DE1923266A1 - Alpha-Methylolbenzoinaether - Google Patents
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Description
6700 Ludwigshafen, 6.5.I969
•(-Methylolbenzoinäther
Die Erfindung betrifft cj-Methylolbenzoinäther, ihre Herstellung
und Verwendung als Photoinitiatoren.
Benzoinverbindungen der allgemeinen Formel
OR
Λ—Λ
(Formel I),
worin R und R1 Wasserstoff, R einen Kohlenwasserstoffrest und
R' Wasserstoff oder R Wasserstoff und R1 einen Kohlenwasserstoff-Test
darstellen, sowie ihre Verwendung als Photoinitiatoren sind z.B. aus den US-Patentschriften 2 367 661, 2 367 670, I|
und 2 722 512 bekannt.
Es wurde nun gefunden, daß ^-Methylolbenzoxnäther der Formel
(Formel II),
worin R einen Alkyl- oder Alkoxyalkylrest mit 1 bis 8 und insbesondere
1 bis 4 Kohlenstoffatomen darstellt, besonders vorteilhafte Photoinitiatoren sind.
Die Herstellung erfolgt im allgemeinen durch Lösen von Benzoin in einem Überschuß der den Rest R tragenden Verbindung (Alkohol)
und Veräthern des Benzoins unter den üblichen Bedingungen in der Lösung.
Es wird mit einem Carbanionen stabilisierenden polaren Lösungsmittel,
insbesondere Dimethylsulfoxid oder Dimethylformamid, versetzt und
ein ca. 10#iger molarer Überschuß an Formaldehyd, bevorzugt in
Form von Paraformaldehyd in einem gleichartigen Lösungsmittel, 595/68 £ j^i^^a^ £^^.^Zu^g^ x. X/L - 2 -
insbesondere Diraethylsulfoxid oder Dimethylformamid, zu einer
Lösung von Alkalihydroxid in Alkohol gegeben. Der pH-Wert sollte
bei der Methylolierung im neutralen oder schwach alkalischen Bereich, bevorzugt bei pH-Werten von 7 bis 9, liegen. Nach vollendeter
Reaktion kann das Methylolierungsprodukt mit Wasser gefällt werden.
Ein besonderer überraschender Vorteil der e<-Methylolbenzöinäther
ist in ihrer guten thermischen Beständigkeit bei gleichzeitig guter photoinitiierenden Wirksamkeit zu sehen, worin sie den bekannten
genannten Benzoinverbindungen überlegen sind. Die verbesserte
thermische Beständigkeit zeigt sich deutlich bei einem Vergleich
des Verhältnisses der Geschwindigkeitskonstanten des photochemischen
Zerfalls k . t .. zu den Geschwindigkeitskonstanten des
thermischen Zerfalls k.. der einzelnen Benzoinverbindungen
in einem photopolymerisierbare Monomere enthaltenden System, wobei bei 50 C folgende Werte erhalten wurden:
(Formel I)
R R» Ic
/k
phqtochem. therm.
H | H | 18O |
CH, | H | 7500 |
CH(CH,)' | H | 7900 |
H | CH3 | 8300 |
H | C6H5 | 4700 |
CH3 | CH2OH " | 13600 |
Eine verbesserte thermische Beständigkeit von Photoinitiatoren ist für ihre praktische Anwendung von sehr großer Bedeutung. Bei
der Herstellung von photopolymerisierbaren überzügen, Platten
oder Folien werden bekanntlich die photopolymerisierenden Massen, z.B. bei den Löseprozessen bzw, beim Aufkaschieren von Folien auf
Träger oder beim Pressen von Platten, nicht unerheblichen thermischen
Belastungen ausgesetzt, oftmals müssen Temperaturen oberhalb 1000C Über längere Zeiten eingehalten werden. Dies gilt besonders
- 3 ■-■ ' ". 0-09847/1988
bei der Herstellung von photopolymerisierbaren Elementen, aus denen später nach Belichtung und Auswaschen Reliefformen für Druckzwecke
hergestellt werden, vor allem wenn diese Elemente nach Preßverfahren hergestellt werden. Aber auch bei dem Licht-Härtungs-Prozeß
selbst können unerwünschte thermische Belastungen auftreten, z.B. durch die Polymerisationswärme oder bei Einsatz solcher
Lichtquellen, die eine schlechte Energiekonversionsrate hinsichtlich
der Lichtausbeute kennzeichnet. Die photopolymerierenden Massen sollten deshalb, um bei den thermisch beaufschlagten Verarbeitungsprozessen
nicht zu verhärten bzw. bei optischer Informationsfixierung nicht in an sich dunklen Bereichen zu polymerieren,
solche Photoinitiatoren enthalten, die einerseits thermisch weitgehend
stabil sind, andererseits photochemisch mit guter Quantenausbeute in solche Radikale zerfallen, die die wunschgemäße Polymerisation
bzw. Vernetzung auslösen können. Die erfindungsgemäßen ix-Methylolbenzoinäther befriedigen in weit größerem Maß die Wünsche
der Praxis als die bisher Verwandten Benzoinverbindungen.
Beispiele erfindungsgemäßer tf-MethyloIbenzoinäther sind die Methyl-,
Äthyl-, Butyl-, Hexyl-, Octyl-, 2-Äthylhexyl- und Cyclohexyläther,
ferner die 2-Alkoxyäthyläther, wie der 2-Methoxymethylather.
3evorzugt wird derzeit der Methyläther verwandt.
Zur Verwendung der erfindungsgemäßen (X-Methylolbenzoinäther als
Photoinitiatoren sei ausgeführt:
Die neuen Photoinitiatoren können zu beliebigem Zeitpunkt bei der
Herstellung bekannter bzw. üblicher lichtempfindlicher Materialien
in den für Photoinitiatoren üblichen Mengen zugesetzt werden. Sie werden meist in Mengen von 0,01 bis 5, bevorzugt in Mengen von
0,05 bis 1 Gew.?, bezogen auf das lichtempfindliche Material bzw. die photopolymerisierbaren Verbindungen, angewandt. Natürlich können
die erfindungsgemäßen c£ -Methylolbenzoine auch in Kombination
mit anderen bekannten bzw. üblichen Photoinitiatoren angewandt werden.
Als lichtempfindliche Massen, denen die erfindungsgemäßen «(-Methylolbenzoinäther als Photoinitiatoren zugesetzt werden
009047/1988
können, kommen die üblichen in Frage, wie sie z.B. bei der Herstellung
lichtempfindlicher Platten, Folien oder Filme Ver-Wendung finden, insbesondere Mischungen von photopolymerisierenden,
einfach und/oder mehrfach ungesättigten Verbindungen mit Polymeren. Geeignete Polymere sind Polyvinylharze, z.B. (Co)Polymere von Vinylidenchlorid,
Vinylestern von aliphatischen Monocarbonsäuren, vinylbenzolischen Kohlenwasserstoffen, wie Styrol, oder Vinylcarboxylaten,
wobei die Vinylgruppe sich in der Säurefunktion befindet, z.B. (Co)Polymere von Acrylsäuren und ihren Derivaten,
ferner ungesättigte Polyester, Alkydharze oder Cellulosederivate.
Als Polymere in photopolymerisierbaren Schichten zur Herstellung von Systemen der optischen Informationsfixierung, insbesondere zur
Herstellung von Reliefformen für Druckzwecke, sind besonders geeignet
lineare, synthetische Polyamide, von denen Mischpolyamide, die in üblichen Lösungsmitteln oder Lösungsmittelgemischen, wie in
alkoholischen Lösungsmitteln, z.B. Alkohol-Wasser-Gemischen oder in Benzol-Alkohol-Wasser-Gemischen oder in Ketonen oder aromatischen
Kohlenwasserstoffen löslich sind. Geeignete Mischpolyamide •dieser Art sind Polykondensationsprodukte aus Salzen vom Typ
Diamin/Dicarbonsäure, die aus mindestens drei polyamidbildenden Ausgangsstoffen hergestellt worden sind. Besonders geeignete
Mischpolyamide für lichtempfindliche Massen sind solche, die durch
Mischkondensation eines Gemisches aus einem oder mehreren Lactamen und mindestens einem Dicarbonsäure/Diaminsalz hergestellt worden
sind, z.B. aus £-Caprolactam, Hexamethylendiammonium-adipat und
ρ,ρ'-Diaminodicyclohexylmethan-adipat.
Photopolymerisierbare Monomere, die mit den genannten Polymeren und bevorzugt zusammen mit den Polyamiden in lichtempfindlichen
Schichten zur Herstellung von Reliefformen angewandt werden können, sind solche, die mindestens zwei polymerisierbare olefinische
Doppelbindungen enthalten und neben den Doppelbindungen noch Amidgruppen enthalten, wie Methylen-bis-acrylamid, Methylenbis-methacrylamid
sowie die Bis-acryl- oder Bis-methacrylamide von Äthylendiamin, Propylendiamin, Butylendiamin, Pentamethylendiamin,
Hexamethylendiamin, Heptamethylendiamin, Octamethylendiamin
sowie von Polyaminen und anderen Diaminen, deren Kette verzweigt oder durch Heteroatome unterbrochen sein kann oder die cyclische
009847/1988 - 5 -
Systeme enthalten. Gut geeignet sind dabei auch solche Monomere, die,
gegebenenfalls neben Amidgruppen, Urethan- oder Harnstoffgruppen
enthalten. Natürlich können diese Monomere auch im Gemisch mit Monomeren mit nur einer photopolymerisierbaren olefinischen
Doppelbindung angewandt werden.
Sehr bewährt haben sich die erfindungsgemäßen Photoinitiatoren bei
der UV-Härtung ungesättigter Polyesterharze auf der Basis von Mischungen üblicher ungesättigter Polyester mit üblichen olefinisch
ungesättigten Monomeren. Die dafür verwendeten ungesättigten Polyester lassen sich durch Polykondensation eines Gemisches von
ungesättigten und gesättigten mehrbasischen Carbonsäuren, insbesondere Dicarbonsäuren bzw. deren Anhydriden, mit mehrwertigen, vorzugsweise
zweiwertigen Alkoholen, herstellen. Bezüglich der Zusammensetzung ungesättigter Polyesterharze sei auf die vorhandene
Literatur, z.B. das Buch von H.V.Boenig, Unsaturated Polyesters: Structure and Properties, Amsterdam, 1964, verwiesen. Erwähnt sei,
daß sich auch Mischungen von Polybutadienhomo- und/oder -copolymerisaten
mit überwiegenden Mengen an ungesättigten Polyesterharzen in Gegenwart der erfindungsgemäßen Photoinitiatoren härten lassen.
Beim Herstellen von überzügen aus «A-Methylolbenzoinätjer enthaltenden
Polyesterharz-Massen ist es von besonderem Vorteil, in an sich bekannter Weise geringe Mengen an hautbildenden Stoffen, wie Paraffin,
zuzusetzen. Die überzüge bilden dann bei der Belichtung bzw. UV-Bestrahlung
rasch eine Wachsschicht auf der Oberfläche aus, so daß man innerhalb sehr kurzer Zeit ausgehärtete, lösungsmittelbeständige
Lacküberzüge erhält.
Die Zusammensetzung polymerisierbarer Mischungen aus Monomeren
und Polymeren kann in weiten Bereichen verändert werden. Im allgemeinen
enthalten diese 20 bis 70, vorzugsweise 30 bis 60 Gew.% an
'polymerisierbaren Monomeren und 80 bis 30r vorzugsweise 70 bis
40 Gew.? an ungesättigten oder gesättigten Polymeren, je nach Verwendungzweck.
Als Monomere für die Photopolymerisation, allein oder in Mischung
mit Polymeren, können die. üblichen bzw. bekannten polymerisierbaren
monomeren Verbindungen mit C-C-Mehrfachbindungen verwendet werden.
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Sehr geeignet sind Vinylverbindungen,wie vinylaromatisch Verbindungen, z.B. Styrol, Alkylstyrole, Halögenstyrole, Diviny!benzole
oder Vinylnaphthalin. Auch Acry!verbindungen sind oft gut geeignet,
z.B. die Ester, Amide oder Nitrile von c(,ß-olefinisch ungesättigten
Monocarbonsäuren, wie Aerylsäureäthylester, Acrylsäure-n- oder
-tert.-butylester, Methacrylsäuremethylester, Di(rneth)-acrylate von
aliphatischen Diolen mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen, Acrylnitril, Methacrylnitril, Acrylamid oder Methacrylamid. Perner können Vinylester von Mono- und Polycarbonsäuren, wie Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylacrylat, oder Bernsteinsäuredivinylester, N-Vinyllactame, wie N-Vinylpryrrolidon, sowie Vinylather von Mono-
oder Polyhydroxyverbindungen, z.B. Isobutylvinyläther oder Butandiol-l,4-divinylather, ferner Ally!verbindungen, z.B. Allylester
von Mono- oder Polycarbonsäuren oder anorganischen Säuren, wie Diallylphthalat, Diallylmaleat, Triallylcyanurat oder Triallylphosphat, sowie Allylather von Mono- oder Polyhydroxyverbindungen, wie
Xthylenglykol-diallyläther oder Pentaerythrit-tetraallylather,
Tetramethylolglyoxaldiurein-tetraallyläther, sowie dessen noch lösliche Kondensationsprodukte. Ferner kommen, insbesondere für die
Herstellung von lichtempfindlichen Materialien für die Herste!- lung von Reliefformen, die bereits genannten Monomeren in Frage.
In an sieh bekannter Weise können in den lichtempfindlichen Materialien die Üblichen thermischen Inhibitoren, die bei der Herstellung der lichtempfindlichen Massen Verwendung finden, in Üblichen Mengen mitverwandt werden, z.B. Hydrochinon, p-Methoxyphenol, p-Chinone, Kupfer-I-chlorid-Methylenblau, Ä-Napthylamin,
ß-Napthol, Phenole und Salze des N-Nitrosocyclohexylhydroxylamina,
Die lichtempfindlichen, den erfindungsgemäßen Photoinitiator ent τ
haltende Massen können aus den Komponenten nach üblichen Verfahren
hergestellt werden, z.B. durch Lösen der Komponenten, Entfernen des Lösungsmittels und anschließendes Pressen, Extrudieren oder
Walzen des fein verteilten Gemisches. Ferner können aus Lösungen
der Komponenten Folien oder Filme gegossen werden.
gerwei3e Maxima der Emission im Bereich von 300 bis 3Ö0 m i/ bsäit-
— *r „
009047/1988
zen oder einen ausreichenden Anteil von Licht dieser Wellenlänge
aufweisen. Am besten eignen sich Quecksilbermitteldruckstrahler, aber auch Hoch- und Niederdruckstrahler oder superaktinische
Leuchtstoffröhren.
Die in den folgenden Beispielen genannten Teile und Prozente beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf das Gewicht. Teile
verhalten sich zu Volumenteilen wie Kilogramm zu Liter.
106 Teile Benzoin in 1 500 Volumenteilen Methanol werden vorgelegt, und bis zur Sättigung der Lösung wird Salzsäuregas eingeleitet. Der Ansatz wird über Nacht stehen gelassen, und danach wird
Salzsäure und Methanol bei 600C im schwachen Vakuum abdestilliert. Zuletzt wird der verbleibende Rückstand im Vakuum von
etwa 12 Torr auf 1000C erwärmt. Es verbleibt ein klarer, gelbbräunlicher Rückstand, der unter Rühren auf 500C abgekühlt wird.
Zum Rückstand werden 100 Volumenteile Dimethylsulfoxid gegeben
(pH-Wert 5 bis 6) und bei 300C eine Suspension von 20 Teilen Paraformaldehyd in 150 Volumenteilen Dimethylsulfoxid und eine Lösung von 1,2 Teilen Kaliumhydroxid in 20 Volumenteilen Äthanol
zügig zugesetzt. Dabei steigt die Temperatur auf etwa 480C
und der pH-Wert auf 8 bis 9· Nach etwa einer Stunde wird der Ansatz neutral. Es wird 20 Stunden bei Raumtemperatur nachgerührt und der Ansatz danach in 600 Volumenteile Wasser eingetragen und mit.etwa 200 Volumenteilen Wasser nachgespült. Es
scheidet sich ot-Methylolbenzoinmethyläther am Boden ab. Unter Rühren werden 200 Volumenteile Methylenchlorid zugegeben. Bei Stillstand des Rührer» scheiden sich zwei Phasen ab. Die organische
Phase wird abgetrennt und nach nochmaligem Ausschütteln mit Wasser über getrocknetem Natriumsulfat getrocknet. Die getrocknete
Lösung wird im schwachen Vakuum eingeengt, wobei man 102 Teile eines langsam kristallisierenden gelblichen Öles erhält.
Lyse gj
- 8 -
ben einen Schmelzpunkt von 72 bis 73°C. Die Elementaranalyse gibt
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folgende Werte:
C: gef. 75,2 K, ber. 75,0 %,
H: gef. 6,5 %, ber. 6,2 Jt,
0: gef. 18,8 J, ber. 18,75 %.
Das UV-Spektrum des «v-Methylolbenzoinmethyläthers hat das 1. Absorptionsmaximum bei 336 m JU .
Einer Lösung von 100 Teilen eines in wäßrigen Alkoholen löslichen
synthetischen Mischpolyamids, 20 Teilen m-Xylylenbisacrylamid, 22 Teilen des Diäthers aus 1 Mol Äthylenglykol und 2 Mol N-Methylolacrylamid, 8 Teilen Triäthylenglykolbisacrylat und 0,1 Teilen
Cyclohexylammoniumsalz des N-Nitrosocyclohexylhydroxylamins wurde
1 Teil 0^-Methylolbenzoinmethylather zugegeben. Die Lösung wurde
zu Filmen vergossen, diese wurden getrocknet und bei 1200C auf
Träger-Platten aufgepreßt.
Exemplare der fertigen Platten wurden im Kontakt mit einem Negativ
bestimmte unterschiedliche Zeiten belichtet. Als Lichtquellen dienten Leuchtstoffröhren mit hohem UV-Anteil, die eich in Abstand
von 3 cm von der zu belichtetenden Platte befanden. Nach dem Belichten wurden die unbelichteten Teile der Platte mit einem Alkohol-Waeeer-Qemisch her ausgelöst. Die Auswertung der Platten zeigte,
daß sie eine untere Belichtungezeit von 3 Minuten besaßen.
Es wird stets genau, wie in Beispiel 2 angegeben, verfahren, jedoch werden statt *-Methylolbenzoinmethyläther Benzoinmethyläther
(Vergleichsversuch 1), ok-Phenylbenzoin (Vergleichsversuch 2) und
1,1-Diphenyl-l-methoxyacetophenon (Vergleichsversuch 3) verwendet.
Die Auswertung der Belichtungsversuche ergab, daß die Platten bei
Vergleichsversuch 1 eine untere Belichtungszeit von 12 Minuten,
bei Vergleichsversuch 2 von 16 Minuten und bei Vergleichsversuch 3 von 8 Minuten hatten,d.h. einer deutlich längeren Belichtungszeit bedürfen.
- 9 -00984771988
65 Teile eines ungesättigten Polyesters, in üblicher Weise hergestellt aus 2 Teilen Maleinsäure, 1 Teil Phthalsäure und 3 Teilen
Propylenglykol werden mit 35 Teilen Styrol und 3 Teilen si-Methylolbenzoinmethylather versetzt. Eine Hälfte der Mischun-"
gen wird auf einem Stahlblech zu einem dünnen Film ausgegossen (Schichtdicke 500 JUL ) und 5 Minuten lang, wie in Beispiel 2 beschrieben,
belichtet. Die gehärteten überzüge hatten eine Pendelhärte von 130.
Die zweite Hälfte der reaktiven, den Photoinitiator enthaltenden Mischungen wird bei 650C gehalten und die Lagerstabilität der Mischungen
bestimmt. Die Lagerstabilität beträgt über 20 Stunden.
Es wird genau wie in Beispiel 3 verfahren, jedoch statt <X-Methylolbenzoinmethyläther
Benzoinisopropylather (Vergleichsversuch 4) bzw.
Benzoinmethyläther (Vergleichsversuch 5) in gleicher Menge verwendet
.
Vergleichsversuch 4: Lagerstabilität (650C): 9 Std., Pendelhärte:111,
Ergebnis:
Vergleich!
Vergleichsversuch 5: Lagerstabilität (65WC): 2 Std., Pendelhärte:115.
1 300 Teile eines Mischpolyamide aus etwa gleichen Mengen Caprolactam,
Hexamethylendiamin-adipat und Bis-(4-aminocyclohexyl)-methan-adipat,
4 Teile Cyclohexylammöniumsalz des N-Nitrosocyclohexylhydroxylamins,
14 Teile ot-Methylolbenzoinmethyäther und 16Ο
Teile Äthylenglykol werden in I60 Teilen Wasser und 3 000 Teilen
einer 20£igen methanolischen Lösung des Diäthers aus 1 Mol Äthylenglykol
und 2 Mol N-Methylolacrylamid bei 60°C gelöst. Die Lösung
wird auf einen Peststoffgehalt von ca. 50 % eingeengt und auf dünne
Stahlbleche gegossen. Die Schichten werden getrocknet (Schichtdicke 500 p ), Die verschiedenen Proben v/erden, wie in Beispiel 2
angegeberij unterschiedliche 2eifcan belichtet und nach dem Belichten
- to -
BAD ORIGINAL
- io -
die unbelichteten Teile der Schichten mit einem Alkohol-Wasser-Gemisch herausgelöst. Die Auswertung der Proben ergab eine untere Belichtungszeit von 1 bis 2 Minuten. ^5
Es wird wie in Beispiel 4 verfahren, jedoch anstelle von
Di-Methylolbenzoinäther Benzoinisopropyläther verwandt. Die untere Belichtungszeit betrug 5 bis 6 Minuten.
Je 100 Teile eines gesättigten Polyesterharzes, bestehend aus
65 Teilen eines handelsüblichen Polyesters aus 2 Teilen Maleinsäure,
1 Teil Phthalsäure und 3 Teilen Propylenglykol und 35 Teilen Styrol, werden mit den in der nachstehenden Tabelle angegebenen Photoinitiatoren
in den angegebenen Mengen versetzt. Teile der Mischungen werden zur Bestimmung der Lagerstabilität bei 6O0C zur Bestimmung der Lagerstabilität gelagert, Teile der Mischungen werden
in 500 /A dicken Schichten aus Stahlbleche aufgetragen und mit
Leuchtstoffröhren mit hohem UV-Anteil belichtet. Die Belichtungszeit und die Pendelhärten der gehärteten und unterschiedliche Zeit
gelagerten überzüge gibt die nachstehende Tabelle wieder. Es zeigt
sich, daß die mit «*-Methylolbenzoinäther versetzten Harze eine
deutlich verbesserte Lagerstabilität bei 6o°C aufweisen als die mit
Benzoinisopropyläther versetzten Harze.
2 | Beispiel | . 5 | 3 | 5 | Vergleichsversuch 7 | 3 | 5 | |
Photoinitiator Menge (?) |
[ethyolbenz 2 |
Benzoinisopropyläther 3 3 |
||||||
Lagerstabilität (Std./60°C) |
3 | >200 | 110 | 116 | 120 | 115 | 130 | |
Belichtungszeit (Min.) |
5 | ;oinmethyläther 3 3 |
182 | 185 | 169 | 172 | ||
Pendelhärte der überzüge nach |
110 | 179 | 180 | I80 | 179 | |||
1 Std. | 177 | 113 | ||||||
18 Tagen | 179 | 181 | ||||||
30 Tagen | 178 | |||||||
>200 |
- 11 -
000847/ 1908 BAD ORIGINAL
Claims (4)
- LJ/*"-- ii - 1923266 ο,ζ. 26 179Patentansprüche Methylolbenzoinäther der FormelO ORIt IC - C CHwobei R einen Alkyl- oder Alkoxyalkylreet mit 1 bis 8 Kohlenstoff atomen darstellt.
- 2. Verwendung der <-Methylolbenzoinäther gemäß Anspruch 1 als Photoinitiatoren.
- 3. Verwendung der <-Methylolbenzoinäther gemäß Anspruch 1 als Photoinitiatoren in lichthärtbaren Oberzugemitteln auf der Basis von ungesättigten Polyesterharzen.
- 4. Verwendung der ^-Methylolbenzoinäther gemäß Anspruch 1 als Photoinitiatoren in lichtempfindlichen Nassen für die Herstellung von Reliefformen.Badische Anilin- & Soda-Fabrik AQ009847/1988
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---|---|---|---|
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