DE1792422A1

DE1792422A1 - Verfahren zur Bodenverfestigung

Info

Publication number: DE1792422A1
Application number: DE19681792422
Authority: DE
Inventors: Fritz Dr Grafmueller
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1968-08-31
Filing date: 1968-08-31
Publication date: 1971-11-11
Also published as: GB1277779A; AT292042B; US3640021A; FR2016727A1; ES370946A1; NO120496B; NL6913013A; CH519296A; BE738285A; IL32850A0

Description

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Verfahren zur Bodenverfestigung

Hs ist bekannt wässrige Dispersionen aus wasserunlöslichen, natürlichen und synthetischen hochpolymeren Stoffen zur Stabilisierung von er^sionsgefährdeten Böden zu verwenden. Der Schutz dieser Böden und Flächen gegen Wind- und Regenerosion ist von großer Wichtigkeit. Er dient sowohl der Erhaltung von Kulturland als.auch der Rekultivierung von erosionsgeschädigtem Ödland und von Wüstengebieten, Alle bisher bekanntgewordenen Verfahren zur Bodenstabilisierung mit Polymerdispersionen resp. polymerisathaltigen Emulsionen sind jedoch mit der, großen Nachteil behaftet, daß ihre erfolgreiche Anwendung in verhältnismäßig verdünnter Form erfolgen muß, um eine ausreichende Verteilung und Krustenbildung im Oberflächenbereich des zu schützenden Bodens zu erreichen. So arbeiten die meisten Verfahren in der Praxis mit etwa 2-10 #igen Verdünnungen, bezogen auf den Festpolymerisatanteil_# Bei der Ausbrin^-ung von höher konzentrierten, z.B. 20-70 £ige Zubereitungen bilden sich in den üblicherweise erforderlichen Aufwand

2 mengen von beispielsweise 5 -50 g Festsubstanz pro m auf der zu schützenden Bodenflache keine festhaftenden und zusammenhangenden Krusten mehr, so daß die beabsichtigte Schutzwirkung ausbleibt.

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Zum Aufspritzen von 20 g Pestsubstanz pro m bei Verwendung einer 5 /£igen Dispersion sind ca. 4000 1 Flüssigkeit pro Hektar Fläche erforderlich. Mit einer 50 ^igen Dispersion wären dagegen für die gleiche Fläche nur ca. 400 1 Flüssigkeit erforderlich. Diese Tatsache wird von entscheidender Bedeutung, wenn man mit den Produkten in die großflächige Anwendung geht, wie z.3. in die Landwirtschaft, auf Industriegelände und Wüstenflächen. Hier wird der Einsatz von Erosionsschutzmitteln überhaupt erst wirtschaftlich, wenn sich das Ausbringen mit normalen Großflächensprühgeräten bewerkstelligen läßt, wie man sie heute für PflanzenschutzmaSnahmen allgemein verwendet, beispielsweise Balkenspritzen mit großen Arbeitsbreiten (z.B. bis 25 m) an Motorfahrzeugen sowie an Flugzeugen oder Hubschraubern, und für kleine Dimensionen mit Rückenspritzgeräten. Diese Pflanzenschutzspritzgeräte sind bezüglich der Größe ihres Spritzbrühtanks und hinsichtlich ihrer Flächensprühleistung allgemein auf das Ausspritzen von ca. 400-600 1 Spritzbrühe pro ha abgestimmt. Das bedeutet, daß beim Verspritzen von ca. 4000 1 Flüssigkeit (Dispersion) pro ha etwa der 10-fache Aufwand an Tankvolumen resp. Spritztankbefullungen erforderlich werden und außerdem ein und dieselbe Fläche mehrmals überspritzt werden muß, um die'benötigte Flüssigkeitsmenge aufzubringen, so daß das vorgenannte Verfahren zur Bodenverfestigung in den Bereich der Unwirtschaftlichkeit rückt. Aus den dargelegten Gründen und unter Berücksichtigung einer Reihe weiterer Perspektiven, erscheint die bisher nicht praktikable Anwendung von hochkonzentrierten Kunststoffdispersionen für Bodenerosionsschutzmaßnahmen von großer Bedeutung und von einschneidender arbeitstechnischer Wirtschaftlichkeit.

Es wurde nun gefunden, daß man eine Bodenverfestigung besonders vorteilhaft erzielen kann, wenn man den Boden mit Dispersionen besprüht, die neben wasserunlöslichen polymeren Stoffen natürlicher oder synthetischer Art wasserlösliche Phosphate enthalten. Der Anteil an •wasserlöslichen Phosphaten beträgt 0,2 - 10 %, bezogen auf die fertige Dispersion. Vorteilhaft liegt ihr Anteil bei 1 - 4 Jo, wobei Gehalte an 2 - 3 % Phosphatanteil besonders günstig slid . Mit Hilfe dieser Dispersionen ist die Aufbringung auch hoch-konzentrierter Dispersionen, z.B. solcher mit einem Kunststoff gehalt von 20 - 70 fs, auf Böden möglich.

Die erfindungsgemäi? zu verwendenden Dispersionen besitzen ein ausgezeichnetes Aufziehver:r.5ü=n auf Sand- und Lehmböden unter Bildung von zusammenhängenden, gut haftenden, regen- und witterungsbeständigen

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Krusten. Letztere vermitteln eine sehr gute Schutzwirkung gegen V/ind- und Regenerosion, sind in den eingangs genannten Aufwancmengen mikroporös und beeinträchtigen das Pflanzenwachstum nicht.

Als zu verwendende Phosphate seien wasserlösliche Alkali- und Ammoniumsalze von kondensierten Phosphaten genannt, wobei vorzugsweise kettenförmige Polyphosphate zur Anwendung gelangen, wie z.B. Natriumtripolyphosphatj Natriumhexamet»phosphat, Natriumoligophosphate, Tetrakaliumpyrophosphat und Grahamsches Salz. Der durchschnittliche Polymerisationsgrad der beanspruchten Polyphosphate kann im allgemeinen variieren von 2 bis zu mehreren hundert. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Hexametaphosphaten, Oligophosphaten und Tripolyphosphaten. Eine besondere Ausführungsform der Erfindung ist die Verwendung von vorwiegend Natriumuripolyphosphat sowie Natriumhexametaphosphat. Zusätze von ionischen und bzw. oder nichtionischen Tensiden in Mengen von 0, 1 - 3 %, bezogen auf die fertige Dispersion, können zusätzliche Vorteile bringen.

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Erfindungsgeir.äß kommen Dispersionen mit 20 - 70 % Polymerisatanteil zur Anwendung. Vorteilhaft werden 20 - 55 £ige Dispersionen verv/endet und besonders vorteilhaft ist die Verwendung von 30 - 50 ;&igen Dispersionen.

Vor allem sind feindisperse, niedrigviskose Dispersionen, die sich durch gute Elektrolytverträglichkeit auszeichnen geeignet;^z.B. solche die gemä3 Verfahren des Patentes 1 029 5^5 erhalten werden. Bei dem erfindungsgemäSen Verfahren werden vorteilhafterweise solche Dispersionen verwendet, die einen niedrigen Weißpunkt besitzen, z.B. im Temperaturbereich von O - 10 C, insbesondere aber zwischen 2 - 5 C. Ganz besonders vorteilhaft sind Dispersionen, deren Weißpunkt bei ο - 1 C liegt, so da3 deren Anwen<
frostfreiem Wetter erfolgen kann.

ο - I⁰C liegt, so da3 deren Anwendung auch in kälteren Jahreszeiten bei

Weiter können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch weichmacherhaltige Dispersionen verwendet werden und zwar insbesondere solche, deren Weichir.acherar.teil nicht phytotoxisch ist bzw. das Pflanzenwachstum nicht beeinträchtigt.

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In vielen Fällen ist auch die Verwendung von Dispersionen mit Haftkleberwirkung vorteilhaft. Letztere lassen sich insbesondere zum Verkleben von organischen Mulchbestandteilen, wie z.B. Stroh, Zellulosefasern, Grassamen und Torf verwenden.

Mulchschichten aus Schaumkunststoffen (z.B. Aminoplasten) können nach dem erfindungsgQmäßen Verfahren ebenfalls gut wind- und regenfest verklebt werden, ggf. wird das Wasserrückhaltevermögen des Schaumes verbessert.

Auch stabilisierte Bitumenemulsionen mit ausreichender Elektrolytbeständigkeit können erfindungsgemäß eingesetzt werden.

Die erfindungsgemäß zu.verwendenden Dispersionen können als wasserunlösliche Polymerisate praktisch jedes Polymerisat enthalten, das mit V/asser Dispersionen bildet, z.B. alle Viny!polymerisate, die die vorgenannte Bedingung erfüllen. Es können natürlich auch Mischungen verschiedener Polymerisate verwendet v/erden. Es kommen dabei sowohl homopolymere als auch copolymere Produkte infrage, z.B. Dispersionen, die als Bestandteile Vinylacetat, Vinylpropionat, Acrylsäure- u. Methacrylsäureester, Acrylnitril, Vinylchlorid, Äthylen, Styrol, Maleinsäureester sowie Diene, wie z.B. Butadien enthalten, wobei Copolymere mit mehr als 50 % Butadienanteil im allgemeinen Elastomereigenschaften besitzen. Bevorzugt werden wässrige Dispersionen aus Polyvinylacetat bzw. vinylacetathaltigen Copolymeren.

Neben den genannten vollsynthetischen Polymeren können die erfindungsgemäß zu verwendenden Dispersionen auch Naturkautschuk, Tallölprodukte, pflanzliche Rückstandsöle, Bitumen- oder Asphaltbestandteile sowie Mineralöl enthalten.

Die erfindungsgemäß zu verwendenden Dispersionen können ferner hell oder dunkel eingefärbt zur Anwendung gelangen. Die Einfärbung kann einerseits dem Zweck der Sichtbarmachung von Erosionsschutzmaßnahmen dienen, andererseits kommt aber auf landwirtschaftlichen Kulturböden der Verwendung von Wärmestrahlen reflektierenden (z.B. Kaolin oder Titandioxid) und vor allem von Wärmestrahlen absorbierenden Farbstoffen erhöhte Bedeutung zu. Besonders wichtig sind dabei Dispersionen die als Schwarzpigment Ruß oder Eisenoxydschwarz enthalten, und zwar in Mengen von 1-20 ;«, bezogen auf die fertige Dispersion. Deren

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Anwendung führt zu schwarz gefärbten Böden, auf denen z.B. in sonnenäraeren Ländern, zusätzlich zur Erosionsschutzwirkung, durch höhere Bodentemperaturen (z.B. 7-10⁰C) infolge besserer Ausnutzung der Sonnenenergie Kulturzeitverkürzungen bei Nutzpflanzen (Gemüsebau) sowie höhere Ernteerträge erzielt werden können. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Dispersionen mit einem Rußgehalt von 10-15 %> bezogen auf die fertige Dispersion. Eine spezielle Ausführungsform des Verfahrens ist die Verwendung von Dispersionen mit 25 % Polymeranteil und 10 % Rußanteil. Die Rußpigmentierung kann entweder bei der Dispersionsfabrikation erfolgen, oder man kann vorteilhaft auch unmittelbar vor der Anwendung pigmentieren, in dem man vorpräparierte, gut wasserverteilbare Pigmentfarbstoffteige mit dem Dispersionsanteil verrührt.

Zur Modifizierung der Filmeigenschaften können die erfindungsgemäß zu verwendenden Dispersionen auch in Mischung mit wasserlöslichen polymeren Verbindungen, wie z.B. Polyvinylalkohol, Carboxymethyl- ! Zellulosen, Methylzellulosen, Methylhydroxathylzellulosen, Alginaten, ^! Eiweißstoffen, Pflanzenschleimen und polymeren Carboxylaten angewendet werden.

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Die erfindungsgemäß zu verwendenden Dispersionen werden für Erosionssehutzmaßnahmen im allgemeinen in Mengen von 5-50 g wasserunlösliche

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Polymersubstanz pro m zur Anwendung gebracht, wobei mikroporöse Krusten gebildet werden. Mit Aufwandmengen ab etwa 0,5 k-g Polymersub-

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stanz und mehr pro m lassen sich stabile, wasserundurchlässige Boden- ' abdeckungen herstellen. So kann man z.B. Steinsalz oder Mineraldünger im Freien lagern, wenn man deren Aufschüttung mit einer Sandschicht abdeckt und mit Dispersionskunststoff wetterfest macht.

Die wichtigsten Anwendungsgebiete des neuen Verfahrens sind landwirtschaftliche Nutzflächen, sandige Küstenstreifen, Wüstenflächen, Flugfeldare &le in der Umgebung der Flugpisten, Industrie- und Baustellengelände, ferner Böschungsflächen, Erz- und Kohlehalden sowie Abraumhalden. Die Anwendung der Dispersionen kann selbstverständlich auch mit geeigneten BegrUivungs- und Rekultivierungsma3nah;r;en kombiniert werden.

Die erfindungsgemäß zu verwendenden Dispersionen können häufig mit besonderem Vorteil biocide Wirkstoffe enthalten, insbesondere

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Herbicide, Fungicide sov/ie Insekticide. Bei den Herbiciden kommen sowohl wasserlösliche als auch wasserunlösliche Verbindungen infrage. Als Beispiel für letztere seien 2,4 - Dichlorphenoxy-essigsäure, Carbamate, wie z.B. Isopropyl-N-(m-chlorphenyl)-carbamat, Harnstoffherbicide, wie z.B. N-C^-Chlor-^-methoxyphenylJ-NN-dimethylharnstoff, ferner Salze von chlorierten Säuren, wie z.B. Trichloressigsäure, Phenole, wie z.B. Pentachlorphenol und Dinitroverbindungen, wie z.B. 4,6 - Dinitro-o-kresol genannt. Die Anwendung dieser Herblcidwirkstoffe erfolgt im allgemeinen in Aufwandmengen von 0,5 - 10 kg pro ha.

Bei den erfindungsgemäßen Verfahren kann man die zu verwendenden Kunststoffdispersionen auch durch Anrühren von Trockenpräparaten mit Wasser erst unmittelbar vor der Anwendung herstellen, wobei die Trockenpräparate sowohl die wasserunlöslichen polymeren Stoffe als auch die löslichen Bestandteile, wie z.B. Polyphosphat enthalten. Solche Trockenpräparate können durch einfaches Mischen der pulvrigen Komponenten erhalten .werden, vorteilhafterweise v/erden sie jedoch durch Eintrocknen der erfindungsgemäß zu verwendenden Dispersionen, z.B. durch Sprühen oder Trocknen auf erhitzten Walzen, hergestellt.

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Der PhOsphatanteil der erfindungsgemäS zu verwendenden Dispersionen kann im Boden als Düngemittel wirksam werden. Die gleichzeitige Mitverwendung von Kalium resp. Ammoniumpolyphosphaten verstärkt diese Düngerwirksamkeit. Selbstverständlich können den Dispersionen auch noch andere Düngemittel einvertieibt werden, wobei wasserlöslichen Produkten der Vorzug zu geben ist. Besonders interessant ist hierbei die Verwendung von Harnstoffdüngern.

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Beispiel 1

Feintelliger, kalkhaltiger Dünensar.dboden, auf dem Blumenzwiebeln (z.3. Tulpen, Hyazinthen, Narzissen) gezüchtet wer-

den, wird mit einer ^O ;Sigen wässrigen Kunststoffdispersion besprüht, die 3 % Natriurr.tripolyphosphat enthalt. Der Dispersionskunststoff ist ein Copolyrr.erisat aus 90 % Vinylacetat und 10 % Aethylen. Es werden ^00 1 Dispersion pro ha angewandt. Unmittelbar nach dem Aufspritzen und Trocknen der Dispersion resultiert eine zusammenhängende, gut haftende, mikroporöse Oberflächenkruste. Letztere ist regen- und witterungsbeständig, vermittelt eine sehr gute Schutzwirkung gegen V/ind- und Hegenerosion, ist nicht phytotoxisch und beeinträchtigt das Pflanzenwachstum sowie den Wasserhaushalt des Bodens nicht. Die Schutzwirkung ist nach fünfmonatiger Bewitterung noch einwandfrei .

Beispiel 2

Peinteiliger, kalkhaltiger Sandboden, auf dem Karotten angebaut werden/v.'ird mit einer wässrigen Kunststoffdispersion besprüht, die aus 25 % Kunststoff, 10 % Gasru3 und 2 % Natriurr.-huxametaphosphat besteht. Der Dispersionskunststoff ist ein Copolymer!sat aus 90 % Vinylacetat und 10 % Aethylen. Es werden 500 1 Dispersion pro ha angewandt. Beim Antrocknen der aufgespritzen Dispersion entsteht eine schwarzgrau gefärbte, zusammenhängende und gut haftende Oberflächenkruste. Diese ist mikroporös, regen- und witterungsbeständig, vermittelt eine sehr gute Schutzwirkung gegen Wind- und Regenerosion, ist nicht phytotoxisch, beeinträchtigt das Vegetationsgeschehen sowie den Wassei haushalt des Bodens nicht und begünstigt das Pflanzenwachstum. Bei der Frühjahrsbestellung in sonnenärmeren. Gebieten angewandt, resultiert bei Sonneneinstrahlung eine um 7-10⁰C höhere Temperatur im Bodenoberflächenbereich, im Vergleich zum unbehandelten Sandboden, was eine Verkürzung der Vegetationszeit resp. einen früheren Ernreterrr.in um mindestens 1 V.'oche ergibt.

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Die Anwendung von Dispersionen mit Eisenoxydschwarz anstelle von er.-%lst analog.

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Feinteiliger, aufgeschwemmter Dünensandboden auf einem Industriegelände soll begrünt und dadurch dauerhaft gegen Erosion geschützt werden. Dazu werden in bekannter Weise Mineraldünger ausr gestreut, Gerste und Grassamengemisch gesät und die Bödenoberfläche anschließend leicht angewalzt. Als temporärer Erosionsschutz bis zum Wirksamwerden einer geschlossenen Vegetationsdecke wird die eingesäte Fläche mit einer 40 ^iger. wässrigen Polyvinylacetat-Dispersion besprüht, die 4 % Natriumtripolyphosphat enthält. Es werden 400 1 Dispersion pro ha angewandt. Die Wirksamkeit ist analog derjenigen in Beispiel 1.

Beispiel 4

Eine Mulchschicht aus. offenporigen Schaumkunststoffflocken (ausgehärteter Aminoplastschaum), die nach dem Hydrosäverfahren im Gemisch mit Dünger und Grassamen auf ein zu begrünendes Industriegelände aufgebracht wurde, soll gegen Erosion geschützt werden. Dazu v/ird die Schaumkunststoffoberfläche mit einer 40 $igen wässrigen Kunststoffdispersion besprüht, die 2 % Natriumtripolyphosphat enthält. Der Dispersionskunststoff ist ein Copolymerisat aus 70 % Vinylacetat und 30 % Butylacrylat. Es werden 400 1 Dispersion Pi¹O ha angewandt. Nach dem Antrocknen der aufgespritzten Dispersion resultiert eine mikroporöse, erosionssichere, regen- und witterur.gsfeste Verklebung der Kunststoffschaumschicht, unter gleichzeitiger Verbesserung.ihres Wasserrückhaltevermögens und ohne Beeinträchtigung der Funktionen des Schaumkunststoffmulches.

Beispiel 5

Eine Mulchschicht aus gehäckseltem Weizenstroh, die zusammen mit Mineraldünger und Grassamen auf eine zu begrünende Kiesböschung aufgebracht wurde, soll wind- und regenerosionsx*est verklebt werden. Dazu wird die Strohraulchschicht mit einer JO ^igen wässrigen Kunststoffdispersion besprüht, die 2 % eines Gemisches aus gleichen Teilen Natriu/ntripolypho.sphat und Katriur.hexarr.ecaphospriat enthält. Der Dispersionskunststoff besitzt Haftkleboreigenschaften und ist:

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ein Copolymerisat aus 40 % Vinylacetat, 40 % Dicctylrr.aleinat und 20 % Aethylhexylacrylat. Es werden 500 1 Dispersion pro ha angewandt. Es resultiert eine sehr wirksair.e und dauerhafte Verklebung der Kulchschicht, v/as den Eegründungserfolg nachhaltig begünstigt und keinerlei Nachteile für das Vegetationsgeschehen bringt.

Beispiel 6

Eine landwirtschaftliche Nutzfläche aus leichtem, erosionsgefährdetem Sandboden, die mit. Karottensaat bestellt wurde, soll gegen V/inderosion geschützt und gleichzeitig mit einem Bodenherbizid behandelt werden. Dazu wird sie mit einer J>2 5^igen wässrigen Kunststoff dispersion besprüht, die 2,5/5 Natriumtripolyphosphate enthält sowie 0,6 % des herbiziden V/Irkstoffs N-(^-Chlor-4-ir.ethoxy-' phenyl)-NN-dimethylharnstoff. Der Dispersionskunststoff ist ein Copolymerisat aus 90 % Vinylacetat und 10 % Aethylen. Es kommen 500 1 Dispersion pro ha zur Anwendung. Es resultiert eine ausgezeichnete Winderosionsschutzwirkung und der Herbizid kommt voll zur Wirkung.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Bodenverfestigung gegen Erosion, insbesondere von landwirtschaftlichen Kulturboden, bei der auf die Bodenoberfläche als Schutz gegen Wind- und Regenerosion eine Kunststoffdispersion unter Bildung einer zusammenhängenden, gut haftenden regen- und witterungsbeständigen Kunststoffschicht aufgesprüht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Anwendung gelangende wässrige Dispersion neben wasserunlöslichen polymeren Stoffen natürlicher oder synthetischer Art 0,2 - 10 % wasserlösliche Phosphate enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Phosphate wasserlösliche Alkali- und Ammoniumsalze von kondensierten Phosphaten, vorzugsweise von kettenförmigen Polyphosphates zur Anwendung gelangen.

3· Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Anwendung gelangender. Dispersionen zusätzlich lonogene und bzw. oder nichtionogene grenzflächenaktive Substanzen in Mengen von 0,1 - 3 % enthalten.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß Dispersionen mit 20 - 70 ρ Kunststoffgehalt zur Anwendung gelangen.

5. Verfahren-nach den Ansprüchen 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, da3 die Dispersionen in Kombination mit Farbstoffen und bzw. oder biociden Wirkstoffen zur Anwendung gelangen.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1-5* dadurch gekennzeichnet, da3 als wasserunlösliche Kunststoffbestandteile homopolymere und copolymere Vinylverbindungen zur Anwendung gelangen.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß Dispersionskunststoffe mit Weichmachern zur Anwendung gelangen.

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