CN103890117A - 压力变色胶带及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了当在被粘物上磨平或分配胶带使颜色变化的遮蔽胶带，和制造这种胶带的方法。胶带包括衬背，在衬背底表面上的粘合剂层，和在衬背顶表面上的剥离结构，所述剥离结构包括压力变色指示剂和剥离层。压力变色指示剂的特征在于在制造工艺过程中施加的压力下，它没有活化，但当在被粘物上摩擦或分配时施加的压力下活化。

Description

压力变色胶带及其制造方法
相关申请
本申请要求2011年10月31日提交的美国临时申请No.61/553,628的权益，在此通过参考全文引入。
技术领域
本发明涉及含有压力-颜色粘合指示剂的粘合剂胶带。
背景技术
粘合剂胶带是本领域公知的。近年来，采用了数种方法来提供一流质量的遮蔽胶带(masking tape)。这些方法集中在改进粘合剂，以便一旦除去粘合剂，粘合剂残余物没有留下，且在胶带上提供边缘涂层，防止油漆和其他液体芯吸到用于胶带的纸张或织物基底内或者在胶带基底和被粘物之间渗出。然而，这些改进依赖于合适地施加胶带到被粘物上。若当施加胶带时，出现皱褶，或者粘合剂没有均匀地粘合到被粘物上，则可在胶带和被粘物之间出现间隙，在此油漆或液体可渗出且毁坏边界线。因此，需要提供视觉指示的粘合剂胶带，其中当施加胶带到被粘物上时，沿着胶带的全部长度来施加压力。
视觉指示可以是颜色变化。在无碳的纸层压体内发现了一种公知的颜色变化体系。该层压体使用颜色前体或颜色-形成剂(通常无色)，和反应形成可视图像的颜色活化剂。该无碳层压体可包括两个片材，在它的表面之一上含有无色的颜色-形成剂(它通常包含在压力可断裂的微囊内)的转移片材，和接收剂片材，所述接收剂片材典型地是具有在它的正面上涂布了颜色活化剂材料层的基底。这一二元的片材体系对于粘合剂胶带来说是不实际的。
因此，需要改进的粘合剂胶带，它包括颜色变化体系，以指示沿着一片遮蔽胶带的全部长度施加压力，使得用户接收视觉指示，若他们施加较小的压力或者没有施加压力到胶带的一部分长度上。在施加遮蔽胶带中这一性质的错误可导致油漆或其他液体在胶带和被粘物之间渗出。
发明内容
本发明的一个方面是压力变色(chromic)胶带，和更特别地，遮蔽胶带，它包括压力变色指示剂，一旦活化，则它提供相对压力的指示，当磨平(rub down)或者分配胶带到被粘物上时。
在一个实施方案中，压力变色胶带包括具有顶表面，底表面，和在顶表面和底表面之间延伸的至少第一边缘的衬背(backing)，在衬背的底表面上的一层粘合剂，和在衬背的顶表面上的剥离结构。该剥离结构包括压力变色指示剂和剥离层。压力变色指示剂的特征在于它没有被制造工艺过程中施加的压力活化，而是被摩擦(rub)胶带或者在被粘物上分配胶带时施加的压力活化。
在一个实施方案中，压力变色胶带还包括阻挡层。该阻挡层直接施加到衬背的顶表面上，充当阻挡层避免压力变色指示剂内的物质和/或充当剥离层防止吸收到衬背内。
本发明的另一方面包括制造压力变色胶带的方法。在一个实施方案中，该方法包括提供衬背，所述衬背具有顶表面，底表面，和在顶表面与底表面之间延伸的至少第一边缘，在衬背的底表面上施加粘合剂层，和在衬背的顶表面上施加剥离结构。该剥离结构包括剥离层和压力变色指示剂，其特征在于它没有被制造方法过程中施加的压力活化，而是被摩擦胶带或者在被粘物上分配胶带时施加的压力活化。
在另一实施方案中，施加剥离结构包括连续施加，点涂布或印刷压力变色指示剂到衬背上，和随后用剥离层罩面涂布压力变色指示剂。
在另一实施方案中，剥离结构还包括直接施加到衬背顶表面上的阻挡层。因此，该方法包括下述步骤：在施加压力变色指示剂和剥离层之前，直接施加阻挡层到衬背的顶表面上。和若存在压力变色指示剂作为独立于剥离层的独立层，则该方法将包括施加压力变色指示剂到阻挡层上，随后施加剥离层到压力变色指示剂上的步骤。
附图说明
本专利或申请文件包含至少一幅附图，具体地，制成彩色的以图4-7形式提交的照片。具有彩色附图的本专利或专利申请公布的副本，通过请求和支付必须的费用而由专利局提供。
图1是对于本发明的一个实施方案来说，一卷遮蔽胶带的透视图。
图2是图1中的压力变色遮蔽胶带的放大的截面视图，它阐述了含置于衬背上的剥离结构的层。
图3是具有压力变色层的遮蔽胶带的一个实施方案的胶带一部分的分解图。
图4是施加到玻璃板上的未处理的遮蔽胶带的照片，所述玻璃板被刷漆过，以阐述油漆渗出的概念。
图5是从压力变色胶带卷中取出的一片压力变色胶带的放大的照片。
图6是来自与图5所示的一片相同卷的压力变色胶带中的轻微活化的一片胶带的放大的照片。施加小量的压力，活化压力变色指示剂，使得在一部分胶带上某种暗蓝色是可视的。
图7是来自与图5所示的一片相同卷的压力变色胶带中的更加充分地活化的一片胶带的放大的照片。施加比图6中的胶带施加的压力量大的压力，活化压力变色指示剂，使得胶带的大多数表面积看起来是暗蓝色。
具体实施方式
下述详细说明将阐述本发明的一般原理，其实例在附图中另外阐述。在附图中，相同的参考标记是指相同或功能上类似的元件。
图1阐述了在芯18上缠绕的一卷10遮蔽胶带30，它包括压力-颜色粘合指示剂。在图2的截面中看到的胶带30包括施加到衬背12(也称为基底)上的多层。衬背12具有在图3的分解图中标记的顶表面32,底表面34,第一边缘36，和第二边缘38。关于图1-3，施加到衬背12的底表面34上的是粘合剂层14，和施加到衬背12的顶表面上的是剥离结构16。剥离结构16包括任选的阻挡层22(图2)，压力变色指示剂和剥离层，所述剥离层作为独立的层存在，是压力变色指示剂层24和剥离层26(图2和3)。压力-颜色指示剂层24被施加到与粘合剂层14相对的表面上的衬背12上(关于该页中相对于附图的取向，顶表面)。在一个实施方案中，压力-颜色指示剂可包括在剥离层26内，而不是单独的层。
衬背层12可以是皱纹纸，合成基底，或本领域技术人员已知适合于衬背层的其他材料。皱褶的NBSK(Northern Bleached SoftwoodKraft)纸幅是在本发明中使用的一种合适的衬背。或者替代地，取决于粘合剂胶带10打算的应用，根据本发明的公开内容加工并生产的自粘合组合物用的合适的纤维网-形式(web-form)的载体材料全部是已知的载体，且在涂布侧有或无合适的化学或物理表面预处理，和相反侧的抗粘合的物理处理或涂层。代表性实例包括，起皱，非-起皱，和剥离纸，聚乙烯，聚丙烯，聚异丁烯，聚酰胺，乙酸纤维素，氯乙烯和乙酸乙烯酯的共聚物，聚氯乙烯，聚偏氯乙烯，聚乙烯缩丁醛，聚苯乙烯，聚三氟氯乙烯，合成橡胶，例如丁二烯-苯乙烯和ABS聚合物，单或双轴取向的聚丙烯膜，聚酯，PVC，剥离和其他膜，以及发泡材料，由聚烯烃制造的纤维网形式的织造织物，针织物，和非织造织物。在其中压力变色指示剂是水-基的实施方案中，一些代表性的衬背，例如合成橡胶和聚丙烯膜可能不那么合适。
在一个实施方案中，衬背12可包括饱和剂。可通过采用饱和剂或者在饱和剂内浸泡，浸渍，涂布和/或浸涂衬背层12，或者通过其他已知的方法，施加饱和剂。在一个实施方案中，衬背12可以是网，编织物，或其他结构形式，它们在形成衬背的材料之间包括孔隙，使得饱和剂可包围单独的材料。在饱和剂内浸泡，浸渍，涂布，或浸涂足以饱和该网的时间段之后，取出该网，任选地挤压，除去过量饱和剂，并干燥。
饱和剂的施加重量通常为约15g/m2-约75g/m2。在一个实施方案中，饱和剂的施加重量为约15g/m2-约60g/m2。在另一实施方案中，饱和剂的施加重量为约15g/m2-约40g/m2。在另一实施方案中，饱和剂的施加重量为约15g/m2-约30g/m2。饱和剂可以是任何聚合物乳液，胶体分散液，溶液或其混合物。可以通过本领域技术人员已知的任何方式施加饱和剂。例如，在没有脱离本发明范围的情况下，饱和剂可以喷涂，刷涂，柔性版涂布，照相凹版辊涂，或浸渍在网上。饱和剂是有利的，因为它提供胶带衬背附加的强度。
如图1-3所示，将压敏粘合剂14施加到衬背12的一个表面，例如图3中标记的底表面34上。可使用或者挤出，任何方式的辊，刀，棒，或刮刀式涂布，幕涂或任何合适的方法，将粘合剂层14作为溶剂-浇铸、水性、无溶剂或熔融膜或者作为涂布层施加到衬背12上。在一个实施方案中，粘合剂涂布层的厚度范围可以是约0.1mil-约2.5mil。
压敏粘合剂(PSA)是在室温下“浸湿”(wet out)的弹性-基粘合剂。PSA's的典型变体衍生于天然橡胶，合成橡胶，丙烯酸类，有机硅及其改性物。在没有脱离本发明范围的情况下，可或者单独或者结合使用下述粘合剂胶料，溶液或乳液。合适的橡胶-基粘合剂包括，但不限于，天然橡胶，合成聚异戊二烯，苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)，苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)，苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEPS)，苯乙烯丁二烯橡胶，腈类橡胶，新戊二烯橡胶，缩丁醛和丁基橡胶，聚异丁烯，聚硫醚橡胶，有机硅橡胶，天然胶乳橡胶，和合成胶乳橡胶。合适的树脂-基粘合剂包括，但不限于，聚乙酸乙烯酯，聚乙烯基缩丁醛，聚氯乙烯，丙烯酸类，乙烯乙酸乙烯酯，聚乙烯-基，聚烯烃基，尼龙-基，苯酚-基(其中包括甲醛-基)，脲-基(其中包括甲醛-基)，环氧树脂，聚氨酯-基，松香-基(其中包括松香酯)，聚萜烯-基，聚酯，石油基和低分子量基粘合剂。
将阻挡层22置于具有粘合剂层14的表面相对的表面，例如图3中的顶表面32上的衬背12之上。阻挡层22的一种功能是防止包含在压力变色指示剂24和/或剥离层26内的试剂或化学品迁移到衬背12和/或粘合剂层14内。压力变色指示剂24在使用过程中经历颜色变化，和对于指示剂的颜色来说，可能不期望通过与被粘物接触的胶带迁移。典型地，被粘物是受施加油漆被保护的表面，因此不期望采用胶带本身的颜色。还可能的是压力变色指示剂24中的试剂或化学品若能迁移到衬背或粘合剂内，则可能干扰胶带的粘合性能。关于阻挡层22是有利的另一理由是在制造工艺过程中，它防止压力变色指示剂24被吸收到衬背12内。这是重要的，因为压力变色指示剂24可能是最昂贵的组分且它吸收到衬背内会增加制造过程中施加的用量。因此，在本发明的遮蔽胶带的一些实施方案中，阻挡层22可能是期望的。
在另一实施方案中，若衬背12本身对吸收压力变色指示剂24中的或者来自剥离层26的试剂或化学品不敏感，或者它们没有负面影响粘合剂，则阻挡层22可能不是需要的。
胶带30任选地包括剥离层26，例如有机硅剥离涂层，这允许胶带自缠绕成辊。剥离层26不限于有机硅剥离涂层，而可以是粘合剂和/或胶带领域的技术人员已知的任何其他合适的剥离体系。在另一实施方案中，压力变色指示剂包括在剥离层26内。剥离层26因此可含有密封材料，所述密封材料防止所得色料(color)离开胶带30并与被粘物上的油漆或涂层混合或者到达使用者的手上。
可借助本领域已知的任何常规的印刷，涂布，或空气刷涂技术，通过施加它们，相对于衬背12和粘合剂层14的厚度，最小化层22,24和26的厚度。厚度是维持胶带30的美学和性能以及最小化其直接材料成本的一种机理(mechanism)。
压力变色指示剂是一种颜色指示剂，在粘合胶带到被粘物上，即“磨平”时，它通过施加压力到胶带上而活化，然而在胶带的制造工艺过程中施加的压力下没有活化。“磨平”可以是在施加胶带到被粘物上的同时，当最终用户沿着胶带运行(run)或摩擦手时典型地施加的压力，或者通过工具，例如辊或胶带分配器施加的压力，以贴着被粘物挤压粘合剂。在磨平过程中施加的压力可以是约lOOkPa-约10,000kPa。在一个实施方案中，在磨平过程中施加的压力可以是约lOOOkPa-7000kPa。压力变色指示剂最初可以是无色的层，但在施加这一压力之后，经历化学变化成例如，但不限于，黑色，蓝色，绿色或红色之类的颜色。
本文描述的遮蔽胶带的目的是提供磨平胶带所使用的压力的颜色变化指示。例如，若在门框周围施加遮蔽胶带，保护它避免施加到墙上的油漆，则例如当施加胶带时，在最终用户比较努力地挤压的情况下，胶带将是较暗的蓝色色调，在施加较小的压力情况下，是浅色，和没有施加压力或者施加太小的压力时，没有颜色变化。这一胶带的优势是最终用户接收的指示，特别地若它们在磨平过程中错过了一部分胶带。相对于变蓝的附近的部分，仍然是原始颜色的一部分胶带容易被鉴定。最终用户现在可返回并磨平错过的部分，以改进胶带保护避免油漆渗出的能力。油漆渗出是在一片遮蔽胶带下渗漏的油漆线，参见图4包括的在正常未处理("UT")的遮蔽胶带下发现的油漆渗出的照片"P"(在其内不存在压力变色指示剂)。
压力变色指示剂包括颜色-形成反应物对。该颜色-形成反应物对包括颜色活化剂，也称为显影剂，和颜色前体。这种发色对是本领域已知的，且典型地颜色前体基本上无色，直到与颜色活化剂相连和/或反应。颜色活化剂和颜色前体二者可以被微囊化，且它们中的至少一种被包封在压力-可断裂的胶囊内。Maalouf的美国专利No.3,981,523(在此通过参考全文引入)描述了各种可能的颜色前体，其中包括其包封和在本文中可能有用的在无色形式中使用的其他最初无色的形成体系。另外，包封的颜色前体和/或包封的显影剂可由诸如Appleton of Appleton,Wisconsin,Microtek Laboratories,Inc.of Dayton,Ohio，或Chromatic Technologies,Inc.of ColoradoSprings,Colorado之类的公司制造。
在一个实施方案中，颜色前体是供电子的和颜色活化剂是接受电子的。在本发明的一个实施方案中使用的颜色前体包括事先教导过的在微囊化的成像体系中使用的那些前体。在一个实施方案中，这些物质基本上是无色的电子供体类型的化合物，它与电子受体，例如酸粘土或酸树脂反应，生成染料。基本上无色的物质可以是透明或白色的，但没有显示出它将变成的任何颜色色泽。这种颜色形成剂的代表性实例包括基本上无色的化合物，例如在它们的一部分骨架上具有内酯，内酰胺，砜，螺吡喃，酯或酰胺基结构的无色染料(leuco dye)。具体地，存在三芳基甲烷化合物，联苯甲烷化合物，氧杂蒽化合物，噻嗪化合物，螺吡喃化合物和类似物。除了无色染料以外，可使用已知的颜色形成的氧化还原对。
在一个实施方案中，颜色前体被微囊化；然而，在其他实施方案中，颜色前体可简单地分散在聚合物层内。可通过不同的已知技术，其中包括界面聚合，在油内一种或更多种单体聚合，以及各种熔融、分散和冷却方法，实现微囊化。形成壁的材料的选择取决于待包封的颜色显影剂和设计指示剂发信号的时间间隔。胶囊可以是能够包含显影剂，且没有通过胶囊壁过量泄露或渗出，直到胶带产品被施加。胶囊必须能耐受正常的处理和加工力，而没有断裂，但当在施加胶带的工艺中挤压时断裂。可用于本发明的形成壁的材料包括明胶，阿拉伯胶，聚乙烯醇，羧甲基纤维素，间苯二酚-甲醛，异氰酸酯，聚氨酯，脲甲醛壁形成剂，和更特别地脲-间苯二酚-甲醛壁形成剂，三聚氰胺-甲醛树脂，羟丙基纤维素和聚脲。
颜色形成反应物对的包封部分可容纳在惰性、非常稳定的聚合物(即，壁材料)内部。在胶囊壁内部容纳的化学品，例如颜色前体典型地被称为芯。胶囊可包括70％-95％的芯和30％-5％的壁材料。在一个实施方案中，胶囊可包括约85％的芯和15％的壁材料。所得胶囊可具有约1微米-约1000微米的平均粒度。在一个实施方案中，胶囊可具有约2微米-约50微米，或约2微米-约25微米，或约2微米-约10微米，或约2微米-约5微米的平均粒度。
在一个实施方案中，颜色前体如上所述被包封，且胶囊与显影剂混合。这一混合物可以是水性浆液，和当为浆液形式时，可包括约20-50％的固体或约35-45％的固体。在一个实施方案中，混合物包括1:10的包封的颜色前体与显影剂之比。
压力变色指示剂可连续施加，旋涂或印刷在胶带的衬背上并用剥离层罩面涂布。
关于这一点，应当指出，胶囊本身的确切性质可能不是关键的，只要相同的是能含有颜色前体或颜色活化剂且一旦根据常规的胶带施加工序撞击时，胶囊能断裂即可。设计微囊是压力可断裂的，使得一旦施加压力时，它们释放颜色活化剂和颜色前体。在制备用于这种胶带应用的包封的压力变色指示剂中考虑的性能是：(1)颜色前体相对于显影剂的浓度，以控制一旦胶囊断裂时出现的颜色强度，和颜色的抗褪色性；和(2)胶囊的强度，以控制活化灵敏度。可通过增加或降低壁材的厚度和/或改变壁材的组成，来改变胶囊的强度。这些是微囊化工程师，例如为以上所述的公司工作的那些工程师已知的技术。
在本发明的另一实施方案中，可在层，例如增塑溶胶内分散颜色反应物之一，正如美国专利No.4,212,153中所述。
在另一实施方案中，颜色前体或颜色活化剂之一可以是固定的，且为印刷的单词或图片形式，和当二者彼此接触时，可出现印刷图像形式的颜色，例如"ADHERED"，或符号，例如可出现检验标记。然而，横跨胶带出现的简单的均匀颜色可能是粘合胶带所使用的压力的一致性的比较简单和比较好的指示。
实施例
在40％吸液率(pickup)下饱和29.5lb.精美皱褶技术等级纸张的衬背，并干燥。饱和的纸张衬背具有正面，称为剥离面，和底面，称为粘合面。随后在3lb./令的干燥重量下直接施加阻挡涂层到饱和的纸张衬背的剥离面上。然后，作为第三步，在4lb./令的最终干燥重量下，将当活化时变蓝且具有1:10的微囊化染料与显影剂之比的含水压力变色油墨施加到阻挡涂层上。接下来，在片材的粘合面(底面)上涂布油漆工(painters)胶带应用而配制的SIS-基粘合剂，提供21lb./令的干重，同时将为剥离这一粘合剂而设计的标准剥离涂层施加到压力变色油墨层上，提供5lb./令的干重。在芯上收卷胶带，形成胶带卷。之后，从该卷中取出1英寸宽的胶带片的长条，并在表面上磨平，证明颜色变化，所述颜色变化来自于不同量的压力。图5包括的图片中示出了没有施加压力到胶带片上，图6包括的图片中示出了施加轻的压力到胶带片上，和在图7包括的图片中示出了施加较重(增加)的压力到一片胶带上。注意压力变色指示剂提供的颜色变化成暗蓝色如何在增加的压力下增加强度和胶带表面积的覆盖率。活化压力变色指示剂的选择压力应当大致等于提供压敏粘合剂对被粘物最佳粘合的压力。
这一实施例提供制造压力变色胶带的方法的一个实施方案。提供具有顶表面，底表面和在顶表面与底表面之间延伸的至少第一边缘。施加粘合剂层到衬背的底表面上，和施加剥离结构到衬背的顶表面上。这些层可按照任何顺序，同时或按序施加到衬背上。在剥离结构内部，压力变色指示剂和剥离层可以是一层或者可以是两层。当以两层形式存在时，可通过连续施加，点涂，印刷，挤出或其他已知的技术，同时或按序施加这些层到衬背顶表面上的一层或两层上。在另一实施方案中，可施加压力变色指示剂，干燥，和之后用剥离层罩面涂布。
在另一实施方案中，压力变色胶带包括阻挡层作为剥离结构的一部分。此处，阻挡层直接施加到衬背的顶表面上，施加阻挡层的方法可以与以上针对剥离结构内部的其他层讨论的那些相同。在以连续法制造的过程中，阻挡层可与压力变色指示剂和剥离层同时或按序施加。在一个实施方案中，按照下述顺序依次施加这三层剥离结构：阻挡层，压力变色指示剂(它也可以是一层)，剥离层。
由于详细地且参考优选的实施方案描述了本发明，因此，显而易见的是，在没有脱离本发明范围的情况下，本发明的修饰和变化是可能的。胶带优选是遮蔽胶带，但不限于此。
要求保护的内容如下面权利要求。

Claims (14)

1.一种遮蔽胶带，它包括：
具有顶表面，底表面，和在顶表面与底表面之间延伸的至少第一边缘的衬背；
在衬背底表面上的粘合剂层；和
在衬背顶表面上的剥离结构，该剥离结构包括：
压力变色指示剂和剥离层；
其中在制造工艺过程中施加的压力下，压力变色指示剂没有活化，但当在被粘物上摩擦或分配胶带时施加的压力下活化。
2.权利要求1的遮蔽胶带，其中压力变色指示剂以独立于剥离层的独立层形式存在，和剥离层是胶带的最外层。
3.权利要求1的遮蔽胶带，其中剥离结构进一步包括阻挡层，阻挡层是与衬背顶表面接触的最里层，和剥离层是最外层。
4.权利要求3的遮蔽胶带，其中压力变色指示剂以独立于剥离层的独立层形式存在，且置于阻挡层和剥离层之间。
5.权利要求1的遮蔽胶带，其中压力变色指示剂包括颜色前体和显影剂，其中颜色前体和显影剂中的至少一种被微囊化。
6.权利要求5的遮蔽胶带，其中压力变色指示剂是1份颜色前体比10份显影剂。
7.权利要求6的遮蔽胶带，其中颜色前体是供电子的和显影剂是接受电子的。
8.权利要求1的遮蔽胶带，其中衬背包括饱和剂。
9.权利要求8的遮蔽胶带，其中衬背包括牛皮纸。
10.权利要求1的遮蔽胶带，其中压力变色指示剂具有至少1小时的抗褪色性。
11.制造粘合剂胶带的方法，该方法包括：
提供具有顶表面，底表面，和在顶表面与底表面之间延伸的至少第一边缘的衬背；
在衬背底表面上施加粘合剂层；和
在衬背顶表面上施加剥离结构，该剥离结构包括：
压力变色指示剂和剥离层；
其中在制造工艺过程中施加的压力下，压力变色指示剂没有活化，但当在被粘物上摩擦(rub)或分配胶带时施加的压力下活化。
12.权利要求11的方法，其中施加剥离结构包括在衬背上连续施加，点涂或印刷压力变色指示剂，和随后用剥离层罩面涂布压力变色指示剂。
13.权利要求11的方法，其中剥离结构进一步包括阻挡层，和该方法进一步包括在施加压力变色指示剂和剥离层之前，直接施加阻挡层到衬背顶表面上。
14.权利要求13的方法，其中压力变色指示剂以独立于剥离层的独立层形式存在，和该方法包括施加压力变色指示剂到阻挡层上，和随后在压力变色指示剂上施加剥离层。
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