CN113736026A - 一种改性牛角瓜纤维及其制备方法、改性牛角瓜纤维/es纤维热风非织造布、高吸湿口罩 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种改性牛角瓜纤维及其制备方法、改性牛角瓜纤维/ES纤维热风非织造布、高吸湿口罩，涉及口罩材料技术领域。本发明以海藻酸钠或丙烯酸钠以及丙烯酰胺为单体，与引发剂、交联剂混合配制待反应液，利用牛角瓜纤维表面及其空腔吸附待反应液，然后进行共聚合反应，可使反应得到的海藻酸钠‑丙烯酰胺树脂或丙烯酸钠‑丙烯酰胺树脂附着于牛角瓜纤维的表面及其空腔中，由于海藻酸钠‑丙烯酰胺树脂或丙烯酸钠‑丙烯酰胺树脂具有高吸湿性，因此制得的改性牛角瓜纤维具有高吸湿性，可有效吸附人体呼出的湿气。
Description
技术领域
本发明涉及口罩材料技术领域，具体涉及一种改性牛角瓜纤维及其制备方法、改性牛角瓜纤维/ES纤维热风非织造布、高吸湿口罩。
背景技术
目前，市面上使用较为广泛的一次性口罩为三层结构，由外向内依次为聚丙烯纺粘非织造布、聚丙烯熔喷非织造布和聚丙烯纺粘非织造布，由于聚丙烯纤维的公定回潮率为0，因此口罩内层的聚丙烯纺粘非织造布吸湿性极差，人们佩戴口罩过程中呼出的湿气会大量积蓄在口罩内部，佩戴舒适性较差。
牛角瓜纤维是近年来发现的一种天然植物纤维，牛角瓜纤维呈淡黄色，表面光滑，无转曲，呈圆柱形；横向截面为圆形或椭圆形的大中空管壁。牛角瓜纤维的回潮率较棉纤维高，吸湿性好，适合于制作吸湿面料。
但现阶段还未有将牛角瓜纤维应用于口罩的研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改性牛角瓜纤维及其制备方法、改性牛角瓜纤维/ES纤维热风非织造布、高吸湿口罩，本发明制备的改性牛角瓜纤维具有高吸湿性，可有效吸附人体呼出的湿气；以本发明制备的改性牛角瓜纤维为原料制备的口罩在保证口罩防护性的前提下，还具有高吸湿性，可有效吸收口罩佩戴者呼出的湿气，佩戴舒适性好。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种改性牛角瓜纤维的制备方法，包括以下步骤：
将钠盐溶液、丙烯酰胺溶液、引发剂和交联剂混合，得到待反应液；所述钠盐溶液包括海藻酸钠溶液或丙烯酸钠溶液；
将牛角瓜纤维浸泡于所述待反应液中，取出后进行共聚合反应，得到改性牛角瓜纤维。
优选地，所述引发剂包括过硫酸铵溶液、过硫酸钾溶液或过硫酸钠溶液；所述交联剂包括戊二醛溶液、N,N-亚甲基双丙烯酰胺溶液或丙烯酸羟乙酯溶液。
优选地，所述钠盐溶液的浓度为15～30wt％。
优选地，所述丙烯酰胺溶液的浓度为10～20wt％。
优选地，所述钠盐溶液中钠盐与所述丙烯酰胺溶液中丙烯酰胺的质量比为1:1～5。
优选地，所述共聚合反应的温度为90～110℃；所述共聚合反应的时间为5～10min。
本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的改性牛角瓜纤维，包括牛角瓜纤维基体以及分布在所述牛角瓜纤维基体的表面及空腔中的树脂；所述树脂包括海藻酸钠-丙烯酰胺树脂或丙烯酸钠-丙烯酰胺树脂。
本发明还提供了一种改性牛角瓜纤维/ES纤维热风非织造布，由上述技术方案所述改性牛角瓜纤维和ES纤维经热风非织造布生产工艺制备得到。
优选地，所述改性牛角瓜纤维在改性牛角瓜纤维/ES纤维热风非织造布中的质量分数为20～50％。
本发明还提供了一种高吸湿口罩，包括由外向内依次设置的第一纺粘非织造布、熔喷非织造布、第二纺粘非织造布、上述技术方案所述改性牛角瓜纤维/ES纤维热风非织造布和水刺非织造布。
本发明提供了一种改性牛角瓜纤维的制备方法，包括以下步骤：将钠盐溶液、丙烯酰胺溶液、引发剂和交联剂混合，得到待反应液；所述钠盐溶液包括海藻酸钠溶液或丙烯酸钠溶液；将牛角瓜纤维浸泡于所述待反应液中，取出后进行共聚合反应，得到改性牛角瓜纤维。本发明以海藻酸钠或丙烯酸钠以及丙烯酰胺为单体，与引发剂、交联剂混合配制待反应液，利用牛角瓜纤维表面及其空腔吸附待反应液，然后进行共聚合反应，可使反应得到的海藻酸钠-丙烯酰胺树脂或丙烯酸钠-丙烯酰胺树脂附着于牛角瓜纤维的表面及其空腔中，由于海藻酸钠-丙烯酰胺树脂或丙烯酸钠-丙烯酰胺树脂具有高吸湿性，因此制得的改性牛角瓜纤维具有高吸湿性，可有效吸附人体呼出的湿气。
本发明还提供了一种改性牛角瓜纤维/ES纤维热风非织造布，在本发明中，所述改性牛角瓜纤维/ES纤维热风非织造布结构蓬松，保证了空气的透过性，可避免让人产生憋闷的感觉，并且又能避免改性牛角瓜纤维在吸湿膨胀过程中出现受压导致吸湿膨胀程度下降、吸湿性降低的问题，兼顾了舒适性与吸湿性。
本发明还提供了一种高吸湿口罩，本发明提供的高吸湿口罩在保证口罩防护性的前提下，还具有高吸湿性，可有效吸收口罩佩戴者呼出的湿气，佩戴舒适性好。
具体实施方式
本发明提供了一种改性牛角瓜纤维的制备方法，包括以下步骤：
将钠盐溶液、丙烯酰胺溶液、引发剂和交联剂混合，得到待反应液；所述钠盐溶液包括海藻酸钠溶液或丙烯酸钠溶液；
将牛角瓜纤维浸泡于所述待反应液中，取出后进行共聚合反应，得到改性牛角瓜纤维。
在本发明中，若无特殊说明，所有的制备原料均为本领域技术人员熟知的市售商品。
本发明将钠盐溶液、丙烯酰胺溶液、引发剂和交联剂混合，得到待反应液。在本发明中，所述钠盐溶液包括海藻酸钠溶液或丙烯酸钠溶液。在本发明中，所述钠盐溶液的浓度优选为15～30wt％，更优选为20～25wt％。在本发明中，所述钠盐溶液的制备方法优选包括：在冰水浴中，将钠盐加入水中，搅拌，使钠盐完全溶解，得到钠盐溶液；所述钠盐优选包括海藻酸钠或丙烯酸钠；所述水优选为去离子水。在本发明中，所述冰水浴的温度优选为3～5℃。
在本发明中，所述丙烯酰胺溶液的浓度优选为10～20wt％，更优选为15～18wt％。在本发明中，所述丙烯酰胺溶液的制备方法优选包括：将丙烯酰胺加入水中，搅拌，使丙烯酰胺完全溶解，得到丙烯酰胺溶液。在本发明中，所述水优选为去离子水；所述搅拌优选在室温条件下进行。
在本发明中，所述钠盐溶液中钠盐与所述丙烯酰胺溶液中丙烯酰胺的质量比优选为1:1～5，更优选为1:3～4。本发明控制上述质量比既可避免因为聚合反应持续放热导致的聚合反应加速、难以控制的问题，又能保证聚合物具有较好的吸水性。
在本发明中，所述引发剂优选包括过硫酸铵溶液、过硫酸钾溶液或过硫酸钠溶液；所述引发剂的浓度优选为1～5wt％。在本发明中，所述引发剂的制备方法优选包括：将过硫酸铵、过硫酸钾和过硫酸钠中的一种加入水中，搅拌，使过硫酸铵、过硫酸钾或过硫酸钠完全溶解，得到过硫酸铵溶液、过硫酸钾溶液或过硫酸钠溶液。在本发明中，所述水优选为去离子水；所述搅拌优选在室温条件下进行。
在本发明中，所述交联剂优选包括戊二醛溶液、N,N-亚甲基双丙烯酰胺溶液或丙烯酸羟乙酯溶液；所述交联剂的浓度优选为10～20wt％。在本发明中，所述交联剂的制备方法优选包括：将戊二醛、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和丙烯酸羟乙酯中的一种加入水中，搅拌，得到戊二醛溶液、N,N-亚甲基双丙烯酰胺溶液或丙烯酸羟乙酯溶液。在本发明中，所述水优选为去离子水；所述搅拌优选在室温条件下进行。
在本发明中，所述钠盐溶液、丙烯酰胺溶液、引发剂和交联剂的质量比优选为50～100：50～100：1～10：5～15，更优选为50～100：50～100：2～8：5～10。
在本发明中，所述钠盐溶液、丙烯酰胺溶液、引发剂和交联剂混合优选在冰水浴中进行。在本发明中，所述冰水浴的温度优选为3～5℃。
得到待反应液后，本发明将牛角瓜纤维浸泡于所述待反应液中，取出后进行共聚合反应，得到改性牛角瓜纤维。在本发明中，所述牛角瓜纤维与所述待反应液的质量比优选为1～2：10。在本发明中，所述浸泡优选在室温搅拌条件下进行，所述室温优选为20～26℃；所述浸泡的时间优选为30～60min，更优选为45～50min。
本发明优选在所述浸泡后，捞出牛角瓜纤维，放入网袋中沥干多余待反应液，当不再有待反应液滴下后，将湿态牛角瓜纤维分散、铺展在聚四氟乙烯板上，然后整体放入烘箱中进行共聚合反应。
在本发明中，所述共聚合反应的温度优选为90～110℃；所述共聚合反应的时间优选为5～10min，更优选为8min。在本发明中，海藻酸钠或丙烯酸钠单体以及丙烯酰胺单体在引发剂和交联剂的作用下，进行共聚合反应，反应得到的海藻酸钠-丙烯酰胺树脂或丙烯酸钠-丙烯酰胺树脂附着于牛角瓜纤维的表面及其空腔中，由于海藻酸钠-丙烯酰胺树脂或丙烯酸钠-丙烯酰胺树脂具有高吸湿性，因此制得的改性牛角瓜纤维具有高吸湿性，可有效吸附人体呼出的湿气。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的改性牛角瓜纤维，包括牛角瓜纤维基体以及分布在所述牛角瓜纤维基体的表面及空腔中的树脂；所述树脂包括海藻酸钠-丙烯酰胺树脂或丙烯酸钠-丙烯酰胺树脂。在本发明中，所述树脂在改性牛角瓜纤维中的质量含量优选为10～30％，更优选为25％。
本发明还提供了一种改性牛角瓜纤维/ES纤维热风非织造布，由上述技术方案所述改性牛角瓜纤维和ES纤维经热风非织造布生产工艺制备得到。在本发明中，所述改性牛角瓜纤维在改性牛角瓜纤维/ES纤维热风非织造布中的质量分数优选为20～50％，更优选为30～40％。本发明对所述热风非织造布生产工艺没有特殊要求，采用本领域常规的热风非织造布生产工艺即可。在本发明中，所述改性牛角瓜纤维/ES纤维热风非织造布的克重优选为20～25g/m2。
本发明还提供了一种高吸湿口罩，包括由外向内依次设置的第一纺粘非织造布、熔喷非织造布、第二纺粘非织造布、上述技术方案所述改性牛角瓜纤维/ES纤维热风非织造布和水刺非织造布。在本发明中，所述第一纺粘非织造布和所述第二纺粘非织造布优选为聚丙烯纺粘非织造布；所述第一纺粘非织造布和所述第二纺粘非织造布的克重独立地为15～20g/m2。在本发明中，所述熔喷非织造布优选为聚丙烯熔喷非织造布；所述熔喷非织造布的克重优选为20～30g/m2。在本发明中，所述水刺非织造布优选为纯石墨烯粘胶纤维水刺非织造布；所述水刺非织造布的克重优选为25～30g/m2。在本发明中，所述纯石墨烯粘胶纤维水刺非织造布优选由石墨烯粘胶纤维经水刺工艺制备得到。
本发明优选使用全自动口罩机生产高吸湿口罩。
作为本发明的优选，所述第一纺粘非织造布和所述第二纺粘非织造布为聚丙烯纺粘非织造布，具有拒水性，避免了改性牛角瓜纤维/ES纤维热风非织造布润湿后，水分进入熔喷非织造布造成其过滤效率下降的问题。水刺非织造布为纯石墨烯粘胶纤维水刺非织造布，克重较小，因此其轻薄、柔软，降低了人体的不适感；石墨烯粘胶纤维的基体为粘胶纤维，粘胶纤维的公定回潮率为13％，吸湿性好；石墨烯不但可以通过对细菌细胞膜的插入进行切割，还可以通过对细胞膜上的磷脂分子的大规模直接抽取来破坏细胞膜，从而杀死细菌。因此，本发明提供的高吸湿口罩具有柔软、吸湿、抗菌的优点，提升了佩戴舒适性与卫生性。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明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。
实施例1
冰水浴中，将海藻酸钠加入去离子水中，搅拌，使海藻酸钠完全溶解，得到海藻酸钠溶液；
室温下，将丙烯酰胺加入去离子水中，搅拌，使丙烯酰胺完全溶解，得到丙烯酰胺溶液；
室温下，将过硫酸铵加入去离子水中，搅拌，使过硫酸铵完全溶解，得到过硫酸铵溶液；
室温下，将N,N-亚甲基双丙烯酰胺加入纯净水中，搅拌，得到N,N-亚甲基双丙烯酰胺溶液；
冰水浴中，将所述海藻酸钠溶液、丙烯酰胺溶液、过硫酸铵溶液和N,N-亚甲基双丙烯酰胺溶液混合均匀，得到待反应液；
在所述待反应液中加入牛角瓜纤维，搅拌30min后，捞出牛角瓜纤维，放入网袋中沥干多余待反应液，当不再有待反应液滴下后，将湿态牛角瓜纤维分散、铺展在聚四氟乙烯板上，然后整体放入90℃的烘箱中进行共聚合反应5min，得到改性牛角瓜纤维。
将所述改性牛角瓜纤维与ES纤维混合，采用常规热风非织造布生产工艺，制得改性牛角瓜纤维/ES纤维热风非织造布。
使用全自动口罩机生产高吸湿口罩，高吸湿口罩由外向内依次为第一纺粘非织造布、熔喷非织造布、第二纺粘非织造布、所述改性牛角瓜纤维/ES纤维热风非织造布和水刺非织造布。
上述步骤中，海藻酸钠溶液的浓度为15wt％；丙烯酰胺溶液的浓度为10wt％；过硫酸铵溶液的浓度为1wt％；N,N-亚甲基双丙烯酰胺溶液的浓度为10wt％；海藻酸钠溶液、丙烯酰胺溶液、过硫酸铵溶液、N,N-亚甲基双丙烯酰胺溶液的质量比为50：50：1：5；牛角瓜纤维与待反应液的质量比为1：10。
上述步骤中，改性牛角瓜纤维/ES纤维热风非织造布的克重为20g/m2，其中改性牛角瓜纤维的质量分数为20％。
上述步骤中，第一纺粘非织造布和第二纺粘非织造布均为聚丙烯纺粘非织造布，克重均为15g/m2；熔喷非织造布为聚丙烯熔喷非织造布，克重为20g/m2；水刺非织造布为纯石墨烯粘胶纤维水刺非织造布，克重为25g/m2。
实施例2
冰水浴中，将丙烯酸钠加入去离子水中，搅拌，使丙烯酸钠完全溶解，得到丙烯酸钠溶液；
室温下，将丙烯酰胺加入去离子水中，搅拌，使丙烯酰胺完全溶解，得到丙烯酰胺溶液；
室温下，将过硫酸钾加入去离子水中，搅拌，使过硫酸钾完全溶解，得到过硫酸钾溶液；
室温下，将戊二醛加入纯净水中，搅拌，得到戊二醛溶液；
冰水浴中，将所述丙烯酸钠溶液、丙烯酰胺溶液、过硫酸钾溶液和戊二醛溶液混合均匀，得到待反应液；
在所述待反应液中加入牛角瓜纤维，搅拌45min后，捞出牛角瓜纤维，放入网袋中沥干多余待反应液，当不再有待反应液滴下后，将湿态牛角瓜纤维分散、铺展在聚四氟乙烯板上，然后整体放入110℃的烘箱中进行共聚合反应8min，得到改性牛角瓜纤维。
将所述改性牛角瓜纤维与ES纤维混合，采用常规热风非织造布生产工艺，制得改性牛角瓜纤维/ES纤维热风非织造布。
使用全自动口罩机生产高吸湿口罩，高吸湿口罩由外向内依次为第一纺粘非织造布、熔喷非织造布、第二纺粘非织造布、所述改性牛角瓜纤维/ES纤维热风非织造布和水刺非织造布。
上述步骤中，丙烯酸钠溶液的浓度为30wt％；丙烯酰胺溶液的浓度为20wt％；过硫酸钾溶液的浓度为5wt％；戊二醛溶液的浓度为20wt％；丙烯酸钠溶液、丙烯酰胺溶液、过硫酸钾溶液、戊二醛溶液的质量比为100：50：2：10；牛角瓜纤维与待反应液的质量比为2：10。
上述步骤中，改性牛角瓜纤维/ES纤维热风非织造布的克重为25g/m2，其中改性牛角瓜纤维的质量分数为30％。
上述步骤中，第一纺粘非织造布和第二纺粘非织造布均为聚丙烯纺粘非织造布，克重均为15g/m2；熔喷非织造布为聚丙烯熔喷非织造布，克重为20g/m2；水刺非织造布为纯石墨烯粘胶纤维水刺非织造布，克重为25g/m2。
实施例3
冰水浴中，将丙烯酸钠加入去离子水中，搅拌，使丙烯酸钠完全溶解，得到丙烯酸钠溶液；
室温下，将丙烯酰胺加入去离子水中，搅拌，使丙烯酰胺完全溶解，得到丙烯酰胺溶液；
室温下，将过硫酸钾加入去离子水中，搅拌，使过硫酸钾完全溶解，得到过硫酸钾溶液；
室温下，将戊二醛加入纯净水中，搅拌，得到戊二醛溶液；
冰水浴中，将所述丙烯酸钠溶液、丙烯酰胺溶液、过硫酸钾溶液和戊二醛溶液混合均匀，得到待反应液；
在所述待反应液中加入牛角瓜纤维，搅拌45min后，捞出牛角瓜纤维，放入网袋中沥干多余待反应液，当不再有待反应液滴下后，将湿态牛角瓜纤维分散、铺展在聚四氟乙烯板上，然后整体放入110℃的烘箱中进行共聚合反应8min，得到改性牛角瓜纤维。
将所述改性牛角瓜纤维与ES纤维混合，采用常规热风非织造布生产工艺，制得改性牛角瓜纤维/ES纤维热风非织造布。
使用全自动口罩机生产高吸湿口罩，高吸湿口罩由外向内依次为第一纺粘非织造布、熔喷非织造布、第二纺粘非织造布、所述改性牛角瓜纤维/ES纤维热风非织造布和水刺非织造布。
上述步骤中，丙烯酸钠溶液的浓度为15wt％；丙烯酰胺溶液的浓度为10wt％；过硫酸钾溶液的浓度为1wt％；戊二醛溶液的浓度为10wt％；丙烯酸钠溶液、丙烯酰胺溶液、过硫酸钾溶液、戊二醛溶液的质量比为50：50：1：5；牛角瓜纤维与待反应液的质量比为1：10。
上述步骤中，改性牛角瓜纤维/ES纤维热风非织造布的克重为20g/m2，其中改性牛角瓜纤维的质量分数为20％。
上述步骤中，第一纺粘非织造布和第二纺粘非织造布均为聚丙烯纺粘非织造布，克重均为15g/m2；熔喷非织造布为聚丙烯熔喷非织造布，克重为20g/m2；水刺非织造布为纯石墨烯粘胶纤维水刺非织造布，克重为25g/m2。
对比例1
市售常规一次性口罩，其为三层结构，由外向内依次为聚丙烯纺粘非织造布、聚丙烯熔喷非织造布和聚丙烯纺粘非织造布。
对比例2
以未改性牛角瓜纤维的对比例2。
测试例
按照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》测试实施例1～3中改性牛角瓜纤维、改性牛角瓜纤维/ES纤维热风非织造布、对比例1中内层聚丙烯纺粘非织造布和对比例2未改性牛角瓜纤维的吸水率。由于实施例1～3中水刺非织造布的规格相同，因此只测试实施例1中水刺非织造布的吸水率。测试结果见表1。
表1吸水率测试结果
由表1可知，实施例1～3中改性牛角瓜纤维/ES纤维热风非织造布及实施例1中纯石墨烯粘胶纤维水刺非织造布的吸水率，显著高于对比例1中内层聚丙烯纺粘非织造布的吸水率，说明本发明吸湿效果好，可明显改善口罩的佩戴舒适性。本发明的制备方法简单、实用性强。
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。
Claims (10)
1.一种改性牛角瓜纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将钠盐溶液、丙烯酰胺溶液、引发剂和交联剂混合，得到待反应液；所述钠盐溶液包括海藻酸钠溶液或丙烯酸钠溶液；
将牛角瓜纤维浸泡于所述待反应液中，取出后进行共聚合反应，得到改性牛角瓜纤维。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述引发剂包括过硫酸铵溶液、过硫酸钾溶液或过硫酸钠溶液；所述交联剂包括戊二醛溶液、N,N-亚甲基双丙烯酰胺溶液或丙烯酸羟乙酯溶液。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钠盐溶液的浓度为15～30wt％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述丙烯酰胺溶液的浓度为10～20wt％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钠盐溶液中钠盐与所述丙烯酰胺溶液中丙烯酰胺的质量比为1:1～5。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述共聚合反应的温度为90～110℃；所述共聚合反应的时间为5～10min。
7.权利要求1～6任一项所述制备方法制备得到的改性牛角瓜纤维，包括牛角瓜纤维基体以及分布在所述牛角瓜纤维基体的表面及空腔中的树脂；所述树脂包括海藻酸钠-丙烯酰胺树脂或丙烯酸钠-丙烯酰胺树脂。
8.一种改性牛角瓜纤维/ES纤维热风非织造布，由权利要求7所述改性牛角瓜纤维和ES纤维经热风非织造布生产工艺制备得到。
9.根据权利要求8所述的改性牛角瓜纤维/ES纤维热风非织造布，其特征在于，所述改性牛角瓜纤维在改性牛角瓜纤维/ES纤维热风非织造布中的质量分数为20～50％。
10.一种高吸湿口罩，其特征在于，包括由外向内依次设置的第一纺粘非织造布、熔喷非织造布、第二纺粘非织造布、权利要求8～9任一项所述改性牛角瓜纤维/ES纤维热风非织造布和水刺非织造布。
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Denomination of invention: A modified cowpea fiber and its preparation method, modified cowpea fiber/ES fiber hot air nonwoven fabric, high moisture absorbing mask Granted publication date: 20240112 Pledgee: Shandong Mengyin Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: Shandong Shenghe Textile Co.,Ltd. Registration number: Y2024980003468 |
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