DE2143890B2 - Kautschukmodifiziertes harzartiges Polymeres - Google Patents
Kautschukmodifiziertes harzartiges PolymeresInfo
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Description
in der R ein Wasserstoffatom, eine niedere Alkylgruppe oder ein Halogenatom bedeutet
und
(B) 0,5 bis 10 Mol, pro Mol (A), eines monovinylaromatischen Monomeren, und
(C) 0,2 bis 2,5 Mol, pro Mol (A), Maleinimid,
in Gegenwart von etwa 1 bis 20 Gewichtsteilen eines
Elastomeren auf der Basis eines konjugierten Diolefins.
Die Erfindung bezieht sich aul Copolymere aus einem olefinisch ungesättigtem Nitril, einer aromatischen
Monovinylverbindung und von Maleinsäureimid die hohe Schlagzähigkeiten, hohe Erweichungstemperaturen
und andere gute physikalische Eigenschaften aufweisen und durch Polymerisation eines olefinisch
ungesättigten Nitrils, vue Acrylnitril, eines monovinylaromatischen
Monomeren, v;ie Styrol, und Maleinsäureimid in Gegenwart eines Elaste.neren auf der Basis
eines konjugierten Diolefins erhalten wurden.
Die erfinduniisgemäßen Polymeren zeigen ausgeprägt
überlegene physikalische Eigenschaften gegenüber den meisten bisher bekannten kautschuk-verstärkten
Polymeren.
Die Erfindung betrifft den im Patentanspruch gekennzeichneten Gegenstand.
Die für die Zwecke der Erfindung als Monomere geeigneten olefinisch ungesättigten Nitrile sind Verbindungen
der Struktur
(II, C CN
in der R ein Wasserstoffatom, eine niedere Alkylgruppe oder ein Halogenatom bedeutet und vorzugsweise R für
ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen steht. Für die Zwecke der Erfindung
bevorzugte Verbindungen aus dieser Klasse sind Acrylnitril und Methacrylnitril und am stärksten
bevorzugt wird Acrylnitril.
Geeignete monovinylaromalische Monomere sind Styrol und alkyl- und halogcn-substituiertc Styrole. Zu
alkyl-substituierten Styrolen gehören am Kern und in
der Seitenkette alkyl-substituierte Styrole, wie alpha·
Methylstyrol, alpha-Äthylstyrol. Vinyltoluole, Vinylxylo-Ie,
Isopropylstyrole, tert.-Btityktyrole. wie o-, m- und
p-tcrt.-Uutylstyrole, o-, in- und ρ Methyl-alpha-methylstyrole
und dergleichen und Gemische solcher Verbindungen. Das bevorzugte monovinylaromatische Monomere
ist Styrol. Zu erfindiingsgemäß geeigneten
halogenieren moiiovinylaromaiischen Monomeren gehören
die am Kern halogenieren nionovinylaroiiialischen
Monomeren, wie Monochlorstyrole, Dichlorstyrole, Trichlorstyrole, Tetrachlorstyrole, Pentachlorstyrol, Monobromstyrole, Dibromstyrole, Tribromstyrole,
Tetrabromstyrole, Pentabromstyrol, chlorierte alpha-Methylstyrole, bromierte alpha-Methylstyrole, chlorier
te Vinyltoluole, bromierte Vinyltoluole, chlorierte Vinylxylole, bromierte Vinyixylole und dergleichen. Am
stärksten bevorzugt unter den halogen-sub.;tituierten monovinylaromaüschen Monomeren sind die am Kern
ίο monochlorierten Styrole, wie 2-Chlorstyrol, 3-Chlorstyrol, 4-Chlorstyrol und Gemische aus zwei oder
mehreren dieser Verbindungen.
Zu Elastomeren aus konjugiertem Diolefin, die für die Zwecke der Erfindung geeignet sind, gehören kau tschukartige Homopolymere und Copolymere von
konjugierten Dienen mit 4 bis 6 Kohlenstoffatomen. Diese konjugierten Diene umfassen Butadien-(1,3),
Isopren, Chloropren, Piperylen, Cyanopren und dergleichen und eines oder mehrere dieser Diene können
X) außerdem mit einem oder mehreren Comonomeren
copolymerisiert sein, einschließlich Acrylnitril, Methacrylnitril, Styrol, alpha-Methylstyrol, Äthylacrylat und
dergleichen. Die bevorzugtesten konjugierten Diene sind Butadien-(U) und Isopren und die bevorzugten
Comonomeren für die Elastomeren sind Acrylnitril, Methacrylnitril und Styrol. Die für die Zwecke der
Erfindung geeigneten Dienelastorem sollten 50 Gewichtsprozent oder mehr des polymerisierten konjugierten
Dienmonomeren enthalten.
so Die erfindungsgemäß geeigneten Copolymeren sind Verbindungen, die durch Polymerisation von 100
Gewichtsteilen des Gemisches von Nitril, Styrol und Maleinimid in Gegenwart von etwa 1 bis 25
Gewichtsteilen des Elastomeren des konjugierten
π Diolefins erhalten wurden.
In der Zeichnung veranschaulicht Fig. 1 die unerwartet
überlegenen Eigenschaften, die durch Verwendung von Maleinsäureimid in den erfifidungsgemäßen Polymeren
erhalten werden, im Vergleich mit verschiedenen
in N-substituierten Maleinimiden, von denen zahlreiche
bereits beschrieben wurden. In Fig. 1 sind die Temperaturwerte der Formbeständigkeit nach ASTM
(HDT) für verschiedene Polymere gegen den Anteil des jeweiligen Maleinimids (in Gewichtsprozent) in der
r. Monomerenbeschickung der Polymerisation aufgetragen. Alle in Fig. t angegebenen Polymeren sind
Copolymere von Styrol, Acrylnitril, Maleinsäureimid und einem Polybutadien, wie in den Beispielen 2 bis 7
beschrieben wird.
,Ii Das Molverhältnis von monovinylaromatischem
Monomeren! zu dem olefinisch ungesättigten Nitril kann von 0,5 bis 10 variieren und in entsprechender
Weise kann das Molverhältnis von Maleinimid zu olefinischem Nitril von 0,2 bis 2,5 variieren.
v, Die Copolymerisation des olefinisch ungesättigten Nitrils, der monovinylaromalischen Verbindung und des
Maleinimids in Gegenwart des Kautschuks kann durchgeführt werden, indem sie in Masse, in einem
inerten Lösungsmittel, in Emulsion oder in Form einer
.,(i Tröpfehendispersion in einem inerten Medium, das
heißt, als Suspension in Wasser, bei Atmosphürerulruck.
llnleratmosphiirendnick oder flberatmosphürendriKk,
gewöhnlieh in Gegenwart eines l'olymerisationsimiiators
oder katalysator und in praktischer Abwesenheit
ι,, von Sauerstoff auf eine Temperatur um Bereich von
etwa 0"C oder darunter bis etwa K)OC oder darüber
erhitzt werden. Wegen der be(|iiiiinn Handhabung und
Gewinnung des Produkts wird ein Verfahren im
wäßriger Emulsion oder Suspension bevorzugt, bei dem
die Monomeren in Gegenwart einer wäßrigen Emulsion oder Suspension des vorgebildeten Kautschuks copolymerisiert werden.
Zu Polymerisationsinitiatoren, die für die Copolyme- r>
risation des olefinisch ungesättigten Nitrits, des monovinylaromatischer» Monomeren und des Maleinimids in Gegenwart des Kautschuks verwendet werden
können, gehören Persäuren, wie Perschwefelsäure, Peressigsäure und Perphthalsäure, Persalze, wie
Kaliumpersulfat, Peroxyde, wie
Wasserstoffperoxyd, Dibenzoylperoxyd,
Dichlorbenzoylperoxyd,
Dibrombenzoylperoxyd, Dinaphthoylperoxyd,
Diacetylperoxyd, Benzoyl-acetyl-peroxyd,
Dilaurylperoxyd, Disuccinylperoxyd,
üi-tert-butyl-peroxyd,
Dicumylperoxyd, Cumylhydroperoxyd,
tert-Butylperacetat,
5()
Natriumperoxyd und Bariumperoxyd,
tert-Alkylhydroperoxyde, wie
tert- Butylhydroperoxyd,
als Katalysatoren wirksame Azoverbindungen, wie Azobisisobutyronitril. Gewünschtenfalls können Gemi- >·>
sehe solcher Polymerisationsinitiatoren verwendet werden. Zum Initiieren der Polymerisation kann auch
Strahlung, wie Ultraviolett-Strahlung, Röntgenstrahlen, Kernstrahlung und dergleichen angewendet werden.
Nicht umgesetztes polymerisierbarcs Material kann nach jeder geeigneten Methode von dem Polymeren
abgetrennt werden, wie durch Filtration, Extraktion, Destillation und dergleichen. Die Polymerisation kann
in jedem geeigneten Vorrichtungstyp vorgenommen werden und kann ansatzweise, halbkontinuierlich oder r>
kontinuierlich geführt werden.
Eine speziell bevorzugte Methode für die Copolymerisation stellt ein Emulsionspolymerisationsverfahren in
wäßriger Fmulsion dar, bei dem eine wäßrige Emulsion des Monomeren im Gemisch mit einem wäßrigen Latex w
des Elastomeren polymerisiert wird.
Emulgatoren, die bei dem Polymerisationsverfahren in wäßriger Emulsion verwendet werden können,
umfassen Seifen, wie Natrium- und Kaliummyristat, -laurat, -palmita', -oleat, -stearpt und -hydroabietat, r>
Alkalimetail-alkyl- oder -alkylsulfonate, wie Natrium- und Kalium-Iaurylsulfat, -cetylsulfat, -oleylsulfonat,
-stearylsulfonat, -sulfoniertes Rizinusöl, sowie Ammoniumsalze dieser Verbindungen, Salze von höheren
Aminen, wie Laurylamin-hydrochlorid und Stearylamin- -,<> hydrobromid, höhermolpkulare Materialien, wie Natriumpolyacrylat,
Methylcellulose, Polyvinylpyrrolidon und dergleichen.
Geeignete N'odifiziermittel für das Molekulargewicht,
wie Alkyl- und Arylmercaptane, einschließlich v> n-Dodecylmercaptan, tert.-Dodecylmercaptan, und dergleichen,
können bei der Polymerisation in Anteilen von etwa 0,01 Gewichtsprozent bis etwa 1,0 Gewichtsprozent,
bezogen auf das Gesamtgewicht der zur l'olymerisjiioiiirekiilion verwendeten Monomeren, ein· mi
gesetzt werden.
Als Produkt der wäßrigen Emulsionspolymerisation
wird gewöhnlich ein Latex erhalten. Die Copolymeren
können aus dem I..Hex nach jeder geeigneten Methode
gewonnen werden, wie durch Koagulation mit F.lektro- >,, l> ten oder I osun^mittelri, durch Gefrieren und
dergleichen.
Andere \l<.nlih/i>'rinitlcl. einst · lieltlit Ii Weichmacher,
Stabilisatoren, Gleitmittel, Farbstoffe, Pigmente und Füllstoffe, können während des Polymerisaticnsvorgangs
zugesetzt werden, unter der Voraussetzung, daß sie die Bestandteile des Reaktionsgemisches nicht
störend beeinflussen. Sonst können diese Modifiziermittel nach der Polymerisation zugesetzt werden. Beispiele
for andere Modifiziermittel und Pigmente, die zugegeben werden können, sind Holzmehl, Holzfasern,
Papierstaub, Ton, Glaswolle, Glasfasern, Glimmer, Granitstaub, Seidenflocken, Baumwollflocken, Stahlwolle, Stoffe, Sand, Ruß, Titandioxyd, Zinkoxyd,
Bleioxyd, Chlorgelb Gummiharze, öle. Wachse und dergleichen.
Andere Mischungszusätze, wie Streckmittel, Stabilisatoren, Farbstoffe und dergleichen, können in an sich
bekannter Weise den erfindungsgemäßen Harzen zugesetzt werden, solange das Gleichgewicht zwischen
Schlagzähigkeit, Biegefestigkeit, Zugfestigkeit, Verarbeitbarkeit,
Wärmebeständigkeit und dergleichen nichi in einem solchen Grad beeintri..iitigt wird, daß die
Masse nicht länger als zähes, festes liermoplastisches
Produkt geeignet ist.
Die erfindungsgemäß erhaltenen thermoplastischen Harze besitzen hohe Temperaturwerte der Formbeständigkeit,
hohe Zugfestigkeit, hohe Biegefestigkeit und einen hohen Grad der Härte, hohe Schlagzähigkeit
und geringes Fließen.
Die erfindungsgemäßen Massen haben ausgezeichnete Verarbeitungseigenschaften und können stranggepreßt,
kalandriert, formgepreßt, spanabhebend bearbeitet und in anderer Weise verarbeitet werden, um
geeignete starre, stoßfeste Produkte und Gegenstände zu bilden, die ausgezeichnet aufeinander abgestimmte
chemische, physikalische und elektrische Eigenschaften besitzen.
Die erftndungsgemäßen thermoplastischen Harzmassen können zum Herstellen aller Arten von geeigneten
stranggepreßten oder geformten (durch Spritzgießen oder Pressen) Formkörpern verwendet werden, wie
Folien und Platten, Stäbe, Rohre und dergleichen, sowie zum Herstellen von gewalzten oder kalandierten
Bahnen und dergleichen, die auch durch Vakuum-Tiefziehen oder ähnliche Prozesse nachgeformt werden
können. Sie können durch Einarbeiten vor. Blähmitteln
und Erhitzen expandiert werden. Expandierte und nicht expandierte Bahnen können zu Schichtstoffen verarbeitet
werden. Die erfindungsgemäßen Massen können für viele Anwendungszwecke, bei denen Zähigkeit, Fließbeständigkeit
und Formbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen erforderlich sind, mit großem Vorteil anstelle
der üblichen Kautschuk- oder Kunststoffmassen nder selbst anstelle von Metallen, Holz oder anderen
Materialien verwendet werden. Die Harze sind besonders wertvoll zur Herstellung von Gegenständen
und Geräten, die während relativ langer Dauer hoher Temperatur ausgesetzt werden müssen, wie medizinischen
Instrumenten und dergleichen. Die erfindungsgemiißen Massen können daher Verwendung finden /mn
Herstellen von Maschinenteilen, wie /.ahnrädern und Nocken, Teilen von Textilmaschinen, wie Spulen.
Schützen oder Schiffchen Pickers und dergleichen, von Behältern und Rohren, insbesondere fiir chemische n.'iil
ähnliche Prozesse, bei denen Widerstandsfähigkeit gegenüber korro'iven Subst.m/eii erwünscht ist. v.u·
Rllerprcßpl.illeii und Put/trommeln für Mctallisiervi ι
fahren, für elektrische teile, wie Anschlußklcmmlei i>
n felefdiie und Schutzgehäuse für Kabelverbindung n,
sou ie für I .idckastcn und Miild». n. Koffer, Κ,κΙιορ<·Ιι;μ
se, Möbel, Schallplatten, Schilder, kleine Schiffsrümpfe und -decks, Vertäfelungen und Verkleidungen für
Wände und Gebäudeoberflächeri, in Eisenbahnwagen oder Schiffen, für Schutzausrüstungen, einschließlich
Schutzanzüge, Automobilteile, wie Frontverkleidungen, Lenkräder, Türverkleidungen und Teile von Sitzen, für
Räder von Rollschuhen, Schutzhelme, Verpackungsmaterial für Nahrungsmittel, Arzneimittel und Kosmetika,
Druckplatten, Werkzeuge, Halterungen für Stanzwerkzeuge, Waschmaschinenteile, wie Deckel, Körbe, Lager
und Schaufeln und zahlreiche andere Gegenstände, die für den Fachmann naheliegend sind.
Die erfindungsgemäßen thermoplastischen Harze können bei der Herstellung von Gebrauchsgegenständen
daraus gewünschtenfalls kaschiert oder in anderer Weise verstärkt werden, wie mit Fasern, Stoffen oder
Drahtnetz, obwohl gewöhnlich die Festigkeit dieser 'Materialien auch ohne Verstärkung ausreichend ist.
In den folgenden, zur weiteren Verdeutlichung der
Erfindung beschriebenen Beispielen, sind die Mengen der Besundteile in Gewichtsteilen angegeben, wenn
nichts anderes gesagt ist.
A. Ein Polybutadien-Kautschuklatex, der durch Emulsionspolymerisation von Butadien-(1,3) bei 50° C
unter Verwendung einer Harz-Fettsäureseife als Emulgator hergestellt worden war, mit einem pH-Wert
zwischen 9,5 und 11 und einem Gesamtfeststoffgehalt von 57,5 bis 61 Gewichtsprozent, wurde als Kautschuklatex
verwendet.
B. Ein Gemisch aus Styrol, Acrylnitril und Maleinimid als Monomere wurde in Gegenwart des in A
beschriebenen Polybutadienlatex polymerisiert. In das Polymerisationsgemisch wurden folgende Bestandteile
eingeführt:
Bestandteil | Gewichtsteile |
Styrol | 67,1 |
Maleinimid | 15,7 |
Acrylnitril | 17,2 |
Kautschuklatex A | 15,0 |
(bezogen auf | |
Kautschukfeststoffe) | |
Wasser | 700 |
Natriumlaurylsulfat | 3,5 |
Benzoylperoxyd | 0,58 |
Die Polymerisation wurde in einem Polymerisationsreaktor bei etwa 70eC in einer Stickstoffatmosphäre
unter Rühren vorgenommen. Die Polymerisationsreaktion wurde während etwa 22 Stunden durchgeführt
Am Ende der Polymerisationsreaktion wurde das erhaltene Harz aus dem Polymerlatex durch Zugabe des
Latex zu einem Überschuß an siedendem Isopropanol, das eine geringe Menge einer gesättigten wäßrigen
Lösung von AI2(SO4Ja enthielt, koaguliert. Das koagulierte
Harz wurde absetzen gelassen, ein Teil der überstehenden Flüssigkeit wurde verworfen, der Harzaufschlämmung
wurde Eis zugesetzt, um die Teilchen zu härten und das Polymere wurde durch Filtration isoliert.
Dann wurde das Polymere bei 50 bis 900C im Vakuum
getrocknet Es wurde eine 90%-ige Ausbeute erzielt
Aus dem harzartigen Polymeren wurden preßgeformte Stäbe hergestellt indem 10 g des Harzes in eine
Stahlform von 12,7 mm χ 127 mm gebracht wurden und
das Polymere bei einer Temperatur von 200 bis 2200C unter einem hydraulischen Stempeldruck von 8 bis 10
Tonnen während 6 bis 8 Minuten verpreßt wurde. Die Probe wurde dann bis nahezu Raumtemperatur unter
einem Stempeldruck von 6 bis 10 Tonnen abgekühlt, der Druck entspannt und die erhaltenen geformten Stäbe
■5 aus der Form entfernt und von dem Grat befreit. Die Stäbe wurden einer physikalischen Prüfung unterworfen,
wobei sie folgende Eigenschaften zeigten: ASTM-Test 648, Temperatur der Formbeständigkeit (18,56 kg/
cm2); 133°C, Biegefestigkeit: 766,34 kg/cm2, Biegemom
dul: 20 319 kg/cm2, Zugfestigkeit: 449,26 kg/cm2 und
Kerbschlagzähigkeit nach Izod: 0,177 m ■ kg pro 2,57 cm Kerbe.
ι -. Eine Reihe von Polymeren wurde nach der in Beispiel
1 beschriebenen Verfahrensweise hergestellt. Dabei wurde das Verhältnis von Styrol zu Acrylnitril und der
Änieii des Kautschuks beibehalten, jedoch die Menge
des Maleinsäureimids in der Polymerisationsbeschik-
:ii kung variiert. Die Wirkung dieser Veränderung des
Anteils an Maleinimid in dem Polymeren auf die Temperatur der Formbeständigkeit gemäß ASTM
(HDT) des erzielten Harzes ist in Fig. 1 der beiliegenden Zeichnung dargestellt. In F i g. 1 bedeutet
_'-> »Gewichtsprozent der Beschickung« den Anteil des
angegebenen Monomeren in Gewichtsprozent in dem anfänglichen Polymerisationsansatz, bezogen auf das
Gewicht der anderen Monomeren und ausschließlich des Gewichtsanteils des Kautschuks, der in dem
in PolymerisationsansfUz verwendet wird.
Beispiel 2 wurde wiederholt, mit der Abänderung, daß anstelle von Maleinimid N-Phenylmaleinimid verwen-
r< det wurde. Die Temperatup.verte der Formbeständigkeit
nach ASTM für diese Harze, die nicht in den Rahmen der Erfindung fallen, sind in F i g. 1 angegeben.
Es wurde außerdem beobachtet, daß die Ausbeute an Copolymeren, die entsprechend diesem Beispiel mit
in N-Phenylmaleinimid hergestellt wurden, stets beträchtlich
niedriger war, als die der mit Maleinimid hergestellten. Die Maleinimid-Copolymeren hatten eine
um etwa das 1000-fache höhere Hydrolysebeständigkeit, als die entsprechenden N-Phenylmaleinimid-Copo-
-T) lymeren.
Beispiel 2 wurde unter Verwendung von N-Cyclohexylmaleinimid
anstelle von Maleinimid wiederholt. Die ν; Wirkung der Menge an N-Cyclohexylmaleinimiu auf
den Temperaturwert der ASTM-Formbeständigkeit der erzielten Harze, die außerhalb des erfindungsgemäßen
Bereiches liegen, ist in F i g. 1 angegeben.
Beispiel 2 wurde mit der Abänderung wiederholt daß N-Methylmaleinimid anstelle von Maleinimid verwendet
wurde. Die Wirkung des N-Melhylmaleinimid-Gehalts
der Harze, die außerhalb des erfindungsgemäßen Bereiches liegen, auf den Temperaturwert der ASTM-Formbeständigkeit
ist in F i g. 1 gezeigt
b5 Beispiel 2 wurde wiederholt mit der Abänderung, daß
N-Äthylmaleinimid anstelle von Maüeinimid verwendet
wurde. Die Wirkung des N-Äthylmaleinimid-Gehalts
auf den Temperaturwert der Formbeständigkeit dieser
Harze, die außerhalb des erfindungsgemäßen Bereiches liegen, ist in F i g. 1 angezeigt.
Beispiel 2 wurde wiederholt, mit der Abänderung, daß N-Butyliiialeinimid anstelle von Maleinimid verwendet
wurde. Die Wirkung des N-Butylmaleinimid-Gehalts
dieser Harze, die außerhalb des erfindunpsgemäßen Bereiches liegen, auf den Temperaturwert der ASTM-Formbeständigkeit,
ist in F i g. 1 angezeigt.
Beispiel 1 wurde unter Verwendung eines Molverhältnisses von Styrol zu Maleinimid zu Acrylnitril von
2 :0,5 : 0,2 (77,6 : 18,4 :4 Gewichtsteile) wiederholt. Das
erzielte Harz wurde zu Prüfstäben preßgeformt, an denen folgende physikalische Eigenschaften !estgestellt
wurden: Formbeständigkeit nach ASTM: 139°C, Biegefestigkeit:
473,87 kg/cm2, Biegemodul: 18 420 kg/cm2. Zugfestigkeit: 379,66 kg/cm2 und Kerbschlagzähigkeit
nach Izod: 0,167 m · kg pro 2,54 cm Kerbe.
ι Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei ein Molverhältnis
von Styrol zu Maleinimid zu Acrylnitril von 1 :0,5 :2
(40,3:19:40,7 Gewichtsteile) eingehalten wurde. Das
erhaltene Harz wurde durch Preßformen zu Prüfstäben verformt. Es wurde festgestellt, daß diese Prüfstäbe
κι folgende physikalische Eigenschaften hatten: Formbeständigkeit
nach ASTM: 127°C, Biegefestigkeit: 466,14 kg/cm2, Biegemodul: 12 374 kg/cm2, Zugfestigkeit:
277 kg/cm2 und Kerbschlagzähigkeit nach Izod: 0,3014 m · kg pro 2,54 cm Kerbe.
Beispiel 10
Beispiel I wurde unter Verwendung eines kautschukartigen Butadien-Styrol (75 —25)-Copolymerlatex
wiederholt. Dabei wurden Ergebnisse ähnlich den in :n Beispiel 1 angegebenen erzielt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Harzartige Copolymere, erhalten durch Polymerisation von 100 Gewichtsteilen(A) eines olefinisch ungesättigten Nitril-Monomeren der StrukturCII, = C—CN' I
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