JPH08103488A - 光触媒機能を有する多機能材 - Google Patents
光触媒機能を有する多機能材Info
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- JPH08103488A JPH08103488A JP6274165A JP27416594A JPH08103488A JP H08103488 A JPH08103488 A JP H08103488A JP 6274165 A JP6274165 A JP 6274165A JP 27416594 A JP27416594 A JP 27416594A JP H08103488 A JPH08103488 A JP H08103488A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光触媒層を形成した部材において、光触媒薄
膜と基材との密着性を増加し、耐剥離性を向上するこ
と。 【構成】 陶磁器、タイル等の基材上に形成した非晶質
層上にTiO2等の光触媒ゾルをコーティングし前記非
晶質層が軟化する温度で焼成することにより光触媒層の
一部を非晶質層に埋設させその埋設部分が非晶質層の成
分と光触媒層の成分とが混在した中間層を形成する。
膜と基材との密着性を増加し、耐剥離性を向上するこ
と。 【構成】 陶磁器、タイル等の基材上に形成した非晶質
層上にTiO2等の光触媒ゾルをコーティングし前記非
晶質層が軟化する温度で焼成することにより光触媒層の
一部を非晶質層に埋設させその埋設部分が非晶質層の成
分と光触媒層の成分とが混在した中間層を形成する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高温で焼成処理して得
られる基材、例えば陶磁器、タイル、セラミック等の表
面に抗菌性、防臭性、防汚性等の機能を付加した部材に
関する。
られる基材、例えば陶磁器、タイル、セラミック等の表
面に抗菌性、防臭性、防汚性等の機能を付加した部材に
関する。
【0002】
【従来の技術】紫外線を照射することで、悪臭成分等の
有機化合物に対して酸素分子の吸着あるいは脱着を起こ
させ、分解を促進する機能を発揮する物質として、Ti
O2、ZnO、V2O5、WO3、SrTiO3、Cd
S等が知られており、特に結晶型がアナターゼのTiO
2は光触媒として効果が高いので、例えば、放電灯の容
器(特開平1−169866号)の表面に担持させ光触
媒機能によって脱臭を行うといったものに代表されるよ
うに種々の基材表面に担持させる提案が成されている。
そして上記基材に光触媒薄膜を形成する従来の方法は、
主に、光触媒粒子をスプレー・コート等の方法で基材上
に直接担持する方法がとられていた
有機化合物に対して酸素分子の吸着あるいは脱着を起こ
させ、分解を促進する機能を発揮する物質として、Ti
O2、ZnO、V2O5、WO3、SrTiO3、Cd
S等が知られており、特に結晶型がアナターゼのTiO
2は光触媒として効果が高いので、例えば、放電灯の容
器(特開平1−169866号)の表面に担持させ光触
媒機能によって脱臭を行うといったものに代表されるよ
うに種々の基材表面に担持させる提案が成されている。
そして上記基材に光触媒薄膜を形成する従来の方法は、
主に、光触媒粒子をスプレー・コート等の方法で基材上
に直接担持する方法がとられていた
【0003】
【発明が解決しようとする課題】直接担持する方法で
は、光触媒薄膜と基材との密着性が十分ではなく、特
に、ガラス、タイル、金属、プラスチックスといった比
較的緻密な基材上に光触媒薄膜を設けた際には、使用の
際に剥離しやすいといった問題があった。
は、光触媒薄膜と基材との密着性が十分ではなく、特
に、ガラス、タイル、金属、プラスチックスといった比
較的緻密な基材上に光触媒薄膜を設けた際には、使用の
際に剥離しやすいといった問題があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題に鑑
みなされたもので、高温で焼成処理して得られる基材、
例えば陶磁器、タイル、セラミック等の表面に抗菌性、
防臭性、防汚性等の機能を有する光触媒層を形成した部
材において、光触媒薄膜と基材との密着性を増加し、耐
剥離性を向上することを目的とし、その要旨を基材表面
に非晶質層を介して光触媒層が保持され、光触媒層はそ
の上層部が外気と接するように露出され、かつ光触媒層
は粒子同士が互いに結合されている光触媒機能を有する
多機能材において、非晶質層と光触媒層はその間に連続
的に双方の成分の濃度が変化する中間層を有することを
特徴とする光触媒機能を有する多機能材とする。
みなされたもので、高温で焼成処理して得られる基材、
例えば陶磁器、タイル、セラミック等の表面に抗菌性、
防臭性、防汚性等の機能を有する光触媒層を形成した部
材において、光触媒薄膜と基材との密着性を増加し、耐
剥離性を向上することを目的とし、その要旨を基材表面
に非晶質層を介して光触媒層が保持され、光触媒層はそ
の上層部が外気と接するように露出され、かつ光触媒層
は粒子同士が互いに結合されている光触媒機能を有する
多機能材において、非晶質層と光触媒層はその間に連続
的に双方の成分の濃度が変化する中間層を有することを
特徴とする光触媒機能を有する多機能材とする。
【0005】以下詳述する。基材の材質は、陶磁器、セ
ラミック、ガラス、金属、プラスチックあるいはそれら
の複合物等基本的に何でもよいが、非晶質層が充分に軟
化し得る温度以上の耐熱性が必要である。基材の形状
も、どのようなものでもよく、板状、球状などの単純形
状のものでも、衛生陶器、洗面台、浴槽等の複雑形状の
ものでも構わない。基材表面とは、基材表面の一部でも
全面でもよい。非晶質層とは、Si、B等の構造体を主
成分とするアモルファス状態にある層のことであり、そ
の他アルカリ等の修飾体、アルミナ等の中間体、遷移金
属酸化物等の着色成分等を含んでもよい。
ラミック、ガラス、金属、プラスチックあるいはそれら
の複合物等基本的に何でもよいが、非晶質層が充分に軟
化し得る温度以上の耐熱性が必要である。基材の形状
も、どのようなものでもよく、板状、球状などの単純形
状のものでも、衛生陶器、洗面台、浴槽等の複雑形状の
ものでも構わない。基材表面とは、基材表面の一部でも
全面でもよい。非晶質層とは、Si、B等の構造体を主
成分とするアモルファス状態にある層のことであり、そ
の他アルカリ等の修飾体、アルミナ等の中間体、遷移金
属酸化物等の着色成分等を含んでもよい。
【0006】光触媒層の材質は、基本的にTiO2、Z
nO、V2O5、WO3、SrTiO3等の酸化物半導
体から構成され、それにAg、Cu等の金属が添加され
ていてもよい。光触媒層がその上層部が外気と接するよ
うに露出された状態とは、最表面に露出されている場合
だけではなく、開気孔面に露出している状態の双方を含
む。上記2種の構造も用途により最適な構造は異なり、
抗菌性多機能材では菌と光触媒との接触が重要なため最
表層にある構造が優れ、逆に防臭性多機能材のような気
体の分解においては、気体との接触面積を大きくとれる
開気孔面に露出している構造が優れている。
nO、V2O5、WO3、SrTiO3等の酸化物半導
体から構成され、それにAg、Cu等の金属が添加され
ていてもよい。光触媒層がその上層部が外気と接するよ
うに露出された状態とは、最表面に露出されている場合
だけではなく、開気孔面に露出している状態の双方を含
む。上記2種の構造も用途により最適な構造は異なり、
抗菌性多機能材では菌と光触媒との接触が重要なため最
表層にある構造が優れ、逆に防臭性多機能材のような気
体の分解においては、気体との接触面積を大きくとれる
開気孔面に露出している構造が優れている。
【0007】光触媒層が粒子同士が互いに結合されてい
る状態とは、粒子同士が用途に応じた剪断応力に耐え得
る程度の結合力を有する程度で足りる。その方法として
は、光触媒粒子同士を焼結させることが望ましいが、光
触媒粒子を吸着により結合させてもよい。その際には、
比表面積を大きくし、即ち粒径を極力小さくし、且つ、
充填性を良くしなければならない。また、光触媒粒子の
間隙にその間隙より小さな粒径の粒子(Sn、Ti、A
g、Cu、Zn、Fe、Pt、Co、Pd、Ni等の金
属またはその酸化物)を後で充填させることで、光触媒
粒子を互いに結合させてもよい。
る状態とは、粒子同士が用途に応じた剪断応力に耐え得
る程度の結合力を有する程度で足りる。その方法として
は、光触媒粒子同士を焼結させることが望ましいが、光
触媒粒子を吸着により結合させてもよい。その際には、
比表面積を大きくし、即ち粒径を極力小さくし、且つ、
充填性を良くしなければならない。また、光触媒粒子の
間隙にその間隙より小さな粒径の粒子(Sn、Ti、A
g、Cu、Zn、Fe、Pt、Co、Pd、Ni等の金
属またはその酸化物)を後で充填させることで、光触媒
粒子を互いに結合させてもよい。
【0008】非晶質層と光触媒層の間の連続的に双方の
成分の濃度が変化する中間層については、図1および図
2に基づいて説明する。図1は本願に係わる多機能材の
断面方向をEPMA(電子線マイクロアナライザー)で
観察したときの基本プロファイルの概念図である。図1
に示すように、表面からしばらく光触媒層を構成する成
分の濃度がほぼ一定の領域が続き(A領域)、その後光
触媒層を構成する成分は減少する。また非晶質層を構成
する成分は表面にはないかあっても少なく、内部にいく
ほど濃度が増加する。そしてある膜厚までくると成分濃
度がほぼ一定となる(B領域)。ここでA領域を光触媒
層、B領域を非晶質層、その中間のC領域を中間層と定
義した。ただし、図1はあくまで説明の便宜上の概念図
であり、実際には図2に示すように図1で濃度一定と説
明した部分に、製造工程上の理由で生じる濃度の変動を
伴うことが多い。この場合には図に示すように、一定領
域に対応する領域(A′領域、B′領域)の濃度の最小
値に達する部分をそれぞれA′領域とC′領域、B′領
域とC′領域の境界とみなした。
成分の濃度が変化する中間層については、図1および図
2に基づいて説明する。図1は本願に係わる多機能材の
断面方向をEPMA(電子線マイクロアナライザー)で
観察したときの基本プロファイルの概念図である。図1
に示すように、表面からしばらく光触媒層を構成する成
分の濃度がほぼ一定の領域が続き(A領域)、その後光
触媒層を構成する成分は減少する。また非晶質層を構成
する成分は表面にはないかあっても少なく、内部にいく
ほど濃度が増加する。そしてある膜厚までくると成分濃
度がほぼ一定となる(B領域)。ここでA領域を光触媒
層、B領域を非晶質層、その中間のC領域を中間層と定
義した。ただし、図1はあくまで説明の便宜上の概念図
であり、実際には図2に示すように図1で濃度一定と説
明した部分に、製造工程上の理由で生じる濃度の変動を
伴うことが多い。この場合には図に示すように、一定領
域に対応する領域(A′領域、B′領域)の濃度の最小
値に達する部分をそれぞれA′領域とC′領域、B′領
域とC′領域の境界とみなした。
【0009】光触媒層の厚さとはA領域またはA′領域
の厚さのことであり、中間層の厚さとはC領域または
C′領域の厚さのことである。この中間層の厚さは、光
触媒粒子が、軟化する非晶質層内への移動速度と移動可
能な時間を制御することにより、変化させることができ
る。移動速度は、光触媒粒子と非晶質層との比重差、焼
成温度、雰囲気圧力等により制御できる。また、移動可
能な時間は非晶質材料が軟化する温度での保持時間を変
化させることにより変化させることができる。
の厚さのことであり、中間層の厚さとはC領域または
C′領域の厚さのことである。この中間層の厚さは、光
触媒粒子が、軟化する非晶質層内への移動速度と移動可
能な時間を制御することにより、変化させることができ
る。移動速度は、光触媒粒子と非晶質層との比重差、焼
成温度、雰囲気圧力等により制御できる。また、移動可
能な時間は非晶質材料が軟化する温度での保持時間を変
化させることにより変化させることができる。
【0010】
【作用】基材表面に非晶質層を介して光触媒層が保持さ
れ、光触媒層はその上層部が外気と接するように露出す
るようにし、かつ光触媒層は粒子同士が互いに結合する
ことで膜強度を確保し、更に、非晶質層と光触媒層と間
に連続的に双方の成分の濃度が変化する中間層を有する
ように光触媒層を非晶質層に埋設させることにより、光
触媒薄膜と基材との密着性を増加し、耐剥離性を向上さ
せることができる。
れ、光触媒層はその上層部が外気と接するように露出す
るようにし、かつ光触媒層は粒子同士が互いに結合する
ことで膜強度を確保し、更に、非晶質層と光触媒層と間
に連続的に双方の成分の濃度が変化する中間層を有する
ように光触媒層を非晶質層に埋設させることにより、光
触媒薄膜と基材との密着性を増加し、耐剥離性を向上さ
せることができる。
【0011】
(実施例1)10cm角のアルミナ基板上にSiO2−
Al2O3−Na/K2O系の非晶質層をスプレー・コ
ーティング法により形成し乾燥焼成後、平均粒径0.0
1μmのTiO2ゾル水溶液をスプレー・コーティング
法により塗布し、これを850℃で保持時間を変化させ
焼成して膜厚0.2μm、0.5μm、1μmのアナタ
ーゼ型TiO2薄膜を形成した。次いで、このアナター
ゼ型TiO2薄膜に酢酸銅水溶液をスプレー・コーティ
ング法で塗布し、この後光還元(光源は20ワットBL
Bランプ、光源から試料までの距離10cm、照射時間
30秒)して試料を得た。得られた試料についてEPM
Aによる断面の元素分析(Ti、Si)による膜厚測
定、抗菌性および耐摩耗性を評価した。抗菌性評価につ
いては、大腸菌(Escherichia coli
W3110株)を用いて試験した。予め70%エタノー
ルで殺菌した多機能部材の最表面に菌液0.15ml
(1〜50000CFU)を滴下し、ガラス板(100
×100)に載せて基材最表面に密着させ、試料とし
た。白色灯(3500ルクス)を30分間照射後、照射
した試料の菌液を滅菌ガーゼで拭いて生理食塩水10m
lに回収し、菌の生存率を求め、評価の指標とした。評
価基準を下記に示す。 +++:大腸菌の生存率10%未満 ++ :大腸菌の生存率10%以上30%未満 + :大腸菌の生存率30%以上70%未満 − :大腸菌の生存率70%以上 耐摩耗性評価は、プラスチック消しゴムを用いた摺動摩
耗を行い、外観の変化を比較し、評価した。評価基準を
下記に示す。 ◎:40回往復に対して変化なし ○:10回以上40回未満の摺動で傷が入り、光触媒層
が剥離 △:5回以上10回未満の摺動で傷が入り、光触媒層が
剥離 ×:5回未満の摺動で傷が入り、光触媒層が剥離 結果を表1にまとめて示す。抗菌性についてはすべて+
++であった。耐摩耗性も◎または○と良好な結果を示
した。特に中間層の厚さと光触媒層の厚さとの比が1/
3以上の試料ではすべて◎となった。
Al2O3−Na/K2O系の非晶質層をスプレー・コ
ーティング法により形成し乾燥焼成後、平均粒径0.0
1μmのTiO2ゾル水溶液をスプレー・コーティング
法により塗布し、これを850℃で保持時間を変化させ
焼成して膜厚0.2μm、0.5μm、1μmのアナタ
ーゼ型TiO2薄膜を形成した。次いで、このアナター
ゼ型TiO2薄膜に酢酸銅水溶液をスプレー・コーティ
ング法で塗布し、この後光還元(光源は20ワットBL
Bランプ、光源から試料までの距離10cm、照射時間
30秒)して試料を得た。得られた試料についてEPM
Aによる断面の元素分析(Ti、Si)による膜厚測
定、抗菌性および耐摩耗性を評価した。抗菌性評価につ
いては、大腸菌(Escherichia coli
W3110株)を用いて試験した。予め70%エタノー
ルで殺菌した多機能部材の最表面に菌液0.15ml
(1〜50000CFU)を滴下し、ガラス板(100
×100)に載せて基材最表面に密着させ、試料とし
た。白色灯(3500ルクス)を30分間照射後、照射
した試料の菌液を滅菌ガーゼで拭いて生理食塩水10m
lに回収し、菌の生存率を求め、評価の指標とした。評
価基準を下記に示す。 +++:大腸菌の生存率10%未満 ++ :大腸菌の生存率10%以上30%未満 + :大腸菌の生存率30%以上70%未満 − :大腸菌の生存率70%以上 耐摩耗性評価は、プラスチック消しゴムを用いた摺動摩
耗を行い、外観の変化を比較し、評価した。評価基準を
下記に示す。 ◎:40回往復に対して変化なし ○:10回以上40回未満の摺動で傷が入り、光触媒層
が剥離 △:5回以上10回未満の摺動で傷が入り、光触媒層が
剥離 ×:5回未満の摺動で傷が入り、光触媒層が剥離 結果を表1にまとめて示す。抗菌性についてはすべて+
++であった。耐摩耗性も◎または○と良好な結果を示
した。特に中間層の厚さと光触媒層の厚さとの比が1/
3以上の試料ではすべて◎となった。
【表1】
【0012】(比較例)平均粒径0.01μmのTiO
2ゾルのアンモニア分散液を10cm角のアルミナ基板
上にスプレー・コーティング法で塗布し、これを850
℃で焼成して膜厚1μmのアナターゼ型TiO2薄膜を
形成した。次いで、このアナターゼ型TiO2薄膜に酢
酸銅水溶液をスプレー・コーティング法で塗布し、この
後光還元(光源は20ワットBLBランプ、光源から試
料までの距離10cm、照射時間30秒)して試料を得
た。得られた試料について抗菌性および耐摩耗性を評価
した。その結果、抗菌性については+++と良好であっ
たが、耐摩耗性は△と不充分であった。
2ゾルのアンモニア分散液を10cm角のアルミナ基板
上にスプレー・コーティング法で塗布し、これを850
℃で焼成して膜厚1μmのアナターゼ型TiO2薄膜を
形成した。次いで、このアナターゼ型TiO2薄膜に酢
酸銅水溶液をスプレー・コーティング法で塗布し、この
後光還元(光源は20ワットBLBランプ、光源から試
料までの距離10cm、照射時間30秒)して試料を得
た。得られた試料について抗菌性および耐摩耗性を評価
した。その結果、抗菌性については+++と良好であっ
たが、耐摩耗性は△と不充分であった。
【0013】
【発明の効果】基材表面に非晶質層を介して光触媒層が
保持され、光触媒層はその上層部が外気と接するように
露出され、かつ光触媒層は粒子同士が互いに結合されて
いる光触媒機能を有する多機能材において、非晶質層と
光触媒層はその間に連続的に双方の成分の濃度が変化す
る中間層を有するようにすることにより、光触媒薄膜と
基材との密着性を増加し、耐剥離性を向上させることが
できた。さらに前記中間層の厚さを光触媒層の厚さの1
/3以上にするとより密着性を増すことができた。
保持され、光触媒層はその上層部が外気と接するように
露出され、かつ光触媒層は粒子同士が互いに結合されて
いる光触媒機能を有する多機能材において、非晶質層と
光触媒層はその間に連続的に双方の成分の濃度が変化す
る中間層を有するようにすることにより、光触媒薄膜と
基材との密着性を増加し、耐剥離性を向上させることが
できた。さらに前記中間層の厚さを光触媒層の厚さの1
/3以上にするとより密着性を増すことができた。
【図1】本発明に係る光触媒層、中間層、非晶質層の厚
みを説明する図
みを説明する図
【図2】本発明に係る光触媒層、中間層、非晶質層の厚
みを説明する他の図
みを説明する他の図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小島 栄一 福岡県北九州市小倉北区中島2丁目1番1 号 東陶機器株式会社内
Claims (2)
- 【請求項1】 基材表面に非晶質層を介して光触媒層が
保持され、光触媒層はその上層部が外気と接するように
露出され、かつ光触媒層は粒子同士が互いに結合されて
いる光触媒機能を有する多機能材において、非晶質層と
光触媒層はその間に連続的に双方の成分の濃度が変化す
る中間層を有することを特徴とする光触媒機能を有する
多機能材。 - 【請求項2】 前記中間層の厚さが光触媒層の厚さの1
/3以上であることを特徴とする請求項1に記載された
光触媒機能を有する多機能材。
Priority Applications (22)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6274165A JPH08103488A (ja) | 1994-09-30 | 1994-09-30 | 光触媒機能を有する多機能材 |
CN94191730A CN1102445C (zh) | 1993-12-10 | 1994-12-09 | 具有光催化功能的多功能材料及其制造方法 |
EP95902937A EP0684075B1 (en) | 1993-12-10 | 1994-12-09 | Multi-functional material having photo-catalytic function and production method therefor |
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AT95902937T ATE235314T1 (de) | 1993-12-10 | 1994-12-09 | Multifunktionelles material mit photokatalytischer funktion und verfahren zur dessen herstellung |
CN 02122422 CN1289195C (zh) | 1993-12-10 | 1994-12-09 | 具有光催化功能的多功能材料及其制造方法 |
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CA 2155822 CA2155822C (en) | 1993-12-10 | 1994-12-09 | Multi-functional material with photocatalytic functions and method of manufacturing same |
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US08/501,110 US5853866A (en) | 1993-12-10 | 1994-12-09 | Multi-functional material with photocalytic functions and method of manufacturing same |
US09/167,326 US6210779B1 (en) | 1993-12-10 | 1998-10-07 | Multi-functional material with photocatalytic functions and method of manufacturing same |
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US09/167,323 US6268050B1 (en) | 1993-10-12 | 1998-10-07 | Multi-functional material with photocatalytic functions and method of manufacturing same |
HK98113672A HK1017810A1 (en) | 1993-12-10 | 1998-12-16 | Multi-functional material having photo-catalytic function and production method therefor |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP6274165A JPH08103488A (ja) | 1994-09-30 | 1994-09-30 | 光触媒機能を有する多機能材 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6274165A Pending JPH08103488A (ja) | 1993-10-12 | 1994-09-30 | 光触媒機能を有する多機能材 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH08103488A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10235201A (ja) * | 1997-02-24 | 1998-09-08 | Tao:Kk | 光触媒体及びその製造法 |
US7030058B1 (en) | 1998-11-20 | 2006-04-18 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Modified photocatalyst sol |
US7211543B2 (en) | 2002-06-03 | 2007-05-01 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Photocatalyst composition |
EP2712676A1 (en) | 2012-09-27 | 2014-04-02 | Toto Ltd. | Photocatalyst member |
-
1994
- 1994-09-30 JP JP6274165A patent/JPH08103488A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10235201A (ja) * | 1997-02-24 | 1998-09-08 | Tao:Kk | 光触媒体及びその製造法 |
US7030058B1 (en) | 1998-11-20 | 2006-04-18 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Modified photocatalyst sol |
US7211543B2 (en) | 2002-06-03 | 2007-05-01 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Photocatalyst composition |
EP2712676A1 (en) | 2012-09-27 | 2014-04-02 | Toto Ltd. | Photocatalyst member |
US9662645B2 (en) | 2012-09-27 | 2017-05-30 | Toto Ltd. | Photocatalyst member |
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Legal Events
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