DE69415842T2 - Faserbahn - Google Patents
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Description
- Die Erfindung betrifft Faservliese und bezieht sich insbesondere auf die Herstellung von Cellulose- Endlosfaserkabelvliesen. In der GB-A-1387566 ist ein Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften eines Endlosfaserkabelvlieses beschrieben, bei dem man ein laufendes Kabel in einer strömenden Flüssigkeit in Form eines Spreizbandes suspendiert, auf eine bewegte Siebunterlage unter Abtrennung der Flüssigkeit zu einem zusammenhängenden Vlies ablegt, trocknet und anschließend das getrocknete Vlies wieder in Kabelform zurückdehnt.
- Es wurde nun gefunden, daß man durch Abänderung des Verfahrens gemäß GB-A-1387566 eine verbesserte Kabelvliesstruktur erzeugen kann.
- Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit der Herstellung eines Endloskabelvlieses aus Viskosecellulosefasern. Die Herstellung letzterer erfolgt bekanntlich durch Verspinnen einer Viskose-Spinnmasse in Form einer Lösung von Natriumcellulosexanthogenat mit einem Cellulosegehalt im Bereich von 5 bis 12 Gew.-% und einem Natronlaugegenalt von 4 bis 10, vorzugsweise 5 bis 7, Gew.-% in ein saures Regenerationsbad, das üblicherweise 7 bis 10% Schwefelsäure, 10 bis 28% Natriumsulfat sowie 0 bis 4%, insbesondere 0,5 bis 1,5%, Zinksulfat in einem Bad von 30 bis 70ºC, insbesondere 45 bis 60ºC, enthält, um das Alkali zu neutralisieren und die Cellulose unter Bildung von Cellulosefasern zu koagulieren bzw. regenerieren. Dabei kann der Salzgehalt der Viskose- Spinnmasse in weiten Grenzen variieren, bevorzugt wird aber eine Salzzahl von 4 bis 12. Die Regenerierung erfolgt zuerst an der Oberfläche der Fasern, wobei sich anfänglich eine Haut aus Cellulose bildet, und setzt sich ins Innere der Fasern fort.
- Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Endlosfaserkabels aus Viskoseregeneratcellulosefilamenten, bei dem man ein laufendes Kabel in einer strömenden Flüssigkeit in Form eines Spreizbandes mit Voreilung auf einer bewegten Siebunterlage unter Abtrennung der Flüssigkeit zu einem zusammenhängenden Vlies ablegt und trocknet, wobei, daß sich das Endlosfaserkabel aus Viskosecellulosefilamenten bei der mit Voreilung vorgenommenen Ablage auf die bewegte Siebunterlage in einem teilregenerierten Zustand befindet, so daß die Regenerierung der teilregenerierten Viskose vor und nach der mit Voreilung vorgenommenen Ablage des Faserkabels auf die bewegte Siebunterlage stattfindet.
- Vorzugsweise wird das getrocknete Vlies dann wieder in Kabelform zurückgedehnt. Ferner ist es bevorzugt, daß man das Vlies in dem mit Voreilung abgelegten Zustand trocknet. Weiterhin verfährt man vorzugsweise so, daß man das Kabel über einen Spreizkasten führt und das Spreizband über einen keilförmigen Kanal auf der Siebunterlage auftreffen läßt. Dabei kann die Siebunterlage 5- bis 40mal langsamer als die Geschwindigkeit der Ablage des Spreizbandes auf die Siebunterlage bewegt werden.
- Die Flüssigkeit im Spreizkasten kann sauer, alkalisch oder auch neutral sein. Es kann sich dabei um Wasser handeln. Man kann die Flüssigkeit auch erhitzen.
- Zum Waschen mit einer herkömmlichen Waschflotte kann man das auf der Siebunterlage gebildete Band mit der Waschflotte besprühen oder beregnen oder darin eintauchen. Vor dem Fertigtrocknen in einem geeigneten Trockner wie einem Trommeltrockner oder Durchlufttrockner kann man das Vlies durch Schwerkraft oder Absaugen und/oder Abquetschen teilentwässern.
- Das getrocknete Kabel kann vor dem Dehnen ein Flächengewicht von 500 bis 1500 Gramm/Quadratmeter, vorzugsweise von 650 bis 850 Gramm/Quadratmeter aufweisen.
- Das erfindungsgemäß hergestellte Endlosfaser kabel eignet sich insbesondere zum Einsatz in saugfähigen Produkten, wie Hygieneprodukten, Saugkissen, Tampons, Schwämmen und Vliesstoffwaren.
- Der Einzeltiter der Filamente kann bei 0,5 bis 5 oder 0,5 bis 10 oder 0,5 bis 20 dtex liegen. Bevorzugt liegt der Einzeltiter zwischen 1 und 4 dtex.
- Im Spreizkasten kann man einen Damm vorsehen, der mit dem Kastenboden einen spitzen Winkel, beispielsweise im Bereich von 30º bis 70º, vorzugsweise 40º bis 60º, bevorzugt 50º bis 55º, bildet.
- Der Spreizkasten kann zwei- bis zwanzigmal so breit sein wie das darin einlaufende Kabel.
- Der Boden des Spreizkastens kann einen Winkel von 3º bis 10º mit der Waagerechten bilden.
- Der Spreizkasten kann eine von dem Kabel unterlaufene Ablenkung enthalten, wobei das Kabel sich dahinter nach oben, außen und unten ballonartig öffnet und dann am hinteren Kastenrand über einen länglichen Schlitz oder einen Fischschwanz herausgeleitet wird.
- Die vorliegende Erfindung erstreckt sich auch auf das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Kabel sowie ein dieses enthaltendes, saugfähiges Produkt.
- Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun beispielhaft anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
- die Fig. 1 ein Diagramm einer Kabelvliesproduktionsstraße,
- die Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Spreizkasten als Teil der Produktionsstraße gemäß der Fig. 1 sowie
- die Fig. 3 eine Vergrößerung eines Teils im Kreis III der Fig. 2.
- Die Herstellung der Viskosecellulosefilamente kann auf an sich bekannte Art und Weise durch Extrusion oder Verspinnen einer Viskose-Spinnmasse über eine Spinndüse in ein Säurebad entweder vertikal oder horizontal erfolgen. Die Viskosefilamente können ein herkömmliches, rundes Querschnittsprofil besitzen oder auch trilobal, Y-förmig, L-förmig, X-förmig, flach oder in einer beliebigen anderen geeigneten Querschnittsform ausgeführt sein, und es kann sich dabei auch um hohle, aufgeblasene Filamente handeln. Bei den Filamenten kann es sich um einfache, regelmäßige Viskosefilamente oder um Modalviskose handeln, und sie enthalten gegebenenfalls Additive wie ein Mattierungsmittel, z. B. TiO&sub2;, oder ein die Saugfähigkeit verstärkendes Material wie Carboxymethylcellulose, oder ein beliebiges anderes geeignetes Additiv. Die Viskose-Spinnmasse kann Polyethylenglykol oder andere bekannte Additive und Modifizierungsmittel wie Polyalkohole, lösliche Dithiocarbonate, lösliche aliphatische und alicyclische Amine, Oxyethanole und Chinolin enthalten.
- Die Fig. 1 zeigt nun das gesamte Kabelvliesverarbeitungssystem. Die Spinnmasse tritt über eine Spinndüse 1, zum Beispiel eine Bündeldüse, in ein Spinnbad 2 unter Bildung mehrerer länglicher Elemente 3. Dabei hat die Viskose-Spinnmasse eine Salzzahl im Bereich von 5,5 bis 6,5 und enthält 4% Polyethylenglykol (PEG) mit einem Molekulargewicht von 1450. Das Spinnbad 2 enthält eine wäßrige Lösung von Schwefelsäure, Zinksulfat und Natriumsulfat. Dabei kann die Säurekonzentration im Spinnbad üblicherweise bei 7 bis 9,75% liegen, der Zinkgehalt, bezogen auf Zinksulfat, bei etwa 1% und der Natriumsulfatgehalt bei 22 bis 25%. Weiter unten werden in Bezug auf die Durchführung von speziellen Tests zur Herstellung eines Produkts nach der Erfindung weitere Angaben gemacht.
- Nach dem Austreten aus der Spinndüse 1 koaguliert die Viskoselösung sofort, wobei sich um jedes austretende längliche Element außen eine Haut aus Cellulose bildet. Die Geschwindigkeit der Koagulation bzw. Regenerierung der Cellulose wird dann von der Diffusion der die Cellulose unter Freisetzung von Schwefelkohlenstoff regenerierenden Säure in die länglichen Elemente bestimmt.
- Die Regenerierung erfolgt nicht sofort, sondern nimmt einen endlichen Zeitraum in Anspruch, wie im folgenden erörtert.
- Die Regenerierung der länglichen Elemente unter Bildung von Cellulosefilamenten findet zu einem erheblichen Anteil während der Weiterverarbeitung nach dem Austreten aus dem Spinnbad 2 und beim Waschen statt. Als Regenerierungszeit kann man die Dauer der CS&sub2;-Abgabe der Faser ansehen. Eine Regenerierung ist erst dann beendet, wenn die in einem Filament enthaltene Cellulosexanthogensäure vollständig in Cellulose und CS&sub2; zerfallen ist und anschließend der Schwefelkohlenstoff CS&sub2; vollständig vom Filament freigesetzt worden ist.
- Die länglichen Elemente 3, die nun in Form von Filamenten vorliegen, werden zu einem endlosen Kabel 4 zusammengeführt, gegebenenfalls über gewölbten Rollen leicht gespreizt und laufen über Rollen 5, 6 parallel und fein säuberlich getrennt in einen unten noch näher zu erläuternden Spreizkasten 7. Das hinten aus dem Spreizkasten 7 austretende Endloskabel wird mit Voreilung auf ein gegebenenfalls geneigtes Endlossiebband 8 abgelegt bzw. von dem sich in die Richtung von Pfeil 9 bewegenden Band auf dieses angesaugt. Das Kabel 4 wird mit einer Spinngeschwindigkeit von 20 Metern pro Minute erzeugt und das Band 8 mit einer Geschwindigkeit von 1 Meter pro Minute bewegt. Das Kabel wird also mit einer Voreilung von 20 : 1 auf dem Band 8 zu einem Vlies abgelegt. Das Endlosfaserkabelvlies wird dann zwischen dem Siebband 8 und einem oberen Band 10 eingeklemmt, wobei auf das auf dem unteren Band liegende Kabelvlies anfänglich nur ein leichter Druck ausgeübt wird. Die Regenerierung des Kabels unter Bildung von Cellulose und der Entwicklung von Schwefelkohlenstoff ist bei seinem Ablegen auf dem Siebband 8 zu einem ausgebreiteten bzw. ausgespreizten Vlies noch nicht abgeschlossen. Das obere Band überdeckt gegebenenfalls nur einen Teil des Siebbands 8, insbesondere den Teil, in dem das Vlies wie unten beschrieben gewaschen wird.
- Über dem Band 10 befindet sich eine Reihe von Waschköpfen innerhalb einer Waschmaschine 11, die das ausgebreitete Vlies mit einer Waschflotte, z. B. Wasser, besprühen und dabei die Regenerierung unterstützen und die Säure und den Schwefelkohlenstoff aus dem Vlies herauswaschen. Zum Absaugen der Waschflotte kann man den vom oberen Teil des Bandes 8 überdachten Teil des unteren Bandes mit einer entsprechenden Anlage versehen.
- Das den Enden der Bänder 8 und 10 zulaufende ausgebreitete Vlies durchläuft zwischen den Rollen 12 und 14 einen ersten Druckspalt und zwischen den Rollen 13 und 15 einen kleineren, zweiten Druckspalt, in denen überschüssiges Wasser aus dem ausgebreiteten Vlies herausgequetscht wird. Man sieht, daß das umlaufende Siebband 8 über einen von einer Reihe von tiefer angebrachten Rollen 16 bis 21 gelenkten Trum zurückläuft. Zwischen den Rollen 12 und 13 kann das Kabel mit Präparation oder Weichmacher betropft werden. Dies sind üblicherweise unter anderem Seife (Natriumoleat/Ölsäure), PEG-Ester oder Glycerin oder andere geeignete Faserpräparationsmittel.
- Das ausgebreitete Kabel läuft dann auf einem weiteren Förderband 22 nach oben in den Quetschspalt einer gegebenenfalls beheizten Mangel 23, 24. Das Kabel wandert dann auf einem geneigten Teil des Förderbandes 22 nach unten und wird auf einem weiteren Umlaufband 25 abgelegt, das einen Trockner 26 durchläuft. Vliesstoffe haben üblicherweise ein Flächengewicht von 40 g/m², die erfindungsgemäßen Kabel haben aber vorzugsweise ein sehr viel höheres Flächengewicht, was bedeutet, daß die getrockneten Kabel sehr viel - eventuell bis zu 40mal - dicker sind. Das ergibt eine größere Verwirbelung der Filamente, die wiederum zu Unterschieden bei den physikalischen Eigenschaften des Kabels führt.
- Die Fig. 2 und 3 zeigen den Spreizkasten 7 der Fig. 1 in einer ausschnittsweisen Vergrößerung. Der Spreizkasten 7 besteht im wesentlichen aus einem rechteckigen Kasten 28 mit einer Reihe von eingebauten Kammern 29, 30, 31, 32. Das aus dem Spinnbad austretende Kabel 4 durchläuft den Spreizkasten entlang der gestrichelten Linie 33. Das Kabel tritt zuerst in die Kammer 30 ein und unterläuft eine nach unten gerichtete Ablenkung 34 auf dem Weg in die Kammer 29. Innerhalb der Kammer 29 bewegt sich das Kabel nach oben und in einen Bereich in der Nähe einer geneigten Dammwand 35 und wird von da durch eine zwischen der Dammwand 35 und einem Boden 37 des Kastens 28 gebildete und in der Fig. 3 verdeutlichte Austrittsöffnung 36 hindurchgezwungen.
- Die Kammer 30 steht über die Unterseite einer weiteren nach unten gerichteten Ablenkung 38 in direkter Verbindung mit einer weiteren Kammer 31. Zwischen den Kammern 31 und 32 ist zu deren Trennung eine noch weitere Ablenkung 39 angebracht, die in ihrem Oberteil mit Öffnungen 40 ausgestattet ist.
- Über einen Einlaßstutzen 42 wird durch eine Öffnung 41 eine gegenüber dem Spinnbad 2 verdünnte, aber zur Weiterregenerierung ausreichend saure Flüssigkeit in den Spreizkasten 28 eingedrückt. Es ist jedoch auch möglich, einfach heißes Wasser oder sogar eine schwach alkalische Flüssigkeit aufzugeben, um das Ausmaß der Regenerierung des Kabels vor der mit Voreilung vorzunehmenden Ablage einzuschränken.
- Die Flüssigkeit durchfließt den Spreizkasten über die Kammern 32, 31, 30 und 29 und verläßt den Spreizkasten über die Öffnung 36. Durch die durch die Dammwand 35 und die kleine Austrittsöffnung gebildete Begrenzung wird das Kabel beim Durchlaufen der Kammer 29 nach oben gezwungen und folgt somit in etwa der Linie 43. Dadurch breitet sich das Kabel über die ganze Breite des Spreizkastens aus, wobei das im Bereich des Teils 33 im wesentlichen geschlossene, nahezu kreisförmige Kabel im Bereich 44 schon ein gespreiztes Kabel bildet und sich in diesem Zustand der Austrittsöffnung 36, einem Schlitz mit einer gegebenenfalls veränderbaren Öffnungsgröße von 2-3 mm, nähert.
- Das Spreizen des Kabels ist vermutlich darauf zurückzuführen, daß sich die Flüssigkeit im Kabel langsamer als außerhalb des Kabels bewegt. Das liegt an Reibungskräften zwischen der Flüssigkeit und den Kabelfilamenten, die die Flüssigkeit bremsen. Durch diese unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeit ergibt sich ein Differenzdruck am Kabel, wobei der Druck außen niedriger ist, und entwickelt sich eine das Spreizen des Kabels bewirkende Kraft. Dabei erfolgt das Spreizen so lange, bis auf alle Filamente der gleiche Druck ausgeübt wird, d. h. bis die Filamente sich gleichförmig über die Kastenbreite ausbreiten. Dabei wird der Grad der Ausbreitung hauptsächlich von der Kabelgeschwindigkeit durch den Kasten, die Geschwindigkeit der Flüssigkeit und die Kastenverhältnisse, insbesondere seine Tiefe, bestimmt. Je größer die Spinngeschwindigkeit des Kabels, desto größer die für ein befriedigendes Spreizen erforderliche Geschwindigkeit, mit der die Flüssigkeit durch den Kasten gepumpt werden muß, bzw. Flüssigkeitshöhe. Die Flüssigkeit durchfließt den Kasten mit 10-20 Litern/min. vorzugsweise 30-80 Litern/min.
- Der gezeigte Winkel der Dammwand 35 mit Boden 37 beträgt etwa 50º. Der Boden 37 ist etwa 6º gegenüber der Waagerechten nach unten geneigt.
- Aus Viskoselösungen mit verschiedenen Salzzahlen wurden probeweise vier Kabelvliese hergestellt. Dazu wurden die vier Proben jeweils über eine Spinndüse mit 17.388 Y-förmigen Löchern zu Kabelvliesen mit einem Gesamttiter im Bereich von 5000 bis 8000 tex versponnen, wobei das Kabel aus Einzelfilamenten mit dem in den nachstehenden Tabellen angegebenen Titer bestand. Die Viskose enthielt jeweils 4% PEG 1450, bezogen auf das Gewicht der in der Viskoselösung enthaltenen Cellulose. Die Proben wurden mit 15 Metern pro Minute ersponnen und das Band 8 mit 0,75 Metern pro Minute betrieben.
- Salzzahl, Spinnbadsäuregehalt, Spinnbadzinkgehalt, Spinnbadsulfatgehalt, Spinnbadfließgeschwindigkeit, Luftverstreckung, d. h. Verstreckung in der Atmosphäre zwischen den Rollen 5 und 6, und Heißverstreckung, d. h. Verstreckung in einem Spinnflüssigkeitsbad bei einer Temperatur von 95ºC, entsprachen den in der nachstehenden Tabelle 1 angegebenen Werten. Tabelle 1 Spezifikation von Kabelvliesproben.
- Die Luftverstreckung kann bei 0 bis 30% oder 5 bis 20% liegen.
- Die physikalischen Eigenschaften der Kabelvliesproben wurden dann zu den in der nachstehenden Tabelle 2 enthaltenen Angaben bestimmt. Tabelle 2 Physikalische Eigenschaften von Kabelvliesproben.
- Man sieht, daß Probe 4, die aufgrund der eine schnellere Regenerierung bewirkenden Heißverstreckung stärker als die Proben 1 bis 3 regeneriert ist, auch unter Berücksichtigung ihres größeren Einzeltiters eine geringere Saugfähigkeit als die anderen Proben zeigt.
- Die Bestimmung von Saugfähigkeit und Stabilität erfolgte in einer modifizierten künstlichen Scheide Syngina gemäß GB-B-2, 094,637 (auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird) an einem sich in Längsrichtung ausdehnenden Tampon mit einem mittleren Gewicht von 2,72 g und einer mittleren Dichte von 0,35/cm³ mit der Abweichung, daß eine Wassersäule von 18 mm aufgedrückt wurde.
- Die Kabelvliese haben vorzugsweise einen Gesamttiter im Bereich von 1 bis 30, vorzugsweise 3 bis 15 oder 4 bis 9, Kilotex.
- In einer weiteren Versuchsreihe wurde das Voreilungsverhältnis unter Konstanthaltung aller anderen Bedingungen und Materialien variiert. Dabei wurden nachstehenden Ergebnisse erhalten.
- Voreilungsverhältnis Saugfähigkeit (g/g)
- 10 : 1 4,2
- 15 : 1 4,4
- 20 : 1 4,6
- Man kann das Kabelvlies zusätzlich verwirbeln, entweder im Spreizkasten durch interne Turbulenz oder mittels nachgeordneter Wasserstrahlverwirbelungsköpfe. Eine größere Verwirbelung bedeutet eine höhere Saugfähigkeit.
- Zwei oder mehr Kabel können auch aufeinander angeordnet gewaschen und getrocknet werden.
- Das getrocknete Kabel kann gegebenenfalls in seiner Längsrichtung oder quer dazu oder in beiden Richtungen gedehnt werden, um ein Produkt mit erhöhtem Saugvermögen zu erhalten. Falls erforderlich kann man das Kabel auch im ungedehnten Zustand verwenden. Das Kabel eignet sich für alle entsprechenden Anwendungen, wie bei saugfähigen Produkten, typischerweise Hygieneprodukten oder Inkontinenzprodukten, Tamponprodukten aller herkömmlicher Konstruktionen, Schwämmen oder Vliesgebilden allgemein, wobei solche Produkte die von einer Verwendung des neuen Kabels in einem solchen Gebilde erwarteten Eigenschaften besitzen.
- Gegenüber einem herkömmlichen Viskoseregenerierungsverfahren kann die eingesetzte Waschflotte einen etwas mehr alkalischen pH-Wert aufweisen.
Claims (11)
1. Verfahren zur Herstellung eines Endlosfaserkabels
(4) aus Viskoseregeneratcellulosefilamenten (3), bei dem
man ein laufendes Kabel in einer strömenden Flüssigkeit in
Form eines Spreizbandes mit Voreilung auf einer bewegten
Siebunterlage (8) unter Abtrennung der Flüssigkeit zu
einem zusammenhängenden Vlies ablegt und trocknet, dadurch
gekennzeichnet, daß sich das Endlosfaserkabel (4) aus
Viskosecellulosefilamenten bei der mit Voreilung
vorgenommenen Ablage auf die bewegte Siebunterlage (8) in
einem teilregenerierten Zustand befindet, so daß die
Regenerierung der teilregenerierten Viskose vor und nach
der mit Voreilung vorgenommenen Ablage des Faserkabels (4)
auf die bewegte Siebunterlage (8) stattfindet.
2. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin
dadurch gekennzeichnet, daß man das getrocknete Kabel
wieder in Kabelform zurückdehnt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin
dadurch gekennzeichnet, daß man das Kabel 4 über einen
Spreizkasten (7) führt und das Spreizkabel über einen
keilförmigen Kanal (36) auf der Siebunterlage (8)
auftreffen läßt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Siebunterlage
(8) 5- bis 30mal langsamer als die Geschwindigkeit der
Ablage des Spreizbandes auf die Siebunterlage bewegt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß man das auf der
Siebunterlage liegende Vlies mit einer Sprühwaschflotte
wäscht.
6. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin dadurch
gekennzeichnet, daß die Regenerierung zusätzlich auch noch
bei der mit Voreilung vorgenommenen Ablage stattfindet.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß man das Vlies (4) in
dem mit Voreilung abgelegten Zustand in einem Trockner
(26) trocknet.
8. Verfahren nach Anspruch 6, weiterhin dadurch
gekennzeichnet, daß die strömende Flüssigkeit am
Berührungspunkt des Kabels (4) mit der Siebunterlage (8)
sauer reagiert.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Filamente (3)
einen Einzeltiter von 0,5 bis 5 Dezitex aufweisen.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß das Vlies nach dem
Trocknen und vor einem Dehnen ein Flächengewicht von 500
bis 1500 g/m² aufweist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, weiterhin dadurch
gekennzeichnet, daß das Vlies nach dem Trocknen ein
Flächengewicht von 650 bis 850 g/m² aufweist.
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