CN115449348B - 一种研磨助剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种研磨助剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种研磨助剂及其制备方法和应用，属于助剂领域。本发明提供了一种研磨助剂，包括以下质量百分含量的组分：硅溶胶50～70％，聚丙烯酸钠4～18％，六偏磷酸钠3～20％，三乙醇胺3～8％和双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯2～12％。本发明针对现有助磨剂的不足，以硅溶胶为助磨剂主体成分，配合有机分子，形成一种兼具分散和助磨为一体的研磨助剂。

Description

一种研磨助剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及助剂技术领域，尤其涉及一种研磨助剂及其制备方法和应用。
背景技术
由于超细球磨机研磨非金属矿具有单机处理量大，产品质量稳定，颗粒粒径分布合理等特点，高性能非金属粉体的生产主要采用超细球磨机进行加工。而超细球磨机应该于非金属矿超细研磨领域最大的不足则是研磨效率低，能耗高，在非金属粉体超细研磨过程中，为了提高研磨效率，改善粉体性能一般都会添加一定量的助剂，这类助剂称之为研磨助剂，通常是由一种或者几种有机物(包括乙二醇、二甘醇、三乙醇胺)的混合物组成，这类助剂虽然可以一定层度上改善粉体的流动性，但是在提高研磨效率方面表现却一般，而且过多的有机物吸附于粉体颗粒表面后如果不能去除干净则会随着粉体的添加带入到下游聚合物中从而产生一些不良影响。针对现有助磨剂的不足，发明一类助磨效果显著且安全无副作用的研磨助剂十分有必要。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种研磨助剂及其制备方法和应用。本发明提供的研磨助剂助磨效果显著且安全无副作用。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种研磨助剂，包括以下质量百分含量的组分：硅溶胶50～70％，聚丙烯酸钠4～18％，六偏磷酸钠3～20％，三乙醇胺3～8％和双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯2～12％。
优选地，所述的研磨助剂包括以下质量百分含量的组分：硅溶胶60～70％，聚丙烯酸钠7～15％，六偏磷酸钠8～18％，三乙醇胺3～8％和双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯5～8％。
优选地，所述硅溶胶的固含量为30～35％。
优选地，所述聚丙烯酸钠的平均分子量为3000～4500。
优选地，所述聚丙烯酸钠的平均分子量为4000～4500。
优选地，所述研磨助剂的pH值为7～8。
本发明还提供了上述技术方案所述的研磨助剂的制备方法，包括以下步骤：
将硅溶胶、聚丙烯酸钠和六偏磷酸钠进行第一混合，得到第一混合物；
将所述第一混合物和双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯进行第二混合，得到第二混合物；
将所述第二混合物和三乙醇胺进行第三混合，得到所述研磨助剂。
优选地，所述第一混合在搅拌的条件下进行，所述搅拌包括依次进行的高速搅拌和低速搅拌，所述高速搅拌的转速为1500～2000r/min，所述低速搅拌的转速为100r/min。
本发明还提供了上述技术方案所述的研磨助剂或上述技术方案所述制备方法制得的研磨助剂在非金属矿物超细研磨的应用。
优选地，所述研磨助剂的添加量为研磨物料干重的0.08～0.12％。
本发明提供了一种研磨助剂，包括以下质量百分含量的组分：硅溶胶50～70％，聚丙烯酸钠4～18％，六偏磷酸钠3～20％，三乙醇胺3～8％和双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯2～12％。本发明提供的研磨助剂以硅溶胶为主体成分，配合有机分子，形成一种兼具分散和助磨为一体的研磨助剂。硅溶胶的有效成分纳米级二氧化硅，颗粒表面含有大量羟基，可以和非金属矿颗粒表面形成有效作用，使高硬度的二氧化硅纳米颗粒牢固的吸附于非金属矿颗粒表面，当球磨机运行时，高硬度的耐磨钢球或者陶瓷球对非金属颗粒进行冲击或者磨剥作用时，吸附于表面的高硬度二氧化硅颗粒能够有效促进研磨作用，从而提高研磨效率，降低能耗，同时为了防止非金属颗粒表面吸附的硅溶胶颗粒相互吸附而导致团聚非金属粉体颗粒的团聚，则需要添加适量的聚丙烯酸钠、六偏磷酸钠、三乙醇胺和双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯以防止团聚行为的产生，聚丙烯酸钠为一种表面活性剂，可以防止被研磨颗粒的团聚，改善分散，六偏磷酸钠通过表面电荷作用改善分散性，三乙醇胺作为pH值调整剂和润湿剂，能够提高物料可磨性，双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯可以有助于改善分散性以及提高被处理无机物与有机物的相容性。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
1)本发明采用硅溶胶作为助磨剂的主体，通过聚丙烯酸钠和六偏磷酸钠的加入使硅溶胶形成稳定的高分散悬浮液，利用纳米或者亚纳米级硅溶胶颗粒在待研磨物料颗粒表面的吸附，提高颗粒表面的粗糙度和摩擦系数，另外，由于二氧化硅颗粒的硬度要高于常规非金属矿物，这也有助于被研磨颗粒的破碎，通过这两个方面的协同作用，能够有效的提高研磨介质对物料的研磨效率，进而降低能耗，提高产量；
2)本发明以硅溶胶作为助磨剂的主体，聚丙烯酸钠、六偏磷酸钠为分散剂，耐水型钛酸酯偶联剂双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯作为表面修饰剂，双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯的酰氧基水解后与被处理非金属矿物表面的羟基结合，达到修饰其表面的作用，结合后可以改善非金属矿物颗粒表面与有机物的相容性，本发明巧妙的结合了无机颗粒和有机分散剂(聚丙烯酸钠和六偏磷酸钠)的协同作用，得到了一种助磨效果明显，且能有效改善粉体分散性的综合性能优异的研磨助剂。
本发明还提供了上述技术方案所述研磨助剂的制备方法，本发明的制备方法生产工艺简单，常温常压下高速搅拌即可获得，生产成本低，安全环保。
具体实施方式
本发明提供了一种研磨助剂，包括以下质量百分含量的组分：硅溶胶50～70％，聚丙烯酸钠4～18％，六偏磷酸钠3～20％，三乙醇胺3～8％和双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯2～12％。
在本发明中，若无特殊说明，使用的原料均为本领域市售商品。
在本发明中，所述研磨助剂中硅溶胶的质量百分含量优选为60～70％，更优选为65％。本发明以硅溶胶为主体成分，配合其他原料，形成一种兼具分散和助磨为一体的研磨助剂，硅溶胶的有效成分纳米级二氧化硅颗粒，表面含有大量羟基，可以和非金属矿颗粒表面形成有效作用，使高硬度的二氧化硅纳米颗粒牢固的吸附于非金属矿颗粒表面，当球磨机运行时，高硬度的耐磨钢球或者陶瓷球对非金属颗粒进行冲击或者磨剥作用时，吸附于表面的高硬度二氧化硅颗粒能够有效促进研磨作用，从而提高研磨效率，降低能耗。
在本发明中，所述硅溶胶的固含量优选为30～35％，更优选为30％。
在本发明中，所述硅溶胶的平均粒径优选为100～500nm。
在本发明中，所述研磨助剂中聚丙烯酸钠的质量百分含量优选为7～15％，更优选为10～12％，所述聚丙烯酸钠为一种表面活性剂，可以防止被研磨颗粒的团聚，改善分散。
在本发明中，所述聚丙烯酸钠的平均分子量优选为3000～4500，更优选为4000～4500。
在本发明中，所述研磨助剂中六偏磷酸钠的质量百分含量优选为8～18％，更优选为10～12％，最优选为11％，所述六偏磷酸钠通过表面电荷作用助于改善分散性。
在本发明中，所述研磨助剂中三乙醇胺的质量百分含量优选为3～8％，更优选为4～6％，最优选为5％，三乙醇胺作为pH值调整剂和润湿剂，有一定提高物料可磨性的作用。
在本发明中，所述研磨助剂的pH值优选为7～8。
在本发明中，所述研磨助剂中双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯的质量百分含量优选为5～8％，更优选为6％，有助于改善分散性以及提高被处理无机物与有机物的相容性。
在本发明中，所述的研磨助剂优选包括以下质量百分含量的组分：硅溶胶60～70％，聚丙烯酸钠为7～15％，六偏磷酸钠8～18％，三乙醇胺3～8％和双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯5～8％。
本发明还提供了上述技术方案所述的研磨助剂的制备方法，包括以下步骤：
将硅溶胶、聚丙烯酸钠和六偏磷酸钠进行第一混合，得到第一混合物；
将所述第一混合物和双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯进行第二混合，得到第二混合物；
将所述第二混合物和三乙醇胺进行第三混合，得到所述研磨助剂。
本发明将硅溶胶、聚丙烯酸钠和六偏磷酸钠进行第一混合，得到第一混合物。
在本发明中，所述第一混合优选在搅拌的条件下进行，所述搅拌优选包括依次进行的高速搅拌和低速搅拌，所述高速搅拌的转速优选为1500～2000r/min，时间优选为10min，所述低速搅拌的转速优选为100r/min，时间优选为20min。
在本发明中，所述六偏磷酸钠优选以六偏磷酸钠溶液或粉末形式加入，本发明对所述六偏磷酸钠溶液的浓度没有特殊的限定。
本发明优选先将所述硅溶胶在行星搅拌机内常温、转速在下搅拌，搅拌过程中加入所述聚丙烯酸钠和六偏磷酸钠，待所述聚丙烯酸钠和六偏磷酸钠全部加完后继续以800～2500r/min搅拌10min后将转速调低至100r/min，再继续搅拌20min后，得到所述第一混合物。
得到第一混合物后，本发明将所述第一混合物和双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯进行第二混合，得到第二混合物。
在本发明中，所述第二混合优选为常温搅拌10～15min，转速优选为60～80r/min。
得到第二混合物后，本发明将所述第二混合物和三乙醇胺进行第三混合，得到所述研磨助剂。
在本发明中，所述第三混合优选为常温搅拌10～15min，转速优选为60～80r/min。
本发明优选将所述三乙醇胺加入所述第二混合物内，持续搅拌，所述搅拌的同时测量pH值。
本发明还提供了上述技术方案所述的研磨助剂或上述技术方案所述制备方法制得的研磨助剂在非金属矿物超细研磨的应用。
在本发明中，所述研磨助剂的添加量优选为研磨物料干重的0.08～0.12％。本发明优选根据研磨物料的细度调整所述研磨助剂的添加量，最终研磨物料的细度越细，所述研磨助剂的添加量增加，在微米级物料的超细研磨过程中本发明研磨助剂的添加量优选不超过0.12％。
在本发明中，所述最终研磨物料的平均粒径D50优选为8μm时，所述研磨助剂的添加量优选为研磨物料干重的0.08％，D50优选为2～3μm时，所述研磨助剂的添加量优选为研磨物料干重的0.12％。
在本发明中，所述非金属矿物优选包括于硅微粉、碳酸钙、滑石、水镁石和重晶石中的一种或多种。
在本发明中，所述应用优选为球磨机、立式滚压磨或环辊磨中，更优选为干法滚筒式或者搅拌式球磨机。
为了进一步说明本发明，下面结合实例对本发明提供的研磨助剂及其制备方法和应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
本发明实施例中，硅溶胶固含量为30％，聚丙烯酸钠的分子量为4000～4500。
添加本发明研磨助剂时，首先将研磨助剂与水以1：10的质量比稀释后以计量泵的方式添加至球磨机的给料螺旋内与物料充分预混合后共同给入球磨机内进行研磨即可。
实施例1
一种研磨助剂的配方，其组分包括如下：硅溶胶、聚丙烯酸钠、六偏磷酸钠、三乙醇胺、双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯，共计100g，各组分的添加质量依次为：60g、15g、12g、5g、8g。
1)将60g硅溶胶溶液在行星搅拌机内常温高速搅拌，转速在2000r/min，搅拌过程中缓慢加入15g聚丙烯酸钠和12g六偏磷酸钠，其中六偏磷酸钠直接以粉末形式加入，待聚丙烯酸钠和六偏磷酸钠全部加完后继续高速搅拌10min后将转速调低至100r/min，再继续搅拌20min后得到第一混合物；
2)观察第一混合物无絮凝和沉淀物，加入8g双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯，常温搅拌10min，转速为60r/min，得到第二混合物；
3)将5g三乙醇胺缓慢加入第二混合物内，持续搅拌，转速为80r/min，同时测量pH值，通过三乙醇胺的加入调整pH值为7～8，得到最终产物研磨助剂。
4)采用100L的滚筒式球磨机对碳酸钙进行超细研磨，物料进料细度为D50:8μm，小于2μm含量为7％，加入研磨物料干重的0.08％本发明研磨助剂后研磨1h后，测量研磨后碳酸钙颗粒的粒度，吸油值，将研磨后的粉体与液体石蜡按质量比2：1混合后用旋转粘度计测量混合物的粘度。
对比例1
采用100L的滚筒式球磨机对碳酸钙进行超细研磨，物料进料细度为D50:8μm，小于2μm含量为7％，加入研磨物料干重的0.08％市售常规研磨助剂A后研磨1h后，测量研磨后碳酸钙颗粒的粒度，吸油值，将研磨后的粉体与液体石蜡按质量比2：1混合后用旋转粘度计测量混合物的粘度。
对比例2
采用100L的滚筒式球磨机对碳酸钙进行超细研磨，物料进料细度为D50:8μm，小于2μm含量为7％，加入研磨物料干重的0.1％市售常规研磨助剂A后研磨1h后，测量研磨后碳酸钙颗粒的粒度，吸油值，将研磨后的粉体与液体石蜡按质量比2：1混合后用旋转粘度计测量混合物的粘度。
对比例3
采用100L的滚筒式球磨机对碳酸钙进行超细研磨，物料进料细度为D50:8μm，小于2μm含量为7％，加入研磨物料干重的0.12％市售常规研磨助剂A后研磨1h后，测量研磨后碳酸钙颗粒的粒度，吸油值，将研磨后的粉体与液体石蜡按质量比2：1混合后用旋转粘度计测量混合物的粘度。
对比例4
采用100L的滚筒式球磨机对碳酸钙进行超细研磨，物料进料细度为D50:8μm，小于2μm含量为7％，加入研磨物料干重的0.1％市售研磨助剂B后研磨1h后，测量研磨后碳酸钙颗粒的粒度，吸油值，将研磨后的粉体与液体石蜡按质量比2：1混合后用旋转粘度计测量混合物的粘度。
对比例5
采用100L的滚筒式球磨机对碳酸钙进行超细研磨，物料进料细度为D50:8μm，小于2μm含量为7％，加入研磨物料干重的0.1％市售研磨助剂C后研磨1h后，测量研磨后碳酸钙颗粒的粒度，吸油值，将研磨后的粉体与液体石蜡按质量比2：1混合后用旋转粘度计测量混合物的粘度。
实施例2
一种研磨助剂的配方，其组分包括如下：硅溶胶、聚丙烯酸钠、六偏磷酸钠、三乙醇胺、双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯，共计100g，各组分的添加质量依次为：65g、12g、11g、6g、6g。
1)将65g硅溶胶溶液在行星搅拌机内常温高速搅拌，转速在2000r/min，搅拌过程中缓慢加入12g聚丙烯酸钠和11g六偏磷酸钠，其中六偏磷酸钠直接以粉末形式加入，待聚丙烯酸钠和六偏磷酸钠全部加完后继续高速搅拌10min后将转速调低至100r/min，再继续搅拌20min后得到第一混合物；
2)观察第一混合物无絮凝和沉淀物，加入6g双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯，常温搅拌10min，转速为60r/min，得到第二混合物；
3)将6g三乙醇胺缓慢加入第二混合物内，持续搅拌，转速为80r/min，同时测量pH值，通过三乙醇胺的加入调整pH值为7～8，得到最终产物研磨助剂。
4)采用100L的滚筒式球磨机对碳酸钙进行超细研磨，物料进料细度为D50:8μm，小于2μm含量为7％，加入研磨物料干重的0.1％本发明研磨助剂后研磨1h后，测量研磨后碳酸钙颗粒的粒度，吸油值，将研磨后的粉体与液体石蜡按质量比2：1混合后用旋转粘度计测量混合物的粘度。
实施例3
一种研磨助剂的配方，其组分包括如下：硅溶胶、聚丙烯酸钠、六偏磷酸钠、三乙醇胺、双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯，共计100g，各组分的添加质量依次为：70g、10g、10g、4g、6g。
1)将70g硅溶胶溶液在行星搅拌机内常温高速搅拌，转速在2000r/min，搅拌过程中缓慢加入10g聚丙烯酸钠和10g六偏磷酸钠，其中六偏磷酸钠直接以粉末形式加入，待聚丙烯酸钠和六偏磷酸钠全部加完后继续高速搅拌10min后将转速调低至100r/min，再继续搅拌20min后得到第一混合物；
2)观察第一混合物无絮凝和沉淀物，加入6g双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯，常温搅拌10min，转速为60r/min，得到第二混合物；
3)将4g三乙醇胺缓慢加入第二混合物内，持续搅拌，转速为80r/min，同时测量pH值，通过三乙醇胺的加入调整pH值为7～8，得到最终产物研磨助剂。
4)采用100L的滚筒式球磨机对碳酸钙进行超细研磨，物料进料细度为D50:8μm，小于2μm含量为7％，加入研磨物料干重的0.08％本发明研磨助剂后研磨1h后，测量研磨后碳酸钙颗粒的粒度，吸油值，将研磨后的粉体与液体石蜡按质量比2：1混合后用旋转粘度计测量混合物的粘度。
实施例4
一种研磨助剂的配方，其组分包括如下：硅溶胶、聚丙烯酸钠、六偏磷酸钠、三乙醇胺、双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯，共计100g，各组分的添加质量依次为：60g、15g、12g、5g、8g。
1)将60g硅溶胶溶液在行星搅拌机内常温高速搅拌，转速在1700r/min，搅拌过程中缓慢加入15g聚丙烯酸钠和12g六偏磷酸钠，其中六偏磷酸钠直接以粉末形式加入，待聚丙烯酸钠和六偏磷酸钠全部加完后继续高速搅拌10min后将转速调低至100r/min，再继续搅拌20min后得到第一混合物；
2)观察第一混合物无絮凝和沉淀物，加入8g双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯，常温搅拌10min，转速为60r/min，得到第二混合物；
3)将5g三乙醇胺缓慢加入第二混合物内，持续搅拌，转速为80r/min，同时测量pH值，通过三乙醇胺的加入调整pH值为7～8，得到最终产物研磨助剂。
4)采用100L的滚筒式球磨机对碳酸钙进行超细研磨，物料进料细度为D50:8μm，小于2μm含量为7％，加入研磨物料干重的0.1％本发明研磨助剂后研磨1h后，测量研磨后碳酸钙颗粒的粒度，吸油值，将研磨后的粉体与液体石蜡按质量比2：1混合后用旋转粘度计测量混合物的粘度。
实施例5
一种研磨助剂的配方，其组分包括如下：硅溶胶、聚丙烯酸钠、六偏磷酸钠、三乙醇胺、双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯，共计100g，各组分的添加质量依次为：60g、15g、12g、5g、8g。
1)将60g硅溶胶溶液在行星搅拌机内常温高速搅拌，转速在1800r/min，搅拌过程中缓慢加入15g聚丙烯酸钠和12g六偏磷酸钠，其中六偏磷酸钠直接以粉末形式加入，待聚丙烯酸钠和六偏磷酸钠全部加完后继续高速搅拌10min后将转速调低至100r/min，再继续搅拌20min后得到第一混合物；
2)观察第一混合物无絮凝和沉淀物，加入8g双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯，常温搅拌10min，转速为60r/min，得到第二混合物；
3)将5g三乙醇胺缓慢加入第二混合物内，持续搅拌，转速为80r/min，同时测量pH值，通过三乙醇胺的加入调整pH值为7～8，得到最终产物研磨助剂。
4)采用100L的滚筒式球磨机对碳酸钙进行超细研磨，物料进料细度为D50:8μm，小于2μm含量为7％，加入研磨物料干重的0.12％本发明研磨助剂后研磨1h后，测量研磨后碳酸钙颗粒的粒度，吸油值，将研磨后的粉体与液体石蜡按质量比2：1混合后用旋转粘度计测量混合物的粘度。
具体测试指标见表1所示，可知，本发明研磨助剂可以以更低的添加量获得更好的研磨效果，在相同的研磨时间内，产品的细度更细，吸油量更低，粘度更小(粘度越低代表粉体在聚合物中的添加量可以更高，加工性能优异)。
表1实施例和对比例的测试结果
Figure BDA0003885783630000101
Figure BDA0003885783630000111
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。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)

1.一种研磨助剂，其特征在于，由以下质量百分含量的组分组成：硅溶胶50～70％，聚丙烯酸钠4～18％，六偏磷酸钠3～20％，三乙醇胺3～8％和双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯2～12％。
2.根据权利要求1所述的研磨助剂，其特征在于，由以下质量百分含量的组分组成：硅溶胶60～70％，聚丙烯酸钠7～15％，六偏磷酸钠8～18％，三乙醇胺3～8％和双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯5～8％。
3.根据权利要求1或2所述的研磨助剂，其特征在于，所述硅溶胶的固含量为30～35％。
4.根据权利要求1或2所述的研磨助剂，其特征在于，所述聚丙烯酸钠的平均分子量为3000～4500。
5.根据权利要求4所述的研磨助剂，其特征在于，所述聚丙烯酸钠的平均分子量为4000～4500。
6.根据权利要求1或2所述的研磨助剂，其特征在于，所述研磨助剂的pH值为7～8。
7.权利要求1～6任一项所述的研磨助剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将硅溶胶、聚丙烯酸钠和六偏磷酸钠进行第一混合，得到第一混合物；
将所述第一混合物和双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯进行第二混合，得到第二混合物；
将所述第二混合物和三乙醇胺进行第三混合，得到所述研磨助剂。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述第一混合在搅拌的条件下进行，所述搅拌包括依次进行的高速搅拌和低速搅拌，所述高速搅拌的转速为1500～2000r/min，所述低速搅拌的转速为100r/min。
9.权利要求1～6任一项所述的研磨助剂或权利要求7或8所述制备方法制得的研磨助剂在非金属矿物超细研磨的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述研磨助剂的添加量为研磨物料干重的0.08～0.12％。
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