CN112709077B - 一种耐久阻燃、透湿、单吸、单防面料整理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明耐久阻燃、透湿、单吸、单防面料整理方法，其特征是(1)将芳纶及其混纺面料正面进行热轧，(2)用聚丙烯酸类增稠剂1.7‑2份、甲苯6份、水80‑77份、碳氢聚合物结构无氟防水剂10‑12份、封端异氰酸酯增效剂2‑2.5份、聚氨酯缔合型增稠流平剂0.3‑0.4份制得的防水涂层胶对面料正面进行涂层处理，(3)用聚丙烯酸类增稠剂1.7‑2份、甲苯6份、水87‑84份、聚氨酯亲水整理剂5‑7份、聚氨酯缔合型增稠流平剂0.3‑0.4份制得的吸湿涂层胶对面料反面进行涂层处理；整理后面料具有优异的阻燃性和透湿性，具有单面防水性和单面吸湿速干性，且耐洗性好，透气柔软，服用舒适，生产操作方便。

Description

一种耐久阻燃、透湿、单吸、单防面料整理方法
技术领域
本发明涉及的是面料后整理技术，属于纺织品功能整理技术，整理后的面料具有优异的阻燃性和透湿性，具有单吸（单面吸湿速干）功能和单防（单面防水）功能，且耐洗性好，透气，柔软，服用舒适。
背景技术
通用的防护服面料需要有足够的抗拉伸强度、抗撕破强度、耐磨性、耐候性、吸湿速干性、柔软等功能，特种防护服面料同时还要具有防水性或阻燃性、抗静电性、防辐射等等功能，以满足特种行业需求。
防水性是面料不易被水润湿的特性，纤维表面是疏水性的；但无法吸收体表汗液，服用不舒适。
吸湿速干性是面料能快速吸收体表的汗液并快速蒸发，面料表面是亲水性的；但面料不具有防水性，极易被外环境的水浸湿。
防水性和吸湿速干性是相互矛盾体，将这两种功能赋予同一面料，使面料外层表面具有防水性，内层表面具有吸湿速干性，即单吸单防性能。
现有单吸单防整理技术，多用于户外运动服饰，户外运动对综合功能指标要求不是很高，主要通过先浸轧吸湿整理液，然后单面做防水层来达到单吸单防效果。由于面料经吸湿整理后，毛效增加，吸水率明显提高，此时做防水层，极易上浆，上浆量不稳定难控制，胶浆很容易渗入纤维内部，即增加了防水剂向面料内部的渗透，使防水性和吸湿性相互干扰影响，彼此性能下降。
专利CN 101694063 A公开了一种《单吸单防面料的整理方法》，其对染色布浸泡亲水整理液5-15分钟，轧干、烘干，然后圆网印花机涂防水整理液。亲水整理液是亲水剂的水溶液，防水整理液由氟碳树脂FC-9005、交联剂FX-8005、增稠剂TH-5000组成。该发明改善了现有的面料功能单一性，使之具有一定的内吸外防效果，但文中未提及能达到的性能指标。该工艺浸泡时间长生产效率低，而且因先做亲水整理,会使面料吸水性强，影响单面防水效果，两种功能会相互干扰指性强。
专利CN200710023692.1 公开了一种《一种阻燃吸湿排汗及防强酸碱的特种防护服》，所述面料是在芳纶纺丝时通过异形丝使之具有吸湿排汗功能，然后做防强酸碱的整理，因防酸碱整理有很强的拒水性，包覆在纤维表面，因此内层吸湿功能会明显下降。
发明内容
本发明目的是提供一种耐久阻燃、透湿、单吸、单防面料整理方法，特别是应用于消防、特警、石油、航空等领域的特种防护服面料；整理后面料具有优异的阻燃性和透湿性，具有单面防水性和单面吸湿速干性，且耐洗性好，透气柔软，服用舒适，生产操作方便；
表面抗湿性：初始≥4-5级， 5次洗后≥3级；吸湿速干性：20次洗后滴水扩散时间≤10s、吸水率≥100%、芯吸高度≥90mm、蒸发速率≥0.5g/h；透湿量：≥8000g/（m2.d）；阻燃性：续燃时间≤2s，阴燃时间≤2s，损毁长度≤50mm。
本发明耐久阻燃、透湿、单吸、单防面料整理方法：
(1)热轧处理
将芳纶及其混纺面料正面进行热轧，压力9-12MPa、温度140-150℃、车速15-20m/min，获得紧密平整光滑的表面；
(2)防水涂层
(2-1)防水涂层胶的制备
聚丙烯酸类增稠剂 1.7-2份
甲苯 6份
水 80-77份
碳氢聚合物结构无氟防水剂 10-12份
封端异氰酸酯增效剂 2-2.5份
聚氨酯缔合型增稠流平剂 0.3-0.4份
上述原料按顺序依次加入搅拌均匀，得防水涂层胶；
(2-2)涂层处理
用步骤(2-1)制备的防水涂层胶对步骤(1)热轧处理后的面料正面进行涂层，涂布量10-12m/kg，170-180℃焙烘1-2分钟；
(3)吸湿涂层
(3-1)吸湿涂层胶的制备
聚丙烯酸类增稠剂 1.7-2份
甲苯 6份
水 87-84份
聚氨酯亲水整理剂 5-7份
聚氨酯缔合型增稠流平剂 0.3-0.4份
上述原料按顺序依次加入搅拌均匀，得吸湿涂层胶；
（3-2）吸湿涂层
用步骤（3-1）制备的吸湿涂层胶对步骤(2)得到的面料反面进行涂层，涂布量8-10m/kg，160-170℃烘干1-2分钟， 170-180℃焙烘1-2分钟；
上述原料按重量配比；
所述的聚氨酯缔合型增稠流平剂，选自合肥华越新材料科技H199C产品；
所述的聚氨酯亲水整理剂，选自辽宁恒星精细化工FS-2915产品。
本发明首先对面料正面进行高温热轧处理，获得紧密、平整、光滑的表面，提升表面拒水效果，然后通过双面涂层工艺，通过助剂组合协同作用，使面料同时具有多种功能，且经多次洗涤仍可保持很好的性能，指标稳定，工艺方法简单，生产可控性强。
本发明采用高温高压力热轧工艺，对面料正面进行处理：轧扁表面纤维，使纤维紧密排列，纤维间隙缩小，面料表面突起的纤维绒毛被压伏贴在纤维表面，使面料表面平整，减少松散绒毛的导湿性。轧光中镜面辊的施加提高面料表面的光滑平整度，由于芳纶纤维具有高取向高结晶的大分子结构，强度高、耐热性好，常规轧光不能轧扁纤维，达不到上述效果，经此高温高压力热轧处理后，获得紧密、平整、光滑的单面效果，使该表面液体接触角变大，有效提高面料表面拒水效果，为后序的吸湿层和防水层之间预设了一道物理屏障，能有效减少防水涂层胶和吸湿涂层胶向纤维内部渗透，防止防水与吸湿速干性能的相互干扰，并使涂层上浆量稳定，可操作性强。同时降低了对面料纱支密度的要求。用芳粘混纺做特种防护面料，双层结构（正面是芳纶，反面是芳纶和阻燃粘胶混纺），密度100*97根/英寸，克重200g/m2，对于这种单面密度不是很高的品种这道工序尤为重要。
热轧后的纤维，经后序涂层的湿热处理和导辊的多次弯曲作用，利用纤维自身的可塑性，逐渐恢复原状态。
本发明防水涂层胶的制备中，所用助剂按顺序依次加入，聚丙烯酸类增稠剂用甲苯作为有机溶剂，稀释调和，然后加入水、防水剂和增效剂。聚丙烯酸类增稠剂亲水基与水分子以氢键、范德华力结合以吸引水相，牵制水相的流动，使体系粘度升高，外相是油相，内相是水相，形成W/O体系。众所周知，防水剂会加深面料颜色或改变色光，W/O结构能有效防止防水剂对面料颜色的影响，解决了现有技术由氟碳树脂、交联剂、增稠剂组成的防水整理液对面料颜色的影响。最后加入聚氨酯缔合型增稠流平剂。
目前乳液涂层用增稠剂种类有很多，聚氧乙烯类、聚乙二醇醚类、聚丙烯酸类、复合体系等等，不同类型的增稠剂对涂层效果的影响也很大。聚氧乙烯类和聚乙二醇醚类的增稠剂，结构中亲水基团较多，影响交联度耐洗性差，且增稠体系的结构粘度较小，流动性和延展性好，胶浆容易渗透，导致单面吸湿和单面防水性能会相互干扰。聚丙烯酸类增稠剂含多羟基结构可以与高聚物或织物进行部分交联，有利增强耐洗性。聚丙烯酸类增稠剂具有较大触变性，胶浆在涂层时，受到刮刀高剪切力作用，破坏了氢键、范德华力结合，大分子链取向产生流动，使胶浆粘度下降流动性提高从而均匀涂覆。但是由于此时胶浆粘度低，在刮涂瞬间，刮刀向下的作用力使胶浆很容易向纤维内部渗透，导致单面沾水指标下降并影响后序的吸湿速干性能。本发明选用两种增稠剂共同作用，聚丙烯酸类增稠剂复配聚氨酯缔合型增稠流平剂，聚氨酯缔合型增稠流平剂是疏水改性聚氨酯流变改性剂，因其具有疏水-亲水-疏水的三嵌段结构，且在亲水主链上接枝疏水性长链烷基，疏水基团能够相互缔合，同时还会吸附在上述体系乳液粒子表面，与其疏水端缔合，从而实现多点缔合形成网状结构，赋予体系稳定的高剪切粘度。两种增稠剂搭配产生协同作用，使涂层胶同时具有优良的流平性和高剪切粘度，在胶浆受到刮刀高剪切力作用时,既具有流动性又有稳定的粘度，减少胶浆向纤维内部渗透，使防水涂层胶连续均匀的涂敷在纤维表面；当剪切力消失时，涂覆到纤维表面的胶浆因触变性能快速恢复高粘度状态，防止面料进入烘箱烘干前胶浆向纤维内部渗透。因此克服了现有技术使用单一增稠剂在实际生产中易渗透问题。
本发明制备的防水涂层胶粘度为1700-2000mPa.s。聚氨酯缔合型增稠流平剂的用量不可过多，否则体系结构粘度增大，胶浆的延展性和流动性变差，容易出现涂层不连续现象。当然粘度过小，也易产生渗透现象，且达不到足够的上浆量，无法保证防水效果。
无氟防水剂符合纺织行业ZDHC标准，不含PFOS、PFOA、APEO等物质，生态环保。目前无氟防水剂主要有烷烃长链类拒水剂，包含了常见的金属皂类、石蜡类、羟甲基、吡啶类等和有机硅防水剂。用不同防水剂整理后面料差异也很大，常有手感硬、防水效果不佳、耐洗性差等问题，这里选用的碳氢聚合物结构高效无氟防水整理剂，整理后的面料具有很好的拒水性且对手感没有不良影响。选用的无氟防水剂具有大量的活性基团，所含的-OH基团可与芳纶分子链上的酰胺基-NHCO-发生脱水反应形成交联，加入的封端异氰酸酯增效剂，焙烘条件下解封释放-NCO基团，对纤维表面具有活化作用。-NCO基团与无氟防水剂碳氢链上羟基、羧基、氨基等活性基团发生反应形成稳定化学键，-NCO基团的氮原子也可被引入芳纶纤维的酰胺基中，产生化学键合作用。从而，大大增加防水剂与纤维的结合牢度，实现防水的耐久性。
吸湿速干性采用反面涂层工艺。由于织物正面已具有了防水性，此时做吸湿层会减少吸湿胶浆向面料正面渗透，有效减少二者的干扰。
本发明吸湿涂层选用的封端型热反应性聚氨酯亲水整理剂，在高温焙烘下，聚氨酯解封释放的反应性基团-NCO，对纤维表面具有活化作用，与纤维的酰胺基发生交联反应，大分子链段固着于纤维表面，与纤维牢固结合。该整理剂中含有的聚醚亲水链段，在纤维表面构筑亲水界面，水分接触到纤维表面后会快速润湿并扩散，即提高了面料的吸水率和芯吸高度，并缩短了滴水扩散时间，增大了水分的蒸发面积，从而加快吸湿——放湿速度，达到吸湿速干效果。
聚氨酯亲水整理剂中亲水基团的存在，在纤维微毛细管中容易形成含水的通道，可以使电子迅速泄逸，因而整理后的织物具有一定的抗静电性；聚醚链段中，醚键内聚能低，并易旋转，故低温柔顺性能好，整理后的织物手感柔软，服用舒适。
目前常规PU、PA涂层产品，是在面料表面形成薄膜，具有防水功能，但胶膜没有阻燃效果，面料由于胶膜的覆盖，会明显降低芳纶优异的阻燃性，丧失作为特种防护面料的意义，如果在PU、PA胶中添加阻燃剂来解决阻燃问题，胶膜会厚重使成品克重增加，并影响涂层牢度及面料强力。经本发明整理后的面料，仅有少量的防水剂、吸湿剂吸附在纤维表面，不影响芳纶阻燃性，与PU、PA涂层产品相比，无老化现象，耐寒耐热性好，可耐多次曲折，另外还具有很高的透湿性，由于水滴的直径在1000-10000um之间，水蒸气分子的直径为0.0004 um，整理后的面料拒水，又可让水蒸气分子自由通过。
综上所述，经本方案整理后，芳纶面料具有耐久的单面防水、单面吸湿速干功能，同时具有永久阻燃性和超高强力，不改变面料原有风格及颜色，耐寒耐热性好，可耐多次曲折，表面没有膜感，无明显增重，透气透湿性好，体感舒适，而且整理后提高面料的抗静电性和柔软度，面料的综合服用性能得到进一步提升，满足特种防护需求。该方案解决了单吸、单防、阻燃、透湿、透气等多功能间相互矛盾相互干扰问题和生产难控性，实现规模化生产。
具体实施方式
实施例1
基布：芳纶面料，密度78*50根/英寸，克重250g/m2；
(1)热轧处理
将面料正面进行高温高压热轧，压力12MPa、温度140℃、车速17m/min，获得平整光滑的纤维表面；
(2)防水涂层
(2-1)防水涂层胶的制备
聚丙烯酸类增稠剂 1.7份
甲苯 6份
水 77份
碳氢聚合物结构无氟防水剂 12份
封端异氰酸酯增效剂 2.5份
聚氨酯缔合型增稠流平剂 0.3份
上述原料按顺序依次混合搅拌均匀，得防水涂层胶，粘度1700mPa.s；
(2-2)涂层处理
用步骤(2-1)制备的防水涂层胶对热轧处理后的面料正面进行涂层，涂布量10.8m/kg， 170℃焙烘2分钟；
(3)吸湿涂层
(3-1)吸湿涂层胶的制备
聚丙烯酸类增稠剂 1.7份
甲苯 6份
水 87份
聚氨酯亲水整理剂 5份
聚氨酯缔合型增稠流平剂 0.3份
上述原料按顺序依次混合搅拌均匀，得吸湿涂层胶，粘度1700mPa.s。
（3-2）吸湿涂层
用步骤（3-1）制备的吸湿涂层胶对面料反面进行涂层，涂布量9m/kg，165℃烘干1.5分钟， 170℃焙烘2分钟。
实施例2
基布：芳纶面料，密度92*52根/英寸，克重200g/m2；
(1)热轧处理
将面料正面进行高温高压热轧，压力9MPa、温度145℃、车速15m/min，获得平整光滑的纤维表面；
(2)防水涂层
(2-1)防水涂层胶的制备
聚丙烯酸类增稠剂 1.8份
甲苯 6份
水 78份
碳氢聚合物结构无氟防水剂 11份
封端异氰酸酯增效剂 2.3份
聚氨酯缔合型增稠流平剂 0.4份
上述原料按顺序依次混合搅拌均匀，得防水涂层胶，粘度1830mPa.s；
(2-2)涂层处理
用步骤(2-1)制备的防水涂层胶对热轧处理后的面料正面进行涂层，涂布量11.2m/kg， 175℃焙烘1.5分钟；
(3)吸湿涂层
(3-1)吸湿涂层胶的制备
聚丙烯酸类增稠剂 1.8份
甲苯 6份
水 86份
聚氨酯亲水整理剂 6.5份
聚氨酯缔合型增稠流平剂 0.4份
上述原料按顺序依次混合搅拌均匀，得吸湿涂层胶，粘度1820mPa.s。
（3-2）吸湿涂层
用步骤（3-1）制备的吸湿涂层胶对面料反面进行涂层，涂布量10m/kg， 170℃烘干1分钟， 175℃焙烘1.5分钟。
实施例3
基布：芳粘混纺面料，双层结构（正面是芳纶，反面是芳纶和阻燃粘胶混纺），密度100*97根/英寸，克重200g/m2；
(1)热轧处理
将面料正面进行高温高压热轧，压力12MPa、温度150℃、车速15m/min，获得平整光滑的纤维表面；
(2)防水涂层
(2-1)防水涂层胶的制备
聚丙烯酸类增稠剂 2份
甲苯 6份
水 80份
碳氢聚合物结构无氟防水剂 10份
封端异氰酸酯增效剂 2份
聚氨酯缔合型增稠流平剂 0.3份
上述原料按顺序依次混合搅拌均匀，得防水涂层胶，粘度2000mPa.s；
(2-2)涂层处理
用步骤(2-1)制备的防水涂层胶对热轧处理后的面料正面进行涂层，涂布量10m/kg，180℃焙烘2分钟；
(3)吸湿涂层
(3-1)吸湿涂层胶的制备
聚丙烯酸类增稠剂 1.8份
甲苯 6份
水 86份
聚氨酯亲水整理剂 6份
聚氨酯缔合型增稠流平剂 0.4份
上述原料按顺序依次混合搅拌均匀，得吸湿涂层胶，粘度1820mPa.s。
（3-2）吸湿涂层
用步骤（3-1）制备的吸湿涂层胶对面料反面进行涂层，涂布量8m/kg， 170℃烘干1.5分钟， 175℃焙烘2分钟。
实施例4
基布：芳纶面料，密度92*52根/英寸，克重200g/m2；
(1)热轧处理
将面料正面进行高温高压热轧，压力11MPa、温度150℃、车速20m/min，获得平整光滑的纤维表面；
(2)防水涂层
(2-1)防水涂层胶的制备
聚丙烯酸类增稠剂 1.7份
甲苯 6份
水 77份
碳氢聚合物结构无氟防水剂 12份
封端异氰酸酯增效剂 2.5份
聚氨酯缔合型增稠流平剂 0.4份
上述原料按顺序依次混合搅拌均匀，得防水涂层胶，粘度1760mPa.s；
(2-2)涂层处理
用步骤(2-1)制备的防水涂层胶对热轧处理后的面料正面进行涂层，涂布量12m/kg，180℃焙烘1分钟；
(3)吸湿涂层
(3-1)吸湿涂层胶的制备
聚丙烯酸类增稠剂 2份
甲苯 6份
水 85份
聚氨酯亲水整理剂 7份
聚氨酯缔合型增稠流平剂 0.3份
上述原料按顺序依次混合搅拌均匀，得吸湿涂层胶，粘度2000mPa.s。
（3-2）吸湿涂层
用步骤（3-1）制备的吸湿涂层胶对面料反面进行涂层，涂布量9m/kg，160℃烘干2分钟， 180℃焙烘1分钟。
所述的聚丙烯酸类增稠剂，选自辽宁恒星精细化工FS-20E产品；
所述的聚氨酯缔合型增稠流平剂，选自合肥华越新材料科技H199C产品；
所述的碳氢聚合物结构无氟防水剂，选自上海允继化工VS-X038产品；
所述的聚氨酯亲水整理剂，选自辽宁恒星精细化工FS-2915产品；
所述的封端异氰酸酯增效剂，选自辽宁恒星精细化工FS-892产品。
实施例3中所用的基布，含阻燃粘胶纤维，阻燃粘胶的吸湿性很好速干性差，整理后速干性得到提升，服用更舒适，柔软亲肤，透气、透湿性好，同时具有优异的阻燃、抗静电性。
按照背景技术中提及的现有常用技术方法对面料进行处理，并与本发明实施实验例产品技术指标进行对比，基布为芳纶面料，密度92*52根/英寸，克重200g/m2。
对比例1：
(1)吸水整理：聚氨酯亲水整理剂（FS-2915）15g/l，浸泡面料10分钟，轧车轧余率70%，150℃烘干2分钟；
(2)防水整理：聚丙烯酸类增稠剂（FS-20E）1.7份和水 80份混合，再加入氟碳树脂防水剂（TG-5601） 15份，封端异氰酸酯增效剂（FS-892） 2.5份，混合均匀制得防水浆，用该防水浆将步骤(1)处理后的面料正面进行圆网印花机印制，100目筛网，印制量11 m/kg ，170℃烘干1分钟。
圆网印花机印制的优点是浆料通过筛网，能较好的覆盖在面料表面，不易渗透，但与涂层机刮刀直接在面料上刮涂相比，浆料的覆盖是不连续的，这是因镍网网格的限制所致，因此会影响单面的防水性。
对比例2：
(1)吸水整理：聚氨酯亲水整理剂（FS-2915）15g/l，浸泡面料10分钟，轧车轧余率70%，150℃烘干2分钟；
(2)防水整理：聚丙烯酸类增稠剂（FS-20E）1.7份和水 80份混合，再加入氟碳树脂防水剂（TG-5601） 15份，封端异氰酸酯增效剂（FS-892） 2.5份，混合均匀制得防水涂层胶，用该防水涂层胶将步骤(1)处理后的面料正面进行涂层机涂层，涂布量11 m/kg ，170℃烘干1分钟。
对比例3：
(1)防水整理：聚丙烯酸类增稠剂（FS-20E）1.7份和水 80份混合，再加入氟碳树脂防水剂（TG-5601） 15份，封端异氰酸酯增效剂（FS-892） 2.5份，混合均匀制得防水涂层胶，用该防水涂层胶将面料正面进行涂层机涂层，涂布量11 m/kg ，170℃烘干1分钟；
(2)吸水整理：聚氨酯亲水整理剂（FS-2915）15g/l，浸泡步骤(1)处理后的面料10分钟，轧车轧余率70%，150℃烘干2分钟。
产品具体技术指标对比结果：
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测试方法：
防水性（表面抗湿性）：按GB/T 4745-2012《纺织品防水性能的检测和评价沾水法》检测；
吸湿速干性：按GB/T 21655.1 -2008《纺织品吸湿速干性的评定》第1部分：单项组合试验法检测；
透湿量：按GB/T 12704.1 -2009检测；
阻燃：按GB/T 5455-1997《纺织品 燃烧性能试验 垂直法》检测；
变色：按GB 250-2008《纺织品 色牢度试验 评定变色用灰色样卡》检测；
水洗：按照GB/T 8629-2001 5A 程序分洗5次和20次；
柔软：人手触觉评判。

Claims (2)

1.耐久阻燃、透湿、单吸、单防面料整理方法，其特征是：
(1)热轧处理
将芳纶及其混纺面料正面进行热轧，压力9-12MPa、温度140-150℃、车速15-20m/min，获得紧密平整光滑的表面；
(2)防水涂层
(2-1)防水涂层胶的制备
聚丙烯酸类增稠剂 1.7-2份
甲苯 6份
水 80-77份
碳氢聚合物结构无氟防水剂 10-12份
封端异氰酸酯增效剂 2-2.5份
聚氨酯缔合型增稠流平剂 0.3-0.4份
上述原料按顺序依次加入搅拌均匀，得防水涂层胶；
(2-2)涂层处理
用步骤(2-1)制备的防水涂层胶对步骤(1)热轧处理后的面料正面进行涂层，涂布量10-12m/kg，170-180℃焙烘1-2分钟；
(3)吸湿涂层
(3-1)吸湿涂层胶的制备
聚丙烯酸类增稠剂 1.7-2份
甲苯 6份
水 87-84份
聚氨酯亲水整理剂 5-7份
聚氨酯缔合型增稠流平剂 0.3-0.4份
上述原料按顺序依次加入搅拌均匀，得吸湿涂层胶；
（3-2）吸湿涂层
用步骤（3-1）制备的吸湿涂层胶对步骤(2)得到的面料反面进行涂层，涂布量8-10m/kg，160-170℃烘干1-2分钟， 170-180℃焙烘1-2分钟；
上述原料按重量配比；
所述的聚氨酯缔合型增稠流平剂，选自合肥华越新材料科技H199C产品；
所述的聚氨酯亲水整理剂，选自辽宁恒星精细化工FS-2915产品。
2.如权利要求1所述耐久阻燃、透湿、单吸、单防面料整理方法得到的面料。
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