DE2648774C2 - Endständige Aminogruppen aufweisende Polyäther, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung zur Herstellung von Kunststoffen - Google Patents

Endständige Aminogruppen aufweisende Polyäther, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung zur Herstellung von Kunststoffen

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Description

C-O-KCHj)4Ol
NH,
aufweist, wobei m und η die in Anspruch 3 angegebene Bedeutung haben.
9. Verfahren zur Herstellung von endständige Aminogruppen aufweisenden organischen Verbindungen der allgemeinen Formel ! gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Verbindungen der allgemeinen Formel
r0(C H2J4^O- C (6)
(HX),R
(III)
mit einem Molekulargewicht νιη 300 bis 15 000, worin R, X und ζ die im Anspruch 1 genannte Bedeutung haben, mit mindestens ζ<·-όϊ Äquivalenten y,
H,N
Isatosäureanhydrid in Gegenwart von starken Basen, und gegebenenfalls von inerten Lösungsmitteln, bei 30—1500C zur Reaktion gebracht werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindung der allgemeinen Formel III eingesetzt wird, worin B einen Polyalkylenätherrest mit Äthylenäther- und Propylenätherresten in beliebiger Sequenz darstellt.
11. Verwendung von endständige Aminogruppen aufweisenden Verbindungen der allgemeinen Formel I gemäß Anspruch 1 für die Herstellung von Kunststoffen nah dem Isocyanat-Polyadditionsverfahren.
Es ist bekannt, daß Polyharnstoffe gegenüber entsprechend aufgebauten Polyurethanen eine Reihe bemerkenswerter Vorteile aufweisen. Polyharnstoffe erhält man durch die Reaktion von Polyisocyanaten mit Polyaminen. Als Polyamine kommen insbesondere höhermolekulare Polyätherpolyamine in Betracht.
Gemäß DE-OS 20 19 432 erhält man aus aliphatischen Polyätherpolyolen und Isatosäureanhydrid Polyamine, die sich zur Herstellung von solchen Polyharnstoffen eignen.
Es wurde nun gefunden, daß man durch Einsatz von Polyätherpolyaminen mit einem oder mehreren aromatischen Kernen im Molekül bzw. Zentrum Polyharnstoffe erhält, die den bisher bekannten bezüglich thermischer Beständigkeit sowie Zug- und Strukturfestigkeit weit überlegen sind.
Gegenstand der Erfindung sind endständige Aminogruppen aufweisende Verbindungen der allgemeinen Formel
Il c — x
NH2
— R
(I)
bft
65 Sauerstoff oder Schwefel steht und R einen Rest der Formel
— Y-{Ar—Bfc-
(II)
darstellt, worin k eine ganze Zahl von 1 bis 4 ist, Ar einen, gegebenenfalls durch H, Halogen oder CH3 substituierten, p-Phenylen- oder einen Diphenylalkanrest bedeutet, Y bei £= 1 gleich B oder bei k=2 bis 4 ein Alkylidenrest ist, der 1 bis 5 Kohlenstoffatome aufweist und B einen Polyäthylenätherrest, Polypropylenätherrest, einen von Tetrahydrofuran abgeleiteten Polyalkylenätherrest, einen von Tetrahydrofuran abgeleiteten Polyalkylenätherrest oder einen Polyalkylenätherrest, der zwei verschiedene Reste aus der Gruppe der Äthylenätherreste, Propylenätherreste und der von Tetrahydrofuran abgeleiteten Alkylenätherreste jeweils in beliebiger Sequenz in seinem Molekül enthält, mit einem Molekulargewicht von 100 bis 15 000, insbesondere von 500 bis 3000, darstellt.
Die erfindungsgemäße Herstellung der neuartigen Verbindungen der Formel I erfolgt durch Erhitzen einer Verbindung der allgemeinen Formel III
R(HX),
(III)
in welcher ζ eine ganze Zahl von 2 bis 4 ist, X für mit einem Molekulargewicht von 300 bis 15 000, insbesondere 500 bis 3000. worin R und X und ζ die vorgenannte Bedeutung haben, mit mindestens zwei Äquivalenten Isatosäureanhydrid in Gegenwart von
starken Basen auf Temperaturen von 30 bis 150° C, vorzugsweise von 45 bis 130° C.
Die Reaktion kann in Gegenwart oder Abwesenheit von inerten Lösungsmitteln durchgeführt werden. Die Menge des dabei verwendeten Katalysators kann in weiten Grenzen schwanken. Vorzugsweise werden 1 bis 10 Gewichtsteile der basischen Verbindung pro 100 Gewichtsteile Isatosäureanhydrid eingesetzt. Nach beendeter Gasentwicklung ist die Reaktion abgeschlossen. Katalysator und überschüssiges Isatosäureanhydrid werden gegebenenfalls nach Zugabe von inertem Lösungsmittel durch Filtration entfernt, und das erhaltene jindprodukt wird durch Behandeln mit CO2, Ausschütteln mit Wasser und Trocknen im Vakuum unter Rühren rein erhalten. Für viele Verwendungszwecke ist jedoch ein einfaches Abfiltrieren des
C — O-KCH2)2O^
"nh2
CH
Aminopolyäthers u.iter Druck ausreichend
Bevorzugt weruen beim erfindungsgemäßen Verfahren Polymerisate eingesetzt, die durch Reaktion von Äthylenoxid, Propylenoxid sowie anderer 1,2-AlkyIen-
5 oxide mit einer dem Rest der Fonnel II entsprechenden Verbindung erhalten werden, worin B = OH, CH2OH, OCH2-CH2-OH oder CH2CH(CH3PH sein kann. Solche Verbindungen werden nach allgemein bekannten Verfahren hergestellt, wie sie in der US-PS 26 52 419 beschrieben sind.
Als Rest Ar wird der Diphenylpropan (Bisphenol A)-Rest bevorzugt
Typische Beispiele für die erfindungsgemäßen und erfindungsgemäß herstellbaren endständige Aminogruppen aufweisenden Verbindungen der Formel I sind folgende:
CH3
H2N
NH2
X = H, Halogen, CH3
Il c—o-
NH2
O
Il —c
H2N^ (2)
CH,
OCH1CH
-0—C
CH3 H2N
C-O-KC Η2)2Ο^ CHCH2O
CH3
CH3
OCH2CH
((XCH2U-O-C
H2N
(6)
In diesen Formeln stellt der Index m und η jeweils solche ganzen Zahlen dar. daß sich für die Reihe in den Klammern Molekulargewichte von etwa 100—15 000 ergeben und speziell von 500— 3000.
Die Verwendung der erfindungsgemäßen bzw. erfindungsgemäß hergestellten Verbindungen zum Herstellen von Kunststoffen nach dem Isocyanat-Polyadditionsverfahren kann nach allen Methoden erfolgen, wie sie in der Polyurethanchemie, d. h. für die Umsetzung von Polyhydroxylverbindungen mit Polyisocyanaten bekannt sind. Das bedeutet, daß die l'insetzung der erüruliingsgemäßen Verbindungen mit Poly isnc\ana;eri unter Mitverwendiing aller in der i'okiire ih.iru hem κ- bekannten Zusatzstoffe wie /. B. Katalysatoren, flammhemmenden Substanzen usw. erfolgen kann
Hei vier Herstellung von elastorneren Kunststoffen mit hohem Elastizitätsmodul erfolgte bisher der Aufhau der Polyaddukte vorzugsweise unter Mitverwendung niedermolekularer aromatischer Diamine als Ketten- \ ο r I <i η tr c r ■! η ir >- m 111 c I. Da solche Diamine carcinogen und. bestehen Bedenken physiologischer \rt gegen ihre Verwendung. Bei Verwendung der erfindungsgcmäßen Verbindungen kann bei der Herstellung von elastomcren Kunststoffen mit hohem tlastiz.itätsmodul auf die Mitverwendung niedermolekularer aromatischer Diamine auch verzichtet werden.
Als Polyisocyanate können bei der Herstellung von Poi addukten unter Verwendung der erfindungsgemäßen Verbindungen alle beliebigen in der Polyiirethanchemie bekannten Polyisocyanate eingesetzt werden, wie z. B. Tetramethylendiisocyanat. Hexamethvlendiisoeyinat. _\*-Diisocvanatr>toluol. 2.6-Düsik sanatotoluol. •ms diesen Isomeren bestehende (iemische oder 4.4'-Diisocyi na todiphens !methan.
Die unler Verwendung der erfindungsgcmaUen bzw erfindungsgemäß hergestellten Verbindungen erhaltenen Polyaddukte zeichnen sich, wie bereits eingangs erwähnt, gegenüber entsprechend aufgebauten Polyurethanen durch eine Reihe bemerkenswerter Vorteile aus. wie insbesondere Mabiiitat. Warmestahilität. Annen- und Verschleißfestigkeit und Elastizität.
Die folgenden Beispiele erläutern die Herstellung der Verbindungen I:
Beispiel I
Ί 2*A i.M" : M- -i) einer Verbindung der Formel
(H
H' ι
-I-Ir- OH
(H.
»f.-T .-■■; ■;■·.) η ganze Zahlen darstellen. 35.9 g Isa^'saMrejr.h-.drid und 2.5g gepulvertes Natriumhydroi ·.;; werde!· Ϊ Stunden auf HO C und I 5 Minuten auf ]oi, ( er'ni'z:. nach dem Abkühlen werden !5OmI Me''".'.ler.*■".:·■ >rιcJ zugegeben und das Gemisch wird i:;·-;·.--' D.:· F ;l"rat versetzt man mit 200 ml Wasser und ·.·!!·;-· ( 0. ·,·.·". um das Natnumh>drox\d \ollständig zu ■jn· ie-pe. "5:;ι.:.ΐΓιΓι wird noch dreima; mit ie 2'WmI Wasser extrahiert und die organische Phase im Vakuum eingedampft. Als Rückstand bleiben 147.6 g (97°-n der Theorie, das bedeutet, daß 97"'" der OH-Gruppen mit der Isatosäure reagiert haben) einer honiggelben, viskosen Substanz.
Aminitration: Für 1.7462 g Substanz: 23.1 ml 0.1 η HCIOi in Eisessig.
1-5.2 t C1 2 Mr·:) eine Verbindung der Formel
HO-fK'H.-i.-O}-
Beispiel 2
—fO(CH;);}-()H
worin n: und π ganze Zahlen darstellen. 71.8 g isatosaure<irh>dnd und 3 g gepulverte^ Natnumhvdroxvd werden wie in Beispiel i beschrieben umgesetzt und aufgearbeitet. Ausbeute 177.4 g(92°o der Theorie) einer honiggelben, zähviskosen Substanz.
Ammtitralion: Für 1.2561 g Substanz: 26.1 ml o.l η HClO;in Hisessie.
Beispiel
"3.6 -i !''.I Moli einer Verhindune der Formel
HO
CH-
CFlCH-O
CH:
worin rr. jnd η ganze Zahlen darstei'-en. i:.1) g isatosäureanhydrid und 2.0 g gepulverte; Ndiriurnhydroxyd werden 4 Ständen auf 75"C und 30 Minjien auf 100:C erhitzt und jnaiog Beispiel ! aufgearbeitet. Man erhält
187.5 ε (95'- der Theorie ι einer honiggelben, viskosen Substanz.
Amimitration: Für 2.6579 g Substanz: 27.1 ml 0.1 η HCIOj in Eisessig.
174.4 g(O,l Mol) einer Verbindung der Formel
IK) -K C I I2J2Of--
CII,
1-CHCH1O-
(0
B e i s ρ i c I 4
CH1
CWx CH,
-OCH.Cll
—-fO(CH,),f.„ Oll
worin m und /) gan/c Zahlen darstellen, 35.4 g einer honiggelben, viskosen Substanz.
Isatosäureanhydrid und 2.5 g gepulvertes Natriumhy- Aminlitration: für 2.4732 g Substanz: 25.0 ml
droxyd werden wie in Beispiel I beschrieben umgesetzt r, 0.1 η HC K), in Eisessig,
und aufgearbeitet. Man erhält 180,4 g(91n/n der Theorie)
905 g (0,1 Mol) einer Verbindung der Formel ClI,
IiO(ClMO
C HC II,O .. -<
Beispiel 5
cn
OCH,CH ι..- 0(CIlO.OH
Cl
worin η eine ganze Zahl darstellt. 35.9 g Isatosäureanhydrid und 7 g gepulvertes Natriumhydroxid werden 4 ftunden auf 80~C und 1 Stunde auf 100~C erhitzt und analog Beispiel I aufgearbeitet. Man erhält 871 g (95% der Theorie) einer honiggelben, viskosen .Substanz.
Amintitration: Für 4,8358 g: 9,6 ml 0,1 η HCIO4 in Eisessig (89% der Theorie), d. h.89% aller Ol!-Gruppen haben mit Isatosäureanhydrid reagiert.
1400 g (0.1 Mol) einer Verbindung der Formel CH,
IIOICH.K)-
CHCIhO .,-
Beispiel 6
CH,
OCH,CH -0(CH1)OH
CH,
worin η eine ganze Zahl darstellt. 35.9 g Isatosäureanhydrid und 15 g gepulvertes Natriurrhydroxyd werden wie in Beispiel 5 umgesetzt. Man erhält 121 g (85% der Theorie) einer honiggelben viskosen Substanz.
Amintitration: Für 7.7253 g: 9.0 ml 0.1 η HCIO3 in Eisessig (83% der Theorie), d. h. 83% aller OH-Gruppen haben mit Isatosäureanhydrid reagiert.
176 g (0,1 Mol) einer Verbindung der Formel CH,
HO(CH2J2O-
CHCH,O
Beispiel 7
/ CH3
0CH,CH -0(CH2I2OH
worin m und π ganze Zahlen darstellen, 353 g 65 erhält 189,5 g (95% der Theorie) einer honiggelben
Isatosäureanhydrid und 5,0 g gepulvertes Natriumhy- viskosen Substanz.
droxid werden 4 Stunden auf 800C und 1 Stunde auf Amintitration: Für 2,194 g: 22 mi 0,1 η HCiOi in
100°C erhitzt und analog Beispiel 1 aufgearbeitet Man Eisessig.
Il
139 g (0,1 Mol) einer Verbindung tier F-'ormel
CII,
He i sρ i c
IIO(CH2);O \. CHCMj
CII, OCIl2CH ,,-0(ClIj)3OlI
worin m und η ganze Zählen darstellen, 35.9 g einer honiggelben viskosen Substanz. Isatosäureanhydrid und r>.0 g gepulvertes Natriumhv- Ammtitration: Für 1,741hg: 21,2 ml 0,1 η HCIOi in
droxid werden analog Beispiel 7 umgesetzt und r, Fisessig. aufgearbeitet. Man erhalt 153,4 g (94% der Theorie)
Beispiel
195,6 g (0,1 Mol) einer Verbindung der Formel
HO
worin m und η ganze Zahlen darstellen. 35,9 g Isatosäureanhydrid und 3.0 g gepulvertes Natriumhy- droxyd werden 3 Stunden auf 75"C und 15 Minuten auf 100°C erhitzt, nach dem Abkühlen werden 150 ml Methylenchlorid zugegeben und es wird filtriert. Das Filtrat versetzt man mit 200 ml Wasser und leitet CO> ein, um das Natriumhydroxyd vollständig zu entfernen. Sodann wird noch dreimal mit je 200ml Wasser extrahiert und die organische Phase wird im Vakuum eingedampft. Als Rückstand bleiben 194.7 g (93% der Theorie) einer honiggelben, viskosen Substanz.
Amintitration: I-ür 1,8263 g Substanz: 17,6 ml 0,1 η HCIOj in Eisessig.
Beispiel
140,6 g (0,1 Mol) einer Verbindung der Formel
H O-RCHj)4O
CH,
I
C
CH,
O(CH2)4}-O H
worin m und η ganze Zahlen darstellen. 35,9 g Isatosäureanhydrid und 2,5 g gepulvertes Natriumhydroxyd werden wie in Beispiel 9 beschrieben umgesetzt und aufgearbeitet Ausbeute 157,8 g (96% der Theorie) einer honiggelben, viskosen Substanz. Amintitration: Für 1.5172 g Substanz: 18,6 ml 0,1 η HClO4 in Eisessig.
Die folgenden Beispiele zeigen die Verwendung der Verbindungen I:
Anwendungsbeispiele Anwendungsbeispiel 1
(0,1 Mol) des in Beispiel 1 hergestellten ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften. Diamins und 184 g Toluylendiisocyanat (80% 2,4-Iso- 65
meres, 20% 2,6-Isomeres) werden vermischt in eine Zugfestigkeit 280kpcm-2
Form gegossen, 1 Stunde auf 60" C und 24 Stunden auf 100° C erhitzt Man erhält ein Elastomeres mit Strukturtestigkeit Shorehärte DIN 53505
äökpcm-' 60
Anwendungsbeispiel 2
192,8 g (0,2 Mol) des in Beispiel 2 hergestellten Diamins und 37 g Toluylendiisocyanat werden in einer Form 30 Minuten auf 600C und 24 Stunden -nif 1000C erwärmt. Man erhält dadurch ein Elastomer mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften.
Zugfestigkeit
Strukturfestigkeit
Shorehärte DIN 53505
320 kp cm :
60 kp cm '
75
Anwcndungsbcispiel 3
197,4 g (0,1 Mol) des in Beispiel 3 hergestellten diamins i'nd 18,5 g Toluylendiisocyanat werden in einer Form 30 Minuten auf 60°C und 24 Stunden auf 100"C erhitzt. Man erhält ein Elastomeres mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften.
Zugfestigkeit 280 kp cm :
Struklunestigkcit 44 kp cm :
Shore'-ärte DIN 53505 82
Anwendungsbeispiel 4
I 30,8 g des in Beispiel 4 hergestellten Diamins werden bei WJ-700C mit 18,5 g Toluylendiisocyanat umgesetzt. Nach 15 Minuten wird unter gleichzeitigem Anlegen von Wasserstrahlvakuum auf 90" C erwärmt. Bei 90 C wird mit 5,9 g geschmolzenem MDichlor^.S-diaminobenzol versetzt und in eine vorgewärmte Form gegossen. Man erhält ein Elsastomeres mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften
Zugfestigkeit 310kpcm -'
Strukturfestigkeit 45 kp cm !
Shorehärte DIN 53505 86
Anwendungsbeispiel 5
224 g (0,1 Mol) Verbindung I, die aus 2.2-Di(4-hydroxyphenyl)-propan. Propyienoxyd und Isatosäureanhydrid hergestellt worden ist. werden mit 42.5 g (0.245 Mol) Toluylendiisocyanat (80% 2.4-Isomeres. 20% 2,6-lsomeres) versetzt und 1 Stunde bei 80"C gerührt. Dann werden 26.7 g auf 120°C erhitztes M-DichlorO.ädiarninobenzol zugegeben und das Reaktionsgemisch in eine Form gegossen. Es wird 24 Stunden erhitzt und man erhält ein Elastomeres mit folgenden Eigenschaften.
Zugfestigkeit 285 kp cm - -'
Strukturfestigkeit 46 kp cm :
Shorehärte DIN 53505 96
Anwendungsbeispiel 6
198,2 g (0,1 Mol) der in Beispiel 4 beschriebenen Verbindung werden mit 61,25 g (0,245 Mol) 4,4'-Diisocyanato-diphenylmethan versetzt und 1 Stunde bei 800C gerührt. Dann wird auf 80°C erhitzt.s 1,4-Dichlor-3,5-diaminobenzol zugegeben uiid in eine Form gegossen. Es wird 24 Stunden erhitzt und man erhält ein Elastomeres mit folgenden Eigenschaften.
Zugfestigkeit
Strukturfestigkeit
Shorehärte DIN 53505
380kpcm ■>
65 kp cm-'
56
Anwendiingsbeispicl 7
209.4 g (0.1 Mol) der nach Beispiel 9 hergestellten Verbindung und 18.5 g Toluylendiisocyanai (80% 2.4-Isomeres. 20% 2.6-Isomeres) werden vermischt, in eine Form gegossen. 30 Minuten auf 60"C und 24 Stunder! ::i;f !0Q'C erwärmt. M:sü erhä!1. ein Elastomeres mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften.
Zugfestigkeit
Strukturfestigkeit
Shorehärte DiN 53505
290 kp cm 2
50 kp cm '
76
Anw.mdungsbeispiel 8
164.4 g (0,1 Mol) d.-r nach Beispiel 10 hergestellten Verbindung und 18,5 g Toluylendiisocyanat werden in einer Form 30 Minuten auf 60°C und 24 Stunden auf 100cC erwärmt. Man erhält ein Elastomeres mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften.
Zugfestigkeit
Strukturfestigkeit
Shorc'iärte DIN 53505
300 kp cm 56 kp cm '
80
Anwendungsbetspiel 9
138.-.' g der nach Betspiel 9 hergestellten Verbindung werden bei 60 —70C ,ait 18.5 g Toluylendiisocyanat umgesetzt. Nach 15 Minuten wird unter gleichzeitigem Anlegen von Wasserstrahlvakuum auf 90°C erwärmt. Bei 90=C wird mit 5.9 g geschmolzenem l,4-Dichlor-3,5-diaminobenzol versetzt und in eine vorgewä' nte Form gegossen. Man erhält ein Elastomeres mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften.
Zugfestigkeit
Strukturfestigkeit
Shorehärte DIN 53505
300kpcm-2
60 kp cm -'
'2

Claims (8)

Patentansprüche:
1. Endständige Aminogruppen aufweisende Verbindungen der allgemeinen Formel
Il
C-X
Vh,
— R
(D
IO
in welcher ζ eine ganze Zahl von 2 bis 4 ist, X für Sauerstoff oder Schwefel steht und R einen Rest der Formel
-Y-[Ar- B]1- (ID
darstellt, worin k eine ganze Zahl von 1 bis 4 ist, Ar O
Il C —O-KCH2)2Ü
NH2 einen, gegebenenfalls durch Halogen oder CHj substituierten, p-Phenylen-, oder einen Diphenylalkanrest bedeutet, Y bei k= 1 gleich B oder bei Ar= 2 bis 4 ein Alkylidenrest ist, der 1 bis 5 Kohlenstoffatome aufweist und B einen Polyäthylenätherrest, Polypropylenätherrest, einen von Tetrahydrofuran abgeleiteten Polyallcylenätherrest oder einen Polyalkylenätherrest, der zwei verschiedene Reste aus der Gruppe der Äthylenätherreste, Propylenätherreste und der von Tetrahydrofuran abgeleiteten Alkylenätherreste jeweils in beliebiger Sequenz in seinem Molekül enthält, mit einem Molekulargewicht von 100 bis 15 000 darstell L
2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Ar einen Diphenylpropan (Bisphenol A)-Rest darstellt.
3. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Formel 1
(1)
H2N
aufweist, wobei mund «solche ganze Zahlen sind, daß sich ein Molgewicht von 100 bis 15 000 Iu i den Rest in der Klammer ergibt.
4. Verbindung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß sie die Formel 2
C — O-KCH2)2O
NH2 χ = H, Halogen. CH,
0(CH2^O-C
H2N (2)
aufweist, wobei m und η die in Anspruch 3 angegebene Bedeutung haben.
5. Verbindung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß sie die Formel 3
CH3"
OCH2CH
Ii -c
(3)
NH2
aufweist, wobei m und »die in Anspruch 3 angegebene Bedeutung haben.
6. Verbindung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß sie die Formel 4
H2N
Il
C-O-HCH) SNH,
CH, CIICH2O
CH,
OCH7CH -
CH3 -fO! C H2)^O-C
H2N
aufweist, wobei m und «die in Anspruch 3 angegebene Bedeutung haben.
7. Verbindungen nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Foimel 5
NH,
H1N
(5)
aufweist, wobei m und η die in Anspruch 3 angegebene Bedeutung haben.
8. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Formel 6
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