CN1050105C - 一种用于可盛放和发放液体的容器的透气系统及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种包括一中空体、适于盛放和输出液体材料的容器，其中容器包括一密封与透气系统，它包含一有一个或多个与容器相通的孔的有孔区(4)，并在有孔区(4)上结合使用了一液体不可透而气体可透薄膜，从而提供一液体不可透密封装置(1)和气体可透透气装置，其特点是薄膜经过处理以降低表面能。

Description

一种用于可盛放和发放液体的容器的透气系统及其制备方法

本发明涉及一种用于可盛放和发放液体的容器的透气系统，该透气系统能由于容器内压力和外界环境压力之间所存在的微小压力差使空气/容器内气体进出容器的内部，本发明还涉及上述透气系统的制备方法。

由于在防止任何液态内容物的泄漏而密封的容器内部和外界大气压力之间所存在的压力差，因而容器变形的问题在包装业是广为人知的。对于某种特定的材料，特别是某些塑料，这种容器变形是不可恢复的。

经常是由塑性材料制成的薄壁、半柔性的容器尤其会遇到这种问题。

如果容器内的压力高于外界大气压力，容器将趋于鼓胀，且其可能开裂或在极端条件下爆炸。如果容器内的压力低于外界大气压力，容器将趋于凹陷或被向内压扁，这种效果有时称为“镶板”。对于基本是圆柱形的容器这个问题最为明显。

由于盛有液态内容物的容器内部和外界环境压力间的压力差的存在，在输出该内容物时还可能造成污染。在容器内部处于正压力的情况下，在容器的开口处会迅速与外界压力平衡，液态内容物可能喷溅出来造成讨厌的污染，如果溅入开启者的眼内还可能出安全事故。

有许多可能的因素可以造成上述压力差的存在。例如，容器的液态内容物的化学稳定性可能本身就差，或可能与容器上部空间内的气体发生反应；或者另一种情况是，在某种特定的条件下可能与容器材料本身发生反应。涉及液态内容物的任何化学反应均可能导致要么产生气体且因此而使容器内部压力升高，或者吸收上部空间气体从而造成容器内部压力下降。

能够起反应诸如增大容器内部压力的液态物质包括那些含有漂白剂成分的物质。能与上部空间气体(特别是氧气)发生反应诸如使容器内部产生负压的液态物质包括液态除垢剂，例如柔和型液态除垢剂，特别是那些含有特定芳香成分者。

在反应要靠光激活的情况下，由于与内容物有关的化学反应所造成的容器变形问题可以通过用不透明材料制作容器而减轻。但是不透明的容器常使使用者感到缺乏美感，并且不可能看清楚一个半满的容器内还剩有多少盛放物。

申请人已经发现，对除垢剂物质中普遍使用的许多芳香成分的反应起光激活作用的经常是红光(波长大约410～500nm)。在这种情况下，芳香成分的这种不受欢迎的反应可通过用能吸收红光的材料制作容器而得以减弱。

在一低温下储存容器及其内容物也能减缓某些化学反应过程。但是由于下面将详细解释的原因，低温储存也可能引起容器变形。

容器内部压力和外界大气压力之间的压力差也可能由于容器灌装温度和储存温度的变化而产生。例如，容器的内容物可能在其温度与外界环境温度有显著差异的情况下加入到容器内，而在密封于容器内的情况下内容物的温度与外界温度相平衡。或者例如，产品可能是在工厂典型工作环境的环境温度(例如18～20℃)下灌入容器内的，但是存放于冷仓库内或在赤道附近运输和销售，该处典型的日间温度超过30～35℃。

容器内部压力和外界大气压力之间的压力差也可能由于灌装地当地的外界大气压力和产品所要送达地区的当地外界大气压力间存在差异而产生。

如上所述的容器变形问题最常见于完全灌满或部分灌满的容器，这时内容物化学不稳定性的可能性是这一问题出现的特定根源，与此同时申请人还发现变形问题也发生于空容器，特别是密封的空塑料瓶。

容器变形问题对于厚壁容器不太明显，因为它具有变形能力差的属性。但是，考虑到成本和要使原材料的使用最少，从而减少对环境的破坏，在可能的情况下均使用薄壁容器是发展趋势。

许多消费产品的容器包括通过使用者挤压容器而输出产品的装置。这类装置，例如包括餐具清洗剂或多用途家用液体清洗剂的塑料挤瓶，由于其自身特点要用软性材料制成，以便挤压，因而它们本身也会由于其它外界原因而变形。

在本技术领域已经提出过针对由于容器内部压力和外部环境之间的压力差所造成的容器变形问题的解决办法。所提出的解决方案包括将容器设计成特殊形状，使这种容器的形状有最好的抵抗变形的能力。这类解决办法存在有缺点，它限制了这种容器设计上的灵活性。

其它针对容器内压力过高这个特殊问题所提出的解决方案包括各种类型的阀门系统。再有一些解决方案涉及容器的多种透气盖，它能使容器内产生的压力通过气体的逸出而释放。例如US-A-3,315,831、US-A-3,315,832、GB-A-2,032,892和FR-A-1,490,177公开了包括有复合盖衬的透气盖。悬而未决的欧洲专利申请No.92202223.1公开了一种透气和输出盖，它无需从容器土取下该盖即可输出任何液体内容物。

美国专利US-A-3,471,051介绍了一种半透气容器封闭装置，它包括一个复合透气衬，该衬包括石棉纤维衬垫材料，该衬垫至少有一部分与一纤维螺旋粘接(spun-bonded)的片状材料相对。

法国专利FR-A-2,259,026介绍了一种透气封闭装置，它包括由聚四氟乙烯材料制成的透气衬。

美国专利US-A-4,136,796介绍了一种容器透气封闭装置，它包括一个能使处于压力之下的气体透过的薄膜，其中该薄膜是由碳氟化合物的纤维织物制成的。

德国专利DE-A-2,509,258介绍了一种压力补偿螺旋盖，它包括一个由充满氟化烃或氯化烃的聚合物的细棉纤维物制成的透气密封装置。

本发明的目的在于提供一种用于可盛放和发放液体的容器的透气系统，这种透气系统可为容器内的压力变化提供快速响应以便防止容器变形的问题。

本发明的另一目的在于提供上述透气系统的制备方法。

根据本发明，提供一种用于一个适用于盛放和发放液体的容器的透气系统，该容器包含(a)一个内部和一个排放孔，所述排放孔具有一个可重复关闭的封闭装置来可逆地密封该排放孔以防止液体逸出，和(b)一个设置在该封闭装置内的多孔构件，该多孔构件提供在所述容器的所述内部与所述容器外部的环境空气之间的流体连通，其特征在于该透气系统包含一片微孔薄膜，该微孔薄膜跟所述多孔构件接触，使得该微孔薄膜在所述封闭装置将所述容器密封住时可让气体透过以使气体在小于100毫巴的压力差下进出该容器，并且不允许液体透过以防止具有小于30达因/厘米的表面张力的液体通过。

根据本发明的另一方面，提供一种用于制备上述的用于一个适用于盛放与发放液体的容器的透气系统的方法，所述容器具有一个排放孔和一个内部，该方法包含以下步骤：(a)准备好一个可重复关闭的封闭装置以可逆地密封住所述排放孔，所述封闭装置其内具有一个多孔构件，该多孔构件在该封闭装置在该容器上关闭住时提供在该容器的内部与该容器外部的环境空气之间的流体连通；(b)将一片可透过气体的薄膜敷设到该多孔构件上，该薄膜在小于100毫巴的压力差下透气让气体进出该容器；(c)对该薄膜进行处理以降低其表面能，使得该薄膜对那些其表面张力低于该表面能的液体不能透过。

根据本发明，由于这种用于容器的透气系统包括一多孔区，在其上施用了一片基本上是液体不能透过但气体能透过的薄膜，从而提供一种在正常使用条件下防止液体泄漏的密封，然而，由于较小的压力差使气体能够透过，并进出容器。薄膜经过处理以降低其表面能。该薄膜最好由合成材料制成。申请人的密封与透气装置为密封容器内的压力降低和压力升高均提供了快速响应，这样从根本上防止了容器变形的问题。

申请人独特的解决方案不需要使用本技术领域内众所周知的那类阀门或透气盖，它们通常很复杂且需要高昂的制造成本。与本技术领域内众所周知的阀门系统不同，申请人的解决方案能由于较小的压力差双向透气。

悬而未决的欧洲专利申请No.92,870,173.9公开了一种塑性材料，它不能使液体透过但能使气体透过。它还公开了能用上述材料制成的封闭容器，适于盛放可在该密封容器内产生压力的液体。对于包括有孔区且在此结合作用于有孔区的一液体不可透而气体可透材料薄膜的密封与透气系统，该悬而未决的专利申请中没有公开。本发明的优点是薄膜仅需要液体不可透而气体可透材料，而容器的其它部分可用传统的廉价材料制成。

根据本发明的另一方面，该液体不可透密封装置和气体可透透气装置能由于容器内局部压力和外界环境(外部)压力间低于100毫巴、特别是低于50毫巴、尤其是低于30毫巴的压力差进行空气/气体进出容器的双向透气，因此从根本上改进了可能由上述压力差所产生的容器变形。

根据本发明更为可取的一个方面，该液体不可透而气体可透薄膜是微孔合成材料薄膜，平均孔径最好是0.2～3微米。该薄膜最好经过处理使其表面张力为30达因/厘米或更低，从根本上实现液体的完全不可透。

在上述容器的一个优选实施例中还包括一排放孔，和一个用于上述排孔的可逆密封的装置。

图1所示为传统的翻转封闭装置；及

图2是包括根据本发明的液体不可透密封装置和气体可透透气装置的翻转封闭装置。

本发明提供了一种包括一中空体、适于盛放和输出液体材料的容器，其中上述容器包括一密封与透气系统。

该容器的柔软程度是这样的，它可由于容器内和外部环境压力之间产生的压力差而变形。这一压力差的大小典型地可小于50毫巴(约0.05个大气压)，或在容器内为负压的情况下甚至是低于30毫巴(约0.03个大气压)。例如在一个盛有餐具洗涤液的半满的塑料挤瓶内即可产生这样一个负压。而当容器内盛有不稳定的漂白剂成分(包括过氧化氢)作为其内容物的一部分时，则可能会产生较大的压力差。

在容器应具有一定程度的柔性的同时，在没有任何压力差或外部压力时它基本上还是一个刚性结构。但是，完全非刚性、因此基本上没有固定形状的容器(如薄塑料袋)也包括在本发明之内，该塑料袋在市场上通常被用作洗涤剂产品(例如强力除垢液)的二次灌装包装物。

对于基本上是刚性的容器，它可以是任何形状的。容器适用的形状基本上包括圆柱、圆锥、椭圆、方形、矩形或扁椭圆等容器形状。

该容器基本可由任何材料制成，如塑料、金属、纸或这些材料结合使用作为表层、夹层或双材料压出产物。这类材料可以是新的或再生的或两者的结合。优选的容器材料包括诸如聚乙烯(高密度或低密度)、聚氯乙烯、聚酯、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PETG(聚对苯二甲酸乙二醇酯乙二醇)、聚丙烯、聚碳酸酯和尼龙之类的塑料，它们可单独使用或结合使用，作为表层、夹层或双材料压出产物。一种较佳的容器材料可用再生塑料夹在新塑料的表层间构成。

该容器应适、密闭住液体材料，防止泄漏，特别是那些表面张力为30达因/厘米或更低的液体。液体材料可包括水、液、糊、膏和胶体。本发明的容器特别适于盛放液态家用产品，例如餐具洗涤液、液态强力除垢剂、硬表面和家用清洁剂、洗发液、液态漂白剂、个人美容护肤液、油脂和牙膏。

该容器包括一密封与透气系统，其有一包括一个或多个与容器相通的孔的有孔区，结合使用一施用于此有孔区上的液体不可透而气体可透薄膜，提供一液体不可透密封装置和气体可透封闭装置。在此所说的薄膜是一可用来覆盖有孔区的薄层。

有孔区可有一个或多个孔，其孔径适于使空气/气体通过，该孔的直径最好是至少为0.1mm，因为如果孔径再小，则孔被液体内容物所堵塞可能会成为问题，特别是当薄膜装在容器的外面时尤其如此。

该薄膜必须是不能透过液体却能使气流通过，特别是在低至100毫巴、甚至低至50毫巴的小压力差下。薄膜的厚度只是个选择问题，典型地应是在0.01-2mm范围，较好地是0.02～1mm，最好是在0.05-0.5mm。薄膜基本上可用任何材料制成，如塑料、金属或纸，可以呈薄层形状。

该薄膜较好的是用合成材料制成。较好的合成薄膜材料包括微孔塑料膜。任何微孔薄膜材料的微孔孔径均应能使空气/气体透过而不透过液体。典型地，该微孔将在0.05～10微米范围，最好是0.2～3微米。

优选的微孔薄膜材料包括无纺塑料薄膜，特别是杜邦公司(Du PontCompany)以Tyvek商品名出售的无纺螺旋粘接聚乙烯薄膜材料。

用烧结、拉伸、轨迹浸蚀、模板浸析和相转变等方法制备的合成薄膜材料在此是有用的。

薄膜经过处理以降低其表面能，且因此而提高薄膜的防渗漏性。对于盛放含有表面活性剂成分产品的容器，降低薄膜材料的表面能以提高防漏性就特别必要。在这种特殊用途下，薄膜材料的表面能应低于含有表面活性剂产品的表面能，从根本上使所盛放的该产品完全不能透过。在处理后，薄膜的表面能应低于30达因/厘米，较好的低于20达因/厘米，最好低于15达因/厘米。

碳氟化合物处理是一个较好的处理实例。它是在微观程度上在薄膜表面上固着一层碳氟化合物材料，以降低表面能，从而提高液体不透性。但是当实际用于处理根据本发明所使用的薄膜材料时，这种碳氟化合物处理不应损害薄膜的透气性。

氟化处理也可以用于降低薄膜的表面能且继而提高液体的不透性。氟化处理可降低薄膜受盛放产物润湿的敏感性。具体地讲，氟化处理过程是将稀氟气施加在薄膜上，以氟化薄膜表面上的碳氢分子。

根据需要降低表面能的薄膜处理方法还可以包括在薄膜表面涂一层合适的材料，如碳氟化合物材料。一种优选的碳氟化合物材料由3M公司以Scotchban L12053的商品名出售。

该薄膜基本上可用任何手段作用于有孔区上，从而能够提供一液体不可透密封装置和气体可透透气装置。因此所应用的手段可包括采用粘接，或发热密封技术、超声密封、高频密封，或用机械手段安装薄膜，如夹、铆或热冲压，或在一特定的优选实施例中用插入模压法，它是在容器的模压过程中插入薄膜。所用的密封手段均不应显著地破坏薄膜的透气能力。为此，任何粘贴薄膜用的粘接剂最好也是透气的，或不会堵塞薄膜材料的孔。

在一个优选实施例中，薄膜被全部或部分地涂上一层自粘胶，作为将薄膜粘合于容器的有孔区之上的手段。胶可以有选择地涂覆到薄膜上，使薄膜上直接覆盖在容器的孔上的区域没有胶，从而避免胶堵塞住孔的可能性。该自粘胶最好本身是能透气的。

在另一个优选实施例中，容器由两层或多层材料制成，其中每层容器材料有一有孔区，上述有孔区基本是相连的，且其中薄膜插入容器材料层的该基本相连的有孔区之间。在此实施例中，容器材料最好是聚乙烯。

在一优选实施例中，容器还包括一排放孔，和一个用于上述排放孔的可逆密封的装置。该排放孔基本上可以是任何形状和大小的开口，能排出液体内容物。但是典型地，该排放孔是一个直径在0.5～100mm间的圆孔。

上述排放孔的可逆密封装置最好包括一可重复关闭的输出系统。此可重复关闭的输出系统可以由一个拧上或卡上的盖构成，或由更复杂的输出系统构成，例如翻转封闭装置、推拉封闭装置、喷雾发射封闭装置、自排封闭装置或回转封闭装置。

该可重复关闭的输出系统可包括上述密封与透气系统。在一特定的实施例中，该可重复关闭的输出系统是一个包括密封与透气系统的翻转封闭装置。

通过下面一些没有局限性的例子将对本发明做出进一步说明。

例1

在两套白色、带翻转封闭装置、基本呈圆柱状、容积为565ml的塑料试瓶的每一个内装入500ml带芳香成分的餐具洗涤液(由TheProcter & Gamble Company以Fairy商品名出售的那种)。因此，上部空间为65ml。

一套瓶子(A型瓶)采用传统的防漏翻转封闭装置。另一套瓶子(B型瓶)采用根据本发明的包括密封与透气系统的翻转封闭装置。具体地讲，该密封与透气系统包括在翻转封闭装置的翻转盖的盖板上钻一个直径约0.1mm的孔，且将一层涂有Scotchban L12053(3M公司的商品名)的Tyvek 10型(杜邦公司的商品名)膜用一种透气胶贴在该孔上，以构成密封与透气装置。

分别参阅图1和图2可能会对传统的翻转封闭装置和本例的翻转封闭装置有更好的理解。

图1表示传统的翻转封闭装置，其中标号1是盖的盖板，标号2是小孔密封销，标号3是漏斗状输出口。图2表示一个结合使用了本发明密封与透气系统的翻转封闭装置，其中标号4是钻透翻转盖的盖板的一个孔，标号5是涂层/经过处理后的薄膜材料，标号6是小孔的密封销，而标号7是漏斗状输出口。

采用“窗口曝光”和“低温贮存”试验对两组部分充满的试瓶样品的压力变化变形进行评价。每项试验至少进行两次，以给出最后所引证的试验结果。

变形由具有下列分级度的专家分级进行评价：

A 没有变形

B 小变形，消费者看不出来

C 变形，挑剔的消费者可注意到

D 大变形，消费者可明显注意到

分级是参考一套与试验中所用同类型瓶子的照片做出的，照片中表明了变形程度及等级的数值。采用这样的目测分级为评价容器的变形提供了一种实用的方法。因为瓶子未必总是以均匀方式变形的，所以已经证明，要推导出更标准的、用数字表示的容器变形评价方法是困难的。事实上，变形的部位和特性可能在一定程度上取决于瓶子结构上的局部薄弱点，而这将因瓶而异。

窗口曝光试验

包括10个部分充满的试验瓶，5个(B型)带密封与透气装置(第二套)、5个(A型)不带(第一套)，的一组试样被放置于窗台上，使它们暴露在日光下。试验期内，瓶子在窗台上的位置每天变换，使光照近乎均匀。每隔一个星期进行一次评级，对瓶子的防漏性和变形做出评价，得出下列结果：

          第一套      第二套

0星期    100％A级    100％A级

1星期    50％A级     100％A级

         50％B级

2星期    20％A级     100％A级

         30％B级

         50％C级

3星期    10％B级     100％A级

         50％C级

         40％D级

在整个试验期间所有瓶子均表现出令人满意的防漏性。

低温贮存试验

包括6个部分充满含芳香成分的餐具洗涤液的试验瓶，3个(B型)带有包括根据本发明的密封与透气装置的翻转封闭装置(第四套)，及3个(A型)带有传统的翻转封闭装置(第三套)，的一组试样在该封闭装置打开的情况下浸入热水池中，将瓶中的内容物加热到35℃。当内容物达到这个预期的温度时立即关闭翻转盖，而后将密封的瓶子放入温度为0℃的冰箱中。

对瓶子的变形进行了评级。4小时后第三套的所有瓶子均被评为D级。一星期后第四套的所有瓶子仍被评为A级。两套瓶子的防漏性均令人满意。例2

取两套各三个塑料试验瓶并装入500ml的水，一套(第6套)采用了带有根据本发明密封与透气装置的翻转封闭装置(B型)，及另一套(第5套)用传统的翻转封闭装置(A型)。这两套瓶子用类似于例1中“低温贮存”试验的方法对压力变化变形进行评价，不同之处仅在于瓶子及内容物开始在水池中被加热到60℃。每个试验进行两次，以给出最后所引用的结果。

对瓶子的变形进行了评级。在0℃的冰箱内经过6小时后，第6组的所有瓶子被评为A级，而第5组的瓶子50％C级，50％D级。

例3

取两套各三个塑料试验瓶。一套(第8套)采用了根据本发明密封与透气装置的翻转封闭装置(B型)，而另一套(第7套)用传统的翻转封闭装置(A型)。将这两套空瓶密封住，然后用类似于例2中所述“低温贮存”试验对压力变化变形进行评价。每个试验均进行两次，以给出最后所引用的结果。

对瓶子的变化进行了评级。在0℃的冰箱内经过6小时后，第8组的所有瓶子被评为A级，而第7组的瓶子50％B级，50％C级。

例4

取一套白色、基本为圆柱形的A型塑料试瓶。这套瓶子由传统的防漏翻转封闭装置构成。在每个瓶子的肩部打一个直径约4mm的孔，将涂有Scotchban L12053(3M公司的商品名)的一层Tyvek 10型(杜邦公司的商品名)膜用透气胶贴在该孔上，以提供一根据本发明的密封与透气系统。当用例1的方法进行评价时，这套瓶子表现得足以满足要求。具体地讲，当瓶子部分充满含芳香成分的餐具洗涤液，用例1的“窗口曝光”和“低温贮存”试验评价压力变化变形时，获得非常令人满意的结果，表现出几乎没有或根本没有变形。同时还观察到防漏性也是令人满意的。

例5

往两套带有插入瓶颈的去头喷嘴(snip off spout)的白色椭圆瓶内加入含有过氧化氢的漂白剂产品，是由Procter & Gamle公司以AceGentile商品名在意大利出售的那种类型。第一套瓶子有一由去头喷嘴构成的封闭装置，带有根据本发明的密封与透气系统，其包括4个直径1.8mm的孔，通过用插入模压法覆盖上一层用涂有ScotchbanL12053(商品名)的Tyvek(商品名)制成的薄膜。第二套瓶子具有同样的去头喷嘴，但没有密封与透气系统。两套瓶子均在50℃的烘箱内放置10天。10天后，带有根据本发明的插入模压膜的10个瓶子没有一个发生明显变形。而第二组瓶子的变形达到其前后尺寸增加了11％的程度。

例6

将用涂有Scotchban L12053的Tyvek(商品名)制成的薄膜固定在一套10根管子每一根的端部。在将带膜的每个管子的一端浸入水中后，向管子内通入空气并加压，当有气泡透过薄膜时记下压力值。测出的压力为20毫巴或更低。

然后向管内注入含有过氧化氢的漂白剂产品(Procter & Gamle公司以Ace Gentile为商品名出售的那种类型)。注入的高度为24cm。管子固定在竖直位置达24小时，然后检查产品透过薄膜的渗漏。在10个样品中未发现渗漏。

例7

制备了如本发明例1、例4、例5、和例6每一种的实施例，只是所用的透气膜代之以一层经碳氟化合物处理的Tyvek 10型(杜邦公司的商品名)膜，该处理是在薄膜的表面上提供一薄层碳氟化合物材料。

Claims (5)

1.一种用于一个适用于盛放和发放液体的容器的透气系统，该容器包含(a)一个内部和一个排放孔，所述排放孔具有一个可重复关闭的封闭装置来可逆地密封该排放孔以防止液体逸出，和(b)一个设置在该封闭装置内的多孔构件，该多孔构件提供在所述容器的所述内部与所述容器外部的环境空气之间的流体连通，其特征在于该透气系统包含一片微孔薄膜，该微孔薄膜跟所述多孔构件接触，使得该微孔薄膜在所述封闭装置将所述容器密封住时可让气体透过以使气体在小于100毫巴的压力差下进出该容器，并且不允许液体透过以防止具有小于30达因/厘米的表面张力的液体通过。

2.一种用于制备如权利要求1所述的用于一个适用于盛放与发放液体的容器的透气系统的方法，所述容器具有一个排放孔和一个内部，该方法包含以下步骤：

(a)准备好一个可重复关闭的封闭装置以可逆地密封住所述排放孔，所述封闭装置其内具有一个多孔构件，该多孔构件在该封闭装置在该容器上关闭住时提供在该容器的内部与该容器外部的环境空气之间的流体连通；

(b)将一片可透过气体的薄膜敷设到该多孔构件上，该薄膜在小于100毫巴的压力差下透气让气体进出该容器；

(c)对该薄膜进行处理以降低其表面能，使得该薄膜对那些其表面张力低于该表面能的液体不能透过。

3.按权利要求2所述的方法，其特征在于所述处理步骤包括用一种碳氟化合物对该薄膜进行涂覆。

4.按权利要求2所述的方法，其特征在于所述处理步骤包括用一种稀的氟气施加到所述薄膜上将在该薄膜的一个表面上的碳氢分子氟化。

5.按权利要求2所述的方法，其特征在于所述表面能低于30达因/厘米。

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