JP2004510002A - ジベンジリデンソルビトールにより透明化されたプラスチックのためのアルデヒド放出の減少 - Google Patents

ジベンジリデンソルビトールにより透明化されたプラスチックのためのアルデヒド放出の減少 Download PDF

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Abstract

ポリプロピレン材料からのアルデヒドの放出を減少するために、あるジベンジリデンソルビトール型(DBS)透明剤及び酸掃去剤を組み合わせてポリオレフィン樹脂に使用する添加剤が記載される。ヒドラジドは、ポリプロピレンのようなポリオレフィンからの残留アルデヒド除去に有効であることが示された。この機能は、透明剤によりポリプロピレンに与えられた光学透明特性に僅かな影響を与えて達成され得る。実際の効果は、透明剤を含む樹脂の官能特性の向上及びUV吸収抽出物の減少である。特にアジピン酸ジヒドラジドは、ポリプロピレンホモポリマーに4−メチルDBSと共配合されると、透明剤の官能特性を向上する。ポリプロピレンペレットへのジヒドラジドの配合は、アルデヒドの空気中への放出をほぼ100%減少した。

Description

【0001】
(技術分野)
本発明は、一般的に、ポリプロピレンのようなポリオレフィン樹脂と組み合わせて使用される透明剤または透明性向上剤に関する。特に、本発明は、透明剤使用の結果形成されるアルデヒドの放出を減少するために、ポリオレフィン樹脂中のジベンジリデンソルビトールタイプ(DBS)透明剤と組み合わせて使用する添加剤を含む。
【0002】
(背景技術)
今までに、さまざまな技術が、ポリプロピレンのような種々のタイプのプラスチックを透明化するために利用されてきた。プラスチック透明化の商業的に成功した方法の1つは、透明剤としてジベンジリデンソルビトールを利用することである。このような透明剤の1つに、ビス(3,4−ジメチルベンジリデン)ソルビトールアセタール(あるいは3,4−DMDBS)があり、その使用方法は、Rekersの米国特許第5,135,975号及び第5,049,605号に詳細が示されている。本明細書で用いる場合、用語「ポリオールアセタール」はポリオールとアルデヒドの反応生成物を意味し、ジベンジリデンソルビトール(DBS)化合物とジベンジリデンキシリトール(DBX)化合物を含む。ここに引用した全ての特許は、その全体を引用してここに組み込む。
【0003】
一般的に4−メチルDBS(あるいはMDBS)のようなDBS透明剤の他タイプの使用に関連する1つの問題は、形成後にプラスチックから移行する傾向があるアルデヒドのような副生物を生ずることである。4−エチルDBS、4−クロロDBS及び2,4−ジメチルDBSは、類似の欠陥がある他の透明剤である。4−メチルDBSを含むあるソルビトールアセタール透明剤は、完全な熱安定性または酸安定性を有さず、ポリオレフィンの加工工程において部分的に分解し、アルデヒドのような有害な副生物を生じる。
【0004】
このアルデヒドの放出は、通常、臭いや味によって使用者が気づき、特にあるDBS透明剤を用いたプラスチック容器中に蓄えられた食物の臭いや味に顕著に影響するかもしれない。
【0005】
透明化プラスチックからのアルデヒドの放出を防ぐことは、プラスチックが食品保存容器として使われている場合や、食品が透明化されたプラスチックに直接接する場合は、特に望ましい。プラスチックからのアルデヒドの放出を防ぐことが重要である他の用途には、プレフィルド注射器のような利用方法がある医療分野などが含まれる。成功の度合はまちまちであるが、様々な試みがこの問題を解決するために行われてきた。
【0006】
DBS剤の異なるタイプは、プラスチック透明剤として利用されており、その中にはアルキル置換DBS化合物が含まれるが、それは溶融加工において分解し、その結果、置換ベンゾアルデヒドを形成することがある。この問題を解決する1つの方法は、例えばMahaffey, Jr.の米国特許第4,419,473号に開示されているように、ある酸受容体と共配合して、DBS剤を安定化することである。
【0007】
DBS剤を安定化するための他の試みは、Ikedaの特開平9[1997]−286787号公報及び特開平9[1997]−286788号公報によって開示されている。これらの特許出願には、ポリプロピレン配合物に、それぞれアミノ酸のアルカリ塩及びポリオールを添加することによってDBS剤を安定化することが記されている。Matsuhiraは、特開昭60[1985]−32791号公報及び特開昭60[1985]−42385号公報で、透明剤が配合される前にアルデヒド含有量を減らすための、ヒドロキシルアミンまたはヒドラジン誘導体を用いた純DBS粉末の前処理について開示している。
【0008】
Nakazimaの米国特許第5,001,176号は、ジベンジリデンソルビトール型化合物とシクロデキシトリンを含んだ結晶性ポリオレフィン組成物を開示している。Mehrerの米国特許第5,856,385号は、アミド官能化化合物と組み合わせたジベンジリデンソルビトールまたはその誘導体に基づいた核剤の使用に関するものである。
【0009】
しかしながら、最終製品から、悪臭があって腐敗した味がするアルデヒド化合物の放出を防ぐために、DBSにより向上されたポリオレフィン樹脂に添加剤としてヒドラジドまたはヒドラジンを用いることは従来技術には開示されていない。ここで用いる「ヒドラジン」または「ヒドラジド」という用語は、第1級アミン官能基のような一重結合窒素を含む化合物を意味する。
【0010】
(発明の開示)
したがって、本発明の重要な目的は、最終プラスチック製品から放出されるアルデヒドの量を減少させるために、ジベンジリデンソルビトール型透明剤と共にポリオレフィン樹脂に対して利用される、添加剤を提供することである。また、本発明の別の重要な目的は、アルデヒドと反応して非水溶性生成物を形成し、その生成物がDBSによって透明化されたプラスチック製品中で化学的に安定である、化合物を提供することである。また、本発明の更に別の重要な目的は、最終プラスチック製品から放出される好ましくない臭いや味を防ぐためのDBS透明剤と共に使用される添加剤を提供することである。また、本発明の他の重要な目的は、ポリプロピレンのような透明化ポリマーの透明光学特性に重大な影響を及ぼさない、アルデヒド掃去化合物を提供することである。また、本発明の重要な目的は、異なったDBS型透明剤で処理されたプラスチックからのアルデヒド放出を減少または排除するのに有効な、添加剤を提供することである。加えて、本発明の重要な目的は、従来の試みがもたらしたよりも、放出されたアルデヒド量を顕著に減少することができる、透明化ポリオレフィン製品とその製造方法を提供することである。
【0011】
本発明におけるこのような及び他の特徴、内容及び利点は、以下の記述と請求項を参照することによってより理解できるであろう。
【0012】
プラスチックからの移行により生ずる、悪臭があり腐敗した味のアルデヒドを減少するための、DBS型透明剤に対する添加剤を提供するためには、その添加剤は、ある特性を示す必要がある。それは選択的にアルデヒドと反応して、非水溶性で無害でポリプロピレンポリマーマトリックス中で安定な生成物を形成しなくてはならない。更にその添加剤は、DBS型透明剤によってポリプロピレンに与えられた透明光学特性に悪影響を与えてはならない。好ましい添加剤は、できるだけ大量生産され、安価でなければならない。
【0013】
DBSにより向上されたポリプロピレン製品へ、あるヒドラジド化合物をある酸掃去剤と共に添加することは、製品の形成後、プラスチックからのアルデヒドの放出をかなり減少させることがわかっている。この目的のための好ましい酸掃去剤は、これらに限定するわけではないが、ヒドロタルサイト、ステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸リチウム、及びステアリル乳酸カルシウムを含む。ここで用いる場合、アルデヒド掃去剤または酸掃去剤は、アルデヒドまたは酸とそれぞれ容易に反応する化合物と定義される。また、「ヒドラジド」または「ヒドラジド化合物」という用語は、ここではジヒドラジド化合物も含むものとして定義される。
【0014】
即ち、あるヒドラジド化合物はポリプロピレン製品中でアルデヒドと反応して非水溶性の反応生成物を形成し、それによってそのプラスチックから放出されたアルデヒドの量を除去または減少させると考えられている。ヒドラジド及びヒドラジンは共に、アルデヒドと容易に反応してヒドラゾンを形成することが知られている。
【0015】
ヒドラジド化合物の群について、どの化合物がDBSにより向上されたポリプロピレン製品からのアルデヒド放出を防いだり減少したりする機能を示すのかを決定するために、合成し、試験を行った。アジピン酸ジヒドラジド、エイコサン二酸ジヒドラジド、グルタル酸ジヒドラジド、ピメリン酸ジヒドラジド、セバシン酸ジヒドラジド、及びスベリン酸ジヒドラジドは、試験の対象化合物であった。更に、スルホニルヒドラジド及びN−アミノイミドも同様に用いた。
【0016】
(実施例)
以下の例は、本発明を説明しており、発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
(プラスチックの配合)
添加剤を計量し、ウェレックス(Welex)高速ミキサーを用いて1600rpmで、試薬級のポリプロピレンと混合した。一般的な配合は、1.00kgの樹脂、0.500gのイルガノックス1010、1.00gのイルガフォス168、0.800gのステアリン酸カルシウム、及び適切な透明剤とヒドラジドである。混合された粉末を、キリオン(Killion)24:1一軸押出機を用いて、温度プロファイル400/425/450/450°Fで押出し、ペレット状にした。各配合の50ミルプラックは、25トンアーバーグ(Arburg)射出成形機を用いて、バレル温度プロファイルを一定の220℃にして作製した。
【0017】
(ヒドラジドの製造)
以下の方法は、ここでの一般的なヒドラジドの製造方法について説明する。
(実施例1)
冷却器、加熱マントル及び磁石スターラーを備えた100ml丸底フラスコに、10.0g[0.043mol]のジメチルセバケート(Aldrich Chemical Co.)、16mlのエタノール、5.3ml[0.090mol]のヒドラジン水和物(55%)を添加した。この混合物を6時間、還流しながら加熱した。固体を吸引ろ過により集め、100mlのエチルアセテートで攪拌しながら洗浄すると、白色固体のセバシン酸ジヒドラジド(5.1g、51%)が得られた。
【0018】
この生成物の性質を、以下の方法で分析した(以下、実施例1〜6の生成物とプラスチック組成物も同様に分析した):UV/Vis(紫外線/可視光)スペクトルは、ベックマンDU−650分光光度計を用いて得た。GC/MSデータは、ヒューレットパッカード6890GC/5973MSDを用いて得た。ヘイズ測定は、ASTM D1003法に従い、BYK−ガードナーヘイズガードプラスを用いて行った。
この実施例の生成物は、融点183.8−185.3℃(3℃/分昇温、空気中)、純度95.9%(GC/MSによる)を示した。
【0019】
その他の様々なジヒドラジド化合物を上記方法で作製し、その化合物を以下の表1に示す。
【表1】
ヒドラジドの純度及び融点データ
Figure 2004510002
*GC/MSによって決定できなかった。FTIR及びNMRによれば純品に見えた。
【0020】
(プラスチック配合物のヘイズ測定)
実施例1〜6の添加剤を、(上記)プラスチック中に配合した。このような添加剤を含んでいない比較用プラスチックも同様に、それぞれについて得られたヘイズを測定した。その結果を、以下の表に示す。
【表2】
ヘイズ特性[ASTM D1003]
Figure 2004510002
*RCP=ランダムポリプロピレンコポリマー、11MFI;
HP=ポリプロピレンホモポリマー、12MFI
【0021】
表2のデータから、500ppmのヒドラジド添加剤(実施例1〜6)が樹脂全体の透明性に僅かの影響しか及ぼさず、あるものはヘイズ特性を向上することがわかる。
【0022】
(官能特性)
官能試験は、ASTM STP434及びSTP758に記された一般ガイドラインに基づいて行った。表3に示した両配合の3”×2”×0.05”プラック6個は、700mlの水道水が入ったジャー中に保管した。ガラスピペットはを用いてプラックを分離し、抽出水により全表面が濡らされているようにした。これらのジャーはオーブンの中に入れ、50℃で5日間保持した。ジャーは1日間冷蔵し、抽出水を味覚試験のためにコップに注いだ。11人の判定者にそれぞれ2杯のコップを与え、一方に対してもう一方がどうか評価し、どちらの水が味がないか記録してもらった。対の味見は、2200ppmのMDBSを含んだプラックからの抽出水と500ppmのアジピン酸ジヒドラジド(ADH)(上記実施例2)を更に添加した同様の配合物からの抽出水を含んでいる。ASTM手順に従って行ったとき、統計的に有意な判定者の多数派は、9人だった。2つの味覚試験結果それぞれを、表3に示す。
【表3】
アジピン酸ジヒドラジドにより掃去されたMDBS配合物の味覚試験結果
Figure 2004510002
【0023】
この比較試験は、ジヒドラジドが配合物の中に加えられたとき、MDBSを含んだ樹脂の官能特性が向上したことを説明している。
【0024】
(アルデヒド移行)
プラスチック配合物からのアルデヒドの放出減少を測定するために、試験を行った。試験方法は以下の通りである:空気中に放出されたアルデヒドをサンプリングするために、各配合物のペレット3gを密閉したガラス瓶に入れ、最短で20分間、熱したブロックの中、110℃で加熱した。熱したブロックを冷やした後、固層ミクロ抽出(SPME)ファイバー(ジビニルベンゼン/カルボクセン(Carboxen)/ポリジメチルシロキサン)を、3.0分間サンプルの頭隙にさらした。その後直ちに、SPMEファイバーを2.0分間、GC/MSの注入口にさらした。この注入口は、一括注入用で、300℃に保たれていた。頭隙の揮発性成分の溶出後、対象のイオンをトータルイオンカウントから抽出した(4−メチルベンゾアルデヒドのためのm/z 119質量ユニット)。
【0025】
掃去されていないペレット状のサンプルの頭隙から検出されたイオンの量を、同じ質量のペレット及び同じ方法を用いた、掃去されたサンプル中のイオンの量と比較した。比較は、掃去されていないサンプルから得た保持時間の±10%の範囲で、各サンプルにつき、m/z 119イオンクロマトグラムでの最大ピーク高さを基準にして行った。各サンプルの相対ピーク高さを表4に示す。ヒドラジドを含む各サンプルでは、掃去されていないMDBS標準に対して、少なくとも98%のピーク高さの減少が観察された。
【表4】
掃去された樹脂中の選ばれたm/z 119ピークの相対ピーク高さ
Figure 2004510002
【0026】
このように、ヒドラジドがDBS透明化配合物中に加えられたとき、本発明の組成物から空気中に放出されるアルデヒドの量が減少することが、明らかである。
【0027】
(抽出されたアルデヒドのUV/VIS測定)
その後、プラスチック配合物からのアルデヒド抽出の程度を測定するために、試験を行った。試験方法は以下の通りである:レトルト試験を、日本薬局方(日本薬局方、13版、1996:76〜82)に従って行った。各配合の50milプラック7個は、9片に切り、水で洗浄し、200mlの脱イオン水が入った清潔な1クォートメーソンジャーに入れた。ジャーはアルミホイルで覆い、1時間オートクレイブで処理した。抽出液は、適当なブランク試験を行った後、220〜240nmと241〜350nmの間のUV吸収により分析した。全工程において、パウダーレスのラテックス手袋を着用した。
【0028】
3,4−DMDBSのみを含んだプラックは、220〜240nmと241〜350nmでそれぞれ、0.388と0.154ユニットの吸収を示した。グルタル酸ジヒドラジドを除くと、その他の各ヒドラジドが配合物に添加された場合は、両吸収とも大幅に減少した。吸収を最も減少させたのは、ピメリン酸ジヒドラジドであった。表5に示したように、この化合物が3,4−DMDBSと共に配合物中に含まれた場合、220〜240nmと241〜350nmの間の吸収ピークが、それぞれ、70%と80%減少した。
【表5】
アルデヒド掃去された配合物のレトルト特性
Figure 2004510002
【0029】
このように、本発明の組成物は、ヒドラジドが配合に用いられたとき、透明化樹脂組成物からのUV吸収化合物の抽出を減少させることが、明らかである。
【0030】
(ヒドラジド/アルデヒド反応生成物の溶解性試験)
ヒドラジドとアルデヒドの反応生成物について、水溶性試験を行った。その試験方法は、以下の通りである:10オンスサンプル瓶に、30mlの水道水と0.14g(0.8mmol)のアジピン酸ジヒドラジドを入れた。この混合物を振って、無色透明な溶液を得た。この溶液に、4−メチルべズアルデヒド(0.14g、1.3mmol)を添加し、1分間振ると直ちに白色固体が沈殿した。この混合物を更に10分間静置した後、吸引ろ過によって固体を分離し、0.14g(0.6mmol、97%)のビス4−メチルアジポニルビスヒドラゾンを得た。このように、反応生成物は、実質上、水に不溶であることは明確である。
【0031】
ヒドラジドは、ポリプロピレンからの残留アルデヒド除去に有効であることが示された。これは、ヘイズ特性にも僅かな影響を与えて達成され得る。実際の効果は、透明剤を含む樹脂の官能特性の向上と、UV吸収抽出物の減少である。特にアジピン酸ジヒドラジドは、4−メチルDBSと共にポリプロピレンホモポリマーに配合されると、透明剤の官能特性を向上する。先に示したように、ポリプロピレンペレットへのジヒドラジドの配合は、頭隙アルデヒドをほぼ100%減少し、3,4−DMDBSのレトルト特性を向上した。ヒドラジドは、あるDBS透明剤及び酸掃去剤と共に使用した場合、効果的なアルデヒド掃去剤であることが示されているが、ヒドラジンやヒドロキシルアミン化合物及びそれらの誘導体を含む類似の官能基を有する適当な化合物が、同じ目的に使用されるということを理解するべきである。
【0032】
DBSによって透明化された製品は、医療装置、特に注射器、処方薬の容器、及びアルデヒドやその他化学物質の低放出レベルを有する透明化プラスチック生成物が要求されるその他の医療装置のような最終用途に有用であろう。その他の利用方法には、食品保存容器、衣服容器、または上記要求を満たすいかなる利用方法も含まれる。更に、ここに記載された透明化ポリプロピレン製品は、これらに限定するわけではないが、吹込み成形、射出成形、押出成形、熱成形などを含む様々な方法で利用されるであろうと予想される。透明化ポリプロピレンの吹込み成形瓶は、薬瓶、調味料入れ、ジュース瓶、ソース瓶、ビタミン瓶、哺乳瓶、その他の瓶に利用され得る。射出成形製品には、家庭用品、保管容器、リビングの蝶番付容器、薄肉容器、使い捨て注射器などが含まれ得る。DBSによって透明化された製品の最終利用方法の一例をここで述べたが、これらの例により、本発明の範囲が限定されるべきではない。ここで述べた透明化ポリプロピレン製品は、多くの方法により利用されるであろう。
【0033】
かなり詳細に好ましい具体例を開示し、説明してきたが、請求項の意図と範囲は、ここに含まれる好ましい態様の説明によって限定されるべきではない。この明細書で明らかにされた全ての特徴は、はっきりと述べられてはいなくても、同じまたは同等のまたは類似した目的にかなう他の特徴に置き換えられてもよい。従って、はっきりと述べられてはいなくても、開示されたそれぞれの特徴は、同等のまたは類似した特徴の一般的群の一例にすぎない。

Claims (29)

  1. ポリオールアセタールと、ポリオレフィンからの遊離アルデヒドの放出を減少するためにポリオレフィン中に存在する遊離アルデヒドと反応する添加剤を含む、ポリオレフィン組成物であって、
    前記添加剤は、少なくとも1つの置換ヒドラジン、少なくとも1つの置換ヒドラジド及びそれらの混合物からなる群から選ばれる組成物。
  2. 前記添加剤は、前記アルデヒドと反応して非水溶性生成物を形成する請求項1に記載の組成物。
  3. 前記ポリオレフィンはポリプロピレンである請求項1に記載の組成物。
  4. 前記ポリプロピレンはホモポリマーであり、前記添加剤は、ASTM試験方法D1003に従って測定したとき、透明化ホモポリマーのヘイズ特性に約10%を超えて否定的に作用しない請求項3に記載の組成物。
  5. 前記ポリプロピレンはランダムコポリマーであり、前記添加剤は、ASTM試験方法D1003に従って測定したとき、透明化ランダムコポリマーのヘイズ特性に約4%を超えて否定的に作用しない請求項3に記載の組成物。
  6. 前記置換ヒドラジド添加剤は、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、グルタル酸、セバシン酸、エイコサン二酸ジヒドラジド及びそれらの混合物からなる群から選ばれる請求項1に記載の組成物。
  7. 前記添加剤は、スルホニルヒドラジド、N−アミノイミド及びそれらの混合物からなる群から選ばれる請求項1に記載の組成物。
  8. 前記添加剤を除いた同じポリプロピレン及びポリオールアセタールと比較して、日本薬局方に従って測定したとき、前記添加剤は、220〜240nmでの紫外線吸収ピークを少なくとも10%減少させる請求項1に記載の組成物。
  9. 前記添加剤を除いた同じポリオレフィンとポリオールアセタールと比較して、日本薬局方に従って測定したとき、前記添加剤は、241〜350nmでの紫外線吸収ピークを少なくとも10%減少させる請求項1に記載の組成物。
  10. 前記組成物は、注射器用である請求項1に記載の組成物。
  11. 前記組成物は、保管容器用である請求項1に記載の組成物。
  12. 前記組成物は、医療用である請求項1に記載の組成物。
  13. 前記組成物は、吹込み成形工程用である請求項1に記載の組成物。
  14. 前記組成物は、射出成形工程用である請求項1に記載の組成物。
  15. 前記組成物は、熱成形工程用である請求項1に記載の組成物。
  16. 前記組成物は、押出工程用である請求項1に記載の組成物。
  17. ポリプロピレンポリマーの50ミル射出成形プラックは、ASTM試験方法D1003に従って測定したとき、15%未満のヘイズを示し、日本薬局方に従って測定したとき、0.1未満の241〜350nm紫外線吸収を示す、透明剤を含むポリプロピレンポリマー。
  18. 前記透明剤がポリオールアセタールである請求項17に記載のポリプロピレンポリマー。
  19. ポリプロピレンポリマーの50ミル射出成形プラックは、ASTM試験方法D1003に従って測定したとき、15%未満のヘイズを示し、日本薬局方に従って測定したとき、0.2未満の220〜240nm紫外線吸収を示す、透明剤としてポリオールアセタールを含むポリプロピレンポリマー。
  20. ポリオレフィンと共に使用する透明剤であって、前記透明剤は、ポリオールアセタール化合物並びに少なくとも1つの置換ヒドラジド、少なくとも1つの置換ヒドラジン及びそれらの混合物からなる群から選ばれる添加剤を含む組成物である透明剤。
  21. 置換ヒドラジドは、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、セバシン酸、グルタル酸、エイコサン二酸ジヒドラジド及びそれらの混合物からなる群から選ばれる請求項20に記載の透明剤。
  22. 前記ポリオールアセタールは、MDBS、3,4−DMDBS、エチル−DBS、2,4−DMDBS及びそれらの混合物からなる群から選ばれる請求項20に記載の透明剤。
  23. 酸掃去剤を含む請求項20に記載の透明剤。
  24. 前記酸掃去剤は、ヒドロタルサイト、ステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸リチウム、ステアリル乳酸カルシウム及びそれらの混合物からなる群から選ばれる請求項23に記載の透明剤。
  25. 前記添加剤は、アルデヒドと反応して最終ポリオレフィンマトリックス中に非水溶性生成物を形成する請求項20に記載の透明剤。
  26. 前記添加剤は、スルホニルヒドラジド、N−アミノイミド及びそれらの混合物からなる群から選ばれる請求項20に記載の透明剤。
  27. ASTM試験方法D1003に従って測定したとき、15%未満のヘイズを示すポリマーと、ポリマーからの遊離アルデヒドの放出を減少するためにポリマー中に存在する遊離アルデヒドと反応する添加剤を含む組成物であって、
    前記添加剤は、少なくとも1つの置換ヒドラジン、少なくとも1つの置換ヒドラジド及びそれらの混合物からなる群から選ばれる組成物。
  28. 置換ヒドラジドは、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、セバシン酸、グルタル酸、エイコサン二酸ジヒドラジド及びそれらの混合物からなる群から選ばれる請求項27に記載の組成物。
  29. 前記添加剤は、スルホニルヒドラジド、N−アミノイミド及びそれらの混合物からなる群から選ばれる請求項27に記載の組成物。
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