KR100376340B1 - 플라즈마cvd절연막및그형성방법 - Google Patents
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Abstract
-[-N(H)-(CH2)5-C(O)-]-의 반복 단위를 갖는 중합체, 또는
-[-N(H)-(CH2)5-C(O)-]-의 반복 단위를 갖는 중합체 40 내지 99.99 중량%,
무기 충전제, 유기 및 무기 안료 및 염료로 이루어진 군에서 선택되는 첨가제 0.01 내지 50 중량%,
유기 또는 무기 첨가제 0 내지 10 중량%,
폴리아미드를 포함하지 않는 중합체 0 내지 40 중량%, 및
폴리카프로락탐 및 카프로락탐으로부터 제조된 코폴리아미드를 제외한 폴리아미드 0 내지 60 중량%
를 주성분으로 하는 혼합물을 3 시간 미만의 반응 시간 동안 280 내지 320 ℃ 및 7.5 내지 15 MPa에서 과열된 물 (-[-N(H)-(CH2)5-C(O)-]-의 반복 단위를 갖는 중합체에 대한 물의 중량비는 5:1 내지 13:1임)과 접촉시키되, 단 물 및 사용되는 중합체 또는 사용되는 혼합물을 주성분으로 하는 반응 혼합물은 가수분해 조건하에서 기체상을 함유하지 않는 것인, 과열된 물 존재하에 카프로락탐 함유 중합체로부터 카프로락탐을 수득한다.
Description
본 발명은 과열된 물의 존재하에 카프로락탐 함유 중합체로부터 카프로락탐을 수득하기 위한 개선된 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 본 발명의 신규 방법을 수행하기 위한 장치, 및 폴리카프로락탐 함유 폐물질을 재생하기 위한 상기 신규 방법 및 신규 장치의 용도에 관한 것이다.
미국 특허 제4,605,762호에는 축합 중합체로부터 제품을 제조하는 도중에 생성되는 폐물질을 특별한 장치 내에서 적어도 15 기압의 초대기압 하에 200 내지 300 ℃에서 수성 가수분해 처리하는 축합 중합체의 연속적 가수분해 해중합 방법이 개시되어 있다. 이 방법에서, 가수분해는 고압하에 증기를 사용하여 수행된다. 그러나, 유리 섬유와 같은 충전제를 함유할 수 있는 축합물, 또는 블랜드의 가수분해는 개시되어 있지 않다.
미국 특허 제3,939,153호에는 중합체의 용융물과 과열된 증기를 315 ℃ 이상에서 연속적으로 서로 접촉시키는, 폴리카프로락탐으로부터 카프로락탐을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법의 단점은 수율이 20% 이하로 낮다는 것이다.
본 발명의 목적은 -[-N(H)-(CH2)5-C(O)-]-의 반복 단위를 갖는 중합체, 또는 이러한 중합체를 함유하는 혼합물로부터 촉매를 사용하지 않고 높은 수율로 카프로락탐을 수득하는 방법을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명은 무기 충전제를 함유하는 폴리카프로락탐 함유 폐물질을 이용하여 수율의 감소 없이 카프로락탐을 수득하기 위한 방법도 제공한다.
본 발명자들은 상기 목적이
-[-N(H)-(CH2)5-C(O)-]-의 반복 단위를 갖는 중합체, 또는
-[-N(H)-(CH2)5-C(O)-]-의 반복 단위를 갖는 중합체 40 내지 99.99 중량%,
무기 충전제, 유기 및 무기 안료 및 염료로 이루어진 군에서 선택되는 첨가제 0.01 내지 50 중량%,
유기 및(또는) 무기 첨가제 0 내지 10 중량%,
폴리아미드를 포함하지 않는 중합체 0 내지 40 중량%, 및
폴리카프로락탐 및 카프로락탐으로부터 제조된 코폴리아미드를 제외한 폴리아미드 0 내지 60 중량%
를 주성분으로 하는 혼합물을 3 시간 미만의 반응 시간 동안 280 내지 320 ℃ 및 7.5 내지 15 MPa에서 과열된 물과 접촉시키되 (-[-N(H)-(CH2)5-C(O)-]-의 반복 단위를 갖는 중합체에 대한 물의 중량비는 5:1 내지 13:1임), 단 물 및 사용되는 중합체 또는 사용되는 혼합물을 주성분으로 하는 반응 혼합물은 가수분해 조건하에서 기체상을 함유하지 않는 것인, 과열된 물의 존재하에 카프로락탐 함유 중합체로부터 카프로락탐을 수득하기 위한 방법에 의해 달성된다는 것을 발견하였다.
본 발명자들은 또한 본 발명의 신규 방법을 수행하기 위한 장치, 및 폴리카프로락탐 함유 폐물질을 재생하기 위한 상기 신규 방법 및 장치의 용도도 발견하였다.
본 발명에 따르면, 사용되는 출발 물질은
-[-N(H)-(CH2)5-C(O)-]-의 반복 단위를 갖는 중합체, 또는
-[-N(H)-(CH2)5-C(O)-]-의 반복 단위를 갖는 중합체 40 내지 99.99 중량%, 바람직하게는 70 내지 90 중량%,
무기 충전제, 유기 및 무기 안료 및 염료로 이루어진 군에서 선택되는 첨가제 0.01 내지 50 중량%, 바람직하게는 4 내지 10 중량%,
유기 및(또는) 무기 첨가제 0 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 5 중량%,
폴리아미드를 포함하지 않는 중합체 0 내지 40 중량%, 바람직하게는 5 내지 25 중량%, 및
폴리카프로락탐 및 카프로락탐으로부터 제조된 코폴리아미드를 제외한 폴리아미드 0 내지 60 중량%, 바람직하게는 10 내지 30 중량%
를 주성분으로 하는 혼합물이다.
사용되는 중합체는 바람직하게는 상대 점도가 1 내지 10, 바람직하게는 2.0 내지 4.0 (25 ℃에서 96 중량% 농도의 황산 100 ㎖ 당 중합체 1 g의 농도로 측정함)인 폴리카프로락탐이다. 물론, 올리고머를 총량을 기준으로 하여 0.01 내지 10 중량%, 바람직하게는 1 내지 5 중량%의 양으로 함유하는 폴리카프로락탐을 사용할 수도 있다. 원칙적으로, 폴리카프로락탐 대신에 카프로락탐의 올리고머를 사용하는 경우에도 본 발명의 신규 방법을 사용할 수 있다.
카프로락탐 및 기타 폴리아미드-형성 단량체, 예를 들면 아디프산, 세바스산 및 테레프탈산과 같은 디카르복실산과 헥사메틸렌디아민 및 테트라메틸렌디아민과 같은 디아민으로부터 형성되는 염, 바람직하게는 AH 염 (아디프산과 헥사메틸렌디아민으로부터 얻어짐), 및 라우롤락탐과 같은 락탐으로부터 얻어지는 코폴리아미드를 사용할 수도 있다.
이제까지의 연구는 모든 공지된 폴리카프로락탐은 신규 방법에 의해 카프로락탐으로 전환될 수 있음을 보여주고 있는데, 예를 들면 사슬 조절제로서 작용하는 모노- 또는 디카르복실산 또는 아민, 예컨대 아세트산, 프로피온산, 벤조산,
아디프산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 세바스산, 운데칸디산, 도데칸디산 및 이들의 혼합물과 같은 C4-C10-알칸디카르복실산,
시클로펜탄-1,3-디카르복실산, 시클로헥산-1,4-디카르복실산 및 이들의 혼합물과 같은 C5-C8-시클로알칸디카르복실산,
2개의 술포기를 가질 수 있고 카르복실기들이 인접하지 않는 벤젠- 및 나프탈렌디카르복실산 (상응하는 알칼리 금속염 포함), 예를 들면 테레프탈산, 이소프탈산 및 나프탈렌-2,6-디카르복실산, 5-술포이소프탈산 및 그의 나트륨 및 리튬염, 및 이들의 혼합물, 및 1,4-피페라진디-C1-C6-알칸디카르복실산, 예를 들면 1,4-피페라진디아세트산, 1,4-피페라진디프로피온산, 1,4-피페라진디부티르산, 1,4-피페라진디펜탄산 및 1,4-피페라진디헥산산
의 존재하에 제조된 폴리카프로락탐도 그러하다.
상응하는 코폴리아미드는 당업자에게 공지되어 있으며, 예를 들면 국제 특허 공개 제93/25736호, 독일 특허 공개 제14 95 198호 및 동 제25 58 480호에 개시되어 있는 방법들에 의해 제조될 수 있다.
이제까지의 연구는 폴리아미드의 배합에 통상적으로 사용되는 유리 섬유, 탄산칼슘 및 탈크와 같은 모든 충전제가 무기 충전제로서 사용될 수 있다는 것을 보여준다. 이제까지의 연구는 폴리아미드의 착색에 통상적으로 사용되는 이산화티탄, 황화카드뮴, 산화철 또는 카본 블랙, 및 크롬 착화합물 또는 구리 착화합물과 같은 통상의 방적 염료 등의 모든 안료 및 염료가 무기 및 유기 안료 및 염료로서 사용될 수 있음을 보여주고 있다.
통상의 안정화제 및 산화 방지제, 열 안정화제 및 UV 안정화제, 대전 방지제 및 방염제가 유기 및 무기 첨가제로서 사용될 수 있다.
산화 방지제 및 열 안정화제의 예로는 입체적으로 가리워진(sterically hindered) 페놀, 히드로퀴논, 포스파이트 및 이들의 유도체 및 치환 화합물 및 이들 화합물들의 혼합물, 및 요오드화구리(Ⅰ) 및 아세트산구리(Ⅱ)와 같은 구리 화합물을 들 수 있다.
UV 안정화제의 예로는 치환된 레소르시놀, 살리실레이트, 벤조트리아졸, 벤조페논 및 HALS (힌더드 아민 광 안정화제) 형태의 화합물, 및 망간(Ⅱ) 화합물도 상기 목적을 위해 적합하다.
통상의 물질, 예를 들면 폴리알킬렌 옥사이드 및 이들의 유도체는 대전 방지제로서 사용될 수 있다.
통상의 인 및 질소/인 함유 화합물, 예를 들면 인산, 또는 아인산 및 포스폰산 및 포스핀산의 에스테르 및 3급 포스핀 및 포스핀 옥사이드, 예를 들면 트리페닐포스핀 옥사이드, 포스포니트릴 클로라이드, 인산 에스테르 아미드, 포스포라미드, 포스핀아미드, 트리스아지리디닐포스핀 옥사이드 및 테트라키스(히드록시메틸)포스포늄 클로라이드는 방염제로서 사용될 수 있다.
통상의 열가소성 엔지니어링 중합체, 예를 들면 에틸렌, 프로필렌 및 스티렌 기재의 중합체, 및 이들과 부타디엔 및 아크릴로니트릴과의 공중합체(ABS 플라스틱)는 폴리아미드를 포함하지 않는 중합체로서 사용될 수 있다.
폴리카프로락탐 및 카프로락탐으로부터 제조된 코폴리아미드를 제외한 적합한 폴리아미드는 예를 들면 폴리아미드 66, 폴리아미드 610 및 폴리아미드 46이다.
바람직한 출발 물질은 무기 충전제, 특히 유리 섬유를 함유하며 처분되어야 하는 폴리카프로락탐, 및 필라멘트, 필름 또는 사출 성형품 또는 압출 성형품, 및 필름, 패키지, 직물, 카펫 섬유, 카펫팅, 필라멘트 또는 압출 성형품과 같은 성형된 실용품을 제조하기 위하여 폴리카프로락탐을 제조 및 가공할 때에 생성되는 처분되어야 하는 폐물질이다.
본 발명에 따르면, 상술한 중합체 또는 혼합물을 280 내지 320 ℃, 바람직하게는 295 내지 310 ℃, 특히 바람직하게는 300 내지 305 ℃ 및 7.5 내지 15 MPa, 바람직하게는 10 내지 15 MPa, 특히 바람직하게는 10 내지 12 MPa에서 과열된 물과 접촉시키고, -[-N(H)-(CH2)5-C(O)-]-의 반복 단위를 갖는 중합체에 대한 물의 중량비는 5:1 내지 13:1, 바람직하게는 8:1 내지 13:1 범위 내에서 선택한다. 또한, 본 발명에 따르면, 반응 시간은 3 시간 미만, 바람직하게는 15 내지 90 분, 특히 바람직하게는 30 내지 60 분에서 선택된다.
물 및 사용되는 중합체 또는 사용되는 혼합물을 주성분으로 하는 반응 혼합물이 기체상을 함유하지 않도록 상기 언급된 값 내에서 가수분해 조건들을 선택하는 것은 본 발명의 신규 방법이 성공하는데 있어서 중요하다. 이제까지의 연구는 반응 혼합물 내의 기체상 분획이 수율을 더 낮추는 결과를 가져온다는 것을 보여준다.
가수분해 후에 얻은 반응 혼합물은 통상의 방법에 의해, 예를 들면 카프로락탐을 유리 섬유, 충전제, 안료 등과 같은 존재하는 임의의 고체로부터 분리시키고 이것을 추가의 정제 단계, 바람직하게는 증류 단계에 공급함으로써 마무리 처리할 수 있다.
물론, 본 발명의 신규 방법에 따라 수득되는 카프로락탐은 폴리카프로락탐 또는 상응하는 공중합체 및 배합물로 다시 전환될 수 있다.
바람직한 실시 태양에서는, 상술한 중합체 또는 혼합물을 250 내지 350 ℃,바람직하게는 290 내지 300 ℃로 가열함으로써 용융시킨다. 얻어진 용융물을 순차적으로 또는 바람직하게는 동시에, 7.5 내지 30 MPa, 바람직하게는 10 내지 15 MPa의 압력으로 압축시키는데, 압력은 용융물(용융물 A)이 후속적으로 접촉하게 되는 과열된 물의 압력보다 약간 더 높도록 선택하여 과열된 물이 용융 장치 (1) 내로 다시 흘러 들어가지 못하도록 하는 것이 유리하다. 특히 바람직한 실시태양에서는, 용융 처리 및 압축을 용융 장치 (1)로서 통상의 압출기 내에서 동시에 수행한다.
이어서, 과열된 물과 용융 장치 (1) 내에서 압축된 용융물(용융물 A)을 가수분해 반응기 (2) 내에서 접촉시킨다. 본 발명에 따르면, 온도 및 압력 범위는 특히 가수분해 반응기 내에서 가수분해하는 중에 기체상이 존재하지 않도록 선택한다. 여기서, 온도는 일반적으로 280 내지 320 ℃, 바람직하게는 290 내지 310 ℃, 특히 바람직하게는 300 내지 305 ℃이고, 압력은 일반적으로 7.5 내지 15 MPa, 바람직하게는 10 내지 12 MPa이다. 가수분해 반응기 내에서의 잔류 시간은 본질적으로는 -[-N(H)-(CH2)5-C(O)-]-의 반복 단위를 기준으로 하는 물의 첨가량에 따라 달라지며, 통상적으로는 15 내지 90 분, 바람직하게는 30 내지 60 분이다.
가수분해 반응기 (2)로서는 내압관들을 사용할 수 있고, 이 반응기에는 술저사(Sulzer) 제품의 SMX 형태의 혼합용 부재와 같은 배플이 장착될 수 있거나 또는 없다 (Chem. -Ing.- Tech.62(1990) 제650-654면 참조). 바람직한 실시태양에서는, L/D 비율이 20:1 내지 150:1, 바람직하게는 50:1 내지 120:1인 관 반응기가 사용된다.
바람직한 실시태양에서, 가수분해 반응기로부터 배출되는 혼합물은 1 단계 또는 2 단계 장치일 수 있는 감압(let-down) 장치 (3) 내에 공급하고, 0.1 내지 1.6 kPa, 바람직하게는 0.1 내지 0.4 kPa까지의 압력 강하의 결과로 2개의 상들, 즉 물을 주성분으로 하고 카프로락탐 및 미량의 휘발성 아민 화합물과 같은 소량의 다른 휘발성 물질들을 함유할 수 있는 기체상 B와, 주된 양의 절단된 카프로락탐을 주성분으로 하고 사용되는 혼합물에 따라 유리 섬유, 안료, 첨가제 등과 같은 첨가제를 함유할 수 있는 기체상 C가 필수적으로 생성된다. 증기를 함유하는 기체상 B는 통상적으로는 감압 장치 (3) 내에서 비기체상 C로부터 분리되며, 물은 적당한 장치, 예를 들면 증류 장치 또는 증발 단계에서 분리된 후에, 중합체 또는 혼합물을 가수분해하기 위한 가수분해 반응기 (2) 내에 도입된 물과 혼합하는 것이 바람직하다.
바람직한 실시태양에 있어서, 일반적으로 물을 함유하고 첨가제, 유기 및 무기 첨가제, 폴리카프로락탐 및 카프로락탐으로부터 제조된 코폴리아미드를 제외한 폴리아미드를 포함하지 않는 중합체를 함유할 수 있으며, 일반적으로 5 내지 20 중량%의 카프로락탐을 함유하는 비기체상 C는 분리 장치 (4)에 공급하고, 여기서 유리 섬유, 안료, 기타 중합체 등의 첨가제와 같은 존재하는 임의의 불용 성분들을 제거한다.
사용되는 분리 장치 (4)는 통상의 여과 장치, 예를 들면 벨트 여과기 또는 역세척 관 여과기, 또는 연속적 또는 주기적 배출을 가능하게 하는 다른 통상의 장치일 수 있으며, 벨트 여과기 또는 역세척 관 여과기가 바람직하다.
이어서, 불용 성분이 제거된 용액은 자체에 공지된 방법에 의해, 예를 들면, 기체상 B의 마무리 처리와 유사하게 카프로락탐으로부터 증류에 의해 물을 분리시키고 이것을 가수분해 수에 첨가하며, 카프로락탐을 정제 단계, 예를 들면 존재하는 카프로락탐 플랜트 내의 조 카프로락탐을 위한 정제 단계에 공급함으로써 마무리 처리할 수 있다. 원할 경우, 본 발명에 의해 수득되는 카프로락탐의 추가의 정제 수단은 예를 들면 유럽 특허 공개 제568,882호 및 동 제570,843호에 기재되어 있다. 이 후, 정제된 카프로락탐은 일반적으로 추가의 용도, 특히 PA 6의 제조에 사용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 신규한 방법은 폴리카프로락탐 함유 폐물질, 예를 들면 사용된 카펫, 카펫 조각(offcuts), 폴리아미드 6 제조시의 폐물질, 및 카프로락탐으로부터 제조되지 않은 폴리아미드를 60 중량%까지 함유할 수 있는 폴리아미드 혼합물을 재생하는 데에 사용할 수 있다.
종래 기술의 방법에 비해서 본 발명의 신규 방법이 갖는 잇점은 해중합 수율이 96%까지이고 체류 시간이 짧으며 처리 및 처분을 필요로 하는 폐물질의 양이 더 적다는 것이다.
<실시예 1>
20 MPa의 압력하에서 270 ℃로 유지시킨 폴리카프로락탐[울트라미드(Ultramid(R)) BS 700, 상대 점도: 2.7 (23 ℃에서 96 중량% 농도의 황산 중의 1 중량% 농도의 용액 중에서 측정함)] 0.3 ㎏/시간, 및 12 MPa의 압력 하에서 290 ℃로 유지시킨 물 2.7 ㎏/시간을 3 ℓ의 관 반응기 (길이:직경 비율 = 110:1) 내에 공급하였다. 평균 체류 시간은 60 분이었다. 반응기를 제거한 후, 혼합물을 115 ℃로 냉각시키고 0.1 kPa로 감압시켰다. 얻어진 반응 혼합물을 기체 크로마토그래피에 의해 분석하였다. 결과를 하기 표에 기재하였다.
<실시예 2 내지 11>
실시예 1을 상이한 물 대 중합체 비율 및 상이한 온도에서 반복하였다. 결과를 하기 표에 요약하였다.
실시예 | H2O:폴리카프로락탐 중량비 | 온도[℃] | 압력[MPa] | 체류 시간[분] | 카프롤락탐 수율 [%] |
1 | 10.2:1 | 290 | 12.0 | 35 | 75 |
2 | 10.6:1 | 292 | 12.0 | 51 | 92.5 |
3 | 10.0:1 | 296 | 12.0 | 54 | 93.6 |
4 | 10.4:1 | 296 | 12.0 | 60 | 94 |
5 | 8.0:1 | 300 | 12.0 | 70 | 92 |
6 | 8.3:1 | 300 | 12.0 | 68 | 90.1 |
7 | 11.0:1 | 305 | 12.0 | 60 | 96 |
8 | 11.0:1 | 300 | 12.0 | 55 | 95.9 |
9 | 13.0:1 | 300 | 12.0 | 55 | 96.4 |
10 | 11.0:1 | 320 | 13.0 | 50 | 85 |
11 | 10.0:1 | 300 | 13.0 | 90 | 80 |
Claims (4)
- -[-N(H)-(CH2)5-C(O)-]-의 반복 단위를 갖는 중합체, 또는-[-N(H)-(CH2)5-C(O)-]-의 반복 단위를 갖는 중합체 40 내지 99.99 중량%; 무기 충전제, 유기 및 무기 안료 및 염료로 이루어진 군에서 선택되는 첨가제 0.01 내지 50 중량%; 유기 또는 무기 첨가제 0 내지 10 중량%; 폴리아미드를 포함하지 않는 중합체 0 내지 40 중량%; 및 폴리카프로락탐 및 카프로락탐으로부터 제조된 코폴리아미드를 제외한 폴리아미드 0 내지 60 중량%를 주성분으로 하는 혼합물을 3 시간 미만의 반응 시간 동안 280 내지 320 ℃ 및 7.5 내지 15 MPa에서 과열된 물과 접촉시키되 (여기서, -[-N(H)-(CH2)5-C(O)-]-의 반복 단위를 갖는 중합체에 대한 물의 중량비는 5:1 내지 13:1임), 단, 물 및 사용되는 중합체 또는 사용되는 혼합물을 주성분으로 하는 반응 혼합물은 가수분해 조건하에서 기체상을 함유하지 않는 것인, 과열된 물의 존재하에 카프로락탐 함유 중합체로부터 카프로락탐을 제조하는 방법.
- 제1항에 있어서,(a) 중합체 또는 혼합물을 250 내지 350 ℃ 및 7.5 내지 30 MPa에서 용융 및 압축시켜서 용융물 A를 얻고,(b) 상기 용융물 A를 280 내지 320 ℃ 및 7.5 내지 15 MPa에서 유지되는 물과 가수분해 반응기 내에서 혼합하고,(c) 가수분해 반응기를 빠져나온 비기체상을 플래쉬(flash) 증발에 의해 배출시켜서 기체상 B와 비기체상 C를 얻고,(d) 상기 비기체상 C로부터 임의의 비액체 분획을 분리하여 카프로락탐을 함유하는 액체상 D와 고체상 E를 얻고,(e) 필요에 따라, 단계 d)에서 얻은 액체상 D를 카프로락탐의 정제 단계로 이송시키는 단계를 수행하는 방법.
- 용융 장치 (1), 이 용융 장치에 연결되어 있고 혼합 및 가수분해를 행하기 위한 가수분해 반응기 (2), 및 가수분해 반응기 (2)에 연결되어 있는 감압 장치(let-down) (3), 및 분리 장치 (4)를 필수적으로 포함하는,-[-N(H)-(CH2)5-C(O)-]-의 반복 단위를 갖는 중합체, 또는-[-N(H)-(CH2)5-C(O)-]-의 반복 단위를 갖는 중합체 40 내지 99.99 중량%; 무기 충전제, 유기 및 무기 안료 및 염료로 이루어진 군에서 선택되는 첨가제 0.01 내지 50 중량%; 유기 또는 무기 첨가제 0 내지 10 중량%; 폴리아미드를 포함하지 않는 중합체 0 내지 40 중량%; 및 폴리카프로락탐 및 카프로락탐으로부터 제조된 코폴리아미드를 제외한 폴리아미드 0 내지 60 중량%를 주성분으로 하는 혼합물로부터 과열된 물을 사용하여 가수분해함으로써 카프로락탐을 수득하기 위한장치.
- 제1항에 있어서, -[-N(H)-(CH2)5-C(O)-]-의 반복 단위를 갖는 중합체 대신에 -[-N(CH)-(CH2)5-C(O)-]-의 반복 단위를 갖는 올리고머가 사용되는 방법.
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JPH0883842A (ja) * | 1994-09-12 | 1996-03-26 | Nec Corp | 半導体装置 |
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