JPH10130003A - 金属酸化物エアロゲルの製造方法 - Google Patents
金属酸化物エアロゲルの製造方法Info
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- JPH10130003A JPH10130003A JP3375897A JP3375897A JPH10130003A JP H10130003 A JPH10130003 A JP H10130003A JP 3375897 A JP3375897 A JP 3375897A JP 3375897 A JP3375897 A JP 3375897A JP H10130003 A JPH10130003 A JP H10130003A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 金属酸化物の湿潤ゲル体を溶媒の存在下で、
その溶媒の臨界条件または超臨界条件に保持した後、溶
媒を除去して金属酸化物エアロゲルを製造する方法にお
いて、良好なバルク状のエアロゲルを得ること。 【解決手段】 金属酸化物の湿潤ゲル体と溶媒とゼオラ
イトをその溶媒の臨界条件または超臨界条件に保持した
後、溶媒を除去して該湿潤ゲル体の乾燥を行うことを特
徴とする金属酸化物エアロゲルの製造方法。
その溶媒の臨界条件または超臨界条件に保持した後、溶
媒を除去して金属酸化物エアロゲルを製造する方法にお
いて、良好なバルク状のエアロゲルを得ること。 【解決手段】 金属酸化物の湿潤ゲル体と溶媒とゼオラ
イトをその溶媒の臨界条件または超臨界条件に保持した
後、溶媒を除去して該湿潤ゲル体の乾燥を行うことを特
徴とする金属酸化物エアロゲルの製造方法。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高性能断熱材や高
性能触媒として用いられる、金属酸化物エアロゲル(以
下、単にエアロゲルとも言う)を製造する方法に関す
る。
性能触媒として用いられる、金属酸化物エアロゲル(以
下、単にエアロゲルとも言う)を製造する方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、エアロゲルを製造する方法として
は、金属水酸化物を重縮合して得られる湿潤ゲル体と溶
媒とを、その溶媒の臨界条件または超臨界条件に保持し
た後、溶媒を徐々に放出する方法(U.S.P.2,093,454)
や、アルコキシシランまたは他の金属アルコキシドを用
いて溶媒を内部に含む湿潤ゲル体を調製し、これをその
溶媒の超臨界条件に保持した後、溶媒を徐々に放出する
方法(U.S.P.4,327,065)などがある。上記の方法で得ら
れる各種エアロゲルは、低密度で、空隙率、比表面積の
極めて大きな多孔体であり、低い熱伝導率を持つ断熱材
として、また優れた性能を持つ触媒として用いられる。
これらの特質は、エアロゲルが均質なバルク体として得
られた場合に特に発揮される。しかし、このようなエア
ロゲルの製造方法においては、湿潤ゲル体と溶媒を、そ
の溶媒の臨界条件または超臨界条件において溶媒を除去
して乾燥する過程で、ゲルの収縮や亀裂の発生が起こり
やすく、良好なバルク体を得ることは困難であった。ま
た、金属酸化物の種類によっては、乾燥時に回収される
溶媒中に多くのゲル成分が溶解し、ゲル成分の損失が起
り、原料に対するエアロゲルの生成効率は良好でなかっ
た。
は、金属水酸化物を重縮合して得られる湿潤ゲル体と溶
媒とを、その溶媒の臨界条件または超臨界条件に保持し
た後、溶媒を徐々に放出する方法(U.S.P.2,093,454)
や、アルコキシシランまたは他の金属アルコキシドを用
いて溶媒を内部に含む湿潤ゲル体を調製し、これをその
溶媒の超臨界条件に保持した後、溶媒を徐々に放出する
方法(U.S.P.4,327,065)などがある。上記の方法で得ら
れる各種エアロゲルは、低密度で、空隙率、比表面積の
極めて大きな多孔体であり、低い熱伝導率を持つ断熱材
として、また優れた性能を持つ触媒として用いられる。
これらの特質は、エアロゲルが均質なバルク体として得
られた場合に特に発揮される。しかし、このようなエア
ロゲルの製造方法においては、湿潤ゲル体と溶媒を、そ
の溶媒の臨界条件または超臨界条件において溶媒を除去
して乾燥する過程で、ゲルの収縮や亀裂の発生が起こり
やすく、良好なバルク体を得ることは困難であった。ま
た、金属酸化物の種類によっては、乾燥時に回収される
溶媒中に多くのゲル成分が溶解し、ゲル成分の損失が起
り、原料に対するエアロゲルの生成効率は良好でなかっ
た。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、金属酸化物
の湿潤ゲル体を溶媒の存在下で、その溶媒の臨界条件ま
たは超臨界条件に保持した後、溶媒を除去して金属酸化
物エアロゲルを製造する方法において、良好なバルク状
のエアロゲルを得ることをその課題とする。
の湿潤ゲル体を溶媒の存在下で、その溶媒の臨界条件ま
たは超臨界条件に保持した後、溶媒を除去して金属酸化
物エアロゲルを製造する方法において、良好なバルク状
のエアロゲルを得ることをその課題とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題を
解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに
至った。即ち、本発明によれば、金属酸化物の湿潤ゲル
体と溶媒とゼオライトをその溶媒の臨界条件または超臨
界条件に保持した後、溶媒を除去して該湿潤ゲル体の乾
燥を行うことを特徴とする金属酸化物エアロゲルの製造
方法が提供される。
解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに
至った。即ち、本発明によれば、金属酸化物の湿潤ゲル
体と溶媒とゼオライトをその溶媒の臨界条件または超臨
界条件に保持した後、溶媒を除去して該湿潤ゲル体の乾
燥を行うことを特徴とする金属酸化物エアロゲルの製造
方法が提供される。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明における金属酸化物は、そ
の内部に溶媒を含むゼリー状の湿潤ゲル体であればよ
く、その種類、および調製方法は特に限定されない。そ
の具体例をあげると、例えば、テトラメトキシシランを
用い、アンモニア等の塩基触媒または塩酸等の酸触媒の
存在下で加水分解して得られるシリカ湿潤ゲル体、テト
ラエトキシシランを同様に加水分解して得られるチタニ
ア湿潤ゲル体、ケイ酸ナトリウム溶液(水ガラス)に塩
酸等の酸を加えて得られるシリカ湿潤ゲル体、およびそ
れらの複合体などが挙げられる。これらの湿潤ゲル体
は、必要に応じ、密閉して、あるいは溶媒中で熟成され
る。
の内部に溶媒を含むゼリー状の湿潤ゲル体であればよ
く、その種類、および調製方法は特に限定されない。そ
の具体例をあげると、例えば、テトラメトキシシランを
用い、アンモニア等の塩基触媒または塩酸等の酸触媒の
存在下で加水分解して得られるシリカ湿潤ゲル体、テト
ラエトキシシランを同様に加水分解して得られるチタニ
ア湿潤ゲル体、ケイ酸ナトリウム溶液(水ガラス)に塩
酸等の酸を加えて得られるシリカ湿潤ゲル体、およびそ
れらの複合体などが挙げられる。これらの湿潤ゲル体
は、必要に応じ、密閉して、あるいは溶媒中で熟成され
る。
【0006】本発明におけるゼオライトとしては、従来
公知の各種のものが用いられる。ゼオライトは、イオン
交換性の大きい陽イオンを含み、3次元網目状構造を持
つ結晶性ケイ酸塩であり、ケイ酸塩(シリカライト)、
アルシノケイ酸塩、アルシノメタロケイ酸塩等が挙げら
れる。本発明において、用いるゼオライトは、粉末状の
他、顆粒状、ペレット状、球形状、板体状等の各種の形
状で用いられる。このゼオライトの平均寸法は、0.1
mm〜6mm、好ましくは1.5mm〜6mmであり、
特に、平径粒径が2〜3mmの顆粒状で用いるのが好ま
しい。このゼオライトは、金属酸化物の湿潤ゲル体に添
加するに際し、熱乾燥してその吸着水をあらかじめ除去
するのが好ましい。
公知の各種のものが用いられる。ゼオライトは、イオン
交換性の大きい陽イオンを含み、3次元網目状構造を持
つ結晶性ケイ酸塩であり、ケイ酸塩(シリカライト)、
アルシノケイ酸塩、アルシノメタロケイ酸塩等が挙げら
れる。本発明において、用いるゼオライトは、粉末状の
他、顆粒状、ペレット状、球形状、板体状等の各種の形
状で用いられる。このゼオライトの平均寸法は、0.1
mm〜6mm、好ましくは1.5mm〜6mmであり、
特に、平径粒径が2〜3mmの顆粒状で用いるのが好ま
しい。このゼオライトは、金属酸化物の湿潤ゲル体に添
加するに際し、熱乾燥してその吸着水をあらかじめ除去
するのが好ましい。
【0007】上記湿潤ゲル体は、臨界点乾燥法、または
超臨界乾燥法により乾燥される。これらの乾燥法は従来
公知の方法であり、湿潤ゲル体を溶媒の存在下におい
て、臨界点乾燥法ではその溶媒の臨界条件下で及び超臨
界乾燥法ではその溶媒の超臨界条件下に保持した後、溶
媒を除去して湿潤ゲル体を乾燥する方法である。
超臨界乾燥法により乾燥される。これらの乾燥法は従来
公知の方法であり、湿潤ゲル体を溶媒の存在下におい
て、臨界点乾燥法ではその溶媒の臨界条件下で及び超臨
界乾燥法ではその溶媒の超臨界条件下に保持した後、溶
媒を除去して湿潤ゲル体を乾燥する方法である。
【0008】本発明の方法を実施するには、湿潤ゲル
体、ゼオライト及び溶媒を圧力容器内に密閉し、その溶
媒の臨界点又は超臨界点に昇温、昇圧し、0〜4時間、
好ましくは1〜3時間程度保持した後、圧力容器から溶
媒を徐々に放出させて乾燥する。これによりエアロゲル
を得る。溶媒の種類は特に制約されず、従来から用いら
れてきた各種のものが用いられる。このようなものとし
ては、例えば、メタノール、エタノール等のアルコール
の他、液体二酸化炭素、アセトン、フロン及びそれらの
混合物が挙げられる。溶媒の使用量は、圧力容器の容量
と溶媒の種類によって適宜選択される。例えばメタノー
ルの場合、500mlの圧力容器に対して175〜25
0ml、好ましくは180〜220mlである。湿潤ゲ
ル体とゼオライトはその溶媒中に沈む程度の量が用いら
れ、前記の条件下では10〜50cm3、好ましく20
〜40cm3である。ゼオライトの使用量は、湿潤ゲル
体30cm3当り、5〜50g、好ましくは10〜40
gである。
体、ゼオライト及び溶媒を圧力容器内に密閉し、その溶
媒の臨界点又は超臨界点に昇温、昇圧し、0〜4時間、
好ましくは1〜3時間程度保持した後、圧力容器から溶
媒を徐々に放出させて乾燥する。これによりエアロゲル
を得る。溶媒の種類は特に制約されず、従来から用いら
れてきた各種のものが用いられる。このようなものとし
ては、例えば、メタノール、エタノール等のアルコール
の他、液体二酸化炭素、アセトン、フロン及びそれらの
混合物が挙げられる。溶媒の使用量は、圧力容器の容量
と溶媒の種類によって適宜選択される。例えばメタノー
ルの場合、500mlの圧力容器に対して175〜25
0ml、好ましくは180〜220mlである。湿潤ゲ
ル体とゼオライトはその溶媒中に沈む程度の量が用いら
れ、前記の条件下では10〜50cm3、好ましく20
〜40cm3である。ゼオライトの使用量は、湿潤ゲル
体30cm3当り、5〜50g、好ましくは10〜40
gである。
【0009】本発明においては、ゼオライトの作用によ
り、バルク体のエアロゲルを収率よく得ることができ
る。この場合のゼオライトの作用機構は、明確には解明
されていないが、そのゼオライトの吸着剤としての作用
や固体酸としての作用に起因するものと考えられる。
り、バルク体のエアロゲルを収率よく得ることができ
る。この場合のゼオライトの作用機構は、明確には解明
されていないが、そのゼオライトの吸着剤としての作用
や固体酸としての作用に起因するものと考えられる。
【0010】
【実施例】以下に、本発明の具体的な実施例および比較
例を示す。 実施例1 テトラメトキシシラン、メタノール、0.135mol
/lアンモニア水溶液を、20℃の条件下、テトラメト
キシシラン:メタノール:アンモニアのモル比が1:
7.2:4の割合になるように混合し、内径30mm、
深さ10mmの容器中に流し込んで静置し、シリカの湿
潤ゲル体を得た。このゲル体を密閉して、48時間、6
0℃で熟成した。その後、別のメタノール中に24時間
含浸して未反応成分の除去を行った。このようにして、
直径30mm、高さ10mmの円盤状のシリカ湿潤ゲル
体を得た。
例を示す。 実施例1 テトラメトキシシラン、メタノール、0.135mol
/lアンモニア水溶液を、20℃の条件下、テトラメト
キシシラン:メタノール:アンモニアのモル比が1:
7.2:4の割合になるように混合し、内径30mm、
深さ10mmの容器中に流し込んで静置し、シリカの湿
潤ゲル体を得た。このゲル体を密閉して、48時間、6
0℃で熟成した。その後、別のメタノール中に24時間
含浸して未反応成分の除去を行った。このようにして、
直径30mm、高さ10mmの円盤状のシリカ湿潤ゲル
体を得た。
【0011】次に、500mlの圧力容器中に、前記の
ようにして得たシリカ湿潤ゲル体を5個、メタノール2
10ml、市販のペレット状ゼオライト(和光純薬製モ
レキュラーシーブ5A、細孔径0.5nm)15gを入
れ、密閉後、280℃、140気圧まで昇温、昇圧して
超臨界条件に3時間保持した後、圧力容器からメタノー
ルを徐々に放出させて溶媒を除去して、湿潤ゲル体の乾
燥を行ってエアロゲルを得た。
ようにして得たシリカ湿潤ゲル体を5個、メタノール2
10ml、市販のペレット状ゼオライト(和光純薬製モ
レキュラーシーブ5A、細孔径0.5nm)15gを入
れ、密閉後、280℃、140気圧まで昇温、昇圧して
超臨界条件に3時間保持した後、圧力容器からメタノー
ルを徐々に放出させて溶媒を除去して、湿潤ゲル体の乾
燥を行ってエアロゲルを得た。
【0012】比較例1 実施例1において、ゼオライトを用いない以外は、実施
例1と同様にして、シリカエアロゲルを得た。
例1と同様にして、シリカエアロゲルを得た。
【0013】実施例1、比較例1で得られたシリカエア
ロゲルについて、その収縮率、密度、亀裂の発生を調べ
た。また、放出した溶媒に含まれるケイ素成分の濃度を
測定し、超臨界乾燥中のケイ素の損失率を調べた。な
お、前記収縮率は以下の式で定義される。 収縮率(%)=(A−B)/A×100 A:乾燥前の湿潤ゲル体の直径 B:乾燥後のエアロゲルの直径 また、前記のケイ素の損失率は以下の式で定義される。 ケイ素の損失率(%)=(C×D)/E×100 C:放出した溶媒の体積 D:放出した溶媒に含まれるケイ素のモル濃度 E:湿潤ゲル体の調製に用いたテトラメトキシシランの
モル量
ロゲルについて、その収縮率、密度、亀裂の発生を調べ
た。また、放出した溶媒に含まれるケイ素成分の濃度を
測定し、超臨界乾燥中のケイ素の損失率を調べた。な
お、前記収縮率は以下の式で定義される。 収縮率(%)=(A−B)/A×100 A:乾燥前の湿潤ゲル体の直径 B:乾燥後のエアロゲルの直径 また、前記のケイ素の損失率は以下の式で定義される。 ケイ素の損失率(%)=(C×D)/E×100 C:放出した溶媒の体積 D:放出した溶媒に含まれるケイ素のモル濃度 E:湿潤ゲル体の調製に用いたテトラメトキシシランの
モル量
【0014】
【表1】
【0015】表1に見るように、実施例によるシリカエ
アロゲルは、従来法による比較例と比べて、収縮の発生
が少ない。また実施例ではケイ素の損失率が著しく減少
しており、ゲル成分の損失が少なくなっていることがわ
かる。このことは実施例でゲルの収縮が減少しているに
もかかわらず比較例と同程度の密度を保っていることか
らも確かめられる。
アロゲルは、従来法による比較例と比べて、収縮の発生
が少ない。また実施例ではケイ素の損失率が著しく減少
しており、ゲル成分の損失が少なくなっていることがわ
かる。このことは実施例でゲルの収縮が減少しているに
もかかわらず比較例と同程度の密度を保っていることか
らも確かめられる。
【0016】実施例2 テトライソプロピルオルトチタネート、エタノール、
0.08mol/1硝酸水溶液を、20℃の条件下で、
テトライソプロピチタネート:エタノール:硝酸のモル
比が1:20:3の割合になるように混合後、容器中に
流し込んで静置し、直径30mm、厚さ30mmの盤状
のチタニア湿潤ゲル体を得た。このゲルを密閉して一週
間、60℃で熟成した。その後、別のエタノール中に2
4時間含浸して未反応成分の除去を行った。
0.08mol/1硝酸水溶液を、20℃の条件下で、
テトライソプロピチタネート:エタノール:硝酸のモル
比が1:20:3の割合になるように混合後、容器中に
流し込んで静置し、直径30mm、厚さ30mmの盤状
のチタニア湿潤ゲル体を得た。このゲルを密閉して一週
間、60℃で熟成した。その後、別のエタノール中に2
4時間含浸して未反応成分の除去を行った。
【0017】次に、上記チタニア湿潤ゲル体1個、エタ
ノール210ml、ゼオライト30g(半井化学製モレ
キュラーシーブ4A、細孔径0.4nm)を圧力容器に
密閉後、280℃、110気圧まで昇温、昇圧して超臨
界条件に2時間保持した後、圧力容器からエタノールを
徐々に放出させて溶媒を除去して、湿潤ゲル体の乾燥を
行ってチタニアエアロゲルを得た。このエアロゲルは亀
裂の発生が見られたものの、バルク体として得られた。
ノール210ml、ゼオライト30g(半井化学製モレ
キュラーシーブ4A、細孔径0.4nm)を圧力容器に
密閉後、280℃、110気圧まで昇温、昇圧して超臨
界条件に2時間保持した後、圧力容器からエタノールを
徐々に放出させて溶媒を除去して、湿潤ゲル体の乾燥を
行ってチタニアエアロゲルを得た。このエアロゲルは亀
裂の発生が見られたものの、バルク体として得られた。
【0018】比較例2 実施例2において、ゼオライトを用いない以外は、実施
例2と同様にしてチタニアエアロゲルを得た。このエア
ロゲルは収縮および亀裂の発生が著しく、粉末としての
み得られ、取り扱いが困難であった。
例2と同様にしてチタニアエアロゲルを得た。このエア
ロゲルは収縮および亀裂の発生が著しく、粉末としての
み得られ、取り扱いが困難であった。
【0019】
【発明の効果】本発明により得られた金属酸化物のエア
ロゲルは、従来の方法で得られたエアロゲルに比較し
て、収縮、亀裂の発生、ゲル成分の損失が少なく、良好
なバルク体である。
ロゲルは、従来の方法で得られたエアロゲルに比較し
て、収縮、亀裂の発生、ゲル成分の損失が少なく、良好
なバルク体である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川合 章子 茨城県つくば市東1丁目1番 工業技術院 物質工学工業技術研究所内 (72)発明者 神谷 国男 茨城県つくば市東1丁目1番 工業技術院 物質工学工業技術研究所内 (72)発明者 内田 邦夫 茨城県つくば市東1丁目1番 工業技術院 物質工学工業技術研究所内 (72)発明者 後藤 昭博 茨城県つくば市東1丁目1番 工業技術院 物質工学工業技術研究所内
Claims (1)
- 【請求項1】 金属酸化物の湿潤ゲル体と溶媒とゼオラ
イトをその溶媒の臨界条件または超臨界条件に保持した
後、溶媒を除去して該湿潤ゲル体の乾燥を行うことを特
徴とする金属酸化物エアロゲルの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9033758A JP2981861B2 (ja) | 1996-09-06 | 1997-02-18 | 金属酸化物エアロゲルの製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23617296 | 1996-09-06 | ||
JP8-236172 | 1996-09-06 | ||
JP9033758A JP2981861B2 (ja) | 1996-09-06 | 1997-02-18 | 金属酸化物エアロゲルの製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10130003A true JPH10130003A (ja) | 1998-05-19 |
JP2981861B2 JP2981861B2 (ja) | 1999-11-22 |
Family
ID=26372509
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9033758A Expired - Lifetime JP2981861B2 (ja) | 1996-09-06 | 1997-02-18 | 金属酸化物エアロゲルの製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2981861B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011167686A (ja) * | 2011-03-22 | 2011-09-01 | Tokyo Metropolitan Univ | 含水湿潤ゲルの乾燥方法及び含水湿潤ゲルの乾燥装置 |
WO2013061621A1 (ja) * | 2011-10-26 | 2013-05-02 | 公立大学法人高知工科大学 | 球状多孔質酸化チタンナノ粒子の合成方法、該合成方法により製造される球状多孔質酸化チタンナノ粒子、及び該球状多孔質酸化チタンナノ粒子からなる遺伝子銃用担体 |
JP2013245137A (ja) * | 2012-05-25 | 2013-12-09 | Kochi Univ Of Technology | 多孔質無機酸化物ナノ粒子の合成方法、並びに該合成方法により製造される多孔質無機酸化物ナノ粒子及び球状多孔質無機酸化物ナノ粒子 |
US9322596B2 (en) | 2009-02-19 | 2016-04-26 | Tokyo Metropolitan University | Drying device and method of aqueous moisture gel |
-
1997
- 1997-02-18 JP JP9033758A patent/JP2981861B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9322596B2 (en) | 2009-02-19 | 2016-04-26 | Tokyo Metropolitan University | Drying device and method of aqueous moisture gel |
JP2011167686A (ja) * | 2011-03-22 | 2011-09-01 | Tokyo Metropolitan Univ | 含水湿潤ゲルの乾燥方法及び含水湿潤ゲルの乾燥装置 |
WO2013061621A1 (ja) * | 2011-10-26 | 2013-05-02 | 公立大学法人高知工科大学 | 球状多孔質酸化チタンナノ粒子の合成方法、該合成方法により製造される球状多孔質酸化チタンナノ粒子、及び該球状多孔質酸化チタンナノ粒子からなる遺伝子銃用担体 |
JPWO2013061621A1 (ja) * | 2011-10-26 | 2015-04-02 | 公立大学法人高知工科大学 | 球状多孔質酸化チタンナノ粒子の合成方法、該合成方法により製造される球状多孔質酸化チタンナノ粒子、及び該球状多孔質酸化チタンナノ粒子からなる遺伝子銃用担体 |
US9334174B2 (en) | 2011-10-26 | 2016-05-10 | Kochi University Of Technology | Method for synthesizing spherical porous titanium oxide nanoparticles, spherical porous titanium oxide nanoparticles produced by said synthesis method, and carrier for gene gun which comprises said spherical porous titanium oxide nanoparticles |
JP2013245137A (ja) * | 2012-05-25 | 2013-12-09 | Kochi Univ Of Technology | 多孔質無機酸化物ナノ粒子の合成方法、並びに該合成方法により製造される多孔質無機酸化物ナノ粒子及び球状多孔質無機酸化物ナノ粒子 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2981861B2 (ja) | 1999-11-22 |
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