JP6638867B1 - 被覆鋼板 - Google Patents
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Abstract
Description
前記鋼板の少なくとも一方の表面に形成され、Zn、およびV又はZrを含有する無機皮膜と、
前記無機皮膜上に形成され、膜厚が5超〜20μmであり、バインダー樹脂と、粒径が10〜500nmである無機顔料Aと、粒径が1000〜10000nmである無機顔料Bと、任意で、粒径が500nm超、1000nm未満である無機顔料C、粒径が10nm未満である無機顔料および粒径が10000nm超である無機顔料と、からなる塗膜と、
を有する被覆鋼板であって、
前記無機顔料Aおよび前記無機顔料Bの少なくとも一方がPを含有し、
前記塗膜の前記無機顔料Aの体積部と前記無機顔料Bの体積部との合計量が、前記塗膜100体積部に対して、5〜50体積部であり、前記無機顔料Aの体積部(A)と前記無機顔料Bの体積部(B)との比が、0.5≦(A)/(B)≦2.0であり、
前記塗膜の前記膜厚をtとしたとき、前記塗膜の圧延方向に垂直な断面で、板幅方向に平行な方向に20μm、板厚方向にtμmの領域で観察される、前記無機顔料Aの個数が60〜100000個であり、前記無機顔料Bの個数が2〜50個であり、前記無機顔料Cの個数が10個以下であり、粒径が10nm未満である前記無機顔料の個数が0〜30個であり、粒径が10000nm超である前記無機顔料の個数が0〜4個である。
(2)上記(1)に記載の被覆鋼板では、前記塗膜中の前記Pを含有する前記無機顔料Aまたは前記無機顔料Bが、さらにMgを含有してもよい。
(3)上記(1)又は(2)に記載の被覆鋼板では、前記バインダー樹脂が、ポリエステル樹脂およびメラミン樹脂を含んでもよい。
(4)上記(3)に記載の被覆鋼板では、前記メラミン樹脂が、ブチル化メラミン樹脂であってもよい。
(5)上記(1)〜(4)のいずれか一項に記載の被覆鋼板では、前記バインダー樹脂が、エポキシ樹脂を含んでもよい。
(6)上記(1)〜(5)のいずれか一項に記載の被覆鋼板では、前記無機皮膜中の、前記Vと前記Znとの質量比であるV/Zn、又は前記Zrと前記Vとの質量比であるZr/Znが、金属換算で0.05〜0.50であってもよい。
本実施形態に係る被覆鋼板10は、鋼板4の少なくとも一方の表面に無機皮膜5を有し、無機皮膜5上に塗膜6を有することで、加工性、密着性、意匠性、耐疵付き性、耐溶剤性および耐食性に優れる。なお、本実施形態において加工性に優れるとは、実用上加工された部分の塗膜が亀裂などの不具合が視認され難いことを意味し、密着性に優れるとは、実用上塗膜が鋼板から剥離し難いことを意味し、意匠性に優れるとは、塗膜表面に視認される欠陥が少ないことを意味し、耐疵付き性に優れるとは、傷が付いた際に傷が視認され難いことを意味し、耐溶剤性に優れるとは、塗膜が溶剤で擦られた際に痕が視認され難いことを意味し、耐食性に優れるとは、実用環境で使用されている間での腐食生成物の発生が少ないことを意味する。
本実施形態に係る鋼板4は特に限定されるものではなく、例えば、極低C型(フェライト主体組織)、Al−k型、2相組織型(例えば、フェライト中にマルテンサイトを含む組織、フェライト中にベイナイトを含む組織)、加工誘起変態型(フェライト中に残留オーステナイトを含む組織)、微細結晶型(フェライト主体組織)等のいずれの型の鋼板を用いても良い。
本実施形態に係る被覆鋼板10は、鋼板4の少なくとも一方の表面に、陰極電解処理によって形成された、Zn、およびV又はZrを含有する無機皮膜5を有する。無機皮膜5中のZnは、Znの金属、酸化物、水酸化物のいずれか1つ以上の形態で存在する。無機皮膜5中のVまたはZrは、VもしくはZrの酸化物、水酸化物のいずれか1つ以上の形態で存在する。無機皮膜5がZnを含有することで、被覆鋼板10の耐食性が確保され、無機皮膜5がV又はZrを含有することで、無機皮膜5中のZnの塗膜6への溶解が抑制され、また被覆鋼板10の硬度が向上される。そのため、被覆鋼板10は、耐食性および耐疵付き性に優れる。
なお、本実施形態において、無機皮膜5がZn、およびV又はZrを含むとは、無機皮膜5について成分分析した場合に、無機皮膜5中にZnが少なくとも1g/m2、およびV又はZrが少なくとも0.1g/m2含まれることを意味する。
無機皮膜5中のV/ZnまたはZr/Znを0.05以上とすることで、被覆鋼板10の耐食性および耐疵付き性をより向上することができる。無機皮膜5中のV/ZnまたはZr/Znを0.50以下とすることで、無機皮膜5と鋼板4との密着性をより向上することができる。
本実施形態に係る被覆鋼板10は、無機皮膜5の上に、粒径が10〜500nmである無機顔料A(無機顔料1)と、粒径が1000〜10000nmである無機顔料B(無機顔料2)との少なくとも2種を含有する塗膜6を有する。塗膜6は、無機顔料A(無機顔料1)および無機顔料B(無機顔料2)を所定の含有量、所定の比率および所定の個数で含有する。これにより、無機皮膜5上に塗料を塗布し、加熱して塗膜6を形成する場合に、無機皮膜5から発生するガスが塗膜6のバインダー樹脂3と無機顔料A(無機顔料1)および/または無機顔料B(無機顔料2)との界面を透過し易くなるため、被覆鋼板10が良好な外観を得ることができる。
また、塗膜6中に、粒径が「10nm未満」あるいは「10000nm超」の無機顔料が含まれても、「10nm未満」の粒径が30個以下、「10000nm超」の粒径が4個以下であれば、本実施形態に係る被覆鋼板の特性に影響を及ぼさない。
ただし、Sは無機顔料の面積であり、πは円周率である。
また、上記観察領域についてEDXによりP元素マッピング分析し、無機顔料A(無機顔料1)および/または無機顔料B(無機顔料2)がP(リン化合物)を含む無機顔料であるか否かを判断する。また、Mg元素マッピング分析により、P(リン化合物)を含む無機顔料Aおよび/または無機顔料BがMgを含有するか否かを判断する。
200kV電界放出型透過電子顕微鏡(FE−TEM)を用いて倍率10万倍で塗膜6の断面(圧延方向に垂直な方向で切断された鋼板のうちの塗膜6の部分)を、少なくとも5視野観察する。全視野において観察される塗膜6の、全体の面積を求める。次に各視野における無機顔料A(無機顔料1)および無機顔料B(無機顔料2)それぞれの個数の平均値および平均粒径を求める。この無機顔料A(無機顔料1)および無機顔料B(無機顔料2)それぞれの個数の平均値と平均粒径とから、無機顔料A(無機顔料1)および無機顔料B(無機顔料2)の全視野における合計の面積が得られる。塗膜6の全体の面積と、無機顔料A(無機顔料1)および無機顔料B(無機顔料2)の全視野における合計の面積とから、塗膜6に対する無機顔料A(無機顔料1)および無機顔料B(無機顔料2)それぞれの面積比率(塗膜6の面積:無機顔料A(無機顔料1)の面積、塗膜6の面積:無機顔料B(無機顔料2)の面積)が得られる。体積比率は、面積比率を3/2乗することで算出することができるため、塗膜6の面積に対する無機顔料A(無機顔料1)および無機顔料B(無機顔料2)それぞれの面積比率を3/2乗することで、塗膜6に対する無機顔料A(無機顔料1)および無機顔料B(無機顔料2)それぞれの体積比率(塗膜6の体積:無機顔料A(無機顔料1)の体積、塗膜6の体積:無機顔料B(無機顔料2)の体積)が得られる。これらの体積比率から、塗膜6の100体積部に対する無機顔料A(無機顔料1)の体積部および無機顔料B(無機顔料2)の体積部を算出する。これらの合計値を算出することで、塗膜6の100体積部に対する無機顔料A(無機顔料1)の体積部および無機顔料B(無機顔料2)の体積部の合計量を得る。また、得られた塗膜6の100体積部に対する無機顔料A(無機顔料1)の体積部および無機顔料B(無機顔料2)の体積部とから、無機顔料A(無機顔料1)の体積部(A)と無機顔料B(無機顔料2)の体積部(B)との比((A)/(B))を得る。
ブチル化メラミン樹脂は自己縮合性に優れる。自己縮合は、塗膜6の温度がより高温になってから反応が進むため、メチル化メラミンの反応(自己縮合)が開始するまでの時間(バインダー樹脂3が硬化するまでの時間)が長くなる。バインダー樹脂3が硬化するまでの時間が長くなることで、無機皮膜5から発生したガスが塗膜6表面から抜けることができる時間が長くなり、ガスがより多く透過するため、被覆鋼板10の意匠性がより向上する。ブチル化メラミン樹脂は水に不溶であるため、塗料は水系ではなく溶剤系を用いることが好ましい。
鋼板としては、JIS G 3141:2011に記載の、板厚0.8mmで、一般的な絞り用の冷延鋼板であるSPCDの鋼板を用いた。
ZnイオンおよびVイオンを含む溶液と、ZnイオンおよびZrイオンを含む溶液とを作製した。溶液は、硫酸の中に硫酸Znと、酸化バナジルもしくは硝酸ジルコニルを溶解させて、作製した。溶液中に溶解させた成分量を調整することで、無機皮膜の成分を調整した。溶液のpHは、硫酸の量と水酸化Naの量とで調整した。作製した溶液を表1に示す。表1中の各イオンの質量(g/L)は、溶液に溶解させた成分量(硫酸Zn、酸化バナジル、硝酸ジルコニル)を、各イオン量に換算することで得た。
表1の溶液を用いて、陰極電解処理により上記鋼板の両面に無機皮膜を形成した。形成された無機皮膜中の各成分は、ICP発光分光分析法で同定し、確認した。鋼板の両面に形成した無機皮膜の成分を表2に示す。
ソルベッソ150を溶剤として、表3に記載のバインダー樹脂と、表4−1に記載の無機顔料と、必要に応じて表4−2に記載の添加物とを混合し、撹拌して塗料を作製した。作製した塗料を表5−1および表5−2に示す。
表4−1には、無機顔料の2次粒径が記載されているが、この値は推定値である。表4−1に記載の無機顔料を混合して作製した塗料を無機皮膜上に塗膜として形成した際、塗膜中の無機顔料の粒径は、表4−1の1次粒径および2次粒径の値になるとは限らない。
なお、表5−1および表5−2中の[Pes]/[Me]は、バインダー樹脂中のポリエステル樹脂とメラミン樹脂との重量比率を示し、[Pes]+[Me]は、バインダー樹脂中のポリエステル樹脂とメラミン樹脂との重量の合計量を示す。
無機皮膜の成分は、以下の方法により分析した。被覆鋼板の任意の位置から試料を切り出し、表面の塗膜を塗膜剥離剤により除去した。表面に露出した無機皮膜について、ICP(Inductively Coupled Plasma)発光分光分析法を行うことにより、無機皮膜の成分を分析した。ICP発光分光分析法では、鋼板が溶解しないように、塩酸にインヒビターを添加した溶液で溶解して測定した。無機皮膜が1g/m2以上のZnを含有した場合は、表6−1および表6−2に「Yes」と記載し、Znが1g/m2未満の場合は「No」と記載した。また、無機皮膜が0.1g/m2以上のVもしくはZrを含有した場合は、表6−1および表6−2に「Yes」と記載し、VもしくはZrが0.1g/m2未満の場合は「No」と記載した。
被覆鋼板10の圧延方向に垂直な断面を観察できるように、ミクロトーム法により薄膜試料を作製した。得られた薄膜試料の塗膜部分の20μm×tμmの領域(板幅方向に平行な方向に20μm、鋼板の板厚方向に膜厚tμmの領域)において、200kV電界放出型透過電子顕微鏡(FE−TEM)を用いて倍率10万倍で5領域観察した。下記式1を用いて、観察視野における全ての無機顔料の円相当径を算出し、この円相当径をそれぞれの無機顔料の粒径とした。
上記観察領域における粒径が10〜500nmの範囲内である無機顔料Aと、粒径が500nm超、1000nm未満の無機顔料と、粒径が1000〜10000nmの範囲内である無機顔料Bとの個数をそれぞれ求め、複数の観察領域における個数の平均を算出することで、無機顔料A、粒径が500nm超、1000nm未満の無機顔料および無機顔料Bの個数を得た。
上記観察領域についてEDXにより元素マッピング分析し、無機顔料Aまたは無機顔料BがP(リン化合物)を含む無機顔料であるか否かを判断した。また、元素マッピング分析により、P(リン化合物)を含む無機顔料Aまたは無機顔料BがMgを含有するか否かを判断した。
ただし、Sは無機顔料の面積であり、πは円周率である。
塗膜中の無機顔料Aまたは無機顔料BがP(リン化合物)を含み、且つPを含む無機顔料Aまたは無機顔料BがさらにMgを含んだ場合は、表6−1および表6−2の「P*Mg」の欄に「Yes」と記載し、Pを含む無機顔料Aまたは無機顔料BがMgを含まなかった場合は「No」と記載した。
200kV電界放出型透過電子顕微鏡(FE−TEM)を用いて倍率10万倍で塗膜の断面(圧延方向に垂直な方向で切断された鋼板のうちの塗膜6の部分)を、5視野観察した。全視野において観察される塗膜の全体の面積を求めた。次に、各視野における無機顔料Aおよび無機顔料Bそれぞれの個数の平均値および平均粒径を求めた。この無機顔料Aおよび無機顔料Bそれぞれの個数の平均値と平均粒径とから、無機顔料Aおよび無機顔料Bの全視野における合計の面積を得た。塗膜の全体の面積と、無機顔料Aおよび無機顔料Bの全視野における合計の面積とから、塗膜の面積に対する無機顔料Aおよび無機顔料Bそれぞれの面積比率(塗膜の面積:無機顔料Aの面積、塗膜の面積:無機顔料Bの面積)を得た。塗膜の面積に対する無機顔料Aおよび無機顔料Bそれぞれの面積比率を3/2乗することで、塗膜に対する無機顔料Aおよび無機顔料Bそれぞれの体積比率(塗膜の体積:無機顔料Aの体積、塗膜の体積:無機顔料Bの体積)を得た。これらの体積比率から、塗膜100体積部に対する無機顔料Aの体積部および無機顔料Bの体積部を算出した。これらの合計を算出することで、塗膜100体積部に対する無機顔料Aの体積部と無機顔料Bの体積部との合計((A)+(B))を得た。また、得られた塗膜100体積部に対する無機顔料Aの体積部および無機顔料Bの体積部とから、無機顔料Aの体積部(A)と無機顔料Bの体積部(B)との比((A)/(B))を得た。
得られた塗膜100体積部に対する無機顔料Aの体積部と無機顔料Bの体積部との合計((A)+(B))、並びに、無機顔料Aの体積部(A)と無機顔料Bの体積部(B)との比((A)/(B))を表6−1および表6−2に示す。
塗膜中のバインダー樹脂の成分の種類は、NMR装置(核磁気共鳴装置)を用いて分析した。
バインダー樹脂中のポリエステル樹脂とメラミン樹脂との重量比率[Pes]/[Me]が1〜10であった場合は、表6−1および表6−2の「1≦Pes/Me≦10」の欄に「Yes」と記載し、[Pes]/[Me]が1未満、または10超であった場合は「No」と記載した。
バインダー樹脂がブチル化メラミン樹脂を含んだ場合は、表6−1および表6−2の「BuMe含有」の欄に「Yes」と記載し、ブチル化メラミン樹脂を含まなかった場合は「No」と記載した。
バインダー樹脂がエポキシ樹脂を含んだ場合は、表6−1および表6−2の「Ep含有」の欄に「Yes」と記載し、エポキシ樹脂を含まなかった場合は「No」と記載した。
被覆鋼板の耐溶剤性は、表6−1および表6−2の被覆鋼板から所定の大きさの試験片を採取し、この試験片をラビングテスターに設置後、エタノールを含浸させた脱脂綿を49.03kPa(0.5kgf/cm2)の荷重で10往復擦った後の塗膜の状態を、下記の評価基準により評価した。
5:擦り面に全く跡が付かない。
4:擦り面に極僅かに跡が付く(目を凝らして何とか擦り跡が判別できるレベル)。
3:擦り面に僅かに跡が付く(目を凝らすと擦り跡が判別できるレベル)。
2:擦り面に明確な跡が付く(瞬時に擦り跡が判別できるレベル)。
1:擦り面で塗膜が完全に溶解し、無機皮膜が露出する。
被覆鋼板の耐疵付き性は、表6−1および表6−2の被覆鋼板から所定の大きさの試験片を採取し、この試験片をラビングテスターに設置後、ラビングテスターの摺動冶具の先端に右川ゴム製造所社製の円柱状の消しゴムを取り付け、16Nの荷重で100往復擦った後の塗膜および無機皮膜の状態を下記の評価基準により評価した。
5:鋼板の露出がない。
4:鋼板の露出幅が1mm未満。
3:鋼板の露出幅が1mm以上2mm未満。
2:鋼板の露出幅が2mm以上3mm未満。
1:鋼板の露出幅が3mm以上。
被覆鋼板の耐食性は、表6−1および表6−2の被覆鋼板から所定の大きさの試験片を採取し、この試験片の端面をマスキングした後、JIS Z 2371:2000に準拠して塩水噴霧試験(SST)を48時間行い、塗膜表面の錆発生状況を観察し、下記の評価基準により評価した。
5:錆発生無し。
4:錆発生面積が試験片全面の1%未満。
3:錆発生面積が試験片全面の1%以上、3%未満。
2:錆発生面積が試験片全面の3%以上、5%未満。
1:錆発生面積が試験片全面の5%以上。
被覆鋼板の意匠性は、表6−1および表6−2の被覆鋼板から50×50mmの試験片を採取し、この試験片におけるわき(発泡によって生じたピンホール)の数によって評価した。
5:ピンホールが0個である。
4:ピンホールが1個以上、5個未満である。
3:ピンホールが5個以上、10個未満である。
2:ピンホールが10個以上、20個未満である。
1:ピンホールが20個以上である。
表6−1および表6−2の被覆鋼板から、幅を5cmとし、所定の長さに切断して得た試験片について、JIS G 3312:2013に準じて、20℃の雰囲気中で2T曲げ試験を行った。具体的には、上記試験片と同一の鋼板から採取した塗板を2枚内側にはさまるようにして、塗膜が塗装されている表面を外側にして180度密着曲げを行った。被覆鋼板の意匠性は、試験後の塗膜の状態を観察し、下記の評価基準により評価した。
5:塗膜に亀裂等の不具合がなく、均一な着色外観である。色落ちも認められない。
4:塗膜に極僅かの亀裂が認められるため、やや色落ちが認められるが、ほぼ均一な着色外観である(試験後の試験片と、試験前の別の試験片とを横に並べて何とか分かるレベル)。
3:塗膜に僅かの亀裂が認められるため、やや色落ちが認められるが、ほぼ均一な着色外観である(試験後の試験片と、試験前の別の試験板とを横に並べると分かるレベル)。
2:塗膜に亀裂が認められ、色落ちが認められる(試験後の試験片のみを見て何とか分かるレベル)。
1:塗膜に亀裂が認められ、色落ちが著しい(試験後の試験片のみを見て分かるレベル)。
被覆鋼板の密着性(塗膜と無機皮膜との密着性)は、試験5の加工性評価後、テープ剥離試験(使用したテープ:ニチバン社製セロテープ(登録商標))を実施し、塗膜剥離の発生状況を観察し、下記の評価基準により評価した。
5:剥離無し。
4:剥離した塗膜が、テープを貼付した面積の0%超、5%未満。
3:剥離した塗膜が、テープを貼付した面積の5%以上、20%未満。
2:剥離した塗膜が、テープを貼付した面積の20%以上50%未満。
1:剥離した塗膜が、テープを貼付した面積の50%以上、70%未満。
比較例6は、塗膜が無機顔料Aおよび無機顔料Bを含まなかったため、耐食性および意匠性が劣った。
比較例7は、塗膜中の無機顔料Aおよび無機顔料BがPを含まなかったため、耐食性が劣った。
比較例8及び11は、塗膜が無機顔料Aを含まなかったため、耐食性および意匠性が劣った。
比較例9は、塗膜が無機顔料Bを含まなかったため、意匠性が劣った。
比較例10、17、20および21は、塗膜が無機顔料Aまたは無機顔料Bのいずれか一方を含まず、且つ無機顔料がAまたは無機顔料BがPを含まなかったため、耐食性および意匠性が劣った。
比較例12は、塗膜に含まれる無機顔料Aおよび無機顔料Bの個数が少なく、(A)/(B)が小さかったため、意匠性が劣った。
比較例13は、塗膜に含まれる無機顔料Aおよび無機顔料Bの個数が多く、(A)+(B)が50体積部超のため、耐食性および意匠性が劣った。
比較例14は、塗膜に含まれる無機顔料Bの個数が少なく、且つ(A)/(B)が小さく、比較例15は、塗膜に含まれる無機顔料Aの個数が多く、(A)/(B)が大きく、且つPを含まなかったため、それぞれ意匠性が劣った。
比較例16は、塗膜が無機顔料Bを含まなかったため、耐食性および意匠性が劣った。
比較例18は、塗膜が無機顔料Bを含まなかったため、耐食性及び意匠性が劣った。
比較例19は、(A)+(B)が50体積部超であり、(A)/(B)が小さかったため、加工性および密着性が劣った。
比較例22は、塗膜の膜厚が5μmであったため、耐疵付き性が劣った。
比較例23は、塗膜の膜厚が20μm超であったため、意匠性が劣った。
2 無機顔料B
3 バインダー樹脂
4 鋼板
5 無機皮膜
6 塗膜
10 被覆鋼板
Claims (6)
- 鋼板と、
前記鋼板の少なくとも一方の表面に形成され、Zn、およびV又はZrを含有する無機皮膜と、
前記無機皮膜上に形成され、膜厚が5超〜20μmであり、バインダー樹脂と、粒径が10〜500nmである無機顔料Aと、粒径が1000〜10000nmである無機顔料Bと、任意で、粒径が500nm超、1000nm未満である無機顔料C、粒径が10nm未満である無機顔料および粒径が10000nm超である無機顔料と、からなる塗膜と、
を有する被覆鋼板であって、
前記無機顔料Aおよび前記無機顔料Bの少なくとも一方がPを含有し、
前記塗膜の前記無機顔料Aの体積部と前記無機顔料Bの体積部との合計量が、前記塗膜100体積部に対して、5〜50体積部であり、前記無機顔料Aの体積部(A)と前記無機顔料Bの体積部(B)との比が、0.5≦(A)/(B)≦2.0であり、
前記塗膜の前記膜厚をtとしたとき、前記塗膜の圧延方向に垂直な断面で、板幅方向に平行な方向に20μm、板厚方向にtμmの領域で観察される、前記無機顔料Aの個数が60〜100000個であり、前記無機顔料Bの個数が2〜50個であり、前記無機顔料Cの個数が10個以下であり、粒径が10nm未満である前記無機顔料の個数が0〜30個であり、粒径が10000nm超である前記無機顔料の個数が0〜4個であることを特徴とする被覆鋼板。 - 前記塗膜中の前記Pを含有する前記無機顔料Aまたは前記無機顔料Bが、さらにMgを含有することを特徴とする請求項1に記載の被覆鋼板。
- 前記バインダー樹脂が、ポリエステル樹脂およびメラミン樹脂を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の被覆鋼板。
- 前記メラミン樹脂が、ブチル化メラミン樹脂であることを特徴とする請求項3に記載の被覆鋼板。
- 前記バインダー樹脂が、エポキシ樹脂を含むことを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の被覆鋼板。
- 前記無機皮膜中の、前記Vと前記Znとの質量比であるV/Zn、又は前記Zrと前記Vとの質量比であるZr/Znが、金属換算で0.05〜0.50であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の被覆鋼板。
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-
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Title |
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中野博昭、他4名: "硫酸塩水溶液からのZn-V酸化物複合電析", 鉄と鋼, vol. Wol.93、No.11, JPN6019028247, 1 November 2007 (2007-11-01), JP, pages 703 - 708, ISSN: 0004134985 * |
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