CN106633385A - 一种微孔发泡木塑复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种微孔发泡木塑复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种微孔发泡木塑复合材料及其制备方法，本发明涉及木塑复合材料及其制备方法。本发明要解决现有木塑复合材料自身密度大，成本高的问题。微孔发泡木塑复合材料按质量份数由聚烯烃、干燥后的木质纤维、成核剂、相容剂和润滑剂制备而成；制备方法：首先将干燥的木质纤维与聚烯烃、成核剂、相容剂、润滑剂进行混合，经双螺杆挤出机熔融混合，将挤出的熔融混合物置于压机热压成型，得到木塑板材试样；将木塑板材试样置入高温高压釜中，通入超临界CO2流体，保温保压一定时间，泄压，得到微孔发泡木塑复合材料。本发明的微孔木塑复合材料具有发泡倍率高，质轻、泡孔结构形态优良、成本低的优点。本发明主要用于微孔发泡木塑复合材料及其制备方法。

Description

一种微孔发泡木塑复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及木塑复合材料及其制备方法。
背景技术
木塑复合材料(WPC)是将植物纤维等作为填料或增强材料添加到热塑性塑料中，并通过加热使植物纤维与熔融状态的热塑性塑料进行复合而得到的一种新型环保材料。具有以下特点：(1)原料来源广，价格便宜；(2)尺寸稳定性好，吸湿和吸水性能较低；(3)耐热性能较好；(4)耐腐蚀性好；(5)可重复加工和循环利用。作为一种新型材料，应用领域包括建筑、物流、装饰、家具、园林等；作为结构类材料，主要用于室内地板、家具及门窗；作为装饰类材料，主要用于汽车内饰和室内装修配件；此外，也可以用于对环境有特殊要求的场合。木塑复合材料的发展，不仅有利于保护森林资源，还可以解决城市中日趋严重的塑料废弃问题，有利于社会和经济的可持续发展。但是由于自身存在密度大的缺陷，限制了木塑复合材料的使用范围。
发明内容
本发明要解决现有木塑复合材料自身密度大，成本高的问题，而提供一种微孔发泡木塑复合材料及其制备方法。
本发明的一种微孔发泡木塑复合材料按质量份数由60份～90份聚烯烃、10份～40份干燥后的木质纤维、0.5份～8份成核剂、1份～8份相容剂和1份～4份润滑剂制备而成。
本发明的一种微孔发泡木塑复合材料的制备方法是按以下步骤进行：
一、按质量份数称取60份～90份聚烯烃、10份～40份干燥后的木质纤维、0.5份～8份成核剂、1份～8份相容剂和1份～4份润滑剂；
二、将60份～90份聚烯烃、10份～40份干燥后的木质纤维、0.5份～8份成核剂、1份～8份相容剂和1份～4份润滑剂在高混机中混合3min～5min，得到混合后的物料；
三、在挤出温度为160℃～180℃及转速为30r/min～50r/min的条件下，将混合后的物料通过双螺杆挤出机熔融混合，得到混合后的熔体，在热压机温度为165℃～185℃的条件下，将混合后的熔体经热压机热压成型，得到木塑板材试样；
四、将木塑板材试样置于高温高压釜中，排除釜内空气后，通入超临界CO2流体，在高温高压釜温度为140℃～170℃及釜内压力为10MPa～30MPa的条件下，保温保压30min～90min，然后泄压，泄压时间为0.5s～5s，最后取出发泡试样在空气或冷却液体中进行定型，得到一种微孔发泡木塑复合材料。
本发明的有益效果是：本发明制备的微孔发泡木塑复合材料能够克服传统WPC密度大的缺点，具有环保无污染、无化学残留、发泡倍率高，质轻、泡孔结构形态优良、成本低的优点，可制备平均泡孔半径5.0um～30.0um，泡孔尺寸分布均匀，发泡倍率4～20倍，泡孔密度1.0×109个/cm3～1.0×1011个/cm3，发泡密度0.04～0.6g/cm3的微孔发泡木塑复合材料。解决了传统木塑复合材料发泡效果不理想，泡孔密度低，泡孔尺寸大和泡孔尺寸不均匀等问题，拓展了木塑复合材料的使用范围。
本发明用于一种微孔发泡木塑复合材料及其制备方法。
附图说明
图1为实施例一制备的微孔发泡木塑复合材料；
图2为实施例二制备的微孔发泡木塑复合材料；
图3为实施例三制备的微孔发泡木塑复合材料；
图4为实施例四制备的微孔发泡木塑复合材料；
图5为实施例五制备的微孔发泡木塑复合材料。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的一种微孔发泡木塑复合材料按质量份数由60份～90份聚烯烃、10份～40份干燥后的木质纤维、0.5份～8份成核剂、1份～8份相容剂和1份～4份润滑剂制备而成。
本实施方式的有益效果是：本实施方式制备的微孔发泡木塑复合材料能够克服传统WPC密度大的缺点，具有环保无污染、无化学残留、发泡倍率高，质轻、泡孔结构形态优良、成本低的优点，可制备平均泡孔半径5.0um～30.0um，泡孔尺寸分布均匀，发泡倍率4～20倍，泡孔密度1.0×109个/cm3～1.0×1011个/cm3，发泡密度0.04～0.6g/cm3的微孔发泡木塑复合材料。解决了传统木塑复合材料发泡效果不理想，泡孔密度低，泡孔尺寸大和泡孔尺寸不均匀等问题，拓展了木塑复合材料的使用范围。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的干燥后的木质纤维是按以下步骤进行的：将木质纤维在温度为105±3℃的条件下干燥，直至木质纤维含水率≤2％，得到干燥后的木质纤维；其中所述的木质纤维为木粉、稻壳粉、竹粉、秸秆粉、果壳粉和麻纤维中的一种或几种的混合物；所述的木质纤维颗粒目数为80目～300目。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是：所述的聚烯烃为聚丙烯和聚乙烯中的一种或两种的混合物；所述的成核剂为滑石粉、纳米蒙脱土和纳米碳酸钙中的一种或其中几种的混合物。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三不同的是：所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯和硅烷偶联剂中的一种或其中几种的混合物。其它与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四不同的是：所述的润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸、石蜡、马来酸酐接枝聚乙烯蜡和马来酸酐接枝聚丙烯蜡中的一种或其中几种的混合物。其它与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式所述的一种微孔发泡木塑复合材料的制备方法，是按照以下步骤进行的：
一、按质量份数称取60份～90份聚烯烃、10份～40份干燥后的木质纤维、0.5份～8份成核剂、1份～8份相容剂和1份～4份润滑剂；
二、将60份～90份聚烯烃、10份～40份干燥后的木质纤维、0.5份～8份成核剂、1份～8份相容剂和1份～4份润滑剂在高混机中混合3min～5min，得到混合后的物料；
三、在挤出温度为160℃～180℃及转速为30r/min～50r/min的条件下，将混合后的物料通过双螺杆挤出机熔融混合，得到混合后的熔体，在热压机温度为165℃～185℃的条件下，将混合后的熔体经热压机热压成型，得到木塑板材试样；
四、将木塑板材试样置于高温高压釜中，排除釜内空气后，通入超临界CO2流体，在高温高压釜温度为140℃～170℃及釜内压力为10MPa～30MPa的条件下，保温保压30min～90min，然后泄压，泄压时间为0.5s～5s，最后取出发泡试样在空气或冷却液体中进行定型，得到一种微孔发泡木塑复合材料。
本具体实施方式步骤四中所述的超临界CO2流体为饱和状态。
本实施方式的有益效果是：本实施方式制备的微孔发泡木塑复合材料能够克服传统WPC密度大的缺点，具有环保无污染、无化学残留、发泡倍率高，质轻、泡孔结构形态优良、成本低的优点，可制备平均泡孔半径5.0um～30.0um，泡孔尺寸分布均匀，发泡倍率4～20倍，泡孔密度1.0×109个/cm3～1.0×1011个/cm3，发泡密度0.04～0.6g/cm3的微孔发泡木塑复合材料。解决了传统木塑复合材料发泡效果不理想，泡孔密度低，泡孔尺寸大和泡孔尺寸不均匀等问题，拓展了木塑复合材料的使用范围。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是：步骤一中所述的干燥后的木质纤维是按以下步骤进行的：将木质纤维在温度为105±3℃的条件下干燥，直至木质纤维含水率≤2％，得到干燥后的木质纤维；其中所述的木质纤维为木粉、稻壳粉、竹粉、秸秆粉、果壳粉和麻纤维中的一种或几种的混合物；所述的木质纤维颗粒目数为80目～300目。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六或七之一不同的是：步骤一中所述的聚烯烃为聚丙烯和聚乙烯中的一种或两种的混合物；步骤一中所述的成核剂为滑石粉、纳米蒙脱土和纳米碳酸钙中的一种或其中几种的混合物。其它与具体实施方式六或七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式六至八之一不同的是：步骤一中所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯和硅烷偶联剂中的一种或其中几种的混合物。其它与具体实施方式六至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式六至九之一不同的是：步骤一中所述的润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸、石蜡、马来酸酐接枝聚乙烯蜡和马来酸酐接枝聚丙烯蜡中的一种或其中几种的混合物。其它与具体实施方式六至九相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
本实施例所述的一种微孔发泡木塑复合材料及其制备方法，具体是按照以下步骤进行的：
一种微孔发泡木塑复合材料由500g聚烯烃、125g干燥后的木质纤维、20g成核剂、25g相容剂和10g润滑剂制备而成；
所述的干燥后的木质纤维是按以下步骤进行的：将木质纤维在温度为105℃的条件下干燥，直至木质纤维含水率为1％～2％，得到干燥后的木质纤维；其中所述的木质纤维为杨木木粉；所述的杨木木粉的目数为100目；
所述的聚烯烃为聚丙烯(PF814)；所述的成核剂为3000目的滑石粉；所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯；所述的润滑剂为聚乙烯蜡；
上述一种微孔发泡木塑复合材料的制备方法是按以下步骤进行：
一、称取：称取500g聚烯烃、125g干燥后的木质纤维、20g成核剂、25g相容剂和10g润滑剂；
二、将500g聚烯烃、125g干燥后的木质纤维、20g成核剂、25g相容剂和10g润滑剂在高混机中混合5min，得到混合后的物料；
三、在挤出温度为160℃～180℃及转速为30r/min的条件下，将混合后的物料通过双螺杆挤出机熔融混合，得到混合后的熔体，在热压机温度为170℃的条件下，将混合后的熔体经热压机热压成型，得到木塑板材试样；
所述的木塑板材试样的厚度为2mm，并剪切为10mm×20mm×2mm；
四、将木塑板材试样置于高温高压釜中，排除釜内空气后，通入超临界CO2流体，在高温高压釜温度为160℃及釜内压力为20MPa的条件下，保温保压30min，然后泄压，泄压时间为1s，最后取出发泡试样在空气中进行定型，得到一种微孔发泡木塑复合材料。
本实施例步骤四中所述的超临界CO2流体为饱和状态。
图1为实施例一制备的微孔发泡木塑复合材料，泡孔尺寸分布均匀，泡孔密度为1.0×109个/cm3，平均泡孔半径为16.0μm，发泡倍率为17倍，表观密度约为0.05g/cm3。
实施例二：
本实施例所述的一种微孔发泡木塑复合材料及其制备方法，具体是按照以下步骤进行的：
一种微孔发泡木塑复合材料由500g聚烯烃、145g干燥后的木质纤维、20g成核剂、25g相容剂和10g润滑剂制备而成；
所述的干燥后的木质纤维是按以下步骤进行的：将木质纤维在温度为105℃的条件下干燥，直至木质纤维含水率为1％～2％，得到干燥后的木质纤维；其中所述的木质纤维为杨木木粉；所述的杨木木粉的目数为100目；
所述的聚烯烃为聚丙烯(PF814)；所述的成核剂为3000目的滑石粉；所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯；所述的润滑剂为聚乙烯蜡；
上述一种微孔发泡木塑复合材料的制备方法是按以下步骤进行：
一、称取：称取500g聚烯烃、145g干燥后的木质纤维、20g成核剂、25g相容剂和10g润滑剂；
二、将500g聚烯烃、145g干燥后的木质纤维、20g成核剂、25g相容剂和10g润滑剂在高混机中混合5min，得到混合后的物料；
三、在挤出温度为160℃～180℃及转速为35r/min的条件下，将混合后的物料通过双螺杆挤出机熔融混合，得到混合后的熔体，在热压机温度为170℃的条件下，将混合后的熔体经热压机热压成型，得到木塑板材试样；
所述的木塑板材试样的厚度为2mm，并剪切为10mm×20mm×2mm；
四、将木塑板材试样置入高温高压釜中，排除釜内空气后，通入超临界CO2流体，在高温高压釜温度为160℃及釜内压力为15MPa的条件下，保温保压60min，然后泄压，泄压时间为2s，最后取出发泡试样在空气中进行定型，得到一种微孔发泡木塑复合材料。
本实施例步骤四中所述的超临界CO2流体为饱和状态。
图2为实施例二制备的微孔发泡木塑复合材料，泡孔尺寸分布均匀，泡孔密度为9.0×109个/cm3，平均泡孔半径为11.6μm，发泡倍率为12倍，表观密度约为0.08g/cm3。
实施例三：
本实施例所述的一种微孔发泡木塑复合材料及其制备方法，具体是按照以下步骤进行的：
一种微孔发泡木塑复合材料由500g聚烯烃、125g干燥后的木质纤维、20g成核剂、25g相容剂和10g润滑剂制备而成；
所述的干燥后的木质纤维是按以下步骤进行的：将木质纤维在温度为105℃的条件下干燥，直至木质纤维含水率为1％～2％，得到干燥后的木质纤维；其中所述的木质纤维为杨木木粉；所述的杨木木粉的目数为100目；
所述的聚烯烃为聚丙烯(PF814)；所述的成核剂为3000目的滑石粉；所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯；所述的润滑剂为聚乙烯蜡；
上述一种微孔发泡木塑复合材料的制备方法是按以下步骤进行：
一、称取：称取500g聚烯烃、125g干燥后的木质纤维、20g成核剂、25g相容剂和10g润滑剂；
二、将500g聚烯烃、125g干燥后的木质纤维、20g成核剂、25g相容剂和10g润滑剂在高混机中混合5min，得到混合后的物料；
三、在挤出温度为160℃～180℃及转速为50r/min的条件下，将混合后的物料通过双螺杆挤出机熔融混合，得到混合后的熔体，在热压机温度为170℃的条件下，将混合后的熔体经热压机热压成型，得到木塑板材试样；
所述的木塑板材试样的厚度为4mm，并剪切为10mm×20mm×4mm；
四、将木塑板材试样置于高温高压釜中，排除釜内空气后，通入超临界CO2流体，在高温高压釜温度为160℃及釜内压力为10MPa的条件下，保温保压30min，然后泄压，泄压时间为2s，最后取出发泡试样在冷水中进行定型，得到一种微孔发泡木塑复合材料。
本实施例步骤四中所述的超临界CO2流体为饱和状态。
图3为实施例三制备的微孔发泡木塑复合材料，泡孔尺寸分布均匀，泡孔密度为7.0×1010个/cm3，平均泡孔半径为2.8μm，发泡倍率为4倍，表观密度约为0.5g/cm3。
实施例四：
本实施例所述的一种微孔发泡木塑复合材料及其制备方法，具体是按照以下步骤进行的：
一种微孔发泡木塑复合材料由500g聚烯烃、125g干燥后的木质纤维、20g成核剂、25g相容剂和10g润滑剂制备而成；
所述的干燥后的木质纤维是按以下步骤进行的：将木质纤维在温度为105℃的条件下干燥，直至木质纤维含水率为1％～2％，得到干燥后的木质纤维；其中所述的木质纤维为竹粉；所述的竹粉的目数为200目；
所述的聚烯烃为聚丙烯；所述的成核剂为纳米碳酸钙；所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯；所述的润滑剂为马来酸酐接枝聚丙烯蜡；
上述一种微孔发泡木塑复合材料的制备方法是按以下步骤进行：
一、称取：称取500g聚烯烃、125g干燥后的木质纤维、20g成核剂、25g相容剂和10g润滑剂；
二、将500g聚烯烃、125g干燥后的木质纤维、20g成核剂、25g相容剂和10g润滑剂在高混机中混合5min，得到混合后的物料；
三、在挤出温度为160℃～180℃及转速为30r/min的条件下，将混合后的物料通过双螺杆挤出机熔融混合，得到混合后的熔体，在热压机温度为170℃的条件下，将混合后的熔体经热压机热压成型，得到木塑板材试样；
所述的木塑板材试样的厚度为4mm，并剪切为10mm×20mm×4mm；
四、将木塑板材试样置于高温高压釜中，排除釜内空气后，通入超临界CO2流体，在高温高压釜温度为160℃及釜内压力为10MPa的条件下，保温保压30min，然后泄压，泄压时间为1s，最后取出发泡试样在空气中进行定型，得到一种微孔发泡木塑复合材料。
本实施例步骤四中所述的超临界CO2流体为饱和状态。
图4为实施例四制备的微孔发泡木塑复合材料，泡孔尺寸分布均匀，泡孔密度为7.0×1010个/cm3，平均泡孔半径为2.8μm，发泡倍率为4倍，表观密度约为0.5g/cm3。
实施例五：
本实施例所述的一种微孔发泡木塑复合材料及其制备方法，具体是按照以下步骤进行的：
一种微孔发泡木塑复合材料由500g聚烯烃、250g干燥后的木质纤维、20g成核剂、25g相容剂和10g润滑剂制备而成；
所述的干燥后的木质纤维是按以下步骤进行的：将木质纤维在温度为105℃的条件下干燥，直至木质纤维含水率为1％～2％，得到干燥后的木质纤维；其中所述的木质纤维为杨木木粉；所述的杨木木粉的目数为100目；
所述的聚烯烃为聚乙烯；所述的成核剂为纳米蒙脱土；所述的相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯；所述的润滑剂为聚乙烯蜡；
上述一种微孔发泡木塑复合材料的制备方法是按以下步骤进行：
一、称取：称取500g聚乙烯、250g干燥后的木质纤维、20g成核剂、25g相容剂和10g润滑剂；
二、将500g聚乙烯、250g干燥后的木质纤维、20g成核剂、25g相容剂和10g润滑剂在高混机中混合5min，得到混合后的物料；
三、在挤出温度为165℃～175℃及转速为50r/min的条件下，将混合后的物料通过双螺杆挤出机熔融混合，得到混合后的熔体，在热压机温度为170℃的条件下，将混合后的熔体经热压机热压成型，得到木塑板材试样；
所述的木塑板材试样的厚度为4mm，并剪切为10mm×20mm×4mm；
四、将木塑板材试样置于高温高压釜中，排除釜内空气后，通入超临界CO2流体，在高温高压釜温度为158℃及釜内压力为10MPa的条件下，保温保压30min，然后泄压，泄压时间为0.5s，最后取出发泡试样在空气中进行定型，得到一种微孔发泡木塑复合材料。
本实施例步骤四中所述的超临界CO2流体为饱和状态。
图5为实施例五制备的微孔发泡木塑复合材料，泡孔尺寸分布均匀，泡孔密度为1.1×109个/cm3，平均泡孔半径为28.6μm，发泡倍率为18倍，表观密度约为0.08g/cm3。

Claims (10)

1.一种微孔发泡木塑复合材料，其特征在于一种微孔发泡木塑复合材料按质量份数由60份～90份聚烯烃、10份～40份干燥后的木质纤维、0.5份～8份成核剂、1份～8份相容剂和1份～4份润滑剂制备而成。
2.根据权利要求1所述的一种微孔发泡木塑复合材料，其特征在于所述的干燥后的木质纤维是按以下步骤进行的：将木质纤维在温度为105±3℃的条件下干燥，直至木质纤维含水率≤2％，得到干燥后的木质纤维；其中所述的木质纤维为木粉、稻壳粉、竹粉、秸秆粉、果壳粉和麻纤维中的一种或几种的混合物；所述的木质纤维颗粒目数为80目～300目。
3.根据权利要求1所述的一种微孔发泡木塑复合材料，其特征在于所述的聚烯烃为聚丙烯和聚乙烯中的一种或两种的混合物；所述的成核剂为滑石粉、纳米蒙脱土和纳米碳酸钙中的一种或其中几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种微孔发泡木塑复合材料，其特征在于所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯和硅烷偶联剂中的一种或其中几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种微孔发泡木塑复合材料，其特征在于所述的润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸、石蜡、马来酸酐接枝聚乙烯蜡和马来酸酐接枝聚丙烯蜡中的一种或其中几种的混合物。
6.如权利要求1所述的一种微孔发泡木塑复合材料的制备方法，其特征在于一种微孔发泡木塑复合材料的制备方法是按以下步骤进行：
一、按质量份数称取60份～90份聚烯烃、10份～40份干燥后的木质纤维、0.5份～8份成核剂、1份～8份相容剂和1份～4份润滑剂；
二、将60份～90份聚烯烃、10份～40份干燥后的木质纤维、0.5份～8份成核剂、1份～8份相容剂和1份～4份润滑剂在高混机中混合3min～5min，得到混合后的物料；
三、在挤出温度为160℃～180℃及转速为30r/min～50r/min的条件下，将混合后的物料通过双螺杆挤出机熔融混合，得到混合后的熔体，在热压机温度为165℃～185℃的条件下，将混合后的熔体经热压机热压成型，得到木塑板材试样；
四、将木塑板材试样置于高温高压釜中，排除釜内空气后，通入超临界CO2流体，在高温高压釜温度为140℃～170℃及釜内压力为10MPa～30MPa的条件下，保温保压30min～90min，然后泄压，泄压时间为0.5s～5s，最后取出发泡试样在空气或冷却液体中进行定型，得到一种微孔发泡木塑复合材料。
7.根据权利要求6所述的一种微孔发泡木塑复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的干燥后的木质纤维是按以下步骤进行的：将木质纤维在温度为105±3℃的条件下干燥，直至木质纤维含水率≤2％，得到干燥后的木质纤维；其中所述的木质纤维为木粉、稻壳粉、竹粉、秸秆粉、果壳粉和麻纤维中的一种或几种的混合物；所述的木质纤维颗粒目数为80目～300目。
8.根据权利要求6所述的一种微孔发泡木塑复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的聚烯烃为聚丙烯和聚乙烯中的一种或两种的混合物；步骤一中所述的成核剂为滑石粉、纳米蒙脱土和纳米碳酸钙中的一种或其中几种的混合物。
9.根据权利要求6所述的一种微孔发泡木塑复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯和硅烷偶联剂中的一种或其中几种的混合物。
10.根据权利要求6所述的一种微孔发泡木塑复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸、石蜡、马来酸酐接枝聚乙烯蜡和马来酸酐接枝聚丙烯蜡中的一种或其中几种的混合物。
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