DE69505198T2 - Flammverzögernde Faser und Vliesstoff - Google Patents
Flammverzögernde Faser und VliesstoffInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Flammschutzfaser und aus solchen Fasern gebildete Vliesstoffe und insbesondere Flammschutzfasern, welche beim Brennen bzw. Verbrennen keine Dioxin-verwandten Verbindungen bilden, und Vliesstoffe, Gewebe und aus solchen Fasern hergestellte Formteile bzw. Formprodukte.
- Synthetische Fasern, wie solche, die aus Nylon, Polyester, Polypropylen und dergleichen gebildet sind, finden aufgrund dessen, daß sie bezüglich der physikalischen und chemischen Eigenschaften ausgezeichnet sind, nun verbreitete Anwendungen in der Form von Kleidung, Vorhängen bzw. Gardinen, Teppichböden und anderen Materialien. Jedoch sind diese Fasern brennbar bzw. entzündbar, so daß gefordert wird, daß sie Flammverzögerungsvermögen bzw. Flammschutzeigenschaft aufweisen, wenn sie in Automobilinnenausstattungen, Gehäusen, etc., verwendet werden.
- Fasern mit Flammschutzeigenschaften zu versehen bzw. ihnen Flammschutzeigenschaften zu vermitteln, wird im allgemeinen durch Zugabe von Flammschutzmitteln zu den Ausgangspolymeren oder durch Nachbehandeln der Fasern mit Flammschutzmitteln erreicht.
- Ein typisches Beispiel eines Polymers mit einem hierzu zugegebenen Flamm schutzmittel ist eine polyolefinische Verbundfaser, gemischt mit einer feinen Teilchenform eines Flammschutzmittels, welches eine Zersetzungstemperatur aufweist, die um mindestens 100ºC höher als deren Spinntemperatur ist, wie in dem offengelegten japanischen Patent Nr. 58(1983)-156019 beschrieben ist.
- Eine andere typische Kompositfaser auf Polyesterbasis ist in dem offengelegten japanischen Patent Nr. 54(1979)-134120 beschrieben, welche eine Polyesterkomponente umfaßt, die Phosphor und/oder ein Halogen und eine Faser-bildende Polyesterkomponente enthält.
- Unter den bekannten Flammschutzmitteln, die zu dem Ausgangspolymer zugegeben werden können, gibt es Decabromdiphenyloxid, das den Vorzug hat, in einer geringen Menge dem Polymer ausreichenden Flammschutz zu vermitteln, so daß die resultierende Faser sehr gut aus der Eigenschaft des Polymers selbst beschaffen sein kann, aber es weist den Nachteil der Bildung von Dioxin-verwandten Verbindungen beim Verbrennen auf. Da von den Dioxin-verwandten Verbindungen bekannt ist, daß sie carzinogen sind, ist zu erwarten, daß die Verwendung von Decabromdiphenyloxid demnächst zukünftig wird.
- EP-A-0571859 beschreibt ein Produkt, in dem Decabromodiphenylethan überwiegt, welches durch Umsetzen von Diphenylethan mit Brom erhalten wird. Dieses Produkt kann als ein Flammschutzmittel in Formulierungen verwendet werden, die brennbare Materialien enthalten, wie Polyolefine oder Cellulosematerialien. Die Verwendung von in Fasern enthaltenem Decabromdiphenylethan ist nicht erwähnt.
- Andere Flammschutzmittel (beispielsweise Trikresylphosphat, Ammoniumphosphat und Aluminiumhydroxid), welche eine solche Struktur aufweisen, die die Bildung von Dioxin-verwandten Substanzen inhibiert, müssen zu dem Ausgangspolymer in einer erhöhten Konzentration zugegeben werden, um dem Polymer ausreichenden Flammschutz zu vermitteln bzw. zu verleihen. Daher weisen diese Mittel den Nachteil auf, daß sie die physikalischen Eigenschaften der Polymerfaser verschlechtern, wenn sie dazu nicht in einer ausreichenden Menge zugege ben werden, und verursachen somit beträchtliche Kosten.
- Für die Nachbehandlung von Fasern mit einem Flammschutzmittel wird das mit Wasser oder einem organischen Lösungsmittel verdünnte Flammschutzmittel auf den Fasern oder den Geweben durch Imprägnierung oder Sprühen aufgebracht bzw. abgeschieden. Beispielsweise beschreibt das offengelegte japanische Patent Nr. 48(1973)-13696 eine Faser aus einem thermoplastischen Harz, die mit einem organischen Flammschutzmittel vom Halogentyp, welches Phosphor enthält, besprüht ist. Mittels eines solchen Verfahren ist es relativ einfach, Fasern oder Gewebe flammenhemmend bzw. feuerhemmend zu machen. Jedoch liegt ein Problem bezüglich dieses Verfahrens darin, daß sich das Flammschutzmittel selbst von den Oberflächen der Fasern in einer Pulverform ablöst oder leicht von den Fasern durch Waschen frei wird.
- Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Bereitstellung einer hochqualitativen Faser unter niedrigen Kosten zu erzielen, welche keine Dioxin- verwandte Verbindung bei einem Brand bzw. beim Verbrennen liefert und die geforderte Flammschutzeigenschaft beibehält, auch wenn die Menge des verwendeten Flammschutzmittels gering ist.
- Als ein Ergebnis intensiver und ausführlicher Untersuchungen zur Lösung der vorgenannten Aufgabe, wurde festgestellt, daß durch Verwendung des nachstehend angeführten Flammschutzmittels es möglich ist, die gewünschten Flammschutzfasern zu erhalten.
- Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Flammschutzfaser, welche 5 bis 15 Gew.-% einer Verbindung mit der folgenden allgemeinen Formel (1) als ein Flammschutzmittel und 2 bis 8 Gew.-% Antimonoxid als ein Flammschutzmittelpromotor auf der Basis des Gesamtgewichts der Faser enthält: Formel (1)
- worin R1 bis R5 und R'1 bis R'5 unabhängig voneinander Br oder Cl mit einem Br/Cl-Verhältnis im Bereich von 100/0 bis 40/60 sind und n eine ganze Zahl von 2 bis 16 ist.
- Der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung wird nun detaillierter erläutert.
- Für das für die Flammschutzfaser gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete thermoplastische Harz werden beispielsweise α-Olefinhomopolymere, wie Polypropylen, Polyethylen, Polybuten-1 und Poly-4-methylpenten-1, Bipolymere oder Terpolymere von Propylen und anderen α-Olefinen, Polyethylenterephthalat und Ethylen-Vinylacetat-Copolymere angeführt, unter welchen im Hinblick auf die Fähigkeit zum Verspinnen und dadurch eine Karde zu erhalten, etc., es bevorzugt ist, ein Polyolefinharz zu verwenden, welches einen Schmelzpunkt von etwa 115ºC oder höher aufweist und welches auch kristallin ist.
- Die Verbindung mit der vorgenannt angeführten Formel (1), welche als das Flammschutzmittel in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, weist einen Schmelzpunkt von etwa 345ºC und eine Zersetzungstemperatur von etwa 360ºC auf. Da diese Verbindung eine Etherbindung in seinem Molekül aufweist, bildet es keine Dioxin-verwandte Verbindung beim Brennen. Da ferner die Verbindung einen höheren Bromgehalt als bekannte Flammschutzmittel aufweist, kann sie in verminderter Menge den Fasern ein besseres Flammschutzverhalten vermitteln. Es ist erwünscht, daß in Formel (1) n = 2 bis 16, vorzugsweise n = 2 bis 5 ist, da eine Verbindung mit n = 1 strukturell nicht stabil ist. In dieser Verbin dung liegt das Br/Cl-Verhältnis vorzugsweise im Bereich von 100/0 bis 70/30, da sie bei weniger als 40/60 weniger wirksam zum Erzielen der Flammschutzeigenschaft ist.
- In der vorliegenden Erfindung wird das Flammschutzmittel zu einer Faser in einer Menge von 5 bis 15 Gew.-% auf der Basis des Gesamtgewichts der Faser zugegeben. Es ist festzuhalten, daß die obere Grenze bezüglich der Menge des zu einer Faser zugegebenen Flammschutzmittels in Abhängigkeit von der Feinheit der Faser variiert. Es ist bevorzugt, daß das Flammschutzmittel in einer Menge von etwa 5,0 bis 8 Gew.-% für eine Faser mit einer Feinheit von etwa 1 bis 20 d/f, in einer Menge von etwa 5,0 bis 12 Gew.-% für eine Faser mit einer Feinheit von etwa 21 bis 100 d/f und in einer Menge von 5 bis 15 Gew.-% für eine Faser mit einer Feinheit von etwa 100 bis 5000 d/f verwendet wird.
- Der Flammschutzmittelpromotor ist Antimontrioxid oder -pentoxid, welches zu einer Faser in einer Menge von 2 bis 8 Gew.-% auf der Basis des Gesamtgewichts der Faser oder üblicherweise etwa in der halben Menge zu der des Flammschutzmittels zugegeben wird.
- Das thermoplastische Harz, zu dem das Flammschutzmittel und der Flammschutzmittelpromotor zugegeben wird, kann zu Fasern durch bekannte Schmelzspinntechniken geformt werden und kann anschließend gestreckt und gekräuselt werden. Solche Schmelzspinntechniken schließen beispielsweise Einzel- oder Verbundspinnen, Spinnbinden (spun bonding) und Schmelzblasen ein. Keine bestimmte Beschränkung wird bezüglich der Feinheit der Flammschutzfasern gestellt, d. h. sie weisen eine vorausgewählte Feinheit auf, die von dem Zweck abhängt, für den sie verwendet werden, beispielsweise eine Feinheit von etwa 0,5 bis 1000 d/f in der Form von Stapelfasern oder Multifilamenten und eine Feinheit von etwa 50 bis 5000 d/f in der Form von Monofilamenten.
- Die erfindungsgemäßen Flammschutzfasern können in der Form von Verbundfasern, wie Fasern vom Schale-Kern-, Seite an Seite, Insel/Meer-Fasern und Fasern vom multigetrennten Typ vorliegen. Eine Faser vom Schale-Kern-Typ kann gleiche oder variierende Mengen des Flammschutzmittels und des Flammschutzmittelpromotors sowohl in den Schalen- als auch Kernkomponenten enthalten. Zusätzlich kann eine der Schalen- oder Kernkomponenten bekannte Modifizierungsmittel, wie Mattierungsmittel, antistatische Mittel, elektrisch leitfähige Mittel, Pigmente oder andere Polymere enthalten.
- Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft Flammschutzfasern, die durch Zugeben von 0,02 bis 1 Gew.-% eines Oberflächenbehandlungsmittels, welches ein Alkylphosphatsalz umfaßt, wobei die Alkylgruppe 12 bis 18 Kohlenstoffatome aufweist, zu der Flammschutzfaser gemäß dem ersten Aspekt, wie vorgenannt erwähnt, erhalten werden. Ein solches Alkylphosphatsalz ist beispielsweise Kaliumlaurylphosphat, Kaliummyristylphosphat, Kaliumcetylphosphat und Kaliumstearylphosphat oder deren Natriumsalze. Eine Faser, worauf dieses Oberflächenbehandlungsmittel aufgebracht bzw. abgeschieden ist, ist hinsichtlich der Beständigkeit gegen Entfärbung durch ein Gas ausgezeichnet. Wenn das Oberflächenbehandlungsmittel auf die Faser in einer Menge von weniger als 0,01 Gew.-% aufgebracht bzw. abgeschieden wird, bringt es keine ausreichende Verbesserung hinsichtlich der Beständigkeit gegen Entfärbung durch ein Gas, und wenn es auf die Faser in einer Menge von mehr als 1 Gew.-% aufgebracht bzw. abgeschieden wird, bewirkt es, daß die Faser Klebrigkeit aufweist; mit anderen Worten, irgendeine Abweichung von dem Bereich von 0,02 Gew.-% bis 1 Gew.-% ist nicht bevorzugt.
- Ein noch anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Flammschutzfaser, die unter Verwendung eines Polyolefins als das Startpolymer bzw. Ausgangspolymer erhalten wird, einen Vliesstoff, der aus solchen Flammschutzfasern gebildet ist, ein Gewebe, das aus solchen Flammschutzfasern gebildet ist, und ein Produkt, das aus solchen Flammschutzfasern gebildet ist.
- Die vorliegenden Erfindung wird nun praktisch mit Bezugnahme auf einige bevorzugte Beispiele erläutert. Es ist anzumerken, daß die physikalischen und anderen Eigenschaften, auf die Bezug genommen wird, wie folgt gemessen wurden:
- Ein 2,5 cm · 30 cm Teststück wurde aus einem Vliesstoff mit einem Grundgewicht von 300 g/m² ausgeschnitten, in einem Winkel von 30º fixiert und an dem unteren Ende mit einer Streichholzflamme für 10 Sekunden angezündet. Nach Beendigung des Anzündens wurde gemessen, wie lange das Teststück weiterbrannte. Ein Teststück mit einer Brandzeit von 6 Sekunden oder kürzer wurde als eine annehmbare Flammschutzeigenschaft eingestuft. Wenn die Probe mehr als 80% der Tests mit annehmbarer Flammschutzeigenschaft nach 20 Zyklen des Brandtests erzielte, wurde es dann als akzeptabel eingestuft.
- Ein 40 cm · 40 cm Teststück wurde aus einem genadelten Vliesstoff mit einem Gewicht von 300 g/m² ausgeschnitten und von dem Dachgesims eines Warenhauses entlang einer Straße mit starkem Verkehr herabgehängt. Nach der Zeitspanne von 150 Tagen wurde auf einer Grauskala zur Kontaminierung gemäß JIS-LO805 mit den Abstufungen 1 bis 5, welche starke bis leichte Kontamination darstellen, gemessen, wie die Vliesstoffprobe entfärbt worden ist.
- Unter Verwendung eines Gaschromatographen mit einem daran angeschlossenen Massenspektrometer wurde festgestellt, ob oder ob kein Dioxin und verwandte Verbindungen in dem Verbrennungsgas, das durch den Flammschutztest erzeugt wurde, vorlag.
- Decabromdiphenylethan und Antimontrioxid wurden zu Polypropylenpulver mit einer Schmelzflußrate von 21, wie bei 230ºC für 10 Minuten gemessen, und einem Schmelzpunkt von 163ºC in den in Tabelle 1 gezeigten Gewichtsverhältnissen zugegeben, wobei die resultierenden Verbindungen 100 Gew.-% im gesamten betrugen. Die Verbindungen wurden anschließend mit einem Einzelschneckenextruder pelletiert.
- Jedes der erhaltenen Pellets wurde einem Schmelzspinnen bei einer Temperatur von 260ºC durch eine Spinndüse mit 60 Spinnöffnungen von 1,5 mm im Durchmesser unter Erhalten einer Faser von 54 d/f unterworfen. Die gesponnene Faser wurde anschließend bei einer Temperatur von 90ºC und einem Streckverhältnis von 3,0, verstreckt, mit 12 Kräuselungen pro 25 mm durch eine Kräuselmaschine versehen und durch eine Schneidemaschine unter Erhalten einer Stapelfaser mit einer Einzelgarnfeinheit von 18,0 d/f und einer Faserlänge von 64 mm geschnitten. In den Beispielen 1 und 2 wurden 0,3 Gew.-% Kaliumlaurylphosphat als Oberflächenbehandlungsmittel auf jede Stapelfaser aufgebracht bzw. abgeschieden, wohingegen in Beispiel 3 0,01 Gew.-% Kaliumlaurylphosphat als Oberflächenbehandlungsmittel auf die Stapelfaser abgeschieden wurden.
- Jede Stapelfaser wurde mit einer Kardiermaschine in eine kardierte Bahn kardiert, welche wiederum einem Nadelstechen unter Erhalten eines Teppichs mit einem Gewicht von 300 g/m² unterworfen wurde. Dieser Teppich wurde bezüglich der Flammschutzeigenschaft, Entfärbung durch Gas und, ob oder ob keine Dioxin- verwandte Verbindung in dem Verbrennungsgas vorlag, gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt.
- Das gleiche Flammschutzmittel und der gleiche Flammschutzmittelpromotor wie in Beispiel 1 wurden zu Pulvern von Polyethylen hoher Dichte mit einer Schmelzflußrate von 22, wie bei 190ºC für 10 Minuten gemessen, und mit einem Schmelzpunkt von 134ºC in den gleichen Mengen wie in Beispiel 1 zugegeben und unter Erhalten der ersten Komponente für eine Verbundfaser pelletiert. Hier war die zweite Komponente Polypropylen mit dem dazu zugegebenen, in Beispiel 2 verwendeten Flammschutzmittel.
- Unter Verwendung einer Verbundspinndüse vom Schale-Kern-Typ mit 100 Spinnöffnungen von 0,8 mm im Durchmesser wurde die vorgenannte erste und zweite Komponente einem Schmelzspinnen bei einem Verbundgewichtsverhältnis von 1 : 1 und einer identischen Spinntemperatur von 260ºC unterworfen, während die erste und zweite Komponente auf der Schafen- bzw. Kernseite angeordnet waren, wodurch ein Verbundfasergarn vom Schale-Kern-Typ mit einer Feinheit von 18 d/f erhalten wurde. Auf dieses Garn wurden 0,3 Gew.-% Kaliumlaurylphosphat als Oberflächenbehandlungsmittel aufgebracht bzw. abgeschieden. Dieses gesponnene Garn wurde bei einer Temperatur von 90ºC und einem Streckverhältnis von 3 verstreckt, mit 14 Kräuselungen pro 25 mm durch eine Kräuselmaschine versehen, und durch eine Schneidemaschine zu einer Flammschutzstapelfaser mit einer Einzelfaserfeinheit von 6,0 d/f und einer Faserlänge von 64 mm geschnitten. Diese Stapelfaser wurde mit einer Kardiermaschine in eine kardierte Bahn kardiert, welche wiederum einem Nadelstechen unter Erhalten eines Teppichs mit einem Gewicht von 300 g/m² unterworfen wurde. Der derart erhaltene Teppich wurde anschließend thermisch bei 145ºC für 4 Minuten mit einem Heißlufttrockner behandelt, wodurch ein oberflächenbehandelter Teppich erhalten wurde, wobei die Fasern an ihren Überschneidungspunkten miteinander verschmolzen sind. Es wurde festgestellt, daß dieser Teppich in 80% oder mehr der Tests annehmbare Flammschutzeigenschaft zeigt und auch die Abstufung 4 hinsichtlich der Beständigkeit gegen Entfärbung durch Gas aufweist. Dieser oberflächenbehandelte Teppich konnte auf den Boden eines Autos oder Hauses mit oder ohne Polyethylen oder geschäumtem Polyurethan, laminiert auf dessen Rückseite, gelegt werden. Dieser Teppich wurde ebenfalls nach Erwärmen formgepreßt, so daß er gut an die Kontur eines Fahrzeuges angepaßt werden konnte.
- Das Verhalten, etc., dieser Teppiche ist in Tabelle 1 gezeigt. Es wurde festgestellt, daß die in den Beispielen 1 und 2 erhaltenen Produkte dahingehend annehmbar waren, daß sie genug Flammschutzvermögen ohne die Erzeugung von Dioxin aufwiesen. Es wurde festgestellt, daß die Produkte mit 0,3 Gew.-% des darauf abgeschiedenen Oberflächenbehandlungsmittels annehmbar dahingehend waren, daß sie genug Beständigkeit gegen Entfärbung durch Gas aufwiesen (Beispiele 1 und 2).
- Jedoch war das Produkt mit 0,01 Gew.-% des darauf abgeschiedenen bzw. aufgebrachten Oberflächenbehandlungsmittels bezüglich der Beständigkeit gegen Entfärbung durch ein Gas etwas schlechter, obwohl es annehmbare Flammschutzeigenschaft aufwies und kein Dioxin freisetzte.
- Polypropylenverbindungen wurden dem Beispiel 1 folgend erhalten, mit der Ausnahme, daß Ethylenbistetrabromphthalimid (Vergleichsbeispiel 1), Decabromdiphenyloxid (Vergleichsbeispiel 2) und Ammoniumpolyphosphat und ein Triazinderivat (Vergleichsbeispiel 3) als Flammschutzmittel verwendet wurden.
- Wie in Beispiel 1 wurden diese Verbindungen einem Schmelzspinnen, dem Abscheiden des Oberflächenbehandlungsmittels, dem Vernadeln bzw. Nadelstechen und anderen Verarbeitungen zum Erhalten von Teppichen, welche bezüglich der physikalischen Eigenschaften gemessen wurden, unterworfen. Die Bewertungsergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
- Die Fasern gemäß der Vergleichsbeispiele 1 und 2 wiesen annehmbare Flammschutzeigenschaften und Beständigkeit gegen Entfärbung durch Gas auf, es wurde aber festgestellt, daß sie Dioxin beim Brennen lieferten.
- Die Faser gemäß dem Vergleichsbeispiel 3 ist bezüglich der Flammschutzeigenschaften schlecht und muß somit so viel Flammschutzmittel enthalten, um eine ausreichende Flammschutzeigenschaft zu erzielen, und ist bezüglich der Beständigkeit gegen Entfärbung durch Gas auch schlechter. Auf diese Faser wurden 0,30 Gew.-% des Oberflächenbehandlungsmittels, wie in Beispiel 1, abgeschieden, aber sie wurde in dem Test bezüglich der Entfärbung durch Gas rosa gefärbt. Es wird angenommen, daß dies durch die Wechselwirkung des zugegebenen Flammschutzmittels mit dem Oberflächenbehandlungsmittel eintritt. Tabelle 1
- 1: Decabromdiphenylethan
- 2: Ethylenbistetrabromphthalimid
- 3: Decabromdiphenyloxid
- 4: Ammoniumpolyphosphat/Triazinderivat
- Aus Tabelle 1 ist abzuleiten, daß die Flammschutzfasern gemäß der vorliegenden Erfindung hinsichtlich der Flammschutzeigenschaft ausgezeichnet sind und keine Dioxin-verwandten Verbindungen beim Brennen freigeben. Die Abscheidung bzw. das Aufbringen des Oberflächenbehandlungsmittels führt zusätzlich Verbesserungen hinsichtlich der Beständigkeit gegen Entfärbung durch Gas ein. Daher können die Flammschutzfasern der vorliegenden Erfindung einem Vernadeln bzw. Nadelstechen, "Tufting", Weben und anderem Verarbeiten unterworfen werden, somit können sie sichere Automobilinnenausstattungsmaterialien und Teppiche, Vorhänge und andere Materialien für Häuser und Gebäude bereitstellen.
Claims (6)
1. Flammschutzfaser, welche 5 bis 15 Gew.-% eines Flammschutzmittels mit
der folgenden allgemeinen Formel (1):
worin R1 bis R5 und R'1 bis R'5 unabhängig voneinander Br oder Cl mit
dem Br/Cl-Verhältnis im Bereich von 100/0 bis 40/60 sind und n eine ganze
Zahl von 2 bis 16 ist, und 2 bis 8 Gew.-% Antimonoxid als ein
Flammschutzmittelpromoter enthält.
2. Flammschutzfaser, in welcher 0,02 bis 1 Gew.-% eines
Oberflächenbehandlungsmittels, umfassend ein Alkylphosphatsalz mit dem Alkylteil,
welcher 12 bis 18 Kohlenstoffatome aufweist, auf der Oberfläche einer
Faser abgeschieden sind, welche 5 bis 15 Gew.-% eines
Flammschutzmittels mit der folgenden allgemeinen Formel (1):
worin R1 bis R5 und R'1 und R'5 unabhängig voneinander Br oder Cl mit
dem Br/Cl-Verhältnis im Bereich von 100/0 bis 40/60 sind und n eine ganze
Zahl von 2 bis 16 ist, und 2 bis 8 Gew.-% Antimonoxid als ein
Flammschutzmittelpromoter enthält.
3. Flammschutzfaser nach Anspruch 1 oder 2, welche eine Polyolefinfaser
umfaßt.
4. Vliesstoff, hergestellt aus der Flammschutzfaser nach einem der Ansprüche
1 bis 3.
5. Gewebe, hergestellt aus der Flammschutzfaser nach einem der Ansprüche
1 bis 3.
6. Formgegenstand, hergestellt aus der Flammschutzfaser nach einem der
Ansprüche 1 bis 3.
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