CN109535629A - 一种灯具用全遮光聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种灯具用全遮光聚丙烯复合材料及其制备方法，方法为：按配方量将嵌段共聚聚丙烯与功能性助剂熔融共混制得灯具用全遮光聚丙烯复合材料，其中，按重量份数计，复合材料中各组分及其含量如下：嵌段共聚聚丙烯为80‑100份；光反射助剂为5‑20份；吸光助剂为0.1‑0.9份；高光助剂为0.01‑0.05份；嵌段共聚聚丙烯中含乙烯的嵌段组分的质量含量为15‑20％。本发明方法简单易行，制得的复合材料同时具有优良的遮光性能和反射性能，本发明还可通过加入特殊的阻燃剂在不明显降低遮光性能和反射性能的前提下显著提升复合材料的阻燃性能，制得兼具遮光性能、阻燃性能和反射性能的聚丙烯复合材料，有着极好的推广价值。

Description

一种灯具用全遮光聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料领域，涉及一种灯具用全遮光聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
灯具行业特别是LED照明行业是目前发展较快且市场规模较大的行业。LED照明行业被誉为LED应用的未来，目前，LED照明行业常用的复合材料为反射率高且低添加量即可实现阻燃的聚碳酸酯材料。
但随着市场扩大、竞争激烈以及生产成本的不断提高，很多灯具厂家在不需要太多要求的制件上开始尝试用PS(聚苯乙烯系塑料)或PP(聚丙烯)等材料去替换聚碳酸酯材料，PP材料由于具有耐热性好、改性相对成熟且性价比高等优点逐渐成为热门候选材料。但是由于PP材料经过遮光阻燃改性之后其光泽度和反射率会大大降低，因此在LED筒灯反射杯、反射环或反射罩等要求高光泽反射、遮光以及高阻燃的应用领域常用的材料一直是聚碳酸酯材料。如专利ZL03820299.9公开了一种聚碳酸酯树脂组合物及其成形体，专利ZL201610513907.7公开了一种高阻燃高强度高反射聚碳酸酯材料及其制备方法和应用。而PP材料难以同时具备优良的遮光、阻燃及反射性能。
对于PP材料而言，阻燃往往意味着大量阻燃剂的添加，这不可避免的会影响最终制得的材料的表面性能，降低材料的反射率和光泽度，同时PP材料如果要实现遮光(即不透光)也需要大量的钛白粉或其他矿物，这又会进一步降低材料的反射率。
因此，研究一种兼具两种以上优良性能的聚丙烯复合材料具有十分重要的意义。
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，提供一种兼具两种以上优良性能的聚丙烯复合材料。本发明的含乙烯的嵌段组分的质量含量为15-20％的嵌段共聚聚丙烯作为复合材料的基体材料，自身具有较好的遮光性能，能够极大减少钛白粉或其他矿物的添加量，钛白粉或其他矿物的添加量减少对复合材料的反射率影响较少，有利于复合材料获得优良的反射性能。此外，本发明还可以通过引入一种阻燃效率高且熔融温度范围位于嵌段共聚聚丙烯的注塑加工温度范围内的阻燃剂提高复合材料的阻燃性能，同时减少对复合材料反射性能和光泽度的影响，制得光泽度高且兼具遮光性能、反射性能和阻燃性能的聚丙烯复合材料。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种灯具用全遮光聚丙烯复合材料，按重量份数计，各组分及其含量如下：
本发明中各组分的含量以最优的配比实现了产品性能的最大化，吸光助剂过大则会导致复合材料表面的粗糙度升高影响反射率，太少则无法充分达到目的，高光助剂含量过大会造成材料力学性能的降低，过小则材料反射率受影响。
本发明的基体材料为嵌段共聚聚丙烯，所述嵌段共聚聚丙烯中以正己烷作溶剂按不同温度抽提分级的含乙烯的嵌段组分的质量含量为15-20％。本发明的含乙烯的嵌段组分含量在此范围内可以保证聚合物组分之间的融合性，避免了相畴过大(或过小)，相畴可以与光波长相协调，可以更好的产生散射，避免产生过高的光透过率，产生遮光效果，嵌段组分中E-b-P(一定链段长度的乙丙嵌段共聚物)会影响PP基体中的EPR(乙丙无规共聚物)和LPE(含少量丙烯的长链聚乙烯)成分形成的相态粒径，在此含量范围内，含乙烯的嵌段组分内的E-b-P组分可以控制大部分的相态粒径在光波长作用的范围内，最大程度地产生反射和散射，同时光反射助剂可产生反射和散射，阻止光透过复合材料，吸光助剂可对光进行吸收，进一步阻碍光的通过，提高遮光效果，光反射助剂与吸光助剂相配合，可以很好的将进入到复合材料中的光吸收掉从而达到全遮光的目的，同时辅助产生光反射作用，本发明用较少的光反射助剂及吸光助剂添加量实现了复合材料的全遮光，最大程度的减少了矿物粉对复合材料反射率以及复合材料表面粗糙度的影响，高光助剂对PP有轻微的断链作用，可提高材料流动性，使其较好的复制模具高光表面，提高制得的复合材料的反射率和光的利用效率，从而使得制得的复合材料具有优良的遮光性能和高反射性能。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种灯具用全遮光聚丙烯复合材料，还含有2-15重量份阻燃剂。本发明的阻燃剂的含量不限于此，可在适当范围内变化，但是不宜太过，阻燃剂含量过多会影响最终材料的反射率，太小则难以实现阻燃要求。
如上所述的一种灯具用全遮光聚丙烯复合材料，所述阻燃剂的熔融温度范围(200-225℃)位于嵌段共聚聚丙烯的注塑加工温度范围(200-235℃)内。阻燃剂的熔融温度范围位于嵌段共聚聚丙烯的注塑加工温度范围内时，阻燃剂在嵌段共聚聚丙烯注塑加工时会熔融分散，相较于高熔点阻燃剂或矿物阻燃剂，其对复合材料表面的粗糙度影响较小，能产生良好的反射。本发明的阻燃剂既可使嵌段共聚聚丙烯复合材料具有良好的阻燃性能又避免了矿物阻燃剂和高熔点阻燃剂对复合材料反射率的影响，可使聚丙烯复合材料兼具高光泽度以及优良的遮光性能、反射性能和阻燃性能。
如上所述的一种灯具用全遮光聚丙烯复合材料，所述阻燃剂为三(三溴苯基)三聚氰酸酯与甲基乙基次磷酸锌的复配物，复配物中三(三溴苯基)三聚氰酸酯与甲基乙基次磷酸锌的质量比为1:1。本发明复配得到的上述阻燃剂对复合材料表面的粗糙度影响较小，复合材料光反射特性好。本发明的保护范围不限于此，其他熔融温度范围位于嵌段共聚聚丙烯的注塑加工温度范围内的阻燃剂同样适用于本发明，例如磷酸三苯酯(TPP)、双酚A-双(二苯基磷酸酯)(BDP)、间苯二酚双膦酸脂(RDP)、八溴醚、八溴S醚和四溴双酚A等。
如上所述的一种灯具用全遮光聚丙烯复合材料，所述光反射助剂为两种粒径规格金红石型TiO2的混合物，粒径分别为0.15-0.25μm和0.3-0.4μm。两种粒径规格的光反射助剂的混合，很好的覆盖了可见光波长，可产生良好的反射和散射，阻止了光透过复合材料，可使制得的复合材料具有良好的遮光效果且可实现高反射，通常地加入一种粒径范围的TiO2，因为符合高斯分布导致其对中间可见光波段反射和折射较多而对处于两端范围的可见光的反射较少，两种粒径的TiO2以一种相对均匀的TiO2粒径分布避免了上述状况。
如上所述的一种灯具用全遮光聚丙烯复合材料，所述吸光助剂为粒径为0.1-0.4μm的FeS2。本发明的吸光助剂具有全波长且高效率的光吸收度，可进一步阻碍光的通过，实现遮光目的。
如上所述的一种灯具用全遮光聚丙烯复合材料，所述高光助剂为过氧化二异丙苯。高光助剂对PP有轻微的断链作用，可提高材料流动性，使其较好的复制模具高光表面，产生良好的反射，提高制得的复合材料的反射率和光的利用效率。本发明的高光助剂的种类包括但不限于此，能够满足上述功能要求的物质同样适用于本发明。
如上所述的一种灯具用全遮光聚丙烯复合材料，所述灯具用全遮光聚丙烯复合材料的阻燃性能最高达到UL-94 V0等级，反射率大于等于90％，透光率为0-3％。现行的类似材料的阻燃性能、反射性能和遮光性能无法同时达到本发明的水平。
本发明还提供了制备如上所述的一种灯具用全遮光聚丙烯复合材料的方法，按配方量将所述嵌段共聚聚丙烯与功能性助剂熔融共混制得灯具用全遮光聚丙烯复合材料。本发明的嵌段共聚聚丙烯与功能性助剂熔融共混后，可与功能性助剂相互配合，使得复合材料同时具有多种优良的性能。
作为优选的技术方案：
如上所述的方法，具体操作为：将所述嵌段共聚聚丙烯与功能性助剂在高混机中混合2-5分钟后加入双螺杆挤出机中，在加工温度为170-220℃、螺杆转速为30-40HZ的条件下熔融挤出造粒制得灯具用全遮光聚丙烯复合材料。
发明机理：
本发明将嵌段共聚聚丙烯中含乙烯的嵌段组分的质量含量控制在15-20％，嵌段组分中E-b-P会影响PP基体中的EPR和LPE成分形成的相态粒径，15-20％的质量含量保证了含乙烯的嵌段组分内的E-b-P组分可以控制大部分的相态粒径在光波长作用的范围内，使其可最大程度的产生反射和散射，从而保证了基体内部相畴结构粒径不至于过大或过小，因而可以对内部光线产生良好的散射作用，最终消散，增强了聚丙烯复合材料的遮光性能，可以减少助剂的加入量，减少助剂对复合材料反射性能的不利影响。
本发明的光反射助剂可产生良好的反射和散射，阻止光透过复合材料，吸光助剂具有全波长且高效率的光吸收度，可进一步阻碍光的通过，实现遮光目的，光反射助剂与吸光助剂相配合，可以很好的将进入到复合材料中的光吸收掉从而达到全遮光的目的，同时辅助产生光反射作用，本发明用较少的光反射助剂及吸光助剂添加量实现了复合材料的全遮光，最大程度的减少了矿物粉对复合材料反射率以及复合材料表面粗糙度的影响，高光助剂对PP有轻微的断链作用，可提高材料流动性，使其较好的复制模具高光表面，产生良好的反射，提高制得的复合材料的反射率和光的利用效率，本发明通过利用含乙烯的嵌段组分的质量含量为15-20％的嵌段共聚聚丙烯作为基体材料并在基体材料中添加一定量的光反射助剂、吸光助剂和高光助剂，从而使得制得的复合材料同时具有优良的遮光性能和高反射性能。
本发明先对阻燃剂进行复配然后将其添加入嵌段共聚聚丙烯基体中从而在聚丙烯熔融温度范围内实现了阻燃剂的熔融，降低了高熔点阻燃颗粒或矿物阻燃剂对材料表面粗糙度的影响，同时复配得到的阻燃剂的阻燃效率高，添加量少，因此阻燃剂的加入在提升复合材料阻燃性能的同时还保障了复合材料反射性能优良且光泽度较高。
此外，本发明通过选择两种不同粒径的TiO2相配合作为光反射助剂(物质粒径为光波长1/2时产生最好的反射和散射作用)，避免了单一粒径的TiO2对中间可见光波段反射和折射较多而对处于两端范围的可见光的反射较少的情况，使得复合材料具有良好的遮光效果且可实现高反射。
本发明的一种灯具用全遮光聚丙烯复合材料，通过特定结构的聚丙烯、特殊阻燃剂、两种不同粒径的TiO2和其他助剂等之间的相互配合实现了聚丙烯复合材料遮光性能、阻燃性能和光反射性能的兼具，具有巨大的市场应用潜力。
有益效果：
(1)本发明的一种灯具用全遮光聚丙烯复合材料的制备方法，工艺简单，流程短，通过对嵌段共聚聚丙烯中含乙烯的嵌段组分的质量含量的控制，增强了聚丙烯复合材料的遮光性能，使其可最大程度的产生反射和散射，减少了助剂的加入量，进而减少了助剂对复合材料反射性能的不利影响；
(2)本发明的一种灯具用全遮光聚丙烯复合材料的制备方法，通过两种不同粒径的TiO2混合得到光反射助剂，其可产生良好的反射和散射，阻止光透过复合材料；
(3)本发明的一种灯具用全遮光聚丙烯复合材料的制备方法，光反射助剂与吸光助剂可相互配合，增强聚丙烯复合材料的遮光性能，提高其反射率；
(4)本发明的一种灯具用全遮光聚丙烯复合材料的制备方法，通过复配得到的阻燃剂对复合材料表面的粗糙度影响较小，能使复合材料产生良好的反射；
(5)本发明的一种灯具用全遮光聚丙烯复合材料，具有优良的遮光性能、阻燃性能以及高反射特性，具有巨大的市场应用潜力。
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
一种灯具用全遮光聚丙烯复合材料的制备方法，将嵌段共聚聚丙烯、阻燃剂、光反射助剂、吸光助剂及高光助剂在高混机中混合5分钟后加入双螺杆挤出机中，在螺杆转速为35HZ的条件下熔融挤出造粒制得灯具用全遮光聚丙烯复合材料，其中，嵌段共聚聚丙烯中含乙烯的嵌段组分的质量含量为15％，阻燃剂为三(三溴苯基)三聚氰酸酯与甲基乙基次磷酸锌质量比为1:1的复配物，阻燃剂的熔融温度范围位于嵌段共聚聚丙烯的注塑加工温度范围内，光反射助剂为质量比为1:1的粒径为0.15-0.25μm的金红石型TiO2和粒径为0.3-0.4μm的金红石型TiO2的混合物，吸光助剂为粒径为0.1-0.4μm的FeS2，高光助剂为过氧化二异丙苯，按重量份计，各反应物的加入量如下：
双螺杆挤出机中各段的温度如下：
最终制得的灯具用全遮光聚丙烯复合材料的厚度为1.0mm，反射率为94％，透光率为3％，阻燃性能达到UL-94V2等级。
实施例2
一种灯具用全遮光聚丙烯复合材料的制备方法，其步骤与实施例1基本相同，不同在于，嵌段共聚聚丙烯中含乙烯的嵌段组分的质量含量、FeS2的粒径及各反应物的加入量，其嵌段共聚聚丙烯中含乙烯的嵌段组分的质量含量为20％，FeS2的粒径为0.1-0.3μm，按重量份计，各反应物的加入量如下：
最终制得的灯具用全遮光聚丙烯复合材料的厚度为1.0mm，反射率为97％，透光率为0.05％，阻燃性能达到UL-94V2等级。
实施例3
一种灯具用全遮光聚丙烯复合材料的制备方法，其步骤与实施例1基本相同，不同在于，嵌段共聚聚丙烯中含乙烯的嵌段组分的质量含量、FeS2的粒径及各反应物的加入量，其嵌段共聚聚丙烯中含乙烯的嵌段组分的质量含量为18％，FeS2的粒径为0.2-0.4μm，按重量份计，各反应物的加入量如下：
最终制得的灯具用全遮光聚丙烯复合材料的厚度为1.0mm，反射率为93.7％，透光率为0％，阻燃性能达到UL-94V0等级。
实施例4
一种灯具用全遮光聚丙烯复合材料的制备方法，其步骤与实施例1基本相同，不同在于，光反射助剂及各反应物的加入量，光反射助剂为粒径为0.15-0.20μm的金红石型TiO2和粒径为0.35-0.4μm的金红石型TiO2质量比为2:1的混合物，按重量份计，各反应物的加入量如下：
最终制得的灯具用全遮光聚丙烯复合材料的厚度为1.0mm，反射率为94％，透光率为0％，阻燃性能达到UL-94V0等级。
实施例5
一种灯具用全遮光聚丙烯复合材料的制备方法，其步骤与实施例1基本相同，不同在于，光反射助剂、FeS2的粒径及各反应物的加入量，光反射助剂为粒径为0.20-0.25μm的金红石型TiO2和粒径为0.3-0.35μm的金红石型TiO2质量比为1:3的混合物，FeS2的粒径为0.2-0.3μm，按重量份计，各反应物的加入量如下：
最终制得的灯具用全遮光聚丙烯复合材料的厚度为1.0mm，反射率为93％，透光率为0％，阻燃性能达到UL-94V0等级。
实施例6
一种灯具用全遮光聚丙烯复合材料的制备方法，其步骤与实施例1基本相同，不同在于，混合时间、螺杆转速、光反射助剂及各反应物的加入量，混合时间为2min，螺杆转速为30HZ，光反射助剂为粒径为0.22-0.25μm的金红石型TiO2和粒径为0.33-0.38μm的金红石型TiO2质量比为1:2的混合物，按重量份计，各反应物的加入量如下：
最终制得的灯具用全遮光聚丙烯复合材料的厚度为1.0mm，反射率为90％，透光率为0％，阻燃性能达到UL-94V0等级。
实施例7
一种灯具用全遮光聚丙烯复合材料的制备方法，将100重量份的嵌段共聚聚丙烯、20重量份的阻燃剂和20重量份的光反射助剂在高混机中混合3分钟后加入双螺杆挤出机中，在加工温度为170-220℃、螺杆转速为40HZ的条件下熔融挤出造粒制得灯具用全遮光聚丙烯复合材料，其中嵌段共聚聚丙烯中含乙烯的嵌段组分的质量含量为17％，阻燃剂为十溴二苯乙烷与SB2O3质量比为3:1的混合物，光反射助剂为粒径为0.15-0.25μm的金红石型TiO2和粒径为0.3-0.4μm的金红石型TiO2质量比为1:1的混合物。
最终制得的灯具用全遮光聚丙烯复合材料的厚度为1.0mm，反射率为82％，透光率为3.2％，阻燃性能达到UL-94V0等级。本发明中阻燃剂为三(三溴苯基)三聚氰酸酯与甲基乙基次磷酸锌质量比为1:1的复配物仅作为一种优选的方案，不作为对本发明的限制，用其他阻燃剂与本发明中各组分进行配合同样能取得较为优良的效果，只是相对于使用三(三溴苯基)三聚氰酸酯与甲基乙基次磷酸锌的复配物的方案效果略差。
对比例1
一种聚丙烯复合材料的制备方法，其步骤与实施例7基本相同，不同在于其选用的嵌段共聚聚丙烯含乙烯的嵌段组分的质量含量为10％。
最终制得的聚丙烯复合材料的厚度为1.0mm，反射率为75％，透光率为5％，阻燃性能达到UL-94V0等级。与实施例7对比发现，嵌段共聚聚丙烯中含乙烯的嵌段组分的质量含量过小会影响了材料的反射率及透光率。
实施例8
一种灯具用全遮光聚丙烯复合材料的制备方法，将100重量份的嵌段共聚聚丙烯、10重量份的阻燃剂和25重量份的光反射助剂在高混机中混合3分钟后加入双螺杆挤出机中，在加工温度为180-215℃、螺杆转速为40HZ的条件下熔融挤出造粒制得灯具用全遮光聚丙烯复合材料，其中嵌段共聚聚丙烯中含乙烯的嵌段组分的质量含量为19％，阻燃剂为十溴二苯乙烷与SB2O3质量比为3:1的混合物，光反射助剂为粒径为0.15-0.20μm的金红石型TiO2和粒径为0.35-0.4μm的金红石型TiO2质量比为1:1的混合物。
最终制得的灯具用全遮光聚丙烯复合材料的厚度为1.0mm，反射率为87％，透光率为3％，阻燃性能达到UL-94V2等级。
对比例2
一种聚丙烯复合材料的制备方法，其步骤与实施例8基本相同，不同在于其选用的嵌段共聚聚丙烯含乙烯的嵌段组分的质量含量为25％。
最终制得的聚丙烯复合材料的厚度为1.0mm，反射率为73％，透光率为4％，阻燃性能达到UL-94V2等级。与实施例8对比发现，嵌段共聚聚丙烯中含乙烯的嵌段组分的质量含量过大会影响了材料的反射率及透光率，综合对比例1、2分析可以发现，只有合适的的含乙烯的嵌段组分质量含量才能提高材料的反射率，减小透光率。这是因为合适的含乙烯的嵌段组分质量含量可以保证聚合物组分间的融合性，避免了相畴过大或过小，基体材料嵌段共聚聚丙烯可最大程度地产生反射和散射，从而使得复合材料能够同时具有优良的遮光性能和反射性能。
对比例3
一种灯具用全遮光聚丙烯复合材料的制备方法，其步骤与实施例8基本相同，不同在于光反射助剂，光反射助剂为粒径为0.1-0.2μm的金红石型TiO2。
最终制得的灯具用全遮光聚丙烯复合材料的厚度为1.0mm，反射率为80％，透光率为4％，阻燃性能达到UL-94V2等级。与实施例8对比发现，粒径为0.15-0.25μm的金红石型TiO2和粒径为0.3-0.4μm的金红石型TiO2间存在配合作用，能够显著提高材料的反射率，降低透光率，而粒径范围单一的TiO2因为符合高斯分布导致其对中间可见光波段反射和折射较多而对处于两端范围的可见光的反射较少，进而导致产品的反射率降低，透光率较高。此外，经实验发现，其他任意两种粒径的金红石型TiO2相互配合都无法达到粒径为0.15-0.25μm的金红石型TiO2和粒径为0.3-0.4μm的金红石型TiO2的配合效果，即在其他条件相同的情况下，添加其他任意两种粒径的金红石型TiO2的复合材料的反射率都比添加0.15-0.25μm的金红石型TiO2和粒径为0.3-0.4μm的金红石型TiO2的复合材料差，本发明选用两种特定粒径范围的金红石型TiO2相互配合取得了意料不到的技术效果。

Claims (10)

1.一种灯具用全遮光聚丙烯复合材料，其特征是，按重量份数计，各组分及其含量如下：
所述嵌段共聚聚丙烯中含乙烯的嵌段组分的质量含量为15-20％。
2.根据权利要求1所述的一种灯具用全遮光聚丙烯复合材料，其特征在于，还含有2-15重量份阻燃剂。
3.根据权利要求2所述的一种灯具用全遮光聚丙烯复合材料，其特征在于，所述阻燃剂的熔融温度范围位于嵌段共聚聚丙烯的注塑加工温度范围内。
4.根据权利要求3所述的一种灯具用全遮光聚丙烯复合材料，其特征在于，所述阻燃剂为三(三溴苯基)三聚氰酸酯与甲基乙基次磷酸锌的复配物，复配物中三(三溴苯基)三聚氰酸酯与甲基乙基次磷酸锌的质量比为1:1。
5.根据权利要求4所述的一种灯具用全遮光聚丙烯复合材料，其特征在于，所述光反射助剂为两种粒径规格金红石型TiO2的混合物，粒径分别为0.15-0.25μm和0.3-0.4μm。
6.根据权利要求5所述的一种灯具用全遮光聚丙烯复合材料，其特征在于，所述吸光助剂为粒径为0.1-0.4μm的FeS2。
7.根据权利要求6所述的一种灯具用全遮光聚丙烯复合材料，其特征在于，所述高光助剂为过氧化二异丙苯。
8.根据权利要求7所述的一种灯具用全遮光聚丙烯复合材料，其特征在于，所述灯具用全遮光聚丙烯复合材料的阻燃性能最高达到UL-94V0等级，反射率大于等于90％，透光率为0-3％。
9.制备如权利要求1～8任一项所述的一种灯具用全遮光聚丙烯复合材料的方法，其特征是：按配方量将所述嵌段共聚聚丙烯与功能性助剂熔融共混制得灯具用全遮光聚丙烯复合材料。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，具体操作为：将所述嵌段共聚聚丙烯与功能性助剂在高混机中混合2-5分钟后加入双螺杆挤出机中，在加工温度为170-220℃、螺杆转速为30-40HZ的条件下熔融挤出造粒制得灯具用全遮光聚丙烯复合材料。
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