CN115819765A - 环氧基化合物改性马来酰亚胺预聚物、树脂组合物及树脂组合物的应用 - Google Patents
环氧基化合物改性马来酰亚胺预聚物、树脂组合物及树脂组合物的应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种环氧基化合物改性马来酰亚胺预聚物,由100重量份的马来酰亚胺树脂和20~80重量份的含碳碳双键的环氧基化合物,在100~150℃的温度下搅拌并反应0.5~2h,反应完成后得到所述环氧基化合物改性马来酰亚胺预聚物。用含有环氧基团的化合物改性马来酰亚胺树脂,一方面能够提升马来酰亚胺树脂的介电性能,同时能提升树脂的反应性,在改性马来酰亚胺树脂与活性酯化合物反应时,提升二者之间的交联密度,从而提升体系的耐热性、使体系的热膨胀系数(CTE)降低。
Description
技术领域
本发明涉及电子材料技术领域,尤其涉及一种环氧基化合物改性马来酰亚胺预聚物、含有环氧基化合物改性马来酰亚胺预聚物的树脂组合物及树脂组合物的应用。
背景技术
随着5G的发展及规模化,PCB基板材料需要具备较低的介电常数和介电损耗正切,以减少高速传输时信号的延迟、失真和损耗,以及信号之间的干扰。因此,期望提供一种热固性树脂组合物,使用这种热固性树脂组合物制作的印制电路板材料在高速化、高频化的信号传输过程中能表现出充分低的低介电常数和低介电损耗正切(即介电常数和介电损耗正切越低越好)。
双马来酰亚胺树脂作为一种高性能的树脂材料,具有优异的耐热性和较高的高温模量保持率,但是双马来酰亚胺树脂溶解性差,只能溶解于一些高沸点溶剂如N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮等,工艺条件苛刻,同时双马来酰亚胺的固化物交联密度高、脆性大,严重影响其它的使用性能。因此,现有技术中普遍采用芳香族二胺或二烯丙基化合物进行改性,改性后的双马来酰亚胺树脂在一定程度上改善加工性,但是不论二胺或二烯丙基化合物改性马来酰亚胺树脂,在实际生产过程中还是存在溶解性和其他树脂之间的相容性问题,同时,双马来酰亚胺在高频高速领域中介电常数和介质损耗值难以达到要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环氧基化合物改性马来酰亚胺预聚物、含有环氧基化合物改性马来酰亚胺预聚物的树脂组合物及树脂组合物的应用,环氧基化合物改性马来酰亚胺预聚物的介电性能、CTE、耐热性均得到提升。
为了实现上述发明目的之一,本发明一实施方式提供一种环氧基化合物改性马来酰亚胺预聚物,由100重量份的马来酰亚胺树脂和20~80重量份的含碳碳双键的环氧基化合物,在100~150℃的温度下搅拌并反应0.5~2h,反应完成后得到所述环氧基化合物改性马来酰亚胺预聚物。
作为本发明一实施方式的进一步改进,所述含碳碳双键的环氧基化合物中含乙烯基、烯丙基、丙烯基、甲基丙烯酸酯基或丙烯酸酯基。
作为本发明一实施方式的进一步改进,所述含碳碳双键的环氧基化合物选自二烯丙基双酚A二缩水甘油醚、二烯丙基双酚S二缩水甘油醚、二烯丙基二苯醚二缩水甘油醚中、二丙烯基双酚A二缩水甘油醚、二丙烯基双酚S二缩水甘油醚、二丙烯基二苯醚二缩水甘油醚、二乙烯基双酚A二缩水甘油醚、二乙烯基双酚S二缩水甘油醚、二乙烯基二苯醚二缩水甘油醚的至少一种。
作为本发明一实施方式的进一步改进,所述马来酰亚胺树脂为在一个分子结构中至少含有一个结构式(1)所示的马来酰亚胺基团的化合物:
本发明一实施方式还提供一种树脂组合物,以重量计,包括如下组分:
(a)环氧基化合物改性马来酰亚胺预聚物:100份;
(b)活性酯化合物:0.1~80份;
其中,所述环氧基化合物改性马来酰亚胺预聚物为前述的环氧基化合物改性马来酰亚胺预聚物。
作为本发明一实施方式的进一步改进,所述活性酯化合物结构如下结构式(2)所示:
作为本发明一实施方式的进一步改进,所述马来酰亚胺树脂为如下结构中的至少一种:
作为本发明一实施方式的进一步改进,还包括5~50重量份的弹性体,所述弹性体选自苯乙烯类弹性体、甲基丙烯酸酯类弹性体、有机硅类弹性体中至少一种。
作为本发明一实施方式的进一步改进,还包括1~50重量份环氧树脂,所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、双酚E型环氧树脂、含磷环氧树脂、邻甲酚醛环氧树脂、双酚A酚醛环氧树脂、苯酚酚醛环氧树脂、甲酚酚醛环氧树脂、三苯基甲烷环氧树脂、四苯基乙烷环氧树脂、联苯型环氧树脂、萘环型环氧树脂、双环戊二烯型环氧树脂、异氰酸酯型环氧树脂、芳烷基线型酚醛环氧树脂、脂环族类环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、缩水甘油醚型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂中的一种或几种。
作为本发明一实施方式的进一步改进,还包括5~50重量份阻燃剂,所述阻燃剂选自溴系阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、有机硅阻燃剂、有机金属盐阻燃剂。
作为本发明一实施方式的进一步改进,所述溴系阻燃剂选自十溴二苯醚、十溴二苯乙烷、溴化苯乙烯或者四溴邻苯二甲酰胺;
所述磷系阻燃剂选自无机磷、磷酸酯、磷酸、次磷酸、氧化磷、9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)、10-(2,5-二羟基苯基)-9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO-HQ)、(m为1~5的整数)、10-苯基-9,10-二氢-9-氧杂-10-磷菲-10-氧化物、三(2,6-二甲基苯基)磷、磷腈、改性磷腈等有机含磷化合物;
所述氮系阻燃剂选自三嗪化合物、氰尿酸化合物、异氰酸化合物、吩噻嗪;
所述有机硅阻燃剂选自有机硅油、有机硅橡胶、有机硅树脂;
所述有机金属阻燃剂选自二茂铁、乙酰丙酮金属络合物、有机金属羰基化合物。
本发明一实施方式还提供一种如前所述的树脂组合物在半固化片、层压板、绝缘薄膜、绝缘板、覆铜板、电路基板和电子器件中的应用。
本发明提供的一个或多个技术方案,至少具有如下技术效果或优点:
(1)本发明提供的环氧基化合物改性马来酰亚胺预聚物,通过用含有环氧基团和不饱和双键的化合物改性马来酰亚胺树脂,一方面能够提升马来酰亚胺树脂的溶解性和与其他树脂的相容性,特别是在改性马来酰亚胺树脂与含酰亚胺基活性酯化合物配合使用时很好地将两种树脂混合均匀,获得非常均质的树脂胶液,这对后续半固化片和覆铜板的制作加工性有利,有效降低半固化片表观和覆铜板表观缺陷;
(2)在改性马来酰亚胺树脂与含酰亚胺基活性酯化合物配合使用时,改性马来酰亚胺树脂中的环氧基与活性酯基反应,同时马来酰亚胺基的自聚反应,有效提升二者之间的交联密度,从而提升体系的耐热性、使体系的热膨胀系数(CTE)降低,并进一步改善介电性能。
具体实施方式
以下将结合具体实施方式对本发明进行详细的描述,但这些实施方式并不限制本发明,本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做的反应条件、反应物或原料用量上的变换均包含在本发明的保护范围内。
本发明实施例提供了一种环氧基化合物改性马来酰亚胺预聚物,由100重量份的马来酰亚胺树脂和20~80重量份的含碳碳双键的环氧基化合物,在100~150℃的温度下搅拌并反应0.5~2h,反应完成后得到所述环氧基化合物改性马来酰亚胺预聚物。
进一步的,含碳碳双键的环氧基化合物中含乙烯基、烯丙基、丙烯基、甲基丙烯酸酯基或丙烯酸酯基。
优选的,含碳碳双键的环氧基化合物选自二烯丙基双酚A二缩水甘油醚、二烯丙基双酚S二缩水甘油醚、二烯丙基二苯醚二缩水甘油醚中、二丙烯基双酚A二缩水甘油醚、二丙烯基双酚S二缩水甘油醚、二丙烯基二苯醚二缩水甘油醚、二乙烯基双酚A二缩水甘油醚、二乙烯基双酚S二缩水甘油醚、二乙烯基二苯醚二缩水甘油醚的至少一种。
更优选的,含碳碳双键的环氧基化合物选自二烯丙基双酚A二缩水甘油醚、二烯丙基双酚S二缩水甘油醚、二烯丙基二苯醚二缩水甘油醚中的至少一种。
其中,二烯丙基双酚A二缩水甘油醚的化学结构式为:
二烯丙基双酚S二缩水甘油醚的化学结构式为:
二烯丙基二苯醚二缩水甘油醚的化学结构式为:
进一步的,马来酰亚胺树脂为在一个分子结构中至少含有一个结构式(1)所示的酰亚胺环基团的化合物:
本发明实施例还提供一种树脂组合物,以重量计,包括如下组分:
(a)环氧基化合物改性马来酰亚胺预聚物:100份;
(b)活性酯化合物:0.1~80份;
其中,所述环氧基化合物改性马来酰亚胺预聚物为前述的环氧基化合物改性马来酰亚胺预聚物。
环氧基化合物改性马来酰亚胺预聚物中的环氧基与活性酯基反应,预聚物中的酰亚胺基于活性酯中的双键反应,预聚物中的碳碳双键也能够与活性酯基反应,多个基团之间均能够发生反应,提高体系的交联密度,改善CTE和翘曲。
进一步的,活性酯化合物结构如下结构式(2)所示:
进一步的,马来酰亚胺树脂为如下结构中的至少一种:
进一步的,树脂组合物还包括5~50重量份的弹性体,所述弹性体选自苯乙烯类弹性体、甲基丙烯酸酯类弹性体、有机硅类弹性体中至少一种。
其中,苯乙烯类弹性体选自日本旭化成株式会社制备的牌号为H1041、H1043、H1051、H1052、H1053、H1221、P1500、P2000、M1911或M1913的苯乙烯类弹性体;可乐丽株式会社制备的牌号为8004、8006、8076、8104、V9827、2002、2005、2006、2007、2104、7125、4033、4044、4055、4077或4099的苯乙烯类弹性体。
进一步的,树脂组合物还包括1~50重量份环氧树脂,所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、双酚E型环氧树脂、含磷环氧树脂、邻甲酚醛环氧树脂、双酚A酚醛环氧树脂、苯酚酚醛环氧树脂、甲酚酚醛环氧树脂、三苯基甲烷环氧树脂、四苯基乙烷环氧树脂、联苯型环氧树脂、萘环型环氧树脂、双环戊二烯型环氧树脂、异氰酸酯型环氧树脂、芳烷基线型酚醛环氧树脂、脂环族类环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、缩水甘油醚型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂中的一种或几种。
进一步的,树脂组合物还包括5~50重量份阻燃剂,阻燃剂选自溴系阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、有机硅阻燃剂、有机金属盐阻燃剂。
具体的,溴系阻燃剂选自十溴二苯醚、十溴二苯乙烷、溴化苯乙烯或者四溴邻苯二甲酰胺。
磷系阻燃剂选自无机磷、磷酸酯、磷酸、次磷酸、氧化磷、9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)、10-(2,5-二羟基苯基)-9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO-HQ)、(m为1~5的整数)、10-苯基-9,10-二氢-9-氧杂-10-磷菲-10-氧化物、三(2,6-二甲基苯基)磷、磷腈、改性磷腈等有机含磷化合物。
氮系阻燃剂选自三嗪化合物、氰尿酸化合物、异氰酸化合物、吩噻嗪。
有机硅阻燃剂选自有机硅油、有机硅橡胶、有机硅树脂。
有机金属阻燃剂选自二茂铁、乙酰丙酮金属络合物、有机金属羰基化合物。
优选的,阻燃剂选自日本大冢化学株式会社制备的牌号为SPB-100的磷腈;牌号为BP-PZ、PP-PZ、SPCN-100、SPV-100和SPB-100L的改性磷腈。
进一步的,树脂组合物还包括30~150重量份填料,填料选自无机填料、有机填料或复合填料。
优选的,填料为球形二氧化硅、氧化铝或氢氧化铝,更优选为球形二氧化硅。
进一步的,填料用硅烷偶联剂进行表面处理,硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂、含碳碳双键硅烷偶联剂或环氧硅烷偶联剂中至少一种。优选的,硅烷偶联剂选自以下结构:
进一步的,树脂组合物还包括0.001~5重量份催化剂,选自2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-十一烷基咪唑、1-苄基-2-甲基咪唑、2-十七烷基咪唑、2-异丙基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑、2-十二烷基咪唑、1-氰乙基-2-甲基咪唑或以下结构所示的改性咪唑中的至少一种:
本发明还提供上述树脂组合物在半固化片、层压板、绝缘板、绝缘薄膜、电路基板和电子器件中的应用,具体说明如下:
本发明提供还一种半固化片,包括增强材料和前述树脂组合物,半固化片的制备方法为:将树脂组合物用溶剂溶解制成胶液,然后将增强材料浸渍在上述胶液中,将浸渍后的增强材料取出在100~180℃环境下烘烤1~15min;干燥后即可得到半固化片。
其中,溶剂选自丙酮、丁酮、甲苯、甲基异丁酮、N、N-二甲基甲酰胺、N、N-二甲基乙酰胺、乙二醇甲醚、丙二醇甲醚、苯、甲苯、二甲苯、环己烷中的至少一种。
增强材料选自天然纤维、有机合成纤维、有机织物、无机织物中的至少一种。优选地,增强材料采用玻璃纤维布;玻璃纤维布中优选使用开纤布或扁平布;玻璃纤维布优选为E玻璃纤维布、S玻璃纤维布或Q玻璃纤维布。
此外,当增强材料采用玻璃纤维布时,玻璃纤维布使用偶联剂进行化学处理,以改善树脂组合物与玻璃纤维布之间的界面结合。偶联剂优选用环氧硅烷偶联剂或者氨基硅烷偶联剂,以提供良好的耐水性和耐热性。
本发明实施例还提供一种层压板,包括一片前述半固化片以及设置在半固化片至少一侧表面的金属箔;或者包括由多片前述半固化片相互叠合而成的组合片以及设置在组合片至少一侧表面的金属箔。
层压板采用以下方法制备:在一片半固化片的一侧或双侧表面覆上金属箔,或者将至少两片半固化片叠合而成组合片,在组合片的一侧或双侧表面覆上金属箔,热压成形得到金属箔层压板。热压的压制条件为:在0.2~5MPa、150~250℃下压制2~4小时。
优选的,金属箔选自铜箔或铝箔。金属箔的厚度为5微米、8微米、12微米、18微米、35微米或70微米。
本发明实施例还提供了一种绝缘板,包括至少一片前述半固化片。
本发明实施例还提供了一种绝缘薄膜,包括载体膜以及涂覆在其上的前述树脂组合物,绝缘薄膜的热指数得到了明显提高。
绝缘薄膜采用以下方法制备:将前述树脂组合物用溶剂溶解制成胶液,然后在载体膜上涂覆该胶液,将涂覆胶液的载体膜加热干燥后,即可得到绝缘薄膜。
前述的溶剂选自丙酮、丁酮、甲苯、甲基异丁酮、N、N-二甲基甲酰胺、N、N-二甲基乙酰胺、乙二醇甲醚、丙二醇甲醚、苯、甲苯、二甲苯、环己烷中的至少一种。
载体膜选自PET膜、PP膜、PE膜、PVC膜中的至少一种。
本发明实施例还提供了一种电路基板,包括前述的半固化片、层压板、绝缘板、绝缘薄膜中的一种或多种。
本发明实施例还提供了一种电子器件,包括前述电路基板;由于电路基板的耐热性大大提高,故电子器件的安全性显著提高。
下面结合一些具体的合成例和对比例,对本申请的技术方案进行进一步说明。
合成例1:改性马来酰亚胺预聚物A
采用二烯丙基双酚A二缩水甘油醚55重量份,双马来酰亚胺树脂(结构式5)100重量份,在130℃下反应60min制得改性马来酰亚胺预聚物A。
合成例2:改性马来酰亚胺预聚物B
采用二烯丙基双酚S二缩水甘油醚50重量份,双马来酰亚胺树脂(结构式3)100重量份,在130℃下反应60min制得改性马来酰亚胺预聚物B。
合成例3:含酰亚胺基活性酯化合物A
在氮气氛围的反应瓶中,投入含酰亚胺基多酚树脂1mol、对苯二甲酸3mol、1-萘酚3mol份及甲苯500g,搅拌均匀使其溶解成混合液;
将混合液体系温度控制为70℃,用3小时将50g的20%氢氧化钠水溶液加入混合液中;氢氧化钠水溶液的滴加结束后,保持该状态继续搅拌1小时,使反应充分;
之后,将反应所得的混合物静置、分液并去除水层,重复该操作(也即重复操作:将反应所得的混合物静置、分液并去除水层)至水层的pH变为7后,在加热减压条件下蒸馏以去除甲苯等,得到含酰亚胺基活性酯化合物A(结构式2中n=1)。
对比合成例1:
采用二烯丙基双酚A55重量份,双马来酰亚胺树脂(结构式5)100重量份,在130℃下反应60min制得改性马来酰亚胺预聚物C。
按照表1中的数据称取对应固体物质,将称取的各固体物质通过丁酮调节胶液至固含量65%,将胶液涂覆于2116E玻璃纤维布上,浸润后取出,放置于160℃鼓风干燥箱中,烘烤5min,制成半固化片。
将4张上述所得半固化片整齐叠放呈层叠体,在该层叠体的上下两侧分别叠放一张12μm低轮廓电解铜箔,而后置于真空热压机中以2.5Mpa压力、220℃温度进行压制1.5小时,得到覆铜层压板,具体性能检测如表2所示。
表1树脂组合物成分表
表2性能表
对上述所有实施例1~4和比较例1~2中制备的半固化片和覆铜层压板进行性能测试。
(1)玻璃化转变温度(Tg):采用DMA,升温速率为10℃/min,频率为10Hz;
(2)XY轴CTE(α1):采用TMA,升温速率5℃/min;
(3)介电性能:采用Keysight网络分析仪,测定10GHz下的介电常数和介电损耗。
(4)翘曲:温度在室温至260℃范围内,板材变形高度(μm),当变形高度为小于150μm,表示O,当变形高度为150-350μm,表示Θ,当变形高度为350-500μm,表示★,当变形高度大于500μm,表示▲。
(5)固化收缩率:通过TMA,温度在室温-260℃-室温循环过程中测试前后固化物收缩率。
由上述表2可知,采用含环氧基化合物改性得到的马来酰亚胺预聚物的实施例1相较于不含环氧基的马来酰亚胺预聚物的对比例1,玻璃化转变温度和覆铜板表观缺陷情况得到明显提升。
应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施方式中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明,它们并非用以限制本发明的保护范围,凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种环氧基化合物改性马来酰亚胺预聚物,其特征在于,由100重量份的马来酰亚胺树脂和20~80重量份的含碳碳双键的环氧基化合物,在100~150℃的温度下搅拌并反应0.5~2h,反应完成后得到所述环氧基化合物改性马来酰亚胺预聚物。
2.根据权利要求1所述的环氧基化合物改性马来酰亚胺预聚物,其特征在于,所述含碳碳双键的环氧基化合物中含乙烯基、烯丙基、丙烯基、甲基丙烯酸酯基或丙烯酸酯基。
3.根据权利要求2所述的环氧基化合物改性马来酰亚胺预聚物,其特征在于,所述含碳碳双键的环氧基化合物选自二烯丙基双酚A二缩水甘油醚、二烯丙基双酚S二缩水甘油醚、二烯丙基二苯醚二缩水甘油醚中、二丙烯基双酚A二缩水甘油醚、二丙烯基双酚S二缩水甘油醚、二丙烯基二苯醚二缩水甘油醚、二乙烯基双酚A二缩水甘油醚、二乙烯基双酚S二缩水甘油醚、二乙烯基二苯醚二缩水甘油醚的至少一种。
5.一种树脂组合物,其特征在于,以重量计,包括如下组分:
(a)环氧基化合物改性马来酰亚胺预聚物:100份;
(b)活性酯化合物:0.1~80份;
其中,所述环氧基化合物改性马来酰亚胺预聚物为权利要求1~4任一项所述的环氧基化合物改性马来酰亚胺预聚物。
8.根据权利要求5所述的树脂组合物,其特征在于,还包括5~50重量份的弹性体,所述弹性体选自苯乙烯类弹性体、甲基丙烯酸酯类弹性体、有机硅类弹性体中至少一种。
9.根据权利要求5所述的树脂组合物,其特征在于,还包括1~50重量份环氧树脂,所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、双酚E型环氧树脂、含磷环氧树脂、邻甲酚醛环氧树脂、双酚A酚醛环氧树脂、苯酚酚醛环氧树脂、甲酚酚醛环氧树脂、三苯基甲烷环氧树脂、四苯基乙烷环氧树脂、联苯型环氧树脂、萘环型环氧树脂、双环戊二烯型环氧树脂、异氰酸酯型环氧树脂、芳烷基线型酚醛环氧树脂、脂环族类环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、缩水甘油醚型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂中的一种或几种。
10.根据权利要求5所述的树脂组合物,其特征在于,还包括5~50重量份阻燃剂,所述阻燃剂选自溴系阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、有机硅阻燃剂、有机金属盐阻燃剂。
11.根据权利要求10所述的树脂组合物,其特征在于,所述溴系阻燃剂选自十溴二苯醚、十溴二苯乙烷、溴化苯乙烯或者四溴邻苯二甲酰胺;
所述磷系阻燃剂选自无机磷、磷酸酯、磷酸、次磷酸、氧化磷、9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)、10-(2,5-二羟基苯基)-9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO-HQ)、(m为1~5的整数)、10-苯基-9,10-二氢-9-氧杂-10-磷菲-10-氧化物、三(2,6-二甲基苯基)磷、磷腈、改性磷腈等有机含磷化合物;
所述氮系阻燃剂选自三嗪化合物、氰尿酸化合物、异氰酸化合物、吩噻嗪;
所述有机硅阻燃剂选自有机硅油、有机硅橡胶、有机硅树脂;
所述有机金属阻燃剂选自二茂铁、乙酰丙酮金属络合物、有机金属羰基化合物。
12.如权利要求5~11任一项所述的树脂组合物在半固化片、层压板、绝缘薄膜、绝缘板、覆铜板、电路基板和电子器件中的应用。
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