CN114605881A - 一种用于标线表面处理的涂料组合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于反光型标线表面处理的涂料组合物,其按质量份计,包含:粘结物质15‑50份;疏水剂0.5‑40份;助剂1‑8份;助溶剂10‑35份;水10‑45份;其中,所述的粘结物质包括聚合物树脂以及无机粘结物质,所述聚合物树脂与无机粘结物质的固体分的质量比为1:2~1:15。本发明还提供一种涂覆有上述的涂料组合物的反光型道路标线。该道路标线具有全天候干/湿态高逆反射系数和高近红外线回反射性能,特别适用于雨天以及雨夜的特殊天气场景下对路面标线的机器视觉识别和激光雷达识别技术。此外,涂覆有该涂料组合物的道路标线表面同时具有易清洁和耐污水性能。
Description
技术领域
本发明涉及用于智慧道路标线的涂料组合物以及自动驾驶汽车和车路协同传感器可感知识别的涂料的技术领域。
具体地说,本发明涉及一种能够提高反光型道路标线在降雨条件下的逆反射亮度系数和近红外线返回反射性能的涂覆于标线表面的涂料组合物及其制备方法。同时,该涂料组合物还可以提高道路标线的易清洁和耐污水的性能。
本发明还涉及上述涂料组合物的使用方法及所得到的全天候反光型道路标线。
背景技术
2019年我国公路网总里程超500万公里,高速公路接近于15万公里。另一方面,民用汽车数量也已超越2.5亿辆。中国已然成为了公路大国外加汽车大国,也正因如此道路基础设施和交通安全的问题日渐凸显,促使国家在相关政策和法规上更加重视。道路标线作为重要的交通指示安全设施,在保障安全驾驶和高效出行上起到非常重要的作用。
交通部对于用于道路标线的涂料的质量和各项性能要求作出了严格要求。
根据国家标准“道路标线质量要求及检测方法GB/T16311-2009”规定,在正常使用期间,反光白色标线的逆反射亮度系数应满足夜间视认要求(≥80mcd/lx/m2);新划标线(白色)的初始逆反射亮度系数应≥150mcd/lx/m2。雨夜标线应具备湿润状态下仍具有良好的视认效果(≥80mcd/lx/m2)。
我国的南方十分多雨,很多地区每年的梅雨季节可以持续数月,路面潮湿和积水的现象非常普遍,而道路标线在雨夜场景下的反光能力会直接影响驾驶安全。用于雨夜的反光标线是为了解决普通标线在被水润湿或者覆盖的情况下逆反射亮度系数急剧下降的问题而开发的标线产品。
在现有技术中,这类产品主要是由两种技术方案实现的:一种是在普通标线的设计中引入凸起部分,以保证部分标线不被水淹没,从而在雨天仍然可以反光。另一种则主要是基于3M公司研制出的雨夜反光体(陶瓷微珠)技术,并通过增大粒径使反光体露出水面,以达到保持逆反射亮度系数的效果。对于前者而言,在高温天气等特殊条件下,如遇到车辆高速行驶通过凸起部分,则存在着发生爆胎的风险。对于后者,其在亮度和视认效果方面的表现很好,但是成本居高不下;另外车辆轮胎的冲击和摩擦对于大体积的反光体有较大损耗,会使标线的亮度随时间在短期内产生明显的下降。
此外,迅猛发展的人工智能和5G通信技术使得自动驾驶汽车有望成为未来的新型出行工具运输方式。自动驾驶汽车使用多种传感器对环境信息进行感知,再通过识别系统分析计算后,将结果传达给决策系统,进而控制汽车的行驶过程。根据自动化程度,自动驾驶汽车可分为五级,其中L1-L3级又称为辅助自动驾驶(ADAS)系统,L4和L5级为完全自动驾驶。激光雷达传感器进入自动驾驶汽车传感器领域的时间相比摄像机、超声波雷达和毫米波雷达来说是最晚的一个,但是在L3级及以上的自动驾驶汽车中,多为采用激光雷达的多传感器数据融合方案。激光雷达的识别原理类似雷达,是通过激光器发出特定波长的激光,在环境物体表面反射后回到接收器,然后计算时间测得算物体的距离等信息,并形成点云图的一种感知设备。由于激光雷达所使用的激光为近红外线,因此提高道路标线对近红外线的反射性能可以帮助激光雷达更好地识别道路标线。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够克服现有技术中缺陷的用于标线表面处理的涂料组合物及其制备方法。
本发明的另一个目的在于提供一种上述的用于标线表面处理的涂料组合物的使用方法及所得到的道路反光标线。
根据本发明的第一个方面,其中提供了一种用于标线表面处理的涂料组合物。进一步地,所述的涂料组合物按质量份计包含:
其中,所述的粘结物质包括聚合物树脂以及无机粘结物质,所述聚合物树脂与无机粘结物质的固体分的质量比为1:2~1:15。
在本发明中,所述粘结物质的主要作用是提供基本的涂料保护功能,并且充分粘合各种具有功能性的组分。粘结物质的硬度、耐候性、耐磨、耐水性等会直接影响被涂覆标线的耐磨、耐候、干态(和湿态)逆反射亮度系数等性能。
进一步地,所述聚合物树脂选自阴离子表面活性剂稳定的苯丙乳液聚合物或纯丙烯酸酯乳液聚合物中的一种或几种的组合。所述聚合物乳液聚合物的粒子形态为常规型、自交联型或具有核壳结构的聚合乳液。
进一步地,所述无机粘结物质选自碱金属硅酸盐、硅溶胶或两者的组合。优选地,所述碱金属硅酸盐为硅酸钾,所述硅溶胶为经过有机改性的硅溶胶。。
更进一步地,在所述的涂料组合物中,本发明所述的粘结物质选聚合物树脂乳液和无机粘结物质的质量比为1:3~1:15。
其中,聚合物树脂乳液能够增加涂层的柔韧性,无机粘结物质硅酸盐以及硅溶胶能够使经过处理后的标线表面具有更好的耐久性,同时保证标线优异的逆反射性能。
进一步地,在所述涂料组合物中,所述粘结物质的含量为15-25%。
进一步地,所述的疏水剂选自氟硅烷、聚硅氮烷、石蜡乳液、有机硅氧烷聚合物、聚四氟乙烯PTFE蜡粉、聚乙烯PE蜡粉、硅烷偶联剂、聚丙烯PP蜡粉分散体中的一种或几种的组合物。
优选地,所述的疏水剂选自氟硅烷,其在涂料组合物中按质量份计0.5-5份。氟硅烷具有优异的耐候性和稳定性,能够使得处理后的反光标线表面具有很好的疏水性能。
进一步地,所述助溶剂选自乙醇和/或异丙醇。优选地,所述助溶剂为25-35份乙醇。乙醇可以促进干燥速度兼具低温抗冻功能。
进一步地,所述助剂包含稳定剂、消泡剂、成膜助剂、流变助剂中的一种或几种。其中,稳定剂可以提高涂料的储存稳定性;消泡剂可以避免涂料中气泡的形成;成膜助剂可以促进乳胶中的高分子化合物的塑性流动以及弹性变形,并且改善聚结性能;流变助剂可以提高粘度和施工性能。
优选地,按质量份计,所述助剂中包含:
所述稳定剂示例性地选自CS2等;所述消泡剂示例性地可为BYK024等;所述成膜助剂示例性地选自Texanol等;所述流变助剂示例性地选自ACRYSOLTMRM-12W、ACRYSOLTMRM-8W等。
根据本发明的第二个方面,其中提供了上述的用于标线表面处理的涂料组合物的制备方法。所述的制备方法包括以下的步骤:
(1)依次将粘结物质、稳定剂、消泡剂、疏水剂以及助溶剂加入至反应容器中,并搅拌分散均匀;其中搅拌的转速为800-1000rpm;
(2)将流变助剂和水的混合物加入上述步骤(1)中所得的混合液中,继续高速分散均匀,即得到所述的涂料组合物。
优选地,所述的制备方法还包括在步骤(2)之前,将成膜助剂加入至上述步骤(1)所得的混合液中,并提高转速的步骤。
根据本发明的第三个方面,其中提供了一种上述用于标线表面处理的涂料组合物的使用方法,其包括:
在表干或实干的反光型道路标线上涂覆一层干膜厚度为5μm-20μm的上述的涂料组合物,使之充分干燥并形成涂层。
根据本发明的第四个方面,其中提供了一种道路标线,其涂覆有如上所述的涂料组合物。其中涂层的干膜厚度为5μm-20μm。
所述道路标线具有全天候干/湿态高逆反射系数和高近红外线回反射性能,所述逆反射系数的范围为400-1200mcd/lx/m2,所述近红外线光谱范围为波长在0.8~17μm(NIR波长范围)。进一步地,所述道路标线在湿态的逆反射系数比干态逆反射系数高约100-300mcd/lx/m2,湿态的近红外回反射率比干态高约10-40%。
此外,所述道路标线具有良好的易清洁和耐污水的性能。
除非另外定义,否则本文中所用的全部技术与科学术语均具有如本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
本发明的主要优点在于:
在普通反光型道路标线表面喷涂涂覆一层极薄的如上所述的表面处理涂料,能够有效地降低反光标线的表面反光体被水润湿或者被水膜覆盖的趋势,使得反光体和空气界面处的折光指数保持在较高的水平。
同时,经过处理后,还能够令雨水在标线表面呈现水珠状,从而使得标线的逆反射性能和近红外线的反射性能在潮湿和降雨条件下高于干燥状态,故较之于未经处理的标线,其亮度不降反升。
此外,该涂料组合物中的粘结物质具有良好的硬度、耐磨性、耐候性和稳定性,能对原有标线的表面以及表面的反光体起到很好的保护作用,使得反光标线的反射性能更稳定更持久,从而保障司机或者自动驾驶汽车的传感器可以在诸如雨夜等这种特殊环境下仍然能够很好地辨识出经过处理的标线。
综上,本发明提供的用于标线表面处理涂料能够明显地提高反光型道路标线在潮湿和降雨环境下的逆反射亮度以及近红外线反射性能,并且本发明所述的涂料组合物具有安全、操作简单、低毒环保和干燥快速等施工性能。
经过本发明处理得到的反光道路标线能在雨夜等特殊天气场景下更容易地被司机或者自动驾驶汽车的识别系统发现和视认,同时其所具有的良好的耐磨、耐候、耐雨水、耐酸碱等特性可以保持标线的视认功能能够被长久稳定地保持,从而提高道路安全保障功能。
附图说明
图1显示了经过本发明的涂料组合物处理过的道路标线;
图2显示了经过本发明的涂料组合物处理过的道路标线的表面改性效果;
图3显示了经过本发明的涂料组合物处理过的道路标线的耐污水性能。
具体实施方式
以下结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法,通常按照常规条件,或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明,否则百分比和份数是重量百分比和重量份数。以下实施例中所用的实验材料和试剂如无特别说明均可从市售渠道获得。
实施例1:用于标线表面处理的涂料组合物1以及反光型道路标线1
一种用于标线表面处理的涂料组合物,按质量份计,所述涂料组合物包含:
纯丙烯酸酯乳液聚合物乳液(固含量50%)10份;
硅酸钾溶液(固含量约30%)20份;
纳米二氧化硅水分散体(固含量约30%)20份;
BYK024消泡剂0.2份;
Texanol成膜助剂0.1份;
工业乙醇30份;
流变助剂ACRYSOLTMRM-12W 0.1份(去离子水2份混合均匀);以及
去离子水8份。
其制备方法如下所述:
(1)依次将上述质量份数的聚合物乳液、硅酸钾溶液、纳米二氧化硅分散体、消泡剂、稳定剂、疏水剂、乙醇加至反应容器中,搅拌分散均匀;其中搅拌的转速为800-1000rpm;
(2)将上述质量份数的成膜助剂加入至上述步骤(1)所得的混合液中,适当提高转速至分散均匀;
(3)将上述质量份数的流变助剂与去离子水混合后加入上述步骤(2)中所得的混合液中,再加入上述质量份数的去离子水,继续分散均匀,即得所述的用于标线表面处理的涂料组合物1。
将所得的用于标线表面处理的涂料组合物1以喷涂的方式涂覆于干燥的水性反光标线漆表面(具体方法请参考如下所述的对比例1的步骤4以及步骤5),其中涂层干膜厚度为5μm,待溶剂挥发涂层充分干燥后,即得到所述的经过表面处理的反光型道路标线1。
其中,纯丙烯酸酯乳液聚合物的玻璃化温度是38℃;纯丙烯酸酯乳液聚合物乳液和无机粘结物质的固体分质量比为1:2.4;粘结物质在涂料组合物中的含量为20.2%。
实施例2:用于标线表面处理的涂料组合物2以及反光型道路标线2
一种用于标线表面处理的涂料组合物,按质量份计,所述涂料组合物包含:
纯丙烯酸酯乳液聚合物乳液(固含量50%)2份;
硅酸钾(固含量约30%)36份;
纳米二氧化硅水分散体(固含量约30%)12份;
BYK024消泡剂0.2份;
工业乙醇20份;
流变助剂ACRYSOLTMRM-12W 0.1份(去离子水2份混合均匀);以及
去离子水20份。
其制备方法如下所述:
(1)依次将上述质量份数的聚合物乳液、硅酸钾溶液、纳米二氧化硅分散体、消泡剂、稳定剂、疏水剂、乙醇加至反应容器中,搅拌分散均匀;其中搅拌的转速为800-1000rpm;
(2)将上述质量份数的流变助剂与去离子水混合后加入上述步骤(2)中所得的混合液中,再加入上述质量份数的去离子水,继续分散均匀,即得所述的用于标线表面处理的涂料组合物2。
将所得的用于标线表面处理的涂料组合物2以喷涂的方式涂覆于干燥的水性反光标线漆表面(具体方法请参考如下所述的对比例1的步骤4以及步骤5),其中涂层干膜厚度为5μm,待溶剂挥发涂层充分干燥后,即得到所述的经过表面处理的反光型道路标线2。
其中,纯丙烯酸酯乳液聚合物的玻璃化温度是30℃;纯丙烯酸酯乳液聚合物乳液和无机粘结物质的固体分质量比为1:14.4;粘结物质在涂料组合物中的含量为18.4%。
实施例3:用于标线表面处理的涂料组合物3以及反光型道路标线3
一种用于标线表面处理的涂料组合物,按质量份计,所述涂料组合物包含:
纯丙烯酸酯乳液聚合物乳液(固含量50%)2份;
硅酸钾(固含量约30%)25份;
纳米二氧化硅水分散体(固含量约30%)20份;
BYK024消泡剂0.2份;
氟硅烷改性疏水剂4份;
Texanol成膜助剂0.1份;
工业乙醇25份;
流变助剂ACRYSOLTMRM-12W 0.1份(去离子水2份混合均匀);以及
去离子水16份。
(1)依次将上述质量份数的聚合物乳液、硅酸钾溶液、纳米二氧化硅分散体、消泡剂、稳定剂、疏水剂、乙醇加至反应容器中,搅拌分散均匀;其中搅拌的转速为800-1000rpm;
(2)将上述质量份数的成膜助剂加入至上述步骤(1)所得的混合液中,适当提高转速至分散均匀;
(3)将上述质量份数的流变助剂与去离子水混合后加入上述步骤(2)中所得的混合液中,再加入上述质量份数的去离子水,继续分散均匀,即得所述的用于标线表面处理的涂料组合物3。
将所得的用于标线表面处理的涂料组合物3以喷涂的方式涂覆于干燥的水性反光标线漆表面(具体方法请参考如下所述的对比例1的步骤4以及步骤5),其中涂层干膜厚度为5μm,待溶剂挥发涂层充分干燥后,即得到所述的经过表面处理的反光型道路标线3
其中,纯丙烯酸酯乳液聚合物的玻璃化温度是45℃;纯丙烯酸酯乳液聚合物乳液和无机粘结物质的固体分质量比为1:13.5;粘结物质在涂料组合物中的含量为16.4%。
对比例1:未涂覆本发明的用于标线表面处理的涂料组合物的反光型道路标线
以下对比例中所述的是现有技术中的水性反光型标线涂料组合物,以及通过该涂料组合物处理的反光型道路标线。
所述现有技术中的水性反光型标线涂料组合物,其包含A组分和B组分:
其中,A组分按质量份计,包括如下组分:纯丙烯酸酯乳液(固含量47%)36份,氨水0.3份,颜料分散剂TAMOLTM901 0.5份,润湿剂ECOSURFTMBD1090.3份,消泡剂BYK024 0.4份,1000目的钛白粉10份,重钙37份,成膜助剂Texanol2份,工业乙醇2份,流变助剂ACRYSOLTMRM-12W 0.3份,去离子水2份;
B组分为30目实心玻璃珠,撒播面积为400g/m2。
上述的水性反光型标线涂料通过以下的方法制备:
(1)依次将纯丙烯酸酯乳液、1/2总量的氨水、颜料分散剂、润湿剂、1/2总量的消泡剂、加入至反应容器中,搅拌分散均匀;
(2)将钛白粉以及重钙依次加入到上述步骤(1)中制备的混合液中,高速分散均匀;也可以用钛白粉以及重钙研磨而成的浆料加入至(1)中制备的混合液中搅拌分散;
(3)将成膜助剂、剩余的1/2的消泡剂、乙醇和水混合后加入到步骤(2)制备的混合浆液中高速分散,最后再加入流变助剂和水的混合物、剩余的1/2总量的氨水中低速分散均匀,即得到A组分;
(4)撒播30目的实心玻璃珠面积,撒播面积为400g/m2。
(5)将步骤(3)中制备的A组分以喷涂的方式施加于基材马口铁板上,在A组分未充分干燥之前,以喷涂方式将步骤(4)中制备的B组分播撒于A组分涂层上,并且使得其部分地嵌入其中,干燥后,即得到所述的反光型标线。未涂覆本发明所述的标线表面处理涂料组合物的标线作为对比例标线1。
对比例2:作为对比的涂料组合物以及其反光道路标线。
以下的对比例中所述的聚合物树脂的含量与无机粘结物质的比例高于本发明的涂料组合物中所述的,因此其作为对比例2。
一种用于标线表面处理的涂料组合物,按质量份计,所述涂料组合物包含:
纯丙烯酸酯乳液聚合物乳液(固含量50%)40份;
硅酸钾溶液(固含量约30%)5份;
纳米二氧化硅水分散体(固含量约30%)5份;
BYK024消泡剂0.2份;
Texanol成膜助剂0.3份;
工业乙醇10份;
流变助剂ACRYSOLTMRM-12W 0.1份(去离子水2份混合均匀);以及
去离子水43份。
其制备方法如下所述:
(1)依次将上述质量份数的聚合物乳液、硅酸钾溶液、纳米二氧化硅分散体、消泡剂、稳定剂、疏水剂、乙醇加至反应容器中,搅拌分散均匀;其中搅拌的转速为800-1000rpm;
(2)将上述质量份数的成膜助剂加入至上述步骤(1)所得的混合液中,适当提高转速至分散均匀;
(3)将上述质量份数的流变助剂与去离子水混合后加入上述步骤(2)中所得的混合液中,再加入上述质量份数的去离子水,继续分散均匀,即得作为对比的用于标线表面处理的涂料组合物。
将上述所得的用于标线表面处理的涂料组合物以喷涂的方式涂覆于干燥的水性反光标线漆表面,其中涂层厚度为5μm,待溶剂挥发涂层充分干燥后,即得到作为对比的经过表面处理的反光型道路标线2。
其中,纯丙烯酸酯乳液聚合物的玻璃化温度是38℃;纯丙烯酸酯乳液聚合物乳液和无机粘结物质的固体分质量比为6.7:1;粘结物质在涂料组合物中的含量为20%。
以下,实施例1-3以及对比例1-2所得的标线进行测试。其中,测试标准为:
耐磨性:GB/T 1768漆膜耐磨性测定法;
耐碱性:GB/T 9265建筑涂料涂层耐碱性的测定;
逆反射系数:根据GB/T 16311-2005,通过标线逆反射测试仪测定。
实施例1-3以及对比例1-2所得的标线的耐磨性、耐碱性以及逆反射性能读数如下表1所示。
表1各实施例及对比例得到的标线的性能
近红外线返回反射性能通过以下方法测定:使用Velodyne16线型激光雷达(VLP-16)得到的点云图中直接读取相对(标准反射表面)信号强度(%)而得到,如下表2所示的结果。
表2实施例及对比例的近红外线激光雷达反射性能
从以上的表1和表2可知,较之于对比例,经过本发明的相应的涂料组合物处理后,实施例1-3中所述的反光型道路标线的逆反射亮度系数以及近红外线反射性能得到显著提升。同时,其耐磨性、耐碱性等各项性能参数也均优于国家标准。
经过处理的道路标线的表面改性效果测试结果如图1和2所示。
更为直观地,从图2中可见,经过本发明的涂料组合物处理后,水收缩成水珠。据此,本发明所述的道路表现特别适用于潮湿环境特别是雨夜条件下,保证了司机驾驶或自动驾驶系统控制的车辆可以在雨夜中更好更快地识别道路标线,从而降低发生事故的风险。
耐污水性能测试效果如图3所示,图案区域涂覆有本发明所述的反光标线表面处理涂料组合物。模拟污水的颜料不沾污涂覆有本发明的涂料组合物的区域,未涂覆的外围区域颜料有沾污。
更为具体地,测试方法如下所述:首先使用带有英文字母n的样式的镂空模板遮盖反光标线,然后喷涂本发明所述的表面处理涂料组合物,从而形成已涂覆的logo区域,其周围是未涂覆的普通表面。接着,使用蓝色颜料模拟污水洒在标线表面,可见英文字母n的区域未被污水覆盖。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定,对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动,这里无法对所有的实施方式予以穷举,凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
2.根据权利要求1所述的涂料组合物,其特征在于,所述聚合物树脂为通过阴离子表面活性剂稳定的聚合物乳液,所述的聚合物乳液选自苯丙乳液聚合物或纯丙烯酸酯乳液聚合物。
3.根据权利要求1或2所述的涂料组合物,其特征在于,所述无机粘结物质选自碱金属硅酸盐、硅溶胶或两者的组合;优选地,所述碱金属硅酸盐选自硅酸钾溶液;优选地,所述硅溶胶选自经过有机改性的硅溶胶。
4.根据权利要求3所述的涂料组合物,其特征在于,在所述涂料组合物中,所述粘结物质的含量为15-25%。
5.根据权利要求4所述的涂料组合物,其特征在于,所述的疏水剂选自氟硅烷、聚硅氮烷、石蜡乳液、有机硅氧烷聚合物、聚四氟乙烯PTFE蜡粉、聚乙烯PE蜡粉、硅烷偶联剂、聚丙烯PP蜡粉分散体中的一种或几种的组合物;或者所述助溶剂选自乙醇和/或异丙醇;优选地,所述助溶剂为25-35份乙醇。
7.一种制备如权利要求1-6任意一项所述涂料组合物的方法,其包括以下的步骤:
(1)依次将粘结物质、稳定剂、消泡剂、疏水剂以及助溶剂加入至反应容器中,并搅拌分散均匀;其中搅拌的转速为800-1000rpm;
(2)将流变助剂和水的混合物加入上述步骤(1)中所得的混合液中,继续高速搅拌至分散均匀,即得到所述的涂料组合物;
优选地,所述的制备方法还包括在步骤(2)之前,将成膜助剂加入至上述步骤(1)所得的混合液中,并提高转速的步骤。
8.一种如权利要求1-7任意一项所述的涂料组合物的使用方法,其特征在于,在表干或实干的道路标线上涂覆一层干膜厚度为5μm-20μm的所述的涂料组合物。
9.一种道路标线,其涂覆有如权利要求1-7任意一项所述的涂料组合物。
10.根据权利要求9所述的道路标线,其特征在于,所述道路标线具有全天候干/湿态高逆反射系数和高近红外线回反射性能,所述逆反射系数的范围为400-1200mcd/lx/m2,所述近红外线光谱范围为波长在0.8~17μm;优选地所述道路标线在湿态的逆反射系数比干态逆反射系数高100-300mcd/lx/m2,湿态的近红外线回反射率比干态高10-40%。
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