CN116986925B - 一种具有岛状结构的防滑耐磨瓷砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有岛状结构的防滑耐磨瓷砖及其制备方法,属于建筑材料领域,具有岛状结构的防滑耐磨瓷砖包括覆盖于陶瓷坯体表面的面釉层以及覆盖于面釉层表面的耐磨釉层,且耐磨釉层上镶嵌有不同大小的凸起颗粒并形成岛状结构,且岛状结构上还设置有由氧化铝、氧化锆、氧化镧经过混合得到的耐磨材料。使得本发明制备的防滑耐磨瓷砖在干、湿状态下均表现出优异的防滑效果。本申请的将氧化铝、氧化锆以及氧化镧复配使用,显著地提高了瓷砖的表面硬度、防滑性以及耐磨性,且由于岛状结构的特性,也显著提高了瓷砖的防滑以及耐磨的持久性。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料制备领域,具体而言,涉及一种具有岛状结构的防滑耐磨瓷砖及其制备方法。
背景技术
建筑陶瓷砖广泛用于地面装饰,尤其是在商场、广场、公共空间等人流量密集区,对陶瓷砖的耐磨性要求更高。普通的陶瓷砖表面硬度低,容易被刮花,出现划痕,严重的会出现表面颜色以及图案的缺失,不但影响美观,还会导致表面釉料的磨损,出现打滑以及不易于清洁的问题。
现有技术通过在釉料配方中引入耐磨熔块来促使釉层表面析出钙长石、钡长石、锶长石等晶体,但依然存在釉料的熔点升高而影响烧成效果或晶体自身的硬度不够,对陶瓷釉面耐磨性的整体提升效果有限等问题。另外,现有瓷砖的防滑大多是采用陶瓷防滑剂进行后处理,即将防滑剂喷涂在瓷砖表面进行腐蚀,瓷砖防滑剂渗入地砖及石材的毛细孔内,溶解硅酸盐使得原有的毛细孔变粗,在釉面形成很多细小凹痕,但这种工艺不可避免的造成瓷砖表面花色图案的变化,而且陶瓷防滑剂腐蚀出的凹痕较小,存在持久性不佳,容易受磨损的问题。
发明内容
基于此,为了解决现有技术中的瓷砖表面防滑效果差以及耐磨性能不佳的问题,本发明提供了一种具有岛状结构的防滑耐磨瓷砖及其制备方法,具体技术方案如下:
一种具有岛状结构的防滑耐磨瓷砖,所述瓷砖包括陶瓷坯体、覆盖于所述陶瓷坯体表面的面釉层以及覆盖于所述面釉层表面的耐磨釉层,所述耐磨釉层上镶嵌有不同粒径大小的凸起颗粒并形成岛状结构,且所述岛状结构上还设置有耐磨材料;
其中,所述耐磨材料由质量比为(1~7):(1~2):(1~3)的氧化铝、氧化锆、氧化镧经过混合得到。
进一步地,所述耐磨釉层包括以下重量份的制备原料:具有第一始融温度且不同粒径大小的干粒A25份~50份、具有第二始融温度且不同粒径大小的干粒B 25份~50份、耐磨材料1份~15份以及助剂60份~120份;
进一步地,所述第一始熔温度为1180℃~1250℃;所述干粒A包括以下质量百分比的成分:SiO2:50%~60%、Al2O3:15%~20%、K2O:3%~6%、Na2O:1%~3%、CaO:5%~10%、MgO:1%~3%、ZnO:2%~6%、ZrO2:3%~7%、BaO:3%~7%;
进一步地,所述第二始融温度为1100℃~1150℃;所述干粒B包括以下质量百分比的成分:SiO2:55%~65%、Al2O3:15%~25%、K2O:3%~7%、Na2O:5%~10%、CaO:5%~10%、ZnO:2%~5%。
进一步地,所述氧化铝为片状氧化铝,所述片状氧化铝的直径为3μm~40μm,厚度为1μm~5μm。
进一步地,按照质量百分比,所述干粒A的粒径大小分布如下:
80目≤粒径大小≤100目 0~5%、100目<粒径大小≤120目 2%~20%、120目<粒径大小≤150目 5%~45%、150目<粒径大小≤200目20%~65%、200目<粒径大小≤250目10%~30%、250目<粒径大小≤300目5%~20%、300目<粒径大小≤400目5%~20%、400目<粒径大小0~10%。
进一步地,按照质量百分比,所述干粒B的粒径大小分布如下:
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进一步地,所述助剂由以下质量百分比的成分组成:增稠剂15%~25%、分散剂5%~15%、润湿剂5%~15%、流平剂5%~15%、消泡剂3%~7%以及水35%~48%。
另外,本申请还提供一种瓷砖的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
分别制备陶瓷坯体以及面釉;
在球磨作用下,获得耐磨材料,然后将干粒A、干粒B、所述耐磨材料以及助剂在搅拌作用下,得到耐磨釉;
在陶瓷坯体表面布施面釉,然后喷墨打印彩色图案,形成面釉层,再喷淋耐磨釉,经过干燥处理、烧成处理以及表面处理后,形成具有耐磨釉层的瓷砖。
进一步地,所述烧成处理的温度为1180℃~1230℃,时间为40min~90min,保温时间为5min~20min。
上述方案中通过添加具有第一始融温度且不同粒径大小的干粒A、具有第二始融温度且不同粒径大小的干粒B以及耐磨材料,烧成处理后形成的岛状结构,凸起岛状颗粒与凹陷坑之间形成了高度差,增大了瓷砖表面滑动阻力,使得在干、湿状态下均表现出优异的防滑效果,且凸起岛状颗粒的面密度明显比现有单一凹凸模具工艺或单一精雕工艺优异;本申请的将氧化铝、氧化锆以及氧化镧复配作为耐磨材料使用,不仅不影响烧成处理工艺,还显著地提高了瓷砖的表面硬度、防滑性能以及耐磨性能,且由于岛状结构的特性,也显著提高了瓷砖的防滑以及耐磨的持久性。另外,本申请的制备方法简单,无需对设备进行改进,通过制备原料以及工艺的优化,能获得防滑、耐磨以及耐腐蚀性能的瓷砖,整体上有利于提高生产以及瓷砖产品的品质。
附图说明
图1为本发明实施例3中瓷砖的电子显微示意图;
图2为本发明实施例3中瓷砖的电子显微放大示意图;
图3为本发明实施例3的瓷砖经过氢氟酸腐蚀后的电子显微示意图;
图4为对比例1的瓷砖的电子显微示意图;
图5为对比例1的瓷砖的电子显微放大示意图;
图6为对比例2的瓷砖的电子显微示意图;
图7为对比例2的瓷砖的电子显微放大示意图;
图8为对比例3的瓷砖的电子显微示意图;
图9为对比例3的瓷砖的电子显微放大示意图;
图10为实施例3的瓷砖的工艺流程示意图。
具体实施方式
为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合其实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明,并不限定本发明的保护范围。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“ 及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明一实施例中的一种具有岛状结构的防滑耐磨瓷砖,所述瓷砖包括陶瓷坯体、覆盖于所述陶瓷坯体表面的面釉层以及覆盖于所述面釉层表面的耐磨釉层,所述耐磨釉层上镶嵌有不同大小的凸起颗粒并形成岛状结构,且所述岛状结构上还设置有耐磨材料;
其中,所述耐磨材料由质量比为(1~7):(1~2):(1~3)的氧化铝、氧化锆、氧化镧经过混合得到。
在其中一个实施例中,所述耐磨釉层包括以下重量份的制备原料:具有第一始融温度且不同粒径大小的干粒A25份~50份、具有第二始融温度且不同粒径大小的干粒B 25份~50份、耐磨材料1份~15份以及助剂60份~120份。
在其中一个实施例中,所述第一始熔温度为1180℃~1250℃;所述干粒A包括以下质量百分比的成分:SiO2:50%~60%、Al2O3:15%~20%、K2O:3%~6%、Na2O:1%~3%、CaO:5%~10%、MgO:1%~3%、ZnO:2%~6%、ZrO2:3%~7%、BaO:3%~7%。
在其中一个实施例中,所述第二始融温度为1100℃~1150℃;所述干粒B包括以下质量百分比的成分:SiO2:55%~65%、Al2O3:15%~25%、K2O:3%~7%、Na2O:5%~10%、CaO:5%~10%、ZnO:2%~5%。
在其中一个实施例中,所述氧化铝为片状氧化铝,所述片状氧化铝的直径为3μm~40μm,厚度为1μm~5μm;优选地,所述片状氧化铝的直径为5μm~20μm,厚度为1μm~3μm。
在其中一个实施例中,所述氧化锆的直径为5μm~35μm,厚度为1μm~5μm;优选地,所述氧化锆的直径为5μm~20μm,厚度为1μm~2μm。
在其中一个实施例中,所述氧化镧的直径为8μm~30μm,厚度为1μm~5μm;优选地,所述氧化镧的直径为8μm~20μm,厚度为1μm~3μm。
在其中一个实施例中,按照质量百分比,所述干粒A的粒径大小分布如下:
80目≤粒径大小≤100目 0~5%、100目<粒径大小≤120目 2%~20%、120目<粒径大小≤150目 5%~45%、150目<粒径大小≤200目20%~65%、200目<粒径大小≤250目10%~30%、250目<粒径大小≤300目5%~20%、300目<粒径大小≤400目5%~20%、400目<粒径大小0~10%。
在其中一个实施例中,按照质量百分比,所述干粒A的粒径大小分布如下:
80目≤粒径大小≤100目 1~5%、100目<粒径大小≤120目 2%~15%、120目<粒径大小≤150目 5%~25%、150目<粒径大小≤200目20%~60%、200目<粒径大小≤250目11%~25%、250目<粒径大小≤300目5%~18%、300目<粒径大小≤400目6%~15%、400目<粒径大小≤600目 1~10%。
在其中一个实施例中,按照质量百分比,所述干粒B的粒径大小分布如下:
120目≤粒径大小≤150目 0%~5%、150目<粒径大小≤200目2%~10%、200目<粒径大小≤250目15%~25%、250目<粒径大小≤300目20%~35%、300目<粒径大小≤400目 25~40%、400目<粒径大小≤800目8%~20%。
在其中一个实施例中,按照质量百分比,所述干粒B的粒径大小分布如下:
120目≤粒径大小≤150目 1%~3%、150目<粒径大小≤200目2%~8%、200目<粒径大小≤250目15%~22%、250目<粒径大小≤300目20%~33%、300目<粒径大小≤400目 30~40%、400目<粒径大小8%~15%。
在其中一个实施例中,所述助剂由以下质量百分比的成分组成:增稠剂15%~25%、分散剂5%~15%、润湿剂5%~15%、流平剂5%~15%、消泡剂3%~7%以及水35%~48%。
在其中一个实施例中,所述增稠剂为羟甲基纤维素以及羟乙基纤维素中的一种或两种混合。
在其中一个实施例中,所述分散剂为三聚磷酸钠、硅酸钠、磷酸钠中的一种或多种混合。
在其中一个实施例中,所述润湿剂为非离子含羟基共聚物。
在其中一个实施例中,所述流平剂为有机改性聚硅氧烷丙烯酸型流平剂。
在其中一个实施例中,所述消泡剂为聚硅氧烷。
另外,本申请还提供一种瓷砖的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
分别制备陶瓷坯体以及面釉;
在球磨作用下,获得耐磨材料,然后将干粒A、干粒B、所述耐磨材料以及助剂在搅拌作用下,得到耐磨釉;
在陶瓷坯体表面布施面釉,然后喷墨打印彩色图案,形成面釉层,再喷淋耐磨釉,经过干燥处理、烧成处理以及表面处理后,形成具有耐磨釉层的瓷砖。
在其中一个实施例中,制备陶瓷坯体时,将陶瓷坯体原料进行球磨,细度为325目筛网,筛余为0.5%~0.7%的浆料。
在其中一个实施例中,所述球磨作用的条件为:球磨转速为50r/min~150r/min,时间为10min~20min。
在其中一个实施例中,所述搅拌作用的条件为:搅拌转速为600r/min~1000r/min,时间为10min~30min。
在其中一个实施例中,所述耐磨釉的比重为1.15 g/cm3~1.25g/cm3,施釉量333±5g/m2。
在其中一个实施例中,所述烧成处理的温度为1180℃~1230℃,时间为40min~90min,保温时间为5min~20min。
在其中一个实施例中,所述表面处理包括轻扫抛以及磨边中的一种或两种。
上述方案中通过添加具有第一始融温度且不同粒径大小的干粒A、具有第二始融温度且不同粒径大小的干粒B以及耐磨材料,烧成处理后形成的岛状结构,凸起岛状颗粒与凹陷坑之间形成了高度差,增大了瓷砖表面滑动阻力,使得在干、湿状态下均表现出优异的防滑效果,且凸起岛状颗粒的面密度明显比现有单一凹凸模具工艺或单一精雕工艺优异;本申请的将氧化铝、氧化锆以及氧化镧复配作为耐磨材料使用,不仅不影响烧成处理工艺,还能显著地提高了瓷砖的表面硬度、防滑性能以及耐磨性能,且由于岛状结构的特性,也显著提高了瓷砖的防滑以及耐磨的持久性。另外,本申请的制备方法简单,无需对设备进行改进,通过制备原料以及工艺的优化,能获得防滑、耐磨以及耐腐蚀性能的瓷砖,整体上有利于提高生产以及瓷砖产品的品质。
下面将结合具体实施例对本发明的实施方案进行详细描述。
实施例1~3:
实施例1~3的耐磨釉层的制备原料的重量份如表1所示;
实施例1~3的耐磨釉层中的干粒A以及干粒B的粒径大小分布如表2所示。
实施例1~3的干粒A包括以下质量百分比的成分:SiO2:51.21%、Al2O3:19.59%、K2O:5%、Na2O: 3%、CaO:8%、MgO:1%%、ZnO:4%、ZrO2:4.2%、BaO:4%;
所述干粒B包括以下质量百分比的成分:SiO2:56.5%、Al2O3:23%、K2O:4.5%、Na2O:5%、CaO:6%、ZnO:5%。
一种瓷砖的制备方法,包括以下步骤:
分别制备陶瓷坯体以及面釉;
在球磨转速为100r/min的条件下球磨作用20min,获得耐磨材料,然后将干粒A、干粒B、所述耐磨材料以及助剂在搅拌机转速为1000r/min条件下搅拌作用30min,得到比重为1.15 g/cm3的耐磨釉;
在陶瓷坯体表面布施面釉,然后喷墨打印彩色图案,形成面釉层,再以施釉量为333±5g/m2喷淋耐磨釉,经过干燥处理、烧成处理以及表面处理后,形成具有耐磨釉层的瓷砖,且本实施例中的烧成处理的温度为1180℃,时间为60min,保温时间为10min。
对比例1~7:
对比例1~7与实施例3的区别在于,对比例1~7中耐磨釉层的制备原料以及制备原料的重量份比与实施例3不同,其它与实施例3相同,具体如表1所示。
对比例8:
对比例8与实施例3的区别在于,对比例8中的干粒A的粒径大小为200目,其它与实施例3相同。
对比例9:
对比例9与实施例3的区别在于,对比例9中的干粒B的粒径大小为200目,其它与实施例3相同。
对比例10:
对比例10与实施例3的区别在于,对比例10中的干粒A的粒径大小为200目,对比例10中的干粒B的粒径大小为200目,其它与实施例3相同。
对比例11:
对比例11与实施例3的区别在于,对比例11中的干粒A的粒径大小为200目,对比例11中干粒B的粒径大小为400目,其它与实施例3相同。
表1:(重量份)
表2:(质量百分比)
将实施例1~3的瓷砖以及对比例1~11制备的瓷砖进行维氏硬度、防滑性能以及耐磨性能进行测试。其中,通过莫氏硬度笔在釉面刻划,测量得到的莫氏硬度。静态摩擦系数:按照GB/T4100标准测试,分为干态静摩擦系数和湿态静摩擦系数。干态静摩擦系数:在瓷砖表面上任取三个不同的区域,分别测量干态静摩擦系数,取其平均值;湿态静摩擦系数:用去离子水完全润湿瓷砖的表面后,在瓷砖表面上任取三个不同的区域,分别测量湿态静摩擦系数,取其平均值;参考GB/T 3810.7-2016测试耐磨性能。结果如下表3所示。
表3:
从表3的数据中可以看出,本申请能获得在干、湿状态下仍然具有较高静摩擦系数的瓷砖,说明瓷砖在干、湿状态下均具有显著的防滑性能,且耐磨性能优异。对比例1与实施例3相比,区别在于对比例1中未添加干粒A,对比例2与实施例3相比,区别在于对比例2中未添加干粒B,但是可以看出对比例1以及对比例2中获得的瓷砖的摩擦系数明显降低,且耐磨性也显著降低,说明将干粒A以及干粒B复配使用,有助于提高瓷砖的防滑性以及耐磨性;对比例3与实施例3的区别在于对比例3中未添加耐磨材料,可见耐磨性能明显降低,对比例4~7与实施例3的区别在于耐磨材料的成分不同,但是也对耐磨性能起到明显的作用,说明了耐磨材料的复配使用,也起到了1+1>2的技术效果;对比例8~11与实施例3的区别在于,对比例8~11的添加的干粒A和/或干粒B的粒径大小分布不同,但是对瓷砖的防滑性能有影响。综合上,说明了本申请的干粒A、干粒B以及耐磨材料的复配使用,能获得具有岛状结构的瓷砖,且具有优异的防滑性能以及耐磨性能。
另外,为了进一步研究本申请的瓷砖,采用电子显微镜观察实施例3的瓷砖的表面,其中,图1为本发明实施例3中瓷砖的电子显微示意图,图2为本发明实施例3中瓷砖的电子显微放大示意图,从图1以及图2中可以看出,本发明的瓷砖的耐磨釉层具有成型的岛状结构,凸起岛状颗粒的尺寸可控,面密度达到50~80个/mm2,有效阻挡滑动摩擦,且形成的岛状结构能镶嵌在耐磨釉层中,也能保证防滑以及耐磨的持久性。同时,耐磨材料也分布于耐磨釉层的表面,有助于提高瓷砖的硬度以及耐磨性。
图3为本发明实施例3的瓷砖经过氢氟酸腐蚀后的电子显微示意图;将实施例3的瓷砖经过氢氟酸腐蚀,耐磨釉层的表面依然分布较多的耐磨材料,有助于提高瓷砖的表面耐磨性能,保证耐磨以及防滑的持久性,使得瓷砖具有更佳的使用质量。
图4为对比例1的瓷砖的电子显微示意图,图5为对比例1的瓷砖的电子显微放大示意图,从图4以及图5中可以看出,对比例1中的瓷砖表面依然具有粗糙的表面,但是凸起颗粒高度低,更没有明显的层次起伏,不能有效阻挡滑动摩擦,且缺少高温基础干粒,导致发色较差,不利于图案效果,瓷砖整体质量不满足要求。
图6为对比例2的瓷砖的电子显微示意图,图7为对比例2的瓷砖的电子显微放大示意图,从图6以及图7中可以看出,对比例2中的瓷砖表面具有大量的气孔和洞,尺寸达200μm,由于未添加低温基础的干粒B,无法阻挡外部污染物的渗入以及残留,导致防污性能不合格,瓷砖整体质量不满足要求。
图8为对比例3的瓷砖的电子显微示意图,图9为对比例3的瓷砖的电子显微放大示意图,从图8以及图9中可以看出,未添加耐磨材料,干粒A的颗粒塌陷在干粒B形成的釉面基体中,缺乏耐磨材料的包裹,瓷砖的硬度、耐磨性以及防滑性均有下降,说明了耐磨材料在本申请中也起到了显著的增加瓷砖防滑以及耐磨性能的作用。
图10为实施例3的瓷砖的工艺流程示意图,从图10中可以看出,本申请的瓷砖的工艺流程简单,可控性强。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种具有岛状结构的防滑耐磨瓷砖,所述防滑耐磨瓷砖包括陶瓷坯体、覆盖于所述陶瓷坯体表面的面釉层以及覆盖于所述面釉层表面的耐磨釉层,其特征在于,所述耐磨釉层上镶嵌有不同粒径大小的凸起颗粒并形成岛状结构,且所述岛状结构上还设置有耐磨材料;
其中,所述耐磨材料由质量比为(1~7):(1~2):(1~3)的氧化铝、氧化锆、氧化镧经过混合得到;
所述耐磨釉层包括以下重量份的制备原料:具有第一始融温度且不同粒径大小的干粒A25份~50份、具有第二始融温度且不同粒径大小的干粒B 25份~50份、耐磨材料1份~15份以及助剂60份~120份,且所述第一始融温度为1180℃~1250℃;所述第二始融温度为1100℃~1150℃;
按照质量百分比,所述干粒A的粒径大小分布如下:
80目≤粒径大小≤100目 0~5%、100目<粒径大小≤120目 2%~20%、120目<粒径大小≤150目 5%~45%、150目<粒径大小≤200目20%~65%、200目<粒径大小≤250目10%~30%、250目<粒径大小≤300目5%~20%、300目<粒径大小≤400目5%~20%、400目<粒径大小 0~10%;
按照质量百分比,所述干粒B的粒径大小分布如下:
120目≤粒径大小≤150目 0%~5%、150目<粒径大小≤200目2%~10%、200目<粒径大小≤250目15%~25%、250目<粒径大小≤300目20%~35%、300目<粒径大小≤400目 25~40%、400目<粒径大小8%~20%。
2.根据权利要求1所述的防滑耐磨瓷砖,其特征在于,所述干粒A包括以下质量百分比的成分:SiO2 :50%~60%、Al2O3:15%~20%、K2O:3%~6%、Na2O:1%~3%、CaO:5%~10%、MgO:1%~3%、ZnO:2%~6%、ZrO2:3%~7%、BaO:3%~7%。
3.根据权利要求2所述的防滑耐磨瓷砖,其特征在于,所述干粒B包括以下质量百分比的成分:SiO2:55%~65%、Al2O3:15%~25%、K2O:3%~7%、Na2O:5%~10%、CaO:5%~10%、ZnO:2%~5%。
4.根据权利要求1所述的防滑耐磨瓷砖,其特征在于,所述氧化铝为片状氧化铝,所述片状氧化铝的直径为3μm~40μm,厚度为1μm~5μm。
5.根据权利要求2所述的防滑耐磨瓷砖,其特征在于,所述助剂由以下质量百分比的成分组成:增稠剂15%~25%、分散剂5%~15%、润湿剂5%~15%、流平剂5%~15%、消泡剂3%~7%以及水35%~48%。
6.一种防滑耐磨瓷砖的制备方法,其特征在于,所述制备方法用于制备如权利要求2~5任一项所述的防滑耐磨瓷砖,所述制备方法包括以下步骤:
分别制备陶瓷坯体以及面釉;
在球磨作用下,获得耐磨材料,然后将干粒A、干粒B、所述耐磨材料以及助剂在搅拌作用下,得到耐磨釉;
在陶瓷坯体表面布施面釉,然后喷墨打印彩色图案,形成面釉层,再喷淋耐磨釉,经过干燥处理、烧成处理以及表面处理后,形成具有耐磨釉层的瓷砖。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述烧成处理的温度为1180℃~1230℃,时间为40min~90min,保温时间为5min~20min。
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