DE69315135T3 - Papier für Tintenstrahldruck und Verfahren zur Herstellung - Google Patents
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Description
- Diese Erfindung betrifft ein Tintenstrahlaufzeichnungspapier zur Aufzeichnung mit Tinte auf Wasserbasis und insbesondere ein Tintenstrahlaufzeichnungspapier mit hoher Aufzeichnungsqualität.
- Bei Tintenstrahlaufzeichnungen werden nach einer Vielfalt von unterschiedlichen Mechanismen kleine Tintentröpfchen abgegeben, um so auf dem Druckpapier ein Bild aus Punkten zu bilden. Im Unterschied zu dem Fall des mechanischen Druckens von Punkten ist dieses Verfahren leise, macht das Erhalten vollfarbiger Bilder leicht und gestattet das Durchführen des Druckens bei hohen Geschwindigkeiten.
- Da die in Tintenstrahlaufzeichnungen verwendete Tinte jedoch üblicherweise eine Tinte auf Wasserbasis ist, die auf einem Direktfarbstoff oder einem sauren Farbstoff basiert, hat sie schlechte Trocknungseigenschaften.
- Die Eigenschaften, die bei dem Papier erforderlich sind, welches für Tintenstrahlaufzeichnungen verwendet wird, sind wie folgt
- (1) es soll das rasche Trocknen der Tinte gestatten,
- (2) es soll hohe Druckgeschwindigkeiten gestatten,
- (3) es soll wenig Streuen, Fahnenziehen oder Verwischen von Punkten ergeben.
- Konventionellerweise wurde Eigenschaft (1) verbessert, indem eine Tintenstrahlaufzeichnungsschicht geschaffen wurde, die ein Siliciumdioxid mit großer spezifischer Oberfläche umfaßte, um so die Tintenaufnahme zu erhöhen. Wenn die Tintenaufnahme zu stark erhöht wird, nimmt die Druckdichte ab. Es wurde daher ein Verfahren entwickelt, um die Menge der Hohlräume in Aufzeichnungspapier zu steuern, um dieses Problem zu lösen, wie es in dem japanischen Tokko Sho 63-22997 beschrieben ist.
- Aufgrund neuerer Fortschritte bei Tintenstrahldruckern und vielfältigeren Bedürfnissen stellte sich die Anforderung nach besserer Auflösung und höherer Bildqualität. Die Verwendung von Tintenstrahlaufzeichnungspapier mit einer Aufzeichnungsschicht mit einem Pigment mit großer spezifischer Oberfläche führte jedoch dazu, daß die Oberfläche der Aufzeichnungsschicht eine geringe Glätte aufwies. Daraus resultierend wies das Aussehen des Bildes Qualitätsmängel auf, die Punkte waren keine perfekten Kreise und die Reproduzierbarkeit des Bildes war unbefriedigend.
- Zur Verbesserung der Glätte wurde mit konventionellen pigmentbeschichteten Tintenstrahlaufzeichnungspapieren eine Superkalanderbehandlung oder andere Behandlung durchgeführt. Dies verbesserte Glanz und Glätte, aber die poröse Struktur der Tintenstrahlaufzeichnungsschicht wurde zerstört. Als Folge davon nahmen Tintenaufnahmemenge und Tintenaufnahmegeschwindigkeit ab und die Trocknungseigenschaften waren schlechter.
- Es gibt auch harzbeschichtete Tintenstrahlaufzeichnungspapiere, die eine relativ glatte Oberfläche aufweisen. Da dieser Papiertyp jedoch fast keine Pigmente mit großer spezifischer Oberfläche enthält, waren Tintenaufnahmemenge und -aufnahmegeschwindigkeit niedrig.
- Bei der Tintenstrahlaufzeichnung wird wäßrige Tinte verwendet, bei der ein Farbstoff in Wasser aufgelöst wird, wenn aber das Wasser an dem Papier haftet, neigt das Bild nach dem Druken zum Verwischen und Verlaufen. Im Fall von harzbeschichteten Papieren wurden im allgemeinen wasserlösliche Harze verwendet, so daß diese Neigung besonders ausgeprägt war.
- Die US-A-4 778 711 offenbart ein Aufzeichnungspapier, das ein Basispapier und auf diesem eine Aufzeichnungsschicht umfaßt, wobei die Schicht mindestens 40 Gew.% eines Pigments und nicht mehr als 60 Gew.% eines Bindemittels umfaßt, wobei die Aufzeichnungsschicht eine durchschnittliche Mittellinien-Oberflächenrauheit von nicht mehr als 2 μm und eine Luftdurchlässigkeit von nicht mehr als 4000 Sekunden aufweist.
- Nach der Durchführung vieler Untersuchungen mit Tintenstrahlaufzeichnungspapieren zur Lösung der genannten Probleme haben die Erfinder herausgefunden, daß es möglich war, eine Aufzeichnungsoberfläche mit hohem Glanz und hoher Glätte zu erhalten, eine große Tintenaufnahmemenge und hohe Tintenaufnahmege schwindigkeit zu erhalten und dem Bild Wasserfestigkeit zu verleihen. Dies führte zu der vorliegenden Erfindung.
- Es ist somit eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Tintenstrahlaufzeichnungspapier zu schaffen, das eine Aufzeichnungsschicht mit hoher Oberflächenglätte aufweist, ein Bild mit einer sehr hohen Erscheinungsqualität ergibt und große Tinteaufnahmemenge und -geschwindigkeit gestattet.
- Die genannten Ziele dieser Erfindung werden durch ein Tintenstrahlaufzeichnungspapier gemäß Anspruch 1 erreicht.
- Obwohl beschichtete (gestrichene) Schichten, die solche Pigmente enthalten, im allgemeinen eine gute Tintenaufnahme haben, ist ihr Oberflächenglanz schlecht. Der Glanz und die Glätte werden verbessert, indem das Papier eine Superkalanderbehandlung oder andere Behandlung erhält, aber dies zerstört die poröse Struktur des Papiers und die Tintenaufnahme nimmt ab.
- Erfindungsgemäß wird, um die beiden Ziele von Tintenaufnahme und Glätte zu erreichen, ein Trocknungsverfahren verwendet, bei dem die feuchte Oberfläche nach dem Beschichten in Druckkontakt mit einer erhitzten Spiegelendbehandlungsoberfläche gebracht wird. Dieses Trocknungsverfahren ist das gleiche wie das gießbeschichtete Papierherstellungsverfahren, das in JISP001 (6043) definiert ist.
- Wenn dieses Verfahren verwendet wird, wird die spiegelendbehandelte Oberfläche übertragen, ohne die poröse Struktur der beschichteten Oberfläche zu zerstören, so daß sowohl hohe Tintenaufnahme als auch Glätte erhalten werden können. Bei Verwendung dieses Trocknungsverfahrens ist die Luftdurchlässigkeit ungeachtet der Zusammensetzung der Beschichtungslösung aber nicht immer geringer als 1000 Sekunden, und im Fall von beispielsweise einem üblichen gießbeschichteten Papier zum Drucken liegt sie in der Größenordnung von 1500 Sekunden. Pigmentbeschichtete Druckpapiere mit einer Luftdurchlässigkeit von mehr als 1000 Sekunden haben eine niedrige Tintenaufnahme und -aufnahmegeschwindigkeit und können daher nicht für Tintenstrahlaufzeichnungen verwendet werden.
- Erfindungsgemäß ist es das erste Mal mit einer Aufzeichnungsschicht, die ein Pigment mit einer spezifischen Oberfläche von 40 bis 600 m2/g enthält, wobei gleichzeitig das genannte Trocknungsverfahren verwendet wurde, möglich geworden, ein Tintenstrahlaufzeichnungspapier zu erhalten, bei dem die Oberflächenrauheit gemäß 10-Punkte Höhe auf der Aufzeichnungsschichtoberfläche nicht mehr als 5 μm beträgt und die Luftdurchlässigkeit des Papiers nicht mehr als 1000 Sekunden beträgt.
- Es gibt keine spezielle Einschränkung des erfindungsgemäß verwendeten Pigments, vorausgesetzt, daß seine spezifische Oberfläche 40 bis 600 m2/g beträgt. Dieses Pigment kann ausgewählt sein aus einem beliebigen der im Stand der Technik bekannten, zum Beispiel können Siliciumdioxid, weißer Kohlenstoff (Quarzpulver, Weißruß) oder nach dem Naßverfahren hergestelltes Siliciumdioxidgel oder nach dem Trockenverfahren hergestelltes superfeines Siliciumdioxid, ein Calciumcarbonat-Siliciumdioxid-Komplex mit einer Teilchenstruktur, die im wesentlichen aus Siliciumdioxid besteht, das in Calciumcarbonatkristallen kristallisiert ist, verwendet werden. Es können auch Mischungen dieser Pigmente verwendet werden. Insbesondere bei Verwendung eines Calciumcarbonat-Siliciumdioxid-Komplexes kann eine Aufzeichnungsschicht mit hervorragendem Glanz erhalten werden.
- Erfindungsgemäß ist der Mischungsanteil des Pigments in der Aufzeichnungsschicht vorzugsweise 45 Gew.% oder mehr, liegt jedoch vorzugsweise im Bereich von 45 Gew.% bis 80 Gew.%.
- Es gibt keine besondere Einschränkungen hinsichtlich der erfindungsgemäß verwendeten Bindemittel, vorausgesetzt, daß es sich um ein wäßriges Bindemittel handelt. Dieses Bindemittel kann ausgewählt sein aus im Stand der Technik bekannten Harzen wie Kasein, Stärke, Polyvinylalkohol, Carboxymethylcellulose, Styrol-Butadien-Latex und Vinylacetatemulsionen, wobei diese Harze entweder allein oder gemischt verwendet werden. Insbesondere bei Verwendung des Gelierungs-Gießbeschichtungsverfahrens, welches ein Koagulierungsverfahren ist, ist das verwendete Harz vorzugsweise Kasein. Der Mischungsanteil des Bindemittels in der Aufzeichnungsschicht beträgt nicht mehr als 55 Gew.%, liegt jedoch vorzugsweise im Bereich von 20 Gew.% bis 55 Gew.%.
- Erfindungsgemäß wird gleichzeitig mit dem genannten Bindemittel ein kationischer Polymerelektrolyt verwendet. Dieser Elektrolyt reagiert mit anionischen Gruppen wie Sulfonsäure in dem wasserlöslichen Direktfarbstoff oder wasserlöslichen sauren Farbstoffmolekül, um so Salze zu bilden, die wasserunlöslich sind, wodurch die Wasserbeständigkeit des aufgezeichneten Bildes verbessert wird.
- Beispiele für solche kationischen Polymerelektrolyte sind Polyvinylbenzyltrimethylammoniumhalogenid, Polydiacryldimethylammoniumhalogenid, Polydimethylaminoethylmethacrylathydrochlorid, Polyethylenimin, Dicyandiamidformalinkondensat, mit Epichlorhydrin modifiziertes Polyalkylamin, Polyvinylpyridiniumhalogenid, quartäre Ammoniumsalze und Polyamine. Der Mischungsanteil des kationischen Polymerelektrolyten beträgt 1 bis 30 Gew.%, insbesondere 5 bis 20 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Bindemittels.
- Die erfindungsgemäße Tintenstrahlaufzeichnungsschicht kann, falls erforderlich, zusätzlich zu den genannten Pigmenten und Bindemitteln auch verschiedene Additive wie Dispergiermittel, Antischaummittel, Farbstoffe und Mittel zum Modifizieren der Fließfähigkeit enthalten.
- Die erfindungsgemäße Tintenstrahlaufzeichnungsschicht kann mittels jedem geeigneten im Stand der Technik bekannten Beschichtungsverfahren unter Verwendung eines Beschichtungswerkzeugs wie eines Rakelbeschichters, Luftmesserbeschichters, Florstreichers, Stabbeschichters, Gravurbeschichters oder Kommabeschichters aufgebracht werden.
- Das Beschichtungsgewicht beträgt 2 bis 50 g/m2, jedoch vorzugsweise 6 bis 30 g/m2, ausgedrückt als Feststoffe auf jeder Oberfläche, wobei diese Menge nach Wunsch eingestellt wird, um die Oberfläche des Basispapiers zu bedecken und eine ausreichende Tintenaufnahme zu erhalten.
- Die erfindungsgemäße Tintenstrahlaufzeichnungsschicht wird wie zuvor beschrieben getrocknet, indem die feuchte beschichtete Oberfläche mit einer erhitzten Spiegelendbehandlungsoberfläche in Druckkontakt gebracht wird. Dies sind die folgenden drei Zustände der gestrichenen Schicht: 1) der Zustand, der unmittelbar nach dem Bestreichen erhalten wird, bevor die Beschichtung getrocknet ist, 2) der Zustand, der durch Gelieren der Beschichtung erhalten wird, bevor sie getrocknet ist, 3) der erweichte Zustand, der erhalten wird, indem die Beschichtung, nachdem sie getrocknet ist, erneut angefeuchtet wird.
- Erfindungsgemäß ist es von den genannten Zuständen bevorzugt, den gelierten Zustand zu verwenden. Typische Koagulierungsmittel, die in dem Koagulierungsverfahren verwendet werden, sind beispielsweise die Calcium-, Zink-, Barium-, Blei-, Magnesium-, Cadmium- oder Aluminiumsalze von Ameisensäure, Essigsäure, Zitronensäure, Weinsäure, Milchsäure, Salzsäure und Schwefelsäure, oder Kaliumsulfat, Borax und Borsäure. Die Salze von Ameisensäure sind erfindungsgemäß am meisten bevorzugt.
- Die erfindungsgemäß verwendete erhitzte Spiegelendbehandlungsoberfläche bezieht sich im allgemeinen auf eine Trommel mit einer spiegelpolierten zylindrischen Außenoberfläche, die auf etwa 100°C erhitzt ist.
- Beispiele für das erfindungsgemäß verwendete Basispapier sind übliche holzfreie oder holzhaltige Papiere.
- Das erfindungsgemäße Aufzeichnungspapier kann für üblichen Offsetdruck oder dergleichen verwendet werden oder es kann als PPC-Papier verwendet werden.
- Wie hier beschrieben ergibt das erfindungsgemäße Tintenstrahlaufzeichnungspapier durch Auswahl der Zusammensetzung der Beschichtungsschicht und des Trocknungsverfahrens nicht nur Glanz, sondern auch verbesserte Glätte der Aufzeichnungsoberfläche, liefert eine hohe Tintenaufnahme und Tintenaufnahmegeschwindigkeit und verleiht dem Bild Wasserfestigkeit. Da außerdem die Oberfläche eine hohe Glätte aufweist, hat das Bild ein hohes Qualitätsaussehen, und da die erzeugten Punkte fast perfekt rund sind, hat das Bild eine hervorragende Reproduzierbarkeit.
- Beispiele
- Die Erfindung wird nun detaillierter mittels spezifischer Beispiele beschrieben, es sei jedoch darauf hingewiesen, daß sie nicht als durch diese Beispiele in irgendeiner Weise eingeschränkt angesehen werden soll.
- Beispiel 1
- Eine Beschichtungslösung mit 30% Konzentration, die bezogen auf die Feststoffzusammensetzung 60 Gew.% Calciumcarbonat-Siliciumdioxid-Komplex mit einer spezifischen Oberfläche von 60 m2/g (Finesil CM-F, Tokuyama Soda Co. Ltd.) als Pigment, 35 Gew.% Kasein (Milchkasein aus Neuseeland), 4 Gew.% des quartären Ammoniumsalzes von Polyethylenimin als Bindemittel und 1 Gew.% Calciumstearat (Nopcoat C-104: San nopco Co. Ltd.) als Trennmittel enthielt, wurde mit einem Walzbeschichter auf ein holzfreies Papier mit einem Gewicht von 90 g/m2 und einer Luftdurchlässigkeit von 45 Sekunden aufgebracht. Die Beschichtung wurde dann durch Aufbringen einer 10 Gew.% wäßrigen Lösung von Calciumformiat koaguliert.
- Als nächstes wurde, während die aufgestrichene Schicht noch naß war, sie mit der Spiegeloberfläche einer auf 90°C erhitzten Gießtrommel in Druckkontakt gebracht, um sie zu trocknen, wodurch ein erfindungsgemäßes Tintenstrahlaufzeichnungspapier erhalten wurde. Das Beschichtungsgewicht betrug in diesem Fall 19,0 g/m2, bezogen auf das Trockengewicht. Die folgenden Tests wurden mit dem erhaltenen Tintenstrahlaufzeichnungspapier durchgeführt, und die Resultate sind in Tabelle 1 gezeigt.
- (1) Oberflächenrauheit gemäß 10-Punkte-Höhe, gemessen nach JIS B0601.
- (2) Luftdurchlässigkeit, gemessen mit einem Luftdurchlässigkeitstestgerät vom Typ Oken nach J. TAPPI Nr. 5B.
- (3) Glanz bei 75°, gemessen nach JIS Z8741.
- (4) Punktdichte nach Drucken mit einem Farbtintenstrahldrucker (IO-725, Sharp Co.Ltd.), die Reflektionsdichte wurde unter Verwendung eines Konika Mikrodichtemeßgeräts (Mikrodensiometer) PDM-5 (Konica Co.Ltd.) gemessen und als Mittelwert für 5 Punkte ausgedrückt.
- (5) Rundheitskoeffizient
- Der Umkreis des Punkts und die Punktfläche wurden unter Verwendung eines Bildanalysegeräts (ADS Co.LTD.) gemessen, und der gemäß der folgenden Gleichung erhaltene Wert wurde als Rundheitskoeffizient genommen:
- Beispiel 2
- Eine Beschichtungslösung mit einer Konzentration von 30%, die bezogen auf die Feststoffzusammensetzung 60 Gew.% eines Calciumcarbonat-Siliciumdioxid-Komplexes mit einer spezifischen Oberfläche von 80 m2/g (Finesil CM-F) als Pigment, 15 Gew.% Styrol/Butadien-Latex (JSR-0801: Japan Synthetic Rubber Co.Ltd.), 20 Gew.% Kasein (Milchkasein aus Neuseeland), 4 Gew.% des Polydimethylaminoethylmethacrylatchlorids als Bindemittel und 1 Gew.% Calciumstearat als Trennmittel umfaßte, wurde mit einem Walzbeschichter auf ein holzfreies Papier mit einem Gewicht von 90 g/m2 und einer Luftdurchlässigkeit von 45 Sekunden wie in Beispiel 1 aufgebracht. Die Beschichtung wurde als nächstes durch Auftragen einer 10 Gew.% wäßrigen Lösung von Calciumformiat koaguliert und mit der Spiegeloberfläche einer auf 90°C erhitzten Gießtrommel in Druckkontakt gebracht, um sie zu trocknen, wodurch ein erfindungsgemäßes Tintenstrahlaufzeichnungspapier erhalten wurde, bei dem das Beschichtungsgewicht 14,0 g/m2 betrug, bezogen auf das Trokengewicht. Die Resultate der mit dem so er haltenen Tintenstrahlaufzeichnungspapier durchgeführten Tests sind in Tabelle 1 gezeigt.
- Vergleichsbeispiel 1
- Ein Aufzeichnungspapier wurde nach genau dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 erhalten, außer daß ein synthetisches Siliciumdioxid mit einer spezifischen Oberfläche von 30 m2/s (Finesil SP-20, Tokuyama Soda Co.Ltd.) anstelle des Calciumcarbonat-Siliciumdioxid-Komplexes (Finesil CM-F), der als Pigment in Beispiel 1 verwendet worden war, verwendet wurde. Das Beschichtungsgewicht des erhaltenen Aufzeichnungspapiers betrug 18,0 g/m2, ausgedrückt als Trockengewichte. Die Testergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
- Vergleichsbeispiel 2
- Eine Beschichtungslösung mit einer Konzentration von 30 mit genau der gleichen Feststoffzusammensetzung wie der aus Beispiel 1 wurde mit einem Walzbeschichter auf ein Papier mit einem Gewicht von 90 g/m2 aufgebracht. Die Beschichtung wurde in üblicher Weise ohne Koagulierung an der Luft getrocknet und dann mit einer Superkalanderbehandlung behandelt, um so ein Aufzeichnungspapier zu erhalten. Das Beschichtungsgewicht des erhaltenen Aufzeichnungspapiers betrug 18,5 g/m2, ausgedrückt als Trockengewicht. Die Testergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
- Vergleichsbeispiel 3
- Ein Aufzeichnungspapier wurde nach genau dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 erhalten, außer daß eine Beschichtungsschicht mit einer Feststoffzusammensetzung von 5 Gew.% des Siliciumdioxids mit einer spezifischen Oberfläche von 60 m2/g (Finesil CM-F), das als Pigment in Beispiel 1 verwendet worden war, 90 Gew.% Kasein, 4 Gew.% des quartären Ammoniumsalzes von Poly ethylenimin als Bindemittel und 1 Gew.% Calciumstearat als Trennmittel erhalten wurde. Die Beschichtungsmenge des erhaltenen Aufzeichnungspapiers betrug 19,0 g/m2, ausgedrückt als Trockengewichte. Die Testergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
- Vergleichsbeispiel 4
- Ein Test wurde unter Verwendung eines handelsüblichen gießbeschichteten Papiers mit einem Gewicht von 93 g/m2 (Espricoat F: Nippon Paper Industries Co.Ltd.) durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Claims (8)
- Tintenstrahlaufzeichnungspapier, das ein Basispapier umfaßt, wobei mindestens eine Oberfläche eine Aufzeichnungsschicht aufweist, diese Aufzeichnungsschicht mindestens 45 Gew.% Pigment und nicht mehr als 55 Gew.% Bindemittel umfaßt, die Luftdurchlässigkeit des gesamten Aufzeichnungspapiers nicht größer als 1 000 Sekunden gemäß dem Verfahren von J. Tappi, Nr. 5B ist und die Oberflächenrauheit gemäß 10 Punkt-Höhe entsprechend JIS B0601 auf der Aufzeichnungspapieroberfläche nicht mehr als 5 μm beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel einen kationischen Polymerelektrolyten in einem Anteil von 1 bis 30 Gew.% des Gesamtgewichts des Bindemittels umfaßt, die spezifische Oberfläche des Pigments im Bereich von 40 bis 600 m2/g liegt und daß der Glanz der Aufzeichnungsschichtoberfläche bei 75° mindestens 70% beträgt.
- Tintenstrahlaufzeichnungspapier nach Anspruch 1, bei dem das Pigment mindestens ein Pigment ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Siliciumdioxid, weißem Kohlenstoff oder Siliciumdioxidgel, das durch das Naßverfahren erhalten worden ist, superfeines Siliciumdioxid, das durch das Trockenverfahren erhalten worden ist, und einen Calcium-carbonat-Siliciumdioxid-Komplex mit einer Teilchenstruktur ist, die im wesentlichen aus Siliciumdioxid besteht, das in Calciumcarbonatkristallen kristallisiert ist.
- Tintenstrahlaufzeichnungspapier nach Anspruch 2, bei dem die Hauptkomponente des Pigments ein Calciumcarbonat-Siliciumdioxid-Komplex mit einer Teilchenstruktur ist, die im wesentlichen aus Siliciumdioxid besteht, das in Calciumcarbonatkristallen kristallisiert ist.
- Tintenstrahlaufzeichnungspapier nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem der Mischungsanteil des Piments im Bereich von 45 Gew.% bis 80 Gew.% liegt.
- Tintenstrahlaufzeichnungspapier nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Bindemittel ein wasserlösliches Bindemittel und/oder ein wäßriges Emulsionsbindemittel ist.
- Tintenstrahlaufzeichnungspapier nach Anspruch 5, bei dem das Bindemittel mindestens ein Bindemittel ist ausgewählt aus Kasein, Stärke, Polyvinylalkohol, Carboxymethylcellu-lose, Styrol-Butadien-Latex und Vinylacetatemulsion.
- Tintenstrahlaufzeichnungspapier nach Anspruch 6, bei dem die Hauptkomponente des Bindemittels Kasein ist.
- Tintenstrahlaufzeichnungspapier nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Beschichtungsgewicht der Aufzeichnungsschicht 2 bis 50 g/m2 ist.
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