CN113004679A - 一种非卤阻燃包胶abs的tpe材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非卤阻燃包胶ABS的TPE材料及其制备方法，其原料包括以下重量份的组分：100份苯乙烯类弹性体，50～100份填充油，100～500份聚氨酯弹性体，5～15份热塑性硫化橡胶，5～15份极性相容剂，100～300份无卤阻燃剂，1～20份加工助剂，其中，所述无卤阻燃剂包括以下组分：40％‑70％磷系阻燃剂，60％‑30％氮系阻燃剂。从而克服现有技术的不足，通过环保型氮、磷系阻燃剂的配合使用具有较好的协同效应，提高阻燃效果的同时不会产生有毒有害物质。
Description
技术领域
本发明涉及高分子领域，具体地说，是一种非卤阻燃包胶ABS的TPE材料及其制备方法。
背景技术
目前常用的热塑性弹性体TPE是一种弹性好、强度高、成型方便的苯乙烯类材料。ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)树脂具有耐冲击、高刚性、耐油、耐低温、成型收缩率小、尺寸稳定性好等优越性能，作为普通工程塑料在国民生产生活中应用十分广泛。但是采用ABS树脂制成的成品，表面往往特别光滑且坚硬，在某些产品应用上缺乏质感和手感。因此，经常需要在ABS制品表层包覆一层软胶以增强成品质感，增加人体接触舒适度。通常业界采用在ABS制品表面二次射粘一层热塑性弹性体的方式来实现。目前射粘ABS的热塑性弹性体广泛应用于以ABS作为基材的注塑产品上，使得ABS制成品如工具手柄、电动牙刷柄等具有良好的质感和触摸手感，更能满足消费者的体验需求。
现有的TPE存在与ABS粘附性差、易燃、且伴有熔融滴落、不能离火自熄的缺点。同时，目前常使用溴系阻燃剂，而溴系阻燃剂的阻燃机理是气相阻燃，生成的溴化氢为不燃气体，溴化氢是一种有毒的腐蚀性气体，无法满足电子产品、汽车配件的使用要求。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种非卤阻燃包胶ABS的TPE材料及其制备方法，其克服现有技术的不足，通过环保型氮、磷系阻燃剂的配合使用具有较好的协同效应，提高阻燃效果的同时不会产生有毒有害物质。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种非卤阻燃包胶ABS的TPE材料，其特征在于，其原料包括以下重量份的组分：100份苯乙烯类弹性体，50～100份填充油，100～500份聚氨酯弹性体，5～15份热塑性硫化橡胶，5～15份极性相容剂，100～300份无卤阻燃剂，1～20份加工助剂。
作为一种优选，所述非卤阻燃包胶ABS的TPE材料的原料包括以下重量份的组分：100份苯乙烯类弹性体，80～95份填充油，180～500份聚氨酯弹性体，5～15份热塑性硫化橡胶，5～15份极性相容剂，60～120份无卤阻燃剂，10～20份加工助剂。
作为一种优选，所述无卤阻燃剂包括以下组分：40％-70％磷系阻燃剂，60％-30％氮系阻燃剂，其中，所述极性相容剂选自PP马来酸酐接枝聚合物、SEBS马来酸酐接枝聚合物、EPDM马来酸酐聚合物、POE马来酸酐接枝聚合物中的一种或多种。
作为一种优选，所述苯乙烯类弹性体选自苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、氢化苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的一种或多种。
作为一种优选，所述填充油为石蜡油或环烷油，所述填充油的40℃运动粘度为100-500mm2/s，闪点为220-270℃，所述聚氨酯弹性体为聚醚型或聚酯型中的一种或两种，所述加工助剂选自芥酸酰胺、硬脂酸锌、硅酮类润滑剂中的一种或多种。
作为一种优选，所述磷系阻燃剂与氮系阻燃剂的重量比为4:6。
作为一种优选，所述磷系阻燃剂选自红磷、无机次磷酸铝、二乙基次磷酸铝、二乙丁基次磷酸铝、聚磷酸胺、三聚氰胺聚磷酸盐、磷酸酯中的一种或多种，所述氮系阻燃剂为三聚氰胺、双氰胺、胍盐类中的一种或多种。
一种非卤阻燃包胶ABS的TPE材料的制备方法包括步骤：
S100按相应重量份分别称取苯乙烯类弹性体，填充油，聚氨酯弹性体，极性相容剂，热塑性硫化橡胶，无卤阻燃剂，加工助剂备用；
S200将苯乙烯类弹性体放入高混机内，将填充油通过喷洒器均匀喷洒在弹性体表面，边搅拌边喷洒，使填充油被苯乙烯类弹性体充分吸收，静置4小时；
S300制备阻燃母粒，将充分吸油的苯乙烯类弹性体、极性相容剂、氮系阻燃剂、磷系阻燃剂、热塑性硫化橡胶以及加工助剂依次加入到搅拌机中以500r/min高速混合搅拌5～10min，搅拌均匀，得到混合料，搅拌过程控制温度低于60℃；
S400将步骤S300中得到的混合物料加入双螺杆挤出机中挤出造粒，得到一种非卤阻燃包胶ABS的TPE材料的阻燃剂母粒；
S500将步骤S400中所得到的阻燃剂母粒和聚氨酯弹性体例混合均匀，搅拌速率400～500r/min，搅拌时间3～5min，得到混合物；
S600将步骤S500中得到的混合物料加入双螺杆挤出机中挤出造粒，得到一种非卤阻燃包胶ABS的TPE材料。
作为一种优选，所述步骤S400中的阻燃母粒制备中的双螺杆挤出机设备直径为48:1，螺杆转速为350r/min，熔融挤出温度为200℃；所述步骤S600中双螺杆挤出机设备直径为48:1，螺杆转速为350r/min，熔融挤出温度为220℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明的无卤阻燃包胶ABS的热塑性弹性体材料具有高效阻燃、低毒、抑烟的阻燃效果，阻燃效果可以达到V0级别，同时具有粘附性强，高强度，高回弹性，良好的耐候性等特点，整个制备过程工艺成熟，操作便捷，且具有良好的应用前景。
(2)氮系阻燃剂通过受热分解吸收材料表面的温度达到降温的目的，同时可分解产生氮气、氨气等物质稀释周围的氧气；磷系阻燃剂可使材料表面形成一层致密的隔热层，若单独使用其中一种阻燃剂会需要较高的添加比例，才能达到较好的阻燃效果，对材料的整体性能产生一定影响的同时还会增加材料的成本，因此通过氮磷系阻燃剂二者配合使用具有较好的协同效应，可以达到比较好的效果。
(3)对阻燃母粒的制备有利于阻燃剂分散均匀，搅拌过程控制温度低于60℃，以防止物料发粘结块，有利于提高材料力学性能和阻燃性能。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
需要说明的是，如在本申请中使用的，用语“基本上”、“大约”以及类似的用语用作表近似的用语，而不用作表程度的用语，并且旨在说明将由本领域普通技术人员认识到的、测量值或计算值中的固有偏差。
实施例1
一种非卤阻燃包胶ABS的TPE材料，其原料包括：苯乙烯类弹性体100份，石蜡油95份，聚氨酯弹性体180份，热塑性硫化橡胶5份，极性相容剂5份，三聚氰胺60份，无机次磷酸铝40份，加工助剂10份。
一种非卤阻燃包胶ABS的TPE材料的制备方法，包括步骤：
(1)备料，按照相应重量份分别称取苯乙烯类弹性体、石蜡油、聚氨酯弹性体、热塑性硫化橡胶、极性相容剂、无卤阻燃剂、加工助剂；
(2)混合，将称好的苯乙烯类弹性体放入高混机内，然后将填充油通过喷洒器均匀喷洒在苯乙烯类弹性体表面，边搅拌边喷洒，使填充油被苯乙烯类弹性体充分吸收，静置4小时；
(3)将充分吸油的苯乙烯类弹性体，极性相容剂，三聚氰胺，无机次磷酸铝以及热塑性硫化橡胶、加工助剂依次加入到搅拌机中以500r/min高速混合搅拌5～10min，搅拌均匀，得到混合料，搅拌过程控制温度低于60℃，以防止物料发粘结块；
(4)将步骤(3)中得到的混合物料加入双螺杆挤出机中挤出造粒，得到一种非卤阻燃包胶ABS的TPE材料的阻燃剂母粒；
(5)将步骤(4)中得到的阻燃剂母粒和聚氨酯热塑性弹性体按设定好的比例混合均匀，搅拌速率为500r/min，搅拌时间3～5min；
(6)将步骤(5)中得到的混合物料加入双螺杆挤出机中挤出造粒，得到一种非卤阻燃包胶ABS的TPE材料。
其中，所述步骤(4)阻燃母粒制备中的双螺杆挤出机设备直径为48:1，螺杆转速为350r/min，熔融挤出温度为200℃；所述步骤(6)中双螺杆挤出机设备直径为48:1，螺杆转速为350r/min，熔融挤出温度为220℃。
实施例2
一种非卤阻燃包胶ABS的TPE材料，其原料包括：苯乙烯类弹性体100份，石蜡油80份，聚氨酯弹性体300份，热塑性硫化橡胶10份，极性相容剂10份，三聚氰胺90份，无机次磷酸铝60份，加工助剂15份。
一种非卤阻燃包胶ABS的TPE材料的制备方法，包括步骤：
(1)备料，按照相应重量份分别称取苯乙烯类弹性体、石蜡油、聚氨酯弹性体、热塑性硫化橡胶、极性相容剂、无卤阻燃剂、加工助剂；
(2)混合，将称好的苯乙烯类弹性体放入高混机内，然后将填充油通过喷洒器均匀喷洒在苯乙烯类弹性体表面，边搅拌边喷洒，使填充油被苯乙烯类弹性体充分吸收，静置4小时；
(3)将充分吸油的苯乙烯类弹性体，极性相容剂，三聚氰胺，无机次磷酸铝以及热塑性硫化橡胶、加工助剂依次加入到搅拌机中以500r/min高速混合搅拌5～10min，搅拌均匀，得到混合料，搅拌过程控制温度低于60℃，以防止物料发粘结块；
(4)将步骤(3)中得到的混合物料加入双螺杆挤出机中挤出造粒，得到一种非卤阻燃包胶ABS的TPE材料的阻燃剂母粒；
(5)将步骤(4)中得到的阻燃剂母粒和聚氨酯热塑性弹性体按设定好的比例混合均匀，搅拌速率为500r/min，搅拌时间3～5min；
(6)将步骤(5)中得到的混合物料加入双螺杆挤出机中挤出造粒，得到一种非卤阻燃包胶ABS的TPE材料。
其中，所述步骤(4)阻燃母粒制备中的双螺杆挤出机设备直径为48:1，螺杆转速为350r/min，熔融挤出温度为200℃；所述步骤(6)中双螺杆挤出机设备直径为48:1，螺杆转速为350r/min，熔融挤出温度为220℃。
实施例3
一种非卤阻燃包胶ABS的TPE材料，其原料包括：苯乙烯类弹性体100份，石蜡油80份，聚氨酯弹性体500份，热塑性硫化橡胶15份，极性相容剂15份，三聚氰胺120份，无机次磷酸铝80份，加工助剂20份。
一种非卤阻燃包胶ABS的TPE材料的制备方法，包括步骤：
(1)备料，按照相应重量份分别称取苯乙烯类弹性体、石蜡油、聚氨酯弹性体、热塑性硫化橡胶、极性相容剂、无卤阻燃剂、加工助剂；
(2)混合，将称好的苯乙烯类弹性体放入高混机内，然后将填充油通过喷洒器均匀喷洒在苯乙烯类弹性体表面，边搅拌边喷洒，使填充油被苯乙烯类弹性体充分吸收，静置4小时；
(3)将充分吸油的苯乙烯类弹性体，极性相容剂，三聚氰胺，无机次磷酸铝以及热塑性硫化橡胶、加工助剂依次加入到搅拌机中以500r/min高速混合搅拌5～10min，搅拌均匀，得到混合料，搅拌过程控制温度低于60℃，以防止物料发粘结块；
(4)将步骤(3)中得到的混合物料加入双螺杆挤出机中挤出造粒，得到一种非卤阻燃包胶ABS的TPE材料的阻燃剂母粒；
(5)将步骤(4)中得到的阻燃剂母粒和聚氨酯热塑性弹性体按设定好的比例混合均匀，搅拌速率为500r/min，搅拌时间3～5min；
(6)将步骤(5)中得到的混合物料加入双螺杆挤出机中挤出造粒，得到一种非卤阻燃包胶ABS的TPE材料；
其中，所述步骤(4)阻燃母粒制备中的双螺杆挤出机设备直径为48:1，螺杆转速为350r/min，熔融挤出温度为200℃；所述步骤(6)中双螺杆挤出机设备直径为48:1，螺杆转速为350r/min，熔融挤出温度为220℃。
对比例1
一种非卤阻燃包胶ABS的TPE材料，其原料包括：苯乙烯类弹性体100份，石蜡油95份，聚氨酯弹性体180份，热塑性硫化橡胶5份，极性相容剂5份，三聚氰胺0份，无机次磷酸铝100份，加工助剂10份。
一种非卤阻燃包胶ABS的TPE材料的制备方法，包括步骤：
(1)备料，按照相应重量份分别称取苯乙烯类弹性体、石蜡油、聚氨酯弹性体、热塑性硫化橡胶、极性相容剂、无卤阻燃剂、加工助剂；
(2)混合，将称好的苯乙烯类弹性体放入高混机内，然后将填充油通过喷洒器均匀喷洒在苯乙烯类弹性体表面，边搅拌边喷洒，使填充油被苯乙烯类弹性体充分吸收，静置4小时；
(3)将充分吸油的苯乙烯类弹性体，极性相容剂，三聚氰胺，无机次磷酸铝以及热塑性硫化橡胶、加工助剂依次加入到搅拌机中以500r/min高速混合搅拌5～10min，搅拌均匀，得到混合料，搅拌过程控制温度低于60℃，以防止物料发粘结块；
(4)将步骤(3)中得到的混合物料加入双螺杆挤出机中挤出造粒，得到一种非卤阻燃包胶ABS的TPE材料的阻燃剂母粒；
(5)将步骤(4)中得到的阻燃剂母粒和聚氨酯热塑性弹性体按设定好的比例混合均匀，搅拌速率为500r/min，搅拌时间3～5min；
(6)将步骤(5)中得到的混合物料加入双螺杆挤出机中挤出造粒，得到一种非卤阻燃包胶ABS的TPE材料；
其中，所述步骤(4)阻燃母粒制备中的双螺杆挤出机设备直径为48:1，螺杆转速为350r/min，熔融挤出温度为200℃；所述步骤(6)中双螺杆挤出机设备直径为48:1，螺杆转速为350r/min，熔融挤出温度为220℃。
对比例2
一种非卤阻燃包胶ABS的TPE材料，其原料包括：苯乙烯类弹性体100份，石蜡油95份，聚氨酯弹性体180份，热塑性硫化橡胶5份，极性相容剂5份，三聚氰胺100份，无机次磷酸铝0份，加工助剂10份。
一种非卤阻燃包胶ABS的TPE材料的制备方法，包括步骤：
(1)备料，按照相应重量份分别称取苯乙烯类弹性体、石蜡油、聚氨酯弹性体、热塑性硫化橡胶、极性相容剂、无卤阻燃剂、加工助剂；
(2)混合，将称好的苯乙烯类弹性体放入高混机内，然后将填充油通过喷洒器均匀喷洒在苯乙烯类弹性体表面，边搅拌边喷洒，使填充油被苯乙烯类弹性体充分吸收，静置4小时；
(3)将充分吸油的苯乙烯类弹性体，极性相容剂，三聚氰胺，无机次磷酸铝以及热塑性硫化橡胶、加工助剂依次加入到搅拌机中以500r/min高速混合搅拌5～10min，搅拌均匀，得到混合料，搅拌过程控制温度低于60℃，以防止物料发粘结块；
(4)将步骤(3)中得到的混合物料加入双螺杆挤出机中挤出造粒，得到一种非卤阻燃包胶ABS的TPE材料的阻燃剂母粒；
(5)将步骤(4)中得到的阻燃剂母粒和聚氨酯热塑性弹性体按设定好的比例混合均匀，搅拌速率为500r/min，搅拌时间3～5min；
(6)将步骤(5)中得到的混合物料加入双螺杆挤出机中挤出造粒，得到一种非卤阻燃包胶ABS的TPE材料；
其中，所述步骤(4)阻燃母粒制备中的双螺杆挤出机设备直径为48:1，螺杆转速为350r/min，熔融挤出温度为200℃；所述步骤(6)中双螺杆挤出机设备直径为48:1，螺杆转速为350r/min，熔融挤出温度为220℃。
对比例3
一种非卤阻燃包胶ABS的TPE材料，其原料包括：苯乙烯类弹性体100份，石蜡油95份，聚氨酯弹性体180份，热塑性硫化橡胶5份，极性相容剂5份，三聚氰胺60份，无机次磷酸铝40份，加工助剂10份。
一种非卤阻燃包胶ABS的TPE材料的制备方法，包括步骤：
(1)备料，按照相应重量份分别称取苯乙烯类弹性体、石蜡油、聚氨酯弹性体、热塑性硫化橡胶、极性相容剂、无卤阻燃剂、加工助剂；
(2)混合，将称好的苯乙烯类弹性体放入高混机内，然后将填充油通过喷洒器均匀喷洒在苯乙烯类弹性体表面，边搅拌边喷洒，使填充油被苯乙烯类弹性体充分吸收，静置4小时；
(3)将充分吸油的苯乙烯类弹性体，聚氨酯热塑性弹性体、极性相容剂，三聚氰胺，无机次磷酸铝以及热塑性硫化橡胶、加工助剂依次加入到搅拌机中以500r/min高速混合搅拌5～10min，搅拌均匀，得到混合料，搅拌过程控制温度低于60℃，以防止物料发粘结块；
(4)将步骤(3)中得到的混合物料加入双螺杆挤出机中挤出造粒，得到一种非卤阻燃包胶ABS的TPE材料。
其中，所述步骤(4)中双螺杆挤出机设备直径为48:1，螺杆转速为350r/min，熔融挤出温度为220℃。
性能检测，对实施例1～3和对比例1～3中制得的非卤阻燃包胶ABS的TPE材料进行检测，具体检测结果见表1所示。
表1实施例1～3和对比例1～3的性能检测
由实施例1～3可发现随着热塑性聚氨酯弹性体比例的增加，制得的非卤阻燃包胶ABS的TPE材料，硬度，拉伸强度，耐磨性以及粘接牢固度随之提高；
由对比例1～3对比可见使用三聚氰胺和无机次磷酸铝复配型阻燃剂的阻燃效果明显比单独使用其中一种的阻燃效果更好；
由实施例一和对比例三可见先制备阻燃剂母粒，再和热塑性聚氨酯弹性体挤出造粒制备非卤阻燃包胶ABS的TPE材料可以使阻燃剂分散更加均匀，材料的阻燃性，拉伸强度断裂伸长率，耐磨性以及粘结牢固度都会更好。
以上描述了本发明的基本原理、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的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (9)
1.一种非卤阻燃包胶ABS的TPE材料，其特征在于，其原料包括以下重量份的组分：100份苯乙烯类弹性体，50～100份填充油，100～500份聚氨酯弹性体，5～15份热塑性硫化橡胶，5～15份极性相容剂，100～300份无卤阻燃剂，1～20份加工助剂。
2.根据权利要求1所述的非卤阻燃包胶ABS的TPE材料，其特征在于，其原料包括以下重量份的组分：100份苯乙烯类弹性体，80～95份填充油，180～500份聚氨酯弹性体，5～15份热塑性硫化橡胶，5～15份极性相容剂，60～120份无卤阻燃剂，10～20份加工助剂。
3.根据权利要求2所述的非卤阻燃包胶ABS的TPE材料，其特征在于，所述无卤阻燃剂包括以下组分：40％-70％磷系阻燃剂，60％-30％氮系阻燃剂，其中，所述极性相容剂选自PP马来酸酐接枝聚合物、SEBS马来酸酐接枝聚合物、EPDM马来酸酐聚合物、POE马来酸酐接枝聚合物中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的非卤阻燃包胶ABS的TPE材料，其特征在于，所述苯乙烯类弹性体选自苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、氢化苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的非卤阻燃包胶ABS的TPE材料，其特征在于，所述填充油为石蜡油或环烷油，所述填充油的40℃运动粘度为100-500mm2/s，闪点为220-270℃，所述聚氨酯弹性体为聚醚型或聚酯型中的一种或两种，所述加工助剂选自芥酸酰胺、硬脂酸锌、硅酮类润滑剂中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的非卤阻燃包胶ABS的TPE材料，其特征在于，所述磷系阻燃剂与氮系阻燃剂的重量比为4:6。
7.根据权利要求6所述的非卤阻燃包胶ABS的TPE材料，其特征在于，所述磷系阻燃剂选自红磷、无机次磷酸铝、二乙基次磷酸铝、二乙丁基次磷酸铝、聚磷酸胺、三聚氰胺聚磷酸盐、磷酸酯中的一种或多种，所述氮系阻燃剂为三聚氰胺、双氰胺、胍盐类中的一种或多种。
8.一种如权利要求1～7中任一所述的非卤阻燃包胶ABS的TPE材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：
S100按相应重量份分别称取苯乙烯类弹性体，填充油，聚氨酯弹性体，极性相容剂，热塑性硫化橡胶，无卤阻燃剂，加工助剂备用；
S200将苯乙烯类弹性体放入高混机内，将填充油通过喷洒器均匀喷洒在弹性体表面，边搅拌边喷洒，使填充油被苯乙烯类弹性体充分吸收，静置4小时；
S300制备阻燃母粒，将充分吸油的苯乙烯类弹性体、极性相容剂、氮系阻燃剂、磷系阻燃剂、热塑性硫化橡胶以及加工助剂依次加入到搅拌机中以500r/min高速混合搅拌5～10min，搅拌均匀，得到混合料，搅拌过程控制温度低于60℃；
S400将步骤S300中得到的混合物料加入双螺杆挤出机中挤出造粒，得到一种非卤阻燃包胶ABS的TPE材料的阻燃剂母粒；
S500将步骤S400中所得到的阻燃剂母粒和聚氨酯弹性体例混合均匀，搅拌速率400～500r/min，搅拌时间3～5min，得到混合物；
S600将步骤S500中得到的混合物料加入双螺杆挤出机中挤出造粒，得到一种非卤阻燃包胶ABS的TPE材料。
9.根据权利要求8所述的非卤阻燃包胶ABS的TPE材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S400中的阻燃母粒制备中的双螺杆挤出机设备直径为48:1，螺杆转速为350r/min，熔融挤出温度为200℃；所述步骤S600中双螺杆挤出机设备直径为48:1，螺杆转速为350r/min，熔融挤出温度为220℃。
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