CN110565361A - 一种利用再生棉生产防紫外线透气纺织材料的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用再生棉生产防紫外线纺织材料的加工方法，具体包括以下步骤：1）再生棉纤维的加工、2）再生棉纤维的防紫外线处理以及3）再生棉纤维的后处理。本发明利用纺织废料生产再生棉纤维，再通过对再生棉纤维进行处理，使得制备的再生棉纺织材料兼具优良的强度、耐用性以及防紫外线性能，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于纺织材料技术领域，具体涉及一种利用再生棉生产防紫外线纺织材料的加工方法。
背景技术
我国是最大的纺织品服装生产和出口国，随着经济水平和人们生活水平的提高，纺织废料呈增加趋势，既浪费资源又造成环境污染。再生棉是将纺织生产过程、服装裁剪过程中产生的碎布料以及日常生活中丢弃的纺织纤维等废料重新加工制成纱线。通过将纺织废料循环再利用制成再生棉纱，既能给企业带来可观的经济效益，又为环境治理做出了贡献。
大量资料表明，紫外线辐射不仅会伤害地球上的植物和动物，也是导致人类皮肤癌的主要原因，臭氧层是大气层的保护层，但近年来一直在变薄，甚至出现空洞，到达地球表面的太阳紫外线辐射量越来越大，因此研究和寻找有效保护人体免受紫外线伤害的方法迫在眉睫。在这种情况下，人们对纺织材料提高出防紫外线的要求。但是再生棉纱是使用回收的纺织原料重新加工而成的棉纱，存在纤维短，强力低的问题，机械性能和耐用性低，而且不能满足防紫外线辐射的要求。
针对再生棉存在的技术问题，本发明提供一种利用再生棉生产防紫外线透气纺织材料的加工方法，通过对再生棉进行预处理，提高再生棉纱的机械性能和对紫外线的屏蔽功能，从而达到保护人们减少紫外线危害的目的，具有重大意义。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种利用再生棉生产防紫外线纺织材料的加工方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种利用再生棉生产防紫外线纺织材料的加工方法，具体加工方法如下：
1）再生棉的加工
S1、将纺织废料中的颗粒和杂物去除，用清水清洗后烘干，然后铺放在金属支架上，放置在氮气/氧气混合容器中，然后将离子发生装置中产生的高密度氩离子通入到容器中，将金属支架加载-130--180V偏压，高能离子处理20-30min；采用高能粒子对纺织废料进行处理，通过对纺织废料铺放的金属支架加载负偏压，使得高密度氩离子受负偏压牵引作用轰击纺织废料，利用氩离子对纺织废料纤维表面进行冲击，一方面可以加速纤维表面污染物以及染色剂的脱除，提高漂白效率，另一方面可以使纤维表面产生微观的凹凸结构，从而提高后续纳米二氧化钛粒子在纤维表面的附着力，而且氩离子与容器中的氧分子反应，形成正负氧离子，可以破坏纤维分子间的氢键，从而增大纤维间隙；
S2、常温下，将助剂均匀的喷洒在经过处理的纺织废料表面，通过喷洒由乙酸、碳酸钠配置的助剂，可以对纺织废料起到保护作用，而且还可以去除纺织废料中的金属离子，并且适宜pH的酸性助剂可以减少臭氧、过氧化氢的无效分解，提高氧化效率；用质量浓度为100-130g/L的过氧化氢溶液对纺织废料进行润湿预处理3-5min，通过过氧化氢溶液的润湿处理，可以提高后续臭氧处理过程中分解产生的羟基自由基含量，从而提高氧化处理的效率；再在纺织废料表面喷洒蒸馏水，使得纺织废料的带液率为60-80%，通过喷洒适量的蒸馏水，可以使纺织废料中的纤维表面形成水膜，使得纤维产生溶胀，有利于臭氧进入纤维结构较疏松的无定形区，增加了纤维与臭氧的接触面积，从而提高氧化处理的效果；然后移至反应釜中，通入其体积5-10%的臭氧，升温至60-70℃，进行氧化处理50-80min，通过氧化处理，使得纤维内部结晶区的大分子链降解，破坏了纤维的晶态结构，使得纤维大分子中的部分结晶区向无定形区转变，从而使得纤维无定形区增加，结晶区结晶度降低，最终导致纤维结晶度下降，使得再生棉纤维结构疏松，有利于后续纳米二氧化钛粒子的渗透以及在纤维表面的吸附；处理结束后经清洗、漂白处理后用清水洗净，脱水烘干后粉碎成平均长度为5-10mm的纤维，即可制得再生棉纤维；
2）再生棉纤维的防紫外线处理
S1、将再生棉纤维放置于冷等离子反应室内，抽真空至真空度达到0-3Pa，然后充入氮气将气压控制在50-70Pa，然后设定等离子体处理功率为100-130W，处理时间80-110s，本发明采用冷等离子处理，通过冷等离子处理，可以激发纤维表面活性引发基团，在纤维表面引入含氮的极性基团，从而增加纤维表面的极性基团的含量，改善纤维的润湿性能，增强纤维与后续的纳米二氧化钛的黏结作用，并且经过氮气等冷离子处理后，纤维表面凹凸不平，粗糙度增加，增大了纤维与纳米二氧化钛和硅烷偶联剂的接触面积，从而进一步提高黏结性能；通过在一定波动幅度内调节氮气气压，使其呈现波动，可以有效的增加氮气气流的扰动，从而增加等离子体中的高能粒子与再生棉纤维中纤维分子的碰撞和反应几率，从而提高冷等离子处理的效率；
S2、将纳米二氧化钛加入到乙醇溶液中，在200-300W超声波下振荡分散10-20min，制得纳米二氧化钛分散液，然后将再生棉纤维经浸泡在分散液中，置于反应釜中，在磁场环境下升温至30-50℃，加压至1.0-1.5MPa，在转速为50-80r/min下浸泡5-15min，将浸泡后的再生棉纤维取出后，烘干后即可，采用磁场下的加压搅拌的方式进行浸泡，通过加压使得纳米二氧化钛随着乙醇溶液被挤压到再生棉纤维的间隙中，便于纳米二氧化钛在纤维表面的黏结，从而提高再生棉纤维的防紫外线性能；在磁场环境下进行搅拌，通过搅拌可以加速纤维间的缠绕，而且在磁场作用下可以使纤维分子链排列的更加规整，提高纤维排列的有序性，使得纤维结晶度得到提高，从而使得纤维间缠绕形成的交络点不易被外力打开，使得纤维间不会产生滑移，从而提高纤维之间的交络紧密程度的均匀性，使得纤维强度得到提高；
3）再生棉纤维的后处理
将硅烷偶联剂加入到乙醇/水溶液中，制得硅烷溶液，然后加入少量的盐酸溶液调节pH为4-6，常温下，将烘干后的再生棉纤维浸入硅烷溶液中，浸泡20-30min，取出浸泡后的再生棉纤维，置于80-140℃下固化0.5-1.5h，，再经双辊开松机松解以及清弹机梳理，即可制得防紫外线纺织材料，通过对再生棉纤维进行硅烷化处理，将再生棉纤维浸入硅烷溶液中形成自组装有机膜，可以防止纳米二氧化钛的脱落，提高纺织材料的使用寿命。
优选地，一种利用再生棉生产防紫外线纺织材料的加工方法，其中步骤1）中的S1中，所述氮气/氧气混合容器中氮气与氧气的体积比为3:1；所述氮气的纯度≥99.9%，氧气纯度≥99.9%；所述金属支架的材料为高速钢M2。
优选地，一种利用再生棉生产防紫外线纺织材料的加工方法，其中步骤1）中的S2中，所述助剂是由乙酸、结晶碳酸钠配置的pH为5-6的酸液；所述纺织废料与助剂的的质量体积比为2-3:1g/ml；所述纺织废料与过氧化氢溶液的质量体积比为4-5:3g/ml。
优选地，一种利用再生棉生产防紫外线纺织材料的加工方法，其中步骤2）中的S1中，所述氮气的纯度≥99.9%；所述冷等离子处理过程中，氮气的气压是波动的，波动幅度为±10-±15Pa，波动速度为1-2Pa/s。
优选地，一种利用再生棉生产防紫外线纺织材料的加工方法，其中步骤2）中的S2中，所述纳米二氧化钛分散液中，纳米二氧化钛的质量百分数为5-8%；所述乙醇溶液的浓度为50-70%；所述再生棉纤维与分散液的质量体积比为1:5-10g/ml；所述再生棉纤维表面的磁场强度为0.5-0.8T。
优选地，一种利用再生棉生产防紫外线纺织材料的加工方法，其中步骤3）中，所述硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷；所述盐酸溶液的浓度为5-10%；所述水、乙醇、硅烷偶联剂的体积比为80-90:6-8:2-3；所述乙醇为无水乙醇；所述再生棉纤维与硅烷溶液的质量体积比为1:10-20g/ml。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明通过对纺织废料进行处理，制得可利用的再生棉，然后对再生棉进行冷等离子处理，可以增加纤维表面的粗糙度，增大了纤维与纳米二氧化钛和硅烷偶联剂的接触面积，提高黏结性能，然后在磁场环境下将再生棉纤维浸泡在纳米二氧化钛分散液中进行加压搅拌，使得再生棉纤维具有优异的抗紫外线性能，而且再生棉纤维的强度也得到提高，最后再对再生棉纤维进行硅烷化处理，可以防止纳米二氧化钛的脱落，提高纺织材料的使用寿命；通过上述工艺的选择，使得制备的再生棉纺织材料兼具优良的强度、耐用性以及防紫外线性能，具有广泛的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施方法对本发明做进一步的说明。
实施例1
一种利用再生棉生产防紫外线纺织材料的加工方法，具体加工方法如下：
1）再生棉纤维的加工
S1、将纺织废料中的颗粒和杂物去除，用清水清洗后烘干，然后铺放在金属支架上，放置在氮气/氧气混合容器中，然后将离子发生装置中产生的高密度氩离子通入到容器中，将金属支架加载-130V偏压，高能离子处理30min；
S2、常温下，将助剂均匀的喷洒在经过处理的纺织废料表面，然后用质量浓度为100g/L的过氧化氢溶液对纺织废料进行润湿预处理5min，再在纺织废料表面喷洒蒸馏水，使得纺织废料的带液率为60%，然后移至反应釜中，通入其体积5%的臭氧，升温至60℃，进行氧化处理80min，处理结束后经清洗、漂白处理后用清水洗净，脱水烘干后粉碎成平均长度为5mm的纤维，即可制得再生棉纤维；
2）再生棉纤维的防紫外线处理
S1、将再生棉纤维放置于冷等离子反应室内，抽真空至真空度达到0Pa，然后充入氮气将气压控制在50Pa，然后设定等离子体处理功率为100W，处理时间110s；
S2、将纳米二氧化钛加入到乙醇溶液中，在200W超声波下振荡分散20min，制得纳米二氧化钛分散液，然后将再生棉纤维浸泡在分散液中，置于反应釜中，在磁场环境下升温至30℃，加压至1.0MPa，在转速为50r/min下浸泡15min，将浸泡后的再生棉纤维取出后，烘干后即可；
3）再生棉纤维的后处理
将硅烷偶联剂加入到乙醇/水溶液中，制得硅烷溶液，然后加入少量的盐酸溶液调节pH为4，常温下，将烘干后的再生棉纤维浸入硅烷溶液中，浸泡20min，取出浸泡后的再生棉纤维，置于80℃下固化1.5h，再经双辊开松机松解以及清弹机梳理，即可制得防紫外线纺织材料。
作为优选，其中步骤1）中的S1中，所述氮气/氧气混合容器中氮气与氧气的体积比为3:1；所述氮气的纯度≥99.9%，氧气纯度≥99.9%；所述金属支架的材料为高速钢M2。
作为优选，其中步骤1）中的S2中，所述助剂是由乙酸、结晶碳酸钠配置的pH为5的酸液；所述纺织废料与助剂的的质量体积比为2:1g/ml；所述纺织废料与过氧化氢溶液的质量体积比为4:3g/ml。
作为优选，其中步骤2）中的S1中，所述氮气的纯度≥99.9%；所述冷等离子处理过程中，氮气的气压是波动的，波动幅度为±10Pa，波动速度为0.5Pa/s。
作为优选，其中步骤2）中的S2中，所述纳米二氧化钛分散液中，纳米二氧化钛的质量百分数为5%；所述乙醇溶液的浓度为50%；所述再生棉纤维与分散液的质量体积比为1:5g/ml；所述再生棉纤维表面的磁场强度为0.5T。
作为优选，其中步骤3）中，所述硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷；所述盐酸溶液的浓度为5%；所述水、乙醇、硅烷偶联剂的体积比为80:6:2；所述乙醇为无水乙醇；所述再生棉纤维与硅烷溶液的质量体积比为1:10g/ml。
实施例2
一种利用再生棉生产防紫外线纺织材料的加工方法，具体加工方法如下：
1）再生棉纤维的加工
S1、将纺织废料中的颗粒和杂物去除，用清水清洗后烘干，然后铺放在金属支架上，放置在氮气/氧气混合容器中，然后将离子发生装置中产生的高密度氩离子通入到容器中，将金属支架加载-150V偏压，高能离子处理25min；
S2、常温下，将助剂均匀的喷洒在经过处理的纺织废料表面，然后用质量浓度为115g/L的过氧化氢溶液对纺织废料进行润湿预处理4min，再在纺织废料表面喷洒蒸馏水，使得纺织废料的带液率为70%，然后移至反应釜中，通入其体积8%的臭氧，升温至65℃，进行氧化处理70min，处理结束后经清洗、漂白处理后用清水洗净，脱水烘干后粉碎成平均长度为7mm的纤维，即可制得再生棉纤维；
2）再生棉纤维的防紫外线处理
S1、将再生棉纤维放置于冷等离子反应室内，抽真空至真空度达到1Pa，然后充入氮气将气压控制在70Pa，然后设定等离子体处理功率为120W，处理时间100s；
S2、将纳米二氧化钛加入到乙醇溶液中，在250W超声波下振荡分散15min，制得纳米二氧化钛分散液，然后将再生棉纤维浸泡在分散液中，置于反应釜中，在磁场环境下升温至40℃，加压至1.3MPa，在转速为70r/min下浸泡10min，将浸泡后的再生棉纤维取出后，烘干后即可；
3）再生棉纤维的后处理
将硅烷偶联剂加入到乙醇/水溶液中，制得硅烷溶液，然后加入少量的盐酸溶液调节pH为5，常温下，将烘干后的再生棉纤维浸入硅烷溶液中，浸泡25min，取出浸泡后的再生棉纤维，置于110℃下固化1h，再经双辊开松机松解以及清弹机梳理，即可制得防紫外线纺织材料。
作为优选，其中步骤1）中的S1中，所述氮气/氧气混合容器中氮气与氧气的体积比为3:1；所述氮气的纯度≥99.9%，氧气纯度≥99.9%；所述金属支架的材料为高速钢M2。
作为优选，其中步骤1）中的S2中，所述助剂是由乙酸、结晶碳酸钠配置的pH为5.5的酸液；所述纺织废料与助剂的的质量体积比为2.5:1g/ml；所述纺织废料与过氧化氢溶液的质量体积比为4.5:3g/ml。
作为优选，其中步骤2）中的S1中，所述氮气的纯度≥99.9%；所述冷等离子处理过程中，氮气的气压是波动的，波动幅度为±12Pa，波动速度为0.8Pa/s。
作为优选，其中步骤2）中的S2中，所述纳米二氧化钛分散液中，纳米二氧化钛的质量百分数为6%；所述乙醇溶液的浓度为60%；所述再生棉纤维与分散液的质量体积比为1:8g/ml；所述再生棉纤维表面的磁场强度为0.7T。
作为优选，其中步骤3）中，所述硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷；所述盐酸溶液的浓度为7%；所述水、乙醇、硅烷偶联剂的体积比为85:7:2.5；所述乙醇为无水乙醇；所述再生棉纤维与硅烷溶液的质量体积比为1:15g/ml。
实施例3
一种利用再生棉生产防紫外线纺织材料的加工方法，具体加工方法如下：
1）再生棉纤维的加工
S1、将纺织废料中的颗粒和杂物去除，用清水清洗后烘干，然后铺放在金属支架上，放置在氮气/氧气混合容器中，然后将离子发生装置中产生的高密度氩离子通入到容器中，将金属支架加载-180V偏压，高能离子处理20min；
S2、常温下，将助剂均匀的喷洒在经过处理的纺织废料表面，然后用质量浓度为130g/L的过氧化氢溶液对纺织废料进行润湿预处理3min，再在纺织废料表面喷洒蒸馏水，使得纺织废料的带液率为80%，然后移至反应釜中，通入其体积10%的臭氧，升温至70℃，进行氧化处理50min，处理结束后经清洗、漂白处理后用清水洗净，脱水烘干后粉碎成平均长度为10mm的纤维，即可制得再生棉纤维；
2）再生棉纤维的防紫外线处理
S1、将再生棉纤维放置于冷等离子反应室内，抽真空至真空度达到3Pa，然后充入氮气将气压控制在80Pa，然后设定等离子体处理功率为130W，处理时间80s；
S2、将纳米二氧化钛加入到乙醇溶液中，在300W超声波下振荡分散10min，制得纳米二氧化钛分散液，然后将再生棉纤维浸泡在分散液中，置于反应釜中，在磁场环境下升温至50℃，加压至1.5MPa，在转速为80r/min下浸泡5min，将浸泡后的再生棉纤维取出后，烘干后即可；
3）再生棉纤维的后处理
将硅烷偶联剂加入到乙醇/水溶液中，制得硅烷溶液，然后加入少量的盐酸溶液调节pH为6，常温下，将烘干后的再生棉纤维浸入硅烷溶液中，浸泡30min，取出浸泡后的再生棉纤维，置于140℃下固化0.5h，再经双辊开松机松解以及清弹机梳理，即可制得防紫外线纺织材料。
作为优选，其中步骤1）中的S1中，所述氮气/氧气混合容器中氮气与氧气的体积比为3:1；所述氮气的纯度≥99.9%，氧气纯度≥99.9%；所述金属支架的材料为高速钢M2。
作为优选，其中步骤1）中的S2中，所述助剂是由乙酸、结晶碳酸钠配置的pH为6的酸液；所述纺织废料与助剂的的质量体积比为3:1g/ml；所述纺织废料与过氧化氢溶液的质量体积比为5:3g/ml。
作为优选，其中步骤2）中的S1中，所述氮气的纯度≥99.9%；所述冷等离子处理过程中，氮气的气压是波动的，波动幅度为±15Pa，波动速度为1.0Pa/s。
作为优选，其中步骤2）中的S2中，所述纳米二氧化钛分散液中，纳米二氧化钛的质量百分数为8%；所述乙醇溶液的浓度为70%；所述再生棉纤维与分散液的质量体积比为1:10g/ml；所述再生棉纤维表面的磁场强度为0.8T。
作为优选，其中步骤3）中，所述硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷；所述盐酸溶液的浓度为10%；所述水、乙醇、硅烷偶联剂的体积比为90:8:3；所述乙醇为无水乙醇；所述再生棉纤维与硅烷溶液的质量体积比为1:20g/ml。
对比例1：去除步骤1）中的S1中的高能离子处理，其余与实施例1相同。
对比例2：去除步骤1）中的S2，其余与实施例1相同。
对比例3：去除步骤2）中的S1，其余与实施例1相同。
对比例4：去除步骤2）中的S2中的磁场环境，其余与实施例1相同。
对比例5：去除步骤3）中的硅烷偶联剂，其余与实施例1相同。
试验例：将实施例1-3和对比例1-5提供的纺织材料加工成面料，按照标准ISO13937-2-2000对面料进行撕裂强度测试，然后利用紫外线透过分析仪UV-2000F，分别测试面料洗涤前后紫外线透过率以及UPF值，结果如下表所示：
注：水洗是指将面料放入洗衣机中洗涤50次，添加的洗涤剂为皂类洗涤剂。
从上表可以看出，利用纺织废料加工制备的面料撕裂强度性能优异，在水洗50次后，虽然UPF值有所下降，但依然都在50+，说明本发明制备的纺织材料具有很好的抗紫外线性能，而且耐水洗性很好。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种利用再生棉生产防紫外线纺织材料的加工方法，其特征在于，具体加工方法如下：
1）再生棉纤维的加工
S1、将纺织废料中的颗粒和杂物去除，用清水清洗后烘干，然后铺放在金属支架上，放置在氮气/氧气混合容器中，然后将离子发生装置中产生的高密度氩离子通入到容器中，将金属支架加载-130--180V偏压，高能离子处理20-30min；
S2、常温下，将助剂均匀的喷洒在经过处理的纺织废料表面，然后用质量浓度为100-130g/L的过氧化氢溶液对纺织废料进行润湿预处理3-5min，再在纺织废料表面喷洒蒸馏水，使得纺织废料的带液率为60-80%，然后移至反应釜中，通入其体积5-10%的臭氧，升温至60-70℃，进行氧化处理50-80min，处理结束后经清洗、漂白处理后用清水洗净，脱水烘干后粉碎成平均长度为5-10mm的纤维，即可制得再生棉纤维；
2）再生棉纤维的防紫外线处理
S1、将再生棉纤维放置于冷等离子反应室内，抽真空至真空度达到0-3Pa，然后充入氮气将气压控制在50-80Pa，然后设定等离子体处理功率为100-130W，处理时间80-110s；
S2、将纳米二氧化钛加入到乙醇溶液中，在200-300W超声波下振荡分散10-20min，制得纳米二氧化钛分散液，然后将再生棉纤维浸泡在分散液中，置于反应釜中，在磁场环境下升温至30-50℃，加压至1.0-1.5MPa，在转速为50-80r/min下浸泡5-15min，将浸泡后的再生棉纤维取出后，烘干后即可；
3）再生棉纤维的后处理
将硅烷偶联剂加入到乙醇/水溶液中，制得硅烷溶液，然后加入少量的盐酸溶液调节pH为4-6，常温下，将烘干后的再生棉纤维浸入硅烷溶液中，浸泡20-30min，取出浸泡后的再生棉纤维，置于80-140℃下固化0.5-1.5h，再经双辊开松机松解以及清弹机梳理，即可制得防紫外线纺织材料。
2.如权利要求1所述的一种利用再生棉生产防紫外线纺织材料的加工方法，其特征在于，步骤1）中的S1中，所述氮气/氧气混合容器中氮气与氧气的体积比为3:1；所述氮气的纯度≥99.9%，氧气纯度≥99.9%；所述金属支架的材料为高速钢M2。
3.如权利要求1所述的一种利用再生棉生产防紫外线纺织材料的加工方法，其特征在于，步骤1）中的S2中，所述助剂是由乙酸、结晶碳酸钠配置的pH为5-6的酸液；所述纺织废料与助剂的的质量体积比为2-3:1g/ml；所述纺织废料与过氧化氢溶液的质量体积比为4-5:3g/ml。
4.如权利要求1所述的一种利用再生棉生产防紫外线纺织材料的加工方法，其特征在于，步骤2）中的S1中，所述氮气的纯度≥99.9%；所述冷等离子处理过程中，氮气的气压是波动的，波动幅度为±10-±15Pa，波动速度为0.5-1.0Pa/s。
5.如权利要求1所述的一种利用再生棉生产防紫外线纺织材料的加工方法，其特征在于，步骤2）中的S2中，所述纳米二氧化钛分散液中，纳米二氧化钛的质量百分数为5-8%；所述乙醇溶液的浓度为50-70%；所述再生棉纤维与分散液的质量体积比为1:5-10g/ml；所述再生棉纤维表面的磁场强度为0.5-0.8T。
6.如权利要求1所述的一种利用再生棉生产防紫外线纺织材料的加工方法，其特征在于，步骤3）中，所述硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷；所述盐酸溶液的浓度为5-10%；所述水、乙醇、硅烷偶联剂的体积比为80-90:6-8:2-3；所述乙醇为无水乙醇；所述再生棉纤维与硅烷溶液的质量体积比为1:10-20g/ml。
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