CN111647199A - 一种环保型沥青改进剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种环保型沥青改进剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于沥青领域，尤其涉及一种环保型沥青改进剂及其制备方法和应用。本发明提供的环保型沥青改进剂包括：分散剂20～65％；抗氧剂15～40％；气味反应剂15～40％；所述气味反应剂包括柠檬烯、松油烯、异松油烯、水芹烯、α‑萜品烯、蒎烯、松香芹醇、桃金娘烯醇、马鞭草烯醇、柠檬醛、香茅醛、羟基香茅醛、水芹醛、紫苏醛、薄荷酮、香芹酮、二氢香芹酮、胡椒酮、樟脑、甲基壬乙醛、异戊烯醛、甲位戊基肉桂醛、乙基肉桂醛、α‑己基肉桂醛、9‑癸烯醛、2‑十三烯醛和十六烯醛中的一种或多种。本发明提供的沥青改进剂可以显著提升沥青拌合及施工过程中的耐老化性能，并明显较少有害污染物的排放。

Description

一种环保型沥青改进剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于沥青领域，尤其涉及一种环保型沥青改进剂及其制备方法和应用。
背景技术
沥青是一种感温材料，温度越高，其粘度越小。为了在拌合、施工过程中获得较好的施工和易性，人们通常需要对沥青进行加热升温，普通的基质沥青拌合温度为160℃左右，而改性沥青则需要达到180℃，在此温度下，沥青会发生复杂的老化过程，主要以脱氢缩合及氧化反应为主。沥青中轻组分挥发以及剧烈的化学反应，不仅会使沥青性能指标下降，也会产生大量的硫化氢、二氧化硫及VOCs等有害污染物。
随着国家对环保法规的日益重视，易产生有毒、有机污染物及恶臭气味的行业将面临危机，环保型、净味型沥青产品已成为沥青行业的研究热点，如何有效降低沥青拌合及施工过程中有害污染物排放，已成为沥青行业亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种环保型沥青改进剂及其制备方法和应用，本发明提供的沥青改进剂可以提升沥青拌合及施工过程中的耐老化性能，并较少有害污染物的排放。
本发明提供了一种环保型沥青改进剂，以质量百分数计，包括：
分散剂 20～65％；
抗氧剂 15～40％；
气味反应剂 15～40％；
所述气味反应剂包括柠檬烯、松油烯、异松油烯、水芹烯、α-萜品烯、蒎烯、松香芹醇、桃金娘烯醇、马鞭草烯醇、柠檬醛、香茅醛、羟基香茅醛、水芹醛、紫苏醛、薄荷酮、香芹酮、二氢香芹酮、胡椒酮、樟脑、甲基壬乙醛、异戊烯醛、甲位戊基肉桂醛、乙基肉桂醛、α-己基肉桂醛、9-癸烯醛、2-十三烯醛和十六烯醛中的一种或多种。
优选的，所述气味反应剂包括柠檬烯、松油烯、柠檬醛、香茅醛、α-己基肉桂醛和十六烯醛中的多种。
优选的，所述气味反应剂为柠檬烯、松油烯和α-己基肉桂醛的混合物，或为柠檬醛、香茅醛和十六烯醛的混合物，或为α-己基肉桂醛和十六烯醛的混合物。
优选的，所述分散剂包括乙二醇丁醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、四异辛酸季戊四醇酯、季戊四醇苯甲酸酯、季戊四醇异壬酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四异硬脂酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、松香甘油酯、松香季戊四醇酯、季戊四醇油酸酯、季戊四醇四肉豆蔻酸酯、新戊二醇二油酸酯、甘油单脂肪酸酯、油酸乙二醇酯、单十八(烷)酸丙三醇酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、三甘醇二异辛酸酯、丁二酰亚胺、双丁二酰亚胺、硼化丁二酰亚胺和聚异丁烯基丁二酰胺中的一种或多种。
优选的，所述分散剂包括丁二酰亚胺、季戊四醇油酸酯和甘油单脂肪酸酯中的一种或多种。
优选的，所述抗氧剂包括季戊四醇二亚磷酸双十八酯、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、3-(3,5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸十八烷酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-叔丁基-4-羟基苄基)苯和1,3,5-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)异氰尿酸中的一种或多种。
优选的，所述抗氧剂包括四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和/或季戊四醇二亚磷酸双十八酯。
本发明提供了一种上述技术方案所述的环保型沥青改进剂的制备方法，包括以下步骤：
将分散剂、抗氧剂和气味反应剂加热混合，得到环保型沥青改进剂。
本发明提供了一种环保型沥青，包括上述技术方案所述的环保型沥青改进剂和基础沥青。
优选的，所述环保型沥青改进剂和基础沥青的质量比为(0.01～0.1)：100。
与现有技术相比，本发明提供了一种环保型沥青改进剂及其制备方法和应用。本发明提供的环保型沥青改进剂包括：分散剂20～65％；抗氧剂15～40％；气味反应剂15～40％；所述气味反应剂包括柠檬烯、松油烯、异松油烯、水芹烯、α-萜品烯、蒎烯、松香芹醇、桃金娘烯醇、马鞭草烯醇、柠檬醛、香茅醛、羟基香茅醛、水芹醛、紫苏醛、薄荷酮、香芹酮、二氢香芹酮、胡椒酮、樟脑、甲基壬乙醛、异戊烯醛、甲位戊基肉桂醛、乙基肉桂醛、α-己基肉桂醛、9-癸烯醛、2-十三烯醛和十六烯醛中的一种或多种。本发明提供的沥青改进剂可以显著提升沥青拌合及施工过程中的耐老化性能，并明显较少有害污染物的排放。实验结果表明，在沥青拌合及施工过程中添加本发明提供的沥青改进剂后，沥青的TFOT老化残留物质量损失明显降低，沥青烟中的硫化氢、二氧化硫、氮化物和VOCs含量显著减少。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种环保型沥青改进剂，以质量百分数计，包括：
分散剂 20～65％；
抗氧剂 15～40％；
气味反应剂 15～40％；
所述气味反应剂包括柠檬烯、松油烯、异松油烯、水芹烯、α-萜品烯、蒎烯、松香芹醇、桃金娘烯醇、马鞭草烯醇、柠檬醛、香茅醛、羟基香茅醛、水芹醛、紫苏醛、薄荷酮、香芹酮、二氢香芹酮、胡椒酮、樟脑、甲基壬乙醛、异戊烯醛、甲位戊基肉桂醛、乙基肉桂醛、α-己基肉桂醛、9-癸烯醛、2-十三烯醛和十六烯醛一种或多种。
本发明提供的沥青改进剂包括分散剂、抗氧剂和气味反应剂。其中，所述分散剂优选包括乙二醇丁醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、四异辛酸季戊四醇酯、季戊四醇苯甲酸酯、季戊四醇异壬酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四异硬脂酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、松香甘油酯、松香季戊四醇酯、季戊四醇油酸酯、季戊四醇四肉豆蔻酸酯、新戊二醇二油酸酯、甘油单脂肪酸酯、油酸乙二醇酯、单十八(烷)酸丙三醇酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、三甘醇二异辛酸酯、丁二酰亚胺、双丁二酰亚胺、硼化丁二酰亚胺和聚异丁烯基丁二酰胺中的一种或多种；更优选包括丁二酰亚胺、季戊四醇油酸酯和甘油单脂肪酸酯中的一种或多种。在本发明提供的一个实施例中，所述分散剂为丁二酰亚胺和季戊四醇油酸酯的混合物，所述丁二酰亚胺和季戊四醇油酸酯的质量比优选为1：(0.5～2)，更优选为1:1；在本发明提供的另一个实施例中，所述分散剂为甘油单脂肪酸酯；在本发明提供的其他实施例中，所述分散剂为甘油单脂肪酸酯和丁二酰亚胺的混合物，所述甘油单脂肪酸酯和丁二酰亚胺的质量比优选为1：(0.5～2)，更优选为1:1。
在本发明提供的沥青改进剂中，所述分散剂在沥青改进剂中的含量为20～65wt％，具体可为20wt％、21wt％、22wt％、23wt％、24wt％、25wt％、26wt％、27wt％、28wt％、29wt％、30wt％、31wt％、32wt％、33wt％、34wt％、35wt％、36wt％、37wt％、38wt％、39wt％、40wt％、41wt％、42wt％、43wt％、44wt％、45wt％、46wt％、47wt％、48wt％、49wt％、50wt％、51wt％、52wt％、53wt％、54wt％、55wt％、56wt％、57wt％、58wt％、59wt％、60wt％、61wt％、62wt％、63wt％、64wt％或65wt％。
在本发明提供的沥青改进剂中，所述抗氧剂优选包括季戊四醇二亚磷酸双十八酯(商品名：抗氧剂618)、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(商品名：抗氧剂264)、3-(3,5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸十八烷酯(商品名：抗氧剂1076)、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(商品名：抗氧剂1010)、1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-叔丁基-4-羟基苄基)苯(商品名：抗氧剂330)和1,3,5-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)异氰尿酸(商品名：抗氧剂3114)中的一种或多种，更优选包括抗氧剂1010和/或抗氧剂618，所述抗氧剂1010和抗氧剂618的质量比优选为1：(0.5～2)，更优选为1:1。
在本发明提供的沥青改进剂中，所述抗氧剂在沥青改进剂中的含量为15～40wt％，具体可为15wt％、16wt％、17wt％、18wt％、19wt％、20wt％、21wt％、22wt％、23wt％、24wt％、25wt％、26wt％、27wt％、28wt％、29wt％、30wt％、31wt％、32wt％、33wt％、34wt％、35wt％、36wt％、37wt％、38wt％、39wt％或40wt％。
在本发明提供的沥青改进剂中，所述气味反应剂包括柠檬烯、松油烯、异松油烯、水芹烯、α-萜品烯、蒎烯、松香芹醇、桃金娘烯醇、马鞭草烯醇、柠檬醛、香茅醛、羟基香茅醛、水芹醛、紫苏醛、薄荷酮、香芹酮、二氢香芹酮、胡椒酮、樟脑、甲基壬乙醛、异戊烯醛、甲位戊基肉桂醛、乙基肉桂醛、α-己基肉桂醛、9-癸烯醛、2-十三烯醛和十六烯醛一种或多种，优选包括柠檬烯、松油烯、柠檬醛、香茅醛、α-己基肉桂醛和十六烯醛中的多种。在本发明提供的一个实施例中，所述气味反应剂为柠檬烯、松油烯和α-己基肉桂醛的混合物，所述柠檬烯在混合物中的含量优选为10～50wt％，更优选为25wt％，所述松油烯在混合物中的含量优选为10～50wt％，更优选为25wt％，所述α-己基肉桂醛在混合物中的含量优选为30～70wt％，更优选为50wt％；在本发明提供的另一个实施例中，所述气味反应剂为柠檬醛、香茅醛和十六烯醛的混合物，所述柠檬醛在混合物中的含量优选为10～50wt％，更优选为30wt％，所述香茅醛在混合物中的含量优选为10～50wt％，更优选为35wt％，所述十六烯醛在混合物中的含量优选为10～50wt％，更优选为35wt％；在本发明提供的其他实施例中，所述气味反应剂为α-己基肉桂醛和十六烯醛的混合物，所述α-己基肉桂醛和十六烯醛的质量比优选为1：(0.5～2)，更优选为1:1。
在本发明提供的沥青改进剂中，所述气味反应剂在沥青改进剂中的含量为15～40wt％，具体可为15wt％、16wt％、17wt％、18wt％、19wt％、20wt％、21wt％、22wt％、23wt％、24wt％、25wt％、26wt％、27wt％、28wt％、29wt％、30wt％、31wt％、32wt％、33wt％、34wt％、35wt％、36wt％、37wt％、38wt％、39wt％或40wt％。
本发明还提供了一种上述技术方案所述环保型沥青改进剂的制备方法，包括以下步骤：
将分散剂、抗氧剂和气味反应剂加热混合，得到环保型沥青改进剂。
在本发明提供的制备方法中，直接将分散剂、抗氧剂和气味反应剂按比例加热混合均匀，即可得到本发明提供的环保型沥青改进剂。其中，所述加热混合的温度优选为110～150℃，具体可为110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃或150℃；所述加热混合的转速优选为100～500转/分，具体可为100转/分、150转/分、200转/分、250转/分、300转/分、350转/分、400转/分、450转/分或500转/分；所述加热混合的时间优选为20～90分钟，具体可为20分钟、25分钟、30分钟、35分钟、40分钟、45分钟、50分钟、55分钟、60分钟、65分钟、70分钟、75分钟、80分钟、85分钟或90分钟。在本发明中，所述加热混合的过程优选包括：先对分散剂进行加热搅拌，之后加入抗氧剂和气味反应剂继续搅拌，得到环保型沥青改进剂。
本发明通过对沥青改性剂的成分组成进行优化设计，获得了能够明显提升沥青环保性的沥青改进剂，其可以显著提升沥青拌合及施工过程中的耐老化性能，并明显较少有害污染物的排放。实验结果表明，在沥青拌合及施工过程中添加本发明提供的沥青改进剂后，沥青的TFOT老化残留物质量损失明显降低，沥青烟中的硫化氢、二氧化硫、氮化物和VOCs含量显著减少。
本发明还提供了一种环保型沥青，包括上述技术方案所述的环保型沥青改进剂和基础沥青。
本发明提供的环保型沥青包括所述环保型沥青改进剂和基础沥青。其中，所述基础沥青包括但不限于普通基质沥青或改性沥青；所述环保型沥青改进剂和基础沥青的质量比优选为(0.01～0.1)：100，具体可为0.01:100、0.015:100、0.02:100、0.025:100、0.03:100、0.035:100、0.04:100、0.045:100、0.05:100、0.055:100、0.06:100、0.065:100、0.07:100、0.075:100、0.08:100、0.085:100、0.09:100、0.095:100或0.1:100。
本发明对所提供的环保型沥青的制备方法没有特别限定，优选为将所述环保型沥青改进剂加入到预热的基础沥青中混合均匀。其中，所述预热的温度优选为120～160℃，具体可为120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃、155℃或160℃；所述混合的转速优选为100～500转/分，具体可为100转/分、150转/分、200转/分、250转/分、300转/分、350转/分、400转/分、450转/分或500转/分；所述混合的时间优选为20～60分钟，具体可为20分钟、25分钟、30分钟、35分钟、40分钟、45分钟、50分钟、55分钟或60分钟。
本发明提供的环保型沥青中添加有本发明提供的沥青改进剂，其在拌合及施工过程中具有良好的耐老化性能，且有害污染物排放少。
为更清楚起见，下面通过以下实施例进行详细说明。
实施例1
一种环保型沥青改进剂，由下述原料组成：分散剂45wt％、抗氧剂20wt％、气味反应剂35wt％。
所述分散剂由50wt％丁二酰亚胺与50wt％季戊四醇油酸酯组成。
所述抗氧剂为市售抗氧剂1010。
所述气味反应剂为α-己基肉桂醛。
环保型沥青改进剂的制备方法：将季戊四醇油酸酯、丁二酰亚胺加入调和釜中，加热至130℃，300转/分搅拌30分钟；加入抗氧剂1010、α-己基肉桂醛，300转/分搅拌30分钟，得到环保型沥青改进剂。
实施例2
一种环保型沥青改进剂，由下述原料组成：分散剂45wt％、抗氧剂20wt％、气味反应剂35wt％。
所述分散剂由50wt％丁二酰亚胺与50wt％季戊四醇油酸酯组成。
所述抗氧剂为市售抗氧剂1010。
所述气味反应剂为柠檬烯。
环保型沥青改进剂的制备方法：将季戊四醇油酸酯、丁二酰亚胺加入调和釜中，加热至130℃，300转/分搅拌30分钟；加入抗氧剂1010、柠檬烯，300转/分搅拌30分钟，得到环保型沥青改进剂。
实施例3
一种环保型沥青改进剂，由下述原料组成：分散剂45wt％、抗氧剂20wt％、气味反应剂35wt％。
所述分散剂由50wt％丁二酰亚胺与50wt％季戊四醇油酸酯组成。
所述抗氧剂为市售抗氧剂1010。
所述气味反应剂由50wt％α-己基肉桂醛、25wt％柠檬烯和25wt％松油烯组成。
环保型沥青改进剂的制备方法：将季戊四醇油酸酯、丁二酰亚胺加入调和釜中，加热至130℃，300转/分搅拌30分钟；加入抗氧剂1010、α-己基肉桂醛、柠檬烯、松油烯，300转/分搅拌30分钟，得到环保型沥青改进剂。
实施例4
一种环保型沥青改进剂，由下述原料组成：分散剂40wt％、抗氧剂35wt％、气味反应剂25wt％。
所述分散剂为甘油单脂肪酸酯。
所述抗氧剂由50wt％抗氧剂618与50wt％抗氧剂1010组成。
所述气味反应剂由30wt％柠檬醛、35wt％香茅醛和35wt％十六烯醛组成。
环保型沥青改进剂的制备方法：将甘油单脂肪酸酯加入调和釜中，加热至130℃，加入抗氧剂1010、抗氧剂618、柠檬醛、香茅醛、十六烯醛，300转/分搅拌30分钟，得到环保型沥青改进剂。
实施例5
一种环保型沥青改进剂，由下述原料组成：分散剂30wt％、抗氧剂35wt％、气味反应剂35wt％。
所述分散剂由50wt％丁二酰亚胺与50wt％季戊四醇油酸酯组成。
所述抗氧剂由50wt％抗氧剂618与50wt％抗氧剂1010组成。
所述气味反应剂由30wt％柠檬醛、35wt％香茅醛和35wt％十六烯醛组成。
环保型沥青改进剂的制备方法：将季戊四醇油酸酯、丁二酰亚胺加入调和釜中，加热至130℃，300转/分搅拌30分钟，加入抗氧剂1010、抗氧剂618、柠檬醛、香茅醛、十六烯醛，300转/分搅拌30分钟，得到环保型沥青改进剂。
实施例6
一种环保型沥青改进剂，由下述原料组成：分散剂30wt％、抗氧剂35wt％、气味反应剂35wt％。
所述分散剂由50wt％甘油单脂肪酸酯和50wt％丁二酰亚胺组成。
所述抗氧剂由50wt％抗氧剂618与50wt％抗氧剂1010组成。
所述气味反应剂由50wt％α-己基肉桂醛和50wt％十六烯醛组成。
环保型沥青改进剂的制备方法：将甘油单脂肪酸酯、丁二酰亚胺加入调和釜中，加热至130℃，300转/分搅拌30分钟，加入抗氧剂1010、抗氧剂618、己基肉桂醛、十六烯醛，300转/分搅拌30分钟，得到环保型沥青改进剂。
性能评价
将实施例1～5制备的环保型沥青改进剂分别加入到预热至140℃沥青中，其中，实施例1、2和3制备的环保型沥青改进剂按照沥青质量的0.05wt％加入，实施例4、5和6制备的环保型沥青改进剂按照沥青质量的0.01wt％加入。环保型沥青改进剂添加完毕后，300转/分搅拌30分钟混合均匀，检测沥青指标及沥青烟气组成，并与空白样品同工艺下进行对比，结果如表1和表2所示：
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
表1沥青技术指标
Figure BDA0002583286250000091
表2沥青烟气组成分析
Figure BDA0002583286250000092

Claims (10)

1.一种环保型沥青改进剂，以质量百分数计，包括：
分散剂 20～65％；
抗氧剂 15～40％；
气味反应剂 15～40％；
所述气味反应剂包括柠檬烯、松油烯、异松油烯、水芹烯、α-萜品烯、蒎烯、松香芹醇、桃金娘烯醇、马鞭草烯醇、柠檬醛、香茅醛、羟基香茅醛、水芹醛、紫苏醛、薄荷酮、香芹酮、二氢香芹酮、胡椒酮、樟脑、甲基壬乙醛、异戊烯醛、甲位戊基肉桂醛、乙基肉桂醛、α-己基肉桂醛、9-癸烯醛、2-十三烯醛和十六烯醛中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的环保型沥青改进剂，其特征在于，所述气味反应剂包括柠檬烯、松油烯、柠檬醛、香茅醛、α-己基肉桂醛和十六烯醛中的多种。
3.根据权利要求2所述的环保型沥青改进剂，其特征在于，所述气味反应剂为柠檬烯、松油烯和α-己基肉桂醛的混合物，或为柠檬醛、香茅醛和十六烯醛的混合物，或为α-己基肉桂醛和十六烯醛的混合物。
4.根据权利要求1所述的环保型沥青改进剂，其特征在于，所述分散剂包括乙二醇丁醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、四异辛酸季戊四醇酯、季戊四醇苯甲酸酯、季戊四醇异壬酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四异硬脂酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、松香甘油酯、松香季戊四醇酯、季戊四醇油酸酯、季戊四醇四肉豆蔻酸酯、新戊二醇二油酸酯、甘油单脂肪酸酯、油酸乙二醇酯、单十八(烷)酸丙三醇酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、三甘醇二异辛酸酯、丁二酰亚胺、双丁二酰亚胺、硼化丁二酰亚胺和聚异丁烯基丁二酰胺中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的环保型沥青改进剂，其特征在于，所述分散剂包括丁二酰亚胺、季戊四醇油酸酯和甘油单脂肪酸酯中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的环保型沥青改进剂，其特征在于，所述抗氧剂包括季戊四醇二亚磷酸双十八酯、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、3-(3,5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸十八烷酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-叔丁基-4-羟基苄基)苯和1,3,5-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)异氰尿酸中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的环保型沥青改进剂，其特征在于，所述抗氧剂包括四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和/或季戊四醇二亚磷酸双十八酯。
8.一种权利要求1～7任一项所述环保型沥青改进剂的制备方法，包括以下步骤：
将分散剂、抗氧剂和气味反应剂加热混合，得到环保型沥青改进剂。
9.一种环保型沥青，包括权利要求1～7任一项所述环保型沥青改进剂和基础沥青。
10.根据权利要求9所述的环保型沥青，其特征在于，所述环保型沥青改进剂和基础沥青的质量比为(0.01～0.1)：100。
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