DE3247364A1 - Umhuellung fuer rauchartikel - Google Patents
Umhuellung fuer rauchartikelInfo
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Description
G 53 628
OLIN Corporation
Pisgah Forest
North Carolina 28 768
Pisgah Forest
North Carolina 28 768
(USA)
Umhüllung für Rauchartikel
Umhüllung für Rauchartikel
Technischer Bereich
Vorliegende Erfindung bezieht sich insgesamt auf Rauchartikel wie Zigaretten, Zigarren od.dgl. und die Umhüllung für den Tabakstrang
dieser Rauchartikel, und insbesondere auf eine verbesserte Umhüllung für solche Rauchartikel, die entweder allein oder als innere Hülle
in Verbindung mit einer klassischen äußeren Hülle verwendet wird.
Ein mit Rauchartikeln wie Zigaretten oder Zigarren verbundenes Problern
stellt die Menge von sekundärem Rauch dar, der bei statischer Verbrennung abgegeben wird, wenn z.B. der Rauchartikel sich in Ruhestellung
befindet und der Raucher nicht daran zieht, oder wenn der Rauchartikel brennend in einem Aschenbecher liegt. Der sichtbare
sekundäre Rauch, der von einem Rauchartikel wie einer Zigarette
während der statischen Verbrennung abgegeben wird, ist für Nichtraucher,
die sich in der Nähe der in Ruhestellung befindlichen Zigarette befinden, störend und belästigend. Ein Problem der bis
heute entwickelten Umhüllungen, die wenig sekundären Rauch abgeben,
liegt darin,,daß sie aufgrund der schlechten Veraschungseigenschaften
der Umhüllungen flockigen und/oder farblose Asche abgeben.
- - --- Λ^ ■■■
Verschiedene Mechanismen wurden in Rauchartikel eingebaut, um den sichtbaren sekundären Rauchstrom zu reduzieren und die Veraschungs-
eigenschaften der Umhüllungen zu verbessern, aber bisher war keiner
dieser Artikel kommerziell erfolgreich in der Überwindung dieser
beiden Probleme.
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Das wahrscheinlich bis heute erfolgreichste Mittel, um sichtbaren
sekundären Rauchstrom zu reduzieren, wird in der US-Patentschrift 3,231,377 von Cline et al beschrieben, das dem Rechtsnachfolger
des Anmelders, der Firma OLIN Corporation, gehört.
In diesem Patent ist eine Umhüllung für Rauchartikel wie Zigaretten,
Zigarren od.dgl. beschriebenV^He" mindestens 15 Gewichtsprozent
Magnesiumoxyd oder ein Hydrat davon und mindestens 0,5 Gewichtsprozent eines spezifischen chemischen Zusatzes enthält, wie z.B.
Alkalimetallazetate, Karbonate,Ziträte, Nitrate oder Tartrate enthält.
Die Verbindung von Magnesiumoxyd oder seines Hydrats mit
einem beliebigen dieser chemischen Zusätze reduziert deutlich den
sichtbaren sekundären Rauchstrom, der während der statischen Verbrennung von Rauc'nartikeln ausgeht, die diese Umhüllung haben.
Die Umhüllung kann klassiches Zigarettenpapier mit Magnesiumoxyd
enthalten und der im Papier als Füller eingefügte Zusatz kann entweder EtHein oder in Form beider Zusätze auf das Papier als Beschichtung
aufgetragen werden. Zusätze enthaltende Umhüllungen können statt klassischen Umhüllungen für Rauchartikel verwendet
werden, oder aber als innere Umhüllung für den Tabakstrang in Verbindung mit einer klassischen äußeren Umhüllung aus Zigarettenpapier
oder einem Zigarrendeckblatt.
Entsprechend der Lehre dieses Patentes kann eine wesentliche und sehr wünschenswerte Reduzierung des sichtbaren sekundären Rauches
erzielt werden, wenn man Zigarettenpapier mit einem Füller aus
Magnesiumoxyd in Verbindung mit bestimmten chemischen Zusätzen ver-.
wendet. Diese Papiere produzierten stets eine flockige Asche und wurden von den Zigarettenherstellern aufgrund der schlechten Veraschungseigenschaften
als nicht akzeptierbar betrachtet. Aus-
ORIGINAL INSPECTED
.ΛΟ&-
giebige Versuche haben keinerlei chemischen Zusatz oder brennbaren
chemischen Stoff oder eine Kombination daraus ergeben, mit denen dieses Problem überwunden werden kann.
Während der Herstellung des Papiers wurden die reaktiveren Grade des Magnesiumoxyds, welche als den sekundären Rauchstrom reduzierende
Füller sehr wirksam sind, mindestens teilweise in Magnesiumhydroxyd umgewandelt. MagChem 40, das von der Firma Martin Marietta
Company hergestellt wird, ist ein Beispiel für diesen Produkttyp, welcher eine sehr flockige Zigarettenpapierasche ergibt. Dagegen
ergibt ein hartgebranntes unreaktives Magnesiumoxyd wie MagChem 10,
das von der gleichen Firma hergestellt wird, eine weiße feste
Asche, die schrumpft und gut hält. Dieses unreaktive Oxyd hydriert, um bei Umgebungstemperatur nur sehr langsam Magnesiumhydroxyd zu
bilden, und bleibt weitgehend unverändert im fertigen Papier, wenn es als Füller benutzt wird. Papiere mit einem Füller aus unreaktivem
Magnesiumoxyd ergeben keine Reduzierung des sekundären Rauchstroms
über den Wert hinaus, der mit Kalziumkarbonat bei gleich
hohen Mengen an Basisgewicht und Verbrennungsbeschleunigern erreicht
werden kann.
Diese Tatsachen lassen darauf schließen, daß Magnesiumhydroxyd eine
notwendige Zutat ist, wenn man eine optimale Reduzierung des sekundären Rauches erreichen will. Es wurde angenommen, daß, wenn die
Wirkung von Magnesiumhydroxyd auf die Verbrennung von Zigaretten auf die "endothermische Dehydrierung bei etwa 350° C zurückzuführen
ist, die Ausbeute von sekundärem Teer im umgekehrten Verhältnis zu der Menge von Magnesiumhydroxyd im Papier steht. Es wurde festgestellt,
daß dies nicht vollkommen zutrifft. So ist zum Beispiel MagChem 40, das durch Aufschlemmung über Nacht vollkommen hydriert
wurde, nicht wirksamer, als wenn es ohne Vorbehandlung für die Anfertigung
von Handblättern verwendet wird. Während der Herstellung
der Handblätter wurden etwa 50 % des unbehandelten Füllers in
Magnesiumhydroxyd umgewandelt. Aus pulverförmiges Magnesiumhydroxyd,
das als einzige-Füllerkomponente verwendet wurde, ergab keine
größere Reduzierung des sekundären Rauchstromes als das teilweise hydrierte Oxyd und ergab eine dunklere, sehr flockige Asche.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Cellulose
Umhüllung für Rauchartikel anzubieten, die einen geringeren sekundären
Rauchstrom und eine feste nicht flockige Asche produziert.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, verbesserte Cellulose-Umhlillungen
und darin eingewickelte Rauchartikel anzubieten,
welche die Kosten und möglichen Risiken der Beimengung von anorganischen Fasern in die Umhüllung vermeidet, um eine nicht
flockige Asche zu erhalten.
Diese Ziele und Vorteile werden durch meine Entdeckung gewährleistet,
da wahrscheinlich ein inniger Kontakt zwischen Magnesiumhydroxyd
und Cellulose-Fasern erforderlich ist, um eine wirksame
Reduzierung des sekundären Rauchstroms zu erreichen. Wenn also die dem Papier beigemischte Füllermenge ansteigt, wird ein Punkt
erreicht, an dem zusätzliche Mengen von Magnesiumhydroxyd die
Faseroberflächen nicht mehr berühren, sondern sich auf bereits abgesetztem Füllerstoff absetzen und so größere Aggregate formen.
Außerdem sollte dann das Magnesiumhydroxyd mit kleiner Partikel größe
geeignet sein, die Faseroberflächen bei einem geringen Gesamtinhalt in dem Blatt zu bedecken.
Im allgemeinen sollte die durchschnittliche Partikel größe nicht
mehr als· 10 Micrometer und vorzugsweise nicht größer als 2 Micrometer
betragen.
Da festgestellt wurde, daß schlechte Asche mit der Magnesiumhydroxyd-Konzentration
in dem Papier in Verbindung steht, sollte es möglich sein, sowohl verbesserte Asche und einen geringeren
sekundären Rauchstrom zu erzielen, wenn man einen inerten Füller
wie MagChem 10 verwendet (ein nicht reaktives Magnesiumoxyd) zusammen
mit einem kleinen Anteil von Magnesiumhydroxyd mit geringer Partikel größe. Versuche haben gezeigt, daß dies durchführbar
ist.
Die Erfindung besteht dann aus einem verbesserten Zigarettenpapier
das eine weitgehend reduzierte Ausbeute von sekundärem Teer und sichtbarem Nebenrauch ergibt, während eine helle feste
Asche gebildet wird, die dazu neigt, eher festzuhalten als in Flocken von dem Rauchartikel abzufallen. Der Füllstoff im Papier
besteht aus einer Mischung einer größeren Menge von nicht reaktivem Magnesiumoxyd oder anderen inerten Füllern mit einer kleineren
Menge von fein unterteiltem Magnesiumhydroxyd. Das Papier sollte
ebenfalls einen chemischen Zusatz für die Beschleunigung der Verbrennungsrate enthalten, wie er in dem US-Patent 4,231,377
beschrieben ist.
Die Zeichnung ist ein Diagramm der Ausbeute von sekundärem Teer gegenüber der Porosität für die in Beispiel III beschriebenen
Versuche.
Die erfindungsgemäßen Cellulose-Umhüllungen können durch Einfügung
des Magnesiumhydroxyds und Füllern aus nicht reaktivem Magnesiumoxyd
in die Umhüllungsmasse hergestellt werden. Zusätzlich können
noch andere inerte Füller in Verbindung mit Mg (0H)? und MgO, wie
zum Beispiel Kalziumkarbonat, verwendet werden. Die Füllstoffe aus Mg (OH)2 und MgO können auf die verbesserte Umhüllung als Schicht
aufgetragen werden, dies ist jedoch nicht wünschenswert, da dadurch kein so guter Kontakt zwischen den Füllern und den Papierfasern
erreicht wird. Bei Zigarettenpapier werden die Füllstoffe
und das Magnesiumhydroxyd in eine gewöhnliche Papiermasse, wie
Holzbrei oder Flachsfasern zugegeben. Die Masse aus Faserbrei,
Magnesiumhydroxyd und Füllstoffen wird dann für die Herstellung eines Papierblattes auf üblichen Papierherstellungsmaschinen
verwendet.
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Das Magnesiumhydroxyd und die Füllstoffe können einer Fasermasse
beigemengt werden, die üblicherweise für die Herstellung von Papierumhüllungen
aus Cellulose für Zigaretten oder für Tabakmaterial verwendet werden, das als Zigarrendeckblatt benutzt wird. So kann zusätzlich
zu Holz- oder Flachsfasern die Basismasse aus zerstoßenen Tabakstengeln oder -stielen bestehen, denen ein kleiner Prozentsatz
von feinkörnigem Magnesiumhydroxyd und nicht reaktives Magnesiumoxyd
beigemengt wird.
Umhüllungen für Rauchartikel, die den kleinen Prozentsatz von
Magnesiumhydroxyd und das nicht reaktive Magnesiumoxyd mit oder ohne die anderen erfindungsgemäßen Füllstoffe enthält, können als
innere Umhüllung unter einer normalen äußeren Hülle für den Tabakstrang einer Zigarette oder Zigarre verwendet werden. Klassisches
Zigarettenpapier und vorzugsweise sehr poröses oder perforiertes
Zigarettenpapier oder ein Zigarrendeckblatt kann als äußere Umhüllung
für den Rauchartikel verwendet werden. Eine solche Kombination
kann das Tabakgewicht reduzieren, das notwendig ist, um ein zufriedenstellendes Produkt herzustellen,erhöht die Festigkeit
des Tabakstranges und verändert nicht das Erscheinungsbild der Zigarette oder der Zigarre. Umhüllungen, die die erfindungsgemäßen
Zusätze enthalten, können ebenfalls als einzige Umhüllung für Rauchartikel verwendet werden. Bei Zigaretten ist es besonders
wünschenswert, Papiere zu verwenden, die ein hohes Basisgewicht haben, wenn nur eine einzige Umhüllung verwendet wird.
Wie vorstehend erklärt, ergibt sich eine Reduzierung von sekundärem
Rauch und eine Verbesserung des Erscheinungsbildes der Asche, wenn Füllstoffe verwendet werden, die typische Zigarettenpapierwerte
von 30 % und Basisgewichte im Bereich von 25 g/m
ORIGINAL INSPECTED
haben. Optimale Resultate erzielt man bei Basisgewichten von 40 g/m
bis 100 g/m und Gesamtfüll stoffmengen von 40 bis 60 %. Die Konzentration
des Magnesiumhydroxyds im Füllstoff hängt u.a. von der Partikelgröße ab, liegt jedoch zwischen 5 bis 50 % oder 2,5 % bis
25 % des gesamten Papiergewichtes bei einem Papier mit einem Gesamtgehalt
von 50 % Füllstoffen. Zur Erzielung optimaler Resultate sollten die Umhüllungen ebenfalls mindestens 0,5 % und vorzugsweise
2 % oder mehr von mindestens einem der chemischen Zusätze für die Beschleunigung der Verbrennungsrate enthalten, die in dem
US-Patent 3,231,377 beschrieben sind.
Alle in den folgenden Beispielen beschriebene Handblätter, die die
Erfindung erklären, wurden so hergestellt, daß sie eine Gesarnt-
2 menge von 50 % Füllstoffen bei einem Basisgewic'nt von 100 g/m
enthalten. Alle wurden auf der Presse mit 3,0 % Natriumazetat
behandelt. Testzigaretten wurden unter Verwendung von geeigneten Mengen Tabaks Kentucky Referee 1R3 neu gerollt. In jedem Beispiel
wurde gekennzeicnneter Flachs aus demselben Rührvorgang für alle Handblätter benutzt.
HydroMagma, eine von der Firma Merck and Company hergestellte Magnesiumhydroxydpaste,
hat eine durchschnittliche Partikel größe von
weit unter 1 Micrometer. Dieses Beispiel vergleicht Mischungen aus HydroMagma und MagChem 10 (ein nicht reaktives Magnesiumoxyd) mit
ähnlichen Mischungen aus MagChem 10 und einer Probe aus trockenpul verförmi gen Magnesiumhydroxyd (hergestellt von Basic, Incorporated)
mit einer Partikelgröße im Bereich von 10 Micrometer.
Die Resultate sind nachstehend angegeben:
75 % MagChem 10/
10 25 % Magnesiumhydroxydpulver
50 % MagChem 10/
50 % Magnesiumhydroxydpulver
15 100 % MagChem 40 +)
(Kontrolle)
Greinersche Sekundärer Durchschnittliche
| FUl1 stoffzusammen | Porosität | Teer | 9.6 | Brenndauer |
| setzung | (Sek/50 cc) (mg/Zigarette) | (Minuten) | ||
| 75 % MagChem 10/ | 9.8 | |||
| 25 % HydroMagma | 51.0 | 13.8 | ||
| 50 % MagChem 10/ | ||||
| 50 % HydroMagma | 112.0 | 14.6 | ||
22.9
19.2
16.3
16.3
13.0
12.3 10.3
10.4
Der Vergleich der beiden Formen von Magnesiumhydroxyd ist leicht durch
die Tatsache eingeschränkt, daß unterschiedlicher Flachsvorrat in beiden
Fällen verwendet wurde. Es steht jedoch fest, daß das Magnesiumhydroxyd mit der kleineren Partikel größe wirksamer in der Reduzierung
von sekundärem Teer ist. Die Asche aller Papiere mit den gemischten Füllstoffen war sehr viel fester und heller in der Farbe als das aus
der Kontrolle.
+) (Das von der Firma Martin Marietta Company hergestellte MagChem 40
ist eine reaktive Form von Magnesiumoxyd, welches teilweise während der Herstellung des Papiers in Magnesiumhydroxyd umgewandelt
wird.)
In dieser Testreihe wurden wieder Handblätter aus MagChem 10 als nichtreaktiver
Anteil des Füllstoffes zusammen mit verschiedenen Anteilen von
Magnesiumhydroxyd verwendet, das aus einem Schlamm gewonnen wurde, der
von Merck and Company geliefert wird und R1458 genannt wird. Die durchschnittliche
Partikelgröße dieses Magnesiumshydroxyds war größer als
diejenige des HydroMagma aus dem vorhergehenden Beispiel, betrug jedoch
immer noch weniger als 1 Micrometer. Die Ergebnisse sind in nachstehender Tabelle zusammengefaßt:
| Prozent Magnesium | 25 | Greinersche | Sekundärer | Durchschnittliche | |
| hydroxyd im Füll | 20 | Porosität | Teer | Brenndauer | |
| 10 | stoff | 15 | (Sek/50 cc) | (mg/Zigartte) | (Minuten) |
| 10 | 25.0 | 11.3 | 10.4 | ||
| 5 | 22.8 | 11.5 | 9.7 | ||
| MagChem 40 | 22.0 | 11.6 | 9.8 | ||
| 15 | Kontrol1e | 20.6 | 12.0 | 9.6 | |
| 20.9 | 14.5 | 9.5 | |||
| 10.5 | 9.6 | 9.9 |
Wie im Beispiel I ergaben alle Papiere mit dem gemischten Füllstoff
eine hellere, weniger flockige Asche als die Kontrolle mit MagChem 40.
In diesem Beispiel wurden 75 zu 25 Mischungen aus MagChem 10 mit vier verschiedenen Arten von Magnesiumhydroxyd verwendet, um Handblätter
aus drei verschiedenen Flachsvorräten herzustellen, die auf "verschiedene Werte von Gewicht, Länge und Freiheit raffiniert wurden.
Das in dieser Untersuchung verwendete Magnesiumhydroxyd war eine
HydroMagma-Paste; R1458 Flamm; das trockene Pulver der Firma
Basic, Incorporated und ein weiteres trockenes Pulver mit ähnlicher
Partikelgröße, das von Merck and Company hergestellt und Marinco H.
verwendet. Die Ergebnisse sind in der Zeichnung grafisch dargestellt, in der die Ausbeute am sekundären Teer gegen die Porosität dargestellt
wird, die mit dem Grad der Raffinierung zusammenhängt. Obwohl geringe
Unterschiede aufgrund anderer Faktoren vorhanden sein können, ist die Partikel größe des Magnesiumhydroxyds eindeutig- die wichtigste
Variable, die die Ausbeute an Nebenprodukten beeinflußt. So liegen die Kurven für die HydroMagma-Paste und den R1458 Flamm mit
ihren sehr viel geringeren Partikel größen nahe beieinander und weit
unter denjenigen für die zwei trockenen Pulver, die größere Partikel
aufweisen.
Beispiel Nr. IV
In diesem Beispiel wurden zwei wässrige Lösungen von Magnesiumhydroxyd
verwendet, die von der Firma Dow Chemical Company geliefert werden.
Eine dieser Lösungen, ein Handelsprodukt mit dem Namen MHT-60, hat eine durchschnittliche Partikel größe im Bereich von 5 bis 10 Micrometer.
Die andere feinstgemahlene (naßgemahlene) Version von MHT-60
hatte eine durchschnittliche Partikelgröße von weniger als 1,0 Micrometer.
Die andere Komponente des Füllstoffes war entweder MagChem
Magnesiumoxyd oder in Säcken geliefertes Kalziumkarbonat der Firma
Missisippi Lime Company. Die mit in diesem Papier eingewickelten
Zigaretten erzielten Resultate sind in nachstehender Tabelle angegeben:
Greinersche Sekundärer Durchschnitt-Füllstoff zusammen- Porosität Teer liehe Brenndauer
Setzung (Sek/50 cc) (mg/Zigarette) (Minuten! 25
| 75 % MagChem 10/ 25 % MHT-.60 (feinstgemahlen) |
17.0 | 11.5 | 9.3 |
| 75 5 25 5 |
10.0 | 13.6 | 10.3 |
| % MagChem 10/ Ό MHT-60 |
17.5 | 13.0 | 9.9 |
| 75 % Kalziumkarbonat 25 % MHT-60 feinstgemahlen |
12.5 | 13.3 | 10.0 |
| 75 5 25 ? |
9.3 | 18.7 | 10.3 |
| Ό Kalziumkarbonat Ό MHT-60 |
|||
| 100 % MagChem 10 Kontrolle |
ORIGINAL INSPECTED
Bei Verwendung in Verbindung mit MagChem 10 war das feinstgemahlene
MHT-60 mit seiner kleineren Partikel größe wirksamer für die Reduzierung
der Ausbeute von sekundärem Teer. Diese Wirkung·trat nicht in den Mischungen mit Kalziumkarbonat auf. Diese Füllstoffe ergaben
weitaus mehr Reduzierung der sekundären Produkte als die MagChem 10 Kontrolle. Alle Handblätter aus diesem Beispiel ergaben hellere
Asche als Papier, das mit Magnesiumhydroxyd oder einem der reaktiven
Grade von Magnesiumoxyd als einzigem Füllstoff hergestellt wurden.
Industrielle Anwendung
Cellulosehaltige Umhüllungen für Rauchartikel werden mit Füllstoffen
aus feinkörnigem Magnesiumhydroxyd und nichtreaktivem Magnesiumoxyd
hergestellt. Außerdem können im Basismaterial für die Umhüllungen
auch andere inerte Füllstoffe wie z.B. Kalziumkarbonat verwendet
werden. Das Magnesiumhydroxyd und nichtreaktive Magnesiumoxyd können,
obwohl dieses weniger wirksam ist, auf die verbesserte Umhüllung als eine Beschichtung aufgetragen werden. Im Falle von Zigarettenpapier
werden diese Materialien einer üblichen Papiermischung beigegeben,
wie z.B. breiförmiges Holz oder Flachsfasern. Die Mischung aus Faserbrei, Magnesiumhydroxyd und Füllstoffen aus Magnesiumoxyd werden dann
verwendet, um Papier auf üblichen Papierherstellungsmaschinen herzustellen.
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Claims (8)
- Patentansprüche - - - · --1I. Umhüllung für Rauchartikel wie Zigaretten,Zigarren od. dgl.,d a d u r c h/g e k en η ζ e ic h η e t , daß sie ein celluloseartiges Blatt aufweist, das einen · Füller aus feinkörmigem Magnesiumhydroxyd mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von weniger als 10 Micrometer (Mikron) sowie nichtreaktivem Magnesiumoxyd enthält.
- 2. Umhüllung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß das Magnesiumhydroxyd in einer Menge von 5 bis 50% des Gesamtgewichtes des cellusloseartigen Blattes verhanden ist.
- 3. Umhüllung nach Ansruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, 15daß sämtliche Partikel des Magnesiumhydroxyds nicht größer als 10 Micrometer sind.
- 4. Umhüllung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das Magnesiumhydroxyd in einer Menge zwischen 5% und 25% des Gesamtgewichtes des cellulosenartigen Blattes mit einer Gesamtmenge von 50 Gewichtsprozent Füllstoffen vorhanden ist.
- 5. Umhüllung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikelgröße des Magnesiumhydroxyds nicht größer als 2 Micrometer ist.
- 306. Umhüllung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnesiumhydroxyd in einer Menge vorhanden ist, die gerade ausreicht, um die Fasern des celluloseartigen Blattes zu beschichten.
- 7. Umhüllung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Zigarettenpapier ist.5
- 8. Umhüllung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch kennzeichnet, daß sie ein Zigarrendeckblatt ist.ORiGINAL INSPECTED
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