CN109593455B - 一种肤感水性聚氨酯涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种水性聚氨酯涂料及其制备方法，其中，该水性聚氨酯涂料由以下质量份的组分组成：附着力促进树脂10‑15份；手感树脂40‑45份；固化剂2‑3份；流平剂1‑2份；水3‑5份；助溶剂45‑50份。本发明的水性聚氨酯涂料兼具耐刮擦、耐溶剂、耐水、耐黄变、耐候性好的优点，并且价格适中，使用范围广，可以极大地提高人们的物质生活水平。

Description

一种肤感水性聚氨酯涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚氨酯涂料，特别涉及一种水性肤感聚氨酯涂料及其制备方法。
背景技术
包装材料是指用于制造包装容器、包装装潢、包装印刷、包装运输等满足产品包装要求所使用的材料，它即包括金属、塑料、玻璃、陶瓷、纸、竹本、野生蘑类、天然纤维、化学纤维、复合材料等主要包装材料，又包括捆扎带、装潢、印刷材料等辅助材料。
包装材料在整个包装工业中占有重要地位，是发展包装技术、提高包装质量和降低包装成本的基础。因此，了解包装材料的性能、应用范围和发展趋势，对合理选用包装材料，扩大包装材料来源，采用新包装和加工新技术，创造新型包装和包装技术，提高包装技术水平与管理水平，都具有重要的意义。
随着中国经济高速发展以及人民生活质量的提高，对微波食品、休闲食品及冷冻食品等方便食品的需求量将不断增加，这将直接带动相关食品包装的需求，中国食品与包装机械业在今后的一段长时间内将维持正增长。
近年来市场上对于各种高档包装盒以及印刷制品的品质要求越来越高，传统覆膜工艺已经难以胜任其要求。作为目前印刷复合材料的最高端产品，新型肤感膜的市场应用将越来越广泛，需求量越来越大。肤感膜的产生，让人们对生活的体验从2维世界上升到3维，极大地提高用户的体验，因为现有市场的水性聚氨酯均未考虑用户体验，仅仅从物理化学功能比如抗老化、抗刮擦等方面做文章，肤感涂料的出现，打破了人们对水性聚氨酯的固有偏见，让冷冰冰的化工原料添加了更多舒适，是未来经济生活的大势所趋。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种加工成本低、适用范围广、具有超强手感的水性聚氨酯涂料及其制备方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种水性聚氨酯涂料，其中，所述水性聚氨酯涂料由以下质量份的组分组成：
附着力促进树脂 10～15份；
手感树脂 40～45份；
固化剂 2-3份；
流平剂 1～2份；
水 3～5份；
助溶剂 45～50份,
其中，所述附着力促进树脂由以下质量份的组分组成：
聚酯二元醇 15 -20份；
异佛尔酮二异氰酸酯 4 -5 份；
2,2-二羟甲基丙酸 2 -3 份；
三乙胺 1 -2 份；
水 3 -4 份，
其中，所述手感树脂由以下质量份的组分组成：
二苯基甲烷二异氰酸酯 8 -15份；
聚醚多元醇 10-15 份；
聚酯多元醇 10-18份；
2,2-二羟甲基丙酸 2 -5份；
三乙胺 1 -1.5份；
水 2 -4 份。
在本发明的一优选实施方案中，其中，所述附着力促进树脂的制备方法如下：向四口烧瓶中加入脱水的聚酯二元醇和异佛尔酮二异氰酸酯总量的1/4 -3/4的异佛尔酮二异氰酸酯的丙酮溶液，在60℃反应10～20min，然后加入2,2-二羟甲基丙酸的水溶液，搅拌5～10min后，再向其中加入剩余的异佛尔酮二异氰酸酯，滴加催化剂，继续保温反应50～90min，待反应至异氰酸酯含量达理论值时，加入三乙胺成盐，待体系中的异佛尔酮二异氰酸酯含量少于0.2wt.%时反应结束，体系降温至30℃以下，然后将水加入体系中并搅拌1h即可得到附着力促进树脂。
在本发明的一优选实施方案中，其中，所述附着力促进树脂中的聚酯二元醇的分子量是1000-2000，并且其是由丁二酸或己二酸与乙二醇或新戊二醇形成的聚酯二元醇。
在本发明的一优选实施方案中，其中，所述手感树脂的制备方法如下：
向四口烧瓶中加入经110℃真空脱水的聚醚多元醇和聚酯多元醇，搅拌5-6分钟后，升温至60℃，再加入二苯基甲烷二异氰酸酯总量的1/4 -3/4的二苯基甲烷二异氰酸酯的丙酮溶液反应10～20min，然后加入2,2-二羟甲基丙酸的DMF溶液，搅拌5～10min后，向其中加入剩余的二苯基甲烷二异氰酸酯，继续滴加催化剂，接着保温反应70～100min，待反应至体系中的二苯基甲烷二异氰酸酯含量达理论值时，加入三乙胺成盐，待体系中的二苯基甲烷二异氰酸酯含量少于0.2wt.%时反应结束，取出降温至30℃以下，然后将水加入体系中并搅拌2h，即得到手感树脂。
在本发明的一更优选实施方案中，其中，所述聚醚多元醇的分子量是1000-2000，并且其是由乙二醇或新戊二醇与环氧乙烷或环氧丙烷形成的聚酯二元醇。
在本发明的一更优选实施方案中，其中，所述手感树脂中的聚酯多元醇分子量为1000-2000，并且其是由丁二酸或己二酸与乙二醇或新戊二醇形成的聚酯二元醇。
在本发明的一更优选实施方案中，其中，所述固化剂选自氮丙啶、碳化二亚胺或其他厂商类似结构的固化剂。
在本发明的一更优选实施方案中，其中，所述流平剂是有机硅流平剂，优选是聚醚改性的有机硅流平剂。
在本发明的一优选实施方案中，其中，所述助溶剂选自乙醇、丙醇或异丙醇中的一种或几种。
在本发明的一优选实施方案中，其中，所述方法包括：将固化剂、流平剂、水和助溶剂混合均匀后，再向其中加入附着力促进树脂和手感树脂，在800转/分钟或1500转/分钟的转速下常温搅拌0.5小时即可制得水性聚氨酯涂料。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种水性聚氨酯涂料，其中，所述水性聚氨酯涂料由以下质量份的组分组成：
附着力促进树脂 10～15份；
手感树脂 40～45份；
固化剂 2-3份；
流平剂 1～2份；
水 3～5份；
助溶剂 45～50份,
其中，所述附着力促进树脂由以下质量份的组分组成：
聚酯二元醇 15 -20份；
异佛尔酮二异氰酸酯 4 -5 份；
2,2-二羟甲基丙酸 2 -3 份；
三乙胺 1 -2 份；
水 3 -4 份，，
其中，所述手感树脂由以下质量份的组分组成：
二苯基甲烷二异氰酸酯 8 -15份；
聚醚多元醇 10-15 份；
聚酯多元醇 10-18份；
2,2-二羟甲基丙酸 2 -5份；
三乙胺 1 -1.5份；
水 2 -4 份。
在本发明的一优选实施方案中，其中，所述附着力促进树脂的制备方法如下：向反应容器中加入经110℃真空脱水的聚酯二元醇和异佛尔酮二异氰酸酯总量的1/4 -3/4的异佛尔酮二异氰酸酯的丙酮溶液，在60℃反应10～20min，其中异佛尔酮二异氰酸酯的浓度是1-10 mol/L，然后加入2,2-二羟甲基丙酸的水溶液，其中2,2-二羟甲基丙酸的浓度是1-10mol/L，搅拌5～10min后，再向其中加入剩余的异佛尔酮二异氰酸酯，滴加催化剂，继续保温反应50～90min，待反应至异氰酸酯含量达理论值（即体系中异氰酸酯含量为5 wt.%）时，加入三乙胺成盐，待体系中的异佛尔酮二异氰酸酯含量少于0.2wt.%时反应结束，体系降温至30℃以下，然后将水加入体系中并搅拌1h即可得到附着力促进树脂。该附着力促进树脂对PVC附着力良好的原因是运用了特种聚酯多元醇，多元醇预先用含有LTW等对PVC材质敏感的单体的特殊低分子二元醇和特殊二元酸合成，聚合度也比普通树脂的聚合度相应提高，这样得到的树脂对PVC附着力就比普通树脂高。该附着力促进树脂是水性聚氨酯。该手感树脂是水性聚氨酯手感树脂，且该树脂的微观表面具有绒毛般凸起外观，手感强烈（超滑手感），可在氮丙啶类固化剂的催化下提高耐水耐溶剂性能。
在本发明的一优选实施方案中，其中，所述附着力促进树脂中的聚酯二元醇的分子量是1000-2000，并且其是由丁二酸或己二酸与乙二醇或新戊二醇形成的聚酯二元醇。
在本发明的一更优选实施方案中，其中，所述附着力促进树脂的制备方法中的催化剂选自二月桂酸二丁基锡。
在本发明的一优选实施方案中，其中，所述手感树脂的制备方法如下：
向四口烧瓶中加入经110℃真空脱水的聚醚多元醇和聚酯多元醇，搅拌5-6分钟后，升温至60℃，加入二苯基甲烷二异氰酸酯总量的1/4 -3/4的二苯基甲烷二异氰酸酯的丙酮溶液反应10～20min，然后加入2,2-二羟甲基丙酸的DMF溶液（2,2-二羟甲基丙酸的浓度是1-10mol/L），搅拌5～10min后，向其中加入剩余的二苯基甲烷二异氰酸酯，继续滴加催化剂，接着保温反应70～100min，待反应至体系中的二苯基甲烷二异氰酸酯含量达理论值（即体系中异氰酸酯含量为5 wt.%）时，加入三乙胺成盐，待体系中的二苯基甲烷二异氰酸酯含量少于0.2wt.%时反应结束，体系降温至30℃以下，然后将水加入体系中并搅拌2h，即得到手感树脂。该手感树脂的手感来源于选用的多元醇，该多元醇是利用经过试验筛选出来的可以增加柔性的醇和酸先进行预聚得到的，该多元醇配合多亚甲基多异氰酸酯，通过双固化体系合成出的手感树脂适合作为涂层。
在本发明的一更优选实施方案中，其中，所述聚醚多元醇的分子量是1000-2000，并且其是由乙二醇或新戊二醇与环氧乙烷或环氧丙烷形成的聚酯二元醇。
在本发明的一更优选实施方案中，其中，所述手感树脂中的聚酯多元醇分子量为1000-2000，并且其是由丁二酸或己二酸与乙二醇或新戊二醇形成的聚酯二元醇。
在本发明的一更优选实施方案中，其中，所述手感树脂的制备方法中的催化剂选自次磷酸。
在本发明的一更优选实施方案中，其中，所述固化剂选自氮丙啶、碳化二亚胺或者其他厂商类似结构的固化剂，所述氮丙啶选自氮丙啶CX-100（帝斯曼）。
在本发明的一更优选实施方案中，其中，所述流平剂是有机硅流平剂，优选是聚醚改性的有机硅流平剂，更优选是tego450、byk333、silok8333或天龙tilo8812中的一种或多种，可以提供流平和部分的手感。
在本发明的一优选实施方案中，其中，所述助溶剂是醇类表面张力较低的溶剂，选自例如乙醇、丙醇或异丙醇中的一种或几种。
在本发明的一优选实施方案中，其中，所述方法包括：将固化剂、流平剂、水和助溶剂混合均匀后，再向其中加入附着力促进树脂和手感树脂，在800转/分钟的转速下常温搅拌0.5小时即可制得水性聚氨酯涂料。
将本发明的水性聚氨酯涂料通过刮凃、辊凃或喷涂（优选辊凃）涂布于PVC基材的表面，过60℃烘道烘干后收卷，然后用60℃设备烘4-6小时或以上使得涂料交联完全，即可制得肤感膜。本发明的肤感膜可用于书籍、礼品盒、木器或者金属等各种物件表面。
本发明的有益效果是：
本发明加工成本低，适用范围广，使用场景丰富。通过综合各个树脂的性质，让涂料功能更加丰富完善，可以在保证树脂的附着力情况下有效提高PVC基材表面的手感，且该涂层的耐刮擦耐溶剂等性能均良好，让装饰物的选择更加丰富。
本发明的肤感膜以水性聚氨酯为基础原料，其兼具耐刮擦、耐溶剂、耐水、耐黄变、耐候性好，肤感强烈的特点。本发明的肤感膜适用于家具包装、书籍包装以及礼品包装。
实施例
下列实施例中的附着力促进树脂和手感树脂的组成和制备方法如下：
附着力促进树脂的组成：
聚酯二元醇 18g；
异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI） 4g；
2,2-二羟甲基丙酸（DMPA） 2g；
三乙胺（TEA） 2g；
水 3g。
附着力促进树脂的制备：在装有电动搅拌器、回流冷凝管、温度计和氮气进出口的500ml四口烧瓶中，加入经110℃真空脱水的聚酯二元醇和IPDI总量的2/3的异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）丙酮溶液（浓度是5mol/L），在60℃反应10～20min，然后加入2,2-二羟甲基丙酸（DMPA）DMF溶液（浓度是7mol/L），搅拌5～10min后向其中加入剩余的IPDI丙酮溶液，滴加二月桂酸二丁基锡0.1g，继续保温反应50～90min，待反应至异佛尔酮二异氰酸酯含量达理论值（即体系中异氰酸酯的量占总量的百分比为5 wt.%）时（正丁胺滴定法测定），加入三乙胺（TEA）成盐。待体系中异佛尔酮二异氰酸酯含量少于0.2 wt.%时反应结束，取出降温至30℃以下，然后将水快速加入体系中并高速搅拌1h即可得到附着力促进树脂。其中上述聚酯二元醇的分子量是1000-2000，并且其是由丁二酸或己二酸与乙二醇或新戊二醇形成的聚酯二元醇。
手感树脂的组成：
二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI) (4,4-Methylene Diphenyldiisocyanate) 10g；
聚醚多元醇 15g；
聚酯多元醇 15g；
扩链剂（2,2-二羟甲基丙酸）（DMPA） 4g；
三乙胺（TEA） 1g；
水 3g。
手感树脂的制备：
向装有电动搅拌器、回流冷凝管、温度计和氮气进出口的500ml四口烧瓶中加入110℃真空脱水的聚醚多元醇和聚酯多元醇，在420转/分钟的转度下搅拌5分钟后，升温至60℃，加入MDI总量的3/4的MDI丙酮溶液（浓度是3mol/L）反应10～20min后。继续加入DMPA的DMF溶液（浓度是6mol/L），搅拌5～10min后向其中加入剩余MDI。最后滴加次磷酸0.15g，继续保温反应70～100min，待反应至二苯基甲烷二异氰酸酯含量达理论值（（即体系中异氰酸酯的量占总量的百分比为5 wt.%））时（正丁胺滴定法测定），加入三乙胺（TEA）成盐。待体系中的二苯基甲烷二异氰酸酯含量少于0.2wt.%时反应结束，取出降温至30℃以下，然后将水快速加入体系中并高速搅拌2h即可得到手感树脂。其中在手感树脂的制备中，聚酯多元醇的分子量是1000-2000，并且其是由丁二酸或己二酸与乙二醇或新戊二醇形成的聚酯二元醇；聚醚多元醇；聚醚多元醇的分子量是1000-2000，并且其是由乙二醇或新戊二醇与环氧乙烷或环氧丙烷形成的聚酯二元醇。
下列实施例和对比例中水性聚氨酯涂料的性能测试方法如下：
1．附着力测试：
检测方法：GB/T9286-1998；
质量指标：共分为6级，0、1、2级为合格，3、4、5级为不合格。
2．耐溶剂测试：
检测方法：GB/T 23989；
溶剂：异丙醇。
3．耐水（100℃蒸馏水，2h）测试：
检测方法：GB/T 1733
4. 耐黄变测试：
将取下的肤感膜切割成50mm×12mm的样品，留一样品做空白对照组，其余置于HZ-3017型灯泡式耐黄变试验箱，在300W的紫外灯下光照24h，样品与灯泡的距离为25cm，曝光箱中的温度为60℃左右。待到达实验时间，取出冷却10min以上，然后观测其黄变性，并与空白样品在灰色色卡上对其颜色进行对比。
5.手感测试：
检测方法：手测；
质量指标：肤感膜平整光滑为合格。
实施例1
（1）一种水性聚氨酯涂料，所述涂料由如下质量份的组分组成：
附着力促进树脂（RICC-622） 10kg；
手感树脂（RICC-90） 40kg；
氮丙啶CX-100（帝斯曼） 2kg；
byk333 （毕克化学） 1-3kg；
水 20kg；
乙醇 25份。
（2）水性聚氨酯涂料的制备：
先将上述质量份的氮丙啶、byk333、水和乙醇混合均匀后，再加入RICC-622和RICC-90，在800转/分钟转速下在常温搅拌半小时即可制得水性聚氨酯涂料。
（3）水性聚氨酯涂料的效果评价：
利用辊凃方式将步骤（2）中制得的水性聚氨酯涂料均匀地涂布于PVC基材表面，过60℃烘道烘干后收卷，然后用60℃设备烘5小时让涂料内部交联完全，即可制得肤感膜，评价结果见表1。
实施例2
（1）一种水性聚氨酯涂料，所述涂料由如下质量份的组分组成：
附着力促进树脂（RICC-622） 10kg；
手感树脂（RICC-90） 40kg；
碳化二亚胺 4kg；
byk333 （毕克化学） 1-3kg；
水 20kg；
乙醇 25kg。
（2）水性聚氨酯涂料的制备：
先将上述质量份的氮丙啶、byk333、水和乙醇混合均匀后，再加入RICC-622和RICC-90，在800转/分钟转速下在常温搅拌半小时即可制得水性聚氨酯涂料。
（3）水性聚氨酯涂料的效果评价：
利用辊凃方式将步骤（2）中制得的水性聚氨酯涂料均匀地涂布于PVC基材表面，过60℃烘道烘干后收卷，然后用60℃设备烘5小时让涂料内部交联完全，即可制得肤感膜，评价结果见表1。
实施例3
（1）一种水性聚氨酯涂料，所述涂料由如下质量份的组分组成：
附着力促进树脂（RICC-622） 10kg；
手感树脂（RICC-90） 40kg；
氮丙啶CX-100（帝斯曼） 2kg；
silok8333（广州斯洛柯） 1kg；
水 20kg；
异丙醇 25kg。
（2）水性聚氨酯涂料的制备：
先将上述质量份的氮丙啶、silok8333、水和异丙醇混合均匀后，再加入RICC-622和RICC-90，在800转/分钟转速下常温搅拌半小时即可制得水性聚氨酯涂料。
（3）水性聚氨酯涂料的效果评价：
利用辊凃方式将步骤（2）中制得的水性聚氨酯涂料均匀地涂布于PVC基材表面，过60℃烘道烘干后收卷，然后用60℃设备烘6小时让涂料交联完全，即可制得肤感膜，评价结果见表1。
对比例：水性肤感聚氨酯涂料（市售，AP198，广东聚力化工科技有限公司），评价结果见表1。
表1
性能指标 实施例1 实施例2 实施例3 对比例
附着力 1 2 1 2
耐溶剂 60次擦拭 30次擦拭 60次擦拭 30次擦拭
耐水 没有明显变化 稍微发白 没有明显变化 稍微发白
耐黄变 没有黄变 没有黄变 没有黄变 没有黄变
手感 优秀 优秀 优秀 一般
从表1可以看出：通过将本发明的水性聚氨酯涂料均匀地涂布于PVC基材表面得到的肤感膜兼具耐刮擦、耐溶剂、耐水、耐黄变、耐候性好、肤感强烈等优点。本发明搭配氮丙啶得到的水性聚氨酯涂料相比同类其他产品性能更优异。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界。

Claims (9)

1.一种肤感水性聚氨酯涂料，其中，所述水性聚氨酯涂料由以下质量份的组分组成：
附着力促进树脂 10～15份；
手感树脂 40～45份；
固化剂 2-3份；
流平剂 1～2份；
水 3～5份；
助溶剂 45～50份,
其中，所述附着力促进树脂由以下质量份的组分组成：
聚酯二元醇 15 -20份；
异佛尔酮二异氰酸酯 4 -5 份；
2,2-二羟甲基丙酸 2 -3 份；
三乙胺 1 -2 份；
水 3 -4 份，
所述聚酯二元醇的是由丁二酸或己二酸与乙二醇或新戊二醇形成的聚酯二元醇，
其中，所述手感树脂由以下质量份的组分组成：
二苯基甲烷二异氰酸酯 8 -15份；
聚醚多元醇 10-15 份；
聚酯多元醇 10-18份；
2,2-二羟甲基丙酸 2 -5份；
三乙胺 1 -1.5份；
水 2 -4 份，
所述聚醚多元醇是由乙二醇或新戊二醇与环氧乙烷或环氧丙烷形成的聚酯二元醇，
所述聚酯多元醇是由丁二酸或己二酸与乙二醇或新戊二醇形成的聚酯二元醇，
所述附着力促进树脂的制备方法如下：向反应容器中加入聚酯二元醇和异佛尔酮二异氰酸酯总量的1/4 -3/4的异佛尔酮二异氰酸酯的丙酮溶液，在60℃反应10～20min，然后加入2,2-二羟甲基丙酸的水溶液，搅拌5～10min后，再向其中加入剩余的异佛尔酮二异氰酸酯，滴加催化剂，继续保温反应50～90min，待反应至异氰酸酯含量达理论值时，加入三乙胺成盐，待体系中的异佛尔酮二异氰酸酯含量少于0.2wt.%时反应结束，体系降温至30℃以下，然后将水加入体系中并搅拌1h即可得到附着力促进树脂。
2.根据权利要求1所述的肤感水性聚氨酯涂料，其中，所述附着力促进树脂中的聚酯二元醇的分子量是1000-2000。
3.根据权利要求1所述的肤感水性聚氨酯涂料，其中，所述手感树脂的制备方法如下：
向反应容器中加入聚醚多元醇和聚酯多元醇，搅拌5-6分钟后，升温至60℃，再加入二苯基甲烷二异氰酸酯总量的1/4 -3/4的二苯基甲烷二异氰酸酯的丙酮溶液反应10～20min，然后加入2,2-二羟甲基丙酸的DMF溶液，搅拌5～10min后，向其中加入剩余的二苯基甲烷二异氰酸酯，继续滴加二月桂酸二丁基锡催化剂，接着保温反应70～100min，待反应至体系中的二苯基甲烷二异氰酸酯含量达理论值时，加入三乙胺成盐，待体系中的二苯基甲烷二异氰酸酯含量少于0.2wt.%时反应结束，体系降温至30℃以下，然后将预先制备好的含有乳化剂的水加入体系中并搅拌2h，即得到手感树脂，乳化剂主要成分为烷基苯磺酸钠。
4.根据权利要求3所述的肤感水性聚氨酯涂料，其中，所述聚醚多元醇的分子量是1000-2000。
5.根据权利要求3所述的肤感水性聚氨酯涂料，其中，所述手感树脂中的聚酯多元醇分子量为1000-2000。
6.根据权利要求1-5任一项所述的肤感水性聚氨酯涂料，其中，所 述固化剂选自氮丙啶或碳化二亚胺。
7.根据权利要求1-5任一项所述的肤感水性聚氨酯涂料，其中，所述流平剂是有机硅流平剂。
8.根据权利要求1-5任一项所述的肤感水性聚氨酯涂料，其中，所述助溶剂选自乙醇、丙醇或异丙醇中的一种或几种。
9.权利要求1-5任一项所述的肤感水性聚氨酯涂料的制备方法，其中，所述方法包括：将固化剂、流平剂、水和助溶剂混合均匀后，再向其中加入附着力促进树脂和手感树脂，在800转/分钟的转速下常温搅拌0.5小时即可制得水性聚氨酯涂料。
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