JPS5939304A - 置換ポリ(アリ−レンオキシド)重合体からつくつた半透膜を使用するガス状混合物の分離法の改良 - Google Patents

置換ポリ(アリ−レンオキシド)重合体からつくつた半透膜を使用するガス状混合物の分離法の改良

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JPS5939304A
JPS5939304A JP58101583A JP10158383A JPS5939304A JP S5939304 A JPS5939304 A JP S5939304A JP 58101583 A JP58101583 A JP 58101583A JP 10158383 A JP10158383 A JP 10158383A JP S5939304 A JPS5939304 A JP S5939304A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ガス分離に関するものである。−面においl
j1、本発明は半透膜の使用によるカス分離に関L1別
のrMi においては不発明り、少なくとも7種の践俟
ポリ(アリーレンオキシド)重合体から製造した半着膜
の使用によるガスの分離法に関するものである。
ガス混合物をその柱々の成分部分(またをよその成分の
少なくとも濃縮さねた両分)に分離するために、半透力
ut使うことは古くから知られている。
この目的のための半透膜の開発は、米国特許第り、 、
230.り63号のり〜6段によく総括的に記載されて
いる。そこに記載の膜の他に、米国も’ e′F n’
s3.33θ、 g4t4を号および第3. g99.
309号に記載のものを含め他の膜がこの種目的のため
に911られ1いる。すべてではないにしても、これら
の膜の大部分をよその意図する使用に対し有効なことを
示すが、−を−の何れも完全に満足なものではない。一
般に、この種の分離に使われる膜は望ましいフラックス
(flux ) 、選択率、寿命の一つまたはそれ以」
二に欠けでおり、そこで工業界は別也のもの紮探し続け
ている。
化学フロセス工業にとって特に興味のめるものは、炭化
水素派(典型的には天然カス)から二酸化炭素オ! ヒ
(−!L fc、tt−J、 ) ll4L化水;(z
 (1)分拗#t<: xqし、また空気から酸紫渋縮
に対し艮好な特性を示すような膜である。商業的Klユ
、これらの方法は膜全使わず、前者では吸収技術t1後
者でtま低温技術を用いる。この両技術−、エイ、ルギ
ーを要し、したがって操作に費用がかかる。したがって
、別異の方法を検NiE (identifying)
 Lかつ充足する( implementing )必
要があシ、膜技術ケ使う方法は現在著しい経済的利点を
力えると思われる。
しかし、現在」でのところ、と7しらのプロセスのどら
らかに対し完全罠適すると検H1[;さtまた膜はない
本発明に従えば、二酸化炭素、酸素、jft化水素の少
なくとも一つを含むガス混合物12画分K、すなわち二
酸化炭素、酸素、硫化水素の少なくとも一つで濃縮きれ
た/両分と上記で枯かつした他の両分に分離する方法が
、分離ビークルとして、次の構造式 XR の措造単位少なくとも約30モル%を含んでいる少なく
とも7種のyt、換ポリ(アリーレンオキシド)重合体
を膜の全重量基準で少なくとも約JSX量%含む半透膜
を使うことによシ改良される。ただし各R1−L独立に
水素または脂肪族、脂環族、または芳香族基、またはそ
の不活性置換誘導体であり、各Xは独立に少なくともク
ロロ基の太き場の基であり、a#′ioまたは/である
。この方法は既知の方法と実質上同一方式で操作する。
すなわち、ガス混合物の一部分が選択的に属音通過して
、濃縮画分が膜の片側にあり、枯かつ両分が膜の他の側
に残るような方式で、ガス混合物を半透膜と接触させる
。この方法は井戸水頭(wel 1head )に構成
する場合、天然ガス流から二酸化炭素および硫化水素の
分離に、お上び空気から濃縮酸素流の製造に特に有用で
ある。特にメタンから二酸化炭素の分離および窒素から
酸素の分1IllGK関し、この法はすぐれた7ラツク
スと選択率に%徴として示り本発明の方法は、異なるカ
ス金倉む混合物から多くの異なるガスのどれか一つを分
離するのに適しでいる。本発明は天然ガスから二酸化炭
素S9よび(または)硫化水素の分離および空気から酸
素の分離に特に有用である。カス混合物k 4ti成す
るガスの相対…#″、L広く笈化でき、そこで本発明は
幅広い種類の分離油111bに応用できる。
本発明に2いて使用する膜は、次の構造式の構造単位を
含む少なくとも/f′+4の16換ポリ(アリーレンオ
キシド)重合体葡少なくとも約、2!;M量%含んでい
る。ただしR,X、aFi上で定義した通シである。D
fましくは、各Rは独立にC,〜C6脂肪族(格らに好
ましくはアルキル)基、C,〜C6脂輿族(さらに好ま
しくはシクロアルキル)基、またはアリール(ざらに好
ましくI′iフェニル)基、またはこれらの不活性置換
誘導体である。本発明で使用する「不活性置換」とは、
蟲該基が当該重合体を含む膜の選択率特性(その意図す
る用途に対し)%:[*上減少しないハロゲン、アルキ
ル、ニトロ、アルコキシなどのt#L換基會一つまた杖
それ以上含むことができることを意味する。
典型的なRlk#;t 、メチル、エチル、n−プロピ
ル、インプロヒル、ブチル、tert−ンチt1 シク
ロヘギシル、フェニル、トリル、ブロモメチルなどを含
む。不発E!IJで用いる「独立に」の用語は、各@:
換基か所足の構造単位においてF’J−かまた鉱異なる
ことができることを意味し、たとえば各R力;メチルで
あることができ、または一つがメーチルで他がエチルで
るることができる。
構造式(1)のX基は少なくとも一部分立体的抑制物(
5teric  1nhibitors )として働ら
き、そξでかさ高および(または)極性でbる。「立体
的抑制物Jとはこれらの基が隣接重合体制量のスペーサ
ーとして絢く傾向のあることを意味する。これらの基#
i膜の全体としてのイタ性を増すような他の機能も同様
に果すξともできるが、その機能の全域は現在のところ
十分にはわかっていない。これらの基は好ましくは少な
くともブロモ基の大きさである。これらの基の代表例は
、ハロゲン(クロロ、ブロモ、また酸ヨード)、アジド
、ヒドロキシル、チオール、エーテル、ヂオエー・アル
、エステル、チオエステル、リン酸、そのエステルまた
は塩、ニトロ、硝酸エステル、亜硝酸エステル、アルキ
ル、アリール、アシル、チオアシルなどのような基であ
る。これらの基のうち好ましいものは、ハロゲン基、 
IJ¥にブロモ基でるる。−トつきaが零でめる式(1
)の構造単位においては、X基によ#)f4たされる以
外の川原予価は水素原子によシ満たされる。
本発明で使用するIf;’f、 俟ポリ()′リーレン
オキシド)Jt−合体しLl ホモポリマー1だは共亜
合体であることができ、後者の場合には少なくとも約5
θモル%の、好ましくは少なくとも約73モル%の式(
1)の構造単位を含む。当該重合体が共重合体の場合に
、式(1)の単位以外のコモノマーは式(1)の構造単
位と共重合できるビスフェノールA1 ビスフェノール
スルホンなどのような本質的にどの構造単位から号るこ
ともできる。好ましくけ、本発明で使用する直換ポリ(
アリーレンオキシド)重合体は、式(1)の構造単位か
ら本質的になるが、各構造単位は同一置換基(たとえば
同一のRまたはX基)を含まl〈てもよい。環臭素化ポ
リ(,2、乙−ジメチル−/、グーフェニレンオキシド
)およびm 、A素化ポリ(キシリレンオキシド)また
はポリ(,2、A−キシレノール)としても知られてい
るWAX化ポリ(,2、乙−ジメチル−p−フェニレン
オキシド)が特に好ましい@換ポリアリーレン重自体で
丞る。経済性、膜製造の容易さなどのような実際的考櫂
が、これらの置換ポリ(アリーレンオキシド)N合体の
分子量に対する唯一の重要な制限である。
本発明で使用する置換ポリ(アIJ  L/ンオキシド
)重合体は一般に既知の物置であり、そこでその多くの
射1造法は当該技術分野中既知である。たとえば、A、
S、ヘイ、ジャーナル・オブ・ポリマー・ザク1フス5
g巻、3g/頁(7%4年)の、表鶏「酸化的カップリ
ングによる重合」に教示されているように、λ、乙−キ
シレノール葡首ず重合し、ついでホワイト、オーランド
、ポリエーテルズ、7.2巻、77g頁(19717年
)の表題「臭素化ポリ(フェニレンオキシド)、■ポリ
(’、、2、乙−ジメチル−/、グーフェニレンオキシ
ド)の臭素化」に教えられているように上記重合体をイ
オン性条件下で臭素化することによって、慮臭素化ポリ
(,2、乙−ジメチル−p−フェニレンオキシド)#ま
容易に製造できる。類似の工程によって、ここに記載の
他の多くの置換ポリアリーレンオキシド重合体を製造で
きる。
本発明で使用する半透膜は、式(11の桁造単′位を含
む@換ポリ(アリーレンオキシド″)N合体の少なくと
も/糊から構成される装置換ポリ(アリーレンオキシド
)重合体と相容性のどの重合体も膜の構成に使用でき、
典型的重合体は、ポリ(アリールスルホン)、ポリ(フ
ェニレン杖ギシト)、ポリ(無水マレイン酸)、および
その個々の共重合体などをJむ。この重恰体の分子量は
広く変化できるが、ふつう*、> Ik mポリ(アリ
ーレンオキシド)JR重合体53子Mの5θ%範17I
i以内である。強さ、耐久性、たわみ件のようなある神
り物理的特性′?LJIQに力えるために、″沖自体の
若干のブレンドがq−ましいことかあp得る。しがし置
換ポリ(アリーレンオキシド)重合体により与えら!L
る7シツクスおよび蕉択小特性を弱めることを避けるた
めに、nすへの他の重合体の合体は最小に保つのが望ま
しい。したがって、置換ポリ(アリーレンオキシド)重
合体は膜の少な゛くとも(・)i左貞駁%、好ましくは
少ηくとも約左01q $i、 ”3i2 、  ζら
に好ましく[、j少なくとも杓73重、fA%を構成す
る。
floのfiQ v)製造に使われる次法によって上記
カ嗅ゲ製造し、/具体化で(J当該重合体乞・適当な溶
′削に溶かして約/〜、20重−暇%の、好ましくは5
〜70重11′冷の溶液を・形成する。一般に非極性溶
剤を使用TQ、クロロホルム、トルエン、クロロベンゼ
ン類(たとえt、t: o−ジクロロベンゼン)、!素
化炭化水素(たとえれ〔ペルクロロエチレン)がその例
である。これらの非イ惣性的ハ11 ’にジメナルホル
ムアミド、シメチルスルホギシド、ジメチルアセi・ア
ミド、アセトン、メナルエナルヶトンのような極性溶剤
と組合せて使用できるか、このような組合せにお、いて
は、非イヘ性浴削が梶@物の少なくとも約50M(坂%
を構成1′る。橋かけ削2よひ(または)他の市1合体
ケ製造に丁・・いて使う場合は、一般に置換ポリ(アリ
ーレンオキシド)重合体溶液をつくるの1屹使った同−
溶削中の上記物性の/〜、20*Q%、好i1.<h、
t 〜i0#=%浴n* *9〈す、2溶液ま1とはそ
れ以上の溶液を室温で混合する。ついでイリられた溶液
ケきれいなガラス板上にあけ、ある種の機器、たとえば
ドクターブレードの助けで吻−なJ、%tさに均一に広
げる。ついで膜を壁気乾燥し、ガラス板から除き、場ら
にふつうの条件下空気中で適当な時間、一般Vこは、2
り時間以上乾燥する。、 ’IMかけおよび溶剤の蒸発
(除去)が乾燥工程ぢゆう同時に起る。他の具体化では
、当該技術分ifて既知の種々の実験室および商業的技
術により、これらの膜乞・製造できる。これらの臆tよ
、中空繊維のようにフィルム以外の拾遺にも製造できる
。さらに、これらの1八またはフィルレノ・を基グツ(
へのコーティング、積へ′1品などのような複合処方物
に使用できる。
本発明で使う膜は、どのような所望の厚さにも製造でき
るが、約、2Sミル(/ミルt;1 =2 、tμmn
に等しい)以下の、好ましくは約/θミル以−トの厚さ
を゛もつ膜が最も有用な傾向をもつ。恥の7ラツクスは
1μのノ9さの減少と共に増す傾向がめるから、一般に
薄い膜はど一層望ましい膜である。勿論、膜のM膜厚さ
はフラックスがその一つである多数の因子により決定き
れるから、好ましい膜厚さ1よ用途によシ異なる。
本発明の半透膜は、適音のnI)と同一方式で使われる
。′ノーなわちガス混合物を典型的には加圧下膜の片側
と接触させ、混合物の7種またはそれ以上のガス成分を
選択的に膜ケ通過ネせ、一方残りのガス成分tま膜によ
り拒絶される。これiJ、 膜の片1i11に生成する
所望のガスの濃縮両分を生じ、一方、同一カスの枯かつ
両分が膜の他のf11]に生成する。
一般には所望のガスを、膜を通過させる。すなわち、天
然ガスの他のカス成分から二酸化炭素の分離においてe
ま、二nrε化炭素が脚紮辿過し、一方の他のガス成分
の大部分t」、拒絶される。しかし、心る槓のカスは一
般にこれらの膜によつ°C拒絶されず、これらは一般に
水素、−ヘリウドのよすな小さな(太き畑の)分子であ
る。同様に、窒気の他のガス成分なら酸素の分tQff
fにおいてt、J: 、酸素が膜奮透過し、一方窒素お
よび神々の他のカス成分は選択的に拒絶づれる。不発(
Jl」の夾Mh中使う操作温度V」1、広く変化できる
。一般には類似の分離法で使われている温MLである。
膜が物理的および化学的に安定などの、温度も採用でき
、−力、圧力は(他のパラメーターのなかで) 11へ
の物理強1ス(と共に変化する。
以下の実施例は、本発明の/iイ別の具体化の例であり
、ことわらない限り部および)く−−ヒントは−Jべて
M報である。
実施f11 脱の製j告のカニめここで使った重合イ本は、ずべてp
+、 lii、 ”f−均分子、[i約’10.000
 k 有−j−ルホ!J (−2、A−ヅメブルーp−
フェニレンオキシド(以後「fL台体」と呼ぶ)(アル
ドリッチ・り“ミカル社販売)に基づくものであった。
mA索化爪台休体典型的製造は、室温でクロロホルム(
6θ0v)に溶かした重合体(乙0v)を臭素(9グ1
)とガラス反応器で接醜さゼることにより始めた。接触
または添加時間01約り5分であった。ついで反応混合
物を室温でさらに7時間かくりんした。最終混合物音か
きまぜたメタノールにあり屯合体ケ沈澱さ、1、生成物
重合体舎・さらにメタノールで洗い、減圧で乾燥し生成
物97f葡イ4#た。元素分析はこの乗合体の臭素含h
1.が約グθMIM−%であることケ示し、プロトンN
MR分光分析はプロ上糸が31(合体の芳香環部分に結
合していることケ示した。
上記重合体を対照重合体、すなわちベンジル臭素化ポリ
(,2、乙−ジメチル−p−フェニレンオキシド)の製
造に使った。この製造(よ四塩化尺ネ15θ01に溶か
した重合体(70F)台、N−ブロモヌクシンイミド(
,2λθV)および過酸化ベンゾイル(3y)と抗触芒
−けることにより始めた。
ついで反応混合物1かきま・仕て7乙℃(先約4時間、
畳素背囲気下に加熱した。伏成物沖台体の、Q’、 I
aNと精製1.1ψ臭素化n1−6体の沖’731:i
て使ったものと同じであシ、生成物重合体/θ、22を
(ijJ収1−7’i−oう1素分析は生成物重合体の
臭素含i’jJ、l、約、1に、 3 、y+< ラi
%て冴)ること丘示し、プrJ ) 7 NMr?スペ
クトルIi臭素化が主としてう1j合体のベンジル(メ
チル)部6Jに起ったことを示した。
上記で製造した臭素化ポリ(,2、乙−ジメチル−p−
フェニレンオキシド)重合体から、ここで試験した膜を
つくったが、プこだし実施例2および3のhl、、!U
1仙の重合体否:つむブレンドからつくった。
適当な溶剤、典型的にはクロロホルム・中の奥メヘ化重
合体捷たtまブレンドの希薄溶液(約7〜g重量%)を
混合し、きれいなガラス板にあけ、ドクターブレードの
助けで均一なjワきに均一に広げ、を気乾燥し、カラス
板から除去し、芒ら[空気中で通常の条件で少なくとも
、241時間乾燥することによシ膜をつくった。
脱の透過試験に変形ギルバート楕を使った!試fA側を
モル比2.99対3一対乙3の二酸化炭素/メタン/窒
素混合物罠さらした。透過物をキーX′リアーガスのヘ
リウムによってとりあけ、間りつ的に試料弁tjffl
し分析のためガスクロマトグラフィーカラムに注入した
。実験をコ3℃で行い、フィードg1りのに験ガスの分
圧Fi、29. g psiでめシ、透過物側の生成物
ガスの分圧は約θで、透過速I痰よりはるかに過剰の流
鋪でヘリウム、2?、、!rpslでパージした。
二阪化炭素透過率および二酸化炭素/メタン選択率の数
字r11l表に示す。膜を構成している重合体を柵の見
出し「重合体」に示し、これら重合体の各々の臭素含量
をその略号に続くかっこ内圧示す。
Re−PP0u:、環臭素化ポリ(2,6−シメチルー
〇−フェニレンオキシド) t、を味L、BR−PPO
ハベンジル臭素化ポリ(Ω、6−シメチルーp−フエ二
ンンオキシド)全意味し、PへSはポリ(アリールスル
ホン)全意味する。
分離係数は次式によシ計31だ。
透過係数は生成物ガス♀%鮭(STPでのCC)掛ける
膜厚さくcrIL)の積を、膜表面積(、ff1)掛け
る膜を横切る圧力差(cmHg)掛ける分離時間(秒)
の積で割った商として表わす。係数/θ1°は単に便宜
上使う。
第1表 槙々の1tス捩ポリ(1λ、乙−ジメチル−p−フェニ
レンオキ7ド)重合体からつくりた半JΔ膜の力 8W
4(仁L /   RB−PPO(ダθ%)   2コ    /
gθ−〇 11tRB−PPO(,7,2%)、2θ    /’
79八      PPO1g           
   ざ7B  E3B−PPO(31,%)    
/ふ3    λコア) ホ、!j (アIJ−ルスな
・ホン)(jlc、M平均分子址、yo、 ooo、約
7%硫黄含有、アルドリップ−・ケミカル社販売)。
、2)ffi釦で。
第1表のデータから、項臭素化ポリ(よる−ジメチル−
p−フェニレンオキシド)重合体から形成した膜は、X
基をもたない類似の重合体から形成した膜よシも一般的
にすぐれていることが明らかにわかる。二酸化炭素透過
係数と同様に、分離化重合体よシも゛はるかに大でめっ
た。
ユ□化炭素i過率とユ、化炭X/□2選択率を決めるた
めの上記操作を〈シ返したが、ただしコア、3対7g、
7のモル比のtR素と置素の混合物を使った。この試験
結果1M5−表に示す。
種々の置換ポリ(,2、t−ジメチル−p−フェニレン
オキ7ド)重合体からつくった半透膜の分、t    
 Re−PP0(死曳)    3ざ6l−3CBB−
PPO(,74%)  久0     .2ノ第、2表
のデータからまた、環A素化ポリ()、6−ジメグ°ル
ーp−フェニレンオキシド)JR重合が−t゛のベンジ
ル臭素化および未A累化体よシも誕れでいることがわか
る。
不発明を上記実施例によりかなシ詳しく記載したが、ぞ
tl、らは、単に例示の目的て示したもので、不発明を
制限する意図を有するもの゛ではない。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)  ガス混合物の一部分が選択的に半透膜を通過
    して濃縮画分が膜の片側にあル枯かつ画分が膜の他の側
    に生じるような方式で当該ガス混合物を半透膜と接触さ
    せることからなる、CO,、O,,1(、Sの少なくと
    も/1i!を含んでいるガス混合物−を一つの両分がC
    O3、O!、H7Sの少なくとも/f111で濃縮され
    他の両分がCO,,02、H,Sの少なくとも/稠が枯
    かつしている2画分に分離する方法において、 次の構造式 芳香族基、またはその不活性戦換誘導体であり、各Xは
    独立に少なくともクロロ基の大きさの基であり、aFi
    θifcは/である)の償造単位ケ少なくとも約50モ
    ル% 含んでいる少なくとも7種の置換ポリ(アリーレ
    ンオキシド)重合体を、膜の全重置基準で、少なくとも
    約、2.5− IC1% 含む膜を使うこ々を’h徴と
    する改良法。 (週 各Rが独立K C,−C,アルギル基である特許
    請求の範囲(1)の方法。 (3)各Rがメチル基である竹17′[HI3求の範囲
    (β)の方法。 (lI)  各Xがハロゲン基である特許績)J(の。 41囲(3)の方法。 (支)各Xがブロモ基でるる特g′rRW求のI?ii
    ≧囲(幻の方法。 (6)置換ポリ(アリーレンオキシド)重合体が構造式
    (IFの拾造単位を少なくとも73モル%含んでいる特
    許請求の範囲(勺の方法。 (7)aが零で6,6%#″1’ )iff 求ノNd
     N (t) (7J 方法。 (1)の構造単位から本質的になる特許請求の範囲(7
    )の方法。 (9)  当該膜が膜の全重量基準で少なくとも7種の
    M%ポリ(アリーレンオキシド)重合体少なくとも約5
    θ重員%を含んでいる特許請求の範囲(g)の方法。 Vθ)当該膜が膜の全重量基準で少なくとも7棟の置換
    ポリ(アリーレンオキシド)M合体を少なくとも約75
    重電%含んでいる9ケ許請求の範囲(8)の方ン去。 V/)尚膜島が7種またはそれ以上の置換ポリ(キシリ
    レン:AWシト>*合体から木質的洗檜成されている%
    ¥r請求の範囲(ざ)の方法。 rノ)蟲β豚が項臭素化ポリ(2、乙−ジメチル−1)
    −フェニレンオキシド)ヲ本質的をで含んでいる特許請
    求の範囲(g+の方法。 (/3)  当該膜が相好性重合体と組合せた少なくと
    も/樟の置換ポリ(キシリレンオキシド)重合体を含ん
    でいる特許請求の範l!f1(9)の方法。 (/11t)相容性重合体がポリ(アリールスルホン)
    またはポリに、6−ジメチル−1)−フェニレンオキシ
    ド)でるる% g’r−jfV求の範囲(/3)の方法
    。 V、1)  当該膜が中空繊維である旬許開求の脛囲(
    1)、(9)、(//)、(/2)、まfcはV、i)
    の方法。 (/4)  当該膜が約/θミル以下の厚さをもっ特#
    ’F N請求の範9tl(/、!−)の方法。 (/7)当該膜を基質上にコーティングとして流し込む
    4?許請求の範1#t1(/l、(9)、(〃)、(/
    2)、または(/3の方法。 (/ff)被覆した基質が中空繊維でるる特C[請求の
    範囲(/7)の方法。 Vり)ガス混合物が天然カスでるる特許請求の範囲(6
    )の方法。 Ωθ)ガス混合物が空気である特許請求の範MJ(6)
    の方法。 0/)ガス混合物が天然ガスである特許請求の範囲(/
    7)の方法。 c2.2)ガス混合物がを気である特許請求の範囲(/
    カの方法。
JP58101583A 1982-08-26 1983-06-07 置換ポリ(アリ−レンオキシド)重合体からつくつた半透膜を使用するガス状混合物の分離法の改良 Granted JPS5939304A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6058205A (ja) * 1983-06-30 1985-04-04 パーミー,インコーポレーテッド 無定形アリ−ル置換ポリアリ−レンオキシド膜

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6058205A (ja) * 1983-06-30 1985-04-04 パーミー,インコーポレーテッド 無定形アリ−ル置換ポリアリ−レンオキシド膜

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