JPH11181121A - 不均質イオン交換膜 - Google Patents
不均質イオン交換膜Info
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- JPH11181121A JPH11181121A JP9351505A JP35150597A JPH11181121A JP H11181121 A JPH11181121 A JP H11181121A JP 9351505 A JP9351505 A JP 9351505A JP 35150597 A JP35150597 A JP 35150597A JP H11181121 A JPH11181121 A JP H11181121A
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- JP
- Japan
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- ion exchange
- exchange membrane
- heterogeneous
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- membrane
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- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】不均質イオン交換体を用いて電気抵抗の低いイ
オン交換膜を得る。 【解決手段】イオン交換樹脂粒子とバインダーポリマー
から構成され、少なくとも一方の表面が機械的に粗面化
処理されている不均質イオン交換膜。
オン交換膜を得る。 【解決手段】イオン交換樹脂粒子とバインダーポリマー
から構成され、少なくとも一方の表面が機械的に粗面化
処理されている不均質イオン交換膜。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、不均質イオン交換
膜、特に、水溶液中のイオンを吸着、または透過分離す
るための不均質イオン交換膜に関する。
膜、特に、水溶液中のイオンを吸着、または透過分離す
るための不均質イオン交換膜に関する。
【0002】
【従来の技術】イオン交換膜として、数多くの文献、特
許が報告されているが、もっとも実用的で有益なものと
して、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体系の均質イ
オン交換膜がある。これらは、耐薬品性、耐熱性が優れ
ることに加えて、架橋剤であるジビニルベンゼンの含有
量を変えることにより、イオン交換特性や選択透過性を
制御できるという特長があり、あらゆる用途に対し多種
の品種を合成し発展してきた。特に、製塩に関わる、電
気透析による海水濃縮分野においては、低電気抵抗で輸
率が高く、1価イオンを選択的に透過する高度な機能を
有する膜が開発されてきた。
許が報告されているが、もっとも実用的で有益なものと
して、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体系の均質イ
オン交換膜がある。これらは、耐薬品性、耐熱性が優れ
ることに加えて、架橋剤であるジビニルベンゼンの含有
量を変えることにより、イオン交換特性や選択透過性を
制御できるという特長があり、あらゆる用途に対し多種
の品種を合成し発展してきた。特に、製塩に関わる、電
気透析による海水濃縮分野においては、低電気抵抗で輸
率が高く、1価イオンを選択的に透過する高度な機能を
有する膜が開発されてきた。
【0003】しかしながら、このスチレン−ジビニルベ
ンゼン共重合体系のイオン交換膜は重合、反応という煩
雑で敏感な工程を伴うため、コストがかかり、さらに重
合のの際の発熱や寸法変化などのコントロールが難し
く、歩留まりが低下し、一般に高価なものとなるという
欠点を有していた。
ンゼン共重合体系のイオン交換膜は重合、反応という煩
雑で敏感な工程を伴うため、コストがかかり、さらに重
合のの際の発熱や寸法変化などのコントロールが難し
く、歩留まりが低下し、一般に高価なものとなるという
欠点を有していた。
【0004】一方、イオン交換樹脂を粉砕したものとバ
インダーポリマーを混合し、加熱押し出しや、溶媒を用
いてキャスト製膜することにより不均質イオン交換体を
製造することが知られている。不均質イオン交換体は、
重合や反応という工程がなく比較的簡便な工程によりイ
オン交換体が安価に得られるため、1950年頃から数
多くの研究がなされてきた。
インダーポリマーを混合し、加熱押し出しや、溶媒を用
いてキャスト製膜することにより不均質イオン交換体を
製造することが知られている。不均質イオン交換体は、
重合や反応という工程がなく比較的簡便な工程によりイ
オン交換体が安価に得られるため、1950年頃から数
多くの研究がなされてきた。
【0005】例えば、バインダーポリマーとしてポリプ
ロピレンを用いた例が米国特許3,627,703号明
細書、特公昭47−24262号公報に、ポリエチレン
やポリプロピレンなどのポリオレフィンを用いた例が米
国特許4,167,551号明細書、特公昭52−39
12号公報、特公昭53−18472号公報、特公昭5
1−12313号公報に、ポリエチレン、ポリイソブチ
レン、天然ゴム、ブチルゴム、ポリイソプレン、ポリク
ロロプレン、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリルゴ
ム、塩化ビニル−脂肪酸ビニルエステル共重合体を用い
た例が米国特許2,681,319号明細書、米国特許
2,681,320号明細書に、また線状低密度ポリエ
チレンや高分子量高密度ポリエチレンを用いた例が米国
特許5,346,924号明細書、国際出願公開WO9
4/06850号に記載されている。
ロピレンを用いた例が米国特許3,627,703号明
細書、特公昭47−24262号公報に、ポリエチレン
やポリプロピレンなどのポリオレフィンを用いた例が米
国特許4,167,551号明細書、特公昭52−39
12号公報、特公昭53−18472号公報、特公昭5
1−12313号公報に、ポリエチレン、ポリイソブチ
レン、天然ゴム、ブチルゴム、ポリイソプレン、ポリク
ロロプレン、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリルゴ
ム、塩化ビニル−脂肪酸ビニルエステル共重合体を用い
た例が米国特許2,681,319号明細書、米国特許
2,681,320号明細書に、また線状低密度ポリエ
チレンや高分子量高密度ポリエチレンを用いた例が米国
特許5,346,924号明細書、国際出願公開WO9
4/06850号に記載されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】バインダーポリマーを
用いた不均質イオン交換体は、電気抵抗を低下させるた
めイオン交換樹脂の含有量を増大させようとすると膜の
強度が著しく低下するので、バインダーポリマー量とし
ては30〜60重量%が必須である。そのため、不均質
イオン交換体を膜状に成形した場合には、膜表面がバイ
ンダーポリマーで被覆された構造となりやすく、電気抵
抗の低い膜が得にくいという問題があった。本発明は、
不均質イオン交換体を用いて電気抵抗の低いイオン交換
膜を得ることを目的とする。
用いた不均質イオン交換体は、電気抵抗を低下させるた
めイオン交換樹脂の含有量を増大させようとすると膜の
強度が著しく低下するので、バインダーポリマー量とし
ては30〜60重量%が必須である。そのため、不均質
イオン交換体を膜状に成形した場合には、膜表面がバイ
ンダーポリマーで被覆された構造となりやすく、電気抵
抗の低い膜が得にくいという問題があった。本発明は、
不均質イオン交換体を用いて電気抵抗の低いイオン交換
膜を得ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、イオン交換樹
脂粒子とバインダーポリマーから構成され、少なくとも
一方の表面が機械的に粗面化処理されている不均質イオ
ン交換膜を提供するものである。
脂粒子とバインダーポリマーから構成され、少なくとも
一方の表面が機械的に粗面化処理されている不均質イオ
ン交換膜を提供するものである。
【0008】本発明において粗面化処理とは、不均質イ
オン交換膜の表面で、イオン交換樹脂粒子を被覆してい
るバインダーポリマー層を、破壊し、あるいは削り落と
すことによって、イオン交換樹脂粒子を露出させる処理
をいう。この粗面化処理により、不均質イオン交換膜の
電気抵抗を効果的に低下させることができる。粗面化処
理する表面は片面でも両面でもよいが両面である場合は
その効果が大きい。
オン交換膜の表面で、イオン交換樹脂粒子を被覆してい
るバインダーポリマー層を、破壊し、あるいは削り落と
すことによって、イオン交換樹脂粒子を露出させる処理
をいう。この粗面化処理により、不均質イオン交換膜の
電気抵抗を効果的に低下させることができる。粗面化処
理する表面は片面でも両面でもよいが両面である場合は
その効果が大きい。
【0009】
【発明の実施の形態】粗面化処理としては、機械的研磨
加工方法は効率良く、しかも均一に表面処理が可能であ
るので好ましい方法である。研磨加工方法としては、固
定砥粒を用いる方法では、砥石を用いた研削加工や超仕
上げ、遊離砥粒を用いる方法ではラッピングやバフ加
工、バレル加工、ショットブラストやサンドブラストな
どの噴射加工などがあるが、なかでも砥石を用いた研削
加工およびサンドブラストによる噴射加工は吸湿性の高
いイオン交換膜素材に適した方法であり、寸法の安定し
た膜処理が行えるので好ましい方法である。
加工方法は効率良く、しかも均一に表面処理が可能であ
るので好ましい方法である。研磨加工方法としては、固
定砥粒を用いる方法では、砥石を用いた研削加工や超仕
上げ、遊離砥粒を用いる方法ではラッピングやバフ加
工、バレル加工、ショットブラストやサンドブラストな
どの噴射加工などがあるが、なかでも砥石を用いた研削
加工およびサンドブラストによる噴射加工は吸湿性の高
いイオン交換膜素材に適した方法であり、寸法の安定し
た膜処理が行えるので好ましい方法である。
【0010】研磨加工に用いられる研磨材は、砥粒とし
て好ましくはダイヤモンド粉、酸化アルミニウム、炭化
ケイ素、酸化セリウム、酸化クロム、酸化ジルコニウ
ム、二酸化ケイ素などが用いられる。粒度は50〜70
0メッシュ、なかでも100〜500メッシュが好まし
く用いられる。粒度が50メッシュより大きいと表面層
だけでなく膜内部まで研削され膜の強度が低下するので
好ましくない。粒度が500メッシュ以上であると研削
の効果が小さいので好ましくない。
て好ましくはダイヤモンド粉、酸化アルミニウム、炭化
ケイ素、酸化セリウム、酸化クロム、酸化ジルコニウ
ム、二酸化ケイ素などが用いられる。粒度は50〜70
0メッシュ、なかでも100〜500メッシュが好まし
く用いられる。粒度が50メッシュより大きいと表面層
だけでなく膜内部まで研削され膜の強度が低下するので
好ましくない。粒度が500メッシュ以上であると研削
の効果が小さいので好ましくない。
【0011】本発明で使用する不均質イオン交換膜は、
バインダーポリマー含有率が30〜60重量%であるこ
とが好ましい。バインダーポリマー含有率が30重量%
より小さい場合は、もともと電気抵抗が低いので粗面化
処理の効果が小さく、また膜の強度が著しく低下するの
で好ましくない。バインダーポリマー含有率が60重量
%より大きい場合は、膜表面を被覆するバインダーポリ
マーが厚くなり破壊されにくくなるので、粗面化処理効
果が小さくなり好ましくない。バインダーポリマー含有
率が35〜50重量%の場合は、適度な表面処理により
強度はほとんど低下せず大幅に膜抵抗が減少し、抵抗値
も安定したものが得られるので特に好ましい。
バインダーポリマー含有率が30〜60重量%であるこ
とが好ましい。バインダーポリマー含有率が30重量%
より小さい場合は、もともと電気抵抗が低いので粗面化
処理の効果が小さく、また膜の強度が著しく低下するの
で好ましくない。バインダーポリマー含有率が60重量
%より大きい場合は、膜表面を被覆するバインダーポリ
マーが厚くなり破壊されにくくなるので、粗面化処理効
果が小さくなり好ましくない。バインダーポリマー含有
率が35〜50重量%の場合は、適度な表面処理により
強度はほとんど低下せず大幅に膜抵抗が減少し、抵抗値
も安定したものが得られるので特に好ましい。
【0012】バインダーポリマーは、低密度ポリエチレ
ンと、エチレン−プレピレンゴムまたはエチレン−プロ
ピレン−ジエンゴムとの混合物を含有するポリマーであ
ることが好ましい。低密度ポリエチレンなどのポリオレ
フィンのみである場合は、膜の柔軟性が乏しく脆性とな
るので好ましくない。また天然ゴムやブチルゴムのよう
なゴムのみである場合は、得られるイオン交換膜が柔ら
かいため、取扱いにくくなり、また、表面が非常に疎
で、膜形状にする際にピンホールが発生しやすいので好
ましくない。
ンと、エチレン−プレピレンゴムまたはエチレン−プロ
ピレン−ジエンゴムとの混合物を含有するポリマーであ
ることが好ましい。低密度ポリエチレンなどのポリオレ
フィンのみである場合は、膜の柔軟性が乏しく脆性とな
るので好ましくない。また天然ゴムやブチルゴムのよう
なゴムのみである場合は、得られるイオン交換膜が柔ら
かいため、取扱いにくくなり、また、表面が非常に疎
で、膜形状にする際にピンホールが発生しやすいので好
ましくない。
【0013】バインダーポリマーを構成する低密度ポリ
エチレンとしては、密度が好ましくは0.880〜0.
930g/cm3 、特には0.900〜0.926g/
cm3 、分子量の指標であるメルトフローレートがJI
S−K6760法による測定で3.0〜30g/10分
のものが好ましい。また、ここでいう低密度ポリエチレ
ンは線状低密度ポリエチレンも含み、一般の低密度ポリ
エチレンおよび線状ポリエチレン単独で使用してもよい
し、混合して使用してもよい。混合物の場合は混合物の
物性が、上記に示す範囲となるものであれば好適に使用
できる。
エチレンとしては、密度が好ましくは0.880〜0.
930g/cm3 、特には0.900〜0.926g/
cm3 、分子量の指標であるメルトフローレートがJI
S−K6760法による測定で3.0〜30g/10分
のものが好ましい。また、ここでいう低密度ポリエチレ
ンは線状低密度ポリエチレンも含み、一般の低密度ポリ
エチレンおよび線状ポリエチレン単独で使用してもよい
し、混合して使用してもよい。混合物の場合は混合物の
物性が、上記に示す範囲となるものであれば好適に使用
できる。
【0014】一方、エチレン−プロピレンゴムとして
は、プロピレン含有率が25〜50重量%、ムーニー粘
度が35〜50のものが好ましい。エチレン−プロピレ
ン−ジエンゴムの場合には、プロピレン含有率が25〜
50重量%、ムーニー粘度が40〜90のものが好まし
い。
は、プロピレン含有率が25〜50重量%、ムーニー粘
度が35〜50のものが好ましい。エチレン−プロピレ
ン−ジエンゴムの場合には、プロピレン含有率が25〜
50重量%、ムーニー粘度が40〜90のものが好まし
い。
【0015】不均質イオン交換膜用のイオン交換樹脂と
しては、強酸性カチオン交換樹脂や強塩基性アニオン交
換樹脂、両性イオン交換樹脂などが使用でき、これらは
単独で使用してもよいし、それらを混合してもよい。
しては、強酸性カチオン交換樹脂や強塩基性アニオン交
換樹脂、両性イオン交換樹脂などが使用でき、これらは
単独で使用してもよいし、それらを混合してもよい。
【0016】イオン交換樹脂粒子の粒径は、最大粒径が
150μm以下で、100〜150μmの粒径のものが
イオン交換樹脂粒子全体の5重量%以下で、しかも20
μm以下の粒径のものが20重量%以下であることが好
ましい。最大粒径が150μm以上である場合、あるい
は、100〜150μmの粒径のものが5重量%以上で
ある場合は、不均質イオン交換膜の強度が低下し、粗面
化処理によりさらに強度が低下しやすくなるので好まし
くない。イオン交換樹脂の粒子の粒径が20μm以下の
ものが20重量%以上である場合は、イオン交換樹脂粒
子の表面積が著しく増大し、バインダーポリマーとの混
練が不十分となり欠陥点が発生しやすくなり、また粗面
化処理の際にイオン交換樹脂粒子が欠落しやすくなるの
で好ましくない。
150μm以下で、100〜150μmの粒径のものが
イオン交換樹脂粒子全体の5重量%以下で、しかも20
μm以下の粒径のものが20重量%以下であることが好
ましい。最大粒径が150μm以上である場合、あるい
は、100〜150μmの粒径のものが5重量%以上で
ある場合は、不均質イオン交換膜の強度が低下し、粗面
化処理によりさらに強度が低下しやすくなるので好まし
くない。イオン交換樹脂の粒子の粒径が20μm以下の
ものが20重量%以上である場合は、イオン交換樹脂粒
子の表面積が著しく増大し、バインダーポリマーとの混
練が不十分となり欠陥点が発生しやすくなり、また粗面
化処理の際にイオン交換樹脂粒子が欠落しやすくなるの
で好ましくない。
【0017】
【実施例】以下、実施例に基づき本発明をさらに詳しく
説明するが、本発明がこれら実施例に限定されないこと
はもちろんである。
説明するが、本発明がこれら実施例に限定されないこと
はもちろんである。
【0018】[例1]低密度ポリエチレン70重量%と
エチレン−プロピレン−ジエンゴム30重量%をラボプ
ラストミルで150℃、30分混合混練し、得られた混
合物を、不均質イオン交換膜のバインダーポリマーとし
て用いた。
エチレン−プロピレン−ジエンゴム30重量%をラボプ
ラストミルで150℃、30分混合混練し、得られた混
合物を、不均質イオン交換膜のバインダーポリマーとし
て用いた。
【0019】一方、強酸性カチオン交換樹脂である三菱
化学製ダイヤイオンSK−1B(スチレン−ジビニルベ
ンゼン共重合体樹脂、イオン交換基−SO3 Na型、み
かけ密度0.825g/cm3 、水分含有率43〜50
重量%、イオン交換容量2.0meq/ml)を、60
℃で24時間温風乾燥後、ジェットミルにて粉砕を行っ
た。粉砕した粒子はステンレスメッシュふるいで、粒径
150μm以上の粒子を除いた。得られた粒径150μ
m以下のイオン交換樹脂粉末粒子の粒径分布を、ふるい
により測定したところ、粒径100〜150μmのもの
が1.2重量%で、粒径20μm以下の粒子が12重量
%であった。
化学製ダイヤイオンSK−1B(スチレン−ジビニルベ
ンゼン共重合体樹脂、イオン交換基−SO3 Na型、み
かけ密度0.825g/cm3 、水分含有率43〜50
重量%、イオン交換容量2.0meq/ml)を、60
℃で24時間温風乾燥後、ジェットミルにて粉砕を行っ
た。粉砕した粒子はステンレスメッシュふるいで、粒径
150μm以上の粒子を除いた。得られた粒径150μ
m以下のイオン交換樹脂粉末粒子の粒径分布を、ふるい
により測定したところ、粒径100〜150μmのもの
が1.2重量%で、粒径20μm以下の粒子が12重量
%であった。
【0020】このイオン交換樹脂粒子と上記バインダー
ポリマーを、混合比60/40(重量比)で混合し、ラ
ボプラストミルで130℃、50rpm、20分混練し
た。得られた混練物を平板プレスにより160℃で、加
熱溶融プレスし、厚さ500μmの不均質イオン交換膜
(カチオン交換膜)を得た。
ポリマーを、混合比60/40(重量比)で混合し、ラ
ボプラストミルで130℃、50rpm、20分混練し
た。得られた混練物を平板プレスにより160℃で、加
熱溶融プレスし、厚さ500μmの不均質イオン交換膜
(カチオン交換膜)を得た。
【0021】得られた不均質イオン交換膜の両面を、粒
径350メッシュの溶融アルミナからなる砥粒を、粘
土、長石を配合して溶融結合したビトリファイド砥石を
用いて、表面研削加工処理した後、50℃、2日間イオ
ン交換水に浸漬した。膜の電気抵抗を0.5N食塩水中
で交流1000Hzで測定したところ、比抵抗は400
Ω・cmであった。
径350メッシュの溶融アルミナからなる砥粒を、粘
土、長石を配合して溶融結合したビトリファイド砥石を
用いて、表面研削加工処理した後、50℃、2日間イオ
ン交換水に浸漬した。膜の電気抵抗を0.5N食塩水中
で交流1000Hzで測定したところ、比抵抗は400
Ω・cmであった。
【0022】[例2]イオン交換樹脂として、強塩基性
アニオン交換樹脂である、三菱化学製ダイヤイオンSA
−10A(スチレン−ジビニルベンゼン共重合体樹脂、
イオン交換基−N(CH3 )3 Cl型、みかけ密度0.
685g/cm3 、水分含有率43〜47重量%、イオ
ン交換容量1.3meq/ml)を用いた以外は実施例
1と同様にして、厚さ500μmの不均質イオン交換膜
(アニオン交換膜)を得た。ただし、ふるいわけで粒径
150μm以上の粒子を除いた後の、イオン交換樹脂粉
末粒子の粒径分布は、粒径100〜150μmのものが
0.9重量%で、粒径20μm以下の粒子が8重量%で
あった。
アニオン交換樹脂である、三菱化学製ダイヤイオンSA
−10A(スチレン−ジビニルベンゼン共重合体樹脂、
イオン交換基−N(CH3 )3 Cl型、みかけ密度0.
685g/cm3 、水分含有率43〜47重量%、イオ
ン交換容量1.3meq/ml)を用いた以外は実施例
1と同様にして、厚さ500μmの不均質イオン交換膜
(アニオン交換膜)を得た。ただし、ふるいわけで粒径
150μm以上の粒子を除いた後の、イオン交換樹脂粉
末粒子の粒径分布は、粒径100〜150μmのものが
0.9重量%で、粒径20μm以下の粒子が8重量%で
あった。
【0023】得られた不均質イオン交換膜の両面を、砥
粒粒径400メッシュの二酸化ケイ素を用いてサンドブ
ラスト法で粗面化処理した後、50℃、2日間イオン交
換水に浸漬した。膜の電気抵抗を0.5N食塩水中で交
流1000Hzで測定したところ、比抵抗は250Ω・
cmであった。
粒粒径400メッシュの二酸化ケイ素を用いてサンドブ
ラスト法で粗面化処理した後、50℃、2日間イオン交
換水に浸漬した。膜の電気抵抗を0.5N食塩水中で交
流1000Hzで測定したところ、比抵抗は250Ω・
cmであった。
【0024】[例3(比較例)]例1において平板プレ
スにより得られた不均質イオン交換膜を、粗面化処理せ
ずに、例1と同様にして膜の電気抵抗を測定したとこ
ろ、比抵抗は550Ω・cmであった。
スにより得られた不均質イオン交換膜を、粗面化処理せ
ずに、例1と同様にして膜の電気抵抗を測定したとこ
ろ、比抵抗は550Ω・cmであった。
【0025】[例4(比較例)]例2において平板プレ
スにより得られた不均質イオン交換膜を、粗面化処理せ
ずに、例2と同様にして膜の電気抵抗を測定したとこ
ろ、比抵抗は300Ω・cmであった。
スにより得られた不均質イオン交換膜を、粗面化処理せ
ずに、例2と同様にして膜の電気抵抗を測定したとこ
ろ、比抵抗は300Ω・cmであった。
【0026】
【発明の効果】本発明により、電気抵抗の低い不均質イ
オン交換膜が得られる。
オン交換膜が得られる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI //(C08L 23/06 23:16) (72)発明者 松村 幸夫 千葉県市原市五井海岸10番地 旭硝子株式 会社内
Claims (2)
- 【請求項1】イオン交換樹脂粒子とバインダーポリマー
から構成され、少なくとも一方の表面が機械的に粗面化
処理されている不均質イオン交換膜。 - 【請求項2】粗面化処理が、研磨加工によるものである
請求項1に記載の不均質イオン交換膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9351505A JPH11181121A (ja) | 1997-12-19 | 1997-12-19 | 不均質イオン交換膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9351505A JPH11181121A (ja) | 1997-12-19 | 1997-12-19 | 不均質イオン交換膜 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11181121A true JPH11181121A (ja) | 1999-07-06 |
Family
ID=18417751
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9351505A Pending JPH11181121A (ja) | 1997-12-19 | 1997-12-19 | 不均質イオン交換膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11181121A (ja) |
-
1997
- 1997-12-19 JP JP9351505A patent/JPH11181121A/ja active Pending
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