JP2007162016A - 共重合体の製造方法、熱可塑性樹脂組成物及び成形体 - Google Patents

共重合体の製造方法、熱可塑性樹脂組成物及び成形体 Download PDF

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Abstract

【課題】熱可塑性樹脂の成形加工時の流動性を低下させることなく、熱可塑性樹脂の衝撃強度を向上させる共重合体の製造方法を提供する。
【解決手段】ゴム質重合体の存在下に、カルボキシル基含有ビニル単量体を含むビニル単量体成分を重合する共重合体の製造方法であって、カルボキシル基含有ビニル単量体の使用量が、共重合体全体(100質量%)に対して0.1〜4質量%であり、好ましくは0.4〜2質量%である共重合体の製造方法。この製造方法で得られる共重合体と熱可塑性樹脂とを含有する熱可塑性樹脂組成物を用いる。
【選択図】なし

Description

本発明は熱可塑性樹脂用添加剤として使用する共重合体の製造方法と、その製造方法で得られる共重合体と熱可塑性樹脂とを含有する、衝撃強度、曲げ弾性率及び流動性のバランスに優れた熱可塑性樹脂組成物及び成形体に関する。
熱可塑性樹脂、特にポリアミド等のエンジニアリングプラスチックは、自動車部品、電動工具部品、電気・電子部品等の幅広い用途に使用されており、衝撃強度の向上が望まれている。ポリアミド樹脂の衝撃強度を改良するために、種々の方法が提案されている。
例えば、ポリアミド樹脂に、酸変性ポリエチレンをブレンドする方法が知られている(非特許文献1)。
しかしながら、ポリアミド樹脂中に分散される酸変性ポリエチレンの粒子径は、エチレン共重合体中に含有されるメタクリル酸単量体の含有量によってのみ制御されており、メタクリル酸単量体の含有量が多くなるほど分散粒子径が小さくなるため、ポリアミド樹脂に酸変性ポリエチレンをブレンドした樹脂組成物は、衝撃強度の向上が十分ではない。
また、ポリアミド樹脂に、5%メタクリル酸変性ABSをブレンドする方法も提案されている(特許文献1)。
しかしながら、ABSのメタクリル酸含量が5%であると、メタクリル酸の含有量が多いため、ポリアミド樹脂に酸変性ABSをブレンドした樹脂組成物は、衝撃強度が向上する一方で流動性が低下し、成形加工性が劣るという問題点があった。
実用ポリマーアロイ設計 井手文雄著 工業調査会 p255−269 特開平08−3440号公報
本発明の目的は、熱可塑性樹脂用添加剤として使用する共重合体の製造方法と、その製造方法で得られる共重合体と熱可塑性樹脂とを含有する、衝撃強度、曲げ弾性率及び流動性のバランスに優れた熱可塑性樹脂組成物及び成形体を提供することにある。
本発明者らは鋭意検討した結果、カルボキシル基含有ビニル単量体を特定量使用して製造した共重合体を用いることにより、ポリアミド樹脂の成形加工時の流動性を低下させることなく、衝撃強度を向上できることを見出した。
即ち、本発明の共重合体の製造方法は、ゴム質重合体の存在下に、カルボキシル基含有ビニル単量体を含むビニル単量体成分を重合する共重合体の製造方法であって、カルボキシル基含有ビニル単量体の使用量が、共重合体全体に対して0.1〜4質量%である。
本発明の熱可塑性樹脂組成物は、前記の製造方法で得られる共重合体と熱可塑性樹脂とを含有するものである。
本発明の成形体は、前記の熱可塑性樹脂組成物を成形して得られるものである。
本発明の共重合体の製造方法によれば、熱可塑性樹脂の成形加工時の流動性を低下させることなく、衝撃強度を向上できる共重合体を得ることができる。
本発明の熱可塑性樹脂組成物は、流動性の低下がなく、衝撃強度に優れるため、成形加工性よく成形体を得ることができる。
本発明の成形体は、衝撃強度に優れる。
本発明書において、(メタ)アクリルは、アクリル又はメタクリルを意味し、(メタ)アクリレートは、アクリレート又はメタクリレートを意味する。
本発明のゴム質重合体を構成する成分としては、ブタジエン等から構成されるジエン系ゴム質重合体、(メタ)アクリル酸エステル等から構成されるアクリル系ゴム質重合体、オルガノシロキサン等から構成されるシリコーン系ゴム質重合体等を用いることができ、これらのゴム質重合体は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
ゴム質重合体としては、例えば、スチレン/ブタジエン系ゴム、ブタジエン/アクリル系ゴム、アクリル系ゴム、シリコーン/アクリル系複合ゴム等が挙げられる。これらの中では、熱安定性が高いことから、アクリル系ゴム、シリコーン/アクリル系複合ゴムが好ましく、シリコーン/アクリル系複合ゴムがより好ましい。
本発明のビニル単量体成分は、カルボキシル基含有ビニル単量体を含む。カルボキシル基含有ビニル単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等が挙げられる。これらのカルボキシル基含有ビニル単量体は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
これらの中では、重合性に優れることから、アクリル酸、メタクリル酸が好ましい。
ビニル単量体成分は、前記カルボキシル基含有ビニル単量体以外に、単官能の非架橋性単量体、及び、多官能の架橋性単量体を含有してもよい。
非架橋性単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸t−ブチルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸フェニル等の(メタ)アクリル酸エステル;スチレン、ビニルトルエン、α−メチルスチレン等の芳香族ビニル単量体;(メタ)アクリロニトリル等のシアン化ビニル単量体等を挙げることができる。これらの単量体は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
これらの中では、ビニル単量体成分から構成される重合体(以下、「ビニル重合体」と称する)層のガラス転移温度を50℃以上とすることができ、共重合体の取扱いが容易となり工業的に有利であることから、メタクリル酸メチル、スチレンが好ましく、メタクリル酸メチルがより好ましい。
架橋性単量体としては、例えば、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート等のアルキレングリコールジ(メタ)アクリレート;ジビニルベンゼン、トリビニルベンゼン等のポリビニルベンゼン等が挙げられる。
ビニル単量体成分中での架橋性単量体の含有量は、ビニル単量体成分100質量%に対して、30質量%以下が好ましい。架橋性単量体の含有量が30質量%以下であると、用いた架橋性単量体が架橋構造の形成に効率的に作用することから好ましい。
本発明の共重合体の製造方法は、公知の方法を用いることができ、水性媒体を用いた乳化重合、ソープフリー重合又はミニエマルション重合が好適に用いられ、ゴム質重合体ラテックスの存在下にビニル単量体成分を一段又は多段で滴下して重合する方法が好ましい。
ゴム質重合体の存在下でカルボキシル基含有ビニル単量体を含むビニル単量体成分を重合することにより、本発明の共重合体は、マトリクスとなる熱可塑性樹脂に対する高い相溶性と、衝撃強度の向上効果を同時に発現することができる。
ビニル単量体成分の重合に用いる重合開始剤としては、例えば、ベンゾイルパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、t−ブチルハイドロパーオキサイド、t−ヘキシルハイドロパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、過酸化水素等の過酸化物;過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム等の過硫酸化合物;過塩素酸化合物;過硼酸化合物;前記過酸化物又は前記過硫酸化合物と、還元性スルホキシ化合物等の還元剤との組み合わせからなるレドックス系開始剤;アゾビスイソブチロニトリル等のアゾ化合物等が挙げられる。重合開始剤は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
重合開始剤は、水性媒体又はビニル単量体成分の何れか一方、又は双方に添加して用いることが可能である。
ビニル単量体成分の重合温度は、用いる重合開始剤の種類や量、用いるビニル単量体成分の種類や組成比によって異なるが、40〜120℃が好ましい。
ビニル単量体成分の重合に用いる乳化剤は、アニオン系、カチオン系、ノニオン系の界面活性剤が使用できるが、特にアニオン系の界面活性剤が好ましい。
アニオン系界面活性剤としては、例えば、オレイン酸カリウム、ステアリン酸ナトリウム、ミリスチン酸ナトリウム、N−ラウロイルザルコシン酸ナトリウム、アルケニルコハク酸ジカリウム等のカルボン酸塩;ラウリル硫酸ナトリウム等の硫酸エステル塩;ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム等のスルホン酸塩;ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルリン酸ナトリウム等のリン酸エステル塩等が挙げられる。乳化剤は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。この中では、硫酸エステル塩、スルホン酸塩が好ましい。
ビニル重合体は、ゴム質重合体を被覆することによって、ゴム質重合体の取扱いを容易にする効果がある。
共重合体全体(100質量%)に対するビニル単量体成分の使用量は、5〜60質量%が好ましく、10〜30質量%がより好ましい。ビニル単量体成分の使用量が5質量%以上であると、共重合体の粘着性が小さくなり、取扱いが容易となるため好ましい。60質量%以下であると、熱可塑性樹脂に対する衝撃強度の向上効果が十分であるため好ましい。
カルボキシル基含有ビニル単量体の使用量は、共重合体全体(100質量%)に対して、0.1〜4質量%が好ましく、0.4〜2質量%がより好ましい。カルボキシル基含有ビニル単量体の使用量が0.1質量%以上であると、熱可塑性樹脂に添加した際の共重合体の分散性が向上し好ましい。4質量%以下であると、熱可塑性樹脂組成物の成形加工時の流動性が低下せず好ましい。
ゴム質重合体存在下でのビニル単量体成分の重合を多段で行なう場合、カルボキシル基含有ビニル単量体は、ゴム質重合体を被覆するビニル重合体層の何れの層に含まれていてもよいが、最外層のビニル重合体層に含まれていることが好ましい。最外層に含まれていることで、少ない酸変性量で共重合体の良好な分散状態を達成することが可能となり、衝撃強度、曲げ弾性率及び流動性のバランスが良好となる。
なお、ゴム質重合体存在下でのビニル単量体成分の重合では、ビニル単量体成分がゴム質重合体にグラフトせず、ビニル単量体成分のみが単独に重合したフリーポリマーや、ビニル単量体成分でグラフトされていないフリーのゴム質重合体も存在し、グラフト共重合体、フリーポリマー及びフリーのゴム質重合体との混合物が得られるが、本発明においてはこれらを含めて共重合体という。
本発明の共重合体の重量平均粒子径は、20〜2000nmが好ましく、50〜200nmがより好ましい。重量平均粒子径が20nm以上であると、多量の乳化剤成分を用いる必要がなく、乳化剤の残渣が熱可塑性樹脂の熱安定性を低下させるおそれが少なく好ましい。2000nm以下であると、衝撃強度の向上効果が十分であり好ましい。
本発明の共重合体は、共重合体のラテックスから回収することによって得られる。回収方法としては、酸凝固法、塩凝固法、凍結凝固法、スプレードライ法等の公知の方法を用いることができる。
本発明で用いる熱可塑性樹脂としては、例えば、6ナイロン、6,6ナイロン等のポリアミド樹脂;ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンテレフタレート(PET)等のポリエステル樹脂等の、結晶性エンジニアリングプラスチックであり、好ましくはポリアミド樹脂である。
本発明の熱可塑性樹脂組成物は、全樹脂組成物の重量を基準にして、本発明の製造方法で得られる共重合体1〜50質量%と熱可塑性樹脂50〜99質量%とを含有することが好ましく、共重合体5〜20質量%と熱可塑性樹脂80〜95質量%とを含有することがより好ましい。
共重合体が1質量%以上であると、樹脂組成物の衝撃強度の向上効果が十分であり好ましい。50質量%以下であると、熱可塑性樹脂の基本的物性の低下が少なく好ましい。
熱可塑性樹脂組成物には、必要に応じて公知の添加剤を適宜加えることができる。例えば、紫外線吸収剤、帯電防止剤、酸化防止剤、離型剤、滑剤、染・顔料、難燃剤、可塑剤、ガラス繊維や炭素繊維、クレイ等のフィラー、発泡剤、抗菌・抗カビ剤、核剤等が挙げられる。また、他の衝撃強度向上剤を併用してもよい。
本発明の製造方法で得られる共重合体と熱可塑性樹脂との配合方法としては、例えば、ヘンシェルミキサー、タンブラー等で、熱可塑性樹脂、共重合体、及び必要に応じて添加剤等を混合し、これを押出機、ニーダー、ミキサー等で溶融混合する方法や、予め溶融させた成分に他成分を逐次混合していく方法等が挙げられる。
本発明の成形体は、前記熱可塑性樹脂組成物を成形することによって得ることができる。成形方法としては、例えば、射出成形法や押出成形法等が挙げられる。
本発明の成形体は、インテークマニホールド、シリンダーヘッドカバー、ワイヤーハーネスコネクタ、イグニッションコイル、ランプリフレクタ、エンジンカバー、エアクリーナー、ラジエータータンク、チューブ・リザーバータンク、キャニスター・ブレーキ系統部品等の自動車部品;電動工具部品;各種コネクタ、スイッチ、コイルボビン等の電気・電子部品;フィルム、繊維等の押出成形品;ボタン、容器、椅子の脚等の一般射出成形品等、幅広い用途に使用できる。
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、実施例中の「部」は「質量部」を表し、「%」は「質量%」を表す。
(固形分濃度の測定)
ゴム質重合体又は共重合体のラテックスを、180℃で30分間乾燥して、求めた。
(粒子径の測定)
ラテックスをイオン交換水で希釈したものを試料として、動的光散乱法(大塚電子(株)製:EL800を使用)にて測定した。
測定温度は25℃で、散乱角90°で測定した。
(アイゾット衝撃強度の測定)
射出成形により得た試験片を用い、JIS−K7110に従い、厚み3.2mm、ノッチ付で、−40℃、0℃、23℃の温度において測定した。
(曲げ弾性率の測定)
射出成形により得た試験片を用い、JIS−K7171に従い、速度3mm/分、スパン間隔10cmで測定した。
(溶融粘度の測定)
ツインキャピラリーレオメーター(ROSAND社製、RH−7)を使用し、シリンダー温度280℃、L/D=16/1で、シェアレートは2000/S及び200/Sで測定した。
<製造例1>
シリコーン系ゴム質重合体(L−1)ラテックスの製造
オクタメチルシクロテトラシロキサン98部、γ−メタクリロイルオキシプロピルジメトキシメチルシラン2部を混合し、シロキサン混合物100部を得た。これにドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.67部を溶解したイオン交換水300部を添加し、ホモミキサーにて10000rpmで2分間攪拌した。
さらに、30MPaの圧力でホモジナイザーに2回通し、安定な予備混合オルガノシロキサンラテックスを得た。
温度計、攪拌翼、冷却管を備えたセパラブルフラスコに、ドデシルベンゼンスルホン酸10部とイオン交換水90部とを仕込み、10質量%のドデシルベンゼンスルホン酸水溶液を調製した。この水溶液を85℃に加熱した状態で、予備混合オルガノシロキサンラテックスを2時間かけて滴下し、滴下終了後3時間温度を保持した後に冷却した。
次いで、この反応物を室温で12時間保持した後、水酸化ナトリウム水溶液で中和して、シリコーン系ゴム質重合体(L−1)ラテックスを得た。得られた(L−1)ラテックスの固形分濃度は18.1%あった。
<製造例2>
シリコーン/アクリル系複合ゴム質重合体(S−1)ラテックスの製造
温度計、攪拌翼、冷却管、窒素導入管を備えたセパラブルフラスコに、下記のラテックス混合物を入れ、フラスコ内を窒素置換した後、内温を50℃に昇温した。
ラテックス混合物:
シリコーン系ゴム質重合体(L−1)ラテックス 44.2部
(固形分として8部)
イオン交換水 158部
フラスコ内に、下記の第一単量体混合物を添加した。
第一単量体混合物:
アクリル酸n−ブチル 74部
メタクリル酸アリル 0.05部
ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド 0.4部
次いで、下記の開始剤混合物を添加し、ラジカル重合を開始した。
開始剤混合物:
硫酸第一鉄 0.001部
エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム塩 0.003部
ロンガリット 0.2部
イオン交換水 4.6部
ラジカル重合開始後、フラスコの内温を55℃で1時間保持して、シリコーン/アクリル系複合ゴム質重合体(S−1)ラテックスを得た。得られた(S−1)ラテックスの固形分濃度は29.1%であった。
<実施例1>
共重合体(A−1)の製造
(S−1)ラテックスの重合を終了したセパラブルフラスコに、下記の第二単量体混合物を1時間かけて滴下した。
(重合終了時の(S−1)ラテックスは、281.5部(固形分として82部))
第二単量体混合物:
メタクリル酸 0.2部
メタクリル酸メチル 15.8部
アクリル酸n−ブチル 2.0部
ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド 0.5部
フラスコの内温を55℃で1時間保持して、重合を行ない、共重合体(A−1)ラテックスを得た。得られた(A−1)ラテックスの固形分濃度は33.3%、重量平均粒子径は103nmであった。
(A−1)のラテックス300部を、70℃に加熱した5%濃度の酢酸カルシウム水溶液600部中に添加し、その後、90℃まで昇温してラテックスを凝固し、イオン交換水により洗浄を繰り返した後、固形分を分離し、65℃で24時間乾燥して(A−1)の乾粉を得た。
<実施例2〜4>
共重合体(A−2〜A−4)の製造
用いる第二単量体混合物の内、メタクリル酸、メタクリル酸メチル、及びアクリル酸n−ブチルを、表1に示した量に変更した以外は実施例1と同様にして、共重合体(A−2〜A−4)ラテックスを得た。
(A−2〜A−4)ラテックスの固形分濃度は何れも33.3%であった。重量平均粒子径の測定結果は、表1に示した。
次いで、実施例1と同様にして凝固、乾燥を行ない、共重合体(A−2〜A−4)の乾粉を得た。
<製造例3>
シリコーン系ゴム質重合体(L−2)ラテックスの製造
オクタメチルシクロテトラシロキサン97.5部、テトラエトキシシラン2部、γ−メタクリロイルオキシプロピルジメトキシメチルシラン0.5部を混合し、シロキサン混合物100部を得た。これにドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム1部を溶解したイオン交換水300部を添加し、製造例1と同様にホモミキサー、ホモジナイザーで処理し、安定な予備混合オルガノシロキサンラテックスを得た。
製造例1と同様に、高温のドデシルベンゼンスルホン酸水溶液に予備混合オルガノシロキサンラテックスを滴下し、滴下終了後3時間温度を保持した後に冷却した。
次いで、この反応物を室温で12時間保持した後、水酸化ナトリウム水溶液で中和して、シリコーン系ゴム質重合体(L−2)ラテックスを得た。得られた(L−2)ラテックスの固形分濃度は18.1%であった。
<製造例4>
シリコーン/アクリル系複合ゴム質重合体(S−2)ラテックスの製造
温度計、攪拌翼、冷却管、窒素導入管を備えたセパラブルフラスコに、下記のラテックス混合物を入れ、フラスコ内を窒素置換した後、内温を50℃に昇温した。
ラテックス混合物:
シリコーン系ゴム質重合体(L−2)ラテックス 44.2部
(固形分として8部)
イオン交換水 158部
フラスコ内に下記の第一単量体混合物を添加した。
第一単量体混合物:
アクリル酸n−ブチル 73.5部
メタクリル酸アリル 0.5部
ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド 0.4部
次いで、下記の開始剤混合物を添加し、ラジカル重合を開始した。
開始剤混合物:
硫酸第一鉄 0.001部
エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム塩 0.003部
ロンガリット 0.2部
イオン交換水 4.7部
ラジカル重合開始後、フラスコの内温を55℃で1時間保持して、シリコーン/アクリル系複合ゴム質重合体(S−2)ラテックスを得た。得られた(S−2)ラテックスの固形分濃度は29.1%であった。
<実施例5>
共重合体(A−5)の製造
(S−2)ラテックスの重合を終了したセパラブルフラスコに、下記の第二単量体混合物を1時間かけて滴下した。
(重合終了時の(S−2)ラテックスは、281.5部(固形分として82部))
第二単量体混合物:
メタクリル酸 0.5部
メタクリル酸メチル 15.5部
アクリル酸n−ブチル 2.0部
ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド 0.5部
フラスコの内温を55℃で1時間保持して、重合を行ない、共重合体(A−5)ラテックスを得た。得られた(A−5)ラテックスの固形分濃度は33.3%、重量平均粒子径は253nmであった。
次いで、実施例1と同様にして凝固、乾燥を行ない、共重合体(A−5)の乾粉を得た。
<実施例6,7、比較例1>
共重合体(A−6〜A−8)の製造
用いる第二単量体混合物の内、メタクリル酸及びメタクリル酸メチルを、表1に示した量に変更した以外は実施例5と同様にして、共重合体(A−6〜A−8)ラテックスを得た。
(A−6〜A−8)ラテックスの固形分濃度は何れも33.3%であった。重量平均粒子径の測定結果は、表1に示した。
次いで、実施例1と同様にして凝固、乾燥を行ない、共重合体(A−6〜A−8)の乾粉を得た。
<実施例8〜14、比較例2,3>
ポリアミド樹脂として6ナイロン(UBEナイロン1015B:宇部興産(株)製)を用い、表2に示す割合で実施例1〜7、比較例1で得た共重合体(A−1〜A−8)と混合し、同方向二軸押出機(PCM−30:池貝製)を用い、シリンダー温度250℃の条件で、ポリアミド樹脂組成物のペレットを得た。
ポリアミド樹脂組成物のペレットを乾燥させた後、溶融粘度の測定を実施した。
ポリアミド樹脂組成物のペレットを乾燥させた後、射出成形機(KM−50B:川口金属工業製)を用い、シリンダー温度240℃、金型温度80℃の条件で、試験片を成形し、衝撃強度、曲げ弾性率の評価を実施した。結果を表2に示した。
Figure 2007162016
Figure 2007162016
実施例8〜14の結果から明らかなように、実施例1〜7で製造した共重合体をポリアミド樹脂と混合することにより、溶融粘度を増加させることなく、高い衝撃強度を示し、衝撃強度と曲げ弾性率のバランスを保つ成形体が得られた。
一方、比較例3の結果より、メタクリル酸を含まない共重合体の場合は、衝撃強度、曲げ弾性率のバランスが劣ることがわかった。
本発明の製造方法で得られる共重合体は、ポリアミド樹脂の成形加工時の流動性を低下させることなく、ポリアミド樹脂の衝撃強度を向上させることが可能である。本発明で得られる熱可塑性樹脂組成物は、自動車部品、電動工具部品、電気・電子部品等の用途に好適に用いられる。

Claims (3)

  1. ゴム質重合体の存在下に、カルボキシル基含有ビニル単量体を含むビニル単量体成分を重合する共重合体の製造方法であって、
    カルボキシル基含有ビニル単量体の使用量が、共重合体全体に対して0.1〜4質量%である共重合体の製造方法。
  2. 請求項1記載の製造方法で得られる共重合体と熱可塑性樹脂とを含有する熱可塑性樹脂組成物。
  3. 請求項2記載の熱可塑性樹脂組成物を成形して得られる成形体。
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