CN109486315B - 预处理底漆及采用该预处理底漆的卷钢彩涂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种预处理底漆及采用该预处理底漆的卷钢彩涂方法,预处理底漆主要由5~20wt%的硅烷、10~30wt%的水性树脂、1~5wt%的有机酸类络合剂、1~5wt%的无机盐和/或无机酸和余量的水组成,水性树脂含羧基和/或羟基,无机盐为能够与金属基板发生置换反应的金属盐,采用该预处理底漆的卷钢彩涂方法为:卷钢依次经清洗工序、水洗工序、预处理底漆工序、面漆工序和烘干工序完成彩涂,其中预处理底漆工序是指在卷钢表面涂覆预处理底漆的工序。本发明的预处理底漆VOC含量低、结合力强且防腐性能好,本发明采用该预处理底漆的卷钢彩涂方法将预处理工序和底漆工序合二为一,减少了工序,缩短了流程,降低了成本。
Description
技术领域
本发明属于涂料领域,涉及一种预处理底漆及采用该预处理底漆的卷钢彩涂方法。
背景技术
目前的卷钢彩涂线工艺的流程图如图1所示,卷钢彩涂线工艺常采用预处理、底漆和面漆的工序对卷钢进行喷漆处理,其底漆主要是环氧类型底漆或者聚氨酯类型底漆。因此,生产操作人员使用市面上常见的底漆进行卷钢彩涂线工艺时必须先进行预处理,主要原因在于:预处理的目的是提升底漆和金属基板的结合力,若不进行预处理,底漆和金属基板交联效果会非常差,从而导致漆膜在后续加工及使用过程中容易开裂和脱落,容易受到腐蚀。因此,使用市面上常见的底漆对金属基板进行的卷钢彩涂线工艺较为复杂,人们进行卷钢彩涂线工艺时,预处理后需多次对卷钢进行烘干,能耗巨大,且卷钢的彩涂工艺中底漆和面漆都采用的是辊涂工艺,生产成本较高。
此外,目前预处理一般采用六价铬体系或无铬体系,底漆主要为溶剂型底漆,一般包括40-60wt%的有效成份,其余成份为溶剂,溶剂一般为醋酸乙酯、丁酯、PMA丙二醇甲醚醋酸酯和二甲苯等,其VOC含量非常高,对环境不友好,且为了保证底漆的防腐性能,底漆厚度都较厚,一般为5μm左右,造成了化学品的浪费。
因此,开发一种能有效缩短工艺流程、VOC含量低、与金属基板的结合力强且防腐性能好的环境友好型预处理底漆极具现实意义。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术中存在的问题,提供一种能有效缩短工艺流程、VOC含量低、与金属基板的结合力强且防腐性能好的环境友好型预处理底漆。
为了达到上述目的,本发明采用的技术方案为:
预处理底漆,主要由硅烷、水性树脂、有机酸类络合剂、水以及无机盐和/或无机酸组成,所述水性树脂含羧基和/或羟基,所述无机盐为当预处理底漆与金属基板接触时能够与金属基板发生置换反应的金属盐。
本发明的预处理底漆中,酸性组分能够与金属基板反应产生金属离子,无机盐既能与金属基板反应产生金属离子,同时又能在金属基板表面沉积金属,提高金属基板的防腐性能。硅烷能够水解后聚合形成多聚体,多聚体能够与金属离子和/或金属反应实现多聚体与金属基板的键合,一方面提高了预处理底漆与金属基板的结合牢度,另一方面在金属基板表面形成了防腐膜层,提高了防腐性能。有机酸类络合剂与传统的无机硝酸类络合剂相比酸性较弱,能够减少对金属基板的腐蚀,同时有机酸类络合剂还能充当架桥剂的作用,使得不同组分之间能够结合,提高整体结合牢度,也为预处理底漆与面漆的牢固结合奠定了基础。水性树脂含有的反应活性基团(羧基和羟基)能够与硅烷等组分发生反应,提高防腐膜层的致密度,也保证了预处理底漆与面漆能够牢固结合。
作为优选的技术方案:
如上所述的预处理底漆,按重量百分数计,各组分的含量如下:
本发明的预处理底漆中各组分的含量需要在特定范围内才能保护相互之间配合良好,提高结合牢度的同时提高防腐性能,当硅烷含量太高时,防腐膜层偏硬,容易变脆,含量太低时,附着力不够,防腐性能不够,当水性树脂含量太高时,防腐膜层偏软,硬度不够,含量太低时,底漆与面漆间的结合力变差,防腐膜层的致密度较低,防腐性能较差,当酸性组分含量太高时,对金属基板的腐蚀破坏严重,含量太低时,金属基板表面金属离子含量过低,不利于金属基板与防腐膜层的结合。
如上所述的预处理底漆,所述硅烷水解后形成的低聚体的聚合度为1~5,若聚合度太高,硅烷本身发生交联和自聚,使得羟基含量减少,与金属基板间的结合力下降,防腐性能也下降;所述硅烷为环氧硅烷、氨基硅烷、乙烯基硅烷和脲基硅烷中的一种以上,硅烷更优选为氨基硅烷和环氧硅烷的混合体系。本发明的环氧硅烷、氨基硅烷、乙烯基硅烷和脲基硅烷,环氧硅烷中的环氧基、氨基硅烷中的氨基以及脲基硅烷可与面漆或水性树脂中的羟基发生反应,进一步提高预处理底漆防腐膜层的致密度,提升防腐膜层的防腐性能,或者提高预处理底漆与面漆间的结合力,乙烯基硅烷可发生自交联,进一步提高预处理底漆防腐膜层的致密度,提升防腐膜层的防腐性能。
如上所述的预处理底漆,所述水性树脂的pH值为1.0~6.0。由于本发明的预处理底漆中含酸性组分,整体呈酸性,常规碱性体系树脂在本发明的预处理底漆中不容易稳定存在,因此,优选地,本发明的水性树脂为酸性体系。
如上所述的预处理底漆,所述水性树脂为数均分子量为20000~1000000g/mol的丙烯酸树脂。数均分子量太低,高温过程中,分子链容易断裂;数均分子量太高,分子间的位阻增大,预处理底漆与面漆和基板的结合力下降。
如上所述的预处理底漆,所述有机酸类络合剂为有机磷酸类络合剂、柠檬酸和单宁酸中的一种以上。本发明的有机磷酸类络合剂的酸性基团可与金属基板发生反应,生成游离的金属离子,有机酸类络合剂的酸性基团也可与金属基板、面漆、硅烷和水性树脂中的羟基反应,可作为金属基板、面漆、硅烷和水性树脂之间的架桥剂。本发明的保护范围不限于此,其他能够作为金属基板、面漆、硅烷和水性树脂之间的架桥剂的有机酸类络合剂同样适用于本发明。
如上所述的预处理底漆,所述有机磷酸类络合剂为羟基乙叉二膦酸、2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸和植酸中的一种以上。
如上所述的预处理底漆,所述无机盐为锌盐、锶盐、铈盐、锆盐和钛盐中的一种以上;所述无机酸为氟锆酸和/或氟钛酸。本发明的预处理底漆中的无机盐能够与金属基板发生置换反应,在金属基板上形成的保护层,从而一步提高防腐性能,无机盐中铈盐相当于置换反应的催化剂,其能够加速置换反应,提高防腐性能,锆盐和钛盐能与金属离子形成络合结构,提高防腐性能。本发明的预处理底漆中的无机酸能够与金属基板反应生成金属离子,无机酸的种类并不仅限于此,其他如硝酸和磷酸等也可适用于本发明,硝酸在固化过程中,水分挥发,硝酸浓度增加,具有强氧化性,可加速反应,磷酸和基板反应,生成的磷酸盐也能提高防腐作用。
如上所述的预处理底漆,所述锌盐为磷酸锌或硝酸锌,所述锶盐为磷酸锶、硝酸锶或硅酸锶,所述铈盐为硝酸铈,所述锆盐为碳酸锆或硝酸锆,所述钛盐为钛酸酯。
本发明还提供了一种采用如上所述的预处理底漆的卷钢彩涂方法,卷钢依次经清洗工序、水洗工序、预处理底漆工序、面漆工序和烘干工序完成彩涂,所述预处理底漆工序是指在卷钢表面涂覆所述预处理底漆的工序。采用本发明的预处理底漆能够将现有的对卷钢进行彩涂线工艺的预处理、底漆和面漆三道工序简化为预处理底漆和面漆两道工序,大大降低了生产成本,节约了时间。
作为优选的技术方案:
如上所述的卷钢彩涂方法,所述卷钢表面预处理底漆层的厚度为0.5~2.0μm,预处理底漆层中VOC含量为0~5wt%。现有技术中底漆层的厚度一般为5μm,VOC含量为40~60wt%。由于本发明的预处理底漆中各组分之间的相互配合良好,预处理底漆层无需较大的厚度即可获得良好的防腐性能,预处理底漆层的厚度远低于现有技术的底漆层,而防腐性能有过之而无不及,本发明相对于现有技术显著降低了成本。同时又由于本发明的预处理底漆中不含有机溶剂,因而VOC含量较低,环境友好。此外,本发明的预处理底漆层与面漆的结合力也较高,在面漆相同的前提下,使用本发明的工艺和传统工艺制得的卷钢的以下性能基本一致:(1)平面盐雾性能;(2)划线盐雾性能;(3)切边盐雾性能;(4)T弯性能;(5)9J冲击;(6)铅笔硬度。
发明机理:
本发明的预处理底漆,主要由硅烷、水性树脂、有机酸类络合剂、水、无机盐和/或无机酸组成,其中各部分的主要作用如下:
有机酸类络合剂、无机盐和无机酸能够与金属基板发生反应,形成大量的金属离子;
硅烷能够在水性体系中发生水解形成低聚体,低聚体又会发生缩聚形成硅烷多聚体,硅烷多聚体又会与金属离子和/或金属反应在金属基板表面形成防腐膜层,反应方程式主要如下:
硅烷水解:-Si-OR′+H2O→-Si-OH+R′OH;
硅醇缩聚后形成硅烷多聚体:-Si-OH+HO-Si-→-Si-O-Si-+H2O;
硅烷多聚体与金属离子反应成膜(以铁质基板为例):
-Si-O-Si-OH+Fe2+→Fe-O-Si-O-Si+H+;
硅烷多聚体与金属反应成膜:-Si-OH+Me-OH-→-Si-O-Me-+H2O,Me表示金属元素;
硅烷还含有氨基、环氧、乙烯基等官能团,这些官能团能够自身交联、相互交联或者与金属基板中的羟基发生交联反应,提高防腐膜层和金属基板的结合牢度;
水性树脂含羧基和/或羟基,能够与硅烷多聚体(-Si-O-Si-OH)反应形成空间网络结构,填补硅烷成膜形成的空隙,提高了防腐膜层的致密度,还能够与金属基板、面漆和有机酸类络合剂反应提高防腐膜层与面漆的结合牢度以及防腐膜层与金属基板的结合牢度;
此外,有机酸类络合剂中的酸性基团还能够与硅烷多聚体、面漆、水性树脂和金属基板中的羟基反应,提高防腐膜层的防腐性能以及其与金属基板和面漆结合牢度,无机盐与金属基板后生成的金属保护层也能提高防腐膜层的防腐性能。
采用本发明的预处理底漆,由于硅烷能够与金属基板键合,因而结合力较高,不需要额外的预处理步骤,同时由于各组分之间相互作用形成了致密的防腐膜层,因而防腐效果优良,不需要额外的底漆步骤,即本发明实现了传统的预处理和底漆的二合一,缩短了工艺流程,有效降低了成本,极具推广价值。
有益效果:
(1)本发明的预处理底漆,可将现有的对卷钢进行彩涂线工艺的预处理、底漆和面漆三道工序简化为预处理底漆和面漆两道工序,成本低,效率高;
(2)本发明的预处理底漆,克服了现有的溶剂型体系的底漆VOC含量高的缺点,VOC含量低,经济环保;
(3)本发明的卷钢彩涂方法,工艺较短,成本较低,制得的卷钢的防腐性能优良,各层(面漆层、防腐膜层和金属基板)之间的结合牢度较高。
附图说明
图1为现有技术的卷钢彩涂线生产工艺流程图;
图2为应用本发明的预处理底漆的卷钢彩涂线生产工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
预处理底漆,各组分的质量含量如下:
其中,环氧硅烷水解后形成的低聚体的聚合度为1,丙烯酸树脂的pH值为4.2,数均分子量为550000。
采用预处理底漆的卷钢彩涂方法为:卷钢依次经清洗工序、水洗工序、预处理底漆工序、面漆工序和烘干工序完成彩涂,具体工艺流程如图2所示,其中,预处理底漆工序是指在卷钢表面涂覆预处理底漆的工序。传统工艺流程如图1所示,对比可以看出,本发明将现有的对卷钢进行彩涂线工艺的预处理、底漆和面漆三道工序简化为预处理底漆和面漆两道工序,大大降低了生产成本,节约了时间。
最终得到的卷钢表面预处理底漆层的厚度为0.5μm,预处理底漆层中VOC含量为2.5wt%。在面漆相同的前提下,使用本发明的卷钢彩涂方法和传统工艺制得的卷钢的以下性能基本一致:(1)平面盐雾性能;(2)划线盐雾性能;(3)切边盐雾性能;(4)T弯性能;(5)9J冲击;(6)铅笔硬度,具体如下表所示。
实施例2
预处理底漆,各组分的质量含量如下:
其中,氨基硅烷水解后形成的低聚体的聚合度为2,丙烯酸树脂的pH值为3,数均分子量为880000。
采用预处理底漆的卷钢彩涂方法同实施例1,最终得到的卷钢表面预处理底漆层的厚度为0.9μm,预处理底漆层中VOC含量为5wt%。在面漆相同的前提下,使用本发明的卷钢彩涂方法和传统工艺制得的卷钢的以下性能基本一致:(1)平面盐雾性能;(2)划线盐雾性能;(3)切边盐雾性能;(4)T弯性能;(5)9J冲击;(6)铅笔硬度。
实施例3
预处理底漆,各组分的质量含量如下:
其中,乙烯基硅烷水解后形成的低聚体的聚合度为4,丙烯酸树脂的pH值为3.5,数均分子量为60000。
采用预处理底漆的卷钢彩涂方法同实施例1,最终得到的卷钢表面预处理底漆层的厚度为1.2μmm,预处理底漆层中VOC含量为2.8wt%。在面漆相同的前提下,使用本发明的卷钢彩涂方法和传统工艺制得的卷钢的以下性能基本一致:(1)平面盐雾性能;(2)划线盐雾性能;(3)切边盐雾性能;(4)T弯性能;(5)9J冲击;(6)铅笔硬度。
实施例4
预处理底漆,各组分的质量含量如下:
其中,脲基硅烷水解后形成的低聚体的聚合度为5,丙烯酸树脂的pH值为6.0,数均分子量为20000。有机酸类络合剂为羟基乙叉二膦酸和2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸的混合物(质量比为3:2)。
采用预处理底漆的卷钢彩涂方法同实施例1,最终得到的卷钢表面预处理底漆层的厚度为1.7μm,预处理底漆层中VOC含量为3wt%。在面漆相同的前提下,使用本发明的卷钢彩涂方法和传统工艺制得的卷钢的以下性能基本一致:(1)平面盐雾性能;(2)划线盐雾性能;(3)切边盐雾性能;(4)T弯性能;(5)9J冲击;(6)铅笔硬度。
实施例5
预处理底漆,各组分的质量含量如下:
其中,硅烷为环氧硅烷和氨基硅烷的混合物(质量比为1:1),环氧硅烷和氨基硅烷的混合物水解后形成的低聚体的聚合度分别为1和2,丙烯酸树脂的pH值为5,数均分子量为900000。有机酸类络合剂为2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸和植酸的混合物(质量比为2:1)。
采用预处理底漆的卷钢彩涂方法同实施例1,最终得到的卷钢表面预处理底漆层的厚度为0.7μm,预处理底漆层中VOC含量为1.5wt%。在面漆相同的前提下,使用本发明的卷钢彩涂方法和传统工艺制得的卷钢的以下性能基本一致:(1)平面盐雾性能;(2)划线盐雾性能;(3)切边盐雾性能;(4)T弯性能;(5)9J冲击;(6)铅笔硬度。
实施例6
预处理底漆,各组分的质量含量如下:
其中,硅烷为乙烯基硅烷和脲基硅烷的混合物(质量比为4:3),乙烯基硅烷和脲基硅烷的混合物水解后形成的低聚体的聚合度分别为4和5,丙烯酸树脂的pH值为4.5,数均分子量为920000。有机酸类络合剂为羟基乙叉二膦酸、2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸和植酸的混合物(质量比为4:1:2)。
采用预处理底漆的卷钢彩涂方法同实施例1,最终得到的卷钢表面预处理底漆层的厚度为0.8μm,预处理底漆层中VOC含量为0wt%。在面漆相同的前提下,使用本发明的卷钢彩涂方法和传统工艺制得的卷钢的以下性能基本一致:(1)平面盐雾性能;(2)划线盐雾性能;(3)切边盐雾性能;(4)T弯性能;(5)9J冲击;(6)铅笔硬度。
实施例7
预处理底漆,各组分的质量含量如下:
其中,硅烷为环氧硅烷、氨基硅烷和乙烯基硅烷的混合物(质量比为2:1:1),环氧硅烷、氨基硅烷和乙烯基硅烷的混合物水解后形成的低聚体的聚合度分别为1、2和4,丙烯酸树脂的pH值为5.5,数均分子量为1000000。
采用预处理底漆的卷钢彩涂方法同实施例1,最终得到的卷钢表面预处理底漆层的厚度为1.1μm,预处理底漆层中VOC含量为2wt%。在面漆相同的前提下,使用本发明的卷钢彩涂方法和传统工艺制得的卷钢的以下性能基本一致:(1)平面盐雾性能;(2)划线盐雾性能;(3)切边盐雾性能;(4)T弯性能;(5)9J冲击;(6)铅笔硬度。
实施例8
预处理底漆,各组分的质量含量如下:
其中,环氧硅烷水解后形成的低聚体的聚合度为1,丙烯酸树脂的pH值为5,数均分子量为120000。
采用预处理底漆的卷钢彩涂方法同实施例1,最终得到的卷钢表面预处理底漆层的厚度为1.6μm,预处理底漆层中VOC含量为3.2wt%。在面漆相同的前提下,使用本发明的卷钢彩涂方法和传统工艺制得的卷钢的以下性能基本一致:(1)平面盐雾性能;(2)划线盐雾性能;(3)切边盐雾性能;(4)T弯性能;(5)9J冲击;(6)铅笔硬度。
实施例9
预处理底漆,各组分的质量含量如下:
其中,氨基硅烷水解后形成的低聚体的聚合度为2,丙烯酸树脂的pH值为1,数均分子量为1000000。有机酸类络合剂为羟基乙叉二膦酸和柠檬酸的混合物(质量比为3:2)。
采用预处理底漆的卷钢彩涂方法同实施例1,最终得到的卷钢表面预处理底漆层的厚度为1.9μm,预处理底漆层中VOC含量为2.6wt%。在面漆相同的前提下,使用本发明的卷钢彩涂方法和传统工艺制得的卷钢的以下性能基本一致:(1)平面盐雾性能;(2)划线盐雾性能;(3)切边盐雾性能;(4)T弯性能;(5)9J冲击;(6)铅笔硬度。
实施例10
预处理底漆,各组分的质量含量如下:
其中,乙烯基硅烷水解后形成的低聚体的聚合度为4,丙烯酸树脂的pH值为6,数均分子量为300000。有机酸类络合剂为2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸和单宁酸的混合物(质量比为1:2)。
采用预处理底漆的卷钢彩涂方法同实施例1,最终得到的卷钢表面预处理底漆层的厚度为1.5μm,预处理底漆层中VOC含量为1wt%。在面漆相同的前提下,使用本发明的卷钢彩涂方法和传统工艺制得的卷钢的以下性能基本一致:(1)平面盐雾性能;(2)划线盐雾性能;(3)切边盐雾性能;(4)T弯性能;(5)9J冲击;(6)铅笔硬度。
实施例11
预处理底漆,各组分的质量含量如下:
其中,脲基硅烷水解后形成的低聚体的聚合度为5,丙烯酸树脂的pH值为4,数均分子量为335000。无机盐为磷酸锌和磷酸锶的混合物(质量比为1:2)。
采用预处理底漆的卷钢彩涂方法同实施例1,最终得到的卷钢表面预处理底漆层的厚度为2.0μm,预处理底漆层中VOC含量为3.5wt%。在面漆相同的前提下,使用本发明的卷钢彩涂方法和传统工艺制得的卷钢的以下性能基本一致:(1)平面盐雾性能;(2)划线盐雾性能;(3)切边盐雾性能;(4)T弯性能;(5)9J冲击;(6)铅笔硬度。
实施例12
预处理底漆,各组分的质量含量如下:
其中,环氧硅烷水解后形成的低聚体的聚合度为1,丙烯酸树脂的pH值为4.6,数均分子量为410000。有机酸类络合剂为柠檬酸和单宁酸的混合物(质量比为1:3)。无机盐为硝酸铈和氟钛酸的混合物(质量比为1:1)。
采用预处理底漆的卷钢彩涂方法同实施例1,最终得到的卷钢表面预处理底漆层的厚度为1.2μm,预处理底漆层中VOC含量为5wt%。在面漆相同的前提下,使用本发明的卷钢彩涂方法和传统工艺制得的卷钢的以下性能基本一致:(1)平面盐雾性能;(2)划线盐雾性能;(3)切边盐雾性能;(4)T弯性能;(5)9J冲击;(6)铅笔硬度。
实施例13
预处理底漆,各组分的质量含量如下:
其中,乙烯基硅烷水解后形成的低聚体的聚合度为4,丙烯酸树脂的pH值为3,数均分子量为20000。无机盐为硝酸锌、硅酸锶和钛酸酯的混合物(质量比为2:1:3)。
采用预处理底漆的卷钢彩涂方法同实施例1,最终得到的卷钢表面预处理底漆层的厚度为2.0μm,预处理底漆层中VOC含量为1.8wt%。在面漆相同的前提下,使用本发明的卷钢彩涂方法和传统工艺制得的卷钢的以下性能基本一致:(1)平面盐雾性能;(2)划线盐雾性能;(3)切边盐雾性能;(4)T弯性能;(5)9J冲击;(6)铅笔硬度。
Claims (5)
1.预处理底漆,其特征是:由硅烷、水性树脂、有机酸类络合剂、水以及无机盐和/或无机酸组成,所述水性树脂含羧基和/或羟基,所述无机盐为当预处理底漆与金属基板接触时能够与金属基板发生置换反应的金属盐;
按重量百分数计,各组分的含量如下:
硅烷 5~20%;
水性树脂 10~30%;
有机酸类络合剂 1~5%;
无机盐和/或无机酸 1~5%;
水 余量;
所述有机酸类络合剂为羟基乙叉二膦酸和2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸中的一种以上;
所述水性树脂的pH值为1.0~6.0,所述水性树脂为数均分子量为20000~1000000g/mol的丙烯酸树脂;
所述无机盐为锶盐;
所述硅烷水解后形成的低聚体的聚合度为1~5,所述硅烷为环氧硅烷、氨基硅烷、乙烯基硅烷和脲基硅烷中的一种以上。
2.根据权利要求1所述的预处理底漆,其特征在于,所述无机酸为氟锆酸和/或氟钛酸。
3.根据权利要求1所述的预处理底漆,其特征在于,所述锶盐为磷酸锶、硝酸锶或硅酸锶。
4.采用如权利要求1~3任一项所述的预处理底漆的卷钢彩涂方法,其特征是:卷钢依次经清洗工序、水洗工序、预处理底漆工序、面漆工序和烘干工序完成彩涂,所述预处理底漆工序是指在卷钢表面涂覆所述预处理底漆的工序。
5.根据权利要求4所述的卷钢彩涂方法,其特征在于,所述卷钢表面预处理底漆层的厚度为0.5~2.0μm,预处理底漆层中VOC含量>0且≤5wt%。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
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