CN107428906A - 水基底漆组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水基底漆组合物，其包含选自下列的有机溶剂：2,5,7,10‑四氧杂十一烷(TOU)、碳酸丙二醇酯(PC)、2‑甲基戊二酸二甲酯(IRIS)和二甲基亚砜(DMSO)。本发明还提供一种表面处理基底以改善对其的粘合剂粘结的方法。此外，本发明还涉及一种制品，所述制品包括用根据本发明的水基底漆组合物表面处理的基底。

Description

水基底漆组合物
技术领域
本发明涉及一种水基底漆组合物，其包含选自下列的有机溶剂：2,5,7,10-四氧杂十一烷(TOU)、碳酸丙二醇酯(PC)、2-甲基戊二酸二甲酯(IRIS)和二甲基亚砜(DMSO)。本发明还提供一种表面处理基底以改善对其的粘合剂粘结的方法。此外，本发明还涉及一种制品，所述制品包括用根据本发明的水基底漆组合物表面处理的基底。
背景技术
底漆组合物或底漆用于本领域中以改善粘合剂或密封剂对不同基底的粘附性。底漆组合物用于改善用底漆组合物表面处理的基底与待粘结的基底之间的粘合剂层之间的粘附性。取决于应用领域，已知使用多种不同的粘合剂来粘结多种不同的基底，其中通常将特定的底漆组合物用于特定种类的基底。
低表面能的塑性材料诸如聚氯乙烯(PVC)或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)难以粘结。因此，为改善对此类基底的粘附性，必须使用底漆组合物，其制备待与粘合剂粘结的表面。底漆组合物在待粘结的基底表面上形成一定的粗糙度并因此改善粘合剂的锚固用于最终粘结。
用于处理诸如PVC或ABS的低表面能材料的底漆组合物在本领域中是已知的。这些底漆组合物包含能够在一定程度上溶解或腐蚀塑性材料的腐蚀性的基于N-甲基-吡咯烷酮(NMP)或N-乙基-吡咯烷酮(NEP)的溶剂。因此，目前可在市场上购得的用于底涂基底的底漆组合物诸如PVC或ABS全部均包括NMP或NEP。
然而，腐蚀性溶剂诸如NMP或NEP是有害物质。因此，它们的使用同时也是不期望的。相反，在2015年，将这些溶剂分类为高度危险的，并且将被宣布为致癌的。因此，本领域中强烈需要适用于对难以粘结的低能量材料诸如PVC或ABS进行底涂的底漆组合物，其不含腐蚀性有害物质如NEP或NMP。
发明内容
本发明的目的是满足上述需求。具体地，本发明的目的是提供适用于对难以粘结的低能量基底如PVC或ABS进行底涂，同时避免使用有害溶剂诸如NEP和NMP的底漆组合物。
本发明提供一种水基底漆组合物，其包含：(a)含水聚氨酯(PU)分散体，以及(b)有机溶剂，其中所述有机溶剂选自2,5,7,10-四氧杂十一烷(TOU)、碳酸丙二醇酯(PC)、2-甲基戊二酸二甲酯(IRIS)和二甲基亚砜(DMSO)。
本发明的发明人已经发现，包含选自2,5,7,10-四氧杂十一烷(TOU)、碳酸丙二醇酯(PC)、2-甲基戊二酸二甲酯(IRIS)和二甲基亚砜(DMSO)以及它们的组合的有机溶剂的组合物可底涂低能量基底诸如PVC或ABS，用于即使在不使用有害物质诸如NEP和NMP的情况下也改善粘合剂粘结。因此，根据本发明的水基底漆组合物通常不含NMP或NEP。在某些实施方案中，水基底漆组合物不含NMP、NEP，或任何其它N-烷基吡咯烷酮衍生物。
因此，本发明还涉及表面处理基底以改善对其的粘合剂粘结的方法，所述方法包括：将底漆组合物的层施加于待处理的基底的表面，其中所述底漆组合物包含选自下列的有机溶剂：2,5,7,10-四氧杂十一烷(TOU)、碳酸丙二醇酯(PC)、2-甲基戊二酸二甲酯(IRIS)和二甲基亚砜(DMSO)，并且将所述组合物干燥以形成底漆涂层。在某些实施方案中，将上述根据本发明的水基底漆组合物用于本发明方法中。
本发明还提供一种制品，所述制品包括：具有至少一个表面的基底，和涂覆或施加于所述基底的至少一个表面上的根据本发明的水基底漆组合物的层。
本发明的其它实施方案由所附权利要求书或以下具体实施方式显而易见。
具体实施方式
原则上，底漆组合物可分类为溶剂型底漆组合物和水性底漆组合物。本发明涉及水性或水基底漆组合物。
根据本发明的水基底漆组合物包含：(a)含水聚氨酯(PU)分散体，以及(b)有机溶剂，其中所述有机溶剂选自：2,5,7,10-四氧杂十一烷(TOU)、碳酸丙二醇酯(PC)、2-甲基戊二酸二甲酯(IRIS)和二甲基亚砜(DMSO)。
本发明的发明人已经发现选自TOU、PC、IRIS或DMSO的有机溶剂适用于替代通常用于常规底漆组合物中的有害物质诸如NMP或NEP。因此，本发明的水基底漆组合物包含选自TOU、PC、IRIS或DMSO的有机溶剂，同时本发明的底漆组合物通常不含NMP、NEP或任何其它N-烷基吡咯烷酮衍生物。基于所述组合物的总重量计，在某些实施方案中，本发明的水基底漆组合物包含约0.5重量％至约25重量％的有机溶剂，所述有机溶剂选自TOU、PC、IRIS或DMSO。例如，根据本发明的水基底漆组合物可包含基于所述组合物的总重量计，约2重量％至约15重量％的所述有机溶剂，诸如约3重量％至约10重量％的TOU、PC、IRIS和/或DMSO。
在某些实施方案中，所述有机溶剂至少包含2,5,7,10-四氧杂十一烷(TOU)，其是通常用于清洁产品领域中的乙缩醛类溶剂。TOU的化学结构示于下文。
在优选的实施方案中，TOU对其它有机溶剂的重量比为约1:1或更高，所述其它有机溶剂选自碳酸丙二醇酯(PC)、2-甲基戊二酸二甲酯(IRIS)和二甲基亚砜(DMSO)。更优选地，TOU对其它有机溶剂的重量比为约7:3或更高，诸如5:1或更高，所述其它有机溶剂选自碳酸丙二醇酯(PC)、2-甲基戊二酸二甲酯(IRIS)和二甲基亚砜(DMSO)。
在一些实施方案中，根据本发明的水基底漆组合物中包含的有机溶剂为TOU。根据该实施方案，水基底漆组合物不包含除了TOU之外的有机溶剂。
本发明的水基底漆组合物还包含含水PU分散体。除了含水PU分散体之外，根据分发明的水基底漆组合物还可包含含水乙酸乙烯酯-乙烯共聚物(VAE)聚合物分散体、含水聚乙酸乙烯酯(PVAc)分散体和/或含水丙烯酸类聚合物分散体。此外，水基底漆组合物还可包含不同的聚合物分散体。
在一个实施方案中，水基底漆组合物包含10重量％最多至70重量％的含水PU分散体，以及任选地最多至50重量％的含水VAE共聚物分散体、PVAc分散体和/或丙烯酸类分散体，包括分散体中的水。用于水基底漆组合物的聚合物分散体原则上在本领域中是已知的。典型的PU分散体可具有例如约40重量％至约50重量％的固含量。典型的VAE分散体可具有例如约40重量％至约70重量％的固含量。典型的PVAc分散体可具有例如约40重量％至约60重量％的固含量。典型的丙烯酸类分散体可具有例如约40重量％至约70重量％，例如最多至69重量％的固含量。
以下详细说明当作主要关注PU分散体的例示。
PU分散体是描述在水中制备并稳定PU聚合物的多种不同方法的通用词。可使用阴离子、阳离子或非离子稳定的PU分散体。
PU一方面衍生自多异氰酸酯并且另一方面衍生自多元醇。多元醇可以为例如聚酯多元醇或聚醚多元醇，并且可任选地与聚碳酸酯混合。
PU优选地具有根据DIN 53504，介于100-1600之间，更优选地500-1000的断裂伸长率％。此外，PU优选具有根据Kofler加热表的约80℃至约300℃，更优选地约85℃至约240℃的熔融温度。除此之外或另选地，PU还优选地具有根据DIN 53504的6-50MPas，更优选地15-40MPas的拉伸强度。
适宜的PU分散体的示例性示例包括但不限于得自BAYER的 U42、 U 2849 XP和 DLP-R，或得自ALBERDINGK的 U 4040VP。
PU分散体可用作主要的聚合物主链或可与VAE共聚物共混和/或可与PVAc分散体共混和/或可与丙烯酸类分散体共混以将机械特性调节至最终配方的总重量的在0-50％之间的比率。
含水的乙酸乙烯酯-乙烯(VAE)共聚物乳液通常通过在聚乙烯醇稳定体系的存在下乙酸乙烯酯与乙烯的聚合在水中制备。根据本发明适宜的VAE分散体的示例性示例包括但不限于购自HB Fuller的735或736。
含水的PVAc分散体通常通过在聚乙烯醇稳定体系的存在下乙酸乙烯酯的聚合在水中制备。根据本发明适宜的PVAc分散体的示例性示例包括但不限于购自HB Fuller的 HP-50 GR或 HP-62。
含水的丙烯酸类分散体通常通过在阴离子表面活性剂或聚乙烯醇的存在下，一种或多种丙烯酸或甲基丙烯酸单体，诸如(甲基)丙烯酸酯单体的聚合在水中制备。常用的(甲基)丙烯酸类单体包括例如，丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸癸酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸硬脂酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、(甲基)丙烯酸氨基烷基酯、(甲基)丙烯酸N-烷基氨基烷基酯、(甲基)丙烯酸N,N-二烷基氨基烷基酯；(甲基)丙烯酸脲酯；(甲基)丙烯腈或(甲基)丙烯酰胺。根据本发明适宜的丙烯酸类分散体的示例性示例包括但不限于购自HB Fuller的 A-3226或 A-3270，或者购自Synthomer的 M630。
底漆组合物中的水的总量通常为约10重量％至约80重量％的水，包括聚合物分散体中的水。优选地，底漆组合物中的水的总量为约40重量％至约70重量％，诸如约50重量％至约60重量％。
在一些实施方案中，本发明底漆组合物中包括PU和任选的VAE、PVAc和/或丙烯酸类聚合物在内的聚合物的干燥含量可以在约5重量％至约40重量％的范围内。在某些实施方案中，聚合物的干燥含量在约10重量％至约30重量％，诸如约10重量％至约20重量％的范围内。
根据本发明的水基底漆组合物优选地具有根据ASTDM D1489-09的约15％至约60％，更优选地约20％至约40％，诸如约20重量％至约30重量％的固含量。
根据本发明的水基底漆组合物还可包含常用添加剂。例如，可任选添加添加剂，诸如UV示踪剂(荧光增白剂)、润湿剂(表面活性剂)、填料、粘度调节剂(增稠剂)或消泡体系。此外，可添加用于调节底漆组合物的pH的添加剂。
在一个实施方案中，底漆组合物包含UV示踪剂。UV示踪剂也可被称作荧光增白剂或光学增白剂(OBA)。此类UV示踪剂为吸收电磁光谱的紫外线和紫色区域中的光(通常340-370nm)并且重新发射蓝色区域中的光(通常420-470nm)的化合物。在本发明的一些实施方案中，包含基于所述底漆组合物的总重量计，含量小于约0.1重量％的UV示踪剂。根据本发明适宜的UV示踪剂的示例性示例是本领域技术人员已知的并且包括但不限于购自MayzoInc.的Bentex OB、购自Ciba Specialty Chemicals的Uvitex OB、购自3V Sigma的Optiblanc PL、或Lunabrite OB。
润湿剂(也被称为表面活性剂)可主要用于改善最终基底上的湿膜的润湿特性，并且最终含量将取决于基底的表面张力。润湿剂或表面活性剂还可用于改善周围水配方内的填料的稳定性。存在四种主要类型的润湿剂：阴离子、阳离子、两性离子和非离子。当与水混合时，阴离子、阳离子和两性润湿剂离子化。阴离子具有负电荷，然而阳离子具有正电荷。两性润湿剂可充当阴离子或阳离子，这取决于溶液的酸性。非离子润湿剂不在水中离子化。当存在时，基于所述底漆组合物的总重量计，润湿剂可以0.05重量％至2重量％的量使用。根据本发明适宜的润湿剂的示例性示例包括但不限于，购自BASF的 I-SC、购自AIRPRODUCTS的104或604、或购自BTC的 SUS 87。
待包含于水基底漆组合物中的典型的填料在本领域中是已知的。例如，所述填料可以为任何形式的有机或无机填料。其具体示例包括热解法二氧化硅、已煅烧的二氧化硅、沉淀二氧化硅、磨成粉的二氧化硅、熔融二氧化硅；硅藻土；氧化铁、氧化锌、氧化钛、氧化钡、氧化镁；碳酸钙、碳酸镁、碳酸锌；叶蜡石粘土、高岭土粘土、煅烧粘土；其经脂肪酸处理的产品、经树脂酸处理的产品、经氨基甲酸酯化合物处理的产品、和经脂肪酸酯处理的产品；等。填料可任选地以例如最多至15重量％，诸如约3重量％至约12重量％，或约3重量％至约10重量％的量包含于根据本发明的底漆组合物中。根据本发明适宜的填料的示例性示例包括但不限于购自GRACE的 ED 3、购自HOFFMANN-MINERAL的 Z86、或购自EVONIK的150。
为调节粘度，可用多种技术。可使用例如粘度调节剂或增稠剂，诸如经中和的聚丙烯酸酯、PU增稠剂或天然增稠剂如纤维素或黄原胶来调节期望的粘度。增稠剂含量将主要取决于产物的最终目标粘度和产物必须形成的流变特性。例如，本发明的底漆组合物可包含含量为最多至15重量％，诸如约3重量％至约12重量％，或约3重量％至约10重量％的增稠剂。在一些实施方案中，水基底漆组合物的目标粘度范围将通常在约100至约3000mPa·s，优选地约200至约1000mPa·s的范围内，这取决于期望的应用和材料的类型。根据本发明适宜的增稠剂的示例性示例包括但不限于购自HB Fuller的HF 542。
任选的消泡体系将可以为硅或矿物油体系，并且如果存在，则最终含量可以为基于所述底漆组合物的总重量计，介于0.02重量％至最多3重量％之间。根据本发明适宜的消泡剂的示例性示例包括但不限于购自MUNZING的381，或购自EVONIK的50和2-80。
在一些实施方案中，根据本发明的水基底漆组合物将具有约6-9，或约7.5-8.8的pH。如果需要，可使用例如氨适当调节底漆组合物的pH。
如上所述，本发明还涉及表面处理基底以改善对其的粘合剂粘结的方法。本发明的方法包括：将底漆组合物的层施加于待处理的基底的表面，其中所述底漆组合物包含选自下列的有机溶剂：2,5,7,10-四氧杂十一烷(TOU)、碳酸丙二醇酯(PC)、2-甲基戊二酸二甲酯(IRIS)和二甲基亚砜(DMSO)，以及将所述组合物干燥以形成底漆涂层。另选地，本发明涉及在底漆组合物中使用选自TOU、PC、IRIS和DMSO的有机溶剂以改善对基底的粘合剂粘结。在所述方法或用途的优选实施方案中，所述有机溶剂至少包含TOU。在所述方法或用途的其它优选实施方案中，所述有机溶剂为TOU。
在某些实施方案中，将如上所述根据本发明的底漆组合物用于本发明方法中。
将底漆组合物施用或涂覆到基底上的方法没有特别限制。例如，可利用所有类型的辊(诸如钢辊或橡胶辊)，或直列式和反向旋转的辊的组合，通过喷涂或利用辊涂机或涂布刀等来施用底漆组合物。
干燥温度没有特别限制。典型的干燥可在升高的温度，诸如约60℃至约100℃，例如约70℃至约90℃下进行。干燥时间足够长以确保底漆组合物与基底相互作用以改善粘合剂粘结。这通常在例如约一分钟或更少的时间内实现，诸如约10秒至约40秒，或约20秒至约30秒。
有利地可根据本发明处理的基底包括但不限于下列基底，其包括：聚氯乙烯(PVC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚酯浸渍纸或三聚氰胺浸渍纸。
在一个实施方案中，底漆组合物可以连续涂层的形式施用。获得的涂层干重优选为0.5至25g/m2，更优选地1至15g/m2，诸如约2g/m2至约8g/m2。
本发明还涉及一种制品，所述制品包括：具有至少一个表面的基底，和涂覆在所述基底的至少一个表面上的根据本发明的底漆组合物的层。适宜的基底已经在上文讨论，并且包括但不限于低表面能基底，其包括例如聚氯乙烯(PVC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚酯浸渍纸或三聚氰胺浸渍纸。根据本发明的制品的具体示例包括但不限于镶边(edge band)、窗型材或PVC-型材。
可有利地与本发明的底漆组合物结合使用的粘合剂没有特别限制，只要实现粘合剂和底漆层之间的良好粘结即可。例如，适宜的粘合剂可包括热熔融粘合剂，诸如热熔融湿固化聚氨酯粘合剂(HMMC)、热熔融乙烯-乙酸乙烯酯粘合剂(HM EVA)、或基于无定形聚-α-烯烃的热熔融粘合剂(HM APAO)。在一些实施方案中，粘合剂为HMMC粘合剂。
工作例
为了找到适用于替代底漆组合物中的有害物质诸如NMP或NEP的溶剂，进行深入筛选。测试了各种溶剂或溶剂混合物。仅预选择非有害溶剂。在每种情况下，在室温下将具有60×10×1mm尺寸的基底试样浸没在20ml的溶剂或溶剂混合物中24小时。替代底漆组合物中的NMP或NEP的溶剂应当示出对各种基底材料的显著攻击，至少相当于由当前使用中的有害物质NMP或NEP获得的结果。观察到的结果如下评分：
0-无攻击
1-表面略攻击
2-材料溶胀
3-强攻击与材料变形
4-完全溶解
获得的测试结果示于下表中：
如上可见，选自TOU、PC、IRIS或DMSO的非有害溶剂示出对不同基底材料的至少相当于待替代的有害物质的作用的特征。因此，TOU、PC、IRIS和DMSO或它们的混合物适于替代底漆组合物中的NMP或NEP。为了示出实际上可获得包含聚合物分散体和所选的有机溶剂的水基底漆组合物，提供以下具体实施例。
工作例1
类型 重量％
水 51.19
PU分散体 Dispercoll U42 33.6
有机溶剂 TOU 5
增稠剂 HF542 6.3
填料 Aerosil 150 3
润湿剂 Dynol 604 0.2
润湿剂 Lumitent I-SC 0.3
消泡剂 Agitan 381 0.25
氨25％ - 0.06
工作例2
工作例3
类型 重量％
水 - 42.66
PU分散体 Dispercoll U 2849XP 29.74
有机溶剂 TOU 4.6
增稠剂 HF542 10.8
填料 Sillitin Z86 7.2
润湿剂 Dynol 604 0.2
润湿剂 Surfynol 104 0.2
消泡剂 Tego 2-80 0.05
丙烯酸类分散体 Plextol M630 4.5
氨25％ - 0.05
工作例4

Claims (18)

1.一种水基底漆组合物，其包含：
(a)含水聚氨酯(PU)分散体，以及
(b)有机溶剂，其中所述有机溶剂选自2,5,7,10-四氧杂十一烷(TOU)、碳酸丙二醇酯(PC)、2-甲基戊二酸二甲酯(IRIS)和二甲基亚砜(DMSO)。
2.根据权利要求1所述的水基底漆组合物，其中所述组合物不含N-甲基-吡咯烷酮(NMP)或N-乙基-吡咯烷酮(NEP)，并且优选地不含N-甲基-吡咯烷酮(NMP)和N-乙基-吡咯烷酮(NEP)。
3.根据权利要求1或2所述的水基底漆组合物，其还包含选自下列的聚合物分散体：乙酸乙烯酯-乙烯共聚物(VAE)分散体、聚乙酸乙烯酯(PVAc)分散体和丙烯酸类聚合物分散体。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的水基底漆组合物，其中所述有机溶剂至少包含TOU。
5.根据权利要求4所述的水基底漆组合物，其中TOU对其它有机溶剂的重量比为约1:1或更高，优选地为约7:3或更高，所述其它有机溶剂选自碳酸丙二醇酯(PC)、2-甲基戊二酸二甲酯(IRIS)和二甲基亚砜(DMSO)。
6.根据权利要求4或5所述的水基底漆组合物，其中所述有机溶剂为TOU。
7.根据权利要求1所述的水基底漆组合物，其中所述含水聚氨酯(PU)分散体为阴离子分散体。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的水基底漆组合物，其中所述组合物包含，基于所述总体组合物计，
约0.5重量％至约25重量％，优选地约2重量％至约15重量％的所述有机溶剂；和/或
约30重量％至约80重量％的水，优选地约40重量％至约70重量％的水；和/或
约5％重量％至约40％重量％，优选地约10％重量％至约20％重量％的干燥量的聚合物，其包括PU和任选地VAE、PVAc和丙烯酸类聚合物。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的水基底漆组合物，其中所述组合物具有根据ASTDMD1489-09的约15％至约60％，优选地约20％至约40％的固含量。
10.一种表面处理基底以改善对其的粘合剂粘结的方法，所述方法包括：
将底漆组合物的层施加于待处理的基底的表面，其中所述底漆组合物包含选自下列的有机溶剂：2,5,7,10-四氧杂十一烷(TOU)、碳酸丙二醇酯(PC)、2-甲基戊二酸二甲酯(IRIS)和二甲基亚砜(DMSO)，以及
将所述组合物干燥以形成底漆涂层。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述有机溶剂至少包含TOU，并且其中优选地所述有机溶剂为TOU。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述底漆组合物如权利要求1-8中任一项限定的。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中所述基底包括聚氯乙烯(PVC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚酯浸渍纸或三聚氰胺浸渍纸。
14.根据权利要求11-13中任一项所述的方法，其中施加所述底漆组合物以获得0.5至25g/m2，优选地1至15g/m2的涂层干重。
15.一种制品，其包括：
具有至少一个表面的基底，以及
涂覆在所述基底的至少一个表面上的如权利要求1-9中任一项所定义的底漆组合物的层。
16.根据权利要求15所述的制品，其中所述基底为低表面能基底，其包含聚氯乙烯(PVC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚酯浸渍纸或三聚氰胺浸渍纸。
17.根据权利要求15或16所述的制品，其中所述制品包括镶边、窗型材或PVC型材。
18.根据权利要求15-17中任一项所述的制品，其中所述制品还包括粘合剂，优选地热熔融粘合剂，更优选地选自下列的热熔融粘合剂：热熔融湿固化聚氨酯粘合剂(HMMC)、热熔融乙烯-乙酸乙烯酯粘合剂(HM EVA)、和基于无定形聚-α-烯烃的热熔融粘合剂(HM APAO)，其中还更优选地所述粘合剂为HMMC粘合剂。
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