CN106062094B - 温室装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种温室装置,所述温室装置包括构架和用于改善传热性的系统。用于改善传热性的所述系统包括至少一种膜。所述膜覆盖所述构架和/或直接和/或间接地连接至所述构架。所述膜包含适用于提高所述膜的传热性的添加剂。所述添加剂包含烷基膦酸或其衍生物。所述膜具有低于40%,尤其低于25%的IR透射率。
Description
说明书
本发明涉及一种温室装置,所述温室装置包括构架和用于改善传热性(thermicity)的系统。
温室可以分成玻璃温室和塑料温室。主要使用的塑料是聚乙烯膜和聚碳酸酯材料的多层板或者PMMA丙烯酸玻璃。
主要由紫外、可见和近红外辐射(IR)范围组成的太阳辐射通过温室覆盖物并且使内部(诸如植物和土壤)升温。在白天期间温室内部因此生成的热量将在晚上散发回到大气。热能耗散将导致温室内部温度下降,从而导致损害植物。
在现代温室中,实施系统以改善传热性。为保持热损失为最小值,传热性值应该尽可能低。传热性是IR穿过膜的透射率的量度。传热性值越低,IR的透射率越低,并且热量损失越低。
例如,温室屏是此种系统,也称为热屏或能量屏。它们发送红外线的热量至植物和温室内部的其他元素。
温室屏是用于改善传热性的系统。以下类型在本领域现状中是卓越的:
-包括膜条、板或板层叠物的编织或钩织产品;
-呈编织、钩织或非编织产品形式的纺织产品,
-塑料板、塑料板层叠物或铝层叠物。
WO 2008/091192 A1公开一种温室屏,所述温室屏意欲用于基本水平施加和温室顶下的空气空间的热分层并且预防因冷凝而形成水滴。
WO 2013/041524A1公开一种温室屏,所述温室屏包括通过横向线和纵向线的纱构架互连以形成连续产品的膜材料条,其中所述纱构架热粘合至膜材料条的至少一侧,其中热粘合至条的纱构架的那些部分还具有通过毛细管作用的液体运输容量。在纱构架中互连并且保持条的纱的量可以因此减少。
其他温室屏还例如通过EP 0 109 951、FR 2 071 064、EP 1 342 824、WO 2008/091192和WO 2011/096882已知。
DE 20 2008 004 181 U 1公开一种双层温室屏,所述双层温室屏包括作为底层的标准温室屏和在此层上以某间隔胶粘至屏的反射条。
US 2004/198126是指用于农业和园艺用途的遮光板,所述遮光板包括遮光白色膜和由纺织织物或无纺织物制成的加固。
JP 10327684 A公开一种能够反射强太阳热量并且适用于农业、园艺等等的遮蔽网。遮蔽网包括无纺织物的带形纱,例如热稠合至网底基织物的表面的连续玻璃纤维灯丝。
JP 2004154078 A公开一种通过在布状材料的一个或两个表面上层叠热塑膜形成的温室。布状材料由热塑性树脂线元件组成。
JP 2004160812 A公开一种具有水屏障性质并且用作农业覆盖材料的水分可渗透板。板包括层叠在布状材料上的水分可渗透膜和多孔板。
WO2004/076543A1公开了用于生产提供至少约60%光透射的的塑料膜的阻燃组合物。其包含可挤出聚烯烃成膜聚合物、阻燃成分、和基于聚合或寡聚的阻胺光稳定剂(HALS)的成分,其具有取代的哌啶基和取代的三嗪基,其中至少一个取代基是吗啉基。
来自温室的热量损失减少尤其主要是在夜间期间通过捕获通常损失掉的来自土壤和植物的红外热辐射。这有助于通过保持更高的平均温度而维持最佳的植物生长条件,而且它通过允许作物在春季更早种植和在秋季生长更久延缓生长季节。
塑料板的传热性值经常由于在IR区域的中间范围中的辐射窗而不是最佳的。散发能量的大部分位于7至14微米(700-1400 cm-1)之间。通常,膜越薄,提供的传热性值越差。为改善传热性值并且预防热量IR损失,一般使用吸收添加剂。通常,将诸如硅石基矿物、煅烧高岭土、白硅石或熔融石英的矿物基添加剂添加至通常基于共聚物EVA的塑料板以最佳化膜传热性值。
本领域需要包括用于改善传热性而无诸如降低可燃性或透明度的消极副作用的系统的温室装置。
因此,在其他目的之中,本发明的目的是提供用于在温室中改善传热性的系统。
特别地,在其他目的之中,此目的通过提供根据权利要求1所述的温室装置而满足,优选的变体在从属权利要求中阐述。
特别地,此目的通过提供包括用于改善传热性的系统的温室装置而满足,所述系统包括至少一种包含适用于提高膜的传热性值的添加剂或IR吸收剂的膜,其中所述添加剂或IR吸收剂包含烷基膦酸或其衍生物。
本发明特征在于用于改善传热性的系统,所述系统包括至少一种具有低于40%,尤其低于25%的IR透射率的膜。
例如,用于改善传热性的系统可以设计成温室的热屏、顶和/或覆盖物。
优选地,此膜具有大于70%,优选地大于80%,尤其大于85%的透明度。低IR透射率与高透明度的此组合对于本发明是基本的。
在本发明的优选变体中,膜被设计成聚烯烃膜。膜优选地具有30 μm至300 μm,诸如50 μm至300 μm或100 μm至300 μm,优选地小于200 μm的厚度。
在本发明的优选变型中,膜包括适用于提高膜的传热性值的添加剂,其中所述添加剂以膜的1至20重量%的量存在,其中所述添加剂包含烷基膦酸或其衍生物,其中所述膜具有低于25%,优选地低于20% IR透射率的传热性值。
意外地,本发明人发现烷基膦酸或其衍生物提供改善的传热性给聚烯烃膜。获得的传热性值与已知聚烯烃膜相比显著改善,使得本膜适用于保护植物不受温和霜冻。此外,本聚烯烃膜允许在膜下生长的植物的更早收获,并且提供作物产量和作物质量的增加。令人惊讶的是,可以提供仍具有改善的传热性值的具有低于300 μm的厚度的聚烯烃膜。此外,本聚烯烃膜具有足够作为温室膜的膜使用的透明度。优选地,本聚烯烃膜具有小于180、150或甚至小于120 μm的厚度。
如本发明上下文中使用的传热性通过FTIR光谱确定为700至1400 cm-1的中IR对于通过膜的总IR辐射的级分。优选地,本聚烯烃膜具有低于25%、20%或甚至低于15%的传热性值。
当适用于提高传热性值的本添加剂存在时,当以膜的1至20重量%的量,优选地1至15重量%,或者2至15重量%,更优选地2至8重量%的量使用时,获得根据本发明的改善的传热性。以此量包括本添加剂提供和市售聚烯烃膜同样质量的具有透明度的彩色稳定膜。此外,这些所示量允许产生具有低于200 μm的厚度的薄聚烯烃膜,同时获得改善的传热性值。
在优选实施方案中,本烷基膦酸选自甲膦酸、乙膦酸和丙膦酸、或者它们的衍生物,诸如它们的盐或酯。盐可以为铵盐、胍盐、DCDA、脒基脲、三聚氰胺、乙二胺或哌嗪盐。
在另一优选实施方案中,本烷基膦酸是烷基膦酸的铵盐和/或是烷基膦酸的膦酸酯,因为这些膦酸当以少量存在时提供特别改善的传热性值。此外,本烷基膦酸的铵盐以具有大约10 μm的粒径(d99)的粉末形式可用,在至多200-250℃的加工温度下稳定。本烷基膦酸的膦酸酯至多大约280℃是稳定的,并且是特别有用的完全透明聚烯烃膜。
在又一其他优选实施方案中,本烷基膦酸选自二甲基螺膦酸酯、甲膦酸乙二胺和甲膦酸三聚氰胺。这些膦酸盐提供还具有降低的可燃性的透明热聚烯烃膜。这是有利的,因为聚烯烃膜和尤其一般使用的低密度聚乙烯是高度易燃的,这对植物和工人都是风险因素。
为进一步降低本聚烯烃膜的可燃性,膜在优选实施方案中包含三嗪衍生物,优选地选自三聚氰胺和N,N',N"'-叁(2,4-双(1-烃氧基-2,2,6,6,-四甲基哌啶-4-基)烷基氨基)-s-三嗪-6-基)-3,3'-亚乙基二亚氨基二丙胺。这些三嗪衍生物提供协同阻燃化合物,尤其与二甲基螺膦酸酯组合。
在优选实施方案中,本聚烯烃膜还以有效稳定量包含选自由抗氧化剂、UV稳定剂、UV吸收剂、螯合剂组成的组的稳定添加剂。可以存在于本聚烯烃膜中的其他添加剂是例如增塑剂、润滑剂、流变添加剂、催化剂、流动调节剂、光学增白剂、抗静电剂和/或发泡剂。第一实验示出用于提高传热性的本添加剂与UV稳定剂有利地组合。更具体而言,用与UV稳定剂组合的本膜获得4至10年的良好风化结果。换言之,本发明提供具有改善的传热性值的薄膜,所述膜至少4年是透明、高抗燃性质和UV稳定的。
优选地,本聚烯烃包含来自防雾添加剂、光漫射/散射添加剂、表面改性剂、加工助剂、成核剂、起泡剂和纳米复合材料的一种或更多种,诸如两种或更多种、三种或更多种、或甚至四种或更多种。
在本聚烯烃膜中的另一优选添加剂是颜料。优选地,本聚烯烃膜还包含白色、彩色和/或黑色颜料。合适的白色颜料是TiO2。
本聚烯烃优选地选自由聚乙烯聚合物、或共聚物、EVA聚合物、EBA共聚物、1-2聚丁二烯、己烯、辛烯、基于齐格勒-纳塔或茂金属催化剂技术和它们的混合物组成的组。更优选地,本聚烯烃是具有例如约0.92 g/cc的密度的(线性)低密度聚乙烯。或者,本聚烯烃膜是中密度聚乙烯。
具有改善的传热性值的本聚烯烃发明性地用于温室膜。因此,本发明还涉及包含聚烯烃膜的多层膜。此温室膜可以包含2至10层,诸如3、4、5、6、7、8、9或10层。优选地,本温室膜是共挤出膜。优选地,本温室膜通过吹塑薄膜共挤出产生。本温室膜的宽度范围优选地为1至20米。最优选的是聚乙烯或聚乙烯共聚物外层的2-和5-层共挤出膜。优选地,温室膜的厚度在30至300 μm,优选地30至250 μm,尤其40至180 μm的范围内。
考虑适用于提高传热性的本膜的有益性质,本发明根据另一方面涉及烷基膦酸作为添加剂用于改善在膜中、在温室膜中尤其作为温室中的能量屏中的传热性值的用途。优选地,本发明涉及适用于提高聚烯烃膜中传热性值的添加剂的用途,其中添加剂的量是膜的1至20重量%,优选地1至15重量%或2至10重量%,更优选地以聚烯烃膜的2至8重量%的量,诸如聚烯烃膜的6、7、8或9重量%。
或者,本发明涉及本添加剂用于改善聚烯烃膜的传热性值低于25%、20%或甚至低于15%透射率的用途。
本发明还涉及本添加剂适用于提高用于制备聚乙烯膜的母料中的传热性值的用途。
优选地,本发明涉及本用途,其中所述烷基膦酸选自甲膦酸、乙膦酸、丙膦酸。
在优选实施方案中,本发明涉及本添加剂的用途,其中所述烷基膦酸是烷基膦酸的铵盐和/或是烷基膦酸的膦酸酯,因为这些膦酸当以少量存在时提供特别改善的传热性值。此外,本烷基膦酸的铵盐以具有大约10 μm的粒径(d99)的粉末形式可用,其在至多200-250℃的加工温度下是稳定的。本烷基膦酸的膦酸酯至多大约280℃是稳定的,并且是特别有用的完全透明聚烯烃膜。因此,在优选实施方案中,本发明涉及具有大约10 μm的d99大小的烷基膦酸的铵盐白色粉末用于增加或改善聚烯烃膜的传热性值的用途。
在优选实施方案中,本发明涉及二甲基螺膦酸酯、甲膦酸乙二胺和/或甲膦酸三聚氰胺用于增加或改善聚烯烃膜(优选地具有150至220 μm的厚度的温室膜)的传热性值的用途。在优选实施方案中,本发明涉及二甲基螺膦酸酯、甲膦酸乙二胺和/或甲膦酸盐三聚氰胺用于增加或改善聚烯烃膜的传热性值并且降低聚烯烃膜的可燃性的用途。
根据另一方面,本发明涉及具有小于25%透射率的传热性值的聚烯烃膜。根据第二方面,本发明涉及烷基膦酸作为添加剂用于增加膜中传热性的用途。根据又一方面,本发明涉及本聚烯烃膜作为温室膜的用途。
用于产生聚烯烃膜的成分一般提供在母料中。母料是添加剂的浓缩混合物,所述添加剂在加热过程期间密封到载体树脂中,所述载体树脂随后被冷却并且切成颗粒形状。因此,适用于提高膜的传热性值的本定义的添加剂被有利地掺入母料中。因此,本发明根据另一方面涉及母料中的本烷基膦酸改善膜的传热性的用途。此外,本发明涉及包含本烷基膦酸,优选地二甲基螺膦酸酯的母料,诸如添加剂母料。
发明的膜是通过包含以下步骤的方法产生的:
-制备至少2种聚合组合物,
-其中至少一种聚合物组合物包含烷基膦酸或其衍生物,
-加热聚合组合物直到获得熔化,
-吹塑共挤出聚合组合物。
本发明的其他特征和优点将由附图说明和附图本身变得明显。
图1示出温室装置。
图2示出用于改善传热性的系统的剖面图。
图3示出传热性添加剂的粒径分布。
图1示出温室装置。温室装置包括构架1。此外,温室装置包括用于改善传热性的系统2。系统2布置在温室中温室的覆盖物下。
在实例中,用于改善传热性的系统2是水平热屏。此能量屏创造植物3的充分微气候以增加它们的产率以及改善它们的质量。用于改善传热性的系统2直接和/或间接地连接至具有水平定向的构架。
用于改善传热性的系统2包括至少一种包含适用于提高膜的传热性值的添加剂的聚烯烃膜,所述添加剂包含烷基膦酸或其衍生物。用于改善传热性的系统2具有低于25%透射率的传热性。
图2示出用于改善传热性的系统2的剖面图。用于改善传热性的系统2在示例性实施方案中由具有三层4、5、6的多层膜组成。外层4、6具有相同的聚合组成。
用于改善传热性的系统2通过首先制备两种聚合组合物来产生。在示例性实施方案中,两种聚合物组合物包含烷基膦酸或其衍生物。混合两种聚合组合物,并且加热直到获得熔化。然后执行两种聚合组合物的吹塑共挤出以使得从一种聚合组合物中形成中间层5,并且由另一种聚合物组合物形成两个外层4、6。
在图2中示出的示例性实施方案中,烷基膦酸的膦酸酯用作传热性添加剂。烷基烷基膦酸酯具有24%磷和大于245℃的熔点。
低密度聚乙烯(LDPE)用作载体。
图3示出随横坐标绘出的传热性添加剂的粒径(以μm计)变化的在左边纵坐标上的累积分布(以%计)和在右边纵坐标上的分布密度。
在图3中示出的示例性实施方案中,烷基膦酸的膦酸酯用作传热性添加剂。
粒径因此优选地小于80 μm,特别地小于60 μm。在示例性实施方案中,累积分布在43 μm的粒径时达到100%。
粒径优选地大于0.05 μm,特别地大于0.1 μm。
本发明将在示出本发明的优选实施方案的以下实施例中进一步阐明。
实施例
材料
作为传热性添加剂,使用烷基膦酸的铵盐和烷基膦酸的膦酸酯:
传热性添加剂I:磷酸乙二胺盐
(19.5%磷和17.5%的氮)
传热性添加剂II:磷酸三聚氰胺盐
(14%磷和37%氮)
传热性添加剂III:烷基膦酸酯
(24%磷和熔点>245℃)
低密度聚乙烯(LDPE)用作载体。
样品制备
样品1 | LDPE |
样品2 | LDPE + 7.5重量%传热性添加剂I |
样品3 | LDPE + 7.5重量%传热性添加剂II |
样品4 | LDPE + 5.5重量%传热性添加剂III |
样品5 | LDPE + 10重量%溴化添加剂+Sb2O3. |
表1
制备LDPE膜
样品的成分由Brabender密闭式混合机在加热直到获得适当熔化时制备。150 μm膜在MPM膜挤出机上通过吹胀挤塑制备。
传热性分析
使用具有2 cm-1分辨率的Perkin Elmer FTIR分光光度计记录IR光谱。传热性如下计算:
传热性=[A i /A o ]×100%
其中A i 是在700与1400 cm-1之间的透光率谱图下积分的面积,并且其中A o 是在100%透光率情况下700与1400 cm-1之间的面积。
制备的样品的加速曝光在装备有UV 314灯的Q-UV(Q-panel公司)上完成。曝光周期持续时间是12h(在40℃下辐照8h,随后在50℃下在暗处4h)。
传热性结果
样品1 | 64.9% |
样品2 | 23.6% |
样品3 | 11.8% |
样品4 | 17.6% |
样品5 | 50.1% |
表2
表2中的结果示出:通过使用烷基膦酸的铵盐,与无这些添加剂(样品1)相比较提供改善的传热性(样品2和3)。此外,通过使用烷基膦酸的膦酸酯,提供改善的传热性。
除传热性之外,用于温室应用的另一重要因素是膜的总光透射率和直射光透射率,以透射尽可能多的光穿过膜。测量光透射率,并且结果在下表3中给出。
透明度(总透射率的%):
总光透射率(%) | |
样品1 | 89.5% |
样品2 | 87.8% |
样品3 | 78.2% |
样品4 | 88.4% |
样品5 | 60.2% |
表3
如表3中可以看到,样品2、3和4的透明度不显著地小于参考LDPE膜(样品1)。因此,样品2、3和4适用于用作温室膜。此外,样品4的直射光透射率为62.6%,未显著地小于样品1(71%),从而导致样品4具有用作温室膜的特别的相关性。
为测试本添加剂对膜的风化性质的影响,执行风化测试。特别地,进行根据DIN53384;IS04892-3;ASTMG154的风化测试,具有QUV/se来自Q-panel风化测试器,在具有0.89 W/m2/nm强度的340 nm的UVA灯下,具有在60℃下8小时随后在50℃下4小时的周期。
第一样品‘a’是包含5重量%传热性添加剂III和7.5重量% UV稳定剂的LDPE膜。第二样品‘b’是包含10重量%传热性添加剂III和7.5重量%UV稳定剂的LDPE膜。
在风化之后,根据EN IS0527-1;EN IS0527-3测量残余断裂伸长(REB)。样品a和样品b的结果示出在表4中。
风化
表4
如在表4中可示出,风化在至少1700-2021小时处于高水平。这对应于400 kly,其可与Benelux中的约4年测试相比。因此,用于提高传热性的添加剂与UV稳定剂的组合提供具有至少4年的有利风化性质的膜。
Claims (30)
1.温室装置,所述温室装置包括
-构架(1)和
-用于改善传热性的系统(2),其包括至少一种
-覆盖所述构架和/或直接和/或间接地连接至所述构架的膜
-包含适用于提高所述膜的传热性的添加剂,其中所述添加剂包含烷基膦酸或其衍生物,
-其中所述烷基膦酸选自
-甲膦酸,
-乙膦酸,
-丙膦酸
或者
-其中所述烷基膦酸是
-烷基膦酸的铵盐,和/或是
-烷基膦酸的膦酸酯
或者
-其中所述烷基膦酸选自
-二甲基螺膦酸酯,
-甲膦酸乙二胺,
-甲膦酸三聚氰胺,
-其中所述膜具有低于40%的IR透射率。
2.根据权利要求1所述的温室装置,其中所述膜具有低于25%的IR透射率。
3.根据权利要求1所述的温室装置,其中所述膜具有大于70%的透明度。
4.根据权利要求3所述的温室装置,其中所述膜具有大于85%的透明度。
5.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的温室装置,其中所述膜是聚烯烃膜。
6.根据权利要求5所述的温室装置,其中所述聚烯烃选自由聚乙烯聚合物、共聚物、EVA聚合物、EBA共聚物、1-2聚丁二烯、己烯、辛烯、基于齐格勒-纳塔或茂金属催化剂技术和它们的混合物组成的组。
7.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的温室装置,其中所述膜具有30至300 μm。
8.根据权利要求7所述的温室装置,其中所述膜具有40至180 μm的厚度。
9.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的温室装置,其中所述添加剂以所述膜的1至20重量%的量存在。
10.根据权利要求9所述的温室装置,其中所述添加剂以所述膜的2至8重量%的量存在。
11.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的温室装置,还包含三嗪衍生物。
12.根据权利要求11所述的温室装置,其中所述三嗪衍生物选自三聚氰胺和N,N',N"'-叁(2,4-双(1-烃氧基-2,2,6,6,-四甲基哌啶-4-基)烷基氨基)-s-三嗪-6-基)-3,3'-亚乙基二亚氨基二丙胺。
13.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的温室装置,还以有效稳定量包含选自由抗氧化剂、UV稳定剂、UV吸收剂、螯合剂组成的组的稳定添加剂。
14.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的温室装置,还包含来自防雾添加剂、光漫射/散射添加剂、表面改性剂、加工助剂、成核剂、起泡剂和纳米复合材料的一种或多种。
15.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的温室装置,还包含颜料。
16.根据权利要求15所述的温室装置,其中所述颜料为白色、彩色和/或黑色颜料。
17.包含具有100至300 μm的厚度的聚烯烃膜的多层温室膜,包含
-适用于提高所述膜的传热性的添加剂,
-其中所述添加剂以所述膜的1至20重量%的量存在,
-其中所述添加剂包含烷基膦酸或其衍生物,
-其中所述烷基膦酸选自
-甲膦酸,
-乙膦酸,
-丙膦酸
或者
-其中所述烷基膦酸是
-烷基膦酸的铵盐,和/或是
-烷基膦酸的膦酸酯
或者
-其中所述烷基膦酸选自
-二甲基螺膦酸酯,
-甲膦酸乙二胺,
-甲膦酸三聚氰胺,
-其中所述膜具有低于25%透射率的传热性。
18.根据权利要求17所述的多层温室膜,还包含三嗪衍生物。
19.根据权利要求18所述的多层温室膜,其中所述三嗪衍生物选自三聚氰胺和N,N',N"'-叁(2,4-双(1-烃氧基-2,2,6,6,-四甲基哌啶-4-基)烷基氨基)-s-三嗪-6-基)-3,3'-亚乙基二亚氨基二丙胺。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的多层温室膜,还以有效稳定量包含选自由抗氧化剂、UV稳定剂、UV吸收剂、螯合剂组成的组的稳定添加剂。
21.根据权利要求17至权利要求19中任一项所述的多层温室膜,还包含来自防雾添加剂、光漫射/散射添加剂、表面改性剂、加工助剂、成核剂、起泡剂和纳米复合材料的一种或多种。
22.根据权利要求17至权利要求19中任一项所述的多层温室膜,还包含颜料。
23.根据权利要求22所述的多层温室膜,其中所述颜料为白色、彩色和/或黑色颜料。
24.根据权利要求17至权利要求19中任一项所述的多层温室膜,其中所述聚烯烃选自由聚乙烯聚合物、共聚物、EVA聚合物、EBA共聚物、1-2聚丁二烯、己烯、辛烯、基于齐格勒-纳塔或茂金属催化剂技术和它们的混合物组成的组。
25.烷基膦酸作为添加剂用于降低温室膜中的IR透射率的用途。
26.根据权利要求25所述的用途,其中所述烷基膦酸选自甲膦酸、乙膦酸、丙膦酸。
27.根据权利要求25或权利要求26所述的用途,其中所述烷基膦酸是烷基膦酸的铵盐和/或是烷基膦酸的膦酸酯。
28.根据权利要求25或权利要求26所述的用途,其中所述烷基膦酸选自二甲基螺膦酸酯、甲膦酸乙二胺和甲膦酸三聚氰胺。
29.烷基膦酸在用于制备塑料膜的添加剂母料中以改善膜的传热性的用途。
30.根据权利要求29所述的用途,其中所述烷基膦酸是二甲基螺膦酸酯。
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