CN113149708B - 一种以废弃纤维为原料的硅酸盐保温毡生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种以废弃纤维为原料的硅酸盐保温毡生产工艺，包括以下步骤：将50重量份的耐高温纤维按比例配好，用水润湿分散；将1‑3重量份的起泡剂按比例配置好，加入水配置成起泡水溶液；将起泡水溶液与压缩空气由同一喷头喷射进入到润湿后的纤维中，加入2‑5重量份的粘接剂，搅拌均匀，得到浆料；把配置好的浆料装入模具中，烘干，得到成品。该生产工艺以废弃纤维为原料，实现了废弃纤维的重复利用，成本低，且原料不含石棉，制得的产品安全性高。
Description
技术领域
本发明属于保温材料技术领域，具体涉及一种以废弃纤维为原料的硅酸盐保温毡的生产工艺。
背景技术
绝热材料对于节能减排具有非常重要的意义，合理使用绝热材料能带来巨大的经济效益和社会效益，极大地降低设备和管道的热量损失，降低二氧化碳的排放。复合硅酸盐保温毡使用量大，使用范围广，在很长一段时间里是工业设备和管道优先选用的材料。但是，现有技术生产的复合硅酸盐保温毡都含有石棉，其主要材料采用的是石棉等天然矿物纤维与硅酸盐矿物纤维混合后，经打浆、发泡、成型、干燥而制成。
现在作为保温材料使用的大宗产品硅酸铝和玻璃棉，由于这些材料在使用后纤维断裂，且呈块状没有合适的分散方法，无法被重复应用，产生了大量的固体废弃物堆在工厂里面不能有效利用，带来了巨大的环境压力和危害。如何有效资源化利用固体废弃物硅酸铝和玻璃棉，是本领域目前急需解决的问题。
同时，复合硅酸盐保温毡中的石棉已经被明确列入致癌物，但是它在空气中的含量必须达到一定程度才会对人体健康造成危害。由于石棉的可致癌性，全球已经有36个国家禁止使用石棉，欧洲国家已从2005年开始禁止进口石棉，并计划用不同的安全合成纤维来代替天然石棉。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种以废弃纤维为原料的硅酸盐保温毡的生产工艺，该生产工艺以废弃纤维为原料，实现了废弃纤维的重复利用，成本低，且原料不含石棉，制得的产品安全性高。
为了实现本发明的目的，本发明采用的技术方案是：
一种以废弃纤维为原料的硅酸盐保温毡生产工艺，包括以下步骤：
A、将50重量份的耐高温纤维按比例配好，用水润湿分散；
B、将1-3重量份的起泡剂按比例配置好，加入水配置成起泡水溶液；
C、将起泡水溶液与压缩空气由同一喷头喷射进入到润湿后的纤维中，加入2-5重量份的粘接剂，搅拌均匀，得到浆料；
D、把配置好的浆料装入模具中，烘干，得到成品。
传统的硅酸盐保温毡都含有石棉，石棉不仅能增韧，同时密度小，制得的保温毡质量轻。本发明生产工艺原料将起泡水溶液与压缩空气由同一喷头喷射，喷射出的形态是已预制生成的泡沫，将泡沫直接喷射进入到纤维中，使细密的泡沫能被均匀分散在浆料中，通过气泡的形式将空气锁住在毡体内，制得不含石棉的轻质的多孔保温毡材料。
本发明所述起泡剂由质量比例1：3的表面活性剂和稳泡剂组成，所述表面活性剂选自烷基磺酸钠、烷基乙醇胺、烷基胺和烷基聚醚中的一种或者几种；所述稳泡剂选自纤维素醚、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、膨润土和粘土中的一种或者几种。
起泡剂采用表面活性剂和水溶性高分子配合，配制的溶液有很大的表面张力，形成的液体膜有较高的强度，把空气包在里面不能出去。烷基胺和烷基聚醚作为起泡剂，是表面活性物质，具有两段分子结构，一段亲水，一段亲油，使空气容易和水混合并起泡。纤维素醚和聚丙烯酰胺是水溶性高分子，溶于水中，增加气泡壁的强度和韧性，使气泡保持而不会很快破裂，起到稳定泡沫的作用。该配方是筛选得出的最佳起泡剂和稳泡剂的组合配方，起泡速度快，泡沫稳定。
优选地，按重量计，所述起泡剂的组成为：纤维素醚0.3-1份、聚丙烯酰胺0.1-0.5份、烷基胺0.4-1份和烷基聚醚0.1-0.3份。该起泡配方是筛选得出的最优配方。
本发明所述粘接剂由质量比例1：1-10的有机高分子和无机粘接剂组成，所述有机高分子选自丙烯酸酯乳液、EVA乳液和聚乙烯醇中的一种或者几种；所述无机粘接剂选自硅溶胶、硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、水玻璃和硫酸铝中的一种或者几种。
浆料中加入粘接剂粘接，使纤维互相粘接支撑形成空间网状结构，采用有机高分子和无机胶凝剂配合使用，优势互补，形成的复合粘接剂性能好。该配方是筛选得出的最佳粘接剂组合配方。强度高，回弹性好，且由于有机物含量低，材料不燃烧，满足消防要求。
本发明按重量计，所述耐高温纤维包括硅酸铝纤维20-40份、玻璃纤维0-10份和增韧纤维15-30份，所述增韧纤维是指在高速搅拌下保持纤维的长度大于30-60mm的耐高温纤维。硅酸铝纤维和玻璃纤维都易脆断，柔韧性不够，不适合直接用于制备毡材，需要添加高柔韧性的纤维来增韧。
优选地，所述增韧纤维选自氧化硅纤维、玄武岩纤维和碳纤维中的一种或者几种。
进一步优选地，所述增韧纤维包括氧化硅纤维10-20份和玄武岩纤维5-10份。玄武岩纤维柔韧性更好，氧化硅纤维耐高温性能优异。多种纤维复合使用能取长补短，优势互补，使产品性能更好，成本低，适合大规模生产和推广。
本发明所述压缩空气的压力为0.1-0.6MPa，快速起泡，又不至于把泡沫弄破。
本发明所述B步骤，起泡剂与加水量的质量比例为1：10-50。这个范围比例的加水量，起泡快，泡沫稳定性高。
本发明所述起泡水溶液与压缩空气通入量的体积比例为1：50-200。泡沫不会破裂，能够快速且大量的起泡。
本发明所述D步骤的烘烤温度为100-200℃，适用于硅酸盐材料的烘烤温度。
本发明的有益效果在于：
1、本发明生产工艺制得的硅酸盐保温毡不含石棉，通过将起泡水溶液与压缩空气由同一喷头喷射进入到纤维中，使细密的泡沫能被均匀分散在浆料中，通过气泡的形式将空气锁住在毡体内，保温毡的空气含量达到了93％-99％，是含有大量空气的多孔材料，密度仅为30-90kg/m3，在使毡材具有高韧性和耐温性能的同时，还具备了轻质的优点，完全可代替传统的石棉保温毡，且更加安全可靠。
2、本发明的硅酸盐保温毡在制备时向纤维中喷射通入压缩空气，喷射出的压缩空气具备强力的剪切能力，能将成块的废弃纤维打散。该工艺能以废弃的硅酸铝纤维做为原料，材料易得且成本低廉，还解决了废弃纤维带来的巨大的环境压力和危害，完成固体废弃物的资源化利用。
3、本发明采用表面活性剂作为起泡剂，水溶性高分子作为稳泡剂，二者配合制备泡沫，配制的溶液有很大的表面张力，形成的液体膜有较高的强度，把空气包在里面不能出去，将空气稳定地封闭在气泡中，再烘烤成型得到富含空气的多孔材料，实现轻质的目的。
4、本发明纤维原料中添加增韧纤维来弥补硅酸盐纤维韧性不足的缺点，同时，采用粘接剂粘接，使纤维互相粘接支撑形成空间网状结构，使材料的韧性显著提高；粘接剂采用有机高分子和无机胶凝剂配合使用，优势互补，形成的复合粘接剂性能好，强度高，回弹性达到90％以上。
附图说明
图1是本发明硅酸盐保温毡生产系统的结构示意图。
图2是喷头的剖面结构示意图。
图3是喷头喷嘴口的俯视图。
附图标记：1、搅拌罐；2、储液罐；3、喷头；4、进气管；5、空气压缩机；6、送液管； 7、送气管；8、进液口；9、进气口；10、金属丝网；31、进气腔；32、进液腔；33、出气口； 34、出液口。
具体实施方式
为了更加清楚、详细地说明本发明的目的技术方案，下面通过相关实施例对本发明进行进一步描述。以下实施例仅为具体说明本发明的实施方法，并不限定本发明的保护范围。
实施例1
一种以废弃纤维为原料的硅酸盐保温毡的生产工艺，包括以下步骤：
A、将50重量份的耐高温纤维按比例配好，用水润湿分散；
B、将1重量份的起泡剂按比例配置好，加入水配置成起泡水溶液；
C、将起泡水溶液与压缩空气由同一喷头喷射进入到润湿后的纤维中，加入2重量份的粘接剂，搅拌均匀，得到浆料；
D、把配置好的浆料装入模具中，烘干，得到成品。
实施例2
一种以废弃纤维为原料的硅酸盐保温毡的生产工艺，包括以下步骤：
A、将50重量份的耐高温纤维按比例配好，用水润湿分散；
B、将3重量份的起泡剂按比例配置好，加入水配置成起泡水溶液；
C、将起泡水溶液与压缩空气由同一喷头喷射进入到润湿后的纤维中，加入5重量份的粘接剂，搅拌均匀，得到浆料；
D、把配置好的浆料装入模具中，烘干，得到成品。
所述压缩空气的压力为0.1MPa。
所述B步骤，起泡剂与加水量的质量比例为1：10。
所述起泡水溶液与压缩空气通入量的体积比例为1：50。
所述D步骤的烘烤温度为100℃。
实施例3
一种以废弃纤维为原料的硅酸盐保温毡的生产工艺，包括以下步骤：
A、将50重量份的耐高温纤维按比例配好，用水润湿分散；
B、将2重量份的起泡剂按比例配置好，加入水配置成起泡水溶液；
C、将起泡水溶液与压缩空气由同一喷头喷射进入到润湿后的纤维中，加入3重量份的粘接剂，搅拌均匀，得到浆料；
D、把配置好的浆料装入模具中，烘干，得到成品。
所述压缩空气的压力为0.6MPa。
所述B步骤，起泡剂与加水量的质量比例为1：50。
所述起泡水溶液与压缩空气通入量的体积比例为1：200。
所述D步骤的烘烤温度为200℃。
所述粘接剂包括丙烯酸酯乳液0.1-2份，硅酸盐水泥0.5-2份，铝酸盐水泥0.1-1份和硅溶胶0.1-5份。
实施例4
一种以废弃纤维为原料的硅酸盐保温毡的生产工艺，包括以下步骤：
A、将50重量份的耐高温纤维按比例配好，用水润湿分散；
B、将3重量份的起泡剂按比例配置好，加入水配置成起泡水溶液；
C、将起泡水溶液与压缩空气由同一喷头喷射进入到润湿后的纤维中，加入5重量份的粘接剂，搅拌均匀，得到浆料；
D、把配置好的浆料装入模具中，烘干，得到成品。
所述压缩空气的压力为0.3MPa。
所述B步骤，起泡剂与加水量的质量比例为1：20。
所述起泡水溶液与压缩空气通入量的体积比例为1：100。
所述D步骤的烘烤温度为200℃。
实施例5
本实施例在实施例4的基础上：
所述起泡剂包括烷基胺0.5份、烷基聚醚0.3份、纤维素醚0.5份和聚丙烯酰胺0.2份。
所述粘接剂包括丙烯酸酯乳液0.5份、硅酸盐水泥1份、铝酸盐水泥0.5份和硅溶胶2 份。
所述耐高温纤维包括硅酸铝纤维30份和玄武岩纤维20份。
实施例6
本实施例在实施例4的基础上：
所述起泡剂包括烷基胺0.5份、烷基聚醚0.3份、纤维素醚0.5份和聚丙烯酰胺0.2份。
所述粘接剂包括丙烯酸酯乳液0.5份、硅酸盐水泥1份、铝酸盐水泥0.5份和硅溶胶2 份。
所述耐高温纤维包括硅酸铝纤维30份和氧化硅纤维20份。
实施例7
本实施例在实施例4的基础上：
所述起泡剂包括烷基胺0.5份、烷基聚醚0.3份、纤维素醚0.5份和聚丙烯酰胺0.2份。
所述粘接剂包括丙烯酸酯乳液0.5份、硅酸盐水泥1份、铝酸盐水泥0.5份和硅溶胶2 份。
所述耐高温纤维包括硅酸铝纤维30份和碳纤维20份。
实施例8
本实施例在实施例4的基础上：
所述起泡剂包括烷基胺0.5份、烷基聚醚0.3份、纤维素醚0.5份和聚丙烯酰胺0.2份。
所述粘接剂包括丙烯酸酯乳液0.5份、硅酸盐水泥1份、铝酸盐水泥0.5份和硅溶胶2 份。
所述耐高温纤维包括硅酸铝纤维30份、氧化硅纤维14份和碳纤维6份。
实施例9
本实施例在实施例4的基础上：
所述起泡剂包括烷基胺0.5份、烷基聚醚0.3份、纤维素醚0.5份和聚丙烯酰胺0.2份。
所述粘接剂包括丙烯酸酯乳液0.5份、硅酸盐水泥1份、铝酸盐水泥0.5份和硅溶胶2 份。
所述耐高温纤维包括硅酸铝纤维30份、氧化硅纤维14份和玄武岩纤维6份。
实施例10
本实施例在实施例3的基础上：
所述起泡剂包括烷基胺0.3份、烷基聚醚0.1份、纤维素醚0.4份和聚丙烯酰胺0.1份。
所述粘接剂包括丙烯酸酯乳液0.1份、硅酸盐水泥0.6份、铝酸盐水泥0.2份和硅溶胶 0.2份。
所述耐高温纤维包括硅酸铝纤维30份、氧化硅纤维10份和玄武岩纤维5份。
实施例11
本实施例在实施例3的基础上：
所述起泡剂包括烷基胺1份、烷基聚醚0.5份、纤维素醚1份和聚丙烯酰胺0.3份。
所述粘接剂包括丙烯酸酯乳液2份、硅酸盐水泥0.5份、铝酸盐水泥0.3份和硅溶胶1.2 份。
所述耐高温纤维包括硅酸铝纤维30份、氧化硅纤维20份、玄武岩纤维10份。
实施例12
本实施例在实施例4的基础上：
所述起泡剂包括烷基胺0.5份、烷基聚醚0.3份、纤维素醚0.5份和聚丙烯酰胺0.2份。
所述粘接剂包括丙烯酸酯乳液0.5份、硅酸盐水泥1份、铝酸盐水泥0.5份和硅溶胶2 份。
所述耐高温纤维包括硅酸铝纤维20份、玻璃纤维10份、氧化硅纤维14份和玄武岩纤维 6份。
实施例13
本实施例在实施例4的基础上：
所述起泡剂包括烷基胺0.5份、烷基聚醚0.3份、纤维素醚0.5份和聚丙烯酰胺0.2份。
所述粘接剂包括丙烯酸酯乳液0.5份、硅酸盐水泥1份、铝酸盐水泥0.5份和硅溶胶2 份。
所述耐高温纤维包括硅酸铝纤维40份、玻璃纤维5份、氧化硅纤维14份和玄武岩纤维 6份。
将实施例5-13制得的复合硅酸盐保温毡进行性能检测，并与市场上的石棉含量大于50％的常规硅酸盐保温毡进行对比，具体见表1。(按占材料表观体积的百分比来计算空气含量，空气含量＝材料密度/无机材料密度×100％，取无机材料密度为2700kg/m3)
表1本发明各实施例产品的性能参数
由上表可见，实施例5-13的硅酸盐保温毡都具备比对比样更低的导热系数，说明保温性能更好，压缩回弹率明显优于对比样，且密度与对比样相当甚至低与对比样，同时，本发明的保温毡不含石棉，较对比样更加安全可靠。其中，实施例9-13采用了氧化硅纤维和玄武岩纤维组合作为增韧纤维来提高纤维毡的韧性，氧化硅纤维能耐1400度的高温，耐高温性能优异，玄武岩纤维的柔韧性更好，二者组合后得到的纤维毡的导热系数和压缩回弹率均是最优的，特别是当在氧化硅纤维10-20份和玄武岩纤维5-10份的范围内时，产品综合性能最优。由于玻璃纤维具备成本较低耐高温性能好和成本低的优点，实施例12和13增加了玻璃纤维作为原料，对产品性能无影响。
本发明为了使空气能稳定地封闭在气泡中，在喷射和烘烤过程中气泡不会破裂，需要选择最优的起泡剂组合，根据表面活性剂和水溶性高分子配合的起泡和稳泡原理，表面活性剂选用具有两段分子结构的表面活性剂，如烷基磺酸钠、烷基乙醇胺、烷基胺和烷基聚醚；水溶性高分子选用能对气泡壁增韧的水溶性高分子，如纤维素醚、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、膨润土和粘土。
在相同实验条件下，本发明进行了起泡剂和稳泡剂的起泡筛选实验，将起泡剂和稳泡剂按1：2的比例配制并加水得到起泡水溶液，用喷头同时喷射压缩空气和起泡水溶液，产生泡沫，静止放置，观察均匀程度和体积收缩20％所需要的时间。具体的实验数据见表2和表3。
表2本发明起泡筛选实验的配方组合表
表3本发明起泡配方筛选实验的评估结果
由起泡配方筛选实验可见，组合4、5和9的配方均能得到气泡均匀的泡沫，且稳定时长达15个小时以上。本发明进一步对比了这三个配方的产品性能，采用硅酸铝纤维30份、氧化硅纤维14份和玄武岩纤维6份作为耐高温纤维，粘接剂为丙烯酸酯乳液0.1份、硅酸盐水泥0.6份、铝酸盐水泥0.2份和硅溶胶0.2份。采用相同工艺条件分别制备组合4、5和9的保温毡产品，再进行性能检测，并与市场上的石棉含量大于50％的常规硅酸盐保温毡进行对比，具体见表4。
表4不同起泡配方制得的产品性能参数
在三组产品的生产中发现，组合4和5的起泡配方生成的浆料中的气泡不如组合9细密，产品成型较组合9略差，导热系数高于组合9，但综合性能仍优于对比样的石棉保温毡。
本发明在浆料中加入粘接剂粘接，使纤维互相粘接支撑形成空间网状结构，采用有机高分子和无机胶凝剂配合使用，优势互补，形成的复合粘接剂性能好。有机高分子的粘接剂选择用丙烯酸酯乳液、EVA乳液、聚乙烯醇，无机胶凝剂选用硅溶胶、硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、水玻璃、硫酸铝。
耐高温纤维为硅酸铝纤维30份、氧化硅纤维10份和玄武岩纤维5份，起泡剂为烷基胺 0.2份、烷基聚醚0.3份、纤维素醚0.5份和聚丙烯酰胺0.2份。将上述有机高分子和无机胶凝剂粘接剂按1：5的比例配制，按照实施例2的生产工艺进行筛选实验，制得的产品与市场上的石棉含量大于50％的常规硅酸盐保温毡进行对比，具体的实验数据见表5和表6。
表5本发明粘接剂筛选实验的配方组合表
表6不同粘接剂制得产品的性能参数
由表6可见，不同粘接剂会给产品性能带来影响，组合1不含有机粘接剂，密度较对比样高，但压缩回弹率和导热系数仍明显优于对比样，组合2-6和组合8得到的产品综合性能均优于对比样，组合6的粘接剂采用丙烯酸酯乳液和硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硅溶胶，具备最优的综合性能。
如图1和2所示，本发明采用的喷头3设置有进液口8和进气口9，所述进液口8连接装有起泡水溶液的储液罐2，所述进气口9连接空气压缩机5，所述喷头3的喷嘴口位于搅拌罐1下方并连通底部的进气管4；所述喷头3内设置有进液腔32和进气腔31，所述喷头3的进液口8连通所述进液腔32，喷头3的进气口9连通所述进气腔31，所述喷嘴口由连通进液腔32的出液口34和连通进气腔31的出气口33组成。
喷头将压缩空气喷射通入搅拌罐，同时，喷头进液腔内的起泡溶液在压缩空气产生的负压作用下，和压缩空气一同被喷射进入到搅拌罐内，和搅拌罐内的耐高温纤维一起搅拌制备浆料，制得的浆料经烧烤后成型。
优选地，如图3所示，所述喷头3的喷嘴口覆盖有金属丝网10，使喷射出的泡沫细密，剪切力更强。
进一步优选地，所述金属丝网的孔径为800-1500目。保证泡沫的细密度。
进一步优选地，所述金属丝网设置有3-5层。进一步保证泡沫的细密度。
优选地，所述喷头的喷嘴口的口径为8-12mm。喷嘴口的口径过小，出泡速度慢，口径过大，喷出的气泡容易合并形成体积较大的泡孔，起泡质量不好。该口径范围能保证出泡快速且细小均匀。
进一步优选地，所述出气口占据整个喷嘴口的80-90％，达到足够的通气量比例，产生大量泡沫。
优选地，所述喷头与搅拌罐的底面夹角呈20-40度。出泡角度过小，容易碰到容器壁，导致气泡合并变大，角度过大，气泡会溢出液面，该角度范围能有助于泡沫能更快更稳定地存在于纤维中。
优选地，所述喷头距搅拌罐的底面50mm以内。超过50mm以上的距离会造成在进入搅拌罐前气泡合并变大。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，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。
Claims (7)
1.一种以废弃纤维为原料的硅酸盐保温毡的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
A、将50重量份的耐高温纤维按比例配好，用水润湿分散；
B、将1-3重量份的起泡剂按比例配置好，加入水配置成起泡水溶液；
C、将起泡水溶液与压缩空气由同一喷头喷射进入到润湿后的纤维中，加入2-5重量份的粘接剂，搅拌均匀，得到浆料；
D、把配置好的浆料装入模具中，烘干，得到成品；
按重量计，所述起泡剂的组成为：纤维素醚0.3-1份、聚丙烯酰胺0.1-0.5份、烷基胺0.4-1份和烷基聚醚0.1-0.3份；所述耐高温纤维由硅酸铝纤维20-40份、玻璃纤维0-10份和增韧纤维15-30份组成，所述增韧纤维是指在高速搅拌下保持纤维的长度大于30-60mm的耐高温纤维；所述增韧纤维选自氧化硅纤维、玄武岩纤维和碳纤维中的一种或者几种。
2.根据权利要求1所述以废弃纤维为原料的硅酸盐保温毡的生产工艺，其特征在于，所述粘接剂由质量比例1：1-10的有机高分子和无机粘接剂组成，所述有机高分子选自丙烯酸酯乳液、EVA乳液和聚乙烯醇中的一种或者几种；所述无机粘接剂选自硅溶胶、硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、水玻璃和硫酸铝中的一种或者几种。
3.根据权利要求1所述以废弃纤维为原料的硅酸盐保温毡的生产工艺，其特征在于，所述增韧纤维包括氧化硅纤维10-20份和玄武岩纤维5-10份。
4.根据权利要求1所述以废弃纤维为原料的硅酸盐保温毡的生产工艺，其特征在于，所述压缩空气的压力为0.1-0.6MPa。
5.根据权利要求1所述以废弃纤维为原料的硅酸盐保温毡的生产工艺，其特征在于，所述B步骤，起泡剂与加水量的质量比例为1：10-50。
6.根据权利要求1所述以废弃纤维为原料的硅酸盐保温毡的生产工艺，其特征在于：所述起泡水溶液与压缩空气通入量的体积比例为1：50-200。
7.根据权利要求1所述以废弃纤维为原料的硅酸盐保温毡的生产工艺，其特征在于：所述D步骤的烘烤温度为100-200℃。
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| CN202110619581.7A CN113149708B (zh) | 2021-06-03 | 2021-06-03 | 一种以废弃纤维为原料的硅酸盐保温毡生产工艺 |
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