CN111518476A - 聚氨酯改性沥青基非固化防水涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

聚氨酯改性沥青基非固化防水涂料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明适用于建筑防水材料技术领域，提供了一种聚氨酯改性沥青基非固化防水涂料及其制备方法和应用，该聚氨酯改性沥青基非固化防水涂料包括以下组分：沥青、聚氨酯改性剂、纳米碳酸钙、填料、增塑剂、机油、增粘树脂、扩链剂、催化剂。本发明是基于聚氨酯预聚体或无溶剂单组份聚氨酯防水涂料等聚氨酯改性剂通过化学反应对沥青进行改性，其中聚氨酯改性剂中的‑NCO与沥青中含羟基化合物等活性基团发生化学反应，生成含有氨基甲酸酯、氨基脲等结构高分子量的聚氨酯；因生成的聚氨酯本身玻璃化转变温度低、粘接性能优异，使得改性后的沥青在粘接性能、蠕变性能、强度、耐高低温性能等方面均有大幅提升。

Description

聚氨酯改性沥青基非固化防水涂料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于建筑防水材料技术领域，尤其涉及一种聚氨酯改性沥青基非固化防水涂料及其制备方法和应用。
背景技术
近年来，由于建筑行业突飞猛进发展，建筑防水材料也得迅速发展。尤以改性沥青防水材料的研究与应用发展迅猛。非固化橡胶沥青防水涂料(简称非固化涂料)是以橡胶、沥青和特殊添加剂为主要原料，在应用状态下长期保持黏性膏状体的具有蠕变性的一种防水材料。因其无溶剂、永不固化，对基层适应性强突出的蠕变性和良好的粘接性能被广泛应用民用建筑屋面、地下室、侧墙防水以及地铁、车站、隧道的侧墙与顶板防水。
目前市场上的非固化橡胶沥青防水涂料主要是以苯乙烯/丁二烯共聚物(SBS)、丁苯橡胶(SBR)为改性剂，通过高温剪切、搅拌、吸附、溶胀使SBS、SBR均匀分散于沥青中，其属于物理改性。
由于现有SBS、SBR改性沥青技术，是将SBS、SBR高温环境下加入到沥青中，通过剪切、搅拌、吸附、溶胀等是沥青体系发生物理相变，但沥青中有机油的存在，降低了体系的内聚能，使得蠕变性能降低，耐低温性能不佳，同时影响涂料的使用年限。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种聚氨酯改性沥青基非固化防水涂料，旨在解决背景技术中提出的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种聚氨酯改性沥青基非固化防水涂料，包括以下按照重量份计的组分：沥青50～85份、聚氨酯改性剂5～25份、纳米碳酸钙0.1～5份、填料1～25份、增塑剂0.1～5份、机油0.1～15份、增粘树脂0.1～10份、扩链剂0.1～5份、催化剂0.01～0.5份。
作为本发明实施例的一个优选方案，所述非固化防水涂料包括以下按照重量份计的组分：沥青55～60份、聚氨酯改性剂12～20份、纳米碳酸钙1～3份、填料12～15份、增塑剂1～2份、机油8～12份、增粘树脂4～6份、扩链剂1～3份、催化剂0.02～0.1份。
作为本发明实施例的另一个优选方案，所述沥青为石油沥青、煤沥青和天然气沥青中的至少一种；所述聚氨酯改性剂为-NCO封端的聚氨酯预聚体和/或无溶剂单组份聚氨酯防水涂料。
作为本发明实施例的另一个优选方案，所述-NCO封端的聚氨酯预聚体是由多元醇和多异氰酸酯反应制成的；所述多异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯、4,4'-二己基二异氰酸酯中的至少一种；所述多元醇为聚醚多元醇。
作为本发明实施例的另一个优选方案，所述填料为碳酸钙、滑石粉、高岭土、蒙脱土、二氧化硅中的至少一种；所述增粘树脂为萜烯树脂和/或松香树脂；所述增塑剂为氯化石蜡、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛脂中的至少一种；所述扩链剂为4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷、1,4-丁二醇、乙二醇、乙二胺中的至少一种；所述催化剂为胺类催化剂或有机锡类催化剂。
作为本发明实施例的另一个优选方案，所述胺类催化剂为三亚乙基二胺、N,N-二甲基环己胺、三乙胺中的至少一种；所述有机锡类催化剂为二月桂酸二丁基锡和/或辛基亚锡。
本发明实施例的另一目的在于提供一种上述非固化防水涂料的制备方法，其包括以下步骤：
按照上述重量份称取各组分，并将沥青、聚氨酯改性剂、纳米碳酸钙、填料、增塑剂、机油、增粘树脂、扩链剂、催化剂进行混合，得到混合料；
将混合料置于120～180℃的温度下进行搅拌，得到所述非固化防水涂料。
作为本发明实施例的另一个优选方案，所述聚氨酯改性剂包括以下按照重量份计的组分：多元醇2～12份、多异氰酸酯3～13份；所述按照上述重量份称取各组分，并将沥青、聚氨酯改性剂、纳米碳酸钙、填料、增塑剂、机油、增粘树脂、扩链剂、催化剂进行混合，得到混合料的步骤，具体包括：
按照上述重量份称取沥青、多元醇、多异氰酸酯、纳米碳酸钙、填料、增塑剂、机油、增粘树脂、扩链剂、催化剂，备用；
将沥青、多元醇进行混合，并置于110～120℃的温度下进行分散后，再进行脱水处理，得到混合物A；
往混合物A添加多异氰酸酯，并置于80～90℃的温度下进行反应，得到混合物B；
将混合物B、纳米碳酸钙、填料、增塑剂、机油、增粘树脂、扩链剂、催化剂进行混合，得到混合料。
本发明实施例的另一目的在于提供一种上述制备方法制得的非固化防水涂料。
本发明实施例的另一目的在于提供一种上述非固化防水涂料在作为建筑防水材料中的应用。
本发明实施例提供的一种聚氨酯改性沥青基非固化防水涂料，是基于聚氨酯预聚体或无溶剂单组份聚氨酯防水涂料等聚氨酯改性剂通过化学反应对沥青进行改性，其中聚氨酯改性剂中的-NCO与沥青中含羟基化合物等活性基团发生化学反应，生成含有氨基甲酸酯、氨基脲等结构高分子量的聚氨酯；因生成的聚氨酯本身玻璃化转变温度低、粘接性能优异，使得改性后的沥青在粘接性能、蠕变性能、强度、耐高低温性能等方面均有大幅提升，从而可以提高涂料的使用寿命，同时降低了成本。另外，聚氨酯改性剂中的-NCO在高温条件下还可与自身的氨基甲酸酯反应生成氨基脲，从而对沥青进行改性。此外，因聚氨酯本身结构及氢键的存在，使得改性后含聚氨酯的非固化防水涂料具有优异的耐高低温性能，以及对木材、水泥基面、塑料、金属等各种基面具有超强的粘接性能。综上，本发明实施例提供的聚氨酯改性沥青基非固化防水涂料，较现有技术主要有益效果如下：
(1)聚氨酯改性沥青属于化学改性而非传统的物理改性。
(2)聚氨酯的玻璃化转变温度较低，使改性后非固化防水涂料具有优异的耐低温性能。
(3)聚氨酯预聚体与沥青中含羟基的化合物等活性物质反应后生成氨基甲酸酯、氨基脲等结构，同时结构中含有氢键，使聚氨酯与沥青基质具有良好的相容性，增强了涂料与水泥基面等粘结强度。
(4)聚氨酯改性后的沥青基非固化涂料，增强了体系的内聚能，进而增强了涂料的蠕变性及自愈性。
(5)可用不同结构的聚氨酯预聚体进行改性，灵活调整配方，使产品多样化。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
该实施例提供了一种聚氨酯改性沥青基非固化防水涂料，其制备方法包括以下步骤：
S1、称取沥青50kg、聚氨酯改性剂25kg、纳米碳酸钙0.1kg、填料1kg、增塑剂0.1kg、机油0.1kg、增粘树脂0.1kg、扩链剂0.1kg、催化剂0.01kg，备用；其中，沥青为70#石油沥青、煤沥青和天然气沥青按等质量比混合的混合物；聚氨酯改性剂为市售的含-NCO的无溶剂单组份聚氨酯防水涂料；填料为325目重质碳酸钙、滑石粉、高岭土按等质量比混合的混合物；增粘树脂为萜烯树脂和松香树脂按等质量比混合的混合物；增塑剂为氯化石蜡、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛脂按等质量比混合的混合物；扩链剂为4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷、1,4-丁二醇、乙二醇按等质量比混合的混合物；催化剂为胺类催化剂，具体为三亚乙基二胺、N,N-二甲基环己胺、三乙胺按等质量比混合的混合物。
S2、将上述称取的沥青、聚氨酯改性剂、纳米碳酸钙、填料、增塑剂、机油、增粘树脂、扩链剂、催化剂进行混合，得到混合料。
S3、将上述混合料置于120℃的温度下进行搅拌3h，即可得到聚氨酯改性后的沥青基非固化防水涂料。
实施例2
该实施例提供了一种聚氨酯改性沥青基非固化防水涂料，其制备方法包括以下步骤：
S1、称取沥青85kg、聚氨酯改性剂5kg、纳米碳酸钙5kg、填料25kg、增塑剂5kg、机油15kg、增粘树脂10kg、扩链剂5kg、催化剂0.5kg，备用；其中，沥青为煤沥青和天然气沥青按等质量比混合的混合物；聚氨酯改性剂为市售的-NCO封端的聚氨酯预聚体和无溶剂单组份聚氨酯防水涂料按等质量比混合的混合物，-NCO封端的聚氨酯预聚体是由多元醇和多异氰酸酯反应制成的，多异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯按等质量比混合的混合物；多元醇为聚醚多元醇；填料为蒙脱土和二氧化硅按等质量比混合的混合物；增粘树脂为萜烯树脂；增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯和邻苯二甲酸二辛脂按等质量比混合的混合物；扩链剂为乙二醇和乙二胺按等质量比混合的混合物；催化剂为有机锡类催化剂，具体为二月桂酸二丁基锡和辛基亚锡按等质量比混合的混合物。
S2、将上述称取的沥青、聚氨酯改性剂、纳米碳酸钙、填料、增塑剂、机油、增粘树脂、扩链剂、催化剂进行混合，得到混合料。
S3、将上述混合料置于180℃的温度下进行搅拌1h，即可得到聚氨酯改性后的沥青基非固化防水涂料。
实施例3
该实施例提供了一种聚氨酯改性沥青基非固化防水涂料，其制备方法包括以下步骤：
S1、称取沥青80kg、聚氨酯改性剂22kg、纳米碳酸钙0.5kg、填料8kg、增塑剂4kg、机油11kg、增粘树脂8kg、扩链剂1kg、催化剂0.4kg，备用；其中，沥青为天然气沥青；聚氨酯改性剂为市售的-NCO封端的聚氨酯预聚体，-NCO封端的聚氨酯预聚体是由多元醇和多异氰酸酯反应制成的，多异氰酸酯为异氟尔酮二异氰酸酯和4,4'-二己基二异氰酸酯按等质量比混合的混合物；多元醇为聚醚多元醇；填料为二氧化硅；增粘树脂为松香树脂；增塑剂为氯化石蜡等质量比混合的混合物；扩链剂为4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷；催化剂为胺类催化剂，具体为三亚乙基二胺。
S2、将上述称取的沥青、聚氨酯改性剂、纳米碳酸钙、填料、增塑剂、机油、增粘树脂、扩链剂、催化剂进行混合，得到混合料。
S3、将上述混合料置于130℃的温度下进行搅拌2h，即可得到聚氨酯改性后的沥青基非固化防水涂料。
实施例4
该实施例提供了一种聚氨酯改性沥青基非固化防水涂料，其制备方法包括以下步骤：
S1、称取沥青55kg、聚氨酯改性剂12kg、纳米碳酸钙2kg、填料15kg、增塑剂1kg、机油10kg、增粘树脂5kg、扩链剂1kg、催化剂0.02kg，备用；其中，沥青为90#石油沥青；聚氨酯改性剂为市售的-NCO封端的聚氨酯预聚体，-NCO封端的聚氨酯预聚体是由多元醇和多异氰酸酯反应制成的，多异氰酸酯为多亚甲基多苯基多异氰酸酯；多元醇为聚醚多元醇；填料为325目重质碳酸钙；增粘树脂为萜烯树脂；增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯；扩链剂为4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷；催化剂为有机锡类催化剂，具体为二月桂酸二丁基锡。
S2、将上述称取的沥青、聚氨酯改性剂、纳米碳酸钙、填料、增塑剂、机油、增粘树脂、扩链剂、催化剂进行混合，得到混合料。
S3、将上述混合料置于150℃的温度下进行搅拌2h，即可得到聚氨酯改性后的沥青基非固化防水涂料。
实施例5
该实施例提供了一种聚氨酯改性沥青基非固化防水涂料，其制备方法包括以下步骤：
S1、称取沥青60kg、聚氨酯改性剂20kg、纳米碳酸钙2kg、填料12kg、增塑剂2kg、机油10kg、增粘树脂5kg、扩链剂1kg、催化剂0.02kg，备用；其中，沥青为70#石油沥青；聚氨酯改性剂为市售的无溶剂单组份聚氨酯防水涂料；填料为325目重质碳酸钙；增粘树脂为松香树脂；增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯；扩链剂为1,4-丁二醇；催化剂为有机锡类催化剂，具体为二月桂酸二丁基锡。
S2、将上述称取的沥青、聚氨酯改性剂、纳米碳酸钙、填料、增塑剂、机油、增粘树脂、扩链剂、催化剂进行混合，得到混合料。
S3、将上述混合料置于160℃的温度下进行搅拌2h，即可得到聚氨酯改性后的沥青基非固化防水涂料。
实施例6
该实施例提供了一种聚氨酯改性沥青基非固化防水涂料，其制备方法包括以下步骤：
S1、称取沥青58kg、聚氨酯改性剂15kg、纳米碳酸钙1kg、填料13kg、增塑剂1.5kg、机油8kg、增粘树脂4kg、扩链剂3kg、催化剂0.1kg，备用；其中，沥青为煤沥青；聚氨酯改性剂为市售的-NCO封端的聚氨酯预聚体，-NCO封端的聚氨酯预聚体是由多元醇和多异氰酸酯反应制成的，多异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯；多元醇为聚醚多元醇；填料为滑石粉；增粘树脂为萜烯树脂；增塑剂为氯化石蜡；扩链剂为乙二醇；催化剂为有机锡类催化剂，具体为辛基亚锡。
S2、将上述称取的沥青、聚氨酯改性剂、纳米碳酸钙、填料、增塑剂、机油、增粘树脂、扩链剂、催化剂进行混合，得到混合料。
S3、将上述混合料置于170℃的温度下进行搅拌2h，即可得到聚氨酯改性后的沥青基非固化防水涂料。
实施例7
该实施例提供了一种聚氨酯改性沥青基非固化防水涂料，其制备方法包括以下步骤：
S1、称取沥青60kg、聚氨酯改性剂25kg、纳米碳酸钙3kg、填料14kg、增塑剂1.5kg、机油12kg、增粘树脂6kg、扩链剂1kg、催化剂0.05kg，备用；其中，沥青为90#石油沥青；聚氨酯改性剂包括多元醇12kg、多异氰酸酯13kg，多异氰酸酯为多亚甲基多苯基多异氰酸酯；多元醇为聚醚多元醇；填料为高岭土；增粘树脂为松香树脂；增塑剂为氯化石蜡；扩链剂为乙二胺；催化剂为胺类催化剂，具体为三亚乙基二胺。
S2、将上述称取的沥青、多元醇进行混合，并置于110℃的温度下进行分散后，再进行真空脱水处理3h，得到混合物A。
S3、往上述混合物A添加多异氰酸酯，并置于80℃的温度下进行反应1h，得到混合物B。
S4、将上述混合物B、纳米碳酸钙、填料、增塑剂、机油、增粘树脂、扩链剂、催化剂进行混合，得到混合料。
S5、将上述混合料置于130℃的温度下进行搅拌3h，即可得到聚氨酯改性后的沥青基非固化防水涂料。
实施例8
该实施例提供了一种聚氨酯改性沥青基非固化防水涂料，其制备方法包括以下步骤：
S1、称取沥青55kg、聚氨酯改性剂5kg、纳米碳酸钙1kg、填料12kg、增塑剂1kg、机油8kg、增粘树脂4kg、扩链剂1kg、催化剂0.02kg，备用；其中，沥青为70#石油沥青；聚氨酯改性剂包括多元醇2kg、多异氰酸酯3kg，多异氰酸酯为异氟尔酮二异氰酸酯；填料为蒙脱土；增粘树脂为萜烯树脂；增塑剂为氯化石蜡；扩链剂为4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷；催化剂为胺类催化剂，具体为N,N-二甲基环己胺。
S2、将上述称取的沥青、多元醇进行混合，并置于120℃的温度下进行分散后，再进行真空脱水处理1h，得到混合物A。
S3、往上述混合物A添加多异氰酸酯，并置于90℃的温度下进行反应3h，得到混合物B。
S4、将上述混合物B、纳米碳酸钙、填料、增塑剂、机油、增粘树脂、扩链剂、催化剂进行混合，得到混合料。
S5、将上述混合料置于160℃的温度下进行搅拌3h，即可得到聚氨酯改性后的沥青基非固化防水涂料。
实施例9
该实施例提供了一种聚氨酯改性沥青基非固化防水涂料，其制备方法包括以下步骤：
S1、称取沥青60kg、聚氨酯改性剂15kg、纳米碳酸钙2kg、填料13kg、增塑剂1.5kg、机油10kg、增粘树脂5kg、扩链剂2kg、催化剂0.06kg，备用；其中，沥青为90#石油沥青；聚氨酯改性剂包括多元醇7kg、多异氰酸酯8kg，多异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯；多元醇为聚醚多元醇；填料为325目重质碳酸钙；增粘树脂为萜烯树脂；增塑剂为氯化石蜡；扩链剂为4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷；催化剂为胺类催化剂，具体为三乙胺按。
S2、将上述称取的沥青、多元醇进行混合，并置于115℃的温度下进行分散后，再进行真空脱水处理3h，得到混合物A。
S3、往上述混合物A添加多异氰酸酯，并置于85℃的温度下进行反应2h，得到混合物B。
S4、将上述混合物B、纳米碳酸钙、填料、增塑剂、机油、增粘树脂、扩链剂、催化剂进行混合，得到混合料。
S5、将上述混合料置于150℃的温度下进行搅拌2h，即可得到聚氨酯改性后的沥青基非固化防水涂料。
在相同的实验条件下，将上述实施例9制得的聚氨酯改性沥青基非固化防水涂料与现有市售的SBS改性沥青基非固化防水涂料进行相关的性能检测，其检测结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002533375490000111
从上表1可以看出，相比于现有的SBS改性沥青基非固化防水涂料，本发明实施例制得的聚氨酯改性沥青基非固化防水涂料具有较好的耐低温性、耐热性以及抗窜水性。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.聚氨酯改性沥青基非固化防水涂料，其特征在于，包括以下按照重量份计的组分：沥青50~85份、聚氨酯改性剂5~25份、纳米碳酸钙0.1~5份、填料1~25份、增塑剂0.1~5份、机油0.1~15份、增粘树脂0.1~10份、扩链剂0.1~5份、催化剂0.01~0.5份。
2.根据权利要求1所述的聚氨酯改性沥青基非固化防水涂料，其特征在于，所述非固化防水涂料包括以下按照重量份计的组分：沥青55~60份、聚氨酯改性剂12~20份、纳米碳酸钙1~3份、填料12~15份、增塑剂1~3份、机油8~12份、增粘树脂4~6份、扩链剂1~3份、催化剂0.02~0.1份。
3.根据权利要求1或2所述的聚氨酯改性沥青基非固化防水涂料，其特征在于，所述沥青为石油沥青、煤沥青和天然气沥青中的至少一种；所述聚氨酯改性剂为-NCO封端的聚氨酯预聚体和/或无溶剂单组份聚氨酯防水涂料。
4.根据权利要求3所述的聚氨酯改性沥青基非固化防水涂料，其特征在于，所述-NCO封端的聚氨酯预聚体是由多元醇和多异氰酸酯反应制成的；所述多异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯、4,4'-二己基二异氰酸酯中的至少一种；所述多元醇为聚醚多元醇。
5.根据权利要求1或2所述的聚氨酯改性沥青基非固化防水涂料，其特征在于，所述填料为碳酸钙、滑石粉、高岭土、蒙脱土、二氧化硅中的至少一种；所述增粘树脂为萜烯树脂和/或松香树脂；所述增塑剂为氯化石蜡、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛脂中的至少一种；所述扩链剂为4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷、1,4-丁二醇、乙二醇、乙二胺中的至少一种；所述催化剂为胺类催化剂或有机锡类催化剂。
6.根据权利要求5所述的聚氨酯改性沥青基非固化防水涂料，其特征在于，所述胺类催化剂为三亚乙基二胺、N,N-二甲基环己胺、三乙胺中的至少一种；所述有机锡类催化剂为二月桂酸二丁基锡和/或辛基亚锡。
7.一种如权利要求1~6中任一项所述非固化防水涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照上述重量份称取各组分，并将沥青、聚氨酯改性剂、纳米碳酸钙、填料、增塑剂、机油、增粘树脂、扩链剂、催化剂进行混合，得到混合料；
将混合料置于120~180℃的温度下进行搅拌，得到所述非固化防水涂料。
8.根据权利要求7所述的一种非固化防水涂料的制备方法，其特征在于，所述聚氨酯改性剂包括以下按照重量份计的组分：多元醇2~12份、多异氰酸酯3~13份；所述按照上述重量份称取各组分，并将沥青、聚氨酯改性剂、纳米碳酸钙、填料、增塑剂、机油、增粘树脂、扩链剂、催化剂进行混合，得到混合料的步骤，具体包括：
按照上述重量份称取沥青、多元醇、多异氰酸酯、纳米碳酸钙、填料、增塑剂、机油、增粘树脂、扩链剂、催化剂，备用；
将沥青、多元醇进行混合，并置于110~120℃的温度下进行分散后，再进行脱水处理，得到混合物A；
往混合物A添加多异氰酸酯，并置于80~90℃的温度下进行反应，得到混合物B；
将混合物B、纳米碳酸钙、填料、增塑剂、机油、增粘树脂、扩链剂、催化剂进行混合，得到混合料。
9.一种如权利要求7或8所述制备方法制得的非固化防水涂料。
10.一种如权利要求1~6和权利要求9中任一项所述非固化防水涂料在作为建筑防水材料中的应用。
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