ES2277002T3 - Procedimiento y dispositivo para fabricar tapones de botella sinteticos. - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para fabricar tapones de botella sintéticos que constan de un elemento de núcleo cilíndrico de un material plástico espumado y una capa exterior de un material de plástico compacto y no espumado unida con dicho elemento de núcleo y que envuelve a éste, fabricándose las masas fundidas de plástico en un primer y segundo extrusor y uniéndose en una herramienta distribuidora de tal modo que sale una cuerda de masa fundida revestida que se retira y que, después de endurecerse, se corta y se bisela, caracterizado porque todos los materiales de partida para la masa fundida de plástico del elemento de núcleo (1) se suministran al primer extrusor (13), mezclándose una vez más la masa fundida de plástico formada en este extrusor (13) para el elemento de núcleo (1) entre el primer extrusor (13) y la herramienta distribuidora (17), enfriándose a continuación dicha masa y, después del enfriamiento, mezclándose ésta de nuevo inmediatamente antes de su revestimiento en la herramienta distribuidora (17).

Description

Procedimiento y dispositivo para fabricar tapones de botella sintéticos.
La invención concierne a un procedimiento para fabricar tapones de botella sintéticos que constan de un elemento de núcleo cilíndrico de un material plástico espumado y de una capa exterior de un material plástico compacto unida con éste y que lo envuelve, fabricándose las masas fundidas de plástico en un primer y un segundo extrusor y uniéndose en una herramienta distribuidora de tal modo que salga una mecha de masa fundida envuelta que se retire y que, después de endurecerse, se corte y se bisela.
La invención concierne además a una instalación de coextrusión para fabricar tapones de botella sintéticos compuestos de un elemento de núcleo cilíndrico de plástico espumado con una capa exterior de un material plástico compacto unida con éste y que lo envuelve, con un primer extrusor para fabricar la masa fundida de plástico para el elemento de núcleo, un segundo extrusor para fabricar la masa fundida de plástico para la capa exterior, una herramienta distribuidora para reunir las masas fundidas de modo que la masa fundida para el elemento de núcleo sea rodeada a modo de anillo por la masa fundida para la capa exterior, una boquilla de salida, un trayecto de enfriamiento, una zona de retirada y un dispositivo de corte y biselado.
Por el documento US-B1-6.355.320 se conoce un tapón de botella de forma cilíndrica fabricado por extrusión, cuyo material de plástico presenta una densidad de entre 100 kg/m^{3} y 500 kg/m^{3}. Para fabricar un tapón de plástico de celdas cerradas de este tipo, además de un agente propulsor químico se utiliza también un agente propulsor físico, preferiblemente dióxido de carbono líquido, que necesita un suministro especial y una incorporación especialmente cuidadosa en la masa fundida de polímero. En este caso, la masa fundida de plástico se enfría hacia el final de su recorrido de transporte por el extrusor, conservándose cierta presión en todo el proceso de extrusión para mantener disuelto el dióxido de carbono en su fase supercrítica y en la masa fundida de polímero.
El documento US 2002/0180083 A1 se ocupa de un procedimiento para fabricar un tapón de botella sintético que está formado por varias capas y se fabrica por coextrusión. Los materiales plásticos para las capas presentan diferentes propiedades físicas. En una variante de realización se conforma un cierre de botella sintético de tres capas por medio de un envolvimiento coaxial doble de un elemento de núcleo.
Por el documento EP-A1-1.022.303 se conocen un procedimiento y un dispositivo para fabricar bloques de espuma de poliestireno, suministrándose poliestireno con los aditivos usuales a un extrusor y suministrándose dióxido de carbono y etanol a la masa fundida en el extrusor por medio de bombas de dosificación. Un mezclador estático va conectado al primer extrusor, suministrándose H_{2}O a la masa fundida entre el extrusor y este mezclador estático. Un segundo extrusor (mezclador dinámico) está conectado al primer mezclador estático y tiene la misión de dispersar los aditivos líquidos suministrados en la masa fundida y enfriar ésta simultáneamente. A continuación, la masa fundida se mezcla una vez más de forma estática y, finalmente, se suministra a la cabeza de extrusión.
Por el documento EP-B-1.051.334 se conoce un tapón de botella sintético que consta de un elemento de núcleo de forma cilíndrica de un material plástico espumado de celdas cerradas y presenta una capa exterior también preferiblemente de un material plástico espumado que rodea de manera periférica la superficie cilíndrica del elemento de núcleo y está unida con éste mediante ajuste de fuerza. Este documento se refiere también a un procedimiento para fabricar un tapón de botella de este tipo que, según las reivindicaciones, consistirá sustancialmente en que se extruya un elemento de plástico cilíndrico cuya superficie cilíndrica se une con una capa separada o independiente de un material plástico para impedir un flujo de líquido entre el elemento de núcleo y la capa periférica. El producto fabricado de dos capas se corta en un plano que discurre perpendicular al eje central del elemento de núcleo, con lo que se fabrica un tapón de botella termoplástico de varias capas que presenta la longitud deseada para introducirlo y mantenerlo en la abertura del gollete de un recipiente. Se menciona que la capa periférica y el elemento de núcleo de plástico espumado pueden fabricarse por coextrusión de masas fundidas de plástico.
La coextrusión es básicamente un procedimiento que se conoce ya desde hace mucho tiempo. Así, se citan, por ejemplo en "Handbuch der Kunststoff-Extrusionstechnik II, Extrusionsanlagen" ("Manual de la técnica de extrusión de plástico II, Instalaciones de extrusión"), 1986 (Editorial Hanser), diferentes procedimientos de coextrusión para fabricar productos semielaborados espumados a partir de dos corrientes de masa diferentes con núcleo espumado utilizando una instalación de extrusión de un solo tornillo sin fin. La página 443, sección 13.5.1, instalaciones de extrusión de un solo tornillo sin fin, describe la estructura básica de una instalación de esta clase que, junto con el extrusor con dispositivo de premezcla, comprende un dispositivo de calibración y refrigeración y dispositivos de extracción, aserrado y deposición. Se cita también que las soluciones elaboradas en este campo son resultados de un intenso desarrollo y estaban o están protegidas por medio de patentes.
Los tapones de botella sintéticos deben ahora poder fabricarse con un coste técnicamente justificable y de forma económica, así como deben al menos ser equivalentes al corcho natural en lo que respecta a sus propiedades, en particular del comportamiento de recuperación, las fuerzas de extracción y la hermeticidad, debiendo ser en particular superiores a éste. El corcho natural se ha utilizado cada vez más como material de partida para tapones de botella, por lo que también es muy solicitado y resulta comparativamente caro. Además, en el corcho natural existen diferencias de calidad muy fuertes y, en correspondencia, también grandes diferencias de precio. Las diferencias de precio hacen frecuentemente difícil garantizar un cierre hermético duradero de una botella, pero, por otro lado, no debería ser difícil la apertura de la botella, es decir, la retirada del tapón. Es importante también que los cierres de botella sintéticos tengan que diferenciarse exteriormente lo menos posible de los tapones de corcho natural. A este respecto, los tapones de plástico extruidos conocidos hasta ahora son ventajosos frente a los generados por fundición inyectada por inyección.
El ya citado documento EP-B-1.051.334 indica determinadas características de calidad de los tapones sintéticos revelados, como, por ejemplo, una distribución homogénea de las celdas cerradas, un tamaño de celda ampliamente coincidente, etc. Por tanto, ciertos parámetros específicos son responsables de que el tapón de botella presente propiedades físicas exactamente especificadas y esté así construido con arreglo al deseo del cliente. Para los clientes, por ejemplo, los productores de vino, es importante, entre otras cosas, que, en cuanto al tapón de sus botellas, no se dependa ya de las casualidades en la calidad de los tapones suministrados. Además es importante para los clientes que, al emplear tapones de plástico, puedan seguir utilizando sus máquinas de cerrar botellas.
La forma en que pueden fabricarse tapones de botella de la calidad requerida y deseada no se pueda deducir del documento EP-A-1.051.334. Como resulta inequívoco por la literatura especializada antes citada, la mención solamente básica del uso de un procedimiento de coextrusión no es adecuada para transmitir al experto la forma en que puede fabricarse un producto de la calidad deseada.
Es aquí donde interviene ahora la invención, cuyo problema consiste en facilitar un procedimiento y un dispositivo que permitan que se puedan fabricar de una manera económica cierres de botellas sintéticos compuestos de un elemento de núcleo espumado y una capa exterior compacta con características de calidad reproducibles.
Por lo que concierne al procedimiento, el problema planteado se resuelve según la invención porque todos los materiales de partida para la masa fundida de plástico del elemento de núcleo se suministran al primer extrusor, mezclándose la masa fundida de plástico formada en este extrusor para el elemento de núcleo entre el primer extrusor y la herramienta distribuidora y enfriándose a continuación dicha masa y mezclándose ésta una vez más después del enfriamiento, inmediatamente antes de su revestimiento en la herramienta distribuidora.
Por lo que concierne al dispositivo, el problema planteado se resuelve según la invención porque entre el primer extrusor y la herramienta distribuidora está dispuesta una combinación de herramientas constituida por un mezclador estático, un refrigerador y un segundo mezclador estático en este orden.
Para que se origine en el elemento de núcleo un tamaño de celda uniforme y una distribución uniforme de las celdas, es de especial importancia que se asegura en la masa fundida descargada del extrusor que la temperatura en toda la sección transversal sea lo más uniforme posible y que resulta posible un proceso de espumado óptimo por medio de un enfriamiento de la masa fundida, por efecto de la caída rápida de presión después de la salida de boquilla, así como que se mezcle una vez más la masa fundida después del enfriamiento inmediatamente antes de la herramienta distribuidora, y dicha masa pase a la herramienta distribuidora con una temperatura ampliamente constante en toda su sección transversal, envolviéndose la cuerda con la mezcla fundida de plástico de la capa exterior muy poco antes de la salida de la boquilla.
Una medida adicional que tiene influencia sobre una estructura de celda uniforme en el elemento de núcleo producido es adoptada ya al suministrar los materiales de partida para la masa fundida del elemento de núcleo. Esta medida consiste en que el agente propulsor químico se mezcla directamente con la corriente de granulado ya dosificada para la masa fundida del elemento de núcleo. Precisamente esta medida garantiza una mezcla muy uniforme del agente propulsor químico.
En el procedimiento según la invención, la presión de la masa fundida delante de la punta del tornillo sin fin del primer extrusor asciende, según el rendimiento de paso a un valor comprendido entre 130 bares y 200 bares, siendo de una magnitud de 50 bares a 100 bares a la salida de la boquilla. Esta medida, junto con la cantidad de agente propulsor químico utilizada, influye sobre el grado de espumado y, por tanto, sobre el peso específico, la estructura de las celdas, el tamaño de la celda y la distribución de las celdas del elemento de núcleo y contribuye a conferir al producto acabado las propiedades mejoradas con respecto al caucho natural.
Otras características, ventajas y detalles de la invención se describen con más detalle con ayuda del dibujo. Muestran:
La figura 1, esquemáticamente, las estaciones individuales de un dispositivo para fabricar un tapón de botella sintético y
La figura 2, una vista de un tapón de botella fabricado según la invención.
La figura 2 muestra un cierre de botella en forma de un tapón cilíndrico con un elemento de núcleo cilíndrico 1 de un material plástico espumado de celdas cerradas y una capa exterior 2 que rodea el elemento de núcleo 1 y que está unida fijamente con éste, hecha de un material plástico compacto y no espumado. La capa exterior 2 presenta un espesor de entre 0,5 y 2 mm. El tamaño de celda medio del material plástico del elemento de núcleo 1 asciende a entre 0,01 mm y 0,05 mm. La densidad de celdas asciende a entre 1.000.000/cm^{3} y 8.000.000/cm^{3}.
\newpage
La invención se ocupa también de la fabricación de tapones de botella sintéticos alternativos al corcho natural que deben ser al menos iguales al corcho natural, pero en particular superiores a éste, en lo que se refiere a sus propiedades, como, por ejemplo, alta calidad constante, hermeticidad, comportamiento de reposición y fuerzas de extracción constantes. En este contexto, es de importancia especial sobre todo el procedimiento para fabricar el tapón de botella, pero también, los materiales de partida juegan un papel importante.
Como material de base para el elemento de núcleo 1 entran en consideración diferentes materiales plásticos, en particular polietileno, polibutadieno, polibutileno, elastómeros termoplásticos, copolímeros de etileno acrilo, copolímeros de etileno-acetato de vinilo y similares. Para espumar el material plástico se fija al polímero uno de los agentes propulsores químicos usuales, por ejemplo azodi-carbonamida modificada, que se puede obtener bajo la denominación comercial Tracel.
Materiales de base para la fabricación de la capa exterior compacta 2 son un elastómero termoplástico y al menos una carga de color, tal como un material plástico mezclado con partículas de color. Como elastómeros termoplásticos son adecuados, en particular, los que se basan en poliesteréster, copolímeros de olefina, etileno-acetato de vinilo, etileno/acetato de vinilo-cloruro de polivinilideno, caucho de nitrilo/butadieno/polipropileno, etileno/propileno terpolímero/propileno, caucho natural/polipropileno, terpolímero de etileno/propileno/propileno, caucho natural/polipropileno, terpolímero de etileno/propileno/propileno (reticulado y no reticulado), copolímeros de estireno, estireno/butadieno, estireno/butadieno/estireno, estireno/etenbuteno/estireno, estireno/isopreno, estireno/butileno/estireno-propileno, estireno/etileno-butileno/estireno-polifeniléter, estireno/etileno-butileno/estireno-polipropileno, estireno/butadieno/estire-
no-propileno, poliuretano, poliésteruretano, polieterésteruretano, poliéteruretano y poliuretano alifático. El material plástico de la carga de color se tiñe al color del corcho natural por medio de colorantes resistentes a los alimentos. Son importantes la compatibilidad y la miscibilidad de la carga o las cargas de color con el material plástico de base de la capa exterior 2 para garantizar una calidad óptima del producto fabricado.
El color del caucho natural se puede ajustar de manera especialmente fiel a la naturaleza por medio de una mezcla de una carga de color beige con una carga de color de efecto negro. Ambas cargas de color son granulados de plástico. Los pigmentos de color utilizados para el elemento de núcleo 1 y también para la capa exterior 2 son preferiblemente pigmentos de color orgánicos, en particular diversos materiales de relleno, y el material de soporte deberá ser compatible con el plástico de base del elemento de núcleo y de la capa exterior. Los pigmentos de color inorgánicos son muy adecuados como formadores de núcleos durante el espumado.
Con ayuda de la figura 1 se describen ahora con más detalle el dispositivo según la invención y el procedimiento según la invención para fabricar los tapones de botella.
En un dispositivo de dosificación gravimétrico 10 se pesan y se mezclan el granulado del material plástico de base y los granulados de la carga de color para la fabricación del elemento de núcleo 1 por encima de la entrada 12 del extrusor principal 13. El agente propulsor químico se mezcla por medio de un dispositivo de dosificación independiente 11 directamente con la corriente de granulado que procede del dispositivo de dosificación gravimétrico 10. Esta medida garantiza una distribución óptima de los materiales de partida en el extrusor principal 13 e impide un desmezclado no deseado de los mismos.
La mezcla de los materiales de partida se funde y homogeneiza en el extrusor principal 13. El extrusor 13 puede ser uno de los extrusores usuales con un tornillo sin fin de tres zonas y una relación de compresión de 2,5:1. La presión de la masa fundida delante de la punta del tornillo sin fin asciende, según su rendimiento de peso, a un valor entre 130 bares y 200 bares, y la temperatura de la masa fundida es del orden de magnitud de 130ºC a 160ºC. Para lograr una distribución lo más uniforme posible de la temperatura de la masa fundida en toda su superficie transversal, la masa fundida se descarga directamente del extrusor principal 13 a un mezclador estático 14, a continuación se enfría en un refrigerador de masa fundida 15 y, finalmente, se mezcla una vez más en un segundo mezclador estático 16. En el refrigerador 15 se retira calor de la masa fundida, preferiblemente en dos circuitos cerrados separados uno de otro y por medio de aparatos de atemperado de aceite.
Desde el mezclador estático 16 se transfiere la masa fundida a una herramienta distribuidora 17 en la que, por ejemplo por medio de un distribuidor de excéntrica de corazón, se aplica la capa exterior 2 como un tubo delgado sobre la cuerda principal que forma el elemento de núcleo 1. Los materiales de partida para la capa exterior 2 se pesan y mezclan también por medio del dispositivo de dosificación gravimétrico 20 por encima de la entrada de un segundo extrusor 19. En el coextrusor 19 se funde y homogeneiza esta mezcla. Como tornillo sin fin en el coextrusor 19 se utiliza, en particular, un tornillo sin fin de barrera que permite mantener valores reducidos de la temperatura de la masa fundida y del calor de cizalladura. La masa fundida conformada a modo de tubo por medio del distribuidor de excéntrica de corazón en la herramienta 17 se coloca alrededor de la masa fundida que forma el elemento de núcleo 1. La cuerda de la masa fundida envuelta sale hacia fuera a través de una boquilla de salida 18. Debido a la brusca caída de la presión a la salida de la boquilla de salida 18 comienza el proceso de espumado del material del elemento de núcleo. El grado de espumado, que determina el peso específico, la estructura de la celda, el tamaño de la celda y la distribución de las celdas del elemento de núcleo 1, viene dictado, por un lado, por la cantidad utilizada del agente propulsor químico, pero, por otro lado, también por el tiempo de permanencia de la masa fundida en el extrusor, las condiciones de temperatura, la evaluación de la presión, la configuración del camino de flujo y la geometría de la boquilla. La caída de la presión de la masa fundida se mueve de 130 bares a 200 bares en la zona de la punta del tornillo sin fin del extrusor 13 hasta aproximadamente 50 bares a 100 bares en la zona de la salida de la boquilla 18 y, como se ha comprobado, tiene también cierta influencia sobre la calidad del producto acabado, en particular con respecto a la homogeneidad de la distribución de las celdas.
La cuerda coextruida que sale de la boquilla de salida 18 se evacua bajo tracción por medio de un dispositivo de retirada 22 y con ello se estabiliza y ajusta simultáneamente con respecto a sus dimensiones. Inmediatamente después de la boquilla 18 la cuerda coextruida recorre aún primeramente un refrigerador 21, que, preferiblemente, es un refrigerador de agua, y se enfría en éste hasta el punto de que el dispositivo de retirada no pueda ya ocasionar deformaciones en la cuerda. El dispositivo de retirada 22 es, por ejemplo, un extractor de orugas constituido por segmentos revestidos de PU y entallados con ranuras en V. El extractor de orugas 22 se hace funcionar en lo posible con número de revoluciones constante para no provocar fluctuaciones del producto con respecto al diámetro. La cuerda coextruida se lleva ahora a través de un enfriador adicional 23 que sirve simultáneamente como trayecto tampón hasta un dispositivo de corte no representado, suministrándose los tapones de botella cortados a un dispositivo de biselado y confeccionándose estos de manera correspondiente para ser empaquetado.
Según el procedimiento de conformidad con la invención, se fabricaron, por ejemplo, los tapones de botella utilizando los siguientes materiales de partida: (los datos en % se refieren a 100 por ciento en peso).
Capa exterior (compacta, no espumada)
Elastómero termoplástico 93,5% a 97,5%
Carga de color beige 2% a 4%
Carga de color de efecto negro 0,5% a 1,5%
Elemento de núcleo (espumado)
Copolímero EVA 85%
LDPE 12,5 a 14%
Agente propulsor químico 0,5% a 2%
Carga de color beige 0,5% a 1,5%
Los tapones de botella sintéticos fabricados se compararon con corchos naturales con respecto a algunas propiedades:
Propiedades
1
Efecto capilar
Ambos tapones se sumergieron con el lado frontal en un recipiente lleno de 5 mm de altura durante 24 horas. A continuación, se mide la altura de penetración del líquido.
2

Claims (10)

1. Procedimiento para fabricar tapones de botella sintéticos que constan de un elemento de núcleo cilíndrico de un material plástico espumado y una capa exterior de un material de plástico compacto y no espumado unida con dicho elemento de núcleo y que envuelve a éste, fabricándose las masas fundidas de plástico en un primer y segundo extrusor y uniéndose en una herramienta distribuidora de tal modo que sale una cuerda de masa fundida revestida que se retira y que, después de endurecerse, se corta y se bisela, caracterizado porque todos los materiales de partida para la masa fundida de plástico del elemento de núcleo (1) se suministran al primer extrusor (13), mezclándose una vez más la masa fundida de plástico formada en este extrusor (13) para el elemento de núcleo (1) entre el primer extrusor (13) y la herramienta distribuidora (17), enfriándose a continuación dicha masa y, después del enfriamiento, mezclándose ésta de nuevo inmediatamente antes de su revestimiento en la herramienta distribuidora (17).
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque delante de la entrada (12) del extrusor se mezcla directamente un agente propulsor químico, con ayuda de un dispositivo de dosificación independiente (11), con la corriente de granulado ya dosificada para la masa fundida del elemento de núcleo (1).
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la presión de la masa fundida para el elemento de núcleo (1) se ajusta de tal modo que en la punta del tornillo sin fin del extrusor (13) asciende a un valor entre 130 bares y 200 bares y en el área de la boquilla de salida (18) ha caído a un valor de 50 bares a 100 bares.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los materiales de partida consistentes en granulados de plástico para el elemento de núcleo (1) y la capa exterior (2) se dosifican por vía gravimétrica.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque entre los materiales de partida para la capa exterior (2) y/o el elemento de núcleo (1) se cuenta al menos un granulado de plástico con pigmentos de color, siendo compatible éste con el material sintético de base y siendo los pigmentos de color especialmente pigmentos de color orgánicos.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque como material plástico para el elemento de núcleo (1) se elige al menos uno de los materiales del grupo de polietileno, polibutadieno, polibutileno, elastómeros termoplásticos, copolímeros de etileno-acrilo, copolímeros de etileno-acetato de vinilo y similares.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque como material plástico para la capa exterior compacta (2) se elige al menos uno de los elastómeros termoplásticos del grupo de poliesteréster, copolímeros de olefina, etileno/acetato de vinilo, etileno/acetato de vinilo-cloruro de polivinilideno, caucho de nitrilo/butadieno/polipropileno, terpolímero de etileno/propileno/propileno, caucho natural/polipropileno, terpolímero de etileno/propileno/propileno (reticulado y no reticulado), copolímeros de estireno, estireno/butadieno, estireno/butadieno/estireno, estireno/etenbuteno/estireno, estireno/isopreno, estireno/butileno/estireno-propileno, estireno/etileno/butileno/estireno-polifeniléter, estireno/etileno-butileno/estireno-polipropileno, estireno/butadieno/estireno-propileno, poliuretano, poliésteruretano, polieterésteruretano, poliéteruretano y poliuretano alifático.
8. Instalación de coextrusión para fabricar tapones de botella sintéticos compuestos de un elemento de núcleo cilíndrico de plástico espumado con una capa exterior de un material de plástico compacto no espumado unida a éste y que lo envuelve, con un primer extrusor para fabricar la masa fundida de plástico para el elemento de núcleo, un segundo extrusor para fabricar la masa fundida de plástico para la capa exterior, una herramienta distribuidora para reunir las masas fundidas de modo que la masa fundida para el elemento de núcleo quede rodeada en forma de anillo por la masa fundida para la capa exterior, una boquilla de salida, un trayecto de refrigeración una zona de retirada y un dispositivo de corte y biselado, caracterizada porque entre el primer extrusor (13) y la herramienta distribuidora (17) está dispuesta una combinación de herramienta constituida por un mezclador estático (14), un refrigerador (15) y un segundo mezclador estático (16), en este orden.
9. Instalación de coextrusión según la reivindicación 8, caracterizada porque están previstos dispositivos de dosificación gravimétricos (10, 20) para los materiales plásticos de partida de las masas fundidas para el elemento de núcleo (1) y la capa exterior (2).
10. Instalación de coextrusión según la reivindicación 8 ó 9, caracterizada porque está previsto un dispositivo de dosificación independiente (11) para el agente propulsor químico de la masa fundida para el elemento de núcleo (1), de tal modo que el agente propulsor químico es introducido en la corriente de granulado de plástico procedente del dispositivo de dosificación gravimétrico (10).
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