DE1570451B2 - Verfahren zur herstellung von stabilen organopolysiloxanemulsionen - Google Patents
Verfahren zur herstellung von stabilen organopolysiloxanemulsionenInfo
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Description
ein Verfahren zur Herstellung von Organopoly- 45 Ferner können durch Eintragen von hydrolysiersiloxanemulsionen
bekannt, bei welchem als Poly- baren Silanen wie Alkoxysilanen in Wasser und anmerisationskatalysatoren
starke Basen oder starke schließender Emulgierung die Organopolysiloxane (I) Mineralsäuren verwendet werden. Dieses Verfahren auch in situ in der Emulsion gebildet werden,
liefert zwar ausgezeichnete Polysiloxanemulsionen, Unter diesen Bedingungen hydrolysieren die Silane
jedoch ist die Neutralisierung und/oder Entfernung 50 zu Siloxanen und polymerisieren anschließend weiter,
der starken Mineralsäuren mit Schwierigkeiten ver- Bei Anwendung dieses Verfahrens muß jedoch dafür
bunden. gesorgt werden, daß die Menge des dabei gebildeten
Beansprucht ist ein Verfahren zur Herstellung von Alkohols nicht zu groß wird, um die Emulsion zu
stabilen Organopolysiloxanemulsionen durch Poly- brechen. Im allgemeinen sollte daher die eingesetzte
merisation und/oder Mischpolymerisation von Or- 55 Menge an Alkoxysilanen nicht größer als etwa 10°/0
ganosiloxanen aus Einheiten der allgemeinen Formel sein, bezogen auf das Gesamtgewicht der Emulsion.
. Bei Einsatz größerer Mengen an Alkoxysilanen, z. B.
K„biU4-m (i) bis zu 30 oder 40 °/0, ist es im allgemeinen vorteilhaft,
2 die Alkoxysilane langsam unter Rühren in eine
und/oder Silcarbanen der allgemeinen Formel 60 erhitzte Mischung aus Katalysator (III) und Wasser
HO(R)2SiQSi(R)2OH (II) einzutragen.
v Nach dem erfindungsgemaßen Verfahren kann
■ (R = Wasserstoffatome oder einwertige, gegebenen- beispielsweise auch Hexaphenylcyclotrisiloxan durch
falls halogenierte Kohlenwasserstoffreste; Q = zwei- Polymerisation von Diphenylsilandiol in Gegenwart
wertige, mit den Si-Atomen über C-Atome verknüpfte 65 des Katalysators (III) hergestellt werden.
Kohlenwasserstoffreste mit weniger als 15 C-Atomen, Beispiele für Reste Q in den Organosilcarbanen (II)
die gegebenenfalls durch Äthersauerstoff atome unter- sind p-Phenylen-, m-Phenylen-, p-Xenylen-, p-Xylylen-,
brochen sein können; η = 0, 1, 2 oder 3 oder ein p-Diphenylenäther-, p-Dimethylendiphenyläther-, Me-
3 4
thylen-, Äthylen-, Propylen-, Butylen-, Pentamethylen-, der Formeln RSiO1>5, R2SiO und R3SiOo-5 rnisch-Dipropylenäther-
und Butylidenreste. polymerisiert werden. Desgleichen können einheitliche
Die Polymerisation der Organosiliciumverbindungen oder verschiedene Silcarbane (II) homo- oder mischgeht
bereits bei Raumtemperatur vorzüglich, sie kann polymerisiert sowie Gemische dieser Siloxane und
jedoch bei beliebiger Temperatur durchgeführt werden. 5 Silcarbane mischpolymerisiert werden.
Arbeitstemperaturen unterhalb des Siedepunktes von Unter der Ausdrucksweise »Einheitsformel« ist zu
"Wasser sind bevorzugt, gegebenenfalls kann jedoch verstehen, daß die Organosiloxane (I) im wesentlichen
auch oberhalb von 10O0C gearbeitet werden, wenn die aus diesen Einheiten aufgebaut sind, sie können
Polymerisation in einem geschlossenen System durch- jedoch geringe Mengen an Si-gebundenen Hydroxylgeführt
wird. Der bevorzugte Temperaturbereich 10 gruppen oder hydrolysierbaren Gruppen wie Alkoxy-,
liegt zwischen 25 und 90° C. Acyloxy- und Oximgruppen enthalten.
Die Polymerisationszeit kann je nach der Um- Beispiele für einwertige Kohlenwasserstoffreste R
Setzungsgeschwindigkeit und der gewünschten Vis- sind Alkylreste wie Methyl-, Äthyl-, Propyl-, Octadekosität
des erhältlichen Polymerisats verschieden cyl- und Myricylreste; cycloaliphatische Reste wie
gewählt werden. Es zeigte sich nämlich, daß mit 15 Cyclobutyl-, Cyclohexyl-, Cyclopentenyl- und Cyclofortschreitender
Polymerisation die Viskosität des hexadienylreste, Arylreste, wie Phenyl-, Tolyl-, Naph-Siloxans
zunimmt und die Größe der Emulsions- thyl-, Mesithyl-, Thymyl- und Xenylreste und Aralkyltröpfchen
abnimmt. Eine Kombination dieser beiden reste wie Benzyl-, Benzhydryl-, oc-Mesityl- und
Vorgänge führt wahrscheinlich zu den äußerst stabilen /?-Phenylpropylreste; halogenierte, einwertige Kohlen-Emulsionen,
wie sie erfindungsgemäß erhalten werden. 2o wasserstoffreste, wie Chlorphenyl-, «,α,α-Trifluor-
Die Konzentration der Organosiliciumverbindungen tolyl-, Trifluorvinyl-, Trifluorchlorcyclobutyl-, 3,3,3-in
Wasser ist nicht ausschlaggebend. Es muß nur Trifluorpropyl- und Tetrabromxenylreste. Ferner
genügend Wasser zur Aufrechterhaltung einer konti- können die Reste R auch Wasserstoffatome sein,
nuierlichen wäßrigen Phase während der erfindungs- vorzugsweise sollte je Si-Atom jedoch nicht mehr als
gemäßen Polymerisationsreaktion vorhanden sein. a5 1 Wasserstoffatom vorhanden sein.
Die Polymerisation kann mit Siloxankonzentrationen Die Polymerisationskatalysatoren (III) sind Alkyl-
von 1 Gewichtsprozent oder weniger durchgeführt hydrogensulfate. Beispiele für Reste R', die geradwerden,
kettig oder verzweigt sein können, sind Hexyl-, Octyl-,
Nach beendeter Polymerisation können die Organo- Decyl-, Dodecyl-, Cetyl-, Stearyl-, Myricyl-, Oleylsiliciumverbindungen
durch Brechen der Emulsion 30 und Octinylreste. Vorzugsweise enthält der Rest R'
auf beliebige Weise, z. B. durch Zugabe von Salzen, mindestens 8 und insbesondere 10 bis 18 C-Atome,
wie Natriumchlorid, oder durch Verdampfen des Die erfindungsgemäß verwendeten Alkylhydrogen-
: "Wassers oder durch Zugabe von wasserlöslichen sulfate sind bekannte Verbindungen, die in üblicher
Alkoholen wie Methanol, Äthanol oder Isopropanol Weise durch Umsetzung eines Alkohols mit Schwefelgewonnen
werden. Wenn die Emulsion durch Salz- 35 oder Chlorsulfonsäure gewonnen werden können,
oder Alkoholzugabe gebrochen wird, ist das erhaltene Katalysatoren, die aus primären Alkoholen hergestellt
Polymerisat praktisch katalysatorfrei. worden sind, sind bevorzugt. Katalysator (III) kann
Bei der beanspruchten Herstellung stabiler Emul- aus einer Verbindung oder aus einem Gemisch von
sionen soll die Emulsion vorteilhaft mit Alkali wie zwei oder mehr Verbindungen der genannten Art
Ammoniumhydroxyd, Natriumhydroxyd, Kaliumcar- 40 bestehen.
bonat oder Lithiumbicarbonat neutralisiert werden, Die Katalysatorkonzentrationen können in. - so
das der Emulsion in ausreichender Menge zugefügt kleinen Bereichen von 0,01 °/0) bezogen auf das Gewerden
muß, um einen pH-Wert von etwa 7 zu er- wicht der Organosiliciumverbindungen (I) und/oder
reichen. Die Neutralisation ist jedoch nicht unbedingt (II), bis gegebenenfalls mehr variieren. Zur Erzielung
erforderlich, insbesondere dann nicht, wenn die 45 annehmbarer Reaktionszeiten ist es im allgemeinen
Polymerisate, wie erwähnt, aus der Emulsion entfernt vorteilhaft, mindestens 0,5 Gewichtsprozent des
•werden. . Katalysators einzusetzen. Es kann jedoch auch be-
Der beanspruchten Reaktion können beliebige liebig mehr Katalysator verwendet werden, obgleich es
•Organosiloxane (I) oder Organosicarbane (II) der natürlich überflüssig ist, eine große Katalysatormenge
■oben gekennzeichneten Art unterzogen werden. Orga- 50 einzusetzen, wenn mit einer kleineren Menge dieselbe
nosiloxane (I) mit «-Werten von etwa 2 oder von Wirkung erzielt werden kann; zudem kann der Ein-1,9
bis 2,1 sind bevorzugt. Die verwendeten Siloxane satz größerer Katalysatormengen zu Schwierigkeiten
können harzartige Stoffe mit durchschnittlich einem bei der gegebenenfalls gewünschten Entfernung führen.
Rest R je Si-Atom bis zu flüssigen endblockierten Mit Katalysatorkonzentrationen von etwa 0,5 bis
Polymeren mit mehr als zwei Resten R je Si-Atom 55 etwa 5 °/0, bezogen auf das Gewicht der Organo-■sein.
Die Viskosität der Ausgangssiloxane spielt keine siliciumverbindungen (I) und/oder (II), werden aus-Rolle.
Ist sie zu hoch, um das Siloxan gut dispergieren gezeichnete Ergebnisse erhalten.
:zu können, kann eine geringe Menge Lösungsmittel Wie bereits erwähnt, ist zur Herstellung stabiler
zugesetzt worden, das gegebenenfalls vor Beginn der Emulsionen mit dem Katalysator (III) kein Emulgier-Polymerisation
wieder entfernt werden kann. 60 mittel erforderlich, da dieser selbst emulgierend wirkt.
Wie bereits erwähnt, können die verwendeten Gegebenenfalls kann jedoch ein Emulgiermittel mit-Silcarbane
fest sein. Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden.
kann sowohl zur Herstellung stabiler Emulsionen Hierzu sind folgende nichtionogene Emulgiermittel
homopolymerer Siloxane als auch mischpolymerer geeignet: Saponine; Kondensationsprodukte von Fett-■
Siloxane angewendet werden. So kann beispielsweise 65 säuren mit Äthylenoxyd, wie Dodecyläther von Tetraein
Organosiloxan aus Einheiten der Formel R2SiO äthylenoxyd; Kondensationsprodukte von Äthylenwie
Dimethylsiloxan polymerisiert werden oder Ge- oxyd und Sorbittrioleat und Kondensationsprodukte
■mische verschiedener Siloxane, z.B. aus Einheiten von Phenolverbindungen mit Seitenketten mit Äthylen
oxyd, wie Kondensationsprodukte von Äthylenoxyd mit Isododecylphenol und Iminderivate wie polymerisiertes
Äthylenimin. '
Geeignete anionaktive Emulgatoren sind Alkalisulforicinate;
sulfonierte Glycerinester von Fettsäuren, Salze sulfonierter einwertiger Alkoholester,
Amide von Aminosulfonsäuren, wie das Natriumsalz von Oleylmethyltaurid; sulfonierte aromatische Kohlenwasserstoffe,
wie" Natrium-a-napthalinmonosulfonat; Kondensationsprodukte von Naphthalinsulfonsäuren
mit Formaldehyd und Sulfate wie Ammoniumlaurylsulfat, Triäthanolaminlaurylsulfat und Natriumlauryläthersulfat.
Die neuen Emulsionen können als Trennmittel oder Überzugsmassen Verwendung finden. Die erfindungsgemäß
erhaltenen Emulsionen eignen sich vor allem zur Herstellung von Latexfarben. Die
Emulsionen können beispielsweise mit dem gewünschten Pigment oder mit anderen Füllstoffen
vermischt und anschließend auf eine Oberfläche aufgetragen werden, wobei das Wasser verdampft und
ein zusammenhängender Überzug zurückbleibt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf die Herstellung .der Emulsionen beschränkt, sondern
ermöglicht ebenso die Herstellung von Organopolysiloxanen, die durch Brechen der Emulsion erhalten
werden können.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch stabile Emulsionen von Siloxanen der allgemeinen
Durchschnittsformel
(R"O)3_mSiO
Si(OR"),-,,
worin R die angegebene Bedeutung hat, R" niedrige Alkylreste, z. B. Methyl- bis Hexylreste einschließlich
bedeutet, m und ρ jeweils ganze Zahlen zwischen 0 bis 3 sind, die Summe von m + ρ nicht größer als 5
ist und χ einen Durchschnittswert von mindestens 7 hat, durch Polymerisieren in Gegenwart des Katalysators
(III) hergestellt werden. Diese Ausgangsprodukte emulgieren und polymerisieren gut unter
Bildung von Polysiloxanen, die in Emulsion nicht gelieren.
Werden diese hingegen aus der Emulsion entfernt, gelieren sie jedoch unter Bildung vernetzter Elastomerer.
. Durch Zusatz von Füllstoffen zu dem Polymerisat, solange dieses noch in Emulsion ist, können die
mechanischen Eigenschaften des durch Koagulation erhältlichen Elastomers weiter verbessert werden.
Am besten werden diese Füllstoffe der wäßrigen Dispersion, d..h. dem Kolloid oder der Emulsion
zugefügt. Als Füllstoffe werden vorzugsweise Siliciumdioxydarten verwendet, obgleich auch andere dispergierbare
Füllstoffarten eingesetzt werden können, vorausgesetzt, daß diese kein Zusammenbrechen der
Polysiloxanemulsion verursachen.
Derartige Emulsionen, mit und ohne Füllstoff, sind ganz stabil und können gegebenenfalls weiter mit
Wasser verdünnt werden. Zur Erzielung einer maximalen Stabilität ist es vorteilhaft, den Polymerisationskatalysator
mit einer Base,· z. B. NaOH, NH4OH, K2CO3, L1HCO3 bis zu einem pH-Wert von etwa 7
zu neutralisieren, was vor oder nach der Füllstoffzugabe erfolgen kann. Meist ist es vorteilhaft, die
Neutralisation vor dem Füllstoffzusatz vorzunehmen. Dieses Verfahren liefert eine ausgezeichnete Methode,
um beispielsweise Überzüge auf zähen, gummiartigen Siloxanfifmen, z. B. elastomere Formtrennüberzüge,
zu erhalten.
Es sei darauf hingewiesen, daß alle erfindungsgemäß erhältlichen Emulsionen mit Füllstoffen versetzt
werden können; außerdem können feinteilige Schleifmittel, wie Diatomeenerde in die Emulsionen eingearbeitet
werden, so daß diese als Poliermittel verwendet werden können.
Die Viskositätsangaben in den folgenden Beispielen beziehen sich auf die Viskosität de* Siloxane per se
und nicht auf die Emulsionen. Meist wurden die Viskositäten durch Abtrennung der Siloxane aus der
Emulsion unter Anwendung üblicher Meßmethoden bestimmt. Alle. Viskositäten wurden bei 25°C ge-■
messen. .
.
Mit einer von Hand betriebenen Laborhomogenisiervorrichtung
nach Fisher wurden drei wäßrige
Emulsionen hergestellt, die jeweils 30 g Cyclodimethyl- ' tetrasiloxan, 59 ml Wasser und 6 g einer 25°/oigen
wäßrigen Lösung verschiedener Alkylhydrogensulfatkatalysatoren (d. h. 1,5 g des Katalysators) enthielten.
Als Katalysatoren wurden (1) Laurylhydrogensulfat,
(2) Cetylhydrogensulfat und (3) Tridecylhydrogensulfat
verwendet. :.
Ein Teil jeder Emulsion würde bei Raumtemperatur stehengelassen und ein Teil in einen Ofen von 70° C
gestellt. Es wurde festgestellt, daß die Emulsionen bei Raumtemperatur stabiler waren. Von den drei
Emulsionen sah diejenige am besten aus, die Tridecylhydrogensulfat enthielt.
Nach ungefähr 5 Tagen wurden die Emulsionen mit 10°/0 Natriumcarbonat neutralisiert und anschließend
mit Aceton gebrochen. Es wurden niedrigviskose Flüssigkeiten mit Viskositäten von ungefähr
1000 cSt oder höher erhalten, wodurch bewiesen wird, daß sowohl bei Raumtemperatur als auch bei erhöhter
Temperatur eine Polymerisation eingetreten war.
B ei s ρ i el 2
Nach dem Verfahren aus Beispiel 1 wurde eine Emulsion hergestellt, die folgende Bestandteile enthielt:
67,5 g Cyclodimethyltetrasiloxan, 139 ml Wasser und 18 g einer ■ 25°/oigen wäßrigen Lösung von Laurylhydrogensulfat.
Die Emulsion wurde ungefähr 22 Stunden bei Raumtemperatur stehengelassen, dann mit
einer 10°/0igen wäßrigen Natriumcarbonatlösung neutralisiert
und anschließend mit Aceton gebrochen. Es wurde eine polymere Flüssigkeit mit einer Viskosität
von ungefähr 23 000 cSt erhalten.
B e i s ρ i e 1 3
Nach dem Verfahren aus Beispiel 1 wurde eine Emulsion aus folgenden Bestandteilen hergestellt:
70,5 g Cyclodimethyltetrasiloxan, 146 ml Wasser und 18,8 g einer 25°/oigen wäßrigen Lösung von Tridecylhydrogensulfat.
Die Emulsion wurde ungefähr 49 Stunden bei Raumtemperatur stehengelassen, dann mit
einer 10%igen wäßrigen Natriumcarbonatlösung neutralisiert und anschließend mit Aceton gebrochen. Es
wurde eine polymere Flüssigkeit erhalten, die dann-30 Minuten auf einem Dampfbad getrocknet wurde.
Die entstandene polymere Flüssigkeit hatte eine Viskosität von über 30 000 cSt.
Unter Verwendung einer Laborhomogenisiervorrichtung nach Manton — Gaulin wurden unter
einem Druck von 281 kg/cm2 (4000 p.s.i.) vier wäßrige Emulsionen hergestellt. Die Emulsionen enthielten
folgende Bestandteile:
IO
(A) Cyclodimethyltetrasiloxan 175 g
Wasser 315 g
Laurylhydrogensulf at 10 g
(B) Cyclodimethyltetrasiloxan 175 g
Wasser 310 g
Laurylhydrogensulf at 10 g
Natriumlaurylsulf at (Emulgiermittel).. 5 g
(C) Cyclodimethyltetrasiloxan 175 g
Wasser 315 g
Tridecylhydrogensulfat 10 g
(D) Cyclodimethyltetrasiloxan 175 g
Wasser 295 g
Tridecylhydrogensulfat 10 g
Wäßrige Natriumtridecylsulfatlösung.. 20 g (25 °/0 Feststoffgehalt — Emulgiermittel)
Diese Emulsionen wurden nach der Herstellung bei Raumtemperatur stehengelassen. Das Ausmaß und
die Geschwindigkeit der Polymerisation wurden in bestimmten Zeitabständen durch Messen des prozentualen
Anteils an noch vorhandenen cyclischen Produkten und/oder der Viskosität der hergestellten
polymeren Flüssigkeit geprüft. Die Versuchsergebnisse sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:
Emulsion Polymerisationszeit
L Tag | 3 Tage | 1 Woche | 2 Wochen | 4 Wochen |
20,0 | 17,1 | 87 100 cP | 15,4 685 000 cSt |
888 000 cSt |
62,3 | 20,0 | 65 900 cP | 18,3 504 000 cSt |
680 000 cSt |
25,1 | 19,8 | 19,4 85 400 cP |
17,0 568 000 cSt |
800 000 cSt |
90,2 | 21,8 | 21,6 124 800 cP |
18,3 432 400 cSt |
595 700 cSt |
A o/o-Gehalt*)
Viskosität .. B °/o-Gehalt*)
Viskosität .. C "/(,-Gehalt*)
Viskosität .. D °/o-Gehalt*)
Viskosität ..
*) Prozentualer Anteil an cyclischen Produkten.
209 520/401
Claims (1)
1 2
Durchschnittswert zwischen 1 und 3) in wäßrigem
Patentanspruch: Medium in feinverteilter Form und in Gegenwart
von Katalysatoren, das dadurch gekennzeichnet ist,
Verfahren zur Herstellung von stabilen Organo- daß man als Katalysatoren Alkylhydrogensulfate der
polysiloxanemulsionen durch Polymerisation und/ 5 allgemeinen Formel
oder Mischpolymerisation von Organosiloxanen R'OSO OH TIID
aus Einheiten der allgemeinen Formel 2
P . . (R' = einwertiger, aliphatischer Kohlenwasserstoff-
KnbiUj-n (1) rest mit jjuudestens 6 C-Atomen) verwendet.
ίο Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Ver-
und/oder Silcarbanen der allgemeinen Formel fahrens werden die Organosiliciumverbindungen (I)
HO(R) SiQSi(R) OH (II) und/oder (II) und die Alkylhydrogensulfate (III) in
^ Wasser dispergiert unter Bildung einer stabilen
(R = Wasserstoffatome oder einwertige, gege- Emulsion. Dann wird die Emulsion unter oder ohne
benenfälls halogenierte Kohlenwasserstoffreste; 15 Rühren bei der gewünschten Temperatur stehen-Q
= zweiwertige, mit den Si-Atomen über C- gelassen, bis die Organosiliciumverbindungen den
Atome verknüpfte Kohlenwasserstoffreste mit gewünschten Aggregatszustand erreicht haben. Statt
weniger als 15 C-Atomen, die gegebenenfalls durch dessen kann der Katalysator (III) jedoch auch vor
Äthersauerstoff atome unterbrochen sein können; oder nach der Dispergierung zugefügt werden.
« = O, 1, 2 oder 3, oder ein Durchschnittswert 20 Bei der zuletzt erwähnten Methode kann die Diszwischen
1 und 3) in wäßrigem Medium in fein- persion der Organosiliciumverbindungen gegebenenverteilter
Form und in Gegenwart von Kataly- falls durch Mitverwendung eines nichtionogenen
satoren, dadurch gekennzeichnet, daß oder anionaktiven Emulgiermittels unterstützt werden.
man als Katalysatoren Alkylhydrogensulfate der Das ist natürlich nicht unbedingt erforderlich, sondern
allgemeinen Formel 25 die Organosiliciumverbindungen können auch durch
R'OSO OH CIII) beliebige andere Maßnahmen wie kräftiges mecha-
2 nisches Rühren oder Ultraschall in Wasser dispergiert
(R' = einwertiger, aliphatischer Kohlenwasserstoff- werden. Außerdem sind die Alkylsulf atkatalysatoren
rest mit mindestens 6 C-Atomen) verwendet. (III) selbst ausgezeichnete Emulgiermittel.
30 Es sei darauf hingewiesen, daß die Bildung einer Voremulsion der Organosiliciumverbindungen für das
erfindungsgemäße Verfahren nicht wesentlich ist,
da Emulgierung und Polymerisation praktisch gleich-
zeitig verlaufen. Das wird besonders deutlich, wenn
Es ist bekannt, Emulsionen von Organopoly- 35 eine wäßrige Lösung des Katalysators (III) unter
siloxanen mit hohem Molekulargewicht dadurch kräftigem Rühren mit den Organosiliciumverbindungen
herzustellen, daß die Polysiloxane zuerst in einem versetzt wird, die dabei sowohl emulgiert als auch
organischen Lösungsmittel gelöst werden und die polymerisiert werden. Bei Anwendung dieser Technik
Lösung anschließend emulgiert wird. Diesem Ver- ist es natürlich vorteilhaft, wenn die zu polymerifahren
haften jedoch die naturgemäß bei Verwendung 40 sierenden Organosiliciumverbindungen eine möglichst
von Lösungsmitteln auftretenden Nachteile an. Zu- große Oberfläche haben, um annehmbare Reaktionsdem
sind die so erhältlichen Emulsionen nicht be- zeiten zu erreichen. So ist es z. B. bei der Polymerisation
sonders stabil. ' von festen Organosilcarbanen (II) vorteilhaft, diese in
Ferner ist aus der deutschen Patentschrift 1 037 707 feinverteilter Form einzusetzen.
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