JP2020193256A - 硬化性樹脂組成物、樹脂硬化物、積層フィルム、転写フィルム及び積層体 - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
(A)下記一般式(1)で示される化合物(a1)と、下記一般式(2)で示されるイソシアヌレート環を有するイソシアネート(a2)との反応物であるウレタン化合物と、
(B)下記一般式(3)で示されるイソシアヌレート環を有する化合物と、
(C)平均一次粒径が10nm〜100nmの無機粒子と、
を含む、硬化性樹脂組成物を提供する。
本開示の樹脂硬化物は、優れた耐摩耗性、伸び性、及び耐薬品性を有する硬化物となる。
本開示は、基材層上に、上述の樹脂硬化物の層である樹脂硬化物層を有する積層フィルムを提供する。
本明細書において(メタ)アクリルとは、アクリル及びメタクリルの各々を表し、(メタ)アクリロイルとは、アクリロイル及びメタクリロイルの各々を表し、(メタ)アクリレートとは、アクリレート及びメタクリレートの各々を表す。
本開示の硬化性樹脂組成物は、
(A)下記一般式(1)で示される化合物(a1)と、下記一般式(2)で示されるイソシアヌレート環を有するイソシアネート(a2)との反応物であるウレタン化合物と、
(B)下記一般式(3)で示されるイソシアヌレート環を有する化合物と、
(C)平均一次粒径が10nm〜100nmの無機粒子と、
を含む、硬化性樹脂組成物である。
本開示の硬化性樹脂組成物に用いられるウレタン化合物(A)は、下記一般式(1)で示される化合物(a1)と、下記一般式(2)で示されるイソシアヌレート環を有するイソシアネート(a2)との反応物である
上記一般式(1)で示される化合物(a1)中、Z1は、重合性炭素−炭素二重結合含有基である。
重合性炭素−炭素二重結合含有基としては、重合性炭素−炭素二重結合を含んでいれば特に限定されるものではないが、例えば、ビニル基、(メタ)アクリロイル基、(メタ)アクリロイルオキシ基、及びアリル基が挙げられる。nが2以上(即ち、2または3)のとき、2つ又は3つのZ1は、同一でも又は相異なっていてもよい。
したがって、化合物(a1)は、上記一般式(1)中におけるnが3、mが1、Z1が(メタ)アクリロイルオキシ基、R1及びR3がメチレン基である化合物が主成分であること好ましい。
ここで、主成分であるとは、上述した通り、ウレタン化合物(A)を高分子化させることなく、諸物性に悪影響を及ぼさない程度にペンタエリスリトールモノアクリレートやペンタエリスリトールジアクリレートが含まれていてもよいことを意味する。
なお、上記化合物(a1)は、単独で用いてもよく、2種以上を併用しても良い。
一般式(2)中、R4はそれぞれ独立に、同一又は異種の、酸素原子を含んでも良い2価の炭化水素基である。
上記R4としては、例えば、炭素数6〜13の直鎖状、分岐状、若しくは環状の2価の脂肪族炭化水素基や、1つ以上のエーテル結合、エステル結合、又はカルボニル基等を含む炭素数7〜13の2価の脂肪族炭化水素基が挙げられる。
中でも、炭素数6〜8のアルキレン基が好ましく、特には、へキシレン基、シクロヘキシレン基が好ましい。
本開示のウレタン化合物(A)は、上記一般式(1)で示される化合物(a1)と、上記一般式(2)で示されるイソシアヌレート環を有するイソシアネート(a2)とをウレタン化反応させて得られる化合物である。特には、上記一般式(1)中におけるnが3、mが1、Z1が(メタ)アクリロイルオキシ基、R1及びR3がメチレン基である化合物(a1)と、上記一般式(2)中におけるR4が直鎖状、分岐状、又は環状の2価の脂肪族炭化水素基であるイソシアネート(a2)との反応物であることが好ましい。
例えば、測定装置としては、東ソー社製GPC HLC−8220を用い、カラムにはShodex LF−404×2本を直列で接続、検出器には示差屈折率(RI)検出器、標準ポリスチレンとして、Agilent Technologies製Easical Type PS−2ポリスチレン(分子量範囲580〜364,000)を用いることができる。
なお、ウレタン化合物(A)と、後述する「D.その他の成分」で示すウレタン化合物(D)との混合物の状態で配合する場合には、ウレタン化合物(A)と、後述するウレタン化合物(D)との混合物の配合量は、硬化性樹脂組成物の固形分100質量部中10質量部〜90質量部の範囲内、特に20質量部〜70質量部の範囲内であることが、硬化物に必要とされる諸物性をより向上させることができるため好ましい。
本開示における(B)成分は、下記一般式(3)で示されるイソシアヌレート環を有する化合物である。
また、上記重合性炭素−炭素二重結合含有基としては、上記一般式(1)におけるZ1で例示したものと同様のものが挙げられる。特に、重合性の観点から、(メタ)アクリロイル基、(メタ)アクリロイルオキシ基が好ましい。
本開示においては、特に3つR5のうち少なくとも1つが、エステル基を含む炭素数5〜15の2価の脂肪族炭化水素基である化合物であることが好ましい。この場合、他のR5が炭素数2〜7の直鎖状のアルキレン基であることが好ましい。
本開示における(C)成分は、平均一次粒径が10nm〜100nmの無機粒子である。無機粒子としては、例えば、シリカ(コロイダルシリカ、ヒュームドシリカ、沈降性シリカなど)、アルミナ、ジルコニア、チタニア、酸化亜鉛などの金属酸化物からなる無機粒子が好ましく挙げられ、透明性と耐摩耗性の向上の観点から、シリカあるいはアルミナからなる無機粒子であることが好ましい。粒子形状は、球、楕円体、多面体、鱗片形などが挙げられ、特に制限されないが、硬度がより高くなり優れたハードコート性が得られる点で、球状が好ましい。
また、異形無機粒子は表面に反応性官能基を有していてもよい。反応性官能基としては、ビニル基、(メタ)アクリロイル基、アリル基、エポキシ基、およびシラノール基等が好ましく挙げられる。
本開示の硬化性樹脂組成物は、さらに、上記一般式(1)で示される化合物と、イソシアヌレート構造を含まず、脂環構造を有するイソシアネートとの反応物であるウレタン化合物(D)を含むものであることが好ましい。このような、イソシアヌレート構造を含まず、脂環構造を有するイソシアネートとしては、イソホロンジイソシアネート(IPDI)等が挙げられる。
このように、(A)成分とは異なるウレタン化反応物を含むことにより、より一層伸び性に優れた硬化物となるために好ましい。
なお、硬化に電子線を用いる電子線硬化性とする場合には、光重合開始剤、重合促進剤、光開始助剤等を添加する必要は無い。この場合、固形分中のウレタン化合物(A)及び化合物(B)の含有割合を高めることができ、耐摩耗性及び引張伸び性を向上し易い点から好ましい。
本開示の硬化性樹脂組成物は、ウレタン化合物(A)、上記化合物(B)、無機粒子(C)、及び必要に応じて各種添加剤や溶剤を所定の割合で配合し、常法により均一に混合して得ることができる。
本開示では、上述した硬化性樹脂組成物の硬化物である、樹脂硬化物を提供する。
本開示の硬化性樹脂組成物の硬化物は、基材上に、上記本開示の硬化性樹脂組成物を所望の厚さで塗工し、所望により溶剤を用いた場合、乾燥して溶剤を除去し、次いで、活性エネルギー線を照射して硬化させることにより製造することができる。本開示の樹脂硬化物は、優れた耐摩耗性、伸び性、及び耐薬品性を有する硬化物となる。
乾燥条件は、溶剤の沸点、基材の材質、塗布量等によって、好ましい範囲が異なるが、一般的には、60℃以上180℃以下の温度で、10秒以上30分以下行う方法等が挙げられる。
本開示では、基材層上に、上述の樹脂硬化物の層である樹脂硬化物層を有する積層フィルムを提供する。図1は、本開示の積層フィルムの一例を示す概略断面図である。
図1に示されるように、本開示の積層フィルム10は、基材層1上に、上記本開示の硬化性樹脂組成物の樹脂硬化物層2を備える構成をとる。
伸度=(硬化物層にクラックが生じたときの伸びの長さ)/(試験前の硬化物層の長さ)×100(%)
本開示では、転写用の基材層と、該基材層上に積層されたハードコート層とを有する転写フィルムであって、上記ハードコート層は、上述の硬化性樹脂組成物の硬化物である、転写フィルムを提供する。図2は、本開示の転写フィルムの一例を示す概略断面図である。
図2に示される本開示の転写フィルム10は、転写用基材層1と、本開示の硬化性樹脂組成物の硬化物層であるハードコート層2とを有し、更に、ハードコート層2上に、プライマー層3、接着層4をこの順に備えるものである。
また、図示しないが、本開示の転写フィルムは、基材層上に、ハードコート層とプライマー層とをこの順に備える態様であっても良い。さらに、本開示の転写フィルムは、加飾層など、接着層やプライマー層とは別の層をさらに備える態様であってもよい。加飾層など別の層は、公知の層を適宜選択して用いることができる。
本開示の転写フィルムは、種々の使用態様を取ることができるが、特に、熱転写法、インモールド成形法に用いられることが好ましい。言い換えれば、転写フィルムは、熱転写法、インモールド成形法用途であることが好ましい。
1.基材層
本開示の転写フィルムにおける転写用基材層は、本開示のハードコート層を樹脂基体に転写する際に、剥離される部材である。
上記基材層としては、特に限定されず、一般的な転写フィルムの剥離層として用いられるものを用いることができる。例えばポリエステル樹脂フィルム、ポリオレフィン樹脂フィルム等の樹脂フィルムが挙げられる。
上記基材層は、透明性の有無、着色の有無は問わず、適宜設定することができる。
上記基材層は、単層構成であってもよく、複層構成でもよい。複層構成の場合、複層構成全体で上記厚みの範囲とすることができる。
ハードコート層は、上述の硬化性樹脂組成物の硬化物である。硬化性樹脂組成物及び硬化物については、上記「I. 硬化性樹脂組成物」「II.樹脂硬化物」の項で詳細に説明したため、ここでの説明は省略する。
プライマー層は、本開示の硬化性樹脂組成物の硬化物層と、上記接着層など別の層との接着性が不十分である場合に、更に設けてもよい。
プライマー層の材料としては、例えば、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、塩化ビニル酢酸ビニル共重合樹脂、ポリエステル系樹脂、塩素化ポリオレフィン系樹脂等を使用できるが、これらに限定されるものではない。 また、プライマー層には、上述の本開示の硬化性樹脂組成物に含まれていてもよい添加剤を含んでいてもよい。
プライマー層の膜厚は、特に制限されないが、例えば、0.1μm以上10μm以下が挙げられ、好ましくは1μm以上5μm以下が挙げられる。
本開示の転写フィルムは、上記基材層側の面とは反対側の最外層に接着層を設けることができる。この態様においては、上記接着層が、ヒートシール性を有することで、本態様のハードコートフィルムを、上記接着層を介して樹脂基体に転写貼付することができる。なお、ヒートシール性とは、所望の条件で加熱し、接着層に含まれる樹脂を溶融することで被着体に接着可能となる性質を指す。
本態様において更に加飾層を設ける場合、加飾層は典型的には、図2におけるプライマー層3のハードコート層2とは反対側に配置される。
上記加飾層は、透明であってもよく、半透明であってもよく、不透明であってもよい。
また、本態様の転写フィルムにおいて、加飾層を設ける場合、加飾層と接着層とは、別体で形成されてもよいが、上記加飾層と上記接着層とが一体で形成されていてもよい。加飾層と接着層とが一体で形成された単一層を、加飾層兼接着層とすることができる。加飾層兼接着層は、例えば、加飾層が熱で溶着可能な熱可塑性樹脂を含むことで、加飾層としての機能と接着機能との両方の機能を発揮することができる。
本開示の転写フィルムの製造方法は、特に限定されないが、例えば、転写基材層上にハードコート層形成用組成物を塗布および硬化してハードコート層を形成する工程を少なくとも含む。図2で示される態様の転写フィルムを製造する場合、ハードコート層上にプライマー用組成物を塗布し、必要に応じて硬化してプライマー層を形成し、上記プライマー層上に熱可塑性樹脂を塗布して接着層を形成することで製造することができる。
図4は、本開示の積層フィルムの他の態様であるラミネートフィルムの一例を示す概略断面図であり、図2に例示した転写フィルム10における基材層1が、プライマー3層と接着層4との間に位置すること以外は、図2と同様である。即ち、図4で示される本態様の積層フィルム10は、本開示の硬化性樹脂組成物の硬化物層であるハードコート層2、プライマー層3、基材層1、および接着層4をこの順に備えている。また、加飾層を設ける場合、基材層とプライマー層との間に設けることが可能である。
本態様のラミネートフィルムにおける基材層は、上記プライマー層と上記接着層の間に配置される。本態様のラミネートフィルムにおいて上記基材層は、本態様のラミネートフィルムを樹脂基体にラミネート貼付する際に、剥離されずに他の構成をともに樹脂基体上に配置される。
本態様のラミネートフィルムは、上記基材層の上記プライマー層側の面とは反対側の面に接着層を有することができる。これにより本態様のハードコートフィルムを、接着層を介して樹脂基体にラミネート貼付することができるからである。
ことができる。
本態様のラミネートフィルムの製造方法は、特に限定されないが、例えば、基材層の一方の面上にプライマー用組成物を塗布し必要に応じて硬化してプライマー層を形成し、プライマー層上にハードコート層形成用組成物を塗布および硬化してハードコート層を形成し、上記基材層の、プライマー層側の面とは反対側の面に接着剤または粘着剤を塗布して接着層を形成して得ることができる。
本開示においては、樹脂基体と、上記樹脂基体上に積層されたハードコート層とを有する積層体であって、上記樹脂基体と上記ハードコート層との間に、プライマー層及び接着層のいずれか一方又は両方を有し、上記ハードコート層は、上述の硬化性樹脂組成物の硬化物である、積層体を提供する。本開示の積層体は、層構成に応じて2つの態様に大別される。以下、各態様の積層体についてそれぞれ説明する。
本態様の積層体は、上述した転写フィルムを用いて製造した積層体である。既に説明した図3は、本態様の積層体の一例を示す概略断面図である。この積層体20は、樹脂基体21と、接着層4と、プライマー層3と、ハードコート層2と、をこの順に有し、ハードコート層は上述の硬化性樹脂組成物の硬化物である。また、上記「III.積層ィルム」の「A.転写フィルム」の項で詳述したように、加飾層を更に設けてもよい。
本態様の積層体によれば、ハードコート層が最外層に位置するため、積層体の耐摩耗性、加工性(伸び性)、及び耐薬品性を向上させることができる。
被着体となる樹脂基体については、特に制限されないが、例えば、一般住居や公共施設の建築構造物の外内装材、自動車内外装用の部品、太陽電池カバー、太陽電池基板、家電製品の部材、照明用カバー、各種ディスプレー装置の前面板又はカバー、信号機や光学機器に使用されるレンズ類等が挙げられる。本開示の転写シートにおいて、樹脂基体は、ハードコート性(耐傷性等)の付与が求められる樹脂成型品であればよいが、好ましくは、透明で強度があり、現状のガラス代替として使用可能な有機ガラスが挙げられる。有機ガラスとしては、具体的には、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリオレフィン、ABS等が挙げられる。これらの有機ガラスの中でも、ポリカーボネートは耐衝撃性や透明性に優れており、好適に使用される。
本態様の積層体は、上述したラミネートフィルムを用いて製造した積層体である。既に説明した図5は、本態様の積層体の一例を示す概略断面図である。この積層体20は、樹脂基体21と、接着層4と、基材層1と、プライマー層3と、ハードコート層2と、をこの順に有し、ハードコート層は上述の硬化性樹脂組成物の硬化物である。
本開示の積層体の製造方法としては、例えば、予め準備された樹脂基体の表面に積層フィルムを配置する工程であっても良い。また、上記樹脂基体の形成と上記積層フィルムの配置とが同時に行われる工程であっても良い。以下、前者の工程を第一の製造工程、後者の工程を第二の製造工程と称してそれぞれ説明する。
上記第一の製造工程によって積層体を製造する方法としては、押出し成形等により樹脂基体を成形し、その直後又は冷却後に、ロール等を用いて本開示の積層フィルムの接着層の面を、当該樹脂基体に圧着して積層する方法が挙げられる。樹脂基体に本開示の積層フィルムの接着層の面を圧着する際に、必要に応じて接着層が少なくとも1部が溶融する程度に加熱してもよい。積層フィルムの加熱は、圧着前の転写フィルムの予備加熱、熱圧ロールによる圧着と同時の加熱等によって行うことができる。また、転写前に樹脂基体を予備加熱してもよい。
本開示の積層フィルムは、硬化物層が加工性(伸び性)に優れるため、このような曲げ加工を行っても、クラックが生じにくい。
第二の製造工程においては、上記積層体の形成と上記積層フィルムの配置とが同時に行われる。第一の製造工程における樹脂基体は、通常樹脂固形物の成形体である。この場合、具体的な積層体の製造方法としては、例えば、インサート成形法、射出成形同時加飾法、ブロー成形法、ガスインジェクション成形法等の各種射出成形法が挙げられる。
すなわち、第二の製造工程は、射出成形法を用いて樹脂基体を形成し、かつ上記樹脂基体の表面に上記積層フィルムを配置する工程が同時に行われる工程であっても良い。
本開示においては、中でも、インサート成形法、または射出成形同時加飾法を用いることが好ましい。
本開示における第二加飾工程が、インサート成形法を用いる工程である場合について説明する。
ここで、インサート成形法は、樹脂基体の表面に積層フィルムを配置する方法であり、樹脂基体と積層フィルムの配置とを同時に行う方法である。インサート形成法においては、予め積層フィルムを物品表面形状に成形する成形工程と、成形された上記積層フィルムを射出成形型に配置した後、上記射出成形型を閉じ、流動状態の樹脂の組成物を上記射出成形型内部に射出する射出工程と、射出された上記樹脂の組成物を固化させることにより、樹脂基体を成形し、上記樹脂基体の表面に積層フィルムを配置する固化工程とを少なくとも有する。
本開示における第二加飾工程が、射出成形同時加飾法を用いる工程である場合について説明する。
ここで、射出成形同時加飾法は、樹脂基体の表面に積層フィルムを配置する方法であり、樹脂基体の成形と積層フィルムの配置とを同時に行う方法である。射出成形同時加飾法は、インモールド成形法とも称される方法である。射出成形同時加飾法においては、例えば、射出成形型における雌型と真空成形型との機能を備える兼用雌型を用いて積層フィルムを予備成形する予備成形工程と、予備成形された上記積層フィルムが配置された射出成形型を閉じ、流動状態の樹脂組成物を上記射出成形型内部に射出する射出工程と、射出された上記樹脂組成物を固化させることにより、物品を成形し、上記物品の表面に積層フィルムを配置する固化工程とを有する。
(1)硬化性樹脂組成物の調製
下記表1の配合成分、配合割合(質量部)からなる硬化性樹脂組成物を調製した。用いたウレタン化合物(A)及びアクリレート化合物(B)、無機粒子(C)、溶剤は、以下の通りである。
※ IPDI−(PETA)2との混合物
(HDIヌレート体−(PETA)3:ペンタエリスリトールトリアクリレートとヘキサメチレンジイソシアネートから誘導されたイソシアヌレート環を有するイソシアネートとの反応物、 IPDI−(PETA)2:ペンタエリスリトールトリアクリレートとイソホロンジイソシアネートとの反応物)
・ウレタン化合物2:HDIヌレート体−(HPA)3
HDIヌレート体−(HPA)3:ヘキサメチレンジイソシアネートから誘導されたイソシアヌレート環を有するイソシアネートとHPA(2−ヒドロキシプロピルアクリレート)との反応物
・アクリレート化合物1:下記式で表されるNKエステル A9300−1CL(新中村化学工業製)
・無機粒子2:シリカ ELCON V8802(日揮触媒化成社製) 固形分40%、平均一次粒径12nm、溶剤MIBK(メチルイソブチルケトン)、球状シリカ
・溶剤:MEK(メチルエチルケトン)
厚み75μmの離形処理を施したPETフィルム上に、各硬化性樹脂組成物を、バーコーター#10にて塗工量が5±1g/m2で塗布後、90℃1分間乾燥し、塗膜を形成した。当該塗膜に、8Mrdの電子線照射を行い、上記硬化性樹脂組成物の硬化物層を表面に備えた積層フィルムを得た。
伸度=(硬化物層にクラックが生じたときの伸びの長さ)/(試験前の硬化物層の長さ)×100(%)
○:30%以上
△:20%以上30%未満
×:20%未満
厚み50μmの離形処理を施したPETフィルム上に、各硬化性樹脂組成物を、バーコーター#10にて塗工量が5±1g/m2で塗布後、90℃1分間乾燥し、塗膜を形成した。当該塗膜に、8Mrdの電子線照射を行い、上記硬化性樹脂組成物の硬化物層を得た。
(プライマー層形成用の樹脂組成物)
ポリカーボネート系ウレタンアクリル共重合体:100質量部
ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤:17質量部
ヒドロキシフェニルトリアジン系紫外線吸収剤:13質量部
光安定剤:8質量部
粒子(シリカ粒子、平均粒径:3μm):9質量部
硬化剤(ヘキサンメチレンジイソシアネート):25質量部
更に、上記プライマー層に、バーコーター#20にて熱融着樹脂(アクリル樹脂)を塗工量が7±1g/m2で塗布後、90℃1分間乾燥させ、積層フィルムとした。積層フィルムを10cm×10cm 厚み2mmのポリカーボネート(PC)板に熱ラミネートロールで貼り合わせた。その後、PC転写板のPETフィルムを剥がし、積層体を得た。
○:ΔH%が3.0%未満
△:ΔH%が3.0%以上、5.5%未満
×:ΔH%が5.5%以上
上記耐摩耗性評価と同様に製造した積層体のハードコート層表面に、1cm角のベンコットンにスポイトでネオエタノールを8〜10滴滴下し、溶剤の揮発防止のためにカバーを被せ、24時間放置した。
○:変化なし
△:僅かに割れが発生
×:大きく割れが発生
2 … 樹脂硬化物層(ハードコート層)
3 … プライマー層
4 … 接着層
10 … 積層フィルム
20 … 積層体
21 … 樹脂基体
Claims (8)
- (A)下記一般式(1)で示される化合物(a1)と、下記一般式(2)で示されるイソシアヌレート環を有するイソシアネート(a2)との反応物であるウレタン化合物と、
(B)下記一般式(3)で示されるイソシアヌレート環を有する化合物と、
(C)平均一次粒径が10nm〜100nmの無機粒子
とを含む、硬化性樹脂組成物。
- 前記(A)成分は、前記一般式(1)中におけるnが3、mが1、Z1が(メタ)アクリロイルオキシ基、R1及びR3がメチレン基である化合物(a1)と、前記一般式(2)中におけるR4が直鎖状、分岐状、又は環状の2価の脂肪族炭化水素基であるイソシアネート(a2)との反応物である、請求項1に記載の硬化性樹脂組成物。
- 前記(B)成分は、前記一般式(3)中におけるZ2が(メタ)アクリロイルオキシ基であり、3つR5のうち少なくとも1つが、エステル基を含む炭素数5〜15の2価の脂肪族炭化水素基である化合物である、請求項1又は請求項2に記載の硬化性樹脂組成物。
- さらに、上記一般式(1)で示される化合物と、イソシアヌレート構造を含まず、脂環構造を有するイソシアネートとの反応物を含むものである、請求項1から請求項3までのいずれかの請求項に記載の硬化性樹脂組成物。
- 請求項1から請求項4までのいずれかの請求項に記載の硬化性樹脂組成物の硬化物である、樹脂硬化物。
- 基材層上に、請求項5に記載の樹脂硬化物の層である樹脂硬化物層を有する積層フィルム。
- 転写用基材層と、前記転写用基材層上に積層されたハードコート層とを有する転写フィルムであって、
前記ハードコート層は、請求項1から請求項4までのいずれかの請求項に記載の硬化性樹脂組成物の硬化物である、転写フィルム。 - 樹脂基体と、前記樹脂基体上に積層されたハードコート層とを有する積層体であって、
前記樹脂基体と前記ハードコート層との間に、プライマー層及び接着層のいずれか一方又は両方を有し、
前記ハードコート層は、請求項1から請求項4までのいずれかの請求項に記載の硬化性樹脂組成物の硬化物である、積層体。
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