CN109580705B - 放湿冷却性纤维及含有该纤维的纤维结构物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及放湿冷却性纤维及含有该纤维的纤维结构物。以往的放湿冷却效果小且不持续,因此有不易确实感觉到放湿冷却效果的问题。本发明的目的在于提供放湿冷却效果大且能够持续的纤维及纤维结构物。一种放湿冷却性纤维,其特征在于,通过下述评价方法求出的冷却温度(ΔT30)为1.5℃以上。评价方法:将纤维制成棉网,从该棉网切取2.5g,折叠成16cm×9cm的大小,作为测定试样。将该测定试样在气温35℃、相对湿度90%的气氛下放置16小时。接着,在测定试样的中央部插入电子温度计的传感器,移至气温20℃、相对湿度45%的气氛下,读取经过了30分钟时的电子温度计所显示的温度(t30[℃])。由该结果通过下述式1求出ΔT30。[式1]ΔT30[℃]=20‑t30。
Description
技术领域
本发明涉及放湿冷却性纤维及含有该纤维的纤维结构物。
背景技术
放湿冷却是指下述现象:在吸附于物质中的水分气化而蒸腾(即放湿)时,从该物质夺取气化热,由此物质的温度降低(即冷却)。将具有放湿冷却性的纤维用于衣服、寝具等用途时,能够期待对人体的冷却效果。
例如,专利文献1中公开了一种吸湿发热性/放湿冷却性布帛,其为包含通过使亲水性化合物在纤维表面聚合而加工成的聚酯纤维的布帛,与包含加工前的纤维的布帛相比,由吸湿发热引起的温度上升为0.5℃以上,由放湿冷却引起的温度降低为0.5℃以上。
另外,专利文献2中公开了一种吸湿放湿性布帛,并记载了该布帛具有放湿冷却效果,该吸湿放湿性布帛的特征在于,包含疏水性合成纤维60重量%以上,且由具有盐型羧基和交联结构的丙烯酸类聚合物形成的高吸湿放湿性有机微粒通过接枝聚合而键合于纤维表面。
进而,专利文献3的图5、专利文献4的[0005]~[0007]段中还公开了交联丙烯酸酯类纤维具有放湿冷却作用。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2002-88653号公报
专利文献2:日本特开2002-38375号公报
专利文献3:日本特开平9-59872号公报
专利文献4:日本特开2004-218111号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是,对于上述各文献的技术,由于放湿冷却效果小、或者不持续,因此具有不易确实感觉到放湿冷却效果的问题。本发明是鉴于上述现有技术的现状而创造出的,其目的在于提供放湿冷却效果大、能够持续的纤维及含有该纤维的纤维结构物。
用于解决问题的方案
本发明人等为了达成上述目的而进行了深入研究,结果发现,通过以下手段,放湿冷却效果大且能够持续,从而完成了本发明。
(1)一种放湿冷却性纤维,其特征在于,通过下述的评价方法求出的冷却温度(ΔT30)为1.5℃以上。
(评价方法)
将纤维制成棉网,从该棉网切取2.5g,折叠成16cm×9cm的大小,作为测定试样。将该测定试样在气温35℃、相对湿度90%的气氛下放置16小时。接着,在测定试样的中央部插入电子温度计的传感器,移至气温20℃、相对湿度45%的气氛下,读取经过了30分钟时的电子温度计所显示的温度(t30[℃])。由该结果通过下述式1求出ΔT30。
[式1]ΔT30[℃]=20-t30
(2)根据(1)所述的放湿冷却性纤维,其特征在于,通过下述的评价方法求出的冷却温度(ΔT5)为1.0℃以上。
(评价方法)
将纤维制成棉网,从该棉网切取2.5g,折叠成16cm×9cm的大小,作为测定试样。将该测定试样在气温35℃、相对湿度90%的气氛下放置16小时。接着,在测定试样的中央部插入电子温度计的传感器,移至气温20℃、相对湿度45%的气氛下,读取经过了5分钟时的电子温度计所显示的温度(t5[℃])。由该结果通过下述式2求出ΔT5。
[式2]ΔT5[℃]=20-t5
(3)根据(1)或(2)所述的放湿冷却性纤维,其特征在于,其为具有表层部和中心部的芯鞘纤维,所述表层部以具有交联结构和羧基的聚合物为主要成分,所述中心部以丙烯腈类聚合物为主要成分。
(4)根据(3)所述的放湿冷却性纤维,其特征在于,下述式3表示的数值A为0.050以上且不足0.080。
[式3]A=纤维所具有的羧基量[mmol/g]/纤维截面中的“以具有交联结构和羧基的聚合物为主要成分的表层部”所占据的面积的比例[%]
(5)一种纤维结构物,其特征在于,含有(1)~(4)中任一项所述的放湿冷却性纤维5质量%以上。
发明的效果
本发明的放湿冷却性纤维具有放湿冷却效果大且能够使该效果持续的特性。具有所述特性的本发明的放湿冷却性纤维可以适当地用作例如夏季用服装物品(内衣、T恤、帽子等)、或夏季用寝具(贴身被褥的布料、棉絮、铺垫)等的原材料。
具体实施方式
以下详细地对本发明进行说明。本发明的放湿冷却性纤维通过后述评价方法求出的冷却温度ΔT30显示1.5℃以上,优选显示2.0℃以上。即,本发明的放湿冷却性纤维在自放湿开始起经过30分钟后,也保持比气氛温度低1.5℃以上的温度。由于所述特性,使用了本发明的放湿冷却性纤维的纤维结构物能够使冷却效果的持续性优异。进而,若ΔT60优选显示1.0℃以上、更优选显示1.5℃以上,则能够使冷却效果的持续性更优异。
另外,理想的是,本发明的放湿冷却性纤维通过后述评价方法求出的冷却温度ΔT5显示1.0℃以上、优选显示1.5℃以上。冷却温度ΔT5为1.0℃以上表示,自放湿开始起经过5分钟后,所述纤维被冷却至比气氛温度低1.0℃以上的温度。由于所述特性,使用了所述纤维的纤维结构物能够获得快速的冷却效果。
作为所述本发明的放湿冷却性纤维,可以列举出具有以具有交联结构和羧基的聚合物为主要成分的表层部(以下,也简称为“表层部”)和以丙烯腈类聚合物为主要成分的中心部(以下,也简称为“中心部”)的芯鞘纤维。此处,“主要成分”这样的用语在表层部或中心部各自中表示最多的成分,通常的情况下,前述的各聚合物占据优选90质量%以上、更优选95质量%以上。此处,构成中心部的丙烯腈类聚合物可以具有交联结构。
所述芯鞘纤维中,因亲水性高的羧基而被纤维吸湿的水分发生放湿,所述羧基存在于表层部,由此能够有效地放湿,变得容易得到放湿冷却效果。相反,即使直到中心部都存在羧基,如果被中心部吸湿的水分不移动到纤维表面为止的长距离,则也不会放湿,因此很难有助于放湿冷却效果。
另外,通过由丙烯腈类聚合物构成中心部,从而纤维物性不会变得过低,容易进行纺织加工,另外,也能够提高使用时的耐久性。因此,对于所述芯鞘纤维,能够使在纤维结构物中的含有比例更多,能够表现更优异的放湿冷却效果。
进而,对于上述芯鞘纤维,理想的是,下述式3表示的数值A优选为0.050以上且不足0.080、更优选为0.055以上且不足0.070。
[式3]A=羧基量[mmol/g]/纤维截面中的表层部所占据的面积的比例[%]
此处,数值A为与纤维表层部中的羧基的浓度相关的数值,该数值越大,作为具有极性的官能团的羧基在纤维表面上越以高浓度存在。因此,数值A越大,越能够使纤维表层部含有更多的水分,越能够使所述水分更快地放湿。
为了获得所述效果,数值A优选为0.050以上、更优选为0.055以上。但是,数值A为0.080以上的情况下,纤维表层部因吸湿而带有粘着性,纤维彼此容易固着,因此有时在纺织加工中成为麻烦,或在洗涤等中手感恶化。
另外,对于本发明的放湿冷却性纤维,理想的是,在气温35℃、相对湿度90%的气氛下的饱和吸湿率与在前述气氛下经饱和并移动至气温20℃、相对湿度45%的气氛下30分钟后的吸湿率之差优选具有10个百分点以上、更优选具有12个百分点以上、进一步优选具有14个百分点以上。所述吸湿率之差越大,表示放湿速度越大,不满10个百分点的情况下,有时不会充分获得上述冷却温度。
另外,作为具有交联结构及羧基的聚合物中的羧基的抗衡离子,不仅限于氢离子,根据需要可以选自锂、钠、钾等碱金属的阳离子、镁、钙等碱土金属的阳离子、锰、铜、锌、银等其它金属的阳离子、铵离子等中的1种或多种。具有这样的氢离子以外的抗衡离子的羧基(以下,称为盐型羧基)存在的情况下,上述的饱和吸湿率差变更大,并且放湿速度变更大,因此可以期待更大的冷却效果。所述盐型羧基的量相对于总羧基量优选为40%以上、更优选为50%以上、进一步优选为60%以上。另一方面,若盐型羧基量变多,则在吸湿时纤维会带有粘着性、或容易发生脆化,因此理想的是相对于总羧基量优选设为90%以下,更优选设为80%以下。另外,选择钠离子、钾离子作为抗衡离子的情况下,能够进一步增大冷却效果。
接着,作为本发明的放湿冷却性纤维的代表性的制造方法,可以采用对丙烯腈类纤维的表层部实施交联导入处理和水解处理的方法。需要说明的是,关于交联导入处理,不仅停留在表层部,也可以实施至中心部。作为原料的丙烯腈类纤维可以由丙烯腈类聚合物通过公知的方法来制造。对于丙烯腈类聚合物,丙烯腈优选为50质量%以上、更优选为80质量%以上、进一步优选为85质量%以上。如后述那样,由于交联结构是通过丙烯腈类聚合物的腈基与交联剂的反应形成的,因此丙烯腈类聚合物中的丙烯腈的含量少的情况下,有能够导入交联结构的量变少,在加工、实用方面纤维强度不足的担心。
对如上所述的丙烯腈类纤维导入交联结构。交联结构的导入中可以使用以往公知的交联剂,从交联结构的导入效率的方面出发,优选使用含氮化合物。作为含氮化合物,优选使用具有2个以上伯氨基的氨基化合物、肼系化合物。作为具有2个以上伯氨基的氨基化合物,可以例示出乙二胺、六亚甲基二胺等二胺系化合物、二亚乙基三胺、3,3’-亚胺基双(丙基胺)、N-甲基-3,3’-亚胺基双(丙基胺)等三胺系化合物、三亚乙基四胺、N,N’-双(3-氨基丙基)-1,3-丙二胺、N,N’-双(3-氨基丙基)-1,4-丁二胺等四胺系化合物、为聚乙烯胺、聚烯丙基胺等且具有2个以上伯氨基的多胺系化合物等。另外,作为肼系化合物,可以例示出水合肼、硫酸肼、盐酸肼、氢溴酸肼、碳酸肼等。需要说明的是,1分子中的氮原子的数量的上限没有特别限定,优选为12个以下、进一步优选为6个以下、特别优选为4个以下。若1分子中的氮原子的数量超过上述上限,则有时交联剂分子变大、变得难以向纤维内导入交联结构。作为导入交联结构的条件,没有特别限定,可以考虑采用的交联剂与丙烯腈类纤维的反应性、交联结构的量等来适宜选定。例如,使用肼系化合物作为交联剂的情况下,可列举出将上述丙烯腈类纤维浸渍于以按照肼浓度计成为0.1~10质量%的方式添加有上述肼系化合物的水溶液中并在80~150℃进行2~10小时处理的方法等。
导入交联结构后,实施基于碱性金属化合物的水解处理,存在于纤维的表层部的腈基被水解,形成羧基。作为具体的处理条件,考虑上述羧基浓度等来适宜设定处理化学试剂的浓度、反应温度、反应时间等各条件即可,在优选0.5~10质量%、进一步优选1~5质量%的处理化学试剂水溶液中、在温度80~150℃下进行2~10小时处理的方法在工业上、纤维物性方面也是优选的。此处,对于上述的交联导入处理及水解处理,与如上所述地依次进行相比,优选使用将各自的处理化学试剂混合而成的水溶液一并进行同时处理。进而,对于该同时处理,优选在比以往低的浓度的碱金属化合物的温和条件下进行,并在比以往高的温度下的严苛条件下进行其后的酸处理。这样得到的放湿冷却性纤维能够获得在表层部存在比以往多的羧基、在中心部保存有较硬的丙烯腈类聚合物的结构。
作为所形成的羧基的抗衡离子,可列举出如上所述的例子。作为调整为期望的抗衡离子的方法,可列举出实施基于硝酸盐、硫酸盐、盐酸盐等金属盐的离子交换处理、基于硝酸、硫酸、盐酸、甲酸等的酸处理、或基于碱性金属化合物等的pH调节处理等的方法。
含有本发明的放湿冷却性纤维的纤维结构物可以由本发明的放湿冷却性纤维单独形成、或者也可以组合其他纤维而形成。与其他纤维组合的情况下,从表现效果的方面出发,本发明的放湿冷却性纤维优选使用5质量%以上、更优选为10质量%以上。为不足5质量%的使用率时,有时均匀的混合变得困难。另外,作为可以组合的其他纤维,例如可以列举出羽毛、羊毛、动物毛、丝、棉、聚酯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚酰胺纤维、聚氨酯纤维、丙烯腈系纤维、纤维素系纤维。
作为本发明的纤维结构物的形态,可列举出棉絮、纱、针织物、纺织物、绒头布帛、无纺布等。更具体而言,可以列举出内衣、短裤、衬衣、制服、针织衫、牛仔布、西式睡衣、浴衣、紧身裤(leggings)、短袜、长筒袜、护具、腹带、手套、手帕、毛巾、头巾、长披肩(stole)、围巾(muffler)、口罩(mask)、面罩、帽子、枕头、枕套、床单(sheet)、毛巾毯、铺垫、垫子(mat)、小块地毯(rug)、地毯(carpet)等。对于本发明的纤维结构物中的放湿冷却性纤维的含有形态,可以考虑实质上均匀分布的情况、在特定场所集中存在的情况、根据场所以特定比率分布的情况等。
[实施例]
以下,为了容易地理解本发明,示出实施例,但这些仅仅是例示,本发明的主旨不受这些限定。
<冷却温度的评价方法>
将试样纤维制成棉网,从该棉网切取2.5g,折叠成16cm×9cm的大小,作为测定试样。将该测定试样在气温35℃、相对湿度90%的气氛下放置16小时。接着,在测定试样的中央部插入电子温度计的传感器,移至气温20℃、相对湿度45%的气氛下,读取经过了一定时间(n[分钟])时的电子温度计所显示的温度(tn[℃])。由该结果通过下式求出ΔTn。
ΔTn[℃]=20-tn
<数值A的算出>
1.纤维截面中的表层部截面积的比例
将试样纤维以浴比成为1:80的方式浸渍于相对于纤维质量含有2.5%的阳离子染料(Nichilon Black G 200)及2%的乙酸的染色浴中,进行30分钟煮沸处理后,进行水洗、脱水、干燥。将得到的已染色的纤维与纤维轴垂直地切成薄片,用光学显微镜观察纤维截面。此时,包含丙烯腈类聚合物的中心部被染成黑色,对于具有很多羧基的表层部,染料未充分固定,成为绿色。对纤维截面中的、纤维的直径(L1)及以从绿色向黑色开始变色的部分作为边界被染成黑色的中心部的直径(L2)进行测定,通过以下的式子算出表层部截面积在纤维截面积中所占的比例。需要说明的是,采用10个样品的平均值。
纤维截面中的表层部截面积的比例[%]=[1-{(L2/2)2π/(L1/2)2π}]×100
2.羧基量
将纤维试样约1g浸渍于50ml的1mol/l盐酸水溶液中30分钟。接着,将纤维试样以浴比1:500浸渍于水中。15分钟后,确认浴pH为4以上后,使其干燥(浴pH不足4的情况下,再次进行水洗)。接着,精确称量经充分干燥的纤维试样约0.2g(W1[g]),加入100ml的水,进而,添加15ml的0.1mol/l氢氧化钠水溶液、0.4g的氯化钠及酚酞进行搅拌。15分钟后,通过过滤从而分离为试样纤维和滤液,接着对试样纤维进行水洗直到酚酞的呈色消失为止。将此时的水洗水和滤液合在一起,用0.1mol/l盐酸水溶液进行滴定直到酚酞的呈色消失为止,求出盐酸水溶液消耗量(V1[ml])。由得到的测定值通过下式算出总羧基量。
羧基量[mmol/g]=(0.1×15-0.1×V1)/W1
3.数值A
用上述中求出的数值通过下式来算出。
数值A=羧基量[mmol/g]/纤维截面中的表层部所占据的面积的比例[%]
<吸湿率差(放湿的容易度)>
精确称量经充分干燥的纤维试样约5g(W1[g])。将该试样在气温35℃、相对湿度90%下静置16小时,测定吸湿后的试样的质量(W2[g])。将该试样再次在相对湿度90%下静置16小时,立即移动至气温20℃、相对湿度45%的气氛下,经过30分钟后,测定试样的质量(W3[g])。由以上的测定结果通过下式算出各吸湿率。
在气温35℃、相对湿度90%下的饱和吸湿率[%]=(W2-W1)/W1×100
移动至气温20℃、相对湿度45%下的30分钟后的吸湿率[%]=(W3-W1)/W1×100
由如上述那样地求出的各吸湿率算出吸湿率差。
<盐型羧基的比例>
不实施上述的羧基量的测定方法中最初的在1mol/l盐酸水溶液中的浸渍及继其后的在水中的浸渍(水洗),除此以外,同样地操作,算出H型羧基量。从上述羧基量中减去所述H型羧基量,由此求出盐型羧基量,算出相对于上述羧基量的比例。
[实施例1]
用48质量%的硫氰酸钠水溶液将丙烯腈90质量%、丙烯酸甲酯10质量%的丙烯腈类聚合物(30℃二甲基甲酰胺中的特性粘度[η]=1.5)溶解,制备纺丝原液。通过常规方法对该纺丝原液进行纺丝、水洗、拉伸、卷缩、热处理,得到单纤维纤度1.7dtex的丙烯腈系纤维。
对所得丙烯腈系纤维在含有水合肼0.5质量%及氢氧化钠2.0质量%的水溶液中以100℃×2小时同时进行交联导入处理及水解处理,在8质量%硝酸水溶液中进行100℃×3小时处理并进行水洗。将所得纤维浸渍于水中,添加氢氧化钠而将羧基的一部分调整为盐型,进行水洗、干燥,由此得到纤度3.0dtex的放湿冷却性纤维A。将得到的纤维的评价结果示于表1。需要说明的是,在所述纤维的红外线吸收测定中,在源自腈基的2250cm-1附近有吸收,确认了在纤维表层部进行了腈基的水解,但在纤维中心部残留有腈基。
[实施例2]
将实施例1中的氢氧化钠的浓度设为1.5质量%,除此以外,同样地操作,得到纤度2.5dtex的放湿冷却性纤维B。将得到的纤维的评价结果示于表1。
[实施例3]
将实施例1中的氢氧化钠的浓度设为2.5质量%,除此以外,同样地操作,得到纤度3.5dtex的放湿冷却性纤维C。将得到的纤维的评价结果示于表1。
[比较例1]
将实施例1中的氢氧化钠的浓度设为3.5质量%,除此以外,同样地操作,得到纤度4.2dtex的纤维D。将得到的纤维的评价结果示于表1。
[比较例2、3]
将关于纤度1.4dtex的人造丝及纤度1.4dtex的聚酯的评价结果示于表1。
[表1]
根据表1可知,对于实施例1~3的纤维,在自放湿开始经过30分钟后也保持比气氛温度低1.5℃以上的温度,进而在自放湿开始经过5分钟后的时刻被冷却至比气氛温度低1.0℃以上的温度,兼具快速的冷却性和持续的冷却性。与此相对,比较例1的纤维的冷却性差。
[实施例4]
将放湿冷却性纤维A和聚酯纤维设为30/70的比例,制作棉纱支数45/1的短纤纱。另外,仅用棉制作棉纱支数40/1的短纤纱。接着,使用这些短纤纱,制作平针组织的针织物。使用该针织物代替上述冷却温度的测定方法中的棉网,将测定冷却温度的结果和针织物中的各纤维的混纺率示于表2。
[比较例4]
使用仅用实施例4中制作的棉的短纤纱,制作平针组织的针织物,将使用该针织物测定冷却温度的结果示于表2。
[表2]
对于实施例4的使用了本发明的冷却放湿性纤维的纤维结构物,与比较例4的棉100%的纤维结构物相比,冷却特性优异。
Claims (4)
1.一种放湿冷却性纤维,其特征在于,通过下述评价方法求出的冷却温度(ΔT30)为1.5℃以上,
评价方法:
将纤维制成棉网,从该棉网切取2.5g,折叠成16cm×9cm的大小,作为测定试样,将该测定试样在气温35℃、相对湿度90%的气氛下放置16小时,接着,在测定试样的中央部插入电子温度计的传感器,移至气温20℃、相对湿度45%的气氛下,读取经过了30分钟时的电子温度计所显示的温度(t30[℃]),由该结果通过下述式1求出ΔT30,
式1:ΔT30[℃]=20-t30;
所述放湿冷却性纤维为具有表层部和中心部的芯鞘纤维,所述表层部以具有交联结构和羧基的聚合物为主要成分,所述中心部以丙烯腈类聚合物为主要成分。
2.根据权利要求1所述的放湿冷却性纤维,其特征在于,通过下述的评价方法求出的冷却温度(ΔT5)为1.0℃以上,
评价方法:
将纤维制成棉网,从该棉网切取2.5g,折叠成16cm×9cm的大小,作为测定试样,将该测定试样在气温35℃、相对湿度90%的气氛下放置16小时,接着,在测定试样的中央部插入电子温度计的传感器,移至气温20℃、相对湿度45%的气氛下,读取经过了5分钟时的电子温度计所显示的温度(t5[℃]),由该结果通过下述式2求出ΔT5,
式2:ΔT5[℃]=20-t5。
3.根据权利要求1或2所述的放湿冷却性纤维,其特征在于,下述式3表示的数值A为0.050以上且不足0.080,
式3:A=纤维所具有的羧基量[mmol/g]/纤维截面中的“以具有交联结构和羧基的聚合物为主要成分的表层部”所占据的面积的比例[%];
其中,所述羧基量通过以下方法测得:
将纤维试样1g浸渍于50ml的1mol/l盐酸水溶液中30分钟;接着,将纤维试样以浴比1:500浸渍于水中;15分钟后,确认浴pH为4以上后,使其干燥,浴pH不足4的情况下,再次进行水洗;接着,精确称量经充分干燥的纤维试样0.2g,记为W1,单位为g,加入100ml的水,进而,添加15ml的0.1mol/l氢氧化钠水溶液、0.4g的氯化钠及酚酞进行搅拌;15分钟后,通过过滤从而分离为试样纤维和滤液,接着对试样纤维进行水洗直到酚酞的呈色消失为止;将此时的水洗水和滤液合在一起,用0.1mol/l盐酸水溶液进行滴定直到酚酞的呈色消失为止,求出盐酸水溶液消耗量,记为V1,单位为ml,由得到的测定值通过下式算出总羧基量:
羧基量=(0.1×15-0.1×V1)/W1;
其中,纤维截面中的“以具有交联结构和羧基的聚合物为主要成分的表层部”所占据的面积的比例通过以下方法测得:
将试样纤维以浴比成为1:80的方式浸渍于相对于纤维质量含有2.5%的阳离子染料Nichilon Black G 200及2%的乙酸的染色浴中,进行30分钟煮沸处理后,进行水洗、脱水、干燥;将得到的已染色的纤维与纤维轴垂直地切成薄片,用光学显微镜观察纤维截面;此时,包含丙烯腈类聚合物的中心部被染成黑色,对于具有很多羧基的表层部,染料未充分固定,成为绿色;对纤维截面中的、纤维的直径L1及以从绿色向黑色开始变色的部分作为边界被染成黑色的中心部的直径L2进行测定,通过以下的式子算出表层部截面积在纤维截面积中所占的比例:
纤维截面中的表层部截面积的比例=[1-{(L2/2)2π/(L1/2)2π}]×100;
并取10个样品的平均值作为纤维截面中的“以具有交联结构和羧基的聚合物为主要成分的表层部”所占据的面积的比例。
4.一种纤维结构物,其特征在于,含有权利要求1~3中任一项所述的放湿冷却性纤维5质量%以上。
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