EP2099538B1 - Dispositif phosphorescent de marquage au sol - Google Patents

Dispositif phosphorescent de marquage au sol Download PDF

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EP2099538B1
EP2099538B1 EP07847870.8A EP07847870A EP2099538B1 EP 2099538 B1 EP2099538 B1 EP 2099538B1 EP 07847870 A EP07847870 A EP 07847870A EP 2099538 B1 EP2099538 B1 EP 2099538B1
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pigment
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Philippe Morisse
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Phm Philippe Morisse Sas
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Phm Philippe Morisse Sas
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63C—SKATES; SKIS; ROLLER SKATES; DESIGN OR LAYOUT OF COURTS, RINKS OR THE LIKE
    • A63C19/00—Design or layout of playing courts, rinks, bowling greens or areas for water-skiing; Covers therefor
    • A63C19/06—Apparatus for setting-out or dividing courts
    • A63C19/08—Mechanical means for marking-out

Definitions

  • the present invention belongs to the field of marking devices on the ground, and more particularly to signaling and marking on outdoor terrain, including grassed surfaces.
  • an implantable marking device of the type comprising a body intended to be buried in the ground and carrying filaments erected above the surface of the ground, wherein the filaments are made of an elastic material provided with phosphorescence properties.
  • devices whose general structure is of the type mentioned above, and which are intended to replace the permanent marking lines of sports fields usually made with a paint or plaster. They comprise a relatively bulky body, usually buried in the ground by digging trenches, the filaments having to cover the corresponding surface.
  • the filaments have a diameter of between 0.5 mm and 0.6 mm, preferably about 0.55 mm.
  • a diameter of 0.55 is ideal because it allows to fix a large amount of mono-filaments in each device, thereby improving the remanence properties and the visibility of the marking device in the dark.
  • the pigment is formed of particles whose median diameter D50 is between 50 microns and 100 microns. In a particularly preferred manner, the median diameter is between 60 ⁇ m and 80 ⁇ m.
  • the device can be installed by depression, at regular intervals or adapted to the needs, for a visible marking by the users, for example along a path, or to the limits of the places of a parking lot or a campsite . Its placement and removal are particularly simple, easy and fast and do not involve any earthwork that could damage the ground cover, including a lawn.
  • the device can thus be used for permanent marking as temporary. If the ground is grassed and must be maintained, the device does not hinder the passage of a mower that cuts the strands at the same level as the grass. It remains visible at any time of day and night.
  • the phosphorescent pigment is here strontium aluminate SrAl 2 O 4 : Eu, Dy having a green-yellow emission color (commercially available, under the reference GT 5700 from Glotech).
  • the tensile test shows that only the stress at break decreases gradually, the other parameters remaining stable, with standard deviations.
  • the module remains stable, indicating that the unfilled filament does not degrade under the effect of aging.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Artificial Filaments (AREA)
  • Treatment Of Fiber Materials (AREA)
  • Road Signs Or Road Markings (AREA)

Description

  • La présente invention appartient au domaine des dispositifs de marquage au sol, et plus particulièrement de la signalisation et du repérage sur des terrains en plein air, notamment des surfaces engazonnées.
  • Elle a pour objet un dispositif de marquage implantable du type de ceux comprenant un corps destiné à être enfoui dans le sol et portant des filaments dressés au-dessus de la surface du sol, dans lequel les filaments sont constitués d'un matériau élastique doté de propriétés de phosphorescence.
  • On rappelle qu'il existe des dispositifs de marquage, appelés implants, dans lesquels un corps enterré porte des filaments regroupés par touffes faisant saillie au-dessus du sol, et qui imitent des brins d'herbe par leur finesse et leur flexibilité.
  • On connaît, par exemple d'après FR 2618 345 , des dispositifs dont la structure générale est du type rappelé ci-dessus, et qui sont destinés à se substituer aux lignes de marquage permanentes des terrains de sport habituellement réalisées avec une peinture ou un plâtre. Ils comprennent un corps relativement volumineux, généralement enterrés dans le sol par creusement de tranchées, les filaments devant couvrir la surface correspondante.
  • On connaît également par WO 95/12441 , un implant de marquage comprenant un corps à enfoncer dans le sol, sur lequel sont fixés des brins d'herbe artificielle. La partie supérieure de ce corps affleure la surface du sol et la partie inférieure est épointée, sa forme générale étant globalement conique. Le placement de l'implant et son remplacement sont ainsi très faciles, ne nécessitent pas de préparer le sol, ni de creuser du fait de sa taille réduite. Il ne gêne pas l'évolution des personnes ou des véhicules sur la surface marquée.
  • Les filaments de ces dispositifs sont généralement réalisés à partir d'un matériau polymère présentant, après obtention de filaments de l'épaisseur voulue (de quelques dixièmes de millimètres à un, voire deux millimètres), des caractéristiques de rigidité et de flexibilité permettant qu'ils restent dressés au repos et qu'il s'inclinent au passage d'un usager du terrain marqué sans risquer de blesser l'usager ou de détériorer le dispositif. Une autre caractéristique de ces dispositifs est que les filaments sont élastiques et reprennent leur position tout de suite après le passage de l'usager.
  • Le document FR 2 711 926 décrit un dispositif selon le préambule de la revendication 1. Le document JP 2002 363837 décrit un procédé selon le préambule de la revendication 8.
  • Ces dispositifs, conçus initialement pour être implantés sur des surfaces engazonnées et servir de guide à chaque traçage des limites de terrains, tels que des terrains de sport, s'avèrent pouvoir être utiles pour d'autres applications, et en particulier pour constituer un marquage de limites sur le sol. Par exemple des emplacements pour les campings, les limites d'un parking ou la pose de jalons visualisant un chemin d'accès, pourrait être réalisé par un balisage au sol, sans dépôt de peinture et sans dégradation du milieu naturel, de manière provisoire ou définitive, de sorte que l'on puisse les repérer la nuit.
  • Pour répondre à cette nouvelle utilisation, il est indispensable que le dispositif soit bien visible des usagers à toute heure du jour et de la nuit. On peut pour ce faire ajouter des colorants aux polymères afin que le marquage soit bien contrasté par rapport à la teinte du sol. Toutefois ces colorants ne permettent pas d'obtenir un effet visuel suffisant pour que le marquage reste apparent dans l'obscurité.
  • Le présente invention a pour but de répondre à cette exigence en proposant un dispositif implantable de marquage du sol selon l'objet de la revendication 1, visible de jour comme de nuit, constitué d'un corps destiné à être enfoui dans le sol et de filaments portés par ledit corps, se dressant à la surface, les filaments étant réalisés en un matériau polymère phosphorescent, et un procédé selon l'objet de la revendication 8.
  • Un tel dispositif n'a jamais été décrit ni réalisé, la raison principale étant que l'incorporation de substances phosphorescentes dans une base polymère pose un certain nombre de problèmes non résolus à ce jour. En effet, la phosphorescence est obtenue classiquement par l'introduction dans la composition de pigments sous forme d'une charge minérale. Or, ceci provoque des modifications importantes des propriétés du polymère, le mélange, appelé aussi "mélange maître" ou "compound", ne répondant alors plus au cahier des charges défini pour l'usage recherché. Il s'est avéré notamment que pour obtenir une photoluminescence suffisante en intensité et en durée, il est nécessaire de recourir à des particules minérales de granulométrie élevée. Or, de ce fait la composition ne peut plus être étirée correctement pour obtenir des filaments fins qui ne se cassent pas durant l'extrusion. Un autre problème réside dans le maintien de l'élasticité du produit fini qui décroît de manière importante quand le rapport charge / polymère augmente.
  • De manière inattendu, il a été trouvé qu'il était possible de concilier ces exigences contradictoires et en particulier d'avoir une rémanence de plusieurs heures avec un impact limité sur les propriétés physiques du mélange polymère-pigment, que ce soit du point de vue de la fabrication que de l'utilisation des filaments dans un dispositif de marquage au sol.
  • Plus généralement, il est indispensable que la composition du compound permette de satisfaire le cahier des charges suivant :
    • durée d'émission lumineuse la plus longue possible, au moins de plusieurs heures et de préférence une dizaine d'heures,
    • bonne tenue aux conditions extérieures, en particulier dans un intervalle de température de - 20°C à + 40°C ;
    • diamètre des filaments proche de 0,5 mm ;
    • bonne résistance mécanique à la flexion de manière à ce que les filaments ne se cassent pas à l'écrasement ;
    • bonne élasticité de sorte que les filaments reprennent leur position après écrasement ;
    • bonnes propriétés mécaniques durant la fabrication, notamment taux d'étirage élevé, formation aisée de ballotins réunissant plusieurs filaments ;
    • coût modique.
  • L'invention vise ainsi à proposer un nouveau type de dispositif de marquage au sol simple et facile d'emploi, destiné à constituer un balisage visible à toute heure.
  • Elle a pour objet un dispositif de marquage du sol, comprenant un corps destiné à être enfoui dans le sol et portant des filaments faisant saillie au-dessus de la surface du sol, ledit dispositif étant caractérisé en ce que les filaments sont réalisés en un matériau polymère comprenant une base polyamide et un pigment phosphorescent.
  • Le dispositif peut être, par exemple, constitué dans sa partie inférieure d'un corps prenant la forme d'un cône qui s'enfonce aisément dans le sol et qui assure le maintien en place du dispositif, et dans sa partie supérieure, de filaments d'une dizaine de centimètres qui restent dressés sur le terrain et constituent ainsi l'organe marqueur visible par l'usager. Le corps est réalisé en un matériau rigide, par exemple en matière plastique telle que le polypropylène.
  • Les filaments sont souples et élastiques de sorte qu'ils se couchent sous le pied ou lors du passage d'un véhicule et de redressent aussitôt après. Ils sont réalisés en un matériau polymère dont la composition leur confère à la fois ces propriétés mécaniques et des propriétés de photoluminescence.
  • Selon l'invention, de manière avantageuse le pigment phosphorescent est choisi parmi les aluminates de terres rares. De préférence, dans le dispositif objet de la présente invention, le pigment phosphorescent est un aluminate de strontium. On peut citer à titre d'exemple le composé de formule SrAl2O4:Eu,Dy émettant une lumière verte à 520nm et 365 nm ou encore SrAl14O25:Eu,Dy émettant dans le bleu à 490 nm et 365 nm. Les pigments à base d'aluminate de strontium sont choisis car ils ont une rémanence de l'ordre de dix fois supérieure à celle des pigments classiques, aussi bien en durée qu'en intensité. De plus, ils peuvent être utilisés pour des applications extérieures. Les cycles d'absorption et d'émission sont illimités.
  • La taille moyenne des particules est importante, car la durée de la rémanence est directement liée à la grosseur des particules : ce sont les particules les plus volumineuses qui émettent le plus longtemps. Toutefois une granulométrie élevée empêche une extrusion continue homogène des filaments qui sont alors cassants. Selon une caractéristique intéressante du dispositif objet de l'invention, le pigment phosphorescent est formé de particules dont le diamètre médian D50 est compris entre à 50 µm et 100 µm, de préférence entre 60 µm et 80 µm. Le diamètre médian D50 est la lecture à 50% sur la courbe, c'est-à-dire que les particules de l'échantillon dont le diamètre est inférieur au D50 représentent 50% de la masse de l'échantillon.
  • Selon une autre caractéristique intéressante du dispositif objet de l'invention, la base polyamide est translucide. Il ne suffit pas en effet que le pigment soit chimiquement compatible avec le polymère choisi, ce qui est le cas ici. Les propriétés physiques et notamment la transparence de la résine, ont une incidence directe sur la rémanence du dispositif. Dans des matériaux opaques, seuls les pigments se trouvant en surface seront capables d'émettre après excitation.
  • Selon encore une autre caractéristique du dispositif revendiqué, la teneur pondérale du matériau polymère en pigment phosphorescent est comprise entre 17 % et 23 %, et de préférence entre 19 % et 2 1 %. Généralement le taux d'incorporation des pigments dans des pièces plastiques peut aller jusqu'à 30 %. Or, un taux de charge élevé a une incidence directe sur les performances du produit final, notamment sur l'élasticité des filaments. Nous avons observé qu'un taux de charge de 25 % ou plus pose des problèmes d'industrialisation. En effet, des casses trop fréquentes se produisent lors du tirage empêchant de produire ces mono-filaments en série. A contrario, un taux de charge bas (de l'ordre de 15 % par exemple) conduit à une rémanence trop faible, même pour des particules de grande taille.
  • Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les filaments ont un diamètre compris entre 0,5 mm et 0,6 mm, de préférence d'environ 0,55 mm. Un diamètre de 0,55 est idéal car il permet de fixer une quantité importante de mono-filaments dans chaque dispositif, en améliorant d'autant les propriétés de rémanence et la visibilité du dispositif de marquage dans l'obscurité.
  • La fabrication du dispositif selon l'invention est effectuée par assemblage du corps rigide avec des filaments préalablement obtenus, ledit assemblage pouvant être réalisé par une des méthodes connues de l'homme de l'art. L'obtention des filaments dotés des propriétés physico-chimiques adéquates est par contre plus délicate, du fait qu'il est nécessaire de concilier des exigences contradictoires, comme précédemment expliqué. C'est pourquoi, est aussi objet de l'invention un procédé de fabrication par extrusion de filaments polymères phosphorescents destinés à un dispositif de marquage au sol selon l'invention, ledit procédé comprenant essentiellement les étapes suivantes :
    • introduire dans la trémie d'alimentation d'une extrudeuse un polymère à base de polyamide et un pigment phosphorescent ;
    • procéder à une extrusion verticale à travers une filière à vis de type PE à tête d'équerre ;
    • procéder à l'étirage des filaments et refroidir.
  • Les conditions de mise en oeuvre du procédé sont particulièrement choisies pour obtenir un fil continu, élastique et non cassant, malgré la présence de particules de taille importante dans la matrice polymère. En particulier, l'emploi d'une filière à vis habituellement utilisée pour l'extrusion du polyéthylène, qui est plus courte que les filière d'extrusion des autres polymères et notamment du polyamide, permet de faire écouler la matière en fusion sans stagnation de matière en un fil continu, sans que des zones calcinées ne se forment et provoquent une fragilisation néfaste à l'origine de la rupture des filaments.
  • Dans un mode de réalisation préféré du procédé selon l'invention, le pigment phosphorescent est introduit dans l'extrudeuse à une teneur pondérale comprise entre 17 % et 23 %, et de préférence entre 19 % et 2 1 %, rapportée à la quantité de totale de matériau polymère.
  • De préférence également, le pigment est formé de particules dont le diamètre médian D50 est compris entre à 50 µm et 100 µm. De manière particulièrement préférée, le diamètre médian est compris entre 60 µm et 80 µm.
  • Selon un mode de mise en oeuvre avantageux du procédé objet de la présente invention, la température d'extrusion est comprise entre 155°C et 175°C. L'extrusion est ainsi réalisée à une température inférieure aux températures communément employées, ce qui permet en association avec une filière à tête courte, d'obtenir une extrusion du mélange homogène et continue.
  • Les filaments étant destinés à être implantés sur le sol, il faut qu'après écrasement, ils reviennent à leur position initiale. Il est apparu qu'un taux d'étirage élevé permettait d'avoir une élasticité correcte des filaments. C'est pourquoi, selon un caractéristique intéressante du procédé selon l'invention les filaments sont étirés jusqu'à 3,5 %.
  • Le dispositif peut être installé par enfoncement, à intervalles réguliers ou adaptés aux besoins, pour un marquage visible par les usagers, par exemple le long d'un chemin d'accès, ou aux limites des places d'un parking ou d'un camping. Sa mise en place et son retrait sont particulièrement simples, faciles et rapides et n'impliquent aucun terrassement susceptible d'endommager la couverture du sol, notamment une pelouse. Le dispositif peut ainsi servir pour un marquage permanent comme temporaire. Si le terrain est enherbé et doit être entretenu, le dispositif ne gêne pas le passage d'une tondeuse qui coupe les brins au même niveau que l'herbe. Il reste visible à toute heure du jour et de la nuit.
  • La forme, les dimensions du corps ainsi que le nombre, l'implantation, les dimensions des filaments, leur mode de fixation sur le corps peuvent varier dans de larges mesures sans sortir du cadre de l'invention.
  • La présente invention sera mieux comprise, et des détails en relevant apparaîtront, à la description qui va être faite d'une variante de réalisation.
    • EXEMPLE 1 - Fabrication d'un dispositif de marquage
  • La fig.1 est une vue schématique d'un dispositif selon l'invention présentant sa structure générale. Dans le modèle représenté, la partie inférieur du dispositif ou corps, est conique et munie d'un filetage facilitant sa pénétration dans un sol, même compact. La face supérieure du corps peut commodément comporter des évidements susceptibles de coopérer avec un outil approprié permettant l'introduction par vissage du corps dans le sol, et éventuellement aussi son retrait. Une fois en place, la face supérieure du corps est sensiblement de niveau avec la surface du sol. Des faisceaux de filaments sont fixés en une ou plusieurs touffes sur le corps auquel ils sont ancrés par tous moyens appropriés. Le diamètre du corps est de l'ordre de quelques centimètres pour une longueur de d'une dizaine de centimètres. Le corps porte généralement de 5 à 10 touffes de filaments, chacune étant composée de 15 à 30 filaments phosphorescents.
  • Les filaments sont réalisés en un matériau polymère comprenant une base polyamide et un pigment phosphorescent. Dans le présent exemple, la base choisie est un polyamide RILSAN® PA11, fabriqué par Arkema sous la référence "Besno P40 TL".
  • Le pigment phosphorescent est ici l'aluminate de strontium SrAl2O4:Eu,Dy ayant une couleur d'émission vert-jaune (disponible dans le commerce, sous la référence GT 5700 de Glotech).
  • Ce pigment a une taille de particules D50 de 65-75 µm. Il est mélangé à hauteur de 20% dans la base polyamide PA11 et introduit dans la trémie d'alimentation d'une extrudeuse équipée d'une tête à vis de type PE, montée d'équerre avec filière à 6 sorties à un filet, pour une extrusion verticale. La température est réglée entre 160°C et 170°C. La matière fondue est refroidie dans un bac de refroidissement et étirée sur des rouleaux d'étirage à un taux de 3,5% pour une bonne élasticité.
  • Le mono-filament obtenu a un diamètre de 0,55 mm. Il est ensuite coupé en segments, par exemple de 1,20 m de long, qui sont rassemblés en fagots de 4,5 cm de diamètre. Les filaments doivent être rassemblés sans être tordus en restant parfaitement rectiligne, ce qui est rendu possible par la composition et le mode opératoire choisis.
    • EXEMPLE 2 - Tests de performances
  • On vérifie que les filaments obtenus ont les propriétés requises.
  • Dans un premier temps il a été établi que leur fabrication selon le protocole ci-dessus défini est réalisable à l'échelle industrielle. Ensuite, il a été vérifié que leur montage sur le corps se fait de manière satisfaisante, selon les techniques connues antérieurement. L'aspect du dispositif de marquage est bon, et il présente une élasticité correcte.
  • Le dispositif de marquage possède en outre les propriété suivantes :
    • La rémanence est d'au moins 100 mcd/m2 après 60 mn et persiste après 10 heures. Le dispositif est donc encore visible après 10 heures d'obscurité.
    EXEMPLE 3 - Essais de vieillissement
  • Les filaments ont subi des essais de vieillissement selon la norme ASTM D 2565 qui simule des conditions extérieures (éclairement de 0,5 W/m2 à 340 nm, 63°C, cycle sec / arrosage 102/18 mm, HR 50 %). Ces essais ont été réalisés pendant une durée de 1 000 heures. Parallèlement à ces essais et pour comparaison, des tests en traction ont été effectués sur les filaments non chargés et sur les filaments chargés en pigment phosphorescent, avant et après vieillissement (à 497 heures et 1 000 heures de vieillissement), par le Laboratoire d'Application Plastique de Mont (Total Petrochemicals) Les résultats détaillés sont présentés dans le tableau 1.
    Figure imgb0001
  • Pour les filaments non chargés, l'essai en traction montre que seule la contrainte à la rupture diminue progressivement, les autres paramètres restant stables, aux écarts-types près. Le module reste stable, ce qui indique que le filament non chargé ne se dégrade pas sous l'effet du vieillissement.
  • En ce qui concerne les filaments chargés à 20 % en aluminate de strontium, les valeurs en traction ne montrent que très peu d'évolution de la contrainte et de l'allongement à la rupture, aux écarts-types près. Le module diminue progressivement avec l'exposition, dans une faible mesure toutefois.
  • Ces résultats sont tout à fait intéressants. Ils confirment que la présence de la charge dans le filament altère en partie sa résistance : le module de traction diminue de moitié. Les propriétés de traction sont moins discriminantes : on constate seulement une augmentation de la rigidité des filaments chargés par rapport aux filaments neutres. Au final, les valeurs obtenues pour ces caractéristiques restent acceptables pour une exploitation dans l'application envisagée.
  • L'influence du vieillissement, qui est quasiment nulle sur les filament non chargés, reste minime sur les filaments chargés. La tenue mécanique des filaments chargés selon l'invention est donc faiblement altérée par le vieillissement UV après 1000 heures.
  • Ainsi, malgré la taille relativement importante des charges phosphorescentes, la résistance mécanique des filaments reste d'un bon niveau, y compris après vieillissement.

Claims (12)

  1. Dispositif de marquage au sol, comprenant un corps destiné à être enfoui dans le sol et portant des filaments faisant saillie au-dessus de la surface du sol, caractérisé en ce que les filaments sont réalisés en un matériau polymère phosphorescent, caractérisé en ce que ledit matériau comprend une base polyamide et un pigment phosphorescent formé de particules dont le diamètre médian D50 est compris entre 50 µm et 100 µm.
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pigment phosphorescent est choisi parmi les aluminates de terres rares.
  3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le pigment phosphorescent est un aluminate de strontium.
  4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diamètre médian D50 des particules formant le pigment phosphorescent est compris entre 60 µm et 80 µm.
  5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la base polyamide est translucide.
  6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la teneur pondérale du matériau polymère en pigment phosphorescent est comprise entre 17 % et 23 %, et de préférence entre 19 % et 21 %.
  7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les filaments ont un diamètre compris entre 0,5 mm et 0,6 mm, de préférence d'environ 0,55 mm.
  8. Procédé de fabrication par extrusion de filaments polymères phosphorescents destinés à un dispositif de marquage au sol selon l'une des revendications 1 à 7, comprenant essentiellement les étapes suivantes :
    - introduire dans la trémie d'alimentation d'une extrudeuse un polymère à base de polyamide et un pigment phosphorescent;
    - procéder à une extrusion verticale à travers une filière à vis de type PE à tête d'équerre ;
    - procéder à l'étirage des filaments et refroidir.
    caractérisé en ce que le pigment phosphorescent est formé de particules dont le diamètre médian D50 est compris entre 50 µm et 100 µm.
  9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le pigment phosphorescent est introduit dans l'extrudeuse à une teneur pondérale comprise entre 17 % et 23 %, et de préférence entre 19 % et 21 %, rapportée à la quantité totale de matériau polymère.
  10. Procédé selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que le diamètre médian D50 des particules formant le pigment phosphorescent est compris entre 60 µm et 80 µm.
  11. Procédé selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que la température d'extrusion est comprise entre 155 °C et 175 °C.
  12. Procédé selon l'une des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que les filaments sont étirés jusqu'à 3,5 %.
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