル -1-フェニルプロパン -1-オン)で
ある。好ましい種類のラジカル光開始剤はベンジルケタールであり、これは迅速
な硬化を生ずる。好ましい光開始剤は、α,α−ジメトキシ−α−フェニルアセ
トフェノン(Irgacure(商標)651 、Ciba-Geigy、米国特許第 3,715,293号およ
び同 3,801,329号において開示されている)である。本発明に係る、もっとも好
ましい光開始剤は、2-ヒドロキシ -2-メチル -1-フェニルプロパン -1-オン(Da
rocure(商標)1173、Ciba-Geigy Corporation)である。光開始剤の具体例には
、エチルベンゾインエーテル、イソプロピルベンゾインエーテル、ジメトキシフ
ェニルアセトフェノン、ジエトキシアセトフェノン、およびベンゾフェノンが含
まれる。
また、シリカや他のコロイドも含まないことが好ましい。
ル類であり、界面活性剤は水溶性、水分散性または水不溶性であってよい。本明
細書において用いる「非反応性」なる用語は、ポリエーテルが、エポキシ官能性
アルコキシシランまたはエチレン系不飽和モノマーがかかわる硬化反応に有意に
関与しないことを意味する。様々なポリ(アルキレングリコール)およびポリ(
アルキレンオキシド)を包含する様々な非反応性ポリエーテル類を使用でき、非
反応性ポリエーテルは、着色性を高めるそれらの能力の観点から選ばれる。好ま
しいポリエーテル類としては、ポリアルキレンオキシド変性ポリマー、例えばポ
リアルキレンオキシド変性シロキサン類(ポリアルキレンオキシド変性ジメチル
シロキサン類およびポリアルキレンオキシド変性ヘプタメチルシロキサン類を包
含)、アルコキシポリアルキレンオキシエタノール類、および置換ポリグリコー
ル類、例えばノニルフェノールポリエチレングリコールが挙げられる。ポリアル
キレンオキシド変性シロキサンは液体状であっても固体状であってもよい。
: Me3SiO(Me2SiO)x[MeSi(PE)O]ySiMe3
る)により表すことができる。本明細書において、これらの界面活性剤を「AP
」(アルキル側鎖)型と呼ぶ。他のポリアルキレンオキシド変性シロキサン類は
、一般式:(MeSi)y-2[(OSiMe2)x/yO−PE]y(式中、PEは−
(EO)m(PO)nRであり、Rは低級アルキルである)により表すことができ
る。後者の界面活性剤を、「AEB」(アルコキシ末端封鎖)型と呼ぶ。これら
の一般式において、EOはエチレンオキシを表し、POは1,2−プロピレンオ
キシを表し、ZはHまたは低級アルキルであり、x,y,mおよびnは所望によ
り変えることができる。
tco Corporationからその登録商標SILWETで入手できる。アルコキシポリアルキ
レンオキシエタノール類、およびノニルフェノールポリエチレングリコール等の
前記ポリグリコール類は、Union Carbide Corporationから登録商標TERGITOLで
一般的に入手できる。
られる硬化したコーティングに望ましい着色性を付与する量であり、この量は、
識別可能な着色性の改良を与える通常1または2質量%である最低量から、約1
0質量%までまたはそれ以上の範囲にわたることがある。当該組成物の約1質量
%〜約10質量%の範囲内の界面活性剤量が通常適切であり、約4%の界面活性
剤濃度が良好な結果を与えた。
できるであろう。これらの例において、着色性は、以下のように求めた:コート
され硬化した試料を、95℃〜100℃のBPI黒色染料(透過率1%、Brain Pow
er Inc.)に15分間浸し、次に、水ですすぎ、乾燥させる。この試料の透過率
Tを分光光度定量的に求め、着色性を透過率(%)で記録する。耐磨耗性は、透
明基材のコートされた表面を所定の条件のもとで磨耗させ、そして光透過率の減
少に従って生じる曇り度を測定することにより求められる。そのような試験装置
の1つにTaber磨耗試験機(Byk-Gardnerの製品)と呼ばれているものがある。こ
の装置を使用する磨耗試験は、ASTM D 1044-78に従って行うことができる。以下
に示すコーティングを試験するために使用した特定の装置は、500gの重みを
つけたCS10研磨ホイールを備えたモデル5130 Taber磨耗試験機を含んでいた。
、36gの水および0.5mlの1%HCl溶液を組み合わせて16〜20時間
混合することによって、部分的に加水分解されたエポキシ官能性アルコキシシラ
ンを調製した。得られた生成物から揮発分を真空中で除去した。
ラン、18gの水、20gのエタノールおよび0.2gの酸性官能性イオン交換
樹脂(CT 275,Purolite Corp.)を組み合わせることによって、第2の部分的に
加水分解されたエポキシ官能性アルコキシシランを調製した。混合物を室温で3
6〜40時間攪拌し、次いで、真空中で揮発分を除去した。
Bと表示した2つのコーティング組成物を調製した。これらの組成物の粘度を求
め、そして、これらの組成物をポリカーボネートレンズ上にコートし、中圧水銀
球を使用して250ワット/インチで紫外線硬化させた。コートされたレンズを
上記の磨耗試験にかけた。
べきである。
よびEと表示した3つのコーティング組成物を調製した。これらの組成物の粘度
を求め、例2におけるようにコートし、硬化させ、そして試験した。
示)。 グリシドキシプロピルトリメトキシシラン (実施例1と同様に部分的に加水分解された) 36 グリシドキシプロピルトリメトキシシラン (加水分解していない) 50 ヘキサンジオールジアクリレート 15 ペンタエリトリトール 5.0 ベンゾフェノンと1−ヒドロキシ シクロヘキシルフェニルケトンとの1/1混合物 1.8 ジアリルヨードニウム ヘキサフルオロホスフェート (CD1012、Sartomer Corp) 4.0
表示した界面活性剤の一種を0.4g添加した。そして、その組成物をポリカー
ボネートレンズ上にスピンコートし、紫外光線下で硬化して、厚さ8〜10ミク
ロン範囲のコーティングを形成した。各レンズの着色性は、上記のようにして測
定した。
神から離れないで、その適合化及び改変をなし得ることは理解されるべきである
。
Claims (18)
- 【請求項1】 エポキシ官能性アルコキシシランの加水分解生成物及びその
ため硬化剤、エチレン系不飽和モノマー、並びに加水分解していないエポキシ官
能性アルコキシシランの固形分に基づいて50重量%までの量の粘度降下剤を含
む、基材上に透明性及び耐磨性のコーティングを形成するためのコーティング組
成物。 - 【請求項2】 エチレン系不飽和モノマーがアクリルモノマーを含む、請求
項1に記載のコーティング組成物。 - 【請求項3】 アクリルモノマーが2以下のアクリル官能基を有する、請求
項2に記載のコーティング組成物。 - 【請求項4】 コーティング組成物から形成される硬化されたコーティング
の着色性を改善するのに十分な量で、実質的に非反応性のポリエーテル界面活性
剤を含む、請求項1に記載のコーティング組成物。 - 【請求項5】 ポリエーテル界面活性剤がシロキサンである、請求項4に記
載のコーティング組成物。 - 【請求項6】 ポリエーテル界面活性剤がポリアルキレンオキシドシロキサ
ンである、請求項4に記載のコーティング組成物。 - 【請求項7】 ポリエーテル界面活性剤がアルコキシポリエチレンオキシア
ルカノールである、請求項4に記載のコーティング組成物。 - 【請求項8】 界面活性剤が少なくとも部分的に水溶性である、請求項4〜
6のいずれかの一項に記載のコーティング組成物。 - 【請求項9】 界面活性剤が水不溶性である、請求項4〜6のいずれかの一
項に記載のコーティング組成物。 - 【請求項10】 エポキシ官能性アルコキシシランの加水分解生成物、その
ための硬化剤及びエチレン系不飽和モノマーを含む、基材上に透明性及び耐磨性
のコーティングを形成するためのコーティング組成物であって、コーティング組
成物から形成される硬化されたコーティングの着色性を改善するのに十分な量で
、非反応性のポリエーテル界面活性剤を含む、コーティング組成物。 - 【請求項11】 コーティング組成物がビニルエーテル及び非シラン系エポ
キシモノマーを実質的に含まない、請求項10に記載のコーティング組成物。 - 【請求項12】 ポリエーテル界面活性剤がシリコーンを含む、請求項10
に記載のコーティング組成物。 - 【請求項13】 ポリエーテル界面活性剤がポリアルキレンオキシドシロキ
サンを含む、請求項10に記載のコーティング組成物。 - 【請求項14】 ポリエーテル界面活性剤がアルコキシポリエチレンオキシ
アルカノールを含む、請求項10に記載のコーティング組成物。 - 【請求項15】 界面活性剤が少なくとも部分的に水溶性である、請求項1
0〜12のいずれかの一項に記載のコーティング組成物。 - 【請求項16】 界面活性剤が水不溶性である、請求項10〜12のいずれ
かの一項に記載のコーティング組成物。 - 【請求項17】 エチレン系不飽和モノマーがアクリルモノマーを含む、請
求項10に記載のコーティング組成物。 - 【請求項18】 アクリルモノマーが2以下のアクリル官能基を有する、請
求項16に記載のコーティング組成物。
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