DE1904646A1 - Polyesters of tetrabromophthalic anhydride - (1)with polyfunctional alcohols with removal - Google Patents
Polyesters of tetrabromophthalic anhydride - (1)with polyfunctional alcohols with removalInfo
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Abstract
Description
Verfahren zur Herstellung von Polyestern Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polyestern unter Verwendung von Tetrabromphthalsäureanhydrid als einkondensierter Flammschutzkomponente.Process for making polyesters The invention relates to a Process for the production of polyesters using tetrabromophthalic anhydride as a condensed flame retardant component.
Tetrabromphthalsäureanhydrid wird durch Bromierung von Phthalsäureanhydrid in Oleum hergestellt, beisDielsweise kann die Herstellung nah J. Am. Chem.Tetrabromophthalic anhydride is produced by the bromination of phthalic anhydride produced in oleum, for example, the production close to J. Am. Chem.
Soc. 40 (1918) Seite 1 416> DAS 1 .052 und DAS 1 125 415 erfolgen. Andere technische Verfahren zur Herstellung von Tetrabromphthalsäureanhydrid ohne Anwendung von Oleum sind bisher nicht bekannt. Das so hergestellte Te trabr omphthals äur e anhydr id enthält jedoch noch geringe Mengen an Sulfationen. Diese Sulfatreste lassen sich durch Auswaschen des Tetrabromphthalsäureanhydrids nicht entfernen. Sie stören jedoch die Veresterung des Tetrabromphthalsäureanhydrids mit Alkoholen. erheblich, wobei sich entsprechend nachfolgender Gleichung aus z.B. 1,2-Glycolen cyclische Acetale bilden: Durch die Bildung der cyclischen Acetale kommt die Veresterungsreaktion zum Stillstand.Soc. 40 (1918) page 1 416> DAS 1 .052 and DAS 1 125 415. Other industrial processes for the production of tetrabromophthalic anhydride without the use of oleum are not known to date. The tetra-phthalic acid anhydride produced in this way, however, still contains small amounts of sulfate ions. These sulfate residues cannot be removed by washing out the tetrabromophthalic anhydride. However, they interfere with the esterification of tetrabromophthalic anhydride with alcohols. considerable, whereby cyclic acetals are formed from, for example, 1,2-glycols according to the following equation: The esterification reaction comes to a standstill due to the formation of the cyclic acetals.
In J, Am. Chem. Soc. 40 (1918) Seite 1 416 und in der DAS 1 271 396 wird zur Reinigung des Tetrabromphthalsäureanhydrids vorgeschlagen, dieses in wäßrigem Alkali zu lösen und die Tetrabromphthalsäure mit einer stärkeren Säure wieder auszufällen. Die Säure muß dann filtriert und mehrfach mit heißem Wasser gewaschen werden; anschließend wird sie mehrere Stunden bei einer Temperatur von 150° C getrocknet, wobei sie wieder in ihr Anhydrid übergeht. Wie aus der DAS 1 271 396 hervorgeht, rührt diese technisch aufwendige Klethode jedoch nur dann zwn -Ziel, wenn das Tetrabromphthalsäure-' anhydrid anschließend aus Dioxan umkristallisiert wird.In J, Am. Chem. Soc. 40 (1918) page 1 416 and in DAS 1 271 396 it is proposed to purify the tetrabromophthalic anhydride, this in aqueous To dissolve alkali and to precipitate the tetrabromophthalic acid again with a stronger acid. The acid must then be filtered and washed several times with hot water; afterward it is dried for several hours at a temperature of 150 ° C, whereby it is again anhydride passes into it. As can be seen from DAS 1 271 396, this is technical expensive Klethode only zwn -Ziel if the tetrabromophthalic acid- 'anhydride is then recrystallized from dioxane.
Nach einem zweiten in der DAS 1 271 396 beschriebenen Verfahren wird dem Tetrabromphthalsäureanhydrid eine Base oder ein Salz einer flüchtigen Säure zugesetzt, worauf dieses Gemisch mit polyfunktiònellen Alkoholen, gegebenenfalls unter Zusatz weiterer mehrbasischer Carbonsäuren, zu einem Polyester kondensiert wird.According to a second method described in DAS 1 271 396 tetrabromophthalic anhydride is a base or a salt of a volatile acid added, whereupon this mixture with polyfunctional alcohols, if necessary with the addition of further polybasic carboxylic acids, condensed to a polyester will.
Die letztgenannte Methode ist zwar technisch einfacher, führt Jedoch zu Polyestern mit einer höheren Farbzahl als bei Einsatz gereinigten Tetrabromphthalsäureanhy drids.The latter method is technically simpler, but it works to polyesters with a higher color number than when using purified tetrabromophthalic anhy drids.
Zur Herstellung hochwertiger, qualitativ einwandfreier Polyesterprodukte und Fornikörper muß Jedoch von solchen Polyestern mit einer möglichst niedrigen Farbzahl ausgegangen werden. Es wurde daher nach Möglichkeiten gesucht, dieses Ziel auf einem technisch möglichst ein fachen Weg zu erreichen.For the production of high quality, impeccable quality polyester products However, the shape of the body must be made of such polyesters as low as possible Color number can be assumed. It was therefore looked for ways to achieve this goal to be achieved in as technically simple a way as possible.
Es wurde ein Verfahren zur Herstellung von Polyestern durch Kondensation von Tetrabromphthalsäureanhydrid, gegebenenfalls imGemisch mit anderen mehrbasischen organischen Säuren und/oder Säureanhydriden, mit polyfunktionellen Alkoholen unter Entfernung der im Tetrabromhthalsäureanhydrid enthaltenen Sulfatreste gefunden. Danach wird das Sulfationen enthaltende Tetrabromphthalsäureanhydrid in polyfunktionellem Alkohol~-gelöst und diese Lösung bei Temperaturen von 20 bis 1000 C mit einem basischen Ionenaustauscher in zur Bindung der Sulfationen ausreichenden Mengen be--handelt, von diesem abgetrennt und anschließend in an sich bekannter Weise zu einem Polyester tondensiert.There has been a method of making polyesters by condensation of tetrabromophthalic anhydride, optionally in a mixture with other polybasic organic acids and / or acid anhydrides, with polyfunctional alcohols below Removal of the sulfate residues contained in the tetrabromohthalic anhydride found. Thereafter, the sulfate-containing tetrabromophthalic anhydride becomes polyfunctional Alcohol ~ dissolved and this solution at temperatures of 20 to 1000 C with a basic Ion exchangers are treated in sufficient quantities to bind the sulfate ions, separated from this and then in a manner known per se to form a polyester tones.
FQr das erfindungsgemäße Verfahren wird das Tetrabromphthalsäureanhydrid, wie es bei seiner Herstellung aus Phthalsäureanhydrid mit Brom bzw. mit Brom und Chlor in Oleum erhalten wird, eingesetzt. Dieses Tetrabromphthalsäureanhydrid enthält 0,01 bis 0,5 Sulfationen und ist,,wie bereits dargelegt, in dieser Form nicht zur Herstellung von Polyestern geeignet.For the process according to the invention, the tetrabromophthalic anhydride, as is the case with its production from phthalic anhydride with bromine or with bromine and Chlorine is obtained in oleum is used. This contains tetrabromophthalic anhydride 0.01 to 0.5 sulfate ions and, as already explained, is not used in this form Suitable for the production of polyesters.
Zur Entfernung der Sulfationen wird das Tetrabromphthalsäureanhydrid erfindungsgemäß in einem polyfunktionellen Alkohol gelöst. Hierbei wird vorteilhaft eine Temperatur zwischen 200 C und der Siedetemperatur des Alkohols eingehalten. Es werden insbesondere solche polyfunktionellen Alkohole verwendet, die mlndestens eine sekundäre Hydroxylgruppe enthalten und bei einer Temperatur ueber 120° C sieden. Solche Alkohole sind zum Beispiel Propandiol-1,2, Bispropylenglycol, Glycerin. Der Alkohol soll zum Lösen des Tetrabromphthalsäureanhydrids in solchen Mengen eingesetzt werden, daß der Monoester der Tetrabromphthalsäure dieses Alkohols erhaiten wird und daß die-ser Ester als flüssige Phase vor-lie;t. Hierzu kann es vorteilhaft sein, über die stöchiometrisch erforderliche enge Alkohol hinaus einen Überschuß anzuwenden.To remove the sulfate ions, the tetrabromophthalic anhydride is dissolved in a polyfunctional alcohol according to the invention. A temperature between 200 ° C. and the boiling point of the alcohol is advantageously maintained here. In particular, those polyfunctional alcohols are used which contain at least one secondary hydroxyl group and boil at a temperature above 120 ° C. Such alcohols are, for example, 1,2-propanediol, bispropylene glycol, glycerine. The alcohol should be used to dissolve the tetrabromophthalic anhydride in such amounts that the monoester of tetrabromophthalic acid this alcohol is obtained and that this ester is present as a liquid phase. For this purpose it can be advantageous to use an excess beyond the stoichiometrically required narrow alcohol.
Der Tetrabromphthalsäuremonoester bzw. dessen alkoho--lische Lösung wird erfindungsgemäß bei Temperaturen von 20 bis 1000 C mit einem basischen Ionenaustauscher behandelt. Als Ionenaustauscher werden bevorzugt solche auf Basis hochpolymerer Harze verwendet, die als aktive Gruppen solche mit basisch reagierenden Stickstoffatomen enthalten. Insbesondere sollen die Ionenaustauscher -bei Temperaturen über 500 C in ihrer Wirksamkeit nicht beeinträchtigt werden. Bevorzugt werden die Ionenaustauscher in pulverförmiger und körniger Form zu dem auf der angegebenen Temperatur gehaltenen Monoester der Tetrabromphthalsäure bzw. dessen alkoholischer Lösung gegeben. Es können auch Ionenaustauschermembranen Verwendung finden, wobei die für membranförmige lonenaustauscher übliche @rbeitsweise eingehalten wird. Der Ionenaustauscher wird in mindestens solchen Mengen eingesetzt, daß er die Gesamtmenge der in dem Tetrabromphthalsäureanhydrid enthaltenen Sulfationen zu binden vermag. Die enge richtet sic-h somit nach der Kapazität des l@nenaustauschers, wobei ein Uberschuß von Vorteil is.The tetrabromophthalic acid monoester or its alcoholic solution is according to the invention at temperatures of 20 to 1000 C with a basic ion exchanger treated. Preferred ion exchangers are those based on high polymers Resins used which have as active groups those with basic reacting nitrogen atoms contain. In particular, the ion exchangers should be used at temperatures above 500.degree are not impaired in their effectiveness. The ion exchangers are preferred in powder and granular form to that kept at the specified temperature Given monoester of tetrabromophthalic acid or its alcoholic solution. It ion exchange membranes can also be used, with those for membrane-shaped ion exchanger usual working method is adhered to. The ion exchanger will used in at least such amounts that it contains the total amount of in the tetrabromophthalic anhydride able to bind sulfate ions contained. The narrow is thus based on the Capacity of the ion exchanger, an excess being an advantage.
Der Monoester der Tetrabromphthalsäure bzw. dessen alkoholische Lösung und die Ionenaustauscher müssen in intensiven Kontakt gebracht werden, damit die Sulfationen möglichst quantitativ von dem Ionenaustauscher gebunden werden, wobei das Gemisch bei einer Temperatur von 20 bis 100° C, vorzugsweise von 50 bis 100° C, gehalten wird. Die Behandlungszeit richtet sich nach der Aktivität und dem Überschuß des Ionenaustauschers und beträgt ca. 10 Minuten bis 10 Stunden.The monoester of tetrabromophthalic acid or its alcoholic solution and the ion exchangers must be brought into intensive contact so that the Sulphate ions as quantitatively as possible from the ion exchanger bound are, the mixture at a temperature of 20 to 100 ° C, preferably from 50 to 100 ° C. The treatment time depends on the activity and the excess of the ion exchanger and is about 10 minutes to 10 hours.
Anschließend wird der Monoester der Tetrabromphthal-Säure bzw. dessen alkoholische Lösung nach herkömmlichem Verfahren, beispielsweise durch Filtrieren, Dekantieren oder Zentrifugieren, von dem Ionenaustauscher abgetrennt. Die Abtrennung wird bevorzugt bei der Austauschtemperatur vorgenommen. Der Ionenaustauscher kann, gegebenenfalls nach Regenerierting mit üblichen Regenerierungsmitteln, zum Beispiel einer wäßrigen Natriumhydroxidlösung, einem nächsten - Arbeitsgang zugeführt werden In dem ,blonoester der Tetrabromphthalsäure bzw. dessen alkoholischer Lösung sind Jetzt keine Sulfationen mehr nachweisbar, so daß die Herstellung der Polyester wie üblich fortgesetzt werden kann, ohne daß irgendwelche Nebenreaktionen eintreten. Hierzu wird der Monoester aus Tetrabromphthalsäure und dem polyfunktionellen Alkohol mit solchen Mengen dieses Alkohols erhitzt, daß das Molverhältnis von Säuregruppen zu Hydroxylgruppen etwa 1:1,05 bis 1,1 beträgt. Hierzu sind die Alkoholmengen, die anfangs gegebenenfalls zur Lösung des Monoesters der Tetrabromphthalsäure benutzt wurden, mit zu berücksichtigen. Dieses Gemisch wird auf Temperaturen zwischen 1200 C und der Siedetemperatur des Alkohols erhitzt..Then the monoester of tetrabromophthalic acid or its alcoholic solution by conventional methods, for example by filtering, Decanting or centrifuging, separated from the ion exchanger. The separation is preferably carried out at the exchange temperature. The ion exchanger can optionally after regeneration with conventional regeneration agents, for example an aqueous sodium hydroxide solution, a next - be fed In the, black esters of tetrabromophthalic acid or its alcoholic solution are Now no more sulfate ions detectable, so that the production of the polyester like can usually be continued without any side reactions occurring. For this purpose, the monoester is made from tetrabromophthalic acid and the polyfunctional alcohol heated with such amounts of this alcohol that the molar ratio of acid groups to hydroxyl groups is about 1: 1.05 to 1.1. For this are the amounts of alcohol that initially used if necessary to dissolve the monoester of tetrabromophthalic acid were to be taken into account. This mixture is heated to temperatures between 1200 C and the boiling point of the alcohol.
Dem Monoester der Tetrabromphthalsäure bzw. dessen alkoholischer Lösung können Jedoch auch weitere mehrba-8Xche, ungesättigte und gegebenenfalls gesättigte Säuren bzw. Anhydrids zugesetzt werden, wie beispielsweise Maleinsäureanhydrid, Fumarsäure, Sebacinsäure, Adipinsäure, Korksäure, Phthalsäureanhydrid. Weiterhin können diesem Gemisch noch polyfunktionelle Alkohole, wie Äthylenglycol, Diäthylenglycol, Propandiol-1,2, Propandiol-1,3, Glycerin, Trimethylpropan, Trimethyloläthan, Pentaerythrit, einzeln oder im Gemisch zugesetzt werden. Es empfiehlt sich hierbei, einen tIberschuß von Hydroxylgruppen gegenüber Säuregruppen von 5 bis 10 Molprozent aufrechtzuerhalten. Das erhaltene Gemisch wird dann unter Rühren bei Temperaturen von.120° C bis zur Siedetemperatur des Alkohols verestert, wobei das gebildete Wasser abdestilliert wird. Es ist vorteilhaft, diese Veresterung unter einer Inertgasatmosphäre, wie Stickstoff oder Kohlendioxid, durchzuführen. Es werden hierbei Polyester mit niedrigen Farbzahlen erhalten.The monoester of tetrabromophthalic acid or its alcoholic solution However, other multibasic, unsaturated and optionally saturated ones can also be used Acids or anhydrides are added, such as Maleic anhydride, Fumaric acid, sebacic acid, adipic acid, suberic acid, phthalic anhydride. Farther can polyfunctional alcohols such as ethylene glycol, diethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, glycerine, trimethylpropane, trimethylolethane, pentaerythritol, can be added individually or as a mixture. It is advisable to use an excess of hydroxyl groups versus acid groups of 5 to 10 mole percent. The mixture obtained is then stirred at temperatures from 120 ° C to The boiling point of the alcohol is esterified, the water formed being distilled off will. It is advantageous to carry out this esterification under an inert gas atmosphere, such as Nitrogen or carbon dioxide. There are polyester with low Get color numbers.
Die erfindungsgemäß hergestellten Polyester, die noch olefinische Doppelbindungen, die von den zur Herstellung eingesetzten ungesättigten Säuren bzw. Anhydriden herrühren, enthalten, können nach bekannten Verfahren zu fltmmwidrigen und selbstverlöschenden Formkörpern verarbeitet werden. Hierzu werden die Polyester in Styrol unter Zusatz eines Polymerisationsinhibitors gelöst. Diese Lösungen haben ebenfalls niedrige Farbzahlen und können über lange Zeiträume aufbewahrt werden, ohne daß sie sich verändern. Durch Zugabe eines Polymerisationskatalysators, wis beispielsweise eines organischen Peroxids, werden daraus Formkörper erzeugt, deren Eigenschaften sich in gleicher Weise wie die Eigenschaften bekannter, Jedoch kein Tetrabromphthalsäureanhydrid enthaltende Polyester einstellen lassen. Es können so Polyester für die verschiedensten technischen Einsatzgebiete erzeugt werden.The polyesters produced according to the invention, the still olefinic Double bonds caused by the unsaturated acids or acids used for production Anhydrides originate, contain, can be flame-resistant by known methods and self-extinguishing moldings are processed. For this purpose the polyester dissolved in styrene with the addition of a polymerization inhibitor. Have these solutions also low color numbers and can be stored for long periods of time, without them changing. By adding a polymerization catalyst, wis For example, an organic peroxide, molded bodies are produced therefrom, their Properties are in the same way as the properties known, but not Allow polyesters containing tetrabromophthalic anhydride to adjust. It can thus polyester can be produced for a wide variety of technical fields of application.
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand von Beispielen erläutet.The process according to the invention is illustrated below by means of examples explained.
Beispiel 1 (Vergleich) In einem Reaktionsgefäß werden 113 Gewichtsteile Tetrabromphthalsäureanhydrid, das 012% Sulfationen enthält, und 220 Gewichtsteile Propandiol-1,2 bei einer Temperatur von 120° C miteinander vermischt. Dieser Mischung werden 0,75 Gewichtsteile Natr-iumacetat und 254,5 Gewichtstelle Maleinsäureanhydrid zugesetzt und das Reaktionsgemisch auf eine Temperatur von 1600 C erwärmt.Example 1 (comparison) 113 parts by weight are placed in a reaction vessel Tetrabromophthalic anhydride containing 012% sulfate ions and 220 parts by weight 1,2-propanediol mixed with one another at a temperature of 120 ° C. This mixture 0.75 parts by weight of sodium acetate and 254.5 parts by weight of maleic anhydride are used added and the reaction mixture heated to a temperature of 1600 C.
Das Reaktionsgemisch wird unter Ruhen bei dieser Temperatur belassen, wobei durch die stattfindende Veresterung Wasser abdestilliert. Innerhalb von 6 bis 7 Stunden wird die Temperatur auf 180° C gesteigert. Während der Veresterung wird in dem Reaktionsgemlsch eine Stickstoffatmosphäre aufrechterhalten. Es wird ein Polyester erhalten, dessen Säurezahl unter 35 liegt. Die Ausbeute beträgt 500 bis 510 Gewichtsteile.The reaction mixture is left at rest at this temperature, water being distilled off as a result of the esterification taking place. Within 6 The temperature is increased to 180 ° C. for up to 7 hours. During the esterification a nitrogen atmosphere is maintained in the reaction mixture. It will obtained a polyester whose acid number is below 35. The yield is 500 up to 510 parts by weight.
140 Gewichtsteile dieses Polyesters werden in 60 Gewichtsteilen frisch destilliertem Styrol unter Zusatz von 0,1 Gewichtsteilen Hydrochinon gelöst. Es wird die Farbzahl dieser Lösung nach DIN 53 409 (APHA-Verfahren) bestimmt, sie ist größer als 250.140 parts by weight of this polyester become fresh in 60 parts by weight Dissolved distilled styrene with the addition of 0.1 part by weight of hydroquinone. It the color number of this solution is determined according to DIN 53 409 (APHA method), it is greater than 250.
Belspiel 2 (erfindungsgemä4 113 Gewichtsteile Tetrabromphthalsäureanhydrid werden innerhalb von 2 Stunden bei 1200 C in 220 Gewichtsteilen Propaniol-1,2 gelöst. Das erhaltene und klare Umsetzungsprodukt wird auf 500 C abgekühlt und mit 5 Gewi,chtsteilen frisch aufgeladenem Anionenaustauscher auf Basis eines hochpolymeren Harzes mit basischen Amingruppen als aktiven Gruppen versetzt. Bei dieser Temperatur wird das Gemisch 4 Stunden gerührt. Der Ionenaustauscher wird anschließend abfiltriert und die von Suifationen befreite Lösung auf 1200 C erhitzt. Zu diesem Gemish -werden 234,5 Gewichtsteile Maleinsäureanhydrid gegeben und anschließend die Temperatur langsam auf 1800 C gesteigert, wobei du durch die Veresterung entstehende Wasser abdestilliert. Die Veresterungszeit beträgt 6 bis 8 Stunden. Während der Reaktion wird in dem Reaktionsgemisch eine Stickstoffatmosphäre aufrechterhalten.Belspiel 2 (according to the invention 113 parts by weight of tetrabromophthalic anhydride are dissolved in 220 parts by weight of 1,2-propaniol at 1200 C within 2 hours. The clear reaction product obtained is cooled to 500 ° C. and mixed with 5 parts by weight freshly charged anion exchanger based on a high polymer resin with basic amine groups added as active groups. At this temperature it will Mixture stirred for 4 hours. The ion exchanger is then filtered off and the solution freed from suifations is heated to 1200.degree. To this becoming a Gemish 234.5 parts by weight of maleic anhydride and then the temperature slow increased to 1800 C, whereby you resulting from the esterification Distilled off water. The esterification time is 6 to 8 hours. During the In the reaction, a nitrogen atmosphere is maintained in the reaction mixture.
Es werden 505 Gewichtsteile Polyester mit einer S§urezahl unter 35 erhalten.There are 505 parts by weight of polyester with an acid number below 35 obtain.
140 Gewichsteile dieses Polyesters werden in 60 Gewichtsteilen frisch destilliertem Styrol unter Zusatz von 0,1 Gewichtsteilen Hydrochinon gelöst. Die Farbzahl dieser Lösung nach DIN 53 409 (APHA-Verfahren) beträgt 125 bis 150.140 parts by weight of this polyester become fresh in 60 parts by weight Dissolved distilled styrene with the addition of 0.1 part by weight of hydroquinone. the The color number of this solution according to DIN 53 409 (APHA method) is 125 to 150.
Beispiel 3 (erfindungsgemäß) 110 Gewichtsteile Tetrabromphthalsäureanhydrid werden nach der im Beispiel 2 beschriebenen Arbeitsweise in 220 Gewichtsteilen Propandiol-1,2 gelöst und mit Anionenaustauscher behandelt. Mach der Filtration wird die von Sulfationen befreite Lösung auf 1200 C erhitzt, worauf ihr 198 Gewichtsteile Propandiol-1,2, 343 Gewichtsteile Maleinsäureanhydrid und 188 Gewichtsteile Phthalsäureanhydrid zugesetzt werden. Das Gemisch wird anschließend, wie in Beispiel 2 beschrieben, verestert.Example 3 (according to the invention) 110 parts by weight of tetrabromophthalic anhydride are according to the procedure described in Example 2 in 220 parts by weight of 1,2-propanediol dissolved and treated with anion exchanger. Mach the filtration will be that of sulfate ions freed solution heated to 1200 C, whereupon you 198 parts by weight of propanediol-1,2, 343 parts by weight maleic anhydride and 188 parts by weight phthalic anhydride can be added. The mixture is then, as described in Example 2, esterified.
Es werden 940 Gewichtsteile eines Polyesters mit einer Säurezahl unter 35 erhalten.There are 940 parts by weight of a polyester with an acid number below 35 received.
65 Gewichtateile dieses Polyesters werden in 35 Gewichtuteilen frisch destillierte. Styrol unter Zusatz von 0,05 Gewichtsteilen Hydrochinon gelöst. Die Farbzahl der Lösung nach DIX 53 409 (APHA-Verfahren) beträgt 130.65 parts by weight of this polyester become fresh in 35 parts by weight distilled. Styrene dissolved with the addition of 0.05 parts by weight of hydroquinone. the The color number of the solution according to DIX 53 409 (APHA method) is 130.
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