CN115772290B - 一种抗菌透气膜 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种抗细菌、抗白色念珠菌透气膜。本申请透气膜的制备原料包括塑料粒子、纳米碳酸钙、有机抗菌剂和/或无机抗菌剂,所述塑料粒子包括聚合物a、聚合物b、和聚合物c,所述聚合物a为聚乙烯丙烯酸;聚合物b为PHA或PBAT或它们的任意组合;所述聚合物c为尼龙或聚酯酰胺,所述聚酯酰胺为以羧基、胺基以及羟基数量计的比例为(5‑8):1:1;所用聚酯酰胺的平均分子量为500‑1000,熔点为100‑140℃,粘度为1‑1.75dL/g,所述有机抗菌剂与无机抗菌剂的质量比优选为(6‑2):1。塑料膜的冲击强度不低于20 J/mm2,透气率不低于6500g/m2*24h,降解率不低于70%。
Description
技术领域
本申请涉及抗菌塑料技术领域,具体涉及一种抗细菌、抗白色念珠菌透气膜及其制备方法
背景技术
高透气性塑料膜是上世纪90年代发展起来的一种新型高分子材料(树脂),这种高分子材料包括聚烯烃类,例如聚丙烯树脂(PP)、低密度聚乙烯树脂(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE);多元醇与有机酸形成的聚酯类、聚酰胺类或他们的复合材料,将这些高分子材料经过流延、拉伸工艺生产的薄膜即为我们通常所说的透气性塑料膜,这种塑料膜具有透气量大但不漏水、质地柔软、拉伸强度高、卫生性能好、废弃后可以迅速环境降解等特点。
近几年随着SARS、禽流感以及新冠的流行,在日常生活中,透气膜特别是抗菌透气型膜越来越广泛地应用于医药卫生用品包装,如药用胶膜、手术服、医用手套、妇女卫生巾、婴儿纸尿布和一次性床单及其它临床医疗耗材等。用于卫生用品的抗菌透气膜多数采用有机抗菌剂,因为有机抗菌剂不仅具有广谱高效的杀菌能力,而且来源广泛、成本低廉、加工工艺简单。有机抗菌剂主要包括季铵盐类、胍类、卤胺、类等等。并且季铵盐类和胍类的抑菌杀菌的机制类似,都是因为季铵盐或胍都含有正电荷,而细菌的细胞膜带负电荷,二者通过静电吸引结合,破环了细菌细胞的正常活动。
在实际应用中,有一种特殊的患者群体就是白色念珠菌感染泌尿或生殖系统的患者,因为白色念珠菌感染分泌物多且引起难以忍受的隐私部位的瘙痒。在这群患者中,由于生产过程中造成的产道损伤恢复不好,还有打喷嚏漏尿的尴尬更不在少数,因此这些人对内裤的要求是即透气不漏水,还能够对白色念珠菌有优异的抑制作用。这是因为白色念珠菌是引起霉菌性阴道炎的主要致病菌,占到80%-90%,是条件式病菌,10%-20%的非孕期女性以及30%-40%的孕期女性,阴道内均有白色念珠菌存在。分为菌丝相和孢子相,如果处于孢子相时,不具备治病作用,而在适宜条件下,变成菌丝相时会大量繁殖,并引起霉菌性阴道炎。特别是使用抗生素后,由于正常的竟生性细菌被杀灭,从而导致白色念珠菌(真菌)大量繁殖,其结果是霉菌性阴道炎,由此可见白色念珠菌与正常的阴道有益细菌是相互竟生的关系。因此需要抗菌织物不仅能够有效抑制细菌还能够有效抑制白色念珠菌。
发明内容
为解决上述问题,本申请首先提供了一种柔韧性、透气性以及降解性均较佳的透气膜,所述透气膜的制备原料包括塑料粒子、纳米碳酸钙、有机抗菌剂和/或无机抗菌剂,所述塑料粒子包括聚合物a、聚合物b、和聚合物c,所述聚合物a为聚乙烯丙烯酸;聚合物b为PHA或PBAT或它们的任意组合;所述聚合物c为尼龙或聚酯酰胺,所述聚酯酰胺为以羧基、胺基以及羟基数量计的比例为(5-8):1:1;所用聚酯酰胺的平均分子量为500-1000,熔点为100-140℃,粘度为1-1.75dL/g。
通过采用上述技术方案方案,塑料膜的冲击强度不低于20 J/mm2,透气率不低于6500g/m2*24h,降解率不低于70%。
通过以塑料膜的透气性、柔韧性以及降解性为性能指标,对以上组合物的不同配比进行了充分的考察,当塑料粒子与纳米碳酸钙的用量比为(4-1):1;聚合物b为PBAT,聚合物c为聚酯酰胺时,塑料膜的冲击强度高达27 J/mm2,透气率高达9889g/m2*24h,降解率高达88%。当纳米碳酸钙的用量足够低时,透气膜的透气率急剧下降;但是塑料粒子用量和纳米碳酸钙的用量比在(5-6):1时,其透气性依然能达到6500以上;因此优选塑料粒子与纳米碳酸钙的用量比为(4-1):1。
在以上实验结果基础上,考察了有机抗菌剂对塑料膜冲击强度、透气率以及降解率的影响,考察结果显示季铵盐类抗菌剂中苯扎溴铵对冲击强度、透气率以及降解率几乎无影响;3-(甲基二乙氧基硅烷基)丙基癸基二甲基氯化铵(也简称QADIESD)使透气率降低,但依然能够达到7500g/m2*24h以上。卤胺类抗菌剂中3-环氧丙基-5,5-二甲基海因冲击强度显著降低,但是冲击强度显著优于1,3-二氯-5,5-二甲基乙内酰脲。胍类中氯己定和聚六亚甲基双胍盐酸盐在冲击强度、透气率以及降解率方面均表现出较优异特性。
对季铵盐类、卤胺类以及胍类有机抗菌剂的抗菌效果进行考察,分别考察了抗菌塑料膜、将抗菌塑料膜热压到纯棉织物上24h、洗涤30次、50次、70次和90次后的抗菌效果显示:季铵盐类抗菌剂中苯扎溴铵耐洗性显著低于QADIESD,当塑料膜热压到纯棉织物后洗涤30次后对白色念珠菌以及光滑酵母的抑菌性就从0级降为1级,随着洗涤次数的增加,对白色念珠菌和光滑酵母的抑制作用显出了显著性差异,对光滑酵母的抑制性低于白色念珠菌。卤胺类抗菌剂中3-环氧丙基-5,5-二甲基海因的抑菌效果显著低于优于1,3-二氯-5,5-二甲基乙内酰脲,但是由于1,3-二氯-5,5-二甲基乙内酰脲的柔韧性较差,因此在此复配中,并不是理想的抗菌剂。胍类中氯己定和聚六亚甲基双胍盐酸盐在各方面均表现出较优异特性,但是当洗涤90次后他们对白色念珠菌和光滑酵母菌的抗菌性能依然显示出了显著性差异,氯己定的耐洗性低于聚六亚甲基双胍,低浓度的聚六亚甲基双胍(洗涤90次)对白色念珠菌的抑制力弱于对光滑酵母的抑制力。
基于对有机抗菌剂的抗菌效果考察,对抗菌效果、耐洗性表现优异的QADIESD、氯己定以及聚六亚甲基双胍盐酸盐同无级抗菌剂进行复配,复配后他们表现各异,当有机抗菌剂和无机抗菌剂的配比为8:1,并且洗涤70次后,氯己定对白色念珠菌的抑制效果和对光滑酵母菌的效果有了显著性差异,对光滑酵母的抑制效果显著低于对白色念珠菌的抑制效果;但是当配比在(6-2):1范围内没发现具有显著性差异。氯己定和氧化锌配伍在4:1时出现了意外,水洗70次后抑菌能力就下降到了有机抗菌剂洗涤90次的水平,并且对白色念珠菌和光滑酵母菌的抑制作用均降到了1级。因此优选有机抗菌剂为3-(甲基二乙氧基硅烷基)丙基癸基二甲基氯化铵(QADIESD)或氯己定或聚六亚甲基双胍;当有机抗菌剂为氯己定时,无机抗菌剂为纳米银离子抗菌剂;有机抗菌剂与无机抗菌剂的质量比优选为(6-2):1;优选纳米为粒径小于30nm。
本发明的有益效果为本申请首先提供了一种透气膜,透气膜兼顾韧性、透气性以及可降解性均较好,其次提供一种抗菌透气膜,抗菌透气膜除了有优异的柔软、透气、降解性好外,对白色念珠菌以及细菌均具有较好的抗菌性能,更适用于成人女性内裤,当然作为一次性用品的诸如成人纸尿裤、婴儿纸尿裤等也是不错的选择。
本申请熔融指数(MFI)为在规定条件下,一定时间内挤出的热塑性物料的量,也即熔融体每10min通过标准口模毛细管的质量,单位为g/10min。
具体实施方式
本申请所用材料
1、大肠杆菌培养基(EMB) (伊红美兰琼脂--成品培养基):蛋白胨 10g、乳糖5 g、K2HPO42g、伊红Y 0.4g、美兰0.065g、水 1000ml、PH 7.2,8磅15分钟灭菌。
2、葡萄球菌选择性培养基(Mannitol salt agar 高盐甘露醇):牛肉膏 1.0 g、蛋白胨10.0g、NaCl 75.0g、甘露醇 10.0g、酚红0.025g、琼脂15.0g、蒸馏水1000ml、PH 7.5,8磅15分钟灭菌。
3、白色念珠菌和光滑假丝酵母:蛋白胨15.0g、琼脂15.0g、葡萄糖 11.0g、混合色素2g、抑制剂1.0g、蒸馏水1000ml、终pH 6.1±0.2,121度20分钟灭菌。
4、本申请所用聚烯类树脂定义为聚合物a:选自聚乙烯丙烯酸,MFI值为2 g/10min(测试条件为190℃,2.16Kg),密度0.96-1 g/mL。
5、本申请所用聚酯类树脂定义为聚合物b:选自聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯(PBAT树脂)和聚羟基烷酸酯(PHA)。
(1)PBAT的性能参数为:结晶度26-29%,结晶温度 108-111℃,而熔点在126-133℃,密度在1.21g/ml~1.29g/ml之间。
(2)PHA 树脂的熔融指数为9g/10min(测试条件为190℃,2.16Kg),熔点为120℃±5℃,结晶度15-20% 的聚羟基脂肪酸酯。
6、本申请所用聚酰胺类树脂定义为聚合物c:选自尼龙薄膜(PA)、以及由对苯二甲酸、己二胺以及乙二醇形成的以羧基封端的聚酯-酰胺,本申请用聚酯-酰胺b表示。
(1)尼龙薄膜(PA)的密度为1.03-1.11g/cm3。
(2)聚酯酰胺b为以羧基、胺基以及羟基数量计的比例为(5-8):1:1;所用聚酯酰胺的平均分子量为500-1000,熔点为100-140℃,粘度为1-1.75dL/g。
7、本申请的塑料粒子是指聚合物a、b、c的总量。
8、本申请所用抗菌剂包括有机抗菌剂和无机抗菌剂:有机抗菌剂有季铵盐类抗菌剂、卤胺化合物抗菌剂、以及有机胍类抗菌剂;无机抗菌剂有银离子抗菌剂和纳米氧化锌。
9、抗菌透气膜的制备方法:将有机抗菌剂和/或无机抗菌剂、分散润滑剂、抗氧剂,加入设备中混合均匀;先在主进料口加入塑料粒子,混合粉体在侧进料口加入,调整主进料口的进料速度,使得熔融的塑料粒子与混合粉体经过挤压混合、流延、拉伸、冷却,挤出温度170℃-190℃,拉伸区温度50-70℃,拉伸倍数2定型温度90±2℃,将膜进行收卷和分切,即得抗菌透气膜。
10、本申请实施例所用银离子抗菌剂有:硝酸银、蛋白银、磺胺嘧啶银,纳米银的粒径小于30nm。
11、本申请实施例所用纳米氧化锌的粒径为小于30nm。
12、为了使得透气膜与织物更容易贴合,且柔软舒适,选择膜的厚度不超过35 μm。
本申请所用检测方法
1、对大肠杆菌、葡萄球菌以及肠球菌的抑制作用采用国家标准GB/T 31402-2015贴膜法检测:先将以上细菌接种于平板培养基,覆膜保存24小时后,进行活菌培养。比较空缺样的平行实验结果,得出抗菌塑料的抗菌率;大肠杆菌所用菌株为NCIB8545;金黄色葡萄球菌所用菌株为NCIB8625。
2、对白色念珠菌(ATCC 10231)和光滑假丝酵母(ATCC 2001)的抑制作用采用塑料防霉性能测试《抗菌纺织品(包括非织造布)抗菌活性的定量试验方法》(ISO 20743:2021),防霉等级分为0、1、2、3级。最高防霉等级是0级,被试样品在结果判定时,放大50倍观察不到霉菌生长。
3、拉伸强度以及断裂伸长率检测分别依据GB/T 1040.3-2006中规定的方法进行;和GB/T8809-2015中规定的方法进行。
4、透气性检测按照GB/T1037-2021《塑料薄膜与薄片水蒸气透过性能测定》中的规定进行。
5、生物降解性能参照GB/T19277.1-2011,对材料进行堆肥降解测试,将试样材料与堆肥接种物混合后放入堆肥化容器中,氧气含量21%、温度(58±2℃)、湿度(50-55%)条件的下进行充分的堆肥试验,本实验设定材料降解6个月二氧化碳的释放量与理论值的比值,计算出生物降解率。
试验例1 透气膜中塑料粒子种类的选择
作为内衣使用的涂层或热压膜需要良好的柔软透气以及可降解性,因此先考察聚合物配伍后对拉伸强度、冲击强度、透气性以及可降解性的影响。本试验主要考察塑料粒子的种类以及用量对塑料薄膜拉伸强度、冲击强度、透气性以及可降解性。
另外试验例1中,塑料粒子用量和纳米碳酸钙的用量比为1:1,所说的用量比为质量比,抗氧剂用量为0.05%-0.5%。
试验例1.1
试验例1.1所用塑料粒子聚合物a聚乙烯丙烯酸、聚合物b为PBAT、聚合物c为尼龙,聚合物的配比见表1:
对试验例1.11-1.15的拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度、透气率以及可降解性进行检测,数据如表2:
表2数据中值得注意的是冲击强度随着聚合物b的做多而降低,降解率随着聚合物b的增多而增高,而透气性变化不大,因此为了保持足够的柔韧聚合b的用量为3%至15%。在此实验中还考察了当不添加聚合物b时其降解性显著降低。聚合当聚合物a和c是透气膜的主要成分,为了兼顾柔韧性和透气度,聚合物a 用量为40%-50%之间, 聚合物c的用量为30-45%,塑料粒子中聚合物a、b、c的总用量为100%。
试验例1.2
试验例1.21-试验例1.25与试验例1.1不同的是聚合物b为PHA。对试验例1.21-1.25的拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度、透气率以及可降解性进行检测,数据如表3:
对比表2和表3可以,当用PHA替代PBAT后,看出拉伸强度、断裂伸长率以及抗冲击强度增强,即韧性方面有所提高,但是透气性显著降低,降解率略有上生。推断可能是因为单位质量分子内PHA的羟基以及氧含量高于PBAT,因此分子内以及分子间作用力增强。
试验例1.3
试验例1.31-试验例1.35与试验例1.11-1.15不同的是聚合物c为聚酯酰胺b。
对试验例1.31-1.35的拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度、透气率以及可降解性进行检测,数据如表4:
对比表2和表4变化最明显的是透气率,透气率显著优于实验例1.1,说明明在改善透气性方面聚酯-酰胺b显著优于尼龙;在其柔韧性方面依然显示出与实验例相当的效果;同时平均降解率也略优于实验例和1.2。
试验例1.4
试验例1.41- 1.45与试验例1.11-1.15不同的是聚合物b为PHA,聚合物c为聚酯酰胺b。
对试验例1.41-1.45的拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度、透气率以及可降解性进行检测,数据如表5:
对比表3、4表5再次证明聚合物分子内氧含量增加,会提升整体的韧性,同时由于分子间作用力增强也会降低其透气性,但是酯基、酰胺基增多会增强降解率。聚合物a、b、c复配时总体效果为聚乙烯丙烯酸+PBAT+聚酯酰胺b>聚乙烯丙烯酸+PHA+聚酯酰胺b>聚乙烯丙烯酸+PBAT+尼龙>聚乙烯丙烯酸+PBAT+尼龙。再结合实验例1.1考察时当不添加聚合当聚合物a或c含量低于40%时,其柔韧性显著性降低,聚合物b的添加可以在保证柔韧性的同时,提高降解性,可以充分说明聚合物a、b、c复配可以同时兼顾柔韧性和降解性。
试验例2考察纳米碳酸钙的用量
纳米碳酸钙是为了提高透气膜的透气性,但是作为无机纳米粒子添加量过多会存在分散不均、膜的韧性降低的情况。因此设计此实验进行考察膜的透气性和冲击强度。
试验例2.1聚合物a、b、c聚丙烯酸+PBAT+聚酯酰胺b,它们的用量比为45:10:45,试验例塑料粒子用量和纳米碳酸钙的用量比、冲击强度及透气性检测结果见表6:
对比试验例2.1-2.3和试验例1.3的结果,当塑料粒子用量和纳米碳酸钙的用量比在(4-1):1范围内,透气膜的透气率随碳酸钙用量增加而增加,但是表明透气率主要受塑料粒子的影响,当纳米碳酸钙的用量足够低时,透气膜的透气率急剧下降;但是当塑料粒子用量和纳米碳酸钙的用量比在(5-6):1时,其透气性依然能达到6500以上;透气膜的降解率也受碳酸钙用量的影响,但是变化趋势并不明显,说明透气膜的降解性能主要取决于膜的性质。因此塑料粒子与纳米碳酸钙的用量比为(4-1):1
实施例1
塑料粒子聚合物a聚乙烯丙烯酸、聚合物b为PBAT、聚合物c为聚酯酰胺b为构成塑料粒子的材料,他们的配比为45:10:45,聚合物总用量为50%;碳酸钙用量为40%,抗氧剂用量为0.5%,抗菌剂为有机抗菌剂,用量为5%、10%、15%,实施例1.1-1.6有机抗菌剂依次为苯扎溴铵(十二烷基二甲基苄基溴化铵)、3-(甲基二乙氧基硅烷基)丙基癸基二甲基氯化铵(简称QADIESD, 相对分子质量395.5);3-环氧丙基-5,5-二甲基海因、1,3-二氯-5,5-二甲基乙内酰脲;氯己定和聚六亚甲基双胍盐酸盐(PHMB)。
有机抗菌剂对柔韧性、透气性以及降解率的影响以10%为例,具体结果见表7:
季铵盐类抗菌剂中苯扎溴铵对冲击强度、透气率以及降解率几乎无影响;QADIESD使透气率降低,但依然能够达到7500g/m2*24h以上。卤胺类抗菌剂中3-环氧丙基-5,5-二甲基海因冲击强度显著降低,但是冲击强度显著优于1,3-二氯-5,5-二甲基乙内酰脲。胍类中氯己定和聚六亚甲基双胍盐酸盐在各方面均表现出较优异特性。
在对实施例1.1-1.6抗菌率的考察实验中分别考察了,本申请抗菌透气膜的抗菌率,以及结合到长绒棉织物上后24h,洗涤30次、50次、70次以及90次后对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌以及光滑酵母菌的抗菌能力,其结果分别见表8-13:
对比表8-13,得出以下结论:(1)当抗菌透气膜热压到纺织物上,其抗菌性都出现不同程度的损失。(2)苯扎溴铵同QADIESD相比,耐洗性差,但是当洗涤次数70-90之间不具有显著性差异;并且当清洗70次后,对白色念珠菌的抑制力显著弱于对光滑酵母的抑制力。(3)卤胺类3-环氧丙基-5,5-二甲基海因抗菌性显著低于1,3-二氯-5,5-二甲基乙内酰脲,并且对白色念珠菌和光滑酵母菌的作用也显示出显著性差异;但是结合表7显示3-环氧丙基-5,5-二甲基海因显著高于1,3-二氯-5,5-二甲基乙内酰脲的韧性(抗冲击强度)。(4)胍类中氯己定的耐洗性低于聚六亚甲基双胍,低浓度的聚六亚甲基双胍(洗涤90次)对白色念珠菌的抑制力弱于对光滑酵母的抑制力。
对有机抗菌剂的不同抑菌浓度考察时,低于5%后,单纯的膜的抗菌性同10%没有显著性差异,但是当热压倒纯棉织物后,经统计学分析显著低于10%;而当有机抗菌剂浓度大于15%时,QADIESD、氯己定以及聚六亚甲基双胍盐酸盐的抗菌效果不再显著增加,但是QADIESD会显著减低膜的透气性。
实施例2
对实施例1中表现优异的QADIESD、氯己定以及聚六亚甲基双胍盐酸盐作进一步的改进,和实施例1不同的是在抗菌透气膜中还添加了无机抗菌剂,由于无机抗菌剂存在不耐洗,易融出,分散性也不如有机抗菌剂,因此在有机抗菌的基础上添加少量的无机抗菌剂,有机抗菌剂与无机抗菌剂的总用量以10%为例,质量比分别设置为8:1、6:1、4:1和2:1,以纳米硝酸银(银离子抗菌剂)和纳米氧化锌(锌离子抗菌剂)为例,为了提高分散性,还适量添加分散剂液体石蜡。
实施例2.1以纳米硝酸银4:1为例
抗菌效果依次见表14-19:
通过考察有机抗菌剂以及无机抗菌剂的复配发现复配后对真菌的抑制作用有了明显的改善,值得一提的是当有机抗菌剂和无机抗菌剂的配比为8:1,并且洗涤70次后,氯己定对白色念珠菌的抑制效果和对光滑酵母菌的效果有了显著性差异,对光滑酵母的抑制效果显著低于对白色念珠菌的抑制效果;但是当配比在(6-2):1范围内没发现具有显著性差异。
实施例2.2
和实施例2.1不同的是采用纳米氧化锌,结果见表20-25:
通过表20-25对比可以看出,氯己定和氧化锌配伍在4:1时即出现了意外,水洗70次后抑菌能力就下降到了90次的水平,并且对白色念珠菌和光滑酵母菌的抑制作用均降到了1级。
试验例以及实施例仅仅是对本申请研究内容的解释,其并不是对本申请的限制,只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (7)
1.一种抗菌透气膜,所述透气膜的制备原料包括塑料粒子、纳米碳酸钙、有机抗菌剂和无机抗菌剂,其特征在于:
所述塑料粒子包括聚合物a、聚合物b和聚合物c;所述聚合物a为聚乙烯丙烯酸,用量为40%-50%之间;聚合物b为PHA或PBAT或它们的任意组合,用量为3%至15%;
所述聚合物c为尼龙或聚酯酰胺,用量为30-45%,所述聚酯酰胺为以羧基、胺基以及羟基数量计的比例为(5-8):1:1,所用聚酯酰胺的平均分子量为500-1000,熔点为100-140℃,粘度为1-1.75dL/g;
所述有机抗菌剂为苯扎溴铵、3-(甲基二乙氧基硅烷基)丙基癸基二甲基氯化铵(QADIESD)、氯己定和聚六亚甲基双胍盐酸盐,且有机抗菌剂的用量为5-15%。
2.根据权利要求1所述的抗菌透气膜,其特征在于,所述塑料粒子与纳米碳酸钙的质量比为(4-1):1。
3.根据权利要求1所述的抗菌透气膜,其特征在于:所述聚合物b为PBAT,并且PBAT的结晶度为26-29%,结晶温度为 108-111℃,而熔点在126-133℃,密度在1.21g/ml~1.29g/ml之间。
4.根据权利要求1所述的抗菌透气膜,其特征在于:所述聚合物c为聚酯酰胺,并且所述聚酯酰胺为对苯二甲酸、己二胺以及乙二醇形成的以羧基封端的聚酯酰胺。
5.根据权利要求1所述的抗菌透气膜,其特征在于:所述无机抗菌剂为银离子或氧化锌抗菌剂。
6.根据权利要求1所述的抗菌透气膜,其特征在于:所述有机抗菌剂与无机抗菌剂的质量比为(6-2):1。
7.根据权利要求5所述的抗菌透气膜,其特征在于:所述无机抗菌剂为纳米银离子抗菌剂。
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