DE2834374C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials durch Beschichten
eines Trägers mit einem photoleitfähigen Polyimid-
Überzug, der 2,4,7-Trinitro-9-fluorenon oder 2,4,5,7-
Tetranitro-9-fluorenon enthält.
In der Elektrophotographie wird die Oberfläche eines elektrophotographischen
Aufzeichnungsmaterials, das aus einem
elektrisch leitenden Träger und einer photoleitfähigen
Schicht aus beispielsweise amorphem Selen, As₂Se₃,
ZnO oder einem organischen Photoleiter besteht, bis zu
einem bestimmten Oberflächenpotential durch Koronaentladung
aufgeladen. Anschließend wird die geladene Oberfläche bildmäßig belichtet.
Während an den nicht belichteten Stellen die Ladung erhalten bleibt,
tritt an den belichteten Stellen eine Abnahme des Oberflächenpotentials
auf als Folge eines Photostroms senkrecht
zur Oberfläche. Auf diese Weise wird ein der Vorlage entsprechendes
latentes elektrostatisches Bild erzeugt.
Anschließend wird das erzeugte elektrostatische Bild entwickelt,
indem man beispielsweise einen Toner mit einer geeigneten
Ladung auf die Oberfläche mit dem elektrostatischen
Bild aufbringt. An den geladenen Stellen haftet der
Toner, während er an den übrigen Stellen nicht haftet, so
daß ein Tonerbild entsteht, das beispielsweise auf Papier
übertragen werden kann.
Zufriedenstellende elektrophotographische Aufzeichnungsmaterialien
müssen daher bestimmten Anforderungen genügen.
So muß beispielsweise die photoleitfähige Schicht in der
Lage sein, bei der Aufladung die elektrostatische Ladung
leicht anzunehmen, sie muß die aufgenommene Ladung in den
nicht-belichteten Bereichen aufrechterhalten, d. h. gute
Dunkelzerfallseigenschaften besitzen, in den belichteten
Bereichen ihre Ladung schnell und vollständig abgeben, d. h.
ausgezeichnete Lichtentladungseigenschaften besitzen, und
eine gleichmäßige Empfindlichkeit über den gesamten sichtbaren
Bereich und auf allen Teilen der Schicht aufweisen.
Darüber hinaus muß die photoleitfähige Schicht gegen wiederholte Aufladung
und Entladung beständig sein, an dem Träger gut haften
und gegen Abrieb und Kratzerbildung beständig sein.
Als Träger werden in elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterialien
u. a. Metalle, wie Aluminium, oder auch Papier
verwendet.
Elektrophotographische Aufzeichnungsmaterialien, die allen
obengenannten Anforderungen gerecht werden, gibt es bisher
nicht. Es sind zwar bereits zahlreiche elektrophotographische
Aufzeichnungsmaterialien und insbesondere zahlreiche
photoleitfähige Materialien in der Literatur beschrieben,
diese weisen jedoch alle den einen oder anderen Mangel auf.
Aus der US-PS 35 54 744 und der ihr entsprechenden
DE-OS 18 00 273 sowie aus "Research Disclosure", Nr. 105,
Januar 1973, Artikel 10503, sind bereits elektrophotographische
Aufzeichnungsmaterialien mit einem auf einen Träger
aufgebrachten Polyimidüberzug bekannt, der aus organischen
Diaminen und Tetracarbonsäuredianhydriden hergestellt wird,
diese Polyimidüberzüge weisen jedoch eine für die Praxis
unzureichende Lichtempfindlichkeit, insbesondere für Licht
im sichtbaren Wellenlängenbereich, auf.
Aus der US-PS 34 84 237 und dem Artikel von R. M. Schaffert
in "IBM J. Res. Devel.", Januar 1971, Seiten 75-89, sind bereits
elektrophotographische Aufzeichnungsmaterialien bekannt,
deren photoleitfähige Schicht ein Gemisch von
Poly-N-vinylcarbazol und 2,4,7-Trinitro-9-fluorenon (TNF)
enthält. Darin ist angegeben, daß bei einem Molverhältnis
von 1 : 1 der beiden obengenannten Substanzen die Lichtempfindlichkeit
höher und der Dunkelzerfall geringer ist
bei negativer Koronaaufladung als bei positiver Koronaaufladung,
daß jedoch mit abnehmendem TNF-Gehalt die positive
Ladungsaufnahme ansteigt, während die negative Ladungsaufnahme
absinkt. Die besten Ergebnisse werden bei einer
TNF-Konzentration von etwa 0,06 (Mol TNF pro Monomereinheit
N-Vinylcarbazol) erzielt, was etwa 10 Gew.-% TNF, bezogen
auf das Poly-N-vinylcarbazol, entspricht. Aber auch in diesem
Fall ist die Lichtempfindlichkeit, insbesondere für
Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich, für die heutigen
Anforderungen unzureichend.
Aus den US-PS 34 08 185 und 34 08 189 ist bekannt, daß bestimmte
Lewis-Säuren, wie z. B. 2,4,7-Trinitro-9-fluorenon,
geeignete Photosensibilisatoren in Polyurethanharzen oder
Melaminharzen darstellen. Wie darin angegeben ist, führt die
Zugabe einer Lewis-Säure zu einem inerten Harz, wie z. B.
einem Ethylmethacrylatharz, jedoch zu keiner Verbesserung
der unzureichenden Lichtempfindlichkeit.
Aus der GB-PS 11 50 435 bzw. der ihr entsprechenden
DE-OS 15 22 692 ist ein Verfahren zur Herstellung eines
elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials bekannt, bei
dem man einen organischen Polyimidfilm auf einem Träger mit
einer Lösung eines 2,4,7-Trinitrofluorenon-Photosensibilisators
in Benzol in Kontakt bringt. Das dabei erhaltene Aufzeichnungsmaterial
weist jedoch nach dem Trocknen, dem Aufladen
mit einer Koronaentladungseinrichtung und nach dem Belichten
mit einer Hochdruck-Quecksilberdampflampe durch ein
Original hindurch eine für Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich
unzureichende Lichtempfindlichkeit auf.
Aufgabe der Erfindung war es daher, ein elektrophotographisches
Aufzeichnungsmaterial zur Verfügung zu stellen, das
eine höhere Lichtempfindlichkeit als die bisher bekannten
Aufzeichnungsmaterialien aufweist.
Es wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch
gelöst werden kann, daß der auf einen Träger aufgebrachte
photoleitfähige Überzug aus einem Polyimid in situ
hergestellt wird in Gegenwart einer spezifischen Menge
eines Nitrofluorenons.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
eines elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials durch
Beschichten eines Trägers mit einem photoleitfähigen Polyimid-
Überzug, der 2,4,7-Trinitro-9-fluorenon oder 2,4,5,7-
Tetranitro-9-fluorenon enthält, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß es die folgenden Stufen umfaßt:
- (a) Beschichten des Trägers mit einer Lösung, die in einem
organischen Lösungsmittel gelöst enthält eine Polyamidsäure
mit wiederkehrenden Einheiten der allgemeinen Formel
worin bedeuten:
R einen vierwertigen organischen Rest mit mindestens zwei Kohlenstoffatomen, wobei nicht mehr als zwei Carbonylgruppen an irgendein Kohlenstoffatom von R gebunden sind, und
R₁ einen zweiwertigen organischen Rest mit mindestens zwei Kohlenstoffatomen, die an zwei Stickstoffatome gebunden ist, wobei die Stickstoffatome an verschiedene Kohlenstoffatome des zweiwertigen Restes R₁ gebunden sind, und worin R und/oder R₁ mindestens einen aromatischen Ring mit 6 Kohlenstoffatomen enthalten,
sowie das Nitrofluorenon in einer Menge von 1 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die Polyamidsäurelösung, und - (b) Erhitzen des mit der Lösung beschichteten Trägers auf eine Temperatur von nicht mehr als 150°C.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es erstmals möglich,
auf technisch einfache und dennoch wirksame Weise
eine photoleitfähige Schicht mit einer sehr hohen Lichtempfindlichkeit
herzustellen, wie sie nach den bisher bekannten
Verfahren nicht erzielbar war. Sie weist eine ausgezeichnete
Lichtempfindlichkeit auf und verliert beim Belichten
mit Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich schnell
seine elektrische Ladung. Dies ist außerordentlich überraschend,
da bekannt ist, daß Polyimid selbst nur eine sehr
geringe Empfindlichkeit gegenüber Licht im sichtbaren
Wellenlängenbereich besitzt und auch eine Kombination von
2,4,7-Trinitro-9-fluorenon (TNF) und einem Polyamid zu keinen
wesentlichen Verbesserungen führt, wie die Angaben in
der GB-PS 11 50 435 bzw. der entsprechenden DE-OS 15 22 692
zeigen.
Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte
elektrophotographische Aufzeichnungsmaterial eignet sich
besonders gut für die Farbwiedergabe, da wegen seiner hohen
Lichtempfindlichkeit und seiner ausgezeichneten Lichtentladungseigenschaften
schon deutlich geringere Lichtmengen als
bisher üblich für die Erzielung einer ausreichenden Farbwiedergabe
ausreichen. Darüber hinaus kann die spektrale
Empfindlichkeit der photoleitfähigen Schicht durch Variieren
der Kombination aus dem Polyimid und dem Nitrofluorenon
im Rahmen der vorstehenden Angaben an die jeweiligen Erfordernisse
angepaßt werden. Das erfindungsgemäß verwendete
Polyimid weist eine höhere Glasumwandlungstemperatur auf
als andere Polymere, wie z. B. das obengenannte Poly-N-vinylcarbazol.
Seine Neigung zur Auskristallisation ist daher
viel geringer, so daß auch die damit verbundenen Nachteile
(Ausbildung von Ladungstransportschichten) erfindungsgemäß
vermieden werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung verwendet
man eine Beschichtungslösung, die 12 bis 30, insbesondere
15 bis 20 Gew.-% 2,4,7-Trinitro-9-fluorenon enthält.
Der mit der Lösung beschichtete Träger wird vorzugsweise
auf eine Temperatur von 80 bis 120°C, insbesondere von 90
bis 110°C, erhitzt.
Zur Herstellung des photoleitfähigen Polyimidüberzugs des
erfindungsgemäßen elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials
geht man von einer Polyamidsäurelösung aus, die
in situ zu Polyimiden mit wiederkehrenden Einheiten der folgenden
Formel polymerisiert wird:
worin R und R₁ die oben angegebenen Bedeutungen haben und
n die Anzahl der wiederkehrenden Einheiten angibt. Diese
Anzahl ist vorzugsweise so groß, daß die Polyimide eine
Eigenviskosität von mindestens 0,1, gemessen mit einer
0,5%igen Lösung in konzentrierter Schwefelsäure bei 30°C,
aufweisen (vgl. US-PS 35 54 744).
Die Herstellung der erfindungsgemäß eingesetzten Polyamidsäure
mit wiederkehrenden Einheiten der oben angegebenen
allgemeinen Formel (II) kann auf an sich bekannte Weise erfolgen
[vgl. US-PS 31 79 634 und 35 54 744 sowie C. E. Sroog,
"J. Polymer Science: Macromolecular Reviews", Band 11 (1976),
Seiten 161 bis 208]. Im allgemeinen wird eine solche Polyamidsäure
hergestellt aus Dianhydriden der Formel
und Diaminen der Formel
H₂N-R₁-NH₂ (IV)
Zusätzlich zu den Polyimiden können auch Copolyimide verwendet
werden, die durch Verwendung von mehr als einem Diamin
und/oder mehr als einer Tetracarbonsäure bzw. mehr als einem
Dianhydrid erhalten werden.
Die Konzentration der Polyamidsäure in der Lösung in dem
organischen Lösungsmittel liegt vorzugsweise zwischen 10
und 30 Gew.-% und hängt etwas von der Viskosität der Polyamidsäurelösung
ab. In jedem Fall muß die Lösung für das
Aufbringen auf den Träger in Form einer Schicht geeignet
sein. Geeignete organische Lösungsmittel sind solche
Lösungsmittel, die ein gutes Lösungsvermögen sowohl für die
Nitrofluorenone als auch für die Polyamidsäure aufweisen.
Besonders bevorzugt ist N-Methylpyrrolidon-2.
Die Lösung wird auf an sich bekannte Weise auf den Träger
aufgebracht. In der Stufe (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die Polyamidsäurelösung auf dem Träger vorzugsweise
auf eine Temperatur von 85 bis 120°C, insbesondere
von 90 bis 110°C, für einen Zeitraum erhitzt, der für die
Bildung des Polyimids ausreicht, beispielsweise für 10 Stunden
oder mehr.
Als Fluorenon wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren
vorzugsweise 2,4,7-Trinitro-9-fluorenon (TNF) verwendet,
das die nachstehend angegebene Formel (V) hat und im
Handel erhältlich ist:
Die Konzentration der Fluorenonverbindung in der Polyamidsäurelösung
beträgt vorzugsweise 12 bis 30 Gew.-%, insbesondere
15 bis 20 Gew.-%, bezogen auf die Polyamidsäurelösung.
Besonders bevorzugt ist die Verwendung von 1 Molekül TNF
oder der entsprechenden Tetranitroverbindung pro Monomereinheit
der Polyamidsäure. Überraschenderweise stören die
Fluorenonverbindungen bei den angewendeten Temperaturen
die Zyklisierung der Polyamidsäure unter Bildung des Polyimids
nicht.
Für praktische Zwecke variiert die Dicke der Polyimidschichten
des erfindungsgemäß hergestellten elektrophotographischen
Aufzeichnungsmaterials zwischen 5 und 40 µm, sie kann
aber auch außerhalb dieser Bereiche liegen.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.
Es wurden verschiedene Mengen von TNF mit einer Lösung von
20 g einer Polyamidsäure, hergestellt durch Umsetzung von
Bis(4-aminophenyl)ether mit Pyromellithsäuredianhydrid
[Sroog, "J. Polymer Science: Macromolecular Reviews", 11
(1976), Seite 164], in 100 ml N-Methylpyrrolidon-2 innig gemischt.
Das dabei erhaltene Produkt wurde in Form einer
Schicht auf eine Aluminiumplatte aufgebracht unter Verwendung
eines Skalpells, und die beschichtete Platte wurde
18 Stunden lang auf 100°C erhitzt. Das dabei erhaltene Polyimid
enthielt wiederkehrende Einheiten der Formel
Mit den dabei erhaltenen Schichten wurde eine Reihe von Versuchen
durchgeführt, deren Ergebnisse in den Figuren der
Zeichnungen dargestellt sind.
(a) Mit der Vorrichtung gemäß Fig. 1 wurde die Ladungsaufnahme
des Polyimidüberzugs bestimmt.
Unter Verwendung einer Hochspannungs-Energiequelle 1
wurde eine Koronaentladung zwischen den Elektroden 2
und dem Träger 4 durchgeführt, wobei letzterer mit der
photoleitfähigen Schicht 3 versehen war. Die Koronaentladung
wurde durch die Spannung an dem Gitter 5, die
von der Energiequelle 6 herrührte, gesteuert.
Als photoleitfähige Schicht wurde eine Polyimidschicht
verwendet, die wie vorstehend angegeben hergestellt
worden war, sowohl ohne TNF-Zusatz als auch mit einem
TNF-Zusatz von 20 Gew.-%, bezogen auf die Polyamidsäurelösung.
Beide Schichten hatten eine Dicke von 20 µm.
Das Koronapotential wurde konstant gehalten und das
Gitterpotential wurde variiert um festzustellen, wie
sich dabei das Oberflächenpotential der Schicht änderte.
Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, stieg das Oberflächenpotential
linear mit dem Gitterpotential. Die Fig. 2
und 3 zeigen ferner, daß die negative Ladungsaufnahme
(Fig. 2) und die positive Ladungsaufnahme (Fig. 3)
nicht wesentlich voneinander verschieden waren. In dieser
Hinsicht unterscheidet sich das erfindungsgemäß hergestellte
elektrophotographische Aufzeichnungsmaterial grundlegend von
dem durch TNF sensibilisierten Poly-N-vinylcarbazol gemäß
GB-PS 11 50 435 sowie von Selen, das nur eine positive
Ladung aufnimmt.
Darüber hinaus werden die Ladungsaufnahmeeigenschaften
auch durch die Aufladungsgeschwindigkeit, d. h. die Geschwindigkeit,
mit der die Probe durch die Koronaentladungsvorrichtung
geführt wird, beeinflußt. Bei
einer niedrigeren Aufladungsgeschwindigkeit war das
Oberflächenpotential höher.
Bei Verwendung von 2,4,5,7-Tetranitro-9-fluorenon anstelle
von TNF wurde gefunden, daß die erhaltenen Schichten
die Ladung gut aufnahmen, obgleich die Ladungsaufnahme
etwas schlechter war als bei Verwendung von TNF.
Bei Verwendung von p-Benzochinon, p-Chloranil, o-Chloranil,
1,4-Dicyanobenzol, Picrinsäure, Tetracyanoethylen
und 7,7′,8,8′-Tetracyanochinondimethan wurde gefunden,
daß die damit erhaltenen Schichten schlechte elektrophotographische
Eigenschaften aufwiesen.
(b) Ferner wurde bestimmt, wie die aufgeladene photoleitfähige
Schicht ihre Ladung im Dunkeln beibehielt. Zur
Bestimmung der Dunkelzerfallseigenschaften wurde eine
Schicht aus dem Polyimid, die 15 Gew.-% TNF (bezogen auf
die Polyamidsäurelösung) enthielt und eine Dicke von
18 µm aufwies, bzw. eine Schicht aus dem Polyimid, die
20 Gew.-% TNF (bezogen auf die Polyamidsäurelösung) enthielt
und eine Dicke von 20 µm aufwies, verwendet.
In den Fig. 4 und 5 der Zeichnungen ist
der jeweilige Quotient aus dem Oberflächenpotential
zum Zeitpunkt t und dem Anfangs-Oberflächenpotential
(V t /V i ) gegen die Zeit in Minuten in Form eines Diagramms
aufgetragen. Dabei zeigt die Fig. 4 die Abnahme
von V t /V i für eine negative Ladung bei drei verschiedenen
Werten von V i . Die Fig. 5 zeigt die Abnahme von
V t /V i für eine positive und eine negative Ladung. Die
Messungen wurden bei Umgebungstemperatur durchgeführt.
Die dabei erzielten Ergebnisse zeigen, daß sowohl für
eine positive Ladung als auch für eine negative Ladung
die Dunkelzerfallseigenschaften während der üblicherweise
angewendeten Zeiträume ausgezeichnet waren.
(c) Ferner wurden die Lichtentladungseigenschaften der aufgeladenen
photoleitfähigen Schicht bestimmt. Zu diesem
Zweck wurden Polyimidschichten ohne TNF (Dicke 10 µm),
solche, die 5 Gew.-% TNF enthielten (10 µm), und solche,
die 10, 15 bzw. 20 Gew.-% TNF enthielten (Dicke 12 µm)
(alle Prozentsätze beziehen sich auf das Gewicht der
Polyamidsäurelösung), jeweils mit einer Lichtquelle von
900 Lux mit Licht des sichtbaren Wellenlängenbereiches
belichtet. Das Anfangs-Oberflächenpotential(V i ) betrug
1000 V, die Ladung war negativ. Die erzielten Ergebnisse
sind in der Fig. 6 dargestellt, in welcher der Quotient
V t /V i gegen die Zeit in Sekunden in Form eines Diagramms
aufgetragen ist.
Wie aus der Fig. 6 hervorgeht, verlor das Polyimid
ohne Fluorenon-Zusatz seine Ladung beim Belichten nicht
schnell genug, mit steigendem TNF-Gehalt trat jedoch
eine sehr schnelle Abnahme des Oberflächenpotentials
auf.
Eine schnelle Abnahme des Oberflächenpotentials geht
auch aus der Fig. 7 hervor, in der V t /V i in Form eines
Diagramms gegen die Zeit in Sekunden aufgetragen ist,
die einen Versuch mit einer Polyimidschicht darstellt,
die auf die vorstehend beschriebene Weise hergestellt
worden ist und 20 Gew.-% TNF, bezogen auf die Polyamidsäurelösung,
enthielt und eine Dicke von 10 µm aufwies.
Zum Belichten wurde eine Lichtquelle mit Licht im sichtbaren
Wellenlängenbereich von 2430 Lux verwendet. Auch
in diesem Fall war der Unterschied zwischen dem Verlust
der negativen Ladung und dem Verlust der positiven Ladung
beim Belichten sehr gering.
Auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise wurde eine Polyimidschicht
mit dem in Beispiel 1 beschriebenen Polyimid hergestellt.
Sie hat eine Dicke von 20 µm und enthielt 10 Gew.-%
2,4,5,7-Tetranitro-9-fluorenon, bezogen auf die Polyamidsäurelösung.
Der Verlust an negativer Ladung beim Belichten dieser Schicht
wurde mit einem Anfangs-Oberflächenpotential (V i ) von
800 V und einer Lichtquelle von 2400 Lux bestimmt.
In der Fig. 8 ist V t /V i in Form eines Diagramms gegen die
Zeit in Sekunden aufgetragen. Ein Vergleich mit der Fig. 7
(Kurve mit 10 Gew.-% TNF) zeigt, daß der Ladungsverlust
beim Belichten mit Licht des sichtbaren Wellenlängenbereiches
nur geringfügig schneller erfolgte bei Verwendung von
TNF als bei Verwendung der entsprechenden Tetranitroverbindung.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung eines elektrophotographischen
Aufzeichnungsmaterials durch Beschichten eines Trägers
mit einem photoleitfähigen Polyimid-Überzug, der
2,4,7-Trinitro-9-fluorenon oder 2,4,5,7-Tetranitro-9-
fluorenon enthält, dadurch gekennzeichnet,
daß es die folgenden Stufen umfaßt:
- (a) Beschichten des Trägers mit einer Lösung, die in einem
organischen Lösungsmittel gelöst enthält eine Polyamidsäure
mit wiederkehrenden Einheiten der allgemeinen
Formel
worin bedeuten:
R einen vierwertigen organischen Rest mit mindestens zwei Kohlenstoffatomen, wobei nicht mehr als zwei Carbonylgruppen an irgendein Kohlenstoffatom von R gebunden sind, und
R₁ einen zweiwertigen organischen Rest mit mindestens zwei Kohlenstoffatomen, die an zwei Stickstoffatome gebunden sind, wobei die Stickstoffatome an verschiedene Kohlenstoffatome des zweiwertigen Restes R₁ gebunden sind, und worin R und/oder R₁ mindestens einen aromatischen Ring mit 6 Kohlenstoffatomen enthalten,
sowie das Nitrofluorenon in einer Menge von 1 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die Polyamidsäurelösung, und - (b) Erhitzen des mit der Lösung beschichteten Trägers auf eine Temperatur von nicht mehr als 150°C.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man eine Beschichtungslösung verwendet, die 12 bis 30
Gew.-% 2,4,7-Trinitro-9-fluorenon enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß man eine Beschichtungslösung verwendet, die 15
bis 20 Gew.-% 2,4,7-Trinitro-9-fluorenon enthält.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß man den mit der Lösung beschichteten
Träger auf eine Temperatur von 85 bis 120°C erhitzt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß man den mit der Lösung beschichteten
Träger auf eine Temperatur von 90 bis 110°C erhitzt.
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