DE19625304A1 - Aufzeichnungsmaterial für elektrostatische oder elektrografische Aufzeichnungen - Google Patents

Aufzeichnungsmaterial für elektrostatische oder elektrografische Aufzeichnungen

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Description

Die Erfindung betrifft ein mehrschichtiges Aufzeichnungsmate­ rial für elektrostatische oder elektrografische Aufzeichnungen.
Derartige Aufzeichnungsmaterialien sind grundsätzlich bekannt. Sie bestehen häufig aus einer polymeren Trägerschicht geeig­ neter Dimensionsstabilität, die mindestens auf einer Ober­ fläche eine elektrisch leitende Schicht aufweist und einer auf der elektrisch leitenden Schicht angeordneten dielektrischen Aufzeichnungsschicht.
Derartige konventionelle Aufzeichnungsmaterialien erfüllen je­ doch beim Ausbilden von Farbflächen nicht die Anforderungen an Bildqualität, Haftung des Farbmaterials bzw. des Toners auf der Aufzeichnungsschicht, um Flächenfüllende Aufzeichnungen in Kunstdruckqualität zu ermöglichen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bekannten Auf­ zeichnungsmaterialien zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein mehrschichtiges elektro­ statisches oder elektrografisches Aufzeichnungsmaterial mit einem polymeren Trägermaterial und mindestens auf einer Ober­ fläche desselben angeordneten elektrisch leitenden Schicht und mit auf der elektrisch leitenden Schicht angeordneten dielek­ trischen Aufzeichnungsschicht, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das polymere Trägermaterial ein mikroporöses synthetisches thermoplastisches Polymer mit einem Gehalt von mindestens 20 Gew.%, bezogen auf Gesamtgewicht des Trägermaterials, an fein­ teiligen anorganischen Füllstoffen ist.
Das zu verwendende Flächenförmige Trägermaterial enthält vor­ zugsweise einen Füllstoffanteil von mindestens 40 Gew.%, bezo­ gen auf Gesamtgewicht des Trägermaterials. Der Füllstoffanteil kann bis zu 90 Gew.% betragen, liegt jedoch vorzugsweise im Bereich von 30-80 Gew.%.
Geeignete feinteilige anorganische Füllstoffe sind Calciumcar­ bonat, Kaolin, Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid, Bariumsulfat, gefällte synthetische Kieselsäure, pyrogene Kieselsäure oder Mischungen derselben.
Der Füllstoff kann vor dem Einbringen in das Polymermaterial eine mittlere Teilchengröße von 0,01 bis 40 µm, vorzugsweise von 0,1 bis 25 µm, ganz besonders bevorzugt von 0,1 bis 3 µm aufweisen.
Der Füllstoff kann auch in Form von aggregierten Primärteil­ chen oder Agglomeraten derselben vorliegen, die allerdings beim Einarbeiten in das Polymermaterial zerkleinert werden können. In der Polymermatrix liegt der Füllstoff deshalb häu­ fig in feinteiligerer Form als vor dem Einbringen vor.
Als thermoplastisches Polymer für das Trägermaterial können Po­ lyolefine, insbesondere Polypropylen oder Polyethylen, Poly­ ester, Polystyrol, Polyamid oder Polyvinylchlorid verwendet werden.
Ganz besonders bevorzugt sind lineare Polyolefine mit sehr ho­ hem Molekulargewicht, beispielsweise im wesentlichen lineares Polyethylen oder isotaktisches Polypropylen mit jeweils sehr hohem Molekulargewicht. Das Molekulargewicht kann über die scheinbare Viskosität (intrinsic viscosity) nach ASTM D 4020- 81 bestimmt werden. Im falle der Polyolefine soll die Viskosi­ tät 18 bis 40 dl/g betragen.
Der hohe Füllstoffanteil in der Polymermatrix ergibt ein ins­ gesamt mikroporöses Trägermaterial. Der Volumenanteil der mit­ einander in Verbindung stehenden Poren beträgt mehr als 50 Vol.%, vorzugsweise mehr als 80 Vol.% und kann bis zu 95 Vol.% erreichen. Dies kann dadurch erreicht werden, daß nach dem Einarbeiten der Füllstoffe in erweichtes Polymer das zu einer Folie ausgezogene Material noch mit Lösemitteln, die das Poly­ mer nicht lösen oder quellen, extrahiert wird, um Verarbei­ tungshilfsmittel, wie Weichmacher, zu extrahieren.
Das Trägermaterial hat eine mikroporöse Struktur, bei der der Füllstoff in eine Matrix aus synthetischen Polymeren eingela­ gert ist. Die Struktur bewirkt, daß das Wasseraufnahmevermö­ gen, bestimmt mittels des Cobb-Wertes, nach ISO 535-1976 (E) bei einer Meßzeit von 12 Sekunden mindestens 30 g/m², vorzugs­ weise mindestens 50 g/m², beträgt.
Vorteilhaft ist auch eine biaxiale Reckung und gegebenenfalls thermische Nachbehandlung der hochgefüllten Polymerfolie vor dem Aufbringen der elektrisch leitenden Schicht auf mindestens eine der Oberflächen des mikroporösen Trägermaterials.
Die mikroporöse Struktur und das gute Wasseraufnahmevermögen des Trägermaterials führen dazu, daß die aus wäßrigem Medium zur Ausbildung der elektrisch leitenden Schicht aufgebrachten elektrisch leitenden Polymeren tief in das Trägermaterial ein­ dringen und die elektrisch leitende Schicht nicht nur den spe­ zifischen Oberflächenwiderstand des mit der elektrisch leitfä­ higen Schicht versehenen Trägermaterials auf Werte von 1×10⁵ bis 1×10¹³, vorzugsweise auf 1×10⁶ bis 1×10⁹ Ohm pro Quadrat bei 50% relativer Feuchte und 20°C verringert, sondern auch der Volumenwiderstand des beschichteten Trägermaterials niedriger ist. Vor dem Aufbringen des elektrisch leitenden Polymeren auf das mikroporöse Trägermaterial beträgt der elek­ trische Volumenwiderstand 1,5×10⁷ Ohm×cm. Nach dem Auf­ bringen der elektrisch leitenden Polymeren beträgt der elek­ trische Volumenwiderstand 6×10⁶ Ohm×cm bis 10×10⁹ Ohm×cm.
Geeignete elektrisch leitende Polymere für die Beschichtung und Imprägnierung des porösen Trägermaterials sind sulfonierte Polystyrole, Copolymere von Dimethylammoniumchlorid und Diace­ tonacrylamid (Polydimethyldialkylammoniumchlorid), quaternäre Celluloseacetate, quaternäre Acrylharze, Polyvinylbutyralderi­ vate, Copolymere von Dimethyldiallylammoniumchlorid und N-Methylacrylamid und andere zur Ausbildung von elektrisch leitenden Schichten bekannte Polymere.
Das elektrisch leitende Polymere oder Polymergemisch wird auf das und in das mikroporöse Trägermaterial in einer Menge von 0,5 bis 5 g/m², vorzugsweise 1 bis 3 g/m², aufgebracht, um ei­ ne für dielektrische Aufzeichnungsmaterialien ausreichend elektrische Oberflächen- und Volumenleitfähigkeit des Träger­ materials zu erreichen.
Die elektrische Leitfähigkeit des Trägermaterials nach Auf­ bringen der Polymeren ist über einen breiten Bereich von 10% relativer feuchte bis 85% relativer Feuchte in der Umgebung unabhängig von der Feuchtigkeit.
Auf der elektrisch leitenden Schicht ist eine dielektrische Aufzeichnungsschicht vorhanden, mit einem spezifischen Ober­ flächenwiderstand von 0,3×10⁶ bis 3×10⁹ Ohm/Quadrat, so daß aufgebrachte statische elektrische Ladung in Form eines laten­ ten Bildes für eine ausreichend lange Zeit erhalten bleibt, um übliches Tonermaterial auf der Aufzeichnungsschicht zur Bilderzeugung abzulagern.
Zum Ausbilden der dielektrischen Schicht sind insbesondere filmbildende Polymere, die auch als Bindemittel für Füllstoffe und/oder Pigmente dienen, geeignet, die der Schicht einen elektrischen Volumenwiderstand von 10¹² Ohm×cm oder mehr verleihen.
Die Schicht kann 2 bis 10 µm dick sein, das Auftragsgewicht kann 1-5 g/m² betragen.
Geeignete Polymere sind beispielsweise Polystyrol, Polycarbo­ nate, Polyolefine (gegebenenfalls halogeniert), wie Polyethy­ len, Polypropylen, Polybutylen, (Meth)acrylharze, Polyvinylbu­ tyral, Polyesterharze, Polyvinylharze, Celluloseacetate, Epo­ xyharze. Es können auch Mischungen verträglicher Polymerer verwendet werden.
Als Pigmente/Füllstoffe kann die dielektrische Schicht bei­ spielsweise enthalten, feinteilige pyrogene Kieselsäure, Cal­ ciumcarbonat, Aluminiumsilikat und/oder feinteilige organische Pigmente.
Der Anteil an Pigmenten kann von 4 Gew.% bis 55 Gew.%, bezogen auf Gesamtgewicht der dielektrischen Schicht betragen.
Weiterhin können in der Beschichtungszusammensetzung übliche Hilfsstoffe, wie Dispergiermittel, Netzmittel, Entschäumer, UV-Stabilisatoren, vorhanden sein, wenn das dielektrische Ver­ halten des nach dem Trocknen der aufgebrachten wäßrigen Be­ schichtungszusammensetzung entstandenen Schicht dadurch nicht beeinträchtigt wird.
Die Erfindung wird nun anhand der nachfolgenden Beispiele noch näher erläutert.
Beispiel 1
Als mikroporöses polymeres Trägermaterial wird eine im Handel erhältliche mikroporöse gefüllte Folie auf Polyolefinbasis verwendet.
Zum Ausbilden der elektrisch leitenden Schicht wird eine wäß­ rige Zusammensetzung aus 40 Gew.-Teile Methanol, 47 Gew.-Teile Was­ ser und 13 Gew.-Teile eines wasserlöslichen polykationischen Po­ lymer (EMISTAD 6300H von Sanjo Chemical Industries) verwendet.
Nach dem Trocknen enthält das beschichtete/imprägnierte mikro­ poröse Trägermaterial 1,2 g/m² leitfähiges Polymer.
Der spezifische elektrische Oberflächenwiderstand bei 50% relativer Feuchte und 20°C trägt auf der einen Seite 1×10⁷ Ohm/Quadrat und auf der gegenüberliegenden Oberfläche 1,5× 10⁷ Ohm/Quadrat. Der elektrische Volumenwiderstand beträgt 3,5×10⁶ Ohm×cm bzw. 4×10⁶ Ohm×cm.
Zum Ausbilden der dielektrischen Aufzeichnungsschicht wird folgende Beschichtungszusammensetzung verwendet:
Toluol
71,3 Gew.-Teile
Isopropanol 11,5 Gew.-Teile
Polyvinylbutyral (Molekulargewicht 34.000-38.000) 8,6 Gew.-Teile
natürliches Calciumcarbonat 7,6 Gew.-Teile
amorphes Siliciumdioxid 0,5 Gew.-Teile
synthetische amorphe Kieselsäure 0,5 Gew.-Teile
Es wird eine dielektrische Schicht mit einem Flächengewicht von 2 g/m² ausgebildet.
Die spezifische elektrische Oberflächenleitfähigkeit der di­ elektrischen Schicht beträgt 1×10⁸ Ohm/m², die elektrische Volumenleitfähigkeit des Aufzeichnungsmaterials beträgt 5×10⁷ Ohm×cm.
Beispiel 2
Es wird eine im Handel erhältliche gefüllte Folie auf Polyole­ finbasis als mikroporöses polymeres Trägermaterial verwendet.
Zum Ausbilden der elektrisch leitfähigen Schicht wird das mi­ kroporöse Trägermaterial mit folgender Zusammensetzung beschichtet:
Methanol
20 Gew.-Teile
Wasser 67 Gew.-Teile
quaternäre polymere Verbindung (Nakrovil ECR 69L) 9 Gew.-Teile
Polyvinylalkohol 4 Gew.-Teile
Nach dem Trocknen enthält das mikroporöse Trägermaterial ca. 2,5 g/m² der Feststoffe der Beschichtungszusammensetzung.
Der spezifische elektrische Oberflächenwiderstand bei 50% RF und 20°C beträgt 1,5×10⁷ Ohm/Quadrat auf einer Seite und auf der gegenüberliegenden Seite 3×10⁷ Ohm/Quadrat. Der elektri­ sche Volumenwiderstand beträgt 7×10⁶ Ohm×cm.
Zum Ausbilden der dielektrischen Aufzeichnungsschicht wird eine Zusammensetzung verwendet enthaltend:
Toluol
68 Gew.-Teile
Isopropanol 16 Gew.-Teile
Polyvinylbutyral (Butvar B-76 von Monsanto Chemical Co.) 9 Gew.-Teile
natürliches Calciumcarbonat 6 Gew.-Teile
amorphes Siliciumdioxid 0,5 Gew.-Teile
synthetische amorphe Kieselsäure 0,5 Gew.-Teile
Das Auftragsgewicht der dielektrischen Schicht 2 g/m² der Trockenbestandteile der Beschichtungszusammensetzung.
Die spezifische elektrische Oberflächenleitfähigkeit der dielektrischen Aufzeichnungsschicht beträgt 1×10⁸ Ohm/Quadrat. Der elektrische Volumenwiderstand beträgt 3×10⁷ Ohm×cm.
Beispiel 3
Es wird das mit einem elektrisch leitenden Polymer gemäß Bei­ spiel 1 beschichtete mikroporöse Trägermaterial verwendet.
Zur Ausbildung der dielektrischen Schicht wird eine Beschich­ tungszusammensetzung aufgebracht enthaltend:
Toluol
74 Gew.-Teile
Isopropanol 14 Gew.-Teile
Polyvinylbutyral (Butvar B-76 von Monsanto Chemical Co.) 7,0 Gew.-Teile
Calciumcarbonat 4,4 Gew.-Teile
amorphes Siliciumdioxid 0,2 Gew.-Teile
synthetische amorphe Kieselsäure 0,4 Gew.-Teile
Die dielektrische Schicht wird in einer Menge von 2 g/m² der Trockenbestandteile der Beschichtungszusammensetzung aufgebracht.
Die dielektrische Aufzeichnungsschicht weist einen spezifi­ schen elektrischen Oberflächenwiderstand von 3×10⁷ Ohm/Qua­ drat und einen elektrischen Volumenwiderstand von 2,5×10⁷ Ohm×cm bei 50% RF und 20°C auf.
Beispiel 4
Für dieses Beispiel wird das elektrisch leitfähig ausgerüstete mikroporöse Trägermaterial von Beispiel 2 verwendet.
Zum Ausbilden der dielektrischen Aufzeichnungsschicht wird eine Beschichtungszusammensetzung verwendet enthaltend:
Toluol
25 Gew.-Teile
Aceton 56 Gew.-Teile
amorphes Natrium/Aluminiumsilikat 3 Gew.-Teile
Polyvinylacetat/Crotonsäurecopolymer (Mowilit CT 5 von Hoechst) 16 Gew.-Teile
Das Auftragsgewicht der dielektrischen Schicht beträgt 4 g/m².
Die dielektrische Aufzeichnungsschicht hat einen spezifischen Oberflächenwiderstand von 1,5×10⁷ Ohm/Quadrat auf der einen Seite und auf der gegenüberliegenden Seite von 3×10⁷ Ohm/Quadrat.
Beispiel 5
Auf ein mikroporöses Trägermaterial gemäß Beispiel 2 wird Aus­ bilden der elektrisch leitfähigen Schicht eine Zusammensetzung aufgebracht enthaltend:
Isopropanol
1,0 Gew.-Teile
Wasser 90 Gew.-Teile
Polyvinylalkohol 9,0 Gew.-Teile
Nach dem Trocknen enthält das mikroporöse Trägermaterial 2 g/m² der Trockenbestandteile der Beschichtungszusammensetzung.
Der spezifische elektrische Oberflächenwiderstand bei 50% RF und 20°C beträgt 3×10⁹ Ohm/Quadrat und der elektrische Volu­ menwiderstand 2×10⁷ Ohm/cm.
Die dielektrische Schicht wird mit einem Flächengewicht von 5 g/m² aus folgender Zusammensetzung ausgebildet:
Toluol
54,5 Gew.-Teile
Vinylcopolymer (Synocryl 877 S von Cray Valley Prod.) 28,3 Gew.-Teile
mit Fluorid beschichtete amorphe Kieselsäure (Silcron G 300 von Langer GmbH) 0,85 Gew.-Teile
amorphes Siliciumdioxid 0,85 Gew.-Teile
Calciumcarbonat 17,5 Gew.-Teile
Der spezifische elektrische Oberflächenwiderstand der Auf­ zeichnungsschicht beträgt 7×10¹¹ Ohm/Quadrat und der elek­ trische Volumenwiderstand 1×10¹⁰ Ohm/cm.
Beispiel 6
Ein mikroporöses Trägermaterial gemäß Beispiel 2 wurde mit einer elektrisch leitfähigen Schicht ausgerüstet durch Auf­ bringen einer Zusammensetzung enthaltend:
Methanol
62 Gew.-Teile
Glykol 7 Gew.-Teile
wasserlösliches polykationisches Polymer (Chemistat 6300 H Sanjo Chemical Industries) 31 Gew.-Teile
Nach dem Trocknen enthält das mikroporöse Trägermaterial 1,5 g/m² der Trockenbestandteile der Beschichtungszusammensetzung.
Der spezifische elektrische Oberflächenwiderstand beträgt 2,5 × 10⁶ Ohm/Quadrat auf der einen Seite und auf der gegenüber­ liegenden Seite 3,5×10⁶ Ohm/m². Der elektrische Volumen­ widerstand beträgt 3×10⁶ Ohm×cm, jeweils gemessen bei 50% RF und 20°C.
Die dielektrische Aufzeichnungsschicht wird ausgebildet aus einer Beschichtungszusammensetzung enthaltend:
Toluol
62 Gew.-Teile
Vinylcopolymer (Synocryl 877 S von Cray Valley Products) 37 Gew.-Teile
synthetische amorphe Kieselsäure 0,5 Gew.-Teile
synthetische amorphe Kieselsäure anderen Typs 0,5 Gew.-Teile
Die dielektrische Schicht hat ein Flächengewicht von 6 g/m² und weist einen spezifischen elektrischen Oberflächenwider­ stand von 2,5×10⁷ Ohm/Quadrat bei 50% RF und 20°C auf. Der elektrische Volumenwiderstand des Aufzeichnungsmaterials beträgt 1,5×10⁷ Ohm×cm.
Beispiel 7
Für dieses Beispiel wird das mit einer elektrisch leitfähigen Schicht ausgerüstete mikroporöse Trägermaterial von Beispiel 1 verwendet.
Zum Ausbilden der dielektrischen Schicht wird eine Beschich­ tungszusammensetzung mit einem Flächengewicht von 6 g/m² auf­ gebracht, enthaltend:
Toluol
60 Gew.-Teile
Vinylcopolymer (Synocryl 877 S von Cray Valley Prod.) 38 Gew.-Teile
synthetische amorphe Kieselsäure 2 Gew.-Teile
Der spezifische elektrische Oberflächenwiderstand der dielek­ trischen Aufzeichnungsschicht beträgt 6×10⁷ Ohm/Quadrat und das Aufzeichnungsmaterial weist einen elektrischen Volumen­ widerstand von 2×10⁷ Ohm×cm, jeweils gemessen bei 50% RF und 20°C auf.
Beispiel 8
Auf ein mikroporöses Trägermaterial (gefüllte Polyolefinfolie) wird eine Beschichtungszusammensetzung zum Ausbilden einer elektrisch leitfähigen Schicht aufgebracht, enthaltend:
Wasser
70 Gew.-Teile
Polyvinylalkohol 3 Gew.-Teile
wasserlösliches polykationisches Polymer (Chemistat 6300 H von Sanjo Chemical Industries) 24 Gew.-Teile
synthetische amorphe Kieselsäure 3 Gew.-Teile
Die aufgebrachte Menge in Trockensubstanz beträgt 0,8 g/m².
Das elektrisch leitfähig ausgerüstete synthetische mikroporöse Trägermaterial weist einen spezifischen elektrischen Ober­ flächenwiderstand von 3,5×10⁶ Ohm/Quadrat und einen elektri­ schen Volumenwiderstand von 3×10⁶ Ohm×cm, jeweils gemessen bei 50% RF und 20°C auf.
Auf dieses Trägermaterial ist zum Ausbilden der dielektrischen Aufzeichnungsschicht eine Zusammensetzung aufgebracht, enthaltend:
Toluol
63 Gew.-Teile
Vinylcopolymer 28 Gew.-Teile
synthetische amorphe Kieselsäure 0,8 Gew.-Teile
amorphes Siliciumdioxid 0,8 Gew.-Teile
Calciumstearat 7,4 Gew.-Teile
Das Auftragsgewicht beträgt 5 g/m².
Die dielektrische Aufzeichnungsschicht weist bei 50% RF und 20°C einen spezifischen elektrischen Oberflächenwiderstand von 3×10⁷ Ohm/Quadrat und einen elektrischen Volumenwiderstand von 6×10⁶ Ohm×cm auf.
Die Aufzeichnungsmaterialien der Beispiele 1 bis 8 wurden in einem elektrostatischen Druckgerät CE 300 der Firma Versatec mit Aufzeichnungen versehen. Es wurden Flächen in den Farben Schwarz, Cyan, Magenta und Gelb ausgebildet. Mischfarben entstanden durch Mischen der vorstehend genannten Grundfarben. Die erzeugten Bilder wiesen sehr gute Farbbrillanz auf. Die Haftung der Farben auf der dielektrischen Aufzeichnungsschicht war gut.

Claims (7)

1. Elektrostatisches oder elektrografisches Aufzeichnungsma­ terial mit einem polymeren Trägermaterial und mindestens auf einer Oberfläche desselben angeordneter elektrisch leitender Schicht und auf der elektrisch leitenden Schicht angeordneter dielektrischen Aufzeichnungsschicht, dadurch gekennzeichnet, daß das polymere Trägermaterial ein mikroporöses synthetisches thermoplastisches Polymer mit einem Gehalt von mindestens 20 Gew.%, bezogen auf Gesamtgewicht des Trägermaterials an fein­ teiligen anorganischen Füllstoffen ist.
2. Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial 30 Gew.% bis 80 Gew.%, bezogen auf Ge­ samtgewicht, feinteilige(n) anorganische(n) Füllstoff(e) ent­ hält.
3. Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllstoff im Trägermaterial Calciumcarbonat, Kaolin, Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid, Bariumsulfat, gefällte Kie­ selsäure oder pyrogene Kieselsäure oder Gemische derselben enthalten sind.
4. Aufzeichnungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das synthetische Polymer des Trägermaterials aus Polyole­ finen, Polyestern, Polystyrol, Polyamid oder Polyvinylchlorid ausgewählt ist.
5. Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das synthetische Polymer des Trägermaterials lineares Po­ lyethylen oder isotaktisches Polypropylen ist.
6. Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Schicht sulfonierte Polystyrole, Copolymere von Dimethylammoniumchlorid und Diacetonacrylamid, quaternäre Celluloseacetate, quaternäre Acrylharze, Copolymere von Dimethylammoniumchlorid und Diacetonacrylamid, quaternäre Celluloseacetate, quaternäre Acrylharze, Copolymere von Dime­ thyldiallylammoniumchlorid und N-Methylacrylamid, Polyvinylbu­ tylralderivate oder Mischungen derselben enthält.
7. Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Aufzeichnungsschicht Polystyrol, Poly­ carbonat, Polyolefine (ggfs. halogeniert), (Meth)acrylharze, Polyvinylbutyral, Polyesterharze, Polyvinylharze, Celluloseace­ tat, Epoxyharze oder Mischungen derselben enthält.
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