CN105860748A - 无溶剂环氧防腐涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无溶剂环氧防腐涂料及其制备方法,所述涂料通过预先制备好的组分A与组分B以3~6:1的重量比混匀制成,其中,所述组分B为固化剂;所述组分A以质量百分计包含:无溶剂环氧树脂20~35%、碱金属硅酸盐溶液10~15%,纳米硅溶胶10~15%、防锈颜料15~25%、填料15~20%、偶联剂1%~3%、防污剂0.5%~1%、腐蚀抑制剂1~3%、防沉剂0.5~1%和活性稀释剂3~5%。本发明无溶剂环氧防腐涂料去除了传统涂料中的溶剂组分,对钢结构或混凝土底材具有优异的附着力,是解决潮湿带闪锈钢结构或混凝土表面防护的优选方案,既能保证涂层性能,又具有环保安全的优势,有利于节能减排及大幅降低VOC,综合性能优异,对环境无污染、整体涂装成本低、使用安全。
Description
技术领域
本发明涉及防腐材料技术领域,具体说是一种无溶剂环氧防腐涂料及其制备方法。
背景技术
金属材料,尤其是钢铁材料在经济生活中扮演着非常重要的角色,然而,金属和钢筋混凝土的腐蚀给人类带来巨大的经济损失和社会危害,甚至带来灾难性的事故。据统计,由于腐蚀,世界上每年生产的钢铁中有10%被白白消耗。这不仅让大量得之不易的有用材料变成废料,浪费宝贵的资源与能源,而且污染环境。
鉴于腐蚀问题的严重性,国内外对防腐蚀工作都很重视,采取各种措施来减轻腐蚀的危害。研究表明:采用正确的防护措施,可以使腐蚀损失减少25~40%。我国2015年因腐蚀造成的损失高达3万亿元人民币,按此测算,若采取正确的防护措施,我国每年至少可减少7500~12000亿人民币的腐蚀损失。防腐蚀技术有很多,目前为止,采用涂料依然是对金属或混凝土材料最经济、最常用、最有效的防腐蚀保护手段。
目前,在金属和钢筋混凝土结构表面所广泛采用的传统溶剂型防腐涂料存在着一系列问题,如成本较高,涂层附着力低,尤其在潮湿表面,附着力更低,不能在潮湿带闪锈表面直接涂装;干喷砂带来粉尘二次污染的问题,在边棱和焊缝部位涂层过薄,含有大量VOC有毒挥发物质,某些品种的防腐涂料物理性能不够理想,导致钢构在长期户外严酷过程中难以长久保护的防腐蚀性能,大量的金属需要回炼、更换设备及构件造成资源和能源的严重浪费,甚至引发灾难事故造成直接经济损失等等。
目前的涂料体系必须在一定温湿度环境下施工,在南方多雨环境,施工受到诸多限制,有时为赶工期,需要在较恶劣天气情形施工,结果常常出现涂膜剥落现象,不仅浪费了很多材料,同时大大延缓了工程效率。因此,世界各国的科学家与工程专家花了大量时间研究和寻找新的方案以解决上述涂装难题。
发明内容
本发明所要解决上述的技术问题在于,提供一种无溶剂环氧防腐涂料,适用于潮湿带锈表面或混凝土结构表面直接涂装、具有优异附着力和较长适用期的环保防腐涂料,能在被涂覆基材表面形成有效防腐保护,装饰性强、能耗低且使用寿命长。
本发明的所要解决的技术问题在于,提供一种无溶剂环氧防腐涂料的制备方法,其工艺简单,易于实施,以便能高效、节能地制备出能在潮湿带锈表面或混凝土结构表面直接涂装,形成有效防腐保护,装饰性强、能耗低使用寿命长的无溶剂环氧防腐涂料。
为解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:一种无溶剂环氧防腐涂料,其通过预先制备好的组分A与组分B以3~6:1的重量比混匀制成,其中,所述组分B为固化剂;所述组分A以质量百分计包含:无溶剂环氧树脂20~35%、碱金属硅酸盐溶液10~15%,纳米硅溶胶10~15%、防锈颜料15~25%、填料15~20%、偶联剂1%~3%、防污剂0.5%~1%、腐蚀抑制剂1~3%、防沉剂0.5~1%和活性稀释剂3~5%。
进一步地,所述无溶剂环氧树脂为双酚A或双酚F的一种或其组合。
进一步地,所述碱金属硅酸盐溶液为硅酸钠,硅酸钾和硅酸锂的复合溶液;所述纳米硅溶胶为碱性硅溶胶,硅溶胶粒子颗粒粒径范围为5~100nm。
进一步地,所述防锈颜料为安息香酸锌、磷钼酸锌或磷酸钛的一种或几种;所述填料为金刚砂,石英砂,刚玉粉的一种或其组合;所述防污剂为纳米杂化硅油、聚醚接枝硅油或辛基三乙氧基改性硅油的一种;所述防沉剂为聚酰胺蜡、气相二氧化硅或有机膨润土;所述活性稀释剂为异辛基缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚的一种。
进一步地,所述偶联剂为如下类型的偶联剂的任意一种:硅烷类、钛酸盐类、锆酸盐类或复合羧基磷酸酯类。
进一步地,所述组分B的固化剂为以下固化剂中的至少一种:三甲基环己基二胺、硫脲-多元胺缩合物或多硫醇化合物。
进一步地,所述腐蚀抑制剂为喹啉季铵盐、酮亚胺或聚羧酸的一种或几种。
另一方面,本发明还提供一种无溶剂环氧防腐涂料的制备方法,包括以下步骤:
制备组分A,并准备作为组分B的固化剂;以及
将组分A与组分B以3~6:1的重量比混匀制成无溶剂环氧防腐涂料;
其中,所述组分A的制备过程如下:按照组分A的配方的质量百分比,把占无溶剂环氧树脂总质量的50~60%的无溶剂环氧树脂加入到分散缸中,再将预先制得的碱金属硅酸盐溶液进行滴加,在800~1200rmp的转速下搅拌分散5~10min,然后将纳米硅溶胶滴加,搅拌分散10~15min,再加入防锈颜料、填料、防沉剂到分散缸中,在1500~2000rmp的转速下搅拌20~30min,然后加入剩下的无溶剂环氧树脂组分,再加入偶联剂、防污剂、腐蚀抑制剂,在800~1200rmp的转速下加入活性稀释剂,继续分散25min~40min,测得粘度为(350±30)s后过滤后出料,即得到无溶剂环氧涂料A组分。
进一步地,在制备组分A的过程中,对于所述碱金属硅酸盐溶液,按照以下制备工艺预先制得:依次把硅酸钾和硅酸锂倒入有加热水套的不锈钢反应釜中合并搅拌均匀,在持续搅拌加热到温度50~70℃,然后将硅酸钠缓慢滴加到溶液中,然后将搅拌机转速提高,直到搅拌棒边上能形成漩涡,保持温度在50~70℃,直到溶液完全透明,然后降温冷却到常温,过滤后出料,即得碱金属硅酸盐溶液。
进一步地,在无溶剂环氧防腐涂料使用前将组分A和组分B进行混合,混合时,按照所述组分A和组分B的重量比,将组分B逐渐加入搅拌中的组分A里,边搅边加添加,避免结块沉底,直到组分A和组分B彻底混合均匀,然后用40~80目滤网过滤后,即得到无溶剂环氧防腐涂料。
进一步地,所述组分A为:无溶剂环氧树脂20~35%、碱金属硅酸盐溶液10~15%,纳米硅溶胶10~15%、防锈颜料15~25%、填料15~20%、硅烷1%~3%、防污剂0.5%~1%、腐蚀抑制剂1~3%、防沉剂0.5~1%和活性稀释剂3~5%;所述组分B为:固化剂100%。
采用上述技术方案后,本发明至少具有如下有益效果:本发明无溶剂环氧防腐涂料既能保证涂层的性能,又具有环保安全的优势,彻底解决了我国防腐工程中涂装过程中的环保、安全、高性能涂层和长效防腐等一系列技术难题,为VOC大幅降低和节能减排做出巨大贡献,综合性能优异,对环境无污染、整体涂装成本低、使用安全,具有巨大的经济效应和广泛的市场前景。与普通防腐涂料相比,本发明无溶剂环氧防腐涂料去除了涂料中的溶剂组分,对钢结构或混凝土底材具有优异的附着力,是解决潮湿带闪锈钢结构或混凝土表面防护的优选方案,对发展环保产业、节约能源、保护环境、实现污染物的低排放,促进人与自然和谐发展等循环经济要求,具有重要意义。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合,下面结合具体实施例对本申请作进一步详细说明。
本发明提供一种无溶剂环氧防腐涂料,该涂料通过预先制备好并在使用时才予以混合的组分A与组分B,混合时,组分A与组分B的重量比为3~6:1,优选为6:1。以下分别就组分A和组分B的具体配方分别详述如下。
所述组分A以质量百分计包含:
无溶剂环氧树脂20~35%;
碱金属硅酸盐溶液10~15%;
纳米硅溶胶10~15%;
防锈颜料15~25%;
填料15~20%;
偶联剂1%~3%;
防污剂0.5%~1%;
腐蚀抑制剂1~3%;
防沉剂0.5~1%;及
活性稀释剂3~5%。
所述组分B为固化剂。
在具体实施时,所述无溶剂环氧树脂可以是双酚A或双酚F的一种或其组合,这种无溶剂类型的环氧树脂,具有分子量低,黏度低、反应活性高、与固化剂反应交联密度大等特点,从而具有较高的刚性、耐热性、力学性能、电性能、耐候性及耐低温性能,尤其是粘接强度高,特别是施工应用过程中没有溶剂挥发问题,而且具有良好的颜料润湿性和优秀的抗渗漏特性,能在潮湿带锈表面或混凝土结构表面进行直接涂装,形成有效防腐保护,装饰性强、能耗低使用寿命长。
在一个实施例中,所述碱金属硅酸盐溶液为硅酸钠、硅酸钾和硅酸锂的复合溶液。主要利用了多聚硅酸的活性硅酸与潮湿带锈表面或混凝土结构表面的活性铁锈反应,产生化学键结合,使涂层与基材的附着力相当优异,且电位比铁低,可以作为牺牲阳极保护铁不被腐蚀。碱金属硅酸盐还可协同其他组分,在组分B(固化剂)的作用下进行均聚交联化学反应,在潮湿环境下带有闪锈的界面金属原子产生化学反应形成极为牢固的化学键,形成三维网状高度交联的立体结构聚合物,该聚合物涂层不仅具有优良的柔韧性和极强的耐腐蚀性,而且与金属基材之间产生超强附着力。
在一个实施例中,所述纳米硅溶胶为碱性纳米硅溶胶,纳米硅溶胶粒子颗粒粒径范围为5~100nm,主要利用了纳米颗粒的高渗透性,可进入基材的细微空隙,尤其在被涂覆后能与基材形成一体,形成一层特有的陶瓷状釉质效果,一旦成膜就不会被溶解,硅溶胶里的活性硅酸,协同其他组分,可与潮湿带锈表面或混凝土结构表面等基材上的铁锈发生化学反应,提高涂层与基材的附着力以及涂层的硬度。
在一个实施例中,所述防锈颜料为安息香酸锌、磷钼酸锌或磷酸钛的一种或几种;所述填料为金刚砂,石英砂,刚玉粉的一种或其组合。
在一个实施例中,所述偶联剂可以为如下类型的偶联剂中的任意一种:硅烷类、钛酸盐类、锆酸盐类或复合羧基磷酸酯类;所述防污剂为纳米杂化硅油、聚醚接枝硅油或辛基三乙氧基改性硅油的一种。
在一个实施例中,所述腐蚀抑制剂为喹啉季铵盐、酮亚胺或聚羧酸的一种或几种;所述防沉剂为聚酰胺蜡、气相二氧化硅或有机膨润土。
在一个实施例中,所述活性稀释剂为异辛基缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚的一种。
本发明还提供几个组分A具体实施的配方如下表,表中的百分比均为质量百分比:
在一个实施例中,所述组分B采用的固化剂为三甲基环己基二胺、硫脲-多元胺缩合物、多硫醇化合物的一种或其组合。组分B的固化剂采用三甲基环己基二胺、硫脲-多元胺缩合物或多硫醇化合物,这类固化剂应为高胺值、低分子量的液体树脂,含有疏水的烃基团和亲水的胺基,能很好的浸润固体表面,加速环氧树脂固化并增强附着力,同时还具有很强的吸附力和缓蚀性能,其分子结构中含有较多活泼氢和促进固化物固化的极性基团,反应活性高,能在5℃~40℃的干燥或潮湿环境下快速固化形成无溶剂环氧涂料。
本发明无溶剂环氧防腐涂料中的无溶剂环氧涂料与固化剂混合后产生化学反应,环氧树脂中的环氧基与固化剂中的胺基(伯胺与仲胺基)进行加成反应,生成的叔胺基促进环氧基和羟基的醚化反应,羟基又作为胺基和环氧基的促进剂产生作用。同时,高胺值固化剂中的伯胺与仲胺基含有大量的活泼氢原子与环氧基发生亲核反应,使环氧树脂产生密集交联,产生立体型网状结构,把填料等网络固定下来,涂层与基体形成物理与化学结合和机械结合。无溶剂环氧漆膜中的分子极性基团与金属表面的分子极性基团强力亲合,漆膜对金属产生极强的浸润性和渗透性,将金属表面孔隙中的水份以及氧化铁锈溶入涂层固定,通过化学反应,形成高质量的无溶剂环氧防腐涂层。
另一方面,本发明还提供上述无溶剂环氧防腐涂料的制备方法,具体包括以下步骤:
制备组分A,并准备作为组分B的固化剂;
将组分A与组分B以3~6:1的重量比混匀制成无溶剂环氧防腐涂料。
其中,所述组分A的制备包括下述步骤:按照组分A的配方的质量百分比,把占无溶剂环氧树脂总质量的50~60%的无溶剂环氧树脂加入到分散缸中,再将预先制得的碱金属硅酸盐溶液进行滴加,在800~1200rmp的转速下搅拌分散5~10min,然后将纳米硅溶胶滴加,搅拌分散10~15min,再加入防锈颜料、填料、防沉剂到分散缸中,在1500~2000rmp的转速下搅拌20~30min,然后加入剩下的无溶剂环氧树脂组分,再加入偶联剂、防污剂、腐蚀抑制剂,在800~1200rmp的转速下加入活性稀释剂,继续分散25min~40min,测得粘度为(350±30)s后过滤后出料,即得到无溶剂环氧涂料A组分。
在制备组分A的过程中,对于所述碱金属硅酸盐溶液,可以按照以下制备工艺预先制得:依次把硅酸钾和硅酸锂倒入有加热水套的不锈钢反应釜中合并搅拌均匀,在持续搅拌加热到温度50~70℃,然后将硅酸钠缓慢滴加到溶液中,然后将搅拌机转速提高,直到搅拌棒边上能形成漩涡,保持温度在50~70℃,直到溶液完全透明,然后降温冷却到常温,过滤后出料,即得碱金属硅酸盐溶液。在涂料中加入碱金属硅酸盐溶液,主要利用了多聚硅酸的活性硅酸与潮湿带锈表面或混凝土结构表面的活性铁锈反应,产生化学键结合,使涂层与基材的附着力相当优异,且电位比铁低,可以作为牺牲阳极保护铁不被腐蚀。
在使用前将组分A和组分B进行混合时,所述组分A和组分B按照重量配比3~6:1配比,将组分B(固化剂)逐渐加入搅拌中的组分A(混合溶液)里,边搅边加添加,避免结块沉底,直到组分A和组分B彻底混合均匀,然后用40-80目滤网过滤后,即得到无溶剂环氧防腐涂料。
本发明的无溶剂环氧防涂料及其制备方法还具有以下有益效果:
1. 绿色环保,生态环保,本发明的无溶剂环氧防腐涂料,施工使用过程中无VOC有害气体挥发,无废水,废气,废渣产生,安全环保,无溶剂挥发、高闪点、安全施工以及可在潮湿表面的涂装特性,有效的解决了潮湿带锈表面或混凝土结构表面涂装的技术难题,提供了环保安全高技术防腐涂装施工方案。
2. 本发明产品无溶剂环氧防腐涂料施工黏度低、反应活性高,与固化剂反应交联密度大,它可以消除溶剂型涂料在金属孔隙中存留的溶剂所引发的涂层缺陷,同时它可以克服溶剂型涂料漆膜固化过程中,由于溶剂挥发造成漆膜表面产生针孔,从而破坏涂层的屏蔽性和防水气渗透性等问题,在潮湿带锈表面或混凝土结构表面直接涂装,涂膜具有较高的刚性、耐热性、力学性能、电性能、耐候性及耐低温性能,尤其是粘接强度高,良好的颜料润湿性和优秀的抗渗漏特性。
3. 防腐性能突出,涂层使用寿命 ISO12944标准:C3~C4腐蚀环境条件下,涂层使用寿命达到设计寿命的要求的最大的环保化。钢铁构件防腐蚀性规范对保证建筑物内人的生命安全和财产安全是极为重要的,产品标准状态下,符合GB50212-2002《建筑防腐蚀工程施工及验收规范》、JG/T224-2007《建筑用钢结构防腐涂料》、JT/T695-2007《混凝土桥梁结构表面涂层防腐技术条件》、JG/T3042-1997《环氧涂层钢筋》等防腐标准;
4. 本发明产品的无溶剂环氧环保涂料,能够在潮湿、干燥金属表面产生强力化学结合,形成超强的附着力,高达10MPa以上,为高性能长寿命重防腐涂料提供重要指标,与相同膜厚普通环氧防腐涂料产品耐蚀性提高30%以上,与基材附着力提高到10MPa以上,适合在潮湿金属表面上直接涂装,彻底解决了我国防腐工程中潮湿环境不能施工、溶剂型涂料不环保、不安全、性能低和难以长效防腐等技术难题。
5. 物理性能优秀,本无溶剂环氧防腐涂料,具有较高的刚性、耐热性、力学性能、电性能、耐候性及耐低温性能,尤其是粘接强度高,特别是施工应用过程中没有溶剂挥发问题,而且具有良好的颜料润湿性和优秀的抗渗漏特性,可以实现在潮湿带锈表面或混凝土结构表面进行直接涂装,具有优异的耐老化性、耐温差性、耐盐碱盐雾性和高硬度等特点,协同其他组分,涂膜具有优异的超耐候性,耐腐蚀性、耐热性和优越的自清洁功能,成为长效免维护外用涂料和高性能防腐涂料,对基材形成有效防腐保护,装饰性强、能耗低使用寿命长,
6. 施工性好,本发明产品具有分子量低,黏度低、反应活性高,可以有效实现在各种形状不一的异性材质表面以滚涂、淋涂、喷涂、刮涂、刷涂、浸涂的施工条件,能够赋予涂膜良好的柔韧性和施工性。
7. 本发明产品采用了活性硅酸与潮湿带锈表面或混凝土结构表面的活性铁锈反应,产生化学键结合,使涂层与基材的附着力相当优异,且电位比铁低,可以作为牺牲阳极保护铁不被腐蚀,协同其他组分,可以实现在在潮湿环境下带有闪锈的界面金属原子产生化学反应形成极为牢固的化学键,形成三维网状高度交联的立体结构聚合物,该聚合物涂层不仅具有优良的柔韧性和极强的耐腐蚀性,而且与金属基材之间产生超强附着力。被涂覆基材表面有效提高涂层漆膜的连整性、耐水性和耐沾污性,尤其可抵抗空气中的污染,如:酸雨、烟雾、粉尘、海边的盐碱等物质侵蚀,防腐效果持久性明显优于普通的传统环氧防腐涂料。
8. 防止基材变形,本发明产品标准状态下,具有保持基材尺寸及外形稳定性和耐久性的特点。由于昼夜的温差变化,户外基材会发生热胀冷缩等形变,无溶剂环氧防腐涂料膜层对基材有相当程度的保护性,并且能长久的保持。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解的是,在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种等效的变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。
Claims (10)
1.一种无溶剂环氧防腐涂料,其特征在于,所述涂料通过预先制备好的组分A与组分B以3~6:1的重量比混匀制成,其中,所述组分B为固化剂;所述组分A以质量百分计包含:无溶剂环氧树脂20~35%、碱金属硅酸盐溶液10~15%,纳米硅溶胶10~15%、防锈颜料15~25%、填料15~20%、偶联剂1%~3%、防污剂0.5%~1%、腐蚀抑制剂1~3%、防沉剂0.5~1%和活性稀释剂3~5%。
2.如权利要求1所述的无溶剂环氧防腐涂料,其特征在于,所述无溶剂环氧树脂为双酚A或双酚F的一种或其组合。
3.如权利要求1所述的无溶剂环氧防腐涂料,其特征在于,所述碱金属硅酸盐溶液为硅酸钠,硅酸钾和硅酸锂的复合溶液;所述纳米硅溶胶为碱性硅溶胶,硅溶胶粒子颗粒粒径范围为5~100nm。
4.如权利要求1所述的无溶剂环氧防腐涂料,其特征在于,所述防锈颜料为安息香酸锌、磷钼酸锌或磷酸钛的一种或几种;所述填料为金刚砂,石英砂,刚玉粉的一种或其组合;所述防污剂为纳米杂化硅油、聚醚接枝硅油或辛基三乙氧基改性硅油的一种;所述防沉剂为聚酰胺蜡、气相二氧化硅或有机膨润土;所述活性稀释剂为异辛基缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚的一种。
5.如权利要求1所述的无溶剂环氧防腐涂料,其特征在于,所述偶联剂为如下类型的偶联剂的任意一种:硅烷类、钛酸盐类、锆酸盐类或复合羧基磷酸酯类。
6.如权利要求1所述的无溶剂环氧防腐涂料,其特征在于,所述组分B的固化剂为以下固化剂中的至少一种:三甲基环己基二胺、硫脲-多元胺缩合物或多硫醇化合物。
7.如权利要求1所述的无溶剂环氧防腐涂料,其特征在于,所述腐蚀抑制剂为喹啉季铵盐、酮亚胺或聚羧酸的一种或几种。
8. 一种无溶剂环氧防腐涂料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
制备组分A,并准备作为组分B的固化剂;以及
将组分A与组分B以3~6:1的重量比混匀制成无溶剂环氧防腐涂料;
其中,所述组分A的制备过程如下:按照组分A的配方的质量百分比,把占无溶剂环氧树脂总质量的50~60%的无溶剂环氧树脂加入到分散缸中,再将预先制得的碱金属硅酸盐溶液进行滴加,在800~1200rmp的转速下搅拌分散5~10min,然后将纳米硅溶胶滴加,搅拌分散10~15min,再加入防锈颜料、填料、防沉剂到分散缸中,在1500~2000rmp的转速下搅拌20~30min,然后加入剩下的无溶剂环氧树脂组分,再加入偶联剂、防污剂、腐蚀抑制剂,在800~1200rmp的转速下加入活性稀释剂,继续分散25min~40min,测得粘度为(350±30)s后过滤后出料,即得到无溶剂环氧涂料A组分。
9.如权利要求8所述的无溶剂环氧防腐涂料的制备方法,其特征在于,在制备组分A的过程中,对于所述碱金属硅酸盐溶液,按照以下制备工艺预先制得:依次把硅酸钾和硅酸锂倒入有加热水套的不锈钢反应釜中合并搅拌均匀,在持续搅拌加热到温度50~70℃,然后将硅酸钠缓慢滴加到溶液中,然后将搅拌机转速提高,直到搅拌棒边上能形成漩涡,保持温度在50~70℃,直到溶液完全透明,然后降温冷却到常温,过滤后出料,即得碱金属硅酸盐溶液。
10.如权利要求8所述的无溶剂环氧防腐涂料的制备方法,其特征在于,在无溶剂环氧防腐涂料使用前将组分A和组分B进行混合,混合时,按照所述组分A和组分B的重量比,将组分B逐渐加入搅拌中的组分A里,边搅边加添加,避免结块沉底,直到组分A和组分B彻底混合均匀,然后用40~80目滤网过滤后,即得到无溶剂环氧防腐涂料。
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