JPWO2013191169A1 - 積層体の製造方法、積層体、および物品 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2012年6月20日に、日本に出願された特願2012−138557号、に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
・微細凹凸構造が表面に形成されたモールドを用いて射出成形やプレス成形を行う方法(方法1)。
・モールドと透明基材との間に活性エネルギー線硬化性樹脂組成物(以下、樹脂組成物と記す。)を配置し、活性エネルギー線の照射によって樹脂組成物を硬化させてモールドの微細凹凸構造を硬化物に転写した後、モールドを硬化物から剥離する方法(方法2)。
・樹脂組成物にモールドの微細凹凸構造を転写した後、モールドを樹脂組成物から剥離し、活性エネルギー線の照射によって樹脂組成物を硬化させる方法(方法3)。
・同じ樹脂組成物を用いて作製した表面が平滑な成形体に比べて耐擦傷性に劣る。
・モールドの微細凹凸構造を転写したフィルム状の微細凹凸構造体を連続的に生産し、これをロール状に巻き取った場合に、硬化物の硬度が十分でないと、巻き締まりによって微細凹凸構造の形状(特に凸部の形状)が変化することがある。
・モールドの微細凹凸構造を転写したフィルム状の微細凹凸構造体を各種ディスプレイ等に貼り付ける際の荷重によって微細凹凸構造の形状(特に凸部の形状)が変化することがある。
しかし、微細凹凸構造の周期が数nm〜数百nmである場合、通常の微細凹凸構造に比べて凸部同士の間隔が狭いため、微細凹凸構造体と保護フィルムとの接触面積が小さい。
また、保護フィルムの粘着剤層の粘着剤成分が微細凹凸構造の凹部に入り込みにくい。そのため、保護フィルムが微細凹凸構造体に十分に密着せず、保管時や運搬時に保護フィルムが剥がれることがある。
特に、微細凹凸構造体が高い撥水性を発現するよう、フッ素化合物やシリコーン化合物などを用いて微細凹凸構造体を形成した場合、水を弾くのみならず、保護フィルムも貼り付きにくくなることがあった。
(1)粘着剤層を有し、該粘着剤層をプリズムシートに貼り付けた後、特定の条件で押し付けた際のプリズムシートの粘着剤層の厚さに対する食い込み度が45%以下である保護フィルム(特許文献1)。
(2)表面粗さが0.030μm以下である粘着剤層を有する保護フィルム(特許文献2)。
(3)微細凹凸構造体の微細凹凸構造以外の部分に保護フィルムが貼着するように、基材フィルムの表面に粘着剤層が積層した保護フィルム(特許文献3)。
そして、微細凹凸構造体に保護フィルムを貼り付けるのではなく、微細凹凸構造体の表面と保護フィルム基材との間に特定の硬化性樹脂組成物を配置し、硬化させて、保護フィルム基材と硬化性樹脂組成物の硬化物とを一体化することで、保護フィルムをその場で作製しつつ、微細凹凸構造体の表面を保護することを見出した。しかもこの方法によれば、撥水性を有する微細凹凸構造体と保護フィルムとが良好に密着し、不用意に剥がれず、かつ必要な時に糊残りすることなく保護フィルムを容易に剥離できることを見出し、本発明を完成するに至った。
<1> 可視光の波長以下の周期の微細凹凸構造を表面に有し、該表面の水接触角が120°以上である微細凹凸構造体と、フィルム基材およびフィルム樹脂層を備えた、微細凹凸構造体の表面を保護するフィルムとを有する積層体の製造方法において、前記微細凹凸構造体の微細凹凸構造側表面とフィルム基材との間に、前記フィルム樹脂層となる硬化性樹脂組成物を配置する工程と、該硬化性樹脂組成物を介して微細凹凸構造体とフィルム基材とを貼り合わせる工程と、硬化性樹脂組成物の硬化物の圧縮弾性率が30MPa以上、かつ、微細凹凸構造を構成する材料の硬化物の圧縮弾性率よりも低くなるように、前記硬化性樹脂組成物を硬化させる工程とを含む、積層体の製造方法。
<2> 活性エネルギー線照射によって硬化性樹脂組成物を硬化させる、<1>に記載の積層体の製造方法。
<3> 硬化性樹脂組成物の25℃での粘度が10〜10000mPa・sである、<1>または<2>に記載の積層体の製造方法。
<4> 0.01〜1MPaの圧力で微細凹凸構造体とフィルム基材とを貼り合わせる、<1>〜<3>のいずれか一項に記載の積層体の製造方法。
<5> 硬化性樹脂組成物の硬化物と微細凹凸構造体との密着力よりも硬化性樹脂組成物の硬化物の凝集力が強く、かつ、硬化性樹脂組成物の硬化物と微細凹凸構造体との密着力よりも硬化性樹脂組成物の硬化物とフィルム基材との密着力が強い、<1>〜<4>のいずれか一項に記載の積層体の製造方法。
<7> 硬化性樹脂組成物の硬化物の圧縮弾性率が、微細凹凸構造を構成する材料の硬化物の圧縮弾性率よりも20〜250MPa低い、<6>に記載の積層体。
<8> 硬化性樹脂組成物が、該硬化性樹脂組成物に含まれる全ての重合性成分の全量を100質量%としたときに、分子量が230以下の重合性成分を5〜50質量%含む、<6>または<7>に記載の積層体。
<9> フィルム基材の厚さが12μm〜2mmである、<6>〜<8>のいずれか一項に記載の積層体。
<10> フィルム基材の曲げ弾性率が500〜4000MPaである、<6>〜<9>のいずれか一項に記載の積層体。
<11> フィルム基材が、ポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂からなる群より選ばれる1種以上の樹脂からなる、<6>〜<10>のいずれか一項に記載の積層体。
<12> 微細凹凸構造が、フッ素系化合物、シリコーン系化合物、脂環構造を有する化合物、長鎖アルキル基を有する化合物からなる群より選ばれる1種以上の化合物を含む材料からなる、<6>〜<11>のいずれか一項に記載の積層体。
<13> <6>〜<12>のいずれか一項に記載の積層体から前記フィルムが剥離した、物品。
<14> <6>〜<12>のいずれか一項に記載の積層体から前記微細凹凸構造体が剥離した、フィルム基材およびフィルム樹脂を備えた、物品。
なお、本明細書における「(メタ)アクリレート」は、アクリレートおよびメタクリレートの総称であり、「(メタ)アクリロイル」は、アクリロイルおよびメタクリロイルの総称である。
また、本明細書における「活性エネルギー線」は、可視光線、紫外線、電子線、プラズマ、熱線(赤外線等)等を意味する。
また、本明細書における「可視光の波長」は、380〜780nmの波長を意味する。
図1〜4においては、各層を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層ごとに縮尺を異ならせてある。
また、図2〜3において、図1と同じ構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する場合がある。
図1は、本発明の積層体の一例を示す断面図である。
この例の積層体1は、可視光の波長以下の周期の微細凹凸構造を表面に有する微細凹凸構造体10の微細凹凸構造側表面に、フィルム基材(以下、「保護フィルム基材」ともいう。)21およびフィルム樹脂層(以下、「保護フィルム樹脂層」ともいう。)22を備えたフィルム(以下、「保護フィルム」ともいう。)20が、微細凹凸構造体10の微細凹凸構造と保護フィルム樹脂層22とが接するように貼着した、保護フィルム付き微細凹凸構造体である。
なお、本発明において、微細凹凸構造体10の微細凹凸構造側表面(すなわち、保護フィルム20で保護される表面)を「微細凹凸構造体の表面」という。
積層体1は、以下のようにして微細凹凸構造体10の表面を保護することで得られる。
本発明の積層体1の製造方法は、微細凹凸構造体10の表面と保護フィルム基材21との間に、保護フィルム樹脂層となる硬化性樹脂組成物を配置する工程(以下、「配置工程」ともいう。)と、硬化性樹脂組成物を介して微細凹凸構造体10と保護フィルム基材21とを貼り合わせる工程(以下、「貼付工程」ともいう。)と、硬化性樹脂組成物の硬化物の圧縮弾性率が30MPa以上、かつ、微細凹凸構造を構成する材料の硬化物の圧縮弾性率よりも低くなるように、硬化性樹脂組成物を硬化させる工程(以下、「硬化工程」ともいう。)とを含む。
この方法により、保護フィルム基材21と硬化性樹脂組成物の硬化物である保護フィルム樹脂層22とが一体化して保護フィルム20が形成されるとともに、該保護フィルム20により微細凹凸構造体10の表面が保護された積層体1が得られる。
微細凹凸構造体10は、図1、2に示すように、基材11と、基材11の表面に形成された、微細凹凸構造を表面に有する硬化物12とを有し、微細凹凸構造体10の表面の水接触角が120°以上である。撥水性および撥油性を発現させる観点から、水接触角はl30°以上が好ましく、140°以上がより好ましい。
微細凹凸構造体10を構成する基材11としては、微細凹凸構造を表面に有する硬化物12を支持可能なものであればよく、微細凹凸構造体10をディスプレイ部材等に適用する場合は、透明基材、すなわち光を透過するものが好ましい。
基材11の製造方法としては、射出成形法、押出成形法、キャスト成形法等が挙げられる。
基材11の表面には、密着性、帯電防止性、耐擦傷性、耐候性等の特性の改良を目的として、コーティングやコロナ処理が施されていてもよい。
微細凹凸構造体10を構成する硬化物12は、微細凹凸構造を表面に有する。
硬化物12は、微細凹凸構造を構成する材料が硬化したものである。
微細凹凸構造は、等間隔に並んだ円錐状の凸部13と凹部14とで形成される。
微細凹凸構造の周期が可視光の波長以下、すなわち380nm以下であれば、可視光の散乱を抑制でき、反射防止フィルム等の光学用途に好適に用いることができる。
微細凹凸構造の周期は、凸部13が形成しやすい点から、25nm以上が好ましい。具体的には、微細凹凸構造の周期は、60〜300nmが好ましく、90〜250nmがより好ましく、140〜220nmが特に好ましく、180〜200nmが最も好ましい。
微細凹凸構造の周期は、電界放出形走査電子顕微鏡によって、隣接する凸部13同士の距離w1を10点測定し、これらの値を平均したものとする。
凸部13の高さは、凸部13の耐擦傷性が良好となる点から、400nm以下が好ましい。
凸部13の高さは、電界放出形走査電子顕微鏡によって、10個の凸部13の高さ(垂直距離d1)を測定し、これらの値を平均したものとする。
また、微細凹凸構造を構成する材料によっては撥水性に留まらず、撥油性を発現させることもできる。微細凹凸構造体10を反射防止フィルム等として用いる場合、通常、ディスプレイ等の対象物の表面に貼り付けて用いられるが、人の手に触れる機会が多いため、微細凹凸構造体10は、使用に際して指紋が付着しにくいことが好ましい。微細凹凸構造体10が撥油性を有していれば、指紋が付着しても除去しやすい。
一般に、水接触角が90°以上の場合を撥水性と判断することが多いが、用途によっては水接触角が70°程度であっても撥水性と判断する場合もある。また、理論上、平滑な表面において、水接触角が120°を超えることはない。
しかしながら、表面に微細凹凸構造を有していれば、見かけ上の水接触角を120°以上にすることが可能となる。
なお、水滴と微細凹凸構造の間に空気を噛みこむことによって、見かけ上の水接触角が大きくなる場合が多い。そのような状態は必ずしもエネルギー的に最安定な状態ではなく、準安定状態と判断されることもある。本発明において「水接触角」という場合、上述の準安定状態での評価結果も含めて指すこととする。
また、微細凹凸構造を構成する材料は、通常、硬化のための重合開始剤を含む。重合開始剤としては、公知の重合開始剤を用いることができる。
ここで、「長鎖アルキル基」とは、炭素数12以上のアルキル基のことである。
しかし、微細凹凸構造を構成する材料を重合・硬化させて微細凹凸構造を形成する場合には、意図的にフラクタル構造表面を形成することは難しい。そのため、表面自由エネルギーが低くなる官能基を有する重合性成分を適宜用いることによって、撥水性を発現させることが一般的である。
脂環構造を有する化合物ならば、イソボルニル(メタ)アクリレート、アダマンチル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
長鎖アルキル基を有する化合物ならば、炭素数12以上のアルキル基を有する(メタ)アクリレート、例えばラウリル(メタ)アクリレート、セチル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、ベヘニル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
しかし、このような後加工によって撥水処理をした微細凹凸構造体は、撥水性発現のための蒸着層と元々の微細凹凸構造体の密着性は必ずしも十分ではなく、使用に際して、蒸着層の剥離や滑落が生じる場合がある。また、本発明の積層体の製造方法を適用する場合、蒸着層が微細凹凸構造体より保護フィルムの保護フィルム樹脂層と密着してしまい、剥離後の撥水性を損なう場合がある。
従って、微細凹凸構造体の撥水性は、微細凹凸構造を構成する材料によって発現されることが好ましい。
微細凹凸構造体の製造方法としては、例えば、下記の方法等が挙げられる。
・微細凹凸構造が表面に形成されたモールドを用いて射出成形やプレス成形を行う方法(方法1)。
・モールドと基材との間に微細凹凸構造を構成する材料を配置し、活性エネルギー線の照射によって微細凹凸構造を構成する材料を硬化させてモールドの微細凹凸構造を硬化物に転写した後、モールドを硬化物から剥離する方法(方法2)。
・微細凹凸構造を構成する材料にモールドの微細凹凸構造を転写した後、微細凹凸構造を構成する材料からモールドを剥離し、活性エネルギー線の照射によって微細凹凸構造を構成する材料を硬化させる方法(方法3)。
これらの中でも、微細凹凸構造の転写性、表面組成の自由度の点から、方法2、3が好ましく、方法2が特に好ましい。方法2は、連続生産が可能なベルト状やロール状のモールドを用いる場合に特に好適であり、生産性に優れた方法である。
さらに、微細凹凸構造を有するマザーモールドから電鋳法等で複製モールドを作製してよい。
微細凹凸構造体は、可視光の波長以下の周期の微細凹凸構造を表面に有するため、光学用途、特に反射防止フィルム、立体形状の反射防止体等の反射防止物品として好適である。また、微細凹凸構造体の表面の水接触角が120°以上であるため、微細凹凸構造体は撥水性を有する。よって、窓やミラーなどの建材用途に用いることができ、水滴付着による視認性低下を抑制することができる。
微細凹凸構造体10は、図1、2に示すものに限定されない。
例えば、微細凹凸構造を有する硬化物12は、基材11の片面に形成されていてもよく、両面に形成されていてもよい。
また、微細凹凸構造は、硬化物12の表面全体に形成されていてもよく、表面の一部に形成されていてもよい。
また、凸部13の形状は、図2に示す円錐状または角錐状に限定されず、図3に示すような、凸部13の頂部13bが曲面である釣鐘状であってもよい。また、釣鐘状の形態を反転させた形状、すなわち凸部13の頂部が尖端部になり、凹部14の底部が曲面である形状のものでもよい。その他、垂直面における断面積が、頂部側から基材側に連続的に増大する形状を採用することができる。なお、微細凹凸構造体10に撥水性能を効果的に発現させるためには、凸部13の頂部が細いことが好ましく、微細凹凸構造体10と水滴の接触面における硬化物12の占有する面積ができるだけ少ないことが好ましい。
また、図3に示すように、基材11と硬化物12との間に、耐擦傷性、接着性等の諸物性を向上させる目的で、中間層15を設けてもよい。
中間層15の材料としては、アクリル系樹脂、ポリエステル、ポリウレタン、アクリルグラフトポリエステル、ポリエチレンイミン、ポリカーボネート、ポリブタジエン、スチレン系樹脂等が挙げられる。
保護フィルム20は、微細凹凸構造体10の表面を保護するものであり、保護フィルム基材21および保護フィルム樹脂層22を備える。図1に示すように、保護フィルム20は、微細凹凸構造体10の微細凹凸構造と保護フィルム樹脂層22とが接するように、微細凹凸構造体10の微細凹凸構造側の表面に貼着している。
保護フィルムは、通常、保護フィルム基材と保護フィルム基材の表面に形成された粘着剤層(保護フィルム樹脂層)とで構成される。保護フィルムの性能として、保護対象に貼り付き、必要に応じて糊残りを発生させずに剥離できることが求められるが、前述のような撥水性を有する微細凹凸構造体に対して適度な粘着力を有しつつ、かつ糊残りを発生せずに剥離できるような適当な粘着剤を開発することは容易ではない。
従って、本発明の積層体の製造方法は、微細凹凸構造体の表面の保護と同時に最適な保護フィルムをその場で製造する方法とも言える。
保護フィルム20を構成する保護フィルム基材21は、保護対象である微細凹凸構造体10の表面に傷が付かないように十分な強度を有するものであればよい。
保護フィルム基材21の材料としては、ポリオレフィン樹脂(ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコールコポリマー等)、ポリカーボネート樹脂、フッ素系樹脂(ポリフッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン−ペルフルオロアルキルビニルエーテルコポリマー等)、塩素系樹脂(ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等)、アクリル樹脂(ポリメチルメタクリレート等)、スルホン系樹脂(ポリエーテルスルホン等)、ケトン系樹脂(ポリエーテルエーテルケトン等)、ポリエステル樹脂(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等)、ポリイミド、ポリアミドなどが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
詳しくは後述するが、硬化性樹脂組成物を硬化させる際には、通常、保護フィルム基材21側から活性エネルギー線を照射する。よって、保護フィルム基材21としては透明性を有するものが好ましい。また、保護フィルム基材21が透明性に優れていれば、保護フィルム20越しに微細凹凸構造体10の状態を検査することもできる。
保護フィルム基材21の材料としては、上述した中でもポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂が好ましく、その中でもポリエステル樹脂、特に熱可塑性ポリエステル樹脂が好ましく、ポリエチレンテレフタレートがさらに好ましい。ポリエチレンテレフタレートは透明性に優れる上に、平滑性の良好な保護フィルム基材21が得られる。
保護フィルム基材21の曲げ弾性率は、JIS K 7171:2008(ISO 178:2001)に記載されている試験方法に従って測定する。
保護フィルム20を構成する保護フィルム樹脂層22は、硬化性樹脂組成物が硬化した硬化物である。
硬化性樹脂組成物は、微細凹凸構造体10の表面と保護フィルム基材21との間に配置され、微細凹凸構造に追従した状態で硬化して保護フィルム樹脂層22となることにより、微細凹凸構造体10に最適な保護フィルム20を形成するための、保護フィルム樹脂層22を構成する材料である。
硬化性樹脂組成物の硬化物の圧縮弾性率が30MPa以上であれば、微細凹凸構造体10から保護フィルム20を引き剥がす際に、保護フィルム樹脂層22が引きちぎられる(凝集破壊)ことを防止でき、保護フィルム樹脂層22が微細凹凸構造体10の表面に残留する(糊残りする)ことなく保護フィルム20を剥離できる。硬化性樹脂組成物の硬化物の圧縮弾性率は、40〜270MPaが好ましく、80〜250MPaがより好ましく、150〜250MPaがさらに好ましい。硬化性樹脂組成物の硬化物の圧縮弾性率が270MPa以下であれば、積層体1をロール状などに容易に巻き取ることができる。
まず、硬化性樹脂組成物や微細凹凸構造を構成する材料をそれぞれ光硬化させて厚さ2mmの板状に成形する。光硬化の条件は、微細凹凸構造体10を保護するときの硬化条件や、微細凹凸構造体10を製造するときの硬化条件とそれぞれ同じにする。
ついで、得られた各板を1cm角の試験片に切り出し、圧縮試験機にて0.5mm/分の速度で厚み方向に圧縮し、圧縮率20%まで圧縮したときの弾性率を測定する。なお、圧縮率20%とは、例えば元の厚みが5mmの試験片の場合はその20%である1mm分圧縮した状態を指す。
本発明では、このようにして測定された値を、保護フィルム樹脂層22の圧縮弾性率、および硬化物12の圧縮弾性率とみなす。
硬化性樹脂組成物の硬化物の凝集力が、硬化性樹脂組成物の硬化物と微細凹凸構造体との密着力よりも弱い場合、微細凹凸構造体から保護フィルム樹脂層を引き剥がす力に樹脂自身が耐えられず、保護フィルム樹脂層が引きちぎられ、糊残りする場合がある。従って、微細凹凸構造体から保護フィルム樹脂層を剥がすには、硬化性樹脂組成物の硬化物の凝集力が大きいことが望ましい。特に、微細凹凸構造の凸部の高さが高い(凹部の深さが深い)場合、すなわち、突起が林立した構造で示すならば、突起の幅に対する高さ、およびアスペクト比が大きい場合、保護フィルム樹脂層を剥がすにはより大きな力が必要であるため、凝集力はさらに大きいことが望まれる。
ただし、硬化性樹脂組成物の硬化物は概して脆いため、ダンベルなどの所定形状に打ち抜くことが困難となる場合がある。このような場合には、硬化性樹脂組成物の硬化物をブロック形状などに切断して上述した圧縮試験を行い、任意の圧縮率における弾性率を測定することで凝集力の測定に代えてもよい。すなわち、硬化性樹脂組成物の硬化物の圧縮弾性率は、凝集力の指標にもできる。
まず、微細凹凸構造体10の表面と保護フィルム基材21との間に硬化性樹脂組成物を配置し、硬化性樹脂組成物を介して微細凹凸構造体10と保護フィルム基材21とを貼り合わせた後、硬化性樹脂組成物を硬化させて、保護フィルム基材21と保護フィルム樹脂層22とが一体化した保護フィルム20を形成するとともに、微細凹凸構造体10の表面が保護フィルム20により保護された積層体1を得る。
得られた積層体1について、剥離角180°、剥離速度300mm/分、室温下の条件で、保護フィルム20を積層体1の長さ方向に剥がしたときの剥離強度を測定する。剥離強度の測定には、例えば、インストロン社製の万能試験機5565を用いることができる。
低分子量重合性成分としては、例えばメチルアクリレート、エチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、ベンジルアクリレート、フェニルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、アクリロイルモルホリン、N−ビニルピロリドン、N−ビニルホルムアミド等の単官能アクリレート;1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオ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等の2官能アクリレートなどが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
その一方で、重合性成分の分子量が低くなると、微細凹凸構造体10の硬化物12にも硬化性樹脂組成物が浸透する場合もある。硬化性樹脂組成物が微細凹凸構造体10の硬化物12に浸透して化学的に結合すると、糊残りすることなく保護フィルム20を微細凹凸構造体10から剥離することが困難となるおそれがある。
保護フィルム基材21が易接着加工を施したポリエチレンテレフタラートフィルムの場合、硬化性樹脂組成物中の低分子量重合性成分の含有量は、5〜50質量%が好ましく、5〜30質量%がより好ましい。また、保護フィルム基材21がポリカーボネートフィルムの場合、硬化性樹脂組成物中の低分子量重合性成分の含有量は、20〜50質量%が好ましく、30〜50質量%がより好ましい。
また必要に応じて、過酸化物(過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩、ベンゾイルパーオキシド等)、アゾ系開始剤等の熱重合開始剤を併用してもよい。
活性エネルギー線吸収剤は、硬化性樹脂組成物の硬化の際に照射される活性エネルギー線を吸収し、樹脂の劣化を抑制できるものが好ましい。活性エネルギー線吸収剤としては、ベンゾフェノン系の紫外線吸収剤、ベンゾトリアゾール系の紫外線吸収剤、ベンゾエート系の紫外線吸収剤が挙げられる。市販品としては、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社製のチヌビンシリーズの400、479、共同薬品株式会社製のViosorbシリーズの110が挙げられる。
酸化防止剤としては、フェノール系の酸化防止剤、リン系の酸化防止剤、イオウ系の酸化防止剤、ヒンダードアミン系の酸化防止剤が挙げられる。市販品としては、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社製のIRGANOXシリーズが挙げられる。
活性エネルギー線吸収剤、酸化防止剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
また、硬化性樹脂組成物は溶剤を含んでいてもよいが、含まない方が好ましい。溶剤を含まない場合は、例えば、微細凹凸構造体10の表面と保護フィルム基材21との間に硬化性樹脂組成物を配置して、活性エネルギー線照射によって重合、硬化させて保護フィルム樹脂層22を形成するプロセスにおいて、溶剤が保護フィルム樹脂層22中に残る心配がない。また、製造工程を考慮した場合、溶剤除去のための設備投資が不要であり、コストの点でも好ましい。
上述した硬化性樹脂組成物を用い、微細凹凸構造体10の表面を保護する。
具体的には、上述したように、微細凹凸構造体10の表面と保護フィルム基材21との間に硬化性樹脂組成物を配置し(配置工程)、硬化性樹脂組成物を介して微細凹凸構造体10と保護フィルム基材21とを貼り合わせた後(貼付工程)、硬化性樹脂組成物の硬化物の圧縮弾性率が30MPa以上、かつ、微細凹凸構造を構成する材料の硬化物の圧縮弾性率よりも低くなるように、硬化性樹脂組成物を硬化させる(硬化工程)。硬化工程では、活性エネルギー線照射によって硬化性樹脂組成物を硬化させることが好ましく、特に保護フィルム基材21側から活性エネルギー線を硬化性樹脂組成物に照射するのが好ましい。
この方法により、保護フィルム基材21と硬化性樹脂組成物の硬化物である保護フィルム樹脂層22とが一体化した保護フィルム20が形成されるとともに、該保護フィルム20により微細凹凸構造体10の表面が保護された積層体1が得られる。
紫外線の照射量は、硬化性樹脂組成物に含まれる重合開始剤の吸収波長や含有量に応じて決定すればよい。通常、その積算光量は、400〜4000mJ/cm2が好ましく、400〜2000mJ/cm2がより好ましい。積算光量が400mJ/cm2以上であれば、硬化性樹脂組成物を十分硬化させて硬化不足に因る耐擦傷性低下を抑制することができる。また。積算光量が4000mJ/cm2以下であれば、保護フィルム樹脂層22の着色や、保護フィルム基材21の劣化等を防止することができる。照射強度も特に制限されないが、保護フィルム基材21の劣化等を招かない程度の出力に抑えることが好ましい。
微細凹凸構造体10がフィルム状またはシート状の場合、積層体1は、所定サイズの積層フィルムという形状でもよく、巻物状であってもよい。
以上説明した本発明の積層体の製造方法は、予め保護フィルムを用意しておき、この保護フィルムを微細凹凸構造体の表面に貼り付ける従来法とは異なり、微細凹凸構造体上で、微細凹凸構造に追従するように硬化性樹脂組成物を硬化し、保護フィルムとして保護フィルム基材と一体化する。この方法によれば、微細凹凸構造体の表面自由エネルギーが低いこと自体は変わらないため、微細凹凸構造体と硬化性樹脂組成物の硬化物である保護フィルム樹脂層との間での相互作用は小さいままだが、微細凹凸構造体の表面と保護フィルム基材との間に硬化性樹脂組成物を配置してから硬化させるので、硬化性樹脂組成物が微細凹凸構造の凹部に入り込みやすく、適当な密着力を発現することができる。よって、微細凹凸構造体が撥水性を有するような表面自由エネルギーの低いものであっても、保護フィルムが容易に剥がれ落ちることはない。しかも、特定の硬化性樹脂組成物を用いるので、必要な時に糊残りすることなく保護フィルムを容易に剥離できる。
微細凹凸構造の状態の検査としては、全光線透過率、曇価、反射率等の定量的な光学特性の測定、製品欠陥の有無の検出等が挙げられる。
本発明の物品は、上述した本発明の積層体から、保護フィルム基材と保護フィルム樹脂層とが一体化した保護フィルムが剥離したもの、すなわち保護フィルムを剥離した後の微細凹凸構造体、または、本発明の積層体から微細凹凸構造体が剥離したもの、すなわち、剥離後の保護フィルムである。
保護フィルムを剥離した後の微細凹凸構造体は、例えば、建材(壁、屋根等)、窓材(家屋、自動車、電車、船舶等)、鏡、反射防止性能が求められるディスプレイ等に用途に好適である。
(1)モールドの細孔の測定:
陽極酸化ポーラスアルミナからなるモールドの一部の縦断面に白金を1分間蒸着し、電界放出形走査電子顕微鏡(日本電子株式会社製、JSM−7400F)を用い、加速電圧3.00kVで観察し、隣り合う細孔の距離(周期)および細孔の深さを測定した。具体的にはそれぞれ10点ずつ測定し、その平均値を測定値とした。
微細凹凸構造体の縦断面に白金を10分間蒸着し、(1)の場合と同じ装置および条件にて、隣り合う凸部の距離(周期)および凸部の高さを測定した。具体的にはそれぞれ10点ずつ測定し、その平均値を測定値とした。
微細凹凸構造体の表面に1μLのイオン交換水を滴下し、自動接触角測定器(KRUSS社製)を用いてθ/2法にて接触角を算出した。
微細凹凸構造体の、微細凹凸構造側とは反対側の表面を、サンドペーパー(GRITNo.500)で粗面化した後、黒く塗ったサンプルを、分光光度計(株式会社日立製作所製、U−4100)を用いて、入射角5°の条件で波長550nmの相対反射率を測定した。
微細凹凸構造を形成する材料を、厚さ2mmのスペーサーとガラス板からなるセルに流し込み、微細凹凸構造体を製造する時と同じ条件で紫外線を照射し、光硬化させて厚さ2mmの板状サンプルを得た。板状サンプルから約1cm角のチップ状に切削したものを試験片とし、圧縮試験機にて0.5mm/分の速度で圧縮率50%になるまで圧縮して応力−歪曲線を得た。その時の圧縮率20%における圧縮弾性率を測定した。
回転式E型粘度計(東機産業株式会社製、「RE−80R」)を用い、25℃での硬化性樹脂組成物の粘度を測定した。
保護フィルムを構成する保護フィルム樹脂層の材料となる硬化性樹脂組成物を、厚さ2mmのスペーサーとガラス板からなるセルに流し込み、微細凹凸構造体の表面を保護する時と同じ条件で紫外線を照射し、光硬化させて厚さ2mmの板状サンプルを得た。板状サンプルから約1cm角のチップ状に切削したものを試験片とし、(5)の場合と同じ装置および条件にて、圧縮率20%における圧縮弾性率を測定した。
得られた積層体(保護フィルム付き微細凹凸構造体)を、押切式裁断機にて裁断したときの状態について目視にて観察し、以下の評価基準にて保護フィルムの密着性を評価した。
○:保護フィルムが微細凹凸構造体から剥がれていない。
×:保護フィルムが微細凹凸構造体から剥がれた。
得られた積層体を、微細凹凸構造側が内側に向くよう直径約3cmで巻き取ったときの状態について目視にて観察し、以下の評価基準にて積層体の巻き取り性を評価した。
○:保護フィルムを構成する保護フィルム樹脂層の破断等によるクラックや皺が発生していない。
△:保護フィルムを構成する保護フィルム樹脂層の破断等によるクラックや皺は発生していないが、保護フィルム樹脂層が堅く、曲げに対して復元しようとする力が強く、巻取りに力を要する。または巻き取り時にきしむ。
×:保護フィルムを構成する保護フィルム樹脂層の破断等によるクラックや皺が発生した。
得られた積層体から保護フィルムを剥離した。剥離良好な場合を「○」、剥離不良の場合を「×」とした。
また、保護フィルムを剥離した後の微細凹凸構造体について、(3)と同様にして表面の水接触角を測定し、保護前の微細凹凸構造体の表面の水接触角との差を求めた。また、(4)と同様にして微細凹凸構造体の反射率を測定し、保護前の微細凹凸構造体の反射率との差を求めた。
以下の評価基準にて剥離性・糊残りを評価した。
○:剥離良好であり、かつ水接触角の差が±5°以内であり、かつ反射率の差が±0.1%以内である。
△:剥離良好であるが、水接触角の差が±5°超および/または反射率の差が±0.1%超である。
×:剥離不良であり、水接触角の差が±5°超であり、反射率の差が±0.1%超である。
図4に示す工程に従い、モールド(細孔の深さ:180nm)を以下のように作製した。
まず、純度99.99%のアルミニウム板30を、羽布研磨し、ついで過塩素酸/エタノール混合溶液(1/4体積比)中で電解研磨し、鏡面化した。ついで、以下の工程(a)〜工程(f)を行った。
アルミニウム板30を、0.3Mシュウ酸水溶液中で、直流40V、温度16℃の条件で30分間陽極酸化を行い、酸化皮膜32に細孔31を生じさせた。
工程(b):
酸化皮膜32が形成されたアルミニウム板30を、6質量%リン酸/1.8質量%クロム酸混合水溶液に6時間浸漬して、酸化皮膜32を除去し、細孔31に対応する周期的な窪み33を露出させた。
工程(c):
窪み33を露出させたアルミニウム板30について、0.3Mシュウ酸水溶液中、直流40V、温度16℃の条件で30秒陽極酸化を行い、細孔35を有する酸化皮膜34を形成した。
工程(d):
酸化皮膜34が形成されたアルミニウム板を、32℃の5質量%リン酸に8分間浸漬して、細孔35の径拡大処理を行った。
工程(e):
径拡大処理を行ったアルミニウム板30について、0.3Mシュウ酸水溶液中、直流40V、温度16℃の条件で30秒陽極酸化を行い、細孔35から下方に延びる小径の細孔35を形成した。
工程(f):
工程(d)および工程(e)を合計で4回繰り返し、最後に工程(e)を行い、平均間隔(周期):100nm、深さ:180nmの略円錐形状の細孔35を有する陽極酸化ポーラスアルミナを得た。
<微細凹凸構造を構成する材料(1)の調製>
トリメチロールエタン/コハク酸/アクリル酸をモル比2/1/4で反応させた混合物の45部、1,6−ヘキサンジオールジアクリレートの45部、シリコーンジアクリレート(信越化学工業株式会社製、「x−22−1602」)の10部、活性エネルギー線重合開始剤として、日本チバガイギー株式会社製の「イルガキュア184」の1.0部および「イルガキュア819」の0.1部を混合し、均一に溶解させ、微細凹凸構造を構成する材料(1)を調製した。
得られた微細凹凸構造を構成する材料(1)について硬化物の圧縮弾性率を測定した。結果を表1に示す。
微細凹凸構造を構成する材料(1)を50℃に調温し、50℃に調温したモールドの細孔が形成された表面に流し込み、その上に基材として厚さ38μmのポリエチレンテレフタラート(以下、PETと記す。)フィルム(三菱樹脂株式会社製、「WE97A」)を押し広げながら被覆した。その後、フィルム側からフュージョンランプを用いてベルトスピード6.0m/分で、積算光量1000mJ/cm2となるよう紫外線を照射して、微細凹凸構造を構成する材料(1)を硬化させた。ついで、フィルムからモールドを剥離して、微細凹凸構造体(1)を得た。
得られた微細凹凸構造体(1)の表面には、モールドの微細凹凸構造が転写されており、図2に示すような、隣り合う凸部13の距離w1の平均値が100nm、凸部13の高さ(垂直距離d1)の平均値が180nmの略円錐形状の微細凹凸構造が形成されていた。表面の水接触角および反射率の結果を表1に示す。
<微細凹凸構造を構成する材料(2)の調製>
エトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート(新中村化学工業株式会社製、「NKエステルATM−4E」)の85部、セチルアクリレート(日油株式会社製)の8部、メチルアクリレートの7部に、活性エネルギー線重合開始剤として、日本チバガイギー株式会社製の「イルガキュア184」の1.0部および「ダロキュアTPO」の0.5部を混合し、均一に溶解させ、微細凹凸構造を構成する材料(2)を調製した。
得られた微細凹凸構造を構成する材料(2)について硬化物の圧縮弾性率を測定した。結果を表1に示す。
微細凹凸構造を構成する材料(2)を用いた以外は、微細凹凸構造体(1)の製造方法と同じ方法で、微細凹凸構造体(2)を製造した。
得られた微細凹凸構造体(2)の表面には、モールドの微細凹凸構造が転写されており、図2に示すような、隣り合う凸部13の距離w1の平均値が100nm、凸部13の高さ(垂直距離d1)の平均値が180nmの略円錐形状の微細凹凸構造が形成されていた。表面の水接触角および反射率の結果を表1に示す。
<微細凹凸構造を構成する材料(3)の調製>
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(新中村化学工業株式会社製、「NKエステルA−DPH」)の20部、ペンタエリスリトールトリアクリレート(第一工業製薬株式会社製、「ニューフロンティアPET−3」)の25部、ポリエチレングリコールジアクリレート(新中村化学工業株式会社製、「NKエステルA−200」)の25部、エトキシ化ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(第一工業製薬株式会社製、「ニューフロンティアDPEA−12」)の25部、メチルアクリレートの5部に、活性エネルギー線重合開始剤として、日本チバガイギー株式会社製の「イルガキュア184」の1.0部、および「イルガキュア819」の0.5部を混合し、均一に溶解させ、微細凹凸構造を構成する材料(3)を調製した。
得られた微細凹凸構造を構成する材料(3)について硬化物の圧縮弾性率を測定した。結果を表1に示す。
微細凹凸構造を構成する材料(3)を用い、基材として厚さ38μmのアクリルフィルム(三菱レイヨン株式会社製、「アクリプレンHBS010」)を用いた以外は、微細凹凸構造体(1)の製造方法と同じ方法で、微細凹凸構造体(3)を製造した。
得られた微細凹凸構造体(3)の表面には、モールドの微細凹凸構造が転写されており、図2に示すような、隣り合う凸部13の距離w1の平均値が100nm、凸部13の高さ(垂直距離d1)の平均値が180nmの略円錐形状の微細凹凸構造が形成されていた。表面の水接触角および反射率の結果を表1に示す。
<ウレタンアクリレート化合物(UA1)の合成>
ガラス製のフラスコに、イソシアネート化合物として、ヘキサメチレンジイソシアネート117.6g(0.7モル)およびイソシアヌレート型のヘキサメチレンジイソシアネート3量体151.2g(0.3モル)と、水酸基を有する(メタ)アクリロイル化合物として、2−ヒドロキシプロピルアクリレート128.7g(0.99モル)およびペンタエリスリトールトリアクリレート459g(1.54モル)と、触媒として、ジラウリル酸ジ−n−ブチル錫100質量ppmと、重合禁止剤として、ハイドロキノンモノメチルエーテル0.55gとを仕込み、70〜80℃の条件にて残存イソシアネート濃度が0.1質量%以下になるまで反応させ、ウレタンアクリレート化合物(UA1)を得た。得られたウレタンアクリレート化合物(UA1)の平均の分子量は696であった。
保護フィルム基材として易接着層付PETフィルム(東洋紡績株式会社製、「A4300」、厚さ38μm)を用いた。該易接着層付PETフィルムの曲げ弾性率について、JIS K 7171:2008(ISO 178:2001)に記載されている試験方法に従って測定したところ、3100MPaであった。
表2に示す配合組成にて光重合性の硬化性樹脂組成物を調製した。得られた硬化性樹脂組成物の粘度および硬化物の圧縮弾性率を測定した。結果を表2に示す。
得られた硬化性樹脂組成物を微細凹凸構造体(1)の表面に滴下し、その上に易接着層付PETフィルムを被せて、ローラで厚さが均一になるように押圧しながら展ばして、硬化性樹脂組成物を介して微細凹凸構造体(1)と保護フィルム基材とを貼り合わせた。押圧時の圧力は0.15MPaであった。
フュージョンUVランプ(Dバルブ)(フュージョンUVシステムズ・ジャパン株式会社製)を用い、積算光量がおよそ1000mJ/cm2になるように、保護フィルム基材側から活性エネルギー線を照射して硬化性樹脂組成物を硬化させ、保護フィルム樹脂層(厚さ約3〜5μm)と保護フィルム基材とで保護フィルムを形成するとともに、該保護フィルムにより微細凹凸構造体(1)の表面が保護された積層体(保護フィルム付き微細凹凸構造体)を得た。
得られた積層体について、密着性、巻き取り性、剥離性および糊残りを評価した。結果を表2に示す。
表2、3に示す配合組成にて硬化性樹脂組成物を調製し、得られた硬化性樹脂組成物および表2、3に示す種類の微細凹凸構造体を用いた以外は、実施例1と同様にして積層体(保護フィルム付き微細凹凸構造体)を製造し、各測定・評価を行った。結果を表2、3に示す。
また、表2、3中の略号は以下の通りである。
・UA1:上記合成例1で合成したウレタンアクリレート化合物(分子量696)。
・ATM−4E:エトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート(新中村化学工業株式会社製、「NKエステルATM−4E」、分子量528)。
・PET−3:ペンタエリスリトールトリアクリレート(第一工業製薬株式会社製、「ニューフロンティアPET−3」、分子量282)。
・EB8402:2官能ウレタンアクリレート(ダイセル・サイテック株式会社製、「エベクリル8402」、分子量1000)。
・C6DA:1,6−ヘキサンジオールジアクリレート(分子量226)。
・AP400:ポリプロピレングリコールモノアクリレート(日油株式会社製、「ブレンマーAP−400」、分子量478)。
・IRG 184:1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(日本チバガイギー株式会社製、「IRGACURE 184」)。
・DAR TPO:2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド(日本チバガイギー株式会社製、「DAROCURE TPO」)。
また、実施例1〜8の場合、保護前と保護フィルム剥離後における微細凹凸構造体の水接触角や反射率の差が小さく、良好な撥水性や反射防止性能を維持していた。これらの結果より、保護フィルム樹脂層が微細凹凸構造体の表面に残留(糊残り)することなく保護フィルムを剥離できることが示された。
硬化性樹脂組成物の硬化物の圧縮弾性率が30MPa未満である比較例1、5の場合、保護フィルムの剥離時に保護フィルム樹脂層が凝集破壊を起こし、良好に剥離ができなかった。また、微細凹凸構造体を覆い隠すように保護フィルム樹脂層が残ってしまったために、水接触角、反射率とも顕著に変化し、撥水性や反射防止性能が低下した。
硬化性樹脂組成物の硬化物の圧縮弾性率が、微細凹凸構造を構成する材料の硬化物の圧縮弾性率より高い比較例2〜4、6、7の場合、保護フィルムを良好に剥離できなかった。特に、比較例3、7の場合は保護フィルム基材が引き裂けてしまい、評価に値する状態になかった。一方、比較例2、4、6の場合は微細凹凸構造が保護フィルム樹脂層と共に根こそぎ剥離している部分もあり、水接触角、反射率とも顕著に変化し、撥水性や反射防止性能が低下した。また、比較例4は硬化性樹脂組成物の硬化物の圧縮弾性率が特に高く、保護フィルムの密着性や積層体の巻き取り性に劣っていた。
表面の水接触角が13°である微細凹凸構造体(3)を用いた比較例8は、微細凹凸構造体(3)と保護フィルム樹脂層との間の相互作用が強く、保護フィルムの剥離に大きな力を要したため、良好に剥離できなかった。また、分子量230以下の重合性成分(低分子量重合性成分)が微細凹凸構造体に浸透したためか、微細凹凸構造体が白濁し、外観を損なった。
実施例1で用いた硬化性樹脂組成物を、保護フィルム基材として易接着層付PETフィルム上にバーコーターを用いて平滑に塗布し、窒素雰囲気下で硬化させて、硬化性樹脂組成物の硬化物からなる保護フィルム樹脂層が保護フィルム基材の表面に形成された保護フィルムを得た。
得られた保護フィルムの保護フィルム樹脂層が微細凹凸構造体(1)の表面に貼着するように、保護フィルムを微細凹凸構造体(1)に貼り合わせようとしたが、保護フィルム樹脂層が堅く、微細凹凸構造に追従せず、接触面積を大きくすることができなかった。そのため、保護フィルムが微細凹凸構造体に密着せず、積層体を得られなかった。
10 微細凹凸構造体
11 基材
12 硬化物(微細凹凸構造を構成する材料の硬化物)
13 凸部
13a 頂部
13b 頂部
14 凹部
14a 底部
15 中間層
20 フィルム(保護フィルム)
21 フィルム基材(保護フィルム基材)
22 フィルム樹脂層(保護フィルム樹脂層(硬化性樹脂組成物の硬化物))
30 アルミニウム板
31 細孔
32 酸化皮膜
33 窪み
34 酸化皮膜
35 細孔
40 モールド
Claims (14)
- 可視光の波長以下の周期の微細凹凸構造を表面に有し、該表面の水接触角が120°以上である微細凹凸構造体と、フィルム基材およびフィルム樹脂層を備えた、微細凹凸構造体の表面を保護するフィルムとを有する積層体の製造方法において、
前記微細凹凸構造体の微細凹凸構造側表面とフィルム基材との間に、前記フィルム樹脂層となる硬化性樹脂組成物を配置する工程と、
該硬化性樹脂組成物を介して微細凹凸構造体とフィルム基材とを貼り合わせる工程と、
硬化性樹脂組成物の硬化物の圧縮弾性率が30MPa以上、かつ、微細凹凸構造を構成する材料の硬化物の圧縮弾性率よりも低くなるように、前記硬化性樹脂組成物を硬化させる工程とを含む、積層体の製造方法。 - 活性エネルギー線照射によって硬化性樹脂組成物を硬化させる、請求項1に記載の積層体の製造方法。
- 硬化性樹脂組成物の25℃での粘度が10〜10000mPa・sである、請求項1に記載の積層体の製造方法。
- 0.01〜1MPaの圧力で微細凹凸構造体とフィルム基材とを貼り合わせる、請求項1に記載の積層体の製造方法。
- 硬化性樹脂組成物の硬化物と微細凹凸構造体との密着力よりも硬化性樹脂組成物の硬化物の凝集力が強く、かつ、硬化性樹脂組成物の硬化物と微細凹凸構造体との密着力よりも硬化性樹脂組成物の硬化物とフィルム基材との密着力が強い、請求項1に記載の積層体の製造方法。
- 可視光の波長以下の周期の微細凹凸構造を表面に有し、該表面の水接触角が120°以上である微細凹凸構造体と、フィルム基材およびフィルム樹脂層を備えた、微細凹凸構造体の表面を保護するフィルムとを有する積層体において、
前記微細凹凸構造体の微細凹凸構造とフィルム樹脂層とが接するように、微細凹凸構造体上に前記フィルムが積層し、
前記フィルム樹脂層は、硬化性樹脂組成物が硬化したものであり、
前記硬化性樹脂組成物の硬化物の圧縮弾性率が30MPa以上であり、かつ、微細凹凸構造を構成する材料の硬化物の圧縮弾性率よりも低い、積層体。 - 硬化性樹脂組成物の硬化物の圧縮弾性率が、微細凹凸構造を構成する材料の硬化物の圧縮弾性率よりも20〜250MPa低い、請求項6に記載の積層体。
- 硬化性樹脂組成物が、該硬化性樹脂組成物に含まれる全ての重合性成分の全量を100質量%としたときに、分子量が230以下の重合性成分を5〜50質量%含む、請求項6に記載の積層体。
- フィルム基材の厚さが12μm〜2mmである、請求項6に記載の積層体。
- フィルム基材の曲げ弾性率が500〜4000MPaである、請求項6に記載の積層体。
- フィルム基材が、ポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂からなる群より選ばれる1種以上の樹脂からなる、請求項6に記載の積層体。
- 微細凹凸構造が、フッ素系化合物、シリコーン系化合物、脂環構造を有する化合物、長鎖アルキル基を有する化合物からなる群より選ばれる1種以上の化合物を含む材料からなる、請求項6に記載の積層体。
- 請求項6に記載の積層体から前記フィルムが剥離した、物品。
- 請求項6に記載の積層体から前記微細凹凸構造体が剥離した、フィルム基材およびフィルム樹脂を備えた、物品。
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