CN1251763C - 含水空气泡沫 - Google Patents

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Abstract

一种包括非交联纤维素醚的含水空气泡沫，该纤维素醚选自C1-C3-烷基纤维素、C1-C3-烷基羟基-C1-3-烷基纤维素、羟基-C1-3-烷基纤维素或混合羟基-C1-C3-烷基纤维素，泡沫的泡沫质量FQ为60-97%，并且泡沫质量定义为FQ(%)＝[空气体积/(空气体积+液体体积)×100]。

Description

含水空气泡沫
技术领域
本发明涉及含水空气泡沫以及这种空气泡沫的用途。
背景技术
含水泡沫是众所周知的。
U.S.专利No.4,683,004公开了可发泡组合物和它们作为发型摩丝和发泡洗手液和清洁剂的用途。这种可发泡组合物包括水和泡沫稳定剂。泡沫稳定剂是一种非离子纤维素醚，该纤维素醚由甲基、羟乙基或羟丙基取代，并进一步由含有10-24个碳原子的长链烷基取代。可发泡组合物包括烃推进剂。
欧洲专利申请EP-A-0362655公开了可发泡药物组合物，该药物组合物包括水、凝胶形成剂、有效量的药物和推进剂。凝胶发泡剂优选是水溶性纤维素衍生物，如甲基纤维素、或明胶。推进剂优选是二氧化碳和一氧化二氮。
由于空气容易获得，并出于环境原因，提供用于各种应用的含水空气泡沫是可取的，这种含水空气泡沫意指通过物理方式将空气混合入液体而制备的泡沫。
U.S.专利No.5,026,735是关于利用含水空气泡沫对危险材料或其它基材进行处理。从水为基础的组合物生产泡沫，该组合物包括(a)水溶性多羟基聚合物，如瓜尔胶或聚(乙烯醇)，(b)多价离子配合剂，如硼砂，(c)发泡剂，如各种表面活性剂，(d)pH改良剂，和(e)作为主要组分的水。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种新的含水空气泡沫，该泡沫适于各种用途，如粉末成粒或涂敷固体粒子如片剂。
本发明的一个方面是一种包括非交联纤维素醚的含水空气泡沫，该纤维素醚选自C1-C3-烷基纤维素、C1-C3-烷基羟基-C1-3-烷基纤维素、羟基-C1-3-烷基纤维素或混合羟基-C1-C3-烷基纤维素，其中泡沫的泡沫质量FQ为60-97％，且泡沫质量定义为FQ(％)＝[空气体积/(空气体积+液体体积)×100]。
本发明的另一方面是将上述泡沫用于附聚固体粒子的用途。
本发明还有一方面是将上述泡沫用于涂敷固体粒子的用途。
本发明还有一方面是一种附聚固体粒子的方法，其中上述泡沫与要附聚的固体粒子接触。
本发明还有一方面是一种涂敷固体粒子的方法，其中上述泡沫与要涂敷的固体粒子接触。
附图说明
图1说明生产本发明泡沫的泡沫产生装置。
图2表示流过图1中泡沫产生装置的管道的泡沫照片。
发明详述
本发明的泡沫是空气含水泡沫。这意味着含于泡沫中的多于50wt％，优选至少60wt％，更优选至少75wt％和最优选至少95wt％液体为水。术语“空气泡沫”在其工业认可的意义上用于表示通过物理方式将空气混合入液体而制备的泡沫，因此该术语不同于化学或二氧化碳泡沫或卤化碳吹制泡沫。泡沫可包含除空气以外的少量气体，如二氧化碳、或在室温和大气压下为气体的烃或卤化碳。然而空气应当占整体气体体积的至少70％，优选至少80％，更优选至少95％。最优选，泡沫不包含空气以外的气体。
本发明的泡沫包括非交联纤维素醚，该纤维素醚选自C1-C3-烷基纤维素，如甲基纤维素、C1-C3-烷基羟基-C1-3-烷基纤维素，如羟乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素或乙基羟乙基纤维素、羟基-C1-3-烷基纤维素，如羟乙基纤维素或羟丙基纤维素；或混合羟基-C1-C3-烷基纤维素，如羟乙基羟丙基纤维素。优选，在泡沫中包括水溶性纤维素醚。更优选，泡沫包括甲基纤维素或羟丙基甲基纤维素。最优选，泡沫包括甲基摩尔取代DS甲氧基为0.5-3.0，优选1-2.5的甲基纤维素，或DS甲 氧基为0.5-3.0，优选1-2.5和MS羟基丙氧基为0.05-2.0，优选0.1-1.5的羟丙基甲基纤维素。纤维素醚的粘度优选为1-100,000mPa.s，更优选3-10,000mPa.s，最优选5-5,000mPa.s，在20℃下使用乌氏粘度计以2wt％水溶液测量粘度。
含水空气泡沫一般包括0.01-30％，优选0.1-20％，更优选0.5-15％，和最优选1-5％非交联纤维素醚，和99.99-70％，优选99.9-80％，更优选99.5-85％，和最优选99-95％的水，基于纤维素醚和水的总重量。
优选，泡沫不包括显著数量的纤维素醚以外的表面活性剂。这意味着包含上述纤维素醚并用于制备本发明泡沫的含水液体组合物优选不含有除该纤维素醚以外的足够数量的表面活性剂，以在与空气接触时形成液体组合物的泡沫。更优选，液体组合物不包括任何数量的纤维素醚以外的表面活性剂。最优选，液体组合物不包括已知的非离子、阳离子、阴离子或两性表面活性剂，例如列举在U.S.专利No.5,026,735，第6栏，47-68行和第7栏，1-22行的那些。
泡沫可包含一种或多种另外的固体或液体组分如药物、填料、颜料香料或增塑剂。如存在，它们的总数量一般至多为75％，优选至多50％，更优选至多25％，基于泡沫的总重量。两相泡沫由水相和气体相组成。除水相和气体相以外，三相泡沫可包括不溶性固体或不互溶液体。这种三相泡沫也可包含溶解在水相或不互溶液体相中或两者液体相中的固体。除水相和气体相以外，四相泡沫可包括不互溶液体和不溶性固体。在所有的泡沫中，任何不互溶液体相可以水包油乳液或油包水乳液或简单的分散体存在。
为了生产本发明的泡沫，将包括水、一种或多种上述纤维素醚和可选择使用的一种或多种上述添加剂的液体组合物与空气接触以生产泡沫。可以已知方式通过机械或物理方法将空气夹带或分散在液体组合物中，例如通过泵送液体组合物到空气抽吸、泡沫生产设备的方法。一种简单而有用的泡沫产生装置表示在图1中。
生产的泡沫包括间断空气相，和连续水相，水相包括聚合物和束缚气泡的液体。一般情况下由于聚合物的存在，空气泡的壳层或液体膜是粘性的。水保持在空气泡的壳层中。最小化、降低或防止了液体从壳层的排出，这样的泡沫在本领域称为“非排放泡沫”。
本发明的泡沫的平均气泡直径一般为约1微米至约2,000微米，优选约5微米至约1,000微米，更优选约10微米至约300微米。考虑到泡沫的动态性能，应该理解泡沫直径的测量一般不是非常精确的。
优选泡沫的测量密度至多为0.1g/cm3。
现已发现本发明的泡沫具有令人惊讶的高泡沫质量。泡沫质量FQ在大气压和25℃下以百分比给出，并定义如下：
FQ(％)＝[空气体积/(空气体积+液体体积)×100]。
可以通过测量泡沫体积测量泡沫质量，该泡沫体积是给定体积的液体在大气压和25℃下产生的泡沫体积。本发明的泡沫的泡沫质量为60-97％，优选65-95％，更优选75-95％。这样的高泡沫质量对于非排放泡沫而言是令人惊讶的。在此定义的泡沫质量FQ是测量的泡沫质量。
现已观察到上述测量的泡沫质量FQ令人惊奇地接近理论泡沫质量FQT：
FQT＝[V供应气体/(V供应气体+V供应液体)×100]，
其中V表示在泡沫生产过程中单位时间内，在25℃和大气压下供应的体积，例如每分钟供应的体积。理所当然的，对于气体供应体积和液体供应体积应采取相同的时间单位以计算FQT。
令人惊奇地，已发现理论泡沫质量FQT通常仅是测量泡沫质量FQ的至多1.75倍高，在许多情况下甚至仅至多1.5倍高，并且在本发明的最优选实施方案中仅至多1.2倍高。这样高的测量泡沫质量是人们非常想要达到的，泡沫中的低液体含量减少了在其使用之后对泡沫进行干燥所需的时间，例如干燥用本发明的泡沫进行附聚形成的粉末的需要，或者干燥由本发明泡沫进行涂敷的粒子的需要。
本发明的发明人还惊奇地发现：相比于泡沫产生装置中供应的液体体积，甚至当供应气体的体积非常大时，生产的泡沫也可有各种应用，如颗粒化固体粒子如粉末或涂敷固体粒子如片剂。例如，理论泡沫质量FQT高至99.8％的气体已表明在粉末颗粒化试验中具有优异的效果。如上所述，本发明中包括非交联纤维素醚的含水空气泡沫是一种非排放泡沫。当理论泡沫质量FQT为约96％或更高时，熟练技术人员对于非排放泡沫可以预期到雾沫的形成，这表示在空气中会产生液体小水滴。在已知的理论泡沫质量FQT为约96％或更大的非排放泡沫中，泡沫气泡从球形变为多面体以增加气泡的堆积效率。泡沫气泡仅可通过从壳层中置换液体而变形。被置换的液体最终在空气中形成液体小水滴。
令人惊奇地，已经发现可以采用更高的供应与测量的空气/水比例生产有用的泡沫，相比于具有球形气泡的非排放泡沫可以预计的效果，这表示更高的测量泡沫质量FQ。一般情况下本发明泡沫的理论泡沫质量FQT为65-99.9％，优选75-99.8％，更优选85-99.8％。甚至在大于96％的理论泡沫质量FQT下，也没有观察到雾沫的形成。不希望受理论的约束，可以相信在本发明泡沫中可以达到的这种没有预料到的高泡沫质量是由于泡沫区域中夹带着空气区域。在本发明的泡沫中已经观察到分散有空气区的泡沫区域。图2表示流过泡沫产生装置的管道的本发明泡沫照片。空气-泡沫边界是可见的，它表明泡沫区域中点辍有空气区域。
已经发现生产更高测量泡沫质量FQ的方式之一是这样一种泡沫生产方法：在泡沫产生装置中，一定压力下，用上述包括水、一种或多种上述纤维素醚和可选用的一种或多种上述添加剂的上述液体组合物流接触空气流，以将产生的泡沫释放到环境压力。含水液体流的压力优选为135-1,100kPa，更优选350-700kPa，最优选约414kPa。空气流的压力优选比含水液体流的压力低13-70kPa，更优选低20-50kPa，最优选低25-40kPa。当将泡沫从在压力下操作的泡沫产生装置中释放出来时，泡沫排出过量的空气以保持其泡沫结构。排出的空气在泡沫中形成空气区。
本发明的泡沫可用于附聚固体粒子，如粉末。粒子可以为任何形状，如球形、椭圆形、或纤维性。固体粒子的平均粒度一般小于2500微米，优选小于1000微米，更优选小于750微米，最优选小于500微米。本发明的泡沫特别适用于附聚粉末。因此下列描述指的是粉末尽管附聚工艺并不限于粉末。泡沫和粉末之间的重量比通常为1∶20-1∶0.2，优选1∶10-1∶0.5，更优选1∶5-1∶1。优选泡沫和粉末以这样的比例接触：使上述纤维素醚的数量为0.02-15％，更优选0.1-10％，最优选0.15-8％，基于粉末的重量。泡沫可以与很多种粉末接触。任何在传统上由液体涂敷或附聚的粉末都是可用的。优选的可用粉末类别是药物颗粒或片剂的成分、食品或农业工业使用的颗粒或片剂的成分、用于陶瓷工艺的粉末、或粉状洗涤剂。已经发现当它们在颗粒化过程中通过粉末时，泡沫壳层通常会破裂并重新组合。
有利的是在混合设备中用泡沫接触粉末，如高剪切混合设备、低剪切混合设备、液体床颗粒化机、辊筒压实机或喷雾干燥器中。泡沫与粉末的接触可以采用各种方式进行。
根据粉末附聚的一种方式，在粉末和泡沫已经送入混合设备中之后将混合装置投入运行。优选，将粉末送入混合设备中，将泡沫放置在粉末顶部，并随后将混合设备投入运行。这种方法可防止附聚步骤期间的粉尘外散。令人惊讶的是，发现在混合设备开始运行之后的非常短的时间内(通常在小于30秒内，在大多数情况下甚至在小于10秒内)就可以实现泡沫在粉末中的均匀分散，甚至当全部数量的泡沫放置在粉末顶端并且混合设备仅在其后开始运行的情况下也是如此。这一发现与已知的工艺形成对比，在已知工艺中相应的液体组合物直接分散在粉末中而没有从液体组合物形成泡沫。如果在粉末顶端加入液体，将形成大块聚结物，因而液体在粉末中的均匀分散是不可能的。
根据粉末附聚的另一个方式，粉末和泡沫部分都被入混合设备中，让混合设备开始运行以将泡沫部分分散在粉末中，停止混合设备的操作，然后将另外的泡沫部分加入到混合设备中，并重复先前的步骤几次。
或者，在混合设备处于运行中的同时，将粉末装入混合设备并连续或分部分地将泡沫加入到混合设备中。
根据已经描述的附聚粉末的方法，实现了令人惊奇的纤维素醚和可选用的其它泡沫组分在粉末中的均匀分散。此外，简单设备可用于将泡沫施加到粉末上，例如一种简单的管道。不必使用维护强度大、昂贵和复杂的雾化设备，这种设备用于在已知的液体附聚方法中将液体小颗粒喷洒在粉末上。将泡沫分散在粉末中可达到的速率与将相应液体喷洒分散在粉末上的速率相当甚至更快。上述附聚粉末的方法也可用于在粉末中分散水溶性差的化合物，如水溶性差的药物。
本发明的泡沫也可用于涂敷固体粒子，如片剂、颗粒、丸剂、囊片、胶囊、锭剂、栓剂、子宫托或可植入剂型。在泡沫和固体粒子之间的重量比一般为1∶20-1∶0.002，优选1∶10-1∶0.01，更优选1∶5-1∶0.1。优选，将泡沫和固体粒子以一定的比例接触使得上述纤维素醚的数量为0.01-20％，更优选0.05-15％，最优选0.075-10％，基于固体粒子的重量。优选给固体粒子扰动，如滚动、通过泡沫浸渍或在涂敷期间以另外的方法移动。可以在粒子与泡沫接触之前、期间或之后对粒子进行扰动。然而，对粒子的扰动优选在将泡沫加入到粒子中之前开始并在泡沫加入期间持续。更优选，将泡沫加入到连续扰动的固体粒子中。可在已知涂敷设备中进行涂敷，例如，在滚筒、穿孔和侧面排口的涂敷盘、流化床设备中的Wurster内置柱子、低剪切共混机或任何构造的连续涂敷设备。优选，将泡沫连续或半连续加入到扰动的固体粒子中。可以通过简单管道将泡沫加入到固体粒子中，该管道的一端靠近或放入固体粒子中。令人惊奇的是在固体粒子上实现了厚度恒定并且光滑的涂层。通常至多5个涂层，在大多数情况下仅至多3个涂层，典型地甚至1-2个涂层就足以提供厚度恒定和良好光泽的光亮、平滑的涂层。
进一步通过如下实施例说明本发明，这些实施例不应当解释为限制本发明的范围。除非另外说明，所有的份数和百分比按重量计。
根据ASTM D3876测量和计算以下实施例中指出的纤维素醚的烷基和羟烷基取代。
使用乌氏粘度计在20℃下测量下列实施例中指出的表观粘度并规范化为2wt％水溶液。通过在25℃和大气压下用泡沫填充280ml体积的容器，然后离心处理泡沫以使其崩塌并测量获得的液体的体积来测量泡沫质量FQ。根据如下公式测量泡沫质量：
FQ(％)＝[空气体积/(空气体积+液体体积)×100]。
具体实施方式
实施例1-3
在实施例1中，制备包含1wt％下述羟丙基甲基纤维素的水溶液。
在实施例2中，制备包含1wt％下述羟丙基甲基纤维素和0.001wt％十二烷基硫酸钠这种表面活性剂的水溶液。
在实施例3中，制备包含5wt％下述羟丙基甲基纤维素的水溶液。
羟丙基甲基纤维素的甲氧基取代为28-30％，羟丙氧基取代为7-12％，并且粘度约为6mPas。羟丙基甲基纤维素可以从The DowChemical Company购买METHOCEL E6PLV商标的产品。
如图1中的说明，从水溶液制备了一种泡沫。空气流过装配有球阀1，2和5，装配有压力调节器和表3和9，装配有压力释放阀4，物质流量控制器6，压力表7和止回阀8的管道31。将管道31中的压力调整到414kPa。将水溶液从压力容器10通过管道32，该压力容器10装配有压力释放阀12，针阀11，空气入口管34和浸渍管33。将管道32中的压力调节到约414kPa。管道32装配有球阀13，针阀14，和椭圆齿轮流量计15，压力表16和止回阀17以及水供应管线28，球阀29和止回阀30。空气流和液体流在T型接头18处相遇，该T型部件包括空气入口端口19，液体入口端口20和泡沫出口端口21。通过在线过滤器22和24并且另外在填料管23中将空气流分散到水物流中，因此泡沫被生产出来并且通过管道26或27离开泡沫生产装置，这要取决于3向阀25的位置。在其离开泡沫生产装置之前，泡沫要经历约414kPa的压力。当将它从泡沫生产装置释放到大气压的环境中时，它排出过量空气，它自己就表现为泡沫中的空气区。在任何实施例中都没有观察到雾沫的形成。
在实施例中用于制备泡沫的在线过滤器的孔度为90微米，但一般情况下在线过滤器的孔度为0.5-90微米，更优选15-90微米可用于简单泡沫。对于包含固体或乳液的泡沫，在线过滤器优选由粗滤器元件代替，该元件的唯一功能是将玻璃珠保持在管子23中。这样的粗滤器元件的公称孔度优选为约440微米。通过管子23连接在线过滤器22和24。用于实施例中的泡沫生产装置中的不锈钢管23是大约25cm长及12.8cm外径，并装填有3mm直径的玻璃珠。其它装填管子泡沫产生器详细描述于J.F.Fry和R.J.French的“用于实验室的机械泡沫产生器”，J.Appl.Chem.1，425-429(1951)。泡沫产生装置的操作是熟练技术人员已知的。
根据实施例1生产的泡沫的性能列举在下表1中。
在下表中，由于泡沫在空气中称重的事实，“泡沫密度”应当被认为是“表观泡沫密度”。
表1
  空气流速(l/min)   液体流速3)(l/min)   FQT 1)(％)   泡沫密度2)(g/ml)   液体体积4)(ml)   泡沫体积4)(ml)   泡沫重量4)(g)   泡沫密度5)(g/ml)   FQT 5)
  5.00   0.01   99.8   0.002   35   280   30.0   0.11   88
  5.00   0.05   99.0   0.010   30   280   19.5   0.07   89
  5.00   0.10   98.0   0.019   25   280   16.3   0.06   91
  4.00   0.01   99.8   0.002   30   280   24.5   0.09   89
  4.00   0.05   98.8   0.012   20   280   16.0   0.06   93
  4.00   0.10   97.6   0.024   18   280   13.2   0.05   94
  3.00   0.01   99.7   0.003   25   280   19.9   0.07   91
  3.00   0.05   98.4   0.016   25   280   15.5   0.06   91
  3.00   0.10   96.8   0.032   20   280   13.0   0.05   93
  2.00   0.01   99.5   0.005   20   280   17.1   0.06   93
  2.00   0.05   97.6   0.024   15   280   11.1   0.04   95
  2.00   0.10   95.2   0.048   20   280   14.3   0.05   93
1)理论泡沫质量，根据空气流速和液体流速计算
2)理论密度，根据如下公式计算
泡沫密度T＝[液体密度×(液体流速/空气流速)]
3)液体密度：0.96g/ml
4)测量值
5)根据测量值计算
在下表2中列出根据实施例2生产的泡沫的性能。
表2
  空气流速(l/min)   液体流速3)(l/min)   FQT 1)(％)   泡沫密度2)(g/ml)   液体体积4)(ml)   泡沫体积4)(ml)   泡沫重量4)(g)   泡沫密度5)(g/ml)   FQT 5)
  5.00   0.01   99.8   0.002   25   280   30.0   0.11   91
  5.00   0.05   99.0   0.010   20   280   19.5   0.07   93
  5.00   0.10   98.0   0.019   20   280   16.3   0.06   93
  2.00   0.01   99.5   0.005   20   280   24.5   0.09   93
  2.00   0.05   97.6   0.024   20   280   16.0   0.06   93
  2.00   0.10   95.2   0.048   20   280   13.2   0.05   93
1)理论泡沫质量，根据空气流速和液体流速计算
2)理论密度，根据如下公式计算
泡沫密度T＝[液体密度×(液体流速/空气流速)]
3)液体密度：0.96g/ml
4)测量值
5)根据测量值计算
在下表3中列出根据实施例3生产的泡沫的性能。
表3
  空气流速(l/min)   液体流速3)(l/min)   FQT 1)(％)   泡沫密度2)(g/ml)   液体体积4)(ml)   泡沫体积4)(ml)   泡沫重量4)(g)   泡沫密度5)(g/ml)   FQT 5)
  5.00   0.01   99.8   0.002   75   280   70.0   0.25   73
  5.00   0.05   99.0   0.010   85   280   69.2   0.25   70
  5.00   0.10   98.0   0.020   75   280   66.3   0.24   73
  4.00   0.01   99.8   0.002   75   280   70.3   0.25   73
  4.00   0.05   98.8   0.012   75   280   69.6   0.25   73
  4.00   0.10   97.6   0.025   70   280   66.4   0.24   75
  3.00   0.01   99.7   0.003   90   280   71.7   0.26   68
  3.00   0.05   98.4   0.016   90   280   69.8   0.25   68
  3.00   0.10   96.8   0.033   90   280   84.9   0.30   68
  2.00   0.01   99.5   0.005   85   280   74.6   0.27   70
  2.00   0.05   97.6   0.025   80   280   80.1   0.29   71
  2.00   0.10   95.2   0.049   90   280   85.9   0.31   68
1)理论泡沫质量，根据空气流速和液体流速计算
2)理论密度，根据如下公式计算
泡沫密度T＝[液体密度×(液体流速/空气流速)]
3)液体密度：0.96g/ml
4)测量值
5)根据测量值计算
实施例4
重复实施例1-3，区别在于制备包含2wt％上述羟丙基甲基纤维素的水溶液，羟丙基甲基纤维素以商标METHOCEL E6PLV购自The DowChemical Company。将溶液用一种绿色食品染料着色以增加可见性。如在实施例1-3中那样生产泡沫。空气流速是5.0l/min。液体流速是0.1l/min。理论泡沫质量FQT是98.0％。图2表示流过泡沫产生装置的管子的泡沫照片。空气-泡沫边界是可见的，它表明泡沫区中点辍有空气区。在图2中，由箭头标记流过管子的空气区。

Claims (10)

1.一种包括非交联纤维素醚的含水空气泡沫，该纤维素醚选自C1-C3-烷基纤维素、C1-C3-烷基羟基-C1-3-烷基纤维素、羟基-C1-3-烷基纤维素或混合羟基-C1-C3-烷基纤维素，泡沫的泡沫质量FQ为60-97％，并且泡沫质量定义为FQ(％)＝[空气体积/(空气体积+液体体积)×100]。
2.根据权利要求1所述的泡沫，其中含水空气泡沫的区域由空气区域点辍。
3.根据权利要求1或2所述的泡沫，其中包括甲基纤维素或羟丙基甲基纤维素。
4.根据权利要求1所述的泡沫，其中含水空气泡沫包括0.01-30wt％纤维素醚，基于纤维素醚和水的总重量。
5.根据权利要求1所述的泡沫，其中不包括纤维素醚以外的表面活性剂。
6.根据权利要求1所述的泡沫，其具有65-95％的泡沫质量FQ。
7.一种附聚固体粒子的方法，其中将权利要求1-6任意一项的泡沫与要附聚的固体粒子接触。
8.根据权利要求7所述的方法，其中对一种粉末进行附聚。
9.一种涂敷固体粒子的方法，其中将权利要求1-6任意一项的泡沫与要涂敷的固体粒子接触。
10.根据权利要求9所述的方法，其中对片剂、颗粒、丸剂、囊片、胶囊、锭剂、栓剂、子宫托或可植入剂型进行涂敷。
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