JP2007145997A - 着色可能なバインダー組成物 - Google Patents

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Abstract

【課題】カラー舗装に使用した場合においても、耐久性及び施工性が共に優れた着色可能なバインダー組成物を提供する。
【解決手段】水添石油樹脂及び未水添石油樹脂:総量で20〜40質量%、水添率が95%以上の水添熱可塑性エラストマー:1〜10質量%、酸価が50〜300のトール油誘導体及び/又は酸価が50〜300のトール油脂肪酸:総量で0.1〜5質量%を含有し、残部が石油系溶剤抽出油であり、未水添石油樹脂に対する水添石油樹脂の割合(水添石油樹脂/未水添石油樹脂)が質量比で10〜30%である組成とし、更に、150℃における粘度を500mPa・秒以下にすると共に、密粒度(13)混合物におけるDS値を1500回/mm以上にする。
【選択図】なし

Description

本発明は、顔料等を添加することにより着色可能なバインダー組成物に関し、特に、公園及び歩道等に施工されるカラー舗装用として好適な着色可能なバインダー組成物に関する。
一般に、公園及び歩道等にカラー舗装を施工する場合は、顔料等を添加することにより着色が可能なバインダー成物が使用されている。このようなカラー舗装用バインダー組成物としては、例えば、石油樹脂及び/又は熱可塑性エラストマーと石油系軟化剤とを所定の割合で配合し、必要に応じて酸化防止剤等を添加したものがある。
通常、カラー舗装用バインダー組成物は、屋外に長期間暴露されるため、水分、熱、油分及び紫外線等による劣化を最小限に抑制する必要がある。そこで、従来、耐候性向上を向上させるために、石油樹脂及び熱可塑性エラストマーとして、夫々、水素を添加することにより分子中の二重結合を低減した水添石油樹脂及び水添熱可塑性エラストマーを使用したカラー舗装用バインダー組成物が提案されている(例えば、特許文献1及び2参照。)。また、前述の水添石油樹脂及び水素熱可塑性エラストマーを使用すると共に、軟化剤を石油系溶剤抽出油から芳香族分及び二重結合が少ない石油系潤滑油基油に変えたカラー舗装用バインダー組成物も提案されている(例えば、特許文献3参照。)。
一方、環境及び人体への影響を考慮したカラー舗装用バインダー組成物もある(例えば、特許文献4及び5参照。)。特許文献4に記載のバインダー組成物においては、軟化剤として、多環芳香族炭化水素含有量を3質量%以下にすると共に、芳香族分を15質量%以下に低減した石油系重油を使用している。また、特許文献5に記載のバインダー組成物においては、軟化剤として、多環芳香族化合物含有量を3質量%未満にした石油系芳香族炭化水素油を使用している。
特開2001−172469号公報 特開2001−329117号公報 特開2002−206047号公報 特開2003−301111号公報 特開2005−256450号公報
しかしながら、前述した従来技術には、以下に示すような問題点がある。前述の特許文献1〜5に記載のカラー舗装用バインダー組成物は、耐候性、耐久性及び色相について検討はなされているが、施工性については考慮されていない。例えば、供用時の耐久性を向上させるためには、バインダー組成物の粘度は高い方が望ましいが、その場合、施工時の粘度も高くなり、顔料及び骨材との混合が不十分となったり、舗装面の平坦度が低下したりする。一方、施工性を向上させるために、バインダー組成物の粘度を低くすると、強度が低下し、供用時に骨材飛び及びひび割れ等が発生する。このため、従来のカラー舗装用バインダー組成物では、耐久性及び施工性の両方を満足することができないという問題点がある。
本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、カラー舗装に使用した場合においても、耐久性及び施工性が共に優れた着色可能なバインダー組成物を提供することを目的とする。
本発明に係る着色可能なバインダー組成物は、水添石油樹脂及び未水添石油樹脂:総量で20〜40質量%、水添率が95%以上の水添熱可塑性エラストマー:1〜10質量%、酸価が50〜300のトール油誘導体及び/又は酸価が50〜300のトール油脂肪酸:総量で0.1〜5質量%を含有し、残部が石油系溶剤抽出油からなり、前記未水添石油樹脂に対する前記水添石油樹脂の割合(水添石油樹脂/未水添石油樹脂)が、質量比で、10〜30%である組成を有し、150℃における粘度が500mPa・秒以下であり、且つ密粒度(13)混合物におけるDS値が1500回/mm以上であることを特徴とする。
本発明においては、各成分の含有量を最適化すると共に、未水添の石油樹脂と水添石油樹脂とを併用し、更にこれらの混合比を最適化し、150℃における粘度を500mPa・秒以下としているため、施工性が良好である。また、密粒度(13)混合物としたとき、動的安定性を示すDS(Dynamic Stability)値が1500回/mm以上であるため、耐久性が優れている。なお、ここでいう密粒度(13)混合物とは、「舗装の構造に関する技術基準・同解説(社団法人日本道路協会編)」に記載されている密粒度アスファルト混合物(13)と同じ骨材配合で、バインダー量を5.1質量%にして作製した混合物のことである。更に、本発明の着色可能なバインダー組成物は、分子中に二重結合が少ない水添石油樹脂及び水添熱可塑性エラストマーを使用しているため、紫外線及び水分等による劣化を抑制することができる。更にまた、このバインダー組成物は、揮発性成分、不飽和成分及び分解しやすい成分が少ないため、施工時に加熱しても臭気の発生が少ない。
また、前記未水添石油樹脂に対する前記水添石油樹脂の割合(水添石油樹脂/未水添石油樹脂)が15〜20%であることが好ましい。これにより、高温における粘度を低下させ、施工性をより良好にすることができる。
更に、本発明の着色可能なバインダー組成物は、カラー舗装に使用することができる。これにより、骨材及び顔料との混合が容易になると共に、舗装面が平坦で、更に屋外においても十分な耐久性を備えたカラー舗装が得られる。
本発明によれば、未水添の石油樹脂と水添石油樹脂とを併用し、更にこれらの混合比を最適化することにより、150℃における粘度を500mPa・秒以下にすると共に、密粒度(13)混合物におけるDS値を1500回/mm以上にしているため、供用中の耐久性を低下させずに、施工性を向上させることができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、詳細に説明する。本発明の着色可能なバインダー組成物(以下、単にバインダー組成物という)は、水添石油樹脂及び未水添石油樹脂を総量で20〜40質量%と、水添率が95%以上の水添熱可塑性エラストマーを1〜10質量%と、酸価が50〜300のトール油誘導体及び/又は酸価が50〜300のトール油脂肪酸を総量で0.1〜5質量%とを含有し、残部が石油系溶剤抽出油からなるものである。そして、本発明のバインダー組成物は、150℃における粘度が500mPa・秒以下であり、且つ密粒度(13)混合物におけるDS値が1500回/mm以上である。
以下、本発明のバインダー組成物における数値限定理由について説明する。
150℃における粘度:500mPa・秒以下
舗装用のバインダー組成物は、通常、施工時に150〜200℃程度に加熱される。このとき、バンダー組成物の粘度が高いと、石等の骨材及び顔料と混合する作業が困難になったり、舗装面の平坦性が確保できなくなったりする。そこで、本発明のバインダー組成物においては、150℃における粘度を500mPa・秒以下とする。これにより、施工性を向上させることができる。
密粒度(13)混合物におけるDS値:1500回/mm以上
舗装の耐久性を確保するためには、供用時におけるバインダー組成物の粘度を高くすることが望ましい。屋外の場合、夏場には舗装面の温度が50〜60℃程度まで高くなることがある。そこで、本発明のバインダー組成物においては、密粒度(13)混合物としたときのDS値が1500回/mm以上になるようにしている。このDS値は、アスファルト等の舗装用材料の塑性流動に対する抵抗を示す値(塑性変形輪数)であり、通常、ホイールトラッキング試験を行ったときのわだち掘れ変形量1mmあたりの試験輪の通過回数で表される。なお、本発明における密粒度(13)混合物とは、骨材配合が密粒度アスファルト混合物(13)と同じで、バインダー量が5.1質量%になるようにして、本発明のバインダー組成物に骨材を配合した混合物のことである。ここで、密粒度(13)混合物におけるバインダー量を規定しているのは、通常、密粒度アスファルト混合物においては、骨材(山肌を崩して砕石とし、ふるい目を通して所定の粒度の分級したもの)の配合が同じであっても、使用するバインダーの組成、骨材の産地又は砕石場所によって、配合されるバインダーの量が異なるためである。この密粒度(13)混合物におけるDS値が1500回/mm未満の場合、強度が低下し、供用中に舗装にわだち掘れ等の損傷が発生する。
水添石油樹脂及び未水添石油樹脂:総量で20〜40質量%
石油樹脂は、石油精製過程において熱分解留分中に存在する不飽和炭化水素の重合物であり、分子量が100〜2000程度、一般には200〜1500であり、軟化点が60〜150℃程度である淡黄色の材料である。このような未水添の石油樹脂の分子中の二重結合に水素を付加したものが水添石油樹脂であり、この水添石油樹脂の軟化点は通常90〜130℃程度である。これらの水添石油樹脂及び未水添石油樹脂は、バインダー組成物において構造部材として作用する成分であるが、その総含有量が、バインダー組成物全質量に対して20質量%未満の場合、バインダー強度が低下し、舗装の耐久性が低くなる。一方、水添石油樹脂及び未水添石油樹脂の総含有量が、バインダー組成物全質量に対して40質量%を超えると、バインダーの粒度が上昇し、施工が困難となる。
また、未水添石油樹脂に対する水添石油樹脂の割合(水添石油樹脂/未水添石油樹脂)が、質量比で10%未満の場合、150℃における粘度が500mPa・秒を超え、施工時に舗装面の平坦性が確保できなくなる。一方、樹脂分子中の二重結合部分には電子の偏りがあるため、二重結合が存在する未水添石油樹脂には、弱いながらも分子内極性が発生し、この分子内極性により、バンダーと骨材との結合力が増加する。このため、分子中の二重結合を低減した水添石油樹脂の割合が多くなると、具体的には、未水添石油樹脂に対する水添石油樹脂の割合(水添石油樹脂/未水添石油樹脂)が質量比で30%を超えると、樹脂分子中の極性が低下し、バインダーと骨材との間の水素結合が弱くなる。その結果、残留安定度が低下して、供用中に雨水等の影響を受けやすくなり、耐久性が低下する。よって、水添石油樹脂及び未水添石油樹脂の総含有量は、バインダー組成物全質量に対して20〜40質量%とし、更に、未水添石油樹脂に対する水添石油樹脂の割合(水添石油樹脂/未水添石油樹脂)を、質量比で、10〜30%とする。なお、水添石油樹脂に対する未水添石油樹脂の割合(水添石油樹脂/未水添石油樹脂)は、質量比で、15〜20%とすることが好ましく、これにより、高温時の粘度を低下させて、施工性をより向上させることができる。
水添熱可塑性エラストマー:1〜10質量%
水添熱可塑性エラストマーは、未水添の熱可塑性エラストマーの分子中のジエンブロックの二重結合に水素を付加したものであり、構造材料として作用すると共に、バインダー組成物に柔軟性を付与する成分である。しかしながら、水添熱可塑性エラストマー含有量が、バインダー組成物全質量に対して1質量%未満の場合、バインダー強度及びたわみ性が低下し、舗装が損傷する。一方、水添熱可塑性エラストマー含有量が、バインダー組成物全質量に対して10質量%を超えると、バインダー組成物の粘度が上昇し、施工が困難となる。よって、水添熱可塑性エラストマー含有量は、バインダー組成物全質量に対して1〜10質量%とする。
また、本発明のバインダー組成物に配合される水添熱可塑性エラストマーは、水添率が95%以上であれば、その種類に特別の制限はないが、末端セグメントがポリスチレンセグメントであり、ゴム成分セグメントがポリエチレン、ポリブチレン等の二重結合を含まないセグメントである鎖状又は枝状のブロック共重合体であることが好ましい。このような水添熱可塑性エラストマーとしては、例えば、SEBS(スチレン−エチレン−ブチレン−スチレンブロック共重合体)、SEPS(スチレン-エチレン-プロピレン-スチレンブロック共重合体)等が挙げられる。また、これらのブロック共重合体の中でも、分子量が50000以上、MFR(メルトフローレート)(200℃、5kg)が10g/分以下、ポリスチレン含有量が10〜50質量%、比重が0.9以上のものがより好ましい。なお、水添熱可塑性エラストマーの水添率が95%未満であると、供用中に紫外線による劣化を受け、舗装の耐久性が著しく低下するため、水添熱可塑性エラストマーの水添率は95%以上とする。
トール油誘導体及び/又はトール油脂肪酸:総量で0.1〜5質量%
トール油誘導体及びトール油脂肪酸は、バインダー組成物と骨材との接着性を高め、舗装の耐久性を向上させる効果がある成分である。また、トール油誘導体及びトール油脂肪酸は、同様に骨材との接着性を高める効果がある無水マレイン酸、マレイン化有機化合物、アミン系材料に比べて、腐食性及び爆発性が低く、バインダー組成物を製造する際に悪臭が発生する虞もない。しかしながら、トール油誘導体及びトール油脂肪酸の総含有量が、バインダー組成物全質量に対して0.1質量%未満の場合、バインダー組成物と骨材との接着力が不十分となり、耐水性を向上させる効果が得られない。一方、トール油誘導体及びトール油脂肪酸の総含有量が、バインダー組成物全質量に対して5質量%を超えると、組成物の粘度が低下し、舗装の耐久性及びDS値が低下する。よって、本発明のバインダー組成物においては、トール油誘導体及びトール油脂肪酸のうち少なくとも一方を、その含有量(複数添加されている場合はそれらの総含有量)が、バインダー組成物全質量に対して0.1〜5質量%になるように配合する。
また、一般に、トール油誘導体及びトール油脂肪酸は、硫酸塩パルプ又はソーダパルプを製造する際の廃液、並びに樹脂酸及び脂肪酸等からなる油状副産物から得られるが、本発明においては、このようなトール油誘導体及びトール油脂肪酸のうち、酸価が50〜300のものを選択して使用する。酸価が50未満のトール油誘導体及び/又はトール油脂肪酸を使用すると、骨材に対する接着性を向上させる効果が得られず、バインダーと骨材との間で剥離が発生する。その結果、供用時に十分な耐久性が得られない。一方、酸価が300を超えるトール油誘導体及び/又はトール油脂肪酸を使用すると、他の成分との相溶性が低下し、均質なバインダー組成物を製造することが困難になる。
本発明のバインダー組成物における上記以外の成分、即ち、残部は、石油系溶剤抽出油である。石油系溶剤抽出油は、原油から潤滑油を製造する際の溶剤抽出過程で生成される抽出油であり、芳香族分及びナフテン分に富んだ油状物質である(「石油製品のできるまで」、図6−1“一般的な潤滑油製造工程”、石油連盟発行、昭和46年11月、p.99参照)。この石油系溶剤抽出油は、バインダー組成物において軟化剤として作用する成分であり、沸点が350℃以上、100℃における粘度が5〜100mPa・秒、引火点が240℃以上で、芳香族化合物及びナフテン化合物の総含有量が石油系溶剤抽出油全質量に対して45質量%以上(石油学会規格JPI−5S−22−83に規定される試験法)であることが望ましい。このような石油系溶剤抽出油としては、例えば、原油精製の工程において、フェノール、N−メチルピロリドン、液体二酸化硫黄及びフルフラール等の溶剤により抽出されるブライトストックの溶剤抽出分がある。
また、本発明のバインダー組成物においては、上述した各成分に加えて、粘度調節又は透明度向上等のために潤滑油等の各種添加剤を配合することもできる。
本発明のバインダー組成物においては、未水添の石油樹脂と水添石油樹脂とを併用し、更にこれらの混合比を最適化することにより、高温における粘度を低くすると共に、供用される温度域(50〜60℃程度)における粘度を高めて、密粒度(13)混合物におけるDS値を高くしているため、供用時の耐久性を低下させずに、施工性を向上させることができる。また、本発明のバインダー組成物においては、分子中に二重結合が少ない水添石油樹脂及び水添熱可塑性エラストマーを使用しているため、紫外線及び水分等による劣化を抑制することができ、舗装用途に適用した場合においても、ひび割れの発生及び骨材の飛散を防止することができる。更に、本発明のバインダー組成物は、揮発性成分及び不飽和成分が少なく、また、水添石油樹脂及び水添熱可塑性エラストマーは分解しにくいため、施工時に加熱しても、従来のバインダー組成物に比べて、臭気の発生が少ない。
なお、本発明のバインダー組成物は、カラー舗装用途に限定されるものではなく、顔料を添加しない自然洗出し舗装用途等にも適用することができ、更に、舗装材以外にも、ルーフィングシート、シーリング材及びパイプコーティング材としても使用することができる。
以下、本発明の効果について、実施例及び比較例を挙げて具体的に説明する。本実施例においては、下記表1に示す組成で各成分を配合し、ホモミキサーにより、180℃の温度条件下で、回転数を3000回転/分として攪拌した。そして、1.18mmのふるい通過分が認められなくなった時点で攪拌を終了した。なお、本実施例においては、未水添石油樹脂としてはC9留分を原料とする石油樹脂で、軟化点が140℃、JIS K0070で規定されている酸価が0.1mgKOH、JIS K2543で規定されている臭素価が25g、GPC法で測定したポリエチレン換算の平均分子量が約1000であるものを使用した。また、水添石油樹脂としては、ジシクロペンタジエン(DCPD)を原料とする石油樹脂の水素添加物で、軟化点が130℃、JIS K2543で規定されている臭素価が3gであるものを使用した。更に、水添熱可塑性エラストマーとしては、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレン・ブロック共重合体の熱可塑性エラストマーであり、比重が0.91、硬度(ショアA)が76、ASTM D412で規定されている300%モジュラスが62kg/cm、ASTM D412で規定されている引張り強度が330kg/cm、ポリマー濃度10質量%トルエン溶液の25℃における溶液粘度が1000mPa・秒のものを使用した。更にまた、トール油誘導体としては、JIS K0070で規定されている酸価が190mgKOHのものを使用した。更にまた、石油系溶剤抽出油としては、100℃における粘度が68mPa・秒、芳香族分が33質量%、ナフテン分が26質量%、パラフィン分が41質量%、引火点が254℃であるものを使用した。
Figure 2007145997
次に、上述の方法で作製した実施例及び比較例の各バンダー組成物について、針入度、軟化点、150℃における粘度を測定すると共に、ホイールトラッキング試験及びマーシャル安定度試験を実施した。その際、針入度及び軟化点は、JIS K2207に規定されている方法で測定した。また、150℃における粘度は、JPI−5S−54−99で規定されている方法により測定した。
更に、ホイールトラッキング試験は、各バインダー組成物と密粒度アスファルト混合物(13)の配合となる骨材とを使用し、バインダー量を5.1質量%として作製した縦30cm、横30cm、厚さ5cmのシート状の供試体を使用し、舗装試験法便覧(社団法人 日本道路協会編)に記載されている方法で行った。日本の道路は、夏場には60℃程度の温度になることが実験的に確認されている。この状態で、その上を車が通過すると、流動変形して轍掘れ等が発生する。ホイールトラッキング試験は、この轍掘れの発生の程度を実験的に確認するために考案された試験であり、舗装材における耐流動性の指標である動的安定度を評価するために実施される試験である。具体的には、60℃に保持された恒温槽の中で、試験体(供試体)上に所定の荷重をかけたタイヤを1時間往復走行させ、その変形量を測定した。そして、下記数式1に基づき、試験開始から45分の時点から60分の時点までの間の変形量から、DS値を算出した。なお、下記数式1により求められるDS値が大きいものほど変形量が少なく、轍割れに強い材料といえる。そこで、本実施例においては、「舗装の構造に関する技術基準・同解説(社団法人 日本道路協会編)」に記載されている基準に基づき、DS値が1500回/mm以上のものを合格とした。
Figure 2007145997
また、マーシャル安定試験は、各バインダー組成物と密粒度アスファルト混合物(13)の配合となる骨材とを使用し、バインダー量を5.1質量%として作製した直径10.16cm、高さ6.35cmの円柱状の供試体を使用し、舗装試験法便覧(社団法人 日本道路協会編)に記載されている方法で行った。本実施例においては、各供試体について標準マーシャル安定度試験及び浸水マーシャル安定度試験を行い、それらの結果より、下記数式2に基づき、各バインダー組成物の残留安定度を求めた。標準マーシャル安定度試験は、試験体(供試体)を60℃の水中に30分間浸漬した後、その圧縮強度を測定する試験であり、浸水マーシャル安定度試験は、試験体(供試体)を60℃の水中に48時間浸漬した後、その圧縮強度を測定する試験である。これにより、試験体(供試体)の水による強度低下を確認することができる。「舗装の構造に関する技術基準・同解説,社団法人 日本道路協会編,p.82」等には、道路舗装材料として使用される混合物は、残留安定度が75%以上であることが望ましいとの記載がある。そこで、本実施例においては、この「舗装の構造に関する技術基準・同解説(社団法人 日本道路協会編)」に記載されている基準よりも更に厳しくして、残留安定度が80%以上のものを合格とした。以上の結果を下記表2にまとめて示す。
Figure 2007145997
Figure 2007145997
上記表2に示すように、水添石油樹脂を配合していない比較例1のバインダー組成物、及び未水添石油樹脂に対する水添石油樹脂の割合(水添石油樹脂/未水添石油樹脂)が10%未満の比較例2のバインダー組成物は、共に150℃における粘度が500mPa・秒を超えていた。従って、比較例1及び2のバンダー組成物は、施工性が低く、舗装面の平坦性が確保しにくいものであった。また、未水添石油樹脂に対する水添石油樹脂の割合(水添石油樹脂/未水添石油樹脂)が40%を超えている比較例3のバインダー組成物は、残留安定度が80%未満となり、供用期間中に雨水による影響を受けやすいものであった。
水添石油樹脂及び未水添石油樹脂の総含有量が本発明の範囲よりも少ない比較例4のバインダー組成物は、針入度が200以上と大きく、またDS値も1500回/mm未満であり、強度及び舗装の耐久性が極めて低いものであった。一方、水添石油樹脂及び未水添石油樹脂の総含有量が本発明の範囲を超えている比較例5のバインダー組成物、及び水添率が95%以上の水添熱可塑性エラストマーの含有量が本発明の範囲を超えている比較例7のバインダー組成物は、150℃における粘度が500mPa・秒を大幅に超えており、施工性が極めて劣っていた。また、これらのバインダー組成物は、粘度が高すぎて、ホイールトラッキング試験及びマーシャル安定試験用の供試体が作製できなかった。また、水添率が95%以上の水添熱可塑性エラストマーの含有量が本発明の範囲よりも少ない比較例6のバインダー組成物は、DS値が1500回/mm未満であり、強度が低かった。更に、トール油誘導体の含有量が本発明の範囲よりも少ない比較例8のバインダー組成物は、DS値は1500回/mm以上であったが、残留安定度が80%未満であり、供用期間中に雨水による影響を受けやすいものであった。一方、トール油誘導体の含有量が本発明の範囲を超えている比較例9のバインダー組成物は、DS値が1500回/mm未満であり、強度が低かった。
これに対して、本発明の範囲内の実施例1〜4のバインダー組成物は、150℃における粘度が500mPa・秒以下であり、施工性が優れたものであった。また、実施例1〜4のバインダー組成物は、DS値が2600回/mm以上と高く、残留安定度も85%以上であった。このように、本発明の範囲内で作製した実施例1〜4のバインダー組成物は、比較例のバインダー組成物に比べて、強度、耐久性及び施工性のいずれの特性も優れていた。

Claims (3)

  1. 水添石油樹脂及び未水添石油樹脂:総量で20〜40質量%、
    水添率が95%以上の水添熱可塑性エラストマー:1〜10質量%、
    酸価が50〜300のトール油誘導体及び/又は酸価が50〜300のトール油脂肪酸:総量で0.1〜5質量%を含有し、
    残部が石油系溶剤抽出油からなり、
    前記未水添石油樹脂に対する前記水添石油樹脂の割合(水添石油樹脂/未水添石油樹脂)が、質量比で、10〜30%である組成を有し、
    150℃における粘度が500mPa・秒以下であり、
    且つ密粒度(13)混合物におけるDS値が1500回/mm以上であることを特徴とする着色可能なバインダー組成物。
  2. 前記未水添石油樹脂に対する前記水添石油樹脂の割合(水添石油樹脂/未水添石油樹脂)が、15〜20%であることを特徴とする請求項1に記載の着色可能なバインダー組成物。
  3. カラー舗装に使用されることを特徴とする請求項1又は2に記載の着色可能なバインダー組成物。
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