CN105111515A - 一种新型抗氧剂改性天然橡胶电缆材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型抗氧剂改性天然橡胶电缆材料，其原料按重量份包括以下组分：天然橡胶50-80份、三元乙丙橡胶15-40份、氯丁橡胶5-10份、硬脂酸0.5-2份、活性氧化镁1-1.8份、氧化锌0.5-1.5份、硫磺1-3份、纳米碳酸钙10-25份、有机改性蒙脱土10-35份、1,1-双(叔丁基过氧基)环己烷0.3-2份、促进剂CZ？0.8-1.5份、促进剂DM？0.5-2份、防老剂40100.5-2份、新型抗氧剂0.5-1.5份、环氧糠油酸丁酯0.5-1.5份、环氧大豆油0.2-1份。本发明所述新型抗氧剂改性天然橡胶电缆材料，其强度高，耐老化性好，用其制作的电缆综合性能好，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及电缆材料技术领域，尤其涉及一种新型抗氧剂改性天然橡胶地电缆材料。
背景技术
橡胶科学技术的发展，使橡胶材料广泛应用于建筑、汽车、电子电气、航空航天等各个领域。天然橡胶是电缆材料使用的橡胶之一，然而，天然橡胶属于聚合物，在加工、贮存以及使用的过程中，会由于环境因素而发生老化，逐渐失去其使用价值，制约了其使用寿命，对实际应用带来了不便，因此，采取有效的措施阻止或延缓天然橡胶材料氧化老化，延长电缆材料的使用寿命是当务之急。
发明内容
本发明提出了一种新型抗氧剂改性天然橡胶电缆材料，其强度高，耐老化性好，用其制作的电缆综合性能好，使用寿命长。
本发明提出了一种新型抗氧剂改性天然橡胶电缆材料，其原料按重量份包括以下组分：天然橡胶50-80份、三元乙丙橡胶15-40份、氯丁橡胶5-10份、硬脂酸0.5-2份、活性氧化镁1-1.8份、氧化锌0.5-1.5份、硫磺1-3份、纳米碳酸钙10-25份、有机改性蒙脱土10-35份、1,1-双(叔丁基过氧基)环己烷0.3-2份、促进剂CZ0.8-1.5份、促进剂DM0.5-2份、防老剂40100.5-2份、新型抗氧剂0.5-1.5份、环氧糠油酸丁酯0.5-1.5份、环氧大豆油0.2-1份；其中，所述新型抗氧剂按照以下工艺进行制备：将2-叔丁基-6-(3-叔丁基-5-甲基-2-羟苯基)-4-甲基苯基丙烯酸酯和2-巯基乙基三乙氧基硅烷加入二甲苯中，混合均匀后通入氮气，升温后保温搅拌预定时间，然后加入三乙胺进行反应得到中间体；将纳米二氧化硅加入乙醇水溶液中，分散均匀后调节体系的pH值，然后加入中间体分散均匀，升温后通氮气进行反应，反应结束后冷却，经过滤、洗涤、干燥得到所述新型抗氧剂。
优选地，其原料按重量份包括以下组分：天然橡胶58-65份、三元乙丙橡胶25-32份、氯丁橡胶6-7.5份、硬脂酸1.3-1.7份、活性氧化镁1.3-1.5份、氧化锌0.7-1.2份、硫磺1.8-2.3份、纳米碳酸钙16-22份、有机改性蒙脱土20-30份、1,1-双(叔丁基过氧基)环己烷0.9-1.6份、促进剂CZ0.9-1.2份、促进剂DM1.3-1.8份、防老剂40101.2-1.8份、新型抗氧剂1.1-1.5份、环氧糠油酸丁酯0.8-1.2份、环氧大豆油0.6-0.9份。
优选地，其原料按重量份包括以下组分：天然橡胶63份、三元乙丙橡胶28份、氯丁橡胶6.2份、硬脂酸1.5份、活性氧化镁1.38份、氧化锌1份、硫磺2份、纳米碳酸钙20份、有机改性蒙脱土28份、1,1-双(叔丁基过氧基)环己烷1.5份、促进剂CZ1份、促进剂DM1.5份、防老剂40101.25份、新型抗氧剂1.38份、环氧糠油酸丁酯1份、环氧大豆油0.65份。
优选地，所述新型抗氧剂按照以下工艺进行制备：按重量份将20-45份2-叔丁基-6-(3-叔丁基-5-甲基-2-羟苯基)-4-甲基苯基丙烯酸酯和10-30份2-巯基乙基三乙氧基硅烷加入50-100份二甲苯中，混合均匀后通入氮气，升温至43-50℃后保温搅拌1-2h，然后加入5-10份三乙胺进行反应3-5h得到中间体；将15-30份纳米二氧化硅加入80-130份乙醇水溶液中，分散均匀后调节体系的pH值为2-6，然后加入3-8份中间体分散均匀，升温至45-55℃后通氮气进行反应1-2.5h，反应结束后冷却，经过滤、洗涤、干燥得到所述新型抗氧剂。
优选地，所述新型抗氧剂按照以下工艺进行制备：按重量份将25-40份2-叔丁基-6-(3-叔丁基-5-甲基-2-羟苯基)-4-甲基苯基丙烯酸酯和18-23份2-巯基乙基三乙氧基硅烷加入70-85份二甲苯中，混合均匀后通入氮气，升温至45-47℃后保温搅拌1.4-1.8h，然后加入7-8.5份三乙胺进行反应3.7-4.5h得到中间体；将22-27份纳米二氧化硅加入100-120份乙醇水溶液中，分散均匀后调节体系的pH值为3-5，然后加入3.8-7.8份中间体分散均匀，升温至48-50℃后通氮气进行反应1.7-2.2h，反应结束后冷却，经过滤、洗涤、干燥得到所述新型抗氧剂。
优选地，所述新型抗氧剂按照以下工艺进行制备：按重量份将35份2-叔丁基-6-(3-叔丁基-5-甲基-2-羟苯基)-4-甲基苯基丙烯酸酯和20份2-巯基乙基三乙氧基硅烷加入80份二甲苯中，混合均匀后通入氮气，升温至46℃后保温搅拌1.6h，然后加入8份三乙胺进行反应4h得到中间体；将25份纳米二氧化硅加入100份乙醇水溶液中，分散均匀后调节体系的pH值为4，然后加入6份中间体分散均匀，升温至50℃后通氮气进行反应2h，反应结束后冷却，经过滤、洗涤、干燥得到所述新型抗氧剂。
优选地，所述乙醇水溶液中，乙醇与水的体积之比为4-8:1。
本发明中，选择了三元乙丙橡胶和氯丁橡胶配合天然橡胶作为橡胶主料，在维持天然橡胶优异性能的同时改善了天然橡胶的耐老化性、耐热性和耐油性；活性氧化镁与氧化锌配合，以硫磺、1,1-双(叔丁基过氧基)环己烷作为硫化剂，电缆材料的硫化性能好，强度高；新型抗氧剂中，通过2-巯基乙基三乙氧基硅烷将2-叔丁基-6-(3-叔丁基-5-甲基-2-羟苯基)-4-甲基苯基丙烯酸酯与纳米二氧化硅结合为一体，降低了纳米二氧化硅的表面极性，增大了纳米二氧化硅与天然橡胶、三元乙丙橡胶和氯丁橡胶的相容性，提高了电缆材料的拉伸强度、撕裂强度和硬度，同时减少了纳米二氧化硅对硫化剂、促进剂的吸附，提高了电缆材料的交联密度，加快了硫化进程，促进了橡胶的硫化，而2-叔丁基-6-(3-叔丁基-5-甲基-2-羟苯基)-4-甲基苯基丙烯酸酯小分子通过化学键接枝到了纳米二氧化硅的表面，添加到电缆材料中，在高温作用下不易往外迁移挥发而具有比抗氧剂2-叔丁基-6-(3-叔丁基-5-甲基-2-羟苯基)-4-甲基苯基丙烯酸酯更加优异的热稳定性，又因为2-巯基乙基三乙氧基硅烷的作用在分子中引入了具有辅助抗氧作用的硫原子，在热氧老化过程中进一步提高了电缆材料的热氧老化性能；另外，环氧糠油酸丁酯与环氧大豆油混合后具有良好的耐候性和耐热性，进一步提高了电缆材料的耐老化性。
对本发明所述新型抗氧剂改性天然橡胶电缆材料进行性能检测，其拉伸强度为25-32MPa，断裂伸长率为580-630％，100％定伸应力为1.2-1.5MPa，300％定伸应力为3.99-4.35MPa，拉伸强度保持率为0.83-0.94，断裂伸长率保持率为0.85-0.93，老化系数为0.78-0.87。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做出详细说明，应当了解，实施例只用于说明本发明，而不是用于对本发明进行限定，任何在本发明基础上所做的修改、等同替换等均在本发明的保护范围内。
在具体实施例中，本发明所述新型抗氧剂改性天然橡胶电缆材料，其原料中，天然橡胶的重量份可以为50、53、55、57、58.4、60、62、63、64.6、67、68、69.4、70、71、72.3、74、74.5、76、77、78.6、79、79.4、80份；三元乙丙橡胶的重量份可以为15、15.6、17、18.3、19、19.4、20、21、22、23、24.5、26、28、29.4、31、33、34、35.4、37、38、39.4、40份；氯丁橡胶的重量份可以为5、5.6、6、6.3、7、7.5、8、8.6、9、9.3、10份；硬脂酸的重量份可以为0.5、0.7、0.8、0.93、1、1.2、1.45、1.6、1.78、1.9、2份；活性氧化镁的重量份可以为1、1.2、1.5、1.67、1.7、1.74、1.8份；氧化锌的重量份可以为0.5、0.6、0.65、0.7、0.74、0.8、0.89、1、1.2、1.34、1.4、1.43、1.5份；硫磺的重量份可以为1、1.2、1.3、1.5、1.64、1.8、1.93、2、2.3、2.5、2.67、2.8、2.86、3份；纳米碳酸钙的重量份可以为10、11、12、13.4、15、16.4、18、18.6、19、21、22、22.3、24、24.3、25份；有机改性蒙脱土的重量份可以为10、12、13、14.5、16、17、18.3、19、21、23、24、25.3、27、28.3、29、31、32、33.4、34.2、35份、1,1-双(叔丁基过氧基)环己烷的重量份可以为0.3、0.5、0.6、0.75、0.9、0.93、1、1.3、1.5、1.65、1.7、1.8、1.86、1.93、2份；促进剂CZ的重量份可以为0.8、0.87、0.93、1、1.1、1.2、1.34、1.43、1.5份；促进剂DM的重量份可以为0.5、0.7、0.8、0.93、1、1.2、1.34、1.5、1.64、1.7、1.78、1.8、1.92、2份；防老剂4010的重量份可以为0.5、0.7、0.9、1、1.3、1.45、1.6、1.78、1.9、2份；新型抗氧剂的重量份可以为0.5、0.6、0.76、0.9、0.93、1、1.2、1.3、1.43、1.5份；环氧糠油酸丁酯的重量份可以为0.5、0.6、0.7、0.85、0.9、1、1.2、1.34、1.4、1.46、1.5份；环氧大豆油的重量份可以为0.2、0.3、0.45、0.5、0.67、0.8、0.93、1份。
实施例1
本发明所述新型抗氧剂改性天然橡胶电缆材料，其原料按重量份包括以下组分：天然橡胶50份、三元乙丙橡胶40份、氯丁橡胶10份、硬脂酸2份、活性氧化镁1份、氧化锌1.5份、硫磺1份、纳米碳酸钙25份、有机改性蒙脱土10份、1,1-双(叔丁基过氧基)环己烷0.3份、促进剂CZ1.5份、促进剂DM0.5份、防老剂40102份、新型抗氧剂0.5份、环氧糠油酸丁酯1.5份、环氧大豆油0.2份；
其中，所述新型抗氧剂按照以下工艺进行制备：按重量份将20份2-叔丁基-6-(3-叔丁基-5-甲基-2-羟苯基)-4-甲基苯基丙烯酸酯和30份2-巯基乙基三乙氧基硅烷加入50份二甲苯中，混合均匀后通入氮气，升温至50℃后保温搅拌1h，然后加入5份三乙胺进行反应5h得到中间体；将15份纳米二氧化硅加入80份乙醇水溶液中，分散均匀后调节体系的pH值为6，然后加入3份中间体分散均匀，升温至55℃后通氮气进行反应1h，反应结束后冷却，经过滤、洗涤、干燥得到所述新型抗氧剂。
实施例2
本发明所述新型抗氧剂改性天然橡胶电缆材料，其原料按重量份包括以下组分：天然橡胶80份、三元乙丙橡胶15份、氯丁橡胶5份、硬脂酸0.5份、活性氧化镁1.8份、氧化锌0.5份、硫磺3份、纳米碳酸钙10份、有机改性蒙脱土35份、1,1-双(叔丁基过氧基)环己烷2份、促进剂CZ0.8份、促进剂DM2份、防老剂40100.5份、新型抗氧剂1.5份、环氧糠油酸丁酯0.5份、环氧大豆油1份；
其中，所述新型抗氧剂按照以下工艺进行制备：按重量份将45份2-叔丁基-6-(3-叔丁基-5-甲基-2-羟苯基)-4-甲基苯基丙烯酸酯和10份2-巯基乙基三乙氧基硅烷加入100份二甲苯中，混合均匀后通入氮气，升温至43℃后保温搅拌2h，然后加入10份三乙胺进行反应3h得到中间体；将30份纳米二氧化硅加入130份乙醇水溶液中，分散均匀后调节体系的pH值为2，然后加入8份中间体分散均匀，升温至45℃后通氮气进行反应2.5h，反应结束后冷却，经过滤、洗涤、干燥得到所述新型抗氧剂；所述乙醇水溶液中，乙醇与水的体积之比为4:1。
实施例3
本发明所述新型抗氧剂改性天然橡胶电缆材料，其原料按重量份包括以下组分：天然橡胶58份、三元乙丙橡胶32份、氯丁橡胶6份、硬脂酸1.7份、活性氧化镁1.3份、氧化锌1.2份、硫磺1.8份、纳米碳酸钙22份、有机改性蒙脱土20份、1,1-双(叔丁基过氧基)环己烷0.9份、促进剂CZ1.2份、促进剂DM1.3份、防老剂40101.8份、新型抗氧剂1.1份、环氧糠油酸丁酯1.2份、环氧大豆油0.6份；
其中，所述新型抗氧剂按照以下工艺进行制备：按重量份将25份2-叔丁基-6-(3-叔丁基-5-甲基-2-羟苯基)-4-甲基苯基丙烯酸酯和23份2-巯基乙基三乙氧基硅烷加入70份二甲苯中，混合均匀后通入氮气，升温至47℃后保温搅拌1.4h，然后加入8.5份三乙胺进行反应3.7h得到中间体；将27份纳米二氧化硅加入100份乙醇水溶液中，分散均匀后调节体系的pH值为5，然后加入3.8份中间体分散均匀，升温至50℃后通氮气进行反应1.7h，反应结束后冷却，经过滤、洗涤、干燥得到所述新型抗氧剂；所述乙醇水溶液中，乙醇与水的体积之比为8:1。
实施例4
本发明所述新型抗氧剂改性天然橡胶电缆材料，其原料按重量份包括以下组分：天然橡胶65份、三元乙丙橡胶25份、氯丁橡胶7.5份、硬脂酸1.3份、活性氧化镁1.5份、氧化锌0.7份、硫磺2.3份、纳米碳酸钙16份、有机改性蒙脱土30份、1,1-双(叔丁基过氧基)环己烷1.6份、促进剂CZ0.9份、促进剂DM1.8份、防老剂40101.2份、新型抗氧剂1.5份、环氧糠油酸丁酯0.8份、环氧大豆油0.9份；
其中，所述新型抗氧剂按照以下工艺进行制备：按重量份将40份2-叔丁基-6-(3-叔丁基-5-甲基-2-羟苯基)-4-甲基苯基丙烯酸酯和18份2-巯基乙基三乙氧基硅烷加入85份二甲苯中，混合均匀后通入氮气，升温至45℃后保温搅拌1.8h，然后加入7份三乙胺进行反应4.5h得到中间体；将22份纳米二氧化硅加入120份乙醇水溶液中，分散均匀后调节体系的pH值为3，然后加入7.8份中间体分散均匀，升温至48℃后通氮气进行反应2.2h，反应结束后冷却，经过滤、洗涤、干燥得到所述新型抗氧剂；所述乙醇水溶液中，乙醇与水的体积之比为6:1。
实施例5
本发明所述新型抗氧剂改性天然橡胶电缆材料，其原料按重量份包括以下组分：天然橡胶76份、三元乙丙橡胶21份、氯丁橡胶8份、硬脂酸1.45份、活性氧化镁1.74份、氧化锌1.34份、硫磺1.93份、纳米碳酸钙18份、有机改性蒙脱土31份、1,1-双(叔丁基过氧基)环己烷1.8份、促进剂CZ1.34份、促进剂DM1.64份、防老剂40101.6份、新型抗氧剂1.43份、环氧糠油酸丁酯1.4份、环氧大豆油0.67份；
其中，所述新型抗氧剂按照以下工艺进行制备：按重量份将33份2-叔丁基-6-(3-叔丁基-5-甲基-2-羟苯基)-4-甲基苯基丙烯酸酯和19份2-巯基乙基三乙氧基硅烷加入65份二甲苯中，混合均匀后通入氮气，升温至48℃后保温搅拌1.6h，然后加入8份三乙胺进行反应4h得到中间体；将22份纳米二氧化硅加入100份乙醇水溶液中，分散均匀后调节体系的pH值为3，然后加入4.5份中间体分散均匀，升温至52℃后通氮气进行反应1.8h，反应结束后冷却，经过滤、洗涤、干燥得到所述新型抗氧剂。
实施例6
本发明所述新型抗氧剂改性天然橡胶电缆材料，其原料按重量份包括以下组分：天然橡胶63份、三元乙丙橡胶28份、氯丁橡胶6.2份、硬脂酸1.5份、活性氧化镁1.38份、氧化锌1份、硫磺2份、纳米碳酸钙20份、有机改性蒙脱土28份、1,1-双(叔丁基过氧基)环己烷1.5份、促进剂CZ1份、促进剂DM1.5份、防老剂40101.25份、新型抗氧剂1.38份、环氧糠油酸丁酯1份、环氧大豆油0.65份；
其中，所述新型抗氧剂按照以下工艺进行制备：按重量份将35份2-叔丁基-6-(3-叔丁基-5-甲基-2-羟苯基)-4-甲基苯基丙烯酸酯和20份2-巯基乙基三乙氧基硅烷加入80份二甲苯中，混合均匀后通入氮气，升温至46℃后保温搅拌1.6h，然后加入8份三乙胺进行反应4h得到中间体；将25份纳米二氧化硅加入100份乙醇水溶液中，分散均匀后调节体系的pH值为4，然后加入6份中间体分散均匀，升温至50℃后通氮气进行反应2h，反应结束后冷却，经过滤、洗涤、干燥得到所述新型抗氧剂。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种新型抗氧剂改性天然橡胶电缆材料，其特征在于，其原料按重量份包括以下组分：天然橡胶50-80份、三元乙丙橡胶15-40份、氯丁橡胶5-10份、硬脂酸0.5-2份、活性氧化镁1-1.8份、氧化锌0.5-1.5份、硫磺1-3份、纳米碳酸钙10-25份、有机改性蒙脱土10-35份、1,1-双(叔丁基过氧基)环己烷0.3-2份、促进剂CZ0.8-1.5份、促进剂DM0.5-2份、防老剂40100.5-2份、新型抗氧剂0.5-1.5份、环氧糠油酸丁酯0.5-1.5份、环氧大豆油0.2-1份；其中，所述新型抗氧剂按照以下工艺进行制备：将2-叔丁基-6-(3-叔丁基-5-甲基-2-羟苯基)-4-甲基苯基丙烯酸酯和2-巯基乙基三乙氧基硅烷加入二甲苯中，混合均匀后通入氮气，升温后保温搅拌预定时间，然后加入三乙胺进行反应得到中间体；将纳米二氧化硅加入乙醇水溶液中，分散均匀后调节体系的pH值，然后加入中间体分散均匀，升温后通氮气进行反应，反应结束后冷却，经过滤、洗涤、干燥得到所述新型抗氧剂。
2.根据权利要求1所述新型抗氧剂改性天然橡胶电缆材料，其特征在于，其原料按重量份包括以下组分：天然橡胶58-65份、三元乙丙橡胶25-32份、氯丁橡胶6-7.5份、硬脂酸1.3-1.7份、活性氧化镁1.3-1.5份、氧化锌0.7-1.2份、硫磺1.8-2.3份、纳米碳酸钙16-22份、有机改性蒙脱土20-30份、1,1-双(叔丁基过氧基)环己烷0.9-1.6份、促进剂CZ0.9-1.2份、促进剂DM1.3-1.8份、防老剂40101.2-1.8份、新型抗氧剂1.1-1.5份、环氧糠油酸丁酯0.8-1.2份、环氧大豆油0.6-0.9份。
3.根据权利要求1或2所述新型抗氧剂改性天然橡胶电缆材料，其特征在于，其原料按重量份包括以下组分：天然橡胶63份、三元乙丙橡胶28份、氯丁橡胶6.2份、硬脂酸1.5份、活性氧化镁1.38份、氧化锌1份、硫磺2份、纳米碳酸钙20份、有机改性蒙脱土28份、1,1-双(叔丁基过氧基)环己烷1.5份、促进剂CZ1份、促进剂DM1.5份、防老剂40101.25份、新型抗氧剂1.38份、环氧糠油酸丁酯1份、环氧大豆油0.65份。
4.根据权利要求1-3中任一项所述新型抗氧剂改性天然橡胶电缆材料，其特征在于，所述新型抗氧剂按照以下工艺进行制备：按重量份将20-45份2-叔丁基-6-(3-叔丁基-5-甲基-2-羟苯基)-4-甲基苯基丙烯酸酯和10-30份2-巯基乙基三乙氧基硅烷加入50-100份二甲苯中，混合均匀后通入氮气，升温至43-50℃后保温搅拌1-2h，然后加入5-10份三乙胺进行反应3-5h得到中间体；将15-30份纳米二氧化硅加入80-130份乙醇水溶液中，分散均匀后调节体系的pH值为2-6，然后加入3-8份中间体分散均匀，升温至45-55℃后通氮气进行反应1-2.5h，反应结束后冷却，经过滤、洗涤、干燥得到所述新型抗氧剂。
5.根据权利要求1-4中任一项所述新型抗氧剂改性天然橡胶电缆材料，其特征在于，所述新型抗氧剂按照以下工艺进行制备：按重量份将25-40份2-叔丁基-6-(3-叔丁基-5-甲基-2-羟苯基)-4-甲基苯基丙烯酸酯和18-23份2-巯基乙基三乙氧基硅烷加入70-85份二甲苯中，混合均匀后通入氮气，升温至45-47℃后保温搅拌1.4-1.8h，然后加入7-8.5份三乙胺进行反应3.7-4.5h得到中间体；将22-27份纳米二氧化硅加入100-120份乙醇水溶液中，分散均匀后调节体系的pH值为3-5，然后加入3.8-7.8份中间体分散均匀，升温至48-50℃后通氮气进行反应1.7-2.2h，反应结束后冷却，经过滤、洗涤、干燥得到所述新型抗氧剂。
6.根据权利要求1-5中任一项所述新型抗氧剂改性天然橡胶电缆材料，其特征在于，所述新型抗氧剂按照以下工艺进行制备：按重量份将35份2-叔丁基-6-(3-叔丁基-5-甲基-2-羟苯基)-4-甲基苯基丙烯酸酯和20份2-巯基乙基三乙氧基硅烷加入80份二甲苯中，混合均匀后通入氮气，升温至46℃后保温搅拌1.6h，然后加入8份三乙胺进行反应4h得到中间体；将25份纳米二氧化硅加入100份乙醇水溶液中，分散均匀后调节体系的pH值为4，然后加入6份中间体分散均匀，升温至50℃后通氮气进行反应2h，反应结束后冷却，经过滤、洗涤、干燥得到所述新型抗氧剂。
7.根据权利要求1-6中任一项所述新型抗氧剂改性天然橡胶电缆材料，其特征在于，所述乙醇水溶液中，乙醇与水的体积之比为4-8:1。
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