CN107400429A - 一种石墨烯水性阻尼涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种石墨烯水性阻尼涂料，包括如下重量份的以下组分：丙烯酸乳液10～60份；乳化剂0.5～10份；中和剂0.1～30份；润湿剂1～10份；成膜助剂0.5～30份；第一分散剂0.1～10份；第一稳定剂0.1～10份；石墨烯浆料5～40份；以及颜填料5～80份。上述石墨烯水性阻尼涂料以水为主要溶剂，不含苯类挥发物，对人类健康无严重伤害，使用的设备及工具都可用水清洗。上述石墨烯水性阻尼涂料所需原料易获取，工艺简单，涂层的使用厚度为1～5mm，厚涂不流挂，施工方便，易于操作，产品附加值高。上述石墨烯水性阻尼涂料通过石墨烯和各组分之间的协同作用，具有耐冲击、耐盐雾性及阻尼性能好的特点。此外，还提供一种上述石墨烯水性阻尼涂料的制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及水性阻尼涂料技术领域，尤其涉及一种石墨烯水性阻尼涂料及其制备方法。
背景技术
在高速行驶的车辆和运作的机械设备中，振动容易导致结构材料疲劳，严重时会导致材料断裂、零件脱落将可能影响材料的使用寿命，加大预防性维护难度。处于频繁振动的环境中工作的精密仪器、仪表，其精度易受到影响，为机车的安全运行留下安全隐患。长期处于振动及噪声环境中的工作人员，更容易产生疲劳、烦躁、情绪，因精力难以集中可能诱发严重安全事故。振动对于安全和周边环境的影响，远甚于噪声。噪声是由振动引起的，振动对安全构成的威胁很可能是灾难性的。相对而言，振动相当于原生灾害，噪声则属于次生灾害。
阻尼涂料是一种兼具减振降噪和隔声消音功能的涂料。可通过直接喷涂于振动部件表面而对振动抑制与噪声治理双管齐下，易于施工且易于维护，因而应用广泛。而其中水性阻尼涂料因其环保安全等特点，备受推崇。随着科技的发展，在要求其优异的附着力的基础上，对其在暴露在户外条件下的耐冲击性，耐盐雾性及其阻尼性能有更高的要求，以扩大水性阻尼涂料的应用范围。
发明内容
鉴于此，有必要提供一种耐冲击、耐盐雾性及其阻尼性能好的石墨烯水性阻尼涂料及其制备方法。
一种石墨烯水性阻尼涂料，包括如下重量份的以下组分：
丙烯酸乳液 10～60份；
乳化剂 0.5～10份；
中和剂 0.1～30份；
润湿剂 1～10份；
成膜助剂 0.5～30份；
第一分散剂 0.1～10份；
第一稳定剂 0.1～10份；
石墨烯浆料 5～40份；以及
颜填料 5～80份。
在其中一个实施例中，所述丙烯酸乳液包括第一丙烯酸乳液、第二丙烯酸乳液、第三丙烯酸乳液和第四丙烯酸乳液中的至少一种，其中，所述第一丙烯酸乳液和所述第二丙烯酸乳液的玻璃化转变温度为-40℃～-5℃，固含量为45％～60％，所述第一丙烯酸乳液和所述第二丙烯酸乳液的玻璃化转变温度和固含量中的至少一个不同，所述第三丙烯酸乳液和所述第四丙烯酸乳液的玻璃化转变温度为0℃～30℃，固含量为40％～70％，所述第三丙烯酸乳液和所述第四丙烯酸乳液的玻璃化转变温度和固含量中的至少一个不同。
在其中一个实施例中，所述乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚，辛基酚聚氧乙烯醚，双、三丁基酚聚氧乙烯醚，烷基酚聚氧乙烯醚聚氧丙烯醚和苯乙基酚聚氧丙烯聚氧乙烯醚中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述中和剂为二甲基乙醇胺。
在其中一个实施例中，所述润湿剂为硫酸系阴离子表面活性剂。
在其中一个实施例中，所述成膜助剂为丙二醇丁醚和丙二醇甲醚醋酸酯中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述第一分散剂为聚羧酸钠盐和聚丙烯酸盐中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述第一稳定剂为环氧乙烷。
在其中一个实施例中，所述石墨烯浆料为改性后石墨烯水性浆料，按重量份包括：水10～90份，第二分散剂1～10份，第二稳定剂1～10份和改性石墨烯5～50份。
在其中一个实施例中，所述石墨烯浆料采用如下方法制备：
将所述第二稳定剂，所述第二分散剂加入水中，再分散搅拌2～5min；
搅拌分散下，加入所述改性石墨烯，搅拌15～30min；
超声分散2～3h，得到所述石墨烯浆料。
在其中一个实施例中，所述颜填料为钛白，气相二氧化硅，木质纤维，轻钙，云母，滑石粉，硅灰石粉，重钙和石英砂中的至少一种。
一种石墨烯水性阻尼涂料的制备方法，包括以下步骤：
在搅拌状态下，往丙烯酸乳液中加入乳化剂，搅拌5～10min；
接着，在搅拌状态下，加入中和剂，搅拌5～10min；
在搅拌状态下，依次加入成膜助剂、润湿剂和第一分散剂，搅拌5～10min后，加入第一稳定剂，搅拌5～10min；
搅拌分散下，加入石墨烯浆料和颜填料，搅拌20～30min，得到所述石墨烯水性阻尼涂料。
在其中一个实施例中，所述石墨烯浆料采用如下方法制备：
将第二稳定剂，第二分散剂加入水中，再分散搅拌2～5min；
搅拌分散下，加入所述改性石墨烯，搅拌15～30min；
超声分散2～3h，得到所述石墨烯浆料。
上述石墨烯水性阻尼涂料以水为主要溶剂，不含苯类挥发物，对人类健康无严重伤害，使用的设备及工具都可用水清洗。上述石墨烯水性阻尼涂料所需原料易获取，工艺简单，涂层的使用厚度为1～5mm，厚涂不流挂，施工方便，易于操作，产品附加值高。上述石墨烯水性阻尼涂料通过石墨烯和各组分之间的协同作用，具有耐冲击、耐盐雾性及阻尼性能好的特点。
上述石墨烯水性阻尼涂料的制备方法中，以水为主要溶剂，不含苯类挥发物，对人类健康无严重伤害，使用的设备及工具都可用水清洗。所需原料易获取，工艺简单。
附图说明
图1为一实施方式的石墨烯水性阻尼涂料的制备方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一实施方式的石墨烯水性阻尼涂料，包括如下重量份的以下组分：
丙烯酸乳液 10～60份；
乳化剂 0.5～10份；
中和剂 0.1～30份；
润湿剂 1～10份；
成膜助剂 0.5～30份；
第一分散剂 0.1～10份；
第一稳定剂 0.1～10份；
石墨烯浆料 5～40份；以及
颜填料 5～80份。
丙烯酸乳液包括第一丙烯酸乳液、第二丙烯酸乳液、第三丙烯酸乳液和第四丙烯酸乳液中的至少一种。其中，第一丙烯酸乳液和第二丙烯酸乳液的玻璃化转变温度为-40℃～-5℃，固含量为45％～60％，第一丙烯酸乳液和第二丙烯酸乳液的玻璃化转变温度和固含量中的至少一个不同。第三丙烯酸乳液和第四丙烯酸乳液的玻璃化转变温度为0℃～30℃，固含量为40％～70％，第三丙烯酸乳液和第四丙烯酸乳液的玻璃化转变温度和固含量中的至少一个不同。
乳化剂可以为烷基酚聚氧乙烯醚，辛基酚聚氧乙烯醚，双、三丁基酚聚氧乙烯醚，烷基酚聚氧乙烯醚聚氧丙烯醚和苯乙基酚聚氧丙烯聚氧乙烯醚中的至少一种。
中和剂可以为二甲基乙醇胺。
润湿剂可以为硫酸系阴离子表面活性剂。
成膜助剂可以为丙二醇丁醚和丙二醇甲醚醋酸酯中的至少一种。
第一分散剂可以为聚羧酸钠盐和聚丙烯酸盐中的至少一种。
第一稳定剂可以为环氧乙烷。
石墨烯浆料可以为改性后石墨烯水性浆料，按重量份包括：水10～90份，第二分散剂1～10份，第二稳定剂1～10份和改性石墨烯5～50份。
石墨烯浆料的制备方法包括以下步骤：
S110、将第二稳定剂，第二分散剂加入水中，再分散搅拌2～5min。
其中，第二分散剂可以为聚羧酸钠盐和聚丙烯酸盐中的至少一种。
第二稳定剂可以为环氧乙烷。
S120、搅拌分散下，加入改性石墨烯，搅拌15～30min。
S120中，搅拌分散为高速分散，搅拌速度为1500～2000r/min。
S130、超声分散2～3h，得到石墨烯浆料。
石墨烯非常致密，即使是最小的气体分子(氦气)也无法穿透。石墨烯抗拉强度和弹性模量分别为125GPa和1.1TPa，杨氏模量约为42N/m2，面积为1m2的石墨烯层片可承受4kg的质量，其强度约为普通钢的100倍。其具有极高的强度与柔韧性，室温下最好的导电导热性。石墨烯几乎是完全透明的，对可见光以及近红外波段光垂直的吸收率仅为2.3％，对所有波段的光无选择性吸收。
颜填料可以为钛白，气相二氧化硅，木质纤维，轻钙，云母，滑石粉，硅灰石粉，重钙和石英砂中的至少一种。
云母具有极高的电绝缘性、抗酸碱腐蚀、弹性、韧性和滑动性、耐热隔音、热膨胀系数小等性能外，还具备片体表面光滑、径厚比大、形态规则、附着力强等特点。
石墨烯和云母同为片状结构，混合后，云母在涂层中形成稳定的阻尼结构，而石墨烯又比云母致密，能够在此基础上填补空隙，形成强度更大的阻尼层，进而提高涂料的复合损耗系数。
木质纤维素比重小、比表面积大，具有优良的保温、隔热、隔声、绝缘和透气性能，热膨胀均匀不起壳不开裂，更高的湿膜强度及覆盖效果。
木质纤维素具有优良的柔韧性及分散性，混合后形成三维网状结构，增强了系统的支撑力和耐久力，经与具有极高强度的石墨烯搭配后，能够填充补强三维网状结构，从而能提高系统的稳定性、强度、密实度和均匀度。
针状硅灰石粉有很好的平光性，颜色覆盖率高且分布均匀，具有持久性耐候性。而且还可以减少吸油量，增强抗腐能力。石墨烯几乎是完全透明的，对所有波段的光无选择性吸收。故用硅灰石粉、石墨烯和石英砂搭配使用，增强涂料耐盐雾性和耐候性。
上述石墨烯水性阻尼涂料以水为主要溶剂，不含苯类挥发物，对人类健康无严重伤害，使用的设备及工具都可用水清洗。上述石墨烯水性阻尼涂料所需原料易获取，工艺简单，涂层的使用厚度为1～5mm，厚涂不流挂，施工方便，易于操作，产品附加值高。上述石墨烯水性阻尼涂料通过石墨烯和各组分之间的协同作用，具有耐冲击、耐盐雾性及阻尼性能好的特点。
此外，请参考图1，一实施方式的上述石墨烯水性阻尼涂料的制备方法，包括以下步骤：
S10、在搅拌状态下，往丙烯酸乳液中加入乳化剂，搅拌5～10min。
在S10前，先将丙烯酸乳进行过滤操作。
S20、接着，在搅拌状态下，加入中和剂，搅拌5～10min。
S30、在搅拌状态下，依次加入成膜助剂、润湿剂和第一分散剂，搅拌5～10min后，加入第一稳定剂，搅拌5～10min。
S40、搅拌分散下，加入石墨烯浆料和颜填料，搅拌20～30min，得到石墨烯水性阻尼涂料。
其中，石墨烯浆料采用如下方法制备：将第二稳定剂，第二分散剂加入水中，再分散搅拌2～5min；搅拌分散下，加入改性石墨烯，搅拌15～30min；超声分散2～3h，得到石墨烯浆料。
S40中，搅拌分散为高速分散，搅拌速度为1500～2000r/min。
上述石墨烯水性阻尼涂料的制备方法中，丙烯酸乳液、乳化剂、中和剂、润湿剂、成膜助剂、第一分散剂、第一稳定剂、石墨烯浆料、颜填料、第二稳定剂和第二分散剂如上所述，在此不再赘述。
上述石墨烯水性阻尼涂料的制备方法中，以水为主要溶剂，不含苯类挥发物，对人类健康无严重伤害，使用的设备及工具都可用水清洗。所需原料易获取，工艺简单。制备的石墨烯水性阻尼涂料的涂层的使用厚度为1～5mm，厚涂不流挂，施工方便，易于操作，产品附加值高。
以下为具体实施例部分。
实施例l
本实施例公开了一种石墨烯水性阻尼涂料及其制备方法，按重量份包含：第一丙烯酸乳液、第三丙烯酸乳液和第四丙烯酸乳液混合物10g，乳化剂烷基酚聚氧乙烯醚聚氧丙烯醚和苯乙基酚聚氧丙烯聚氧乙烯醚混合物0.5g，中和剂二甲基乙醇胺0.1g，润湿剂硫酸系阴离子表面活性剂1g，成膜助剂丙二醇甲醚醋酸酯0.5g，第一分散剂聚丙烯酸盐0.1g，第一稳定剂环氧乙烷0.1g，石墨烯浆料5g，气相二氧化硅0.5g，木质纤维0.5g，云母3g，硅灰石粉6g，重钙4g，石英砂6g。其中，第一丙烯酸乳液的玻璃化转变温度为-30℃，固含量为55％。第三丙烯酸乳液的玻璃化转变温度为0℃，固含量为43％。第四丙烯酸乳液的玻璃化转变温度为25℃，固含量为40％。第一丙烯酸乳液、第三丙烯酸乳液及第四丙烯酸乳液质量比为1：1：5。
石墨烯浆料为改性后石墨烯水性浆料，按重量份包含：水48g，第二分散剂聚羧酸钠盐6g，第二稳定剂环氧乙烷6g，改性石墨烯40g。其制备方法为：
(1)将第二稳定剂，第二分散剂加入水中，在分散机搅拌3min；
(2)搅拌分散下，加入改性石墨烯，搅拌25min；
(3)利用超声波超声分散2.5h，获得石墨烯浆料。
本实施例的石墨烯水性阻尼涂料的制备方法，包括以下步骤：
将第一丙烯酸乳液、第三丙烯酸乳液和第四丙烯酸乳液混合物10g过滤后加入混合机内，在搅拌的状态下加入烷基酚聚氧乙烯醚聚氧丙烯醚和苯乙基酚聚氧丙烯聚氧乙烯醚混合物0.5g，搅拌5min；
在搅拌状态下，加入二甲基乙醇胺0.1g，搅拌5min；
在搅拌状态下，依次加入丙二醇甲醚醋酸酯0.5g、硫酸系阴离子表面活性剂1g、聚丙烯酸盐0.1g，搅拌5min后加入环氧乙烷0.1g，搅拌5min；
搅拌分散下，加入石墨烯浆料5g，气相二氧化硅0.5g，木质纤维0.5g，云母3g，硅灰石粉6g，重钙4g，石英砂6g，搅拌20min，得到石墨烯水性阻尼涂料。检测包装。
检测性能如下：
实施例2
本实施例公开了一种石墨烯水性阻尼涂料及其制备方法，按重量份包含：第一丙烯酸乳液和第三丙烯酸乳液混合物30g，乳化剂烷基酚聚氧乙烯醚1g，中和剂二甲基乙醇胺1g，润湿剂硫酸系阴离子表面活性剂1g，成膜助剂丙二醇丁醚5g，第一分散剂聚羧酸钠盐1g，第一稳定剂环氧乙烷1g，石墨烯浆料10g，钛白3g，气相二氧化硅1g，木质纤维5g，轻钙5g，云母6g，硅灰石粉15g，重钙10g，石英砂20g。其中，第一丙烯酸乳液的玻璃化转变温度为-25℃，固含量为50％。第三丙烯酸乳液的玻璃化转变温度为20℃，固含量为55％。第一丙烯酸乳液和第三丙烯酸乳液质量比为1：4。
石墨烯浆料为改性后石墨烯水性浆料，按重量份包含：水34g，第二分散剂聚羧酸钠盐8g，第二稳定剂环氧乙烷8g，改性石墨烯50g。其制备方法为：
(1)将第二稳定剂，第二分散剂加入水中，在分散机搅拌5min；
(2)搅拌分散下，加入改性石墨烯，搅拌30min；
(3)利用超声波超声分散3h，获得石墨烯浆料。
本实施例的石墨烯水性阻尼涂料的制备方法，包括以下步骤：
将第一丙烯酸乳液和第三丙烯酸乳液混合物30g过滤后加入混合机内，在搅拌的状态下加入烷基酚聚氧乙烯醚1g，搅拌5min；
在搅拌状态下，加入二甲基乙醇胺1g，搅拌5min；
在搅拌状态下，依次加入丙二醇丁醚5g、硫酸系阴离子表面活性剂1g、聚羧酸钠盐1g，搅拌5min后加入环氧乙烷1g，搅拌5min；
搅拌分散下，加入石墨烯浆料10g，钛白3g，气相二氧化硅1g，木质纤维5g，轻钙5g，云母6g，硅灰石粉15g，重钙10g，石英砂20g，搅拌20min，得到石墨烯水性阻尼涂料。检测包装。
检测性能如下：
实施例3
本实施例公开了一种石墨烯水性阻尼涂料及其制备方法，按重量份包含：第二丙烯酸乳液和第四丙烯酸乳液混合物60g，乳化剂辛基酚聚氧乙烯醚和双、三丁基酚聚氧乙烯醚混合物5g，中和剂二甲基乙醇胺3g，润湿剂硫酸系阴离子表面活性剂2g，成膜助剂丙二醇丁醚和丙二醇甲醚醋酸酯混合物10g，第一分散剂聚羧酸钠盐和聚丙烯酸盐混合物2g，第一稳定剂环氧乙烷5g，石墨烯浆料40g，气相二氧化硅3g，木质纤维8g，滑石粉5g，云母15g，硅灰石粉29g，石英砂20g。其中，第二丙烯酸乳液的玻璃化转变温度为-35℃，固含量为60％。第四丙烯酸乳液的玻璃化转变温度为30℃，固含量为45％。第二丙烯酸乳液和第四丙烯酸乳液质量比为1：6。
石墨烯浆料为改性后石墨烯水性浆料，按重量份包含：水60g，第二分散剂聚羧酸钠盐5g，第二稳定剂环氧乙烷5g，改性石墨烯30g。其制备方法为：
(1)将第二稳定剂，第二分散剂加入水中，在分散机搅拌2min；
(2)搅拌分散下，加入改性石墨烯，搅拌15min；
(3)利用超声波超声分散2h，获得石墨烯浆料。
本实施例的石墨烯水性阻尼涂料的制备方法，包括以下步骤：
将第二丙烯酸乳液和第四丙烯酸乳液的混合物60g过滤后加入混合机内，在搅拌的状态下加入辛基酚聚氧乙烯醚和双、三丁基酚聚氧乙烯醚混合物5g，搅拌10min；
在搅拌状态下，加入二甲基乙醇胺3g，搅拌10min；
在搅拌状态下，依次加入丙二醇丁醚和丙二醇甲醚醋酸酯混合物10g、硫酸系阴离子表面活性剂1g、聚羧酸钠盐和聚丙烯酸盐混合物2g，搅拌10min后加入环氧乙烷1g，搅拌10min；
搅拌分散下，加入石墨烯浆料40g，气相二氧化硅3g，木质纤维8g，滑石粉5g，云母15g，硅灰石粉29g，石英砂20g，搅拌30min，得到石墨烯水性阻尼涂料。检测包装。
检测性能如下：
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (13)
1.一种石墨烯水性阻尼涂料，其特征在于，包括如下重量份的以下组分：
丙烯酸乳液10～60份；
乳化剂0.5～10份；
中和剂0.1～30份；
润湿剂1～10份；
成膜助剂0.5～30份；
第一分散剂0.1～10份；
第一稳定剂0.1～10份；
石墨烯浆料5～40份；以及
颜填料5～80份。
2.如权利要求1所述的石墨烯水性阻尼涂料，其特征在于，所述丙烯酸乳液包括第一丙烯酸乳液、第二丙烯酸乳液、第三丙烯酸乳液和第四丙烯酸乳液中的至少一种，其中，所述第一丙烯酸乳液和所述第二丙烯酸乳液的玻璃化转变温度为-40℃～-5℃，固含量为45％～60％，所述第一丙烯酸乳液和所述第二丙烯酸乳液的玻璃化转变温度和固含量中的至少一个不同，所述第三丙烯酸乳液和所述第四丙烯酸乳液的玻璃化转变温度为0℃～30℃，固含量为40％～70％，所述第三丙烯酸乳液和所述第四丙烯酸乳液的玻璃化转变温度和固含量中的至少一个不同。
3.如权利要求1所述的石墨烯水性阻尼涂料，其特征在于，所述乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚，辛基酚聚氧乙烯醚，双、三丁基酚聚氧乙烯醚，烷基酚聚氧乙烯醚聚氧丙烯醚和苯乙基酚聚氧丙烯聚氧乙烯醚中的至少一种。
4.如权利要求1所述的石墨烯水性阻尼涂料，其特征在于，所述中和剂为二甲基乙醇胺。
5.如权利要求1所述的石墨烯水性阻尼涂料，其特征在于，所述润湿剂为硫酸系阴离子表面活性剂。
6.如权利要求1所述的石墨烯水性阻尼涂料，其特征在于，所述成膜助剂为丙二醇丁醚和丙二醇甲醚醋酸酯中的至少一种。
7.如权利要求1所述的石墨烯水性阻尼涂料，其特征在于，所述第一分散剂为聚羧酸钠盐和聚丙烯酸盐中的至少一种。
8.如权利要求1所述的石墨烯水性阻尼涂料，其特征在于，所述第一稳定剂为环氧乙烷。
9.如权利要求1所述的石墨烯水性阻尼涂料，其特征在于，所述石墨烯浆料为改性后石墨烯水性浆料，按重量份包括：水10～90份，第二分散剂1～10份，第二稳定剂1～10份和改性石墨烯5～50份。
10.如权利要求7所述的石墨烯水性阻尼涂料，其特征在于，所述石墨烯浆料采用如下方法制备：
将所述第二稳定剂，所述第二分散剂加入水中，再分散搅拌2～5min；
搅拌分散下，加入所述改性石墨烯，搅拌15～30min；
超声分散2～3h，得到所述石墨烯浆料。
11.如权利要求1所述的石墨烯水性阻尼涂料，其特征在于，所述颜填料为钛白，气相二氧化硅，木质纤维，轻钙，云母，滑石粉，硅灰石粉，重钙和石英砂中的至少一种。
12.一种石墨烯水性阻尼涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在搅拌状态下，往丙烯酸乳液中加入乳化剂，搅拌5～10min；
接着，在搅拌状态下，加入中和剂，搅拌5～10min；
在搅拌状态下，依次加入成膜助剂、润湿剂和第一分散剂，搅拌5～10min后，加入第一稳定剂，搅拌5～10min；
搅拌分散下，加入石墨烯浆料和颜填料，搅拌20～30min，得到所述石墨烯水性阻尼涂料。
13.如权利要求10所述的石墨烯水性阻尼涂料的制备方法，其特征在于，所述石墨烯浆料采用如下方法制备：
将第二稳定剂，第二分散剂加入水中，再分散搅拌2～5min；
搅拌分散下，加入所述改性石墨烯，搅拌15～30min；
超声分散2～3h，得到所述石墨烯浆料。
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Denomination of invention: Graphene water-based damping coating and preparation method thereof Effective date of registration: 20211025 Granted publication date: 20200519 Pledgee: Qingdao high technology financing Company limited by guarantee Pledgor: QINGDAO AIR++ NEW MATERIALS CO.,LTD. Registration number: Y2021370010104 |
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