DE10007484A1 - Schichtträger für Aufzeichnungsmaterialien - Google Patents

Schichtträger für Aufzeichnungsmaterialien

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Abstract

Ein mindestens einseitig mit Kunstharz beschichteter Schichtträger, enthaltend ein mindestens auf der Vorderseite mit einer Pigmentschicht versehenes Rohpapier, zeichnet sich dadurch aus, daß die Pigmentschicht mindestens etwa 5 Gew.-% eines Pigments mit einer engen Korngrößenverteilung enthält, wobei mindestens etwa 70% dieser Pigmentpartikel eine Größe von kleiner als etwa 1 mum aufweisen und mindestens 40 Gew.-% dieser Partikel eine Korngröße von 0,35 und 0,8 mum aufweisen oder dadurch, daß die Pigmentschicht ein strukturiertes, beispielsweise oberflächenmodifiziertes Calciumcarbonat ist und beide Ausführungsformen eine verbesserte Oberflächeneigenschaft zeigen.

Description

Die Erfindung betrifft einen mit Kunstharz beschichteten Schichtträger für Aufzeichnungsschichten.
Polyolefinbeschichtete fotografische Trägermaterialien bestehen üblicherweise aus einem geleimten Rohpapier, das beidseitig mit Polyolefin meist durch Extrusion beschichtet ist.
Bei der Extrusionsbeschichtung von Papier entstehen an der Polymeroberfläche in Abhängigkeit von der Beschichtungsgeschwindigkeit kraterförmige Störungen, sogenannte Pits. Bei hohen Umdrehungsgeschwindigkeiten des Kühlzylinders können die in feinen Vertiefungen an der Oberfläche des Kühlzylinders eingeschlossenen Luftbläschen vor dem Kontakt mit dem heißen Harz nicht entweichen, so daß die eingeschlossene Luft erst nach dem Beschichten des Papiers unter Bildung kraterförmiger Vertiefungen auf der Polymeroberfläche entweicht. Diese Oberflächenfehler wirken sich negativ auf die von einem Trägermaterial geforderten und für die Bildqualität entscheidenden Oberflächeneigenschaften wie Glanz und Glätte aus.
Eine Verbesserung der Oberfläche kann zwar durch die Steigerung der Menge des aufgetragenen Harzes erreicht werden, diese Maßnahme ist jedoch nicht ausreichend bei hohen Extrusionsgeschwindigkeiten und verursacht außerdem hohe Materialkosten.
Die EP 0 285 146 A2 schlägt zur Unterdrückung des Auftretens von Pits vor, ein Gas, das leichter als Luft ist und durch den extrudierten Film entweichen kann, auf die Kühlzylinderoberfläche aufzubringen, um die Luftbläschen zu verdrängen. Nachteilig daran ist jedoch der hohe technische Aufwand.
Die US 4 994 357 schlägt vor den Druck, mit dem das polyethylenbeschichtete Papier an den Kühlzylinder gepreßt wird, zur Unterdrückung des Auftretens von Pits zu erhöhen. Wegen des hohen Anpreßdrucks ist aber nur eine niedrige Produktionsgeschwindigkeit möglich, da sich bei höheren Geschwindigkeiten das Polyethylen vom Papier ablösen kann.
Die EP 0 952 483 A1 beschreibt einen fotografischen Schichtträger (Basispapier), dessen Polyethylenoberfläche qualitativ hochwertig ist und die auch durch Herstellung bei hoher Extrusionsgeschwindigkeit nicht beeinträchtigt wird. Zu diesem Zweck schlägt die EP 0 952 483 A1 vor, das Rohpapier mit einer Clay enthaltenden Schicht zu versehen, wobei die Menge des Clays 3,3 g/m2 nicht überschreiten darf. Nachteilig an diesem Trägermaterial ist die unzureichende Haftung zwischen der pigmenthaltgen Schicht und der darauf extrudierten Polyethylenschicht.
Eine gleichmäßige Oberfläche des Trägermaterials ist nicht nur für fotografische Aufzeichnungsmaterialien von Bedeutung. Zum Erhalt eines fotoähnlichen Aussehens werden bei der Herstellung nichtfotografischer Aufzeichnungsmaterialien, beispielsweise Ink-Jet-Papiere, mit Polyolefin beschichtete Papiere eingesetzt. Eine ungleichmäßige oder Fehler aufweisende Oberfläche des Trägermaterials macht sich durch Glanzflecken des aufgezeichneten Bildes bemerkbar und ist daher auch bei diesen Aufzeichnungsmaterialien unerwünscht.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen bei hohen Extrusionsgeschwindigkeiten erhältlichen, mit Harz beschichteten Schichtträger für Aufzeichnungsmaterialien mit gleichmäßiger, glatter Oberfläche bei niedrigem Pits- Niveau bereitzustellen.
Aufgabe der Erfindung ist es ferner, Probleme bei der Haftung der Harzschicht auf dem Rohpapier zu unterdrücken und ein Trägermaterial mit hohem Weißgrad und Steifigkeit bereitzustellen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen mindestens auf der Vorderseite mit Kunstharz beschichteten Schichtträger (Basispapier), der ein mindestens auf der Vorderseite mit einer Pigmentschicht versehenes Rohpapier aufweist, wobei die Pigmentschicht mindestens etwa 5 Gew.-% eines Pigments mit einer engen Korngrößenverteilung enthält und mindestens etwa 70% dieser Pigmentpartikeln eine Größe von kleiner als etwa 1 µm aufweist und mindestens 40 Gew.-% dieser Partikeln eine Korngröße von 0,35 und 1 µm aufweisen.
Vorzugsweise weisen 50 bis 80 Gew.-% der Teilchen mit einem geringeren Durchmesser als 1 µm eine Korngröße von 0,35 bis 1 µm auf. Der Anteil des Pigments mit der engen Verteilung kann 10 bis 90 Gew.-%, besonders bevorzugt 30 bis 80 Gew.-% des Gesamtpigments der Pigmentschicht betragen.
Unter einem Pigment mit einer engen Korngrößenverteilung werden erfindungsgemäß auch Pigmente mit einer Korngrößenverteilung verstanden, bei der mindestens etwa 70 Gew.-% der Pigmentpartikeln eine Größe von kleiner als etwa 1 µm aufweist und bei 40 bis 80 Gew.-% dieser Pigmentpartikeln die Differenz zwischen dem Pigment mit der größten Korngröße (Durchmesser) und dem Pigment der kleinsten Korngröße kleiner als etwa 0,4 µm ist.
Von den Schichtträgern der EP 0 952 483 A1 unterscheiden sich die erfindungsgemäßen Schichtträger durch den Einsatz eines Pigments mit einer spezifischen Korngrößenverteilung oder durch die Verwendung eines ausgewählten oberflächenmodifizierten Calciumcarbonats. Der erfindungsgemäße Schichtträger unterliegt nicht der Beschränkung bezüglich einer Obergrenze des in der Pigmentschicht enthaltenden Clays von 3,3 g/m2. Durch die erfindungsgemäße Pigmentauswahl werden eine Reihe von überraschenden Vorteilen erzielt.
So war es überraschend, daß eine wesentlich bessere Haftung der Polyolefinschicht auf der Pigmentschicht des Rohpapiers erreicht wird als in der EP 0 952 483 A1. Die Rauhigkeitswerte und somit auch die Glätte des Schichtträgers sind verbessert worden. Im Vergleich zu der EP 0 952 483 A1, derzufolge die Rauhtiefe wahrscheinlich wegen Haftungsproblemen den Wert von 0,5 µm nicht unterschreiten soll, wird erfindungsgemäß eine gute Haftung auch noch bei Rauhigkeiten von kleiner 0,5 µm erreicht.
Die Extrusionsbeschichtung konnte ohne Zunahme von Haftungsproblemen oder Steigerung des Pits-Niveaus auch bei hohen Geschwindigkeiten von bis zu 600 m/min vorgenommen werden, derzeit üblich sind 200 bis 250 m/min. Gleichzeitig wurde eine Einsparung des Polyolefins von 15 bis 30% erzielt.
Das Pigment kann aus den Gruppen der Metalloxide, Silikate, Carbonate, Sulfide und Sulfate ausgewählt sein. Besonders geeignet sind Kaoline, Talkum, Calciumcarbonat und/oder Bariumsulfat. Als besonders vorteilhaft erwies sich beispielsweise ein Calciumcarbonat mit einem d50%- Wert von etwa 0,7 µm. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein Pigmentgemisch aus Calciumcarbonat und Kaolin (Clay) eingesetzt. Das Massenverhältnis Calciumcarbonat/Kaolin beträgt vorzugsweise 30 : 70 bis 70 : 30. Überraschenderweise wurde festgestellt, daß trotz hohen Anteils des zum Vergilben neigenden Kaolins nur eine unwesentliche negative Auswirkung auf den Weißgrad des Schichtträgers zu beobachten war.
Als Bindemittel in der Pigmentschicht können in der Papierindustrie übliche natürliche und synthetische Polymere eingesetzt werden. Besonders geeignet sind solche wie Stärke, Gelatine, Styrol/Butadien-Latex, Styrol/Acrylat-Latex, Polyvinylalkohol oder deren Gemische. Als besonders gut geeignet erwies sich ein Gemisch aus Stärke und Styrollatex in einem Verhältnis von 2 : 1 bis 1 : 2.
Das Massenverhältnis Pigment/Bindemittel in der Pigmentschicht beträgt 30 : 70 bis 90 : 10, insbesondere 85 : 15.
Die pigmenthaltige, zwischen Rohpapier und Harz befindliche Schicht kann als Einzelschicht oder mehrschichtig auf das Rohpapier aufgetragen werden. Die Beschichtungsmasse kann mit allen üblichen Auftragsaggregaten aufgebracht werden, wobei die Menge so gewählt wird, daß nach dem Trocknen das Auftragsgewicht pro Schicht höchstens 20 g/m2, insbesondere 8 bis 17 g/m2, beträgt.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung wird das Rohpapier, bevor es mit der erfindungsgemäßen Pigmentschicht beschichtet wird, mit einer zusätzlichen pigmenthaltigen Vorschicht versehen. Als Pigment geeignet sind alle gebräuchlichen Weißpigmente wie gefälltes Calciumcarbonat, Titandioxid, Kaolin, Talkum oder Bariumsulfat mit einer Teilchengröße von 0,1 bis 10 µm, insbesondere 0,1 bis 2 µm. Das Auftragsgewicht der Vorschicht darf etwa 20 g/m2 nicht überschreiten. Der Auftrag der erfindungsgemäßen Pigmentschicht erfolgt vorzugsweise erst nach Trocknung der Vorschicht.
Zur Herstellung des Rohpapiers eignen sich alle Sorten von Cellulosefasern sowie synthetische Fasern. Für die Leimung eignen sich alle in der Papierindustrie bekannten Leimungsmittel und Naßfestmittel. Das Rohpapier kann Pigmente und Füllstoffe wie Kaolin, Calciumcarbonat oder Titandioxid sowie weitere Hilfsstoffe wie Entschäumer, optische Aufheller und Farbstoffe enthalten.
Das Rohpapier kann auf einer Fourdrinier- oder Zylinder- Papiermaschine hergestellt werden. Das Flächengewicht des Rohpapiers kann 50 bis 250 g/m2, insbesondere 80 bis 170 g/m2, betragen.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Schichtträgers kann auch ein qualitativ weniger hochwertiges Papier eingesetzt werden, zu dessen Herstellung beispielsweise recyclierte Zellstoffasern verwendet wurden. Das Rohpapier kann in unverdichteter oder verdichteter Form (geglättet) eingesetzt werden. Besonders gut geeignet sind unverdichtete Rohpapiere mit einer Dichte kleiner 0,9 g/cm3 im Hinblick auf die Einsparung von Materialkosten
Die Oberfläche der erfindungsgemäßen Pigmentschicht ist mit einem Kunstharz, beispielsweise Polyolefin wie Polyethylen, Polypropylen oder Polybuten sowie mit Copolymeren aus zwei oder mehr Olefinen durch Extrusion beschichtet. Besonders geeignet sind Polyethylen-Typen niedriger Dichte (LDPE), Polyethylen-Typen hoher Dichte (HDPE), Ethylen/α-Olefin-Copolymere (LLDPE) und deren Gemische. Die Polymerschicht kann Weißpigmente wie Titandioxid sowie weitere Hilfsstoffe wie optische Aufheller, Farbstoffe oder Dispergierhilfsmittel enthalten. Das Auftragsgewicht der Polymerschicht beträgt 5 bis 30 g/m2, insbesondere 10 bis 25 g/m2. Es wurde festgestellt, daß auch bei einer Verringerung des Auftraggewichts von 15 bis 30% ein vergleichbares Pits- Niveau erreicht wird. Die Polymerschicht kann einschichtig extrudiert oder mehrschichtig coextrudiert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Rückseite des Rohpapiers mit einem klaren, d. h. pigmentfreien Polyolefin, insbesondere Polyethylen, beschichtet. Die Rückseite des Trägermaterials kann auch weitere Funktionsschichten wie Antistatik- oder Anticurl- Schichten aufweisen.
Der erfindungsgemäße Schichtträger kann als Träger für fotografische Emulsionen, Ink-Jet-Aufzeichnungsschichten und für Aufzeichnungsschichten für sogenannte thermische Farbstoffübertragungsverfahren (D2T2) eingesetzt werden.
Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.
Beispiele Beispiele 1 bis 10
Eingesetzt wurde ein fotografisches Standard-Rohpapier mit einem Flächengewicht von 162 g/m2, welches aus einer 100 Gew.-% Laubholz-Sulfatzellstoff sowie 0,5 Gew.-% Alkylketendimer und 0,7 Gew.-% Polyamid-Polyamin- Epichlorhydrinharz enthaltenden Zellstoffsuspension hergestellt und mit oxidierter Stärke oberflächengeleimt wurde.
Das Rohpapier wurde in unverdichteter Form, d. h. nicht geglättet, eingesetzt und wies eine Dichte von 0,84 g/cm3 auf.
Auf dieses Rohpapier wurden verschiedene erfindungsgemäße Beschichtungen mit Hilfe eines "Bent Blade"- Auftragsaggregats aufgetragen und getrocknet. Die Zusammensetzungen der erzeugten Pigmentschichten sind in Tabelle 1 wiedergegeben.
Tabelle 1
Beispiel 11 bis 18
Das in Beispiel 1 eingesetzte Rohpapier wurde in-line mit Hilfe einer Filmpresse mit den Beschichtung gemäß Beispiel 1 beschichtet und getrocknet. Das Auftragsgewicht betrug 10 g/m2. Die Zusammensetzungen der erzeugten Pigmentschichten sind in Tabelle 2 wiedergegeben.
Tabelle 2
Beispiel 19
Das in Beispiel 1 eingesetzte Rohpapier wurde zunächst "in-line" mit Hilfe einer Filmpresse mit einer 30 Gew.-% eines herkömmlichen Calciumcarbonats enthaltenden Beschichtungslösung beschichtet. Das Auftragsgewicht betrug 12 g/m2. Nach Trocknung wurde im nächsten Schritt eine Pigmentschicht gemäß Beispiel 1 (Tab. 1) mit einem Auftragsgewicht von 10 g/m2 aufgetragen.
Die gemäß den Beispielen 1 bis 19 beschichteten Rohpapiere wurden mit einer Mischung aus 72 Gew.-% eines Polyethylens niedriger Dichte (LDPE, 0,923 g/cm3), 15 Gew.-% eines Titandioxid-Masterbatches (50 Gew.-% LDPE und 50 Gew.-% TiO2) und 13 Gew.-% weiterer Zusatzstoffe wie optische Aufheller, Calciumstearat und Blaupigment mit verschiedenen Auftragsgewichten (28 g/m2, 23 g/m2, 18 g/m2 und 13 g/m2) beschichtet. Die Beschichtung erfolgte bei Extrusionsgeschwindigkeiten von 250 m/min und 350 m/min.
Vergleichsbeispiel 1
Das oberflächengeleimte Rohpapier aus Beispiel 1 bis 10 wurde auf der Vorderseite mit einem Polyethylengemisch gemäß den Beispielen 1 bis 19 bei einer Extrusionsgeschwindigkeit von 200 m/min und 250 m/min beschichtet.
Vergleichsbeispiel 2
Ein Basispapier gemäß Beispiel 1 der EP 0 952 483 A1 mit einer Masseleimung mit Stärke wurde mit einer Lösung aus Clay und Polyacrylsäure beschichtet. Die Menge des Clay in der Schicht betrug 1,9 g/m2. Die pigmenthaltige Schicht wurde anschließend mit einem Gemisch aus TiO2 und LDPE bei einem Auftragsgewicht von 29 g/m2 und einer Extrusionsgeschwindigkeit von 300 m/min beschichtet. Die Rückseite des Basispapiers wurde mit einem klaren Polyethylen beschichtet.
Prüfung der gemäß den Beispielen und den Vergleichsbei­ spielen hergestellten Schichtträger Bestimmung der Pits-Anzahl
Die Oberfläche des polyolefinbeschichteten Papiers wird mit einem Mikroskop vergrößert und mit einer CCD-Kamera abgetastet. Mittels eines Bildverarbeitungsprogramms wird ein Profil des Pits-Niveau aus 30 Meßstellen erstellt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 aufgeführt.
Aus Tabelle 3 ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäßen Proben eine geringere Pits-Anzahl aufweisen als die Probe des Vergleichsbeispiels V1. Das Pits-Niveau der Beispiele 1 bis 10 ist vergleichbar demjenigen von V2. Das Pits- Niveau der Proben der Beispiele 11 bis 19 fällt nur geringfügig gegenüber dem der Beispiele 1 bis 10 ab.
Glanzmessung
Die Messung erfolgte mit einem Dreiwinkelglanzmeßgerät DIN 67 530 bei einem Winkel von 60°. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengestellt.
Die Glätte der Proben der Beispiele 1 bis 19 ist mit Ausnahme derjenigen der Beispiele 4, 10 und 11 verbessert gegenüber V1 als auch V2.
Bestimmung der Rauhigkeit
Die Rauhigkeit wurde an Papieren vor der Extrusionsbeschichtung mit einem UBM-Meßgerät nach DIN 4768 bei einer Cut-off-Einstellung von 0,8 mm durchgeführt.
Auch hier weisen die erfindungsgemäßen Proben deutlich bessere Rauhigkeitswerte auf als die Proben von V1 und V2, wobei die Probe von V1 deutlich abfällt gegenüber der Probe von V1.
Farbwertbestimmung
Die L,a,b-Werte wurden mit Hilfe des Elrepho 2000- Farbmeßgeräts in Einzelblattmessungen (D65, 10°, UVI) durchgeführt.
Haftung von Polyethylen
Die Messungen wurden gleich nach der Extrusionsbe­ schichtung mit einem Zugfestigkeitsprüfer der Firma Lorentzen & Wettre an Papierproben mit einer Breite von 10 mm bei einem Abzugswinkel von 180° und einer Abziehgeschwindigkeit von 50 mm/min durchgeführt. Die Meßwerte sind in N/15 mm angegeben und in Tabelle 3 zusammengestellt.
Die erfindungsgemäßen Proben zeigen eine deutlich verbesserte Haftung des Harzes auf der Pigmentschicht sowohl gegenüber der Probe von V1 als auch V2.
Steifigkeit
Die Steifigkeitswerte wurden mit dem Biegesteifigkeitsprüfer von Lorentzen & Wettre gemäß Norm SCAN-P 29.69 ermittelt. Die Werte sind in mN angegeben und geben die Steifigkeit in Längsrichtung wieder.
Gegenüber dem Vergleichsbeispiel V1 zeigen alle Proben eine deutlich verbesserte Steifigkeit. Die erfindungsgemäßen Proben der Beispiele 1 und 2 zeigen gegenüber der Probe von V2 eine geringfügige Verbesserung.

Claims (16)

1. Mindestens einseitig mit Kunstharz beschichteter Schichtträger, enthaltend ein mindestens auf der Vorderseite mit einer Pigmentschicht versehenes Rohpapier, dadurch gekennzeichnet, daß die Pigmentschicht mindestens etwa 5 Gew.-% eines Pigments mit einer engen Korngrößenverteilung enthält, wobei mindestens etwa 70% dieser Pigmentpartikeln eine Größe von kleiner als etwa 1 µm aufweist und mindestens 40 Gew.-% dieser Partikeln eine Korngröße von 0,35 und 0,8 µm aufweist.
2. Schichtträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pigment ein Calciumcarbonat ist.
3. Schichtträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht eine Pigmentgemisch enthält, das mindestens etwa 30 Gew.-% Kaolin enthält.
4. Schichtträger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Auftragsgewicht der Schicht höchstens etwa 20 g/m2 beträgt.
5. Schichtträger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohpapier ein gering verdichtetes Papier mit einer Dichte von weniger als etwa 1 g/cm3.
6. Mindestens einseitig mit Kunstharz beschichteter Schichtträger, enthaltend ein mindestens auf der Vorderseite mit einer Pigmentschicht versehenes Rohpapier, dadurch gekennzeichnet, daß die Pigmentschicht ein strukturiertes Calciumcarbonat enthält.
7. Schichtträger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Calciumcarbonat eine mit einer plättchenförmigen anorganischen Substanz modifizierte Oberfläche aufweist.
8. Schichtträger nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Pigments an der gesamten Pigmentmenge mindestens etwa 5 Gew.-% beträgt.
9. Schichtträger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pigmentschicht ein Pigmentgemisch enthält, die mindestens etwa 30 Gew.-% Kaolin enthält.
10. Schichtträger nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Auftragsgewicht der Schicht höchstens etwa 20 g/m2 beträgt.
11. Verfahren zur Herstellung eines Trägermaterials, nach einem der Patentansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß man auf der Vorderseite eines Rohpapiers mindestens eine Pigment enthaltende Schicht aufträgt und das Pigment eine enge Korngrößenverteilung aufweist, daß die Pigmentschicht mindestens etwa 5 Gew.-% eines Pigments mit einer engen Korngrößenverteilung enthält, wobei mindestens etwa 70% dieser Pigmentpartikeln eine Größe von kleiner als etwa 1 µm aufweist und mindestens 40 Gew.-% dieser Partikeln eine Korngröße von 0,35 und 0,8 µm aufweist, und auf die mit dem Pigment beschichtete Seite des Rohpapiers mittels Extrusion bei einer Geschwindigkeit von bis zu 600 m/min ein Harz aufbringt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man das Harz bei einer Geschwindigkeit von 350 bis 600 m/min auf die Pigmentschicht des Rohpapiers extrudiert.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß man die Beschichtung des Rohpapiers zweistufig derart aufträgt, daß man zuerst eine Pigment enthaltende Vorschicht mit einem Auftraggewicht von bis zu etwa 20 g/m2 auf das Rohpapier aufbringt und anschließend die ein Pigment mit einer engen Korngrößenverteilung enthaltende Beschichtung, bei der etwa 50% der Pigmentpartikeln einen Durchmesser von 0,7 µm aufweisen, aufträgt.
14. Verwendung des Schichtträgers nach einem der Ansprüche 1 bis 10 als fotografischer Schichtträger.
15. Verwendung des Schichtträgers nach einem der Ansprüche 1 bis 10 als Schichtträger für ein Tintentrahl-Aufzeichnungsmaterial.
16. Verwendung des Schichtträgers nach einem der Ansprüche 1 bis 10 als Schichtträger für thermisches Aufzeichnungsmaterial.
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