CN109438664B - 家电用阻燃性硬泡聚氨酯材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于阻燃聚氨酯泡沫领域，具体涉及一种家电用阻燃性硬泡聚氨酯材料及其制备方法。所述的家电用阻燃性硬泡聚氨酯材料，由A组分和B组分构成，其中，A组分由以下重量份数的原料制成：聚醚多元醇A30‑50份；聚醚多元醇B15‑30份；聚醚多元醇C15‑30份；聚酯多元醇D20份；物理发泡剂10‑15份；化学发泡剂2.0‑4.0份；催化剂2.0‑4.0份；阻燃剂40份；泡沫稳定剂2.5份；B组分为聚合二苯基甲烷二异氰酸酯。本发明提供一种家电用阻燃性硬泡聚氨酯材料，环境友好，具有良好的阻燃效果；其制备方法，科学合理、简单易行。

Description

家电用阻燃性硬泡聚氨酯材料及其制备方法
技术领域
本发明属于阻燃聚氨酯泡沫领域，具体涉及一种家电用阻燃性硬泡聚氨酯材料及其制备方法。
背景技术
硬泡聚氨酯塑料已经广泛应用于生活领域，包括墙体隔热板、装饰用仿木制品、冰箱冷柜中间保温层、管道夹层材料等，随着人们对环境要求的进一步提升，各类日常用品制造商也开始朝着环保的方向开发新产品。尽管制品较为环保，但其应用也有具有局限性，聚氨酯制品易燃烧，燃烧时火焰剧烈并且伴有浓烈的黑烟，燃烧是的高烟释放，使其直接应用到工业具有很大的局限性，所以阻燃聚氨酯材料的研究和应用一直是当今聚氨酯材料研究的热点。
环戊烷是目前最热门的聚氨酯发泡剂之一，环戊烷本身具有发泡倍率高、沸点低、气相导热率低、环保以及零ODP值、低GWP值等优势，因此，被广泛应用在新型家电发泡领域。但是环戊烷属于易燃易爆化学品，在空气的爆炸极限为1.4-8.0％，这就对制冷工厂环戊烷发泡线有特殊要求，必须配备排风设备，防止发泡过程中挥发的环戊烷集聚引发事故。由于聚氨酯本身的易燃性质，聚氨酯泡沫内部填充的为环戊烷气体，会使得燃烧更加剧烈，因此开发具有良好阻燃性的环戊烷型聚氨酯泡沫具有重要的意义。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种家电用阻燃性硬泡聚氨酯材料，环境友好，具有良好的阻燃效果；本发明同时提供其制备方法，科学合理、简单易行。
本发明所述的家电用阻燃性硬泡聚氨酯材料，由A组分和B组分构成，其中，
A组分由以下重量份数的原料制成：
Figure BDA0001818776230000011
Figure BDA0001818776230000021
其中：
所述的聚醚多元醇A为官能度为4.6-4.8，羟值为390-420mgKOH/g的聚醚多元醇；
所述的聚醚多元醇B为官能度为5.0-5.3，羟值为450-470mgKOH/g的聚醚多元醇；
所述的聚醚多元醇C为官能度为4.0-4.2，羟值为370-390mgKOH/g的聚醚多元醇；
所述的聚酯多元醇D，羟值为310-330mgKOH/g的聚酯多元醇。
B组分为聚合二苯基甲烷二异氰酸酯。
优选地，所述的聚醚多元醇A为INOVOL R6001C，所述的聚醚多元醇B为INOVOLR6207，所述的聚醚多元醇C为INOVOL R6205，均为山东一诺威新材料有限公司市售产品。
所述的聚酯多元醇D为聚酯多元醇3152。山东一诺威新材料有限公司市售产品。
所述的物理发泡剂为环戊烷。
所述的化学发泡剂为水。
所述的催化剂为N,N-二甲基环己胺(Y-12)、N,N-二甲基苄胺(Y-27)、2-羟基-NNN-三甲基-1-丙胺的甲酸盐(TMR-2)和醋酸钾(KAc)。
所述的阻燃剂为磷酸三乙酯(TEP)和磷酸三(2-氯丙基)酯(TCPP)的混合物，磷酸三乙酯与磷酸三(2-氯丙基)酯的质量比为1：3-3：1。
组合料中加入一定量的磷酸三乙酯可以显著提高制品泡沫的阻燃性，具有良好的阻燃效果。
磷酸三乙酯(TEP)，是一种不含卤素的环境友好型阻燃剂，组合料中加入一定量的磷酸三乙酯可以显著提高制品泡沫的阻燃性，具有良好的阻燃效果。此外，将TEP加入到聚氨酯材料中能够提高聚合物的热稳定性，而且，TEP在聚氨酯燃烧过程中能够发挥催化交联，协效成炭的作用，所以加入TEP后提高阻燃效率，降低了燃烧时的热释放。磷酸三(2-氯丙基)酯(TCPP)是组合聚醚中常用的一种助剂，起到阻燃效果的同时也可以降低体系的粘度，有利于A、B料的混合。
所述的泡沫稳定剂为H-3605，生产厂家为：中山市东峻化工有限公司。
所述的聚合二苯基甲烷二异氰酸酯为烟台万华聚氨酯股份有限公司生产的PM200或巴斯夫公司生产的M20S。
本发明所述的家电用阻燃性硬泡聚氨酯材料的制备方法，其特征在于：步骤如下：
(1)A组分的制备：将聚醚多元醇A、聚醚多元醇B、聚醚多元醇C和聚酯多元醇D加入到搅拌釜中，搅拌均匀，将物理发泡剂、化学发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂和阻燃剂依次加入搅拌釜中，搅拌均匀；
(2)B组分的制备：将聚合二苯基甲烷二异氰酸酯称量备用；
(3)使用时，将A组分与B组分按A：B＝1：1.1-1.5的重量比通过高压发泡机注入到家用保温家电箱体中，熟化后开模，得家电用阻燃性硬泡聚氨酯材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)本发明中三种聚醚搭配使用聚醚组分A可以提高环戊烷在体系的中互溶性，以此来提高发泡剂在体系中的稳定性，延长组合聚醚多元醇的有效使用时间；聚醚组分B可以提高聚氨酯泡沫的强度，避免开模时因强度不高引起电器表面不平，从而影响产品品质；组分C提高发泡过程中的流动性，避免发泡过程中局部或末端填充不满；组分D则是在配合醋酸钾在后固化过程中提高三聚的效率，产生的泡沫将体现出更好的阻燃性。
(2)本发明选择不同的B：A料配比进行对比，料比越高反应过程中就越容易生成更具有阻燃性质的结构。
(3)所述的制备方法，科学合理、简单易行。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但不限定本发明。
实施例中用到的所有原料除特殊说明外，均为市购。
对比例1
A组分与B组分的重量比为1：1.1，A组分为，以重量份数记：
Figure BDA0001818776230000031
将各种聚醚多元醇按比例加入到搅拌釜中，搅拌均匀，再按比例将称量好的物理发泡剂、化学发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂依次加入搅拌釜，搅拌均匀。A组分制备完成。
将制备好的A组分与B组分以1：1.1的比例，用高压发泡剂注入到家用保温家电箱体中，填充满熟化10min开模，即得到家电用硬泡聚氨酯材料。
实施例1
A组分与B组分的重量比为1：1.1，A组分为，以重量份数记：
Figure BDA0001818776230000041
其制备方法如下：
(1)A组分的制备：将聚醚多元醇和聚酯多元醇加入到搅拌釜中，搅拌均匀，将物理发泡剂、化学发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂和阻燃剂依次加入搅拌釜中，搅拌均匀；
(2)B组分的制备：将聚合二苯基甲烷二异氰酸酯称量备用；
(3)使用时，将A组分与B组分按A：B＝1：1.1的重量比通过高压发泡机注入到家用保温家电箱体中，填充满熟化10min开模，得家电用阻燃性硬泡聚氨酯材料。
实施例2
A组分与B组分的重量比为1：1.1，A组分为，以重量份数记：
Figure BDA0001818776230000042
Figure BDA0001818776230000051
其制备方法如下：
(1)A组分的制备：将聚醚多元醇和聚酯多元醇加入到搅拌釜中，搅拌均匀，将物理发泡剂、化学发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂和阻燃剂依次加入搅拌釜中，搅拌均匀；
(2)B组分的制备：将聚合二苯基甲烷二异氰酸酯称量备用；
(3)使用时，将A组分与B组分按A：B＝1：1.1的重量比通过高压发泡机注入到家用保温家电箱体中，填充满熟化10min开模，得家电用阻燃性硬泡聚氨酯材料。
实施例3
A组分与B组分的重量比为1：1.1，A组分为，以重量份数记：
Figure BDA0001818776230000052
其制备方法如下：
(1)A组分的制备：将聚醚多元醇和聚酯多元醇加入到搅拌釜中，搅拌均匀，将物理发泡剂、化学发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂和阻燃剂依次加入搅拌釜中，搅拌均匀；
(2)B组分的制备：将聚合二苯基甲烷二异氰酸酯称量备用；
(3)使用时，将A组分与B组分按A：B＝1：1.1的重量比通过高压发泡机注入到家用保温家电箱体中，填充满熟化10min开模，得家电用阻燃性硬泡聚氨酯材料。
实施例4
A组分与B组分的重量比为1：1.1，A组分为，以重量份数记：
Figure BDA0001818776230000061
其制备方法如下：
(1)A组分的制备：将聚醚多元醇和聚酯多元醇加入到搅拌釜中，搅拌均匀，将物理发泡剂、化学发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂和阻燃剂依次加入搅拌釜中，搅拌均匀；
(2)B组分的制备：将聚合二苯基甲烷二异氰酸酯称量备用；
(3)使用时，将A组分与B组分按A：B＝1：1.1的重量比通过高压发泡机注入到家用保温家电箱体中，填充满熟化10min开模，得家电用阻燃性硬泡聚氨酯材料。
实施例5
A组分与B组分的重量比为1：1.1，A组分为，以重量份数记：
Figure BDA0001818776230000062
Figure BDA0001818776230000071
其制备方法如下：
(1)A组分的制备：将聚醚多元醇和聚酯多元醇加入到搅拌釜中，搅拌均匀，将物理发泡剂、化学发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂和阻燃剂依次加入搅拌釜中，搅拌均匀；
(2)B组分的制备：将聚合二苯基甲烷二异氰酸酯称量备用；
(3)使用时，将A组分与B组分按A：B＝1：1.1的重量比通过高压发泡机注入到家用保温家电箱体中，填充满熟化10min开模，得家电用阻燃性硬泡聚氨酯材料。
实施例6
A组分与B组分的重量比为1：1.1，A组分为，以重量份数记：
Figure BDA0001818776230000072
其制备方法如下：
(1)A组分的制备：将聚醚多元醇和聚酯多元醇加入到搅拌釜中，搅拌均匀，将物理发泡剂、化学发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂和阻燃剂依次加入搅拌釜中，搅拌均匀；
(2)B组分的制备：将聚合二苯基甲烷二异氰酸酯称量备用；
(3)使用时，将A组分与B组分按A：B＝1：1.1的重量比通过高压发泡机注入到家用保温家电箱体中，填充满熟化10min开模，得家电用阻燃性硬泡聚氨酯材料。
将对比例1与实施例1-6制备的家电用硬泡聚氨酯材料进行性能测试，测试结果
见表1。
表1测试结果
Figure BDA0001818776230000081
从上表来看，添加3152聚酯多元醇和40份TCPP/TEP后，泡沫体系的压缩强度增大，氧指数大幅提高，燃烧时的烟释放和热释放也明显降低，其中TCPP/TEP最佳匹配为1:1。
对比例2
A组分与B组分的重量比为1：1.3，A组分为，以重量份数记：
Figure BDA0001818776230000082
将各种聚醚多元醇按比例加入到搅拌釜中，搅拌均匀，再按比例将称量好的物理发泡剂、化学发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂依次加入搅拌釜，搅拌均匀。A组分制备完成。
将制备好的A组分与B组分以1：1.3的比例，用高压发泡剂注入到家用保温家电箱体中，填充满熟化10min开模，即得到家电用硬泡聚氨酯材料。
实施例7
A组分与B组分的重量比为1：1.3，A组分为，以重量份数记：
Figure BDA0001818776230000083
Figure BDA0001818776230000091
其制备方法如下：
(1)A组分的制备：将聚醚多元醇和聚酯多元醇加入到搅拌釜中，搅拌均匀，将物理发泡剂、化学发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂和阻燃剂依次加入搅拌釜中，搅拌均匀；
(2)B组分的制备：将聚合二苯基甲烷二异氰酸酯称量备用；
(3)使用时，将A组分与B组分按A：B＝1：1.3的重量比通过高压发泡机注入到家用保温家电箱体中，填充满熟化10min开模，得家电用阻燃性硬泡聚氨酯材料。
实施例8
A组分与B组分的重量比为1：1.3，A组分为，以重量份数记：
Figure BDA0001818776230000092
Figure BDA0001818776230000101
其制备方法如下：
(1)A组分的制备：将聚醚多元醇和聚酯多元醇加入到搅拌釜中，搅拌均匀，将物理发泡剂、化学发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂和阻燃剂依次加入搅拌釜中，搅拌均匀；
(2)B组分的制备：将聚合二苯基甲烷二异氰酸酯称量备用；
(3)使用时，将A组分与B组分按A：B＝1：1.3的重量比通过高压发泡机注入到家用保温家电箱体中，填充满熟化10min开模，得家电用阻燃性硬泡聚氨酯材料。
实施例9
A组分与B组分的重量比为1：1.3，A组分为，以重量份数记：
Figure BDA0001818776230000102
其制备方法如下：
(1)A组分的制备：将聚醚多元醇和聚酯多元醇加入到搅拌釜中，搅拌均匀，将物理发泡剂、化学发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂和阻燃剂依次加入搅拌釜中，搅拌均匀；
(2)B组分的制备：将聚合二苯基甲烷二异氰酸酯称量备用；
(3)使用时，将A组分与B组分按A：B＝1：1.3的重量比通过高压发泡机注入到家用保温家电箱体中，填充满熟化10min开模，得家电用阻燃性硬泡聚氨酯材料。
实施例10
A组分与B组分的重量比为1：1.3，A组分为，以重量份数记：
Figure BDA0001818776230000103
Figure BDA0001818776230000111
其制备方法如下：
(1)A组分的制备：将聚醚多元醇和聚酯多元醇加入到搅拌釜中，搅拌均匀，将物理发泡剂、化学发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂和阻燃剂依次加入搅拌釜中，搅拌均匀；
(2)B组分的制备：将聚合二苯基甲烷二异氰酸酯称量备用；
(3)使用时，将A组分与B组分按A：B＝1：1.3的重量比通过高压发泡机注入到家用保温家电箱体中，填充满熟化10min开模，得家电用阻燃性硬泡聚氨酯材料。
实施例11
A组分与B组分的重量比为1：1.3，A组分为，以重量份数记：
Figure BDA0001818776230000112
其制备方法如下：
(1)A组分的制备：将聚醚多元醇和聚酯多元醇加入到搅拌釜中，搅拌均匀，将物理发泡剂、化学发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂和阻燃剂依次加入搅拌釜中，搅拌均匀；
(2)B组分的制备：将聚合二苯基甲烷二异氰酸酯称量备用；
(3)使用时，将A组分与B组分按A：B＝1：1.3的重量比通过高压发泡机注入到家用保温家电箱体中，填充满熟化10min开模，得家电用阻燃性硬泡聚氨酯材料。
实施例12
A组分与B组分的重量比为1：1.3，A组分为，以重量份数记：
Figure BDA0001818776230000121
其制备方法如下：
(1)A组分的制备：将聚醚多元醇和聚酯多元醇加入到搅拌釜中，搅拌均匀，将物理发泡剂、化学发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂和阻燃剂依次加入搅拌釜中，搅拌均匀；
(2)B组分的制备：将聚合二苯基甲烷二异氰酸酯称量备用；
(3)使用时，将A组分与B组分按A：B＝1：1.3的重量比通过高压发泡机注入到家用保温家电箱体中，填充满熟化10min开模，得家电用阻燃性硬泡聚氨酯材料。
将对比例2与实施例7-12制备的家电用硬泡聚氨酯材料进行性能测试，测试结果见表2。
表2测试结果
Figure BDA0001818776230000122
Figure BDA0001818776230000131
从上表来看，料比为1:1.3时，添加3152聚酯多元醇和40份TCPP/TEP后，泡沫体系的压缩强度增大，氧指数大幅提高，燃烧时的烟释放和热释放也明显降低，其中TCPP/TEP最佳匹配为1:1。
对比例3
A组分与B组分的重量比为1：1.5，A组分为，以重量份数记：
Figure BDA0001818776230000132
将各种聚醚多元醇按比例加入到搅拌釜中，搅拌均匀，再按比例将称量好的物理发泡剂、化学发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂依次加入搅拌釜，搅拌均匀。A组分制备完成。
将制备好的A组分与B组分以1：1.5的比例，用高压发泡剂注入到家用保温家电箱体中，填充满熟化10min开模，即得到家电用硬泡聚氨酯材料。
实施例13
A组分与B组分的重量比为1：1.5，A组分为，以重量份数记：
Figure BDA0001818776230000133
Figure BDA0001818776230000141
其制备方法如下：
(1)A组分的制备：将聚醚多元醇和聚酯多元醇加入到搅拌釜中，搅拌均匀，将物理发泡剂、化学发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂和阻燃剂依次加入搅拌釜中，搅拌均匀；
(2)B组分的制备：将聚合二苯基甲烷二异氰酸酯称量备用；
(3)使用时，将A组分与B组分按A：B＝1：1.5的重量比通过高压发泡机注入到家用保温家电箱体中，填充满熟化10min开模，得家电用阻燃性硬泡聚氨酯材料。
实施例14
A组分与B组分的重量比为1：1.5，A组分为，以重量份数记：
Figure BDA0001818776230000142
其制备方法如下：
(1)A组分的制备：将聚醚多元醇和聚酯多元醇加入到搅拌釜中，搅拌均匀，将物理发泡剂、化学发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂和阻燃剂依次加入搅拌釜中，搅拌均匀；
(2)B组分的制备：将聚合二苯基甲烷二异氰酸酯称量备用；
(3)使用时，将A组分与B组分按A：B＝1：1.5的重量比通过高压发泡机注入到家用保温家电箱体中，填充满熟化10min开模，得家电用阻燃性硬泡聚氨酯材料。
实施例15
A组分与B组分的重量比为1：1.5，A组分为，以重量份数记：
Figure BDA0001818776230000151
其制备方法如下：
(1)A组分的制备：将聚醚多元醇和聚酯多元醇加入到搅拌釜中，搅拌均匀，将物理发泡剂、化学发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂和阻燃剂依次加入搅拌釜中，搅拌均匀；
(2)B组分的制备：将聚合二苯基甲烷二异氰酸酯称量备用；
(3)使用时，将A组分与B组分按A：B＝1：1.5的重量比通过高压发泡机注入到家用保温家电箱体中，填充满熟化10min开模，得家电用阻燃性硬泡聚氨酯材料。
实施例16
A组分与B组分的重量比为1：1.5，A组分为，以重量份数记：
Figure BDA0001818776230000152
Figure BDA0001818776230000161
其制备方法如下：
(1)A组分的制备：将聚醚多元醇和聚酯多元醇加入到搅拌釜中，搅拌均匀，将物理发泡剂、化学发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂和阻燃剂依次加入搅拌釜中，搅拌均匀；
(2)B组分的制备：将聚合二苯基甲烷二异氰酸酯称量备用；
(3)使用时，将A组分与B组分按A：B＝1：1.5的重量比通过高压发泡机注入到家用保温家电箱体中，填充满熟化10min开模，得家电用阻燃性硬泡聚氨酯材料。
实施例17
A组分与B组分的重量比为1：1.5，A组分为，以重量份数记：
Figure BDA0001818776230000162
其制备方法如下：
(1)A组分的制备：将聚醚多元醇和聚酯多元醇加入到搅拌釜中，搅拌均匀，将物理发泡剂、化学发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂和阻燃剂依次加入搅拌釜中，搅拌均匀；
(2)B组分的制备：将聚合二苯基甲烷二异氰酸酯称量备用；
(3)使用时，将A组分与B组分按A：B＝1：1.5的重量比通过高压发泡机注入到家用保温家电箱体中，填充满熟化10min开模，得家电用阻燃性硬泡聚氨酯材料。
实施例18
A组分与B组分的重量比为1：1.5，A组分为，以重量份数记：
Figure BDA0001818776230000171
其制备方法如下：
(1)A组分的制备：将聚醚多元醇和聚酯多元醇加入到搅拌釜中，搅拌均匀，将物理发泡剂、化学发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂和阻燃剂依次加入搅拌釜中，搅拌均匀；
(2)B组分的制备：将聚合二苯基甲烷二异氰酸酯称量备用；
(3)使用时，将A组分与B组分按A：B＝1：1.5的重量比通过高压发泡机注入到家用保温家电箱体中，填充满熟化10min开模，得家电用阻燃性硬泡聚氨酯材料。
将对比例3与实施例13-18制备的家电用硬泡聚氨酯材料进行性能测试，测试结果见表3。
表3测试结果
Figure BDA0001818776230000172
Figure BDA0001818776230000181
从上表来看，料比为1:1.5时，添加3152聚酯多元醇和40份TCPP/TEP后，泡沫体系的压缩强度增大，氧指数大幅提高，燃烧时的烟释放和热释放也明显降低，其中TCPP/TEP最佳匹配为1:1。

Claims (5)

1.一种家电用阻燃性硬泡聚氨酯材料，其特征在于：由A组分和B组分构成，A组分与B组分的重量比为A：B＝1：1.1-1.5，其中，
A组分由以下重量份数的原料制成：
Figure FDA0003013334580000011
其中：
所述的聚醚多元醇A为INOVOL R6001C，所述的聚醚多元醇B为INOVOL R6207，所述的聚醚多元醇C为INOVOL R6205；所述的聚酯多元醇D为聚酯多元醇3152；所述的物理发泡剂为环戊烷；所述的催化剂为N,N-二甲基环己胺、N,N-二甲基苄胺、2-羟基-N,N,N-三甲基-1-丙胺的甲酸盐和醋酸钾；
B组分为聚合二苯基甲烷二异氰酸酯；
所述的阻燃剂为磷酸三乙酯和磷酸三(2-氯丙基)酯的混合物，磷酸三乙酯与磷酸三(2-氯丙基)酯的质量比为1:1。
2.根据权利要求1所述的家电用阻燃性硬泡聚氨酯材料，其特征在于：所述的化学发泡剂为水。
3.根据权利要求1所述的家电用阻燃性硬泡聚氨酯材料，其特征在于：所述的泡沫稳定剂为H-3605。
4.根据权利要求1所述的家电用阻燃性硬泡聚氨酯材料，其特征在于：所述的聚合二苯基甲烷二异氰酸酯为PM200或M20S。
5.一种权利要求1-4任一所述的家电用阻燃性硬泡聚氨酯材料的制备方法，其特征在于：步骤如下：
(1)A组分的制备：将聚醚多元醇A、聚醚多元醇B、聚醚多元醇C和聚酯多元醇D加入到搅拌釜中，搅拌均匀，将物理发泡剂、化学发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂和阻燃剂依次加入搅拌釜中，搅拌均匀；
(2)B组分的制备：将聚合二苯基甲烷二异氰酸酯称量备用；
(3)使用时，将A组分与B组分按A：B＝1：1.1-1.5的重量比通过高压发泡机注入到家用保温家电箱体中，熟化后开模，得家电用阻燃性硬泡聚氨酯材料。
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