JP2011089101A - 吸湿性樹脂ペレット - Google Patents

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Abstract

【課題】樹脂ペレットとしてポリオレフィン系樹脂やポリエステル樹脂に、シリカ粉体を混合しても、均一に分散し混合できないため、乾燥剤としての効能が得られにくかった。
【解決手段】ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂あるいは、ポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、塩化ビ二デン樹脂およびそれらの変性物もしくは、混合物からなる樹脂ペレットとシリカの粉体を、モノグリセライド等の添加剤により配合して、溶融混練することにより製造される吸湿性樹脂ペレット。
【選択図】図1

Description

吸湿性を調整できる樹脂ペレットに関するものである。
医薬品は、タフレットタイプや粉末状タイプのものに限らず、空気中の水分に触れたり水分を吸収したりすると、その初期の形状や性状、性能などが維持されなくなってしまう。食品は、キァンディーや海苔なども同様のことが云える。電子部品のような工業製品なども、金属部品への錆、腐食が発生し電子部品などへの性能を損なわれることがおき、中には発火を起こす要因にも生じる。また建材に使用される壁紙材や化粧シート、床材などでも空気中の水分の影響を遮断して保管することが要求される。
特開2003−340233号公報
ベース樹脂としてのポリオレフィン系樹脂やポリエステル樹脂に、シリカ粉体(二酸化珪素、四塩化珪素等)そのものを混合した場合、シリカ粉体が軽いため沈降せず、均一に分散して溶融混練できず、成形された樹脂ペレットは、乾燥剤としての効能が得られにくかった。
また、シリカ粉体を混合した混合物全体重量100%に対して40%以上に均一に混ぜることは難しかった。
ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、塩化ビ二デン樹脂、又は、それらの混合物からなる樹脂ペレットと、シリカ粉体と、結合剤、分散剤、滑剤を添加剤として配合し、前記シリカ粉体を、成形される混合物全体の重量100%に対して40%以上で樹脂ペレットに溶融混練したこと特徴とする吸湿性樹脂ペレット。
滑剤として、グリセリン脂肪酸エステルと、ポリグリセリン脂肪酸エステルと、ソルピタン脂肪酸エステルと、プロピレングリコール脂肪酸エステルと、高級アルコール脂肪酸エステルと、ステアリン酸カルシウムと、ステアリン酸マグネシウムと、ステアリン酸亜鉛のうちの少なくとも一つを用いたことを特徴とする吸湿性樹脂ペレット。
結合剤として、有機官能基はビニル基、エポキシ基、メタクリロキシ基、メルカプト基、アミノ基、ビニル基、メタクリル基、イソシアート基、サルファー基、ウレイド基のうちの一つを用い、無機材と反応する官能基は、メトキシ基、エトキシ基のうちの一つを用いたことを特徴とする吸湿性樹脂ペレット。
分散剤としてポリオキシエチレン ソルビタン脂肪酸エステルと、ポリオキシエチレン グリゼリン脂肪酸エステルのうちの少なくとも一つを用いたことを特徴とする吸湿性樹脂ペレット
前記シリカ粉体と、前記ベース樹脂と、前記結合剤を同時に一括添加して混合することを特徴とする吸湿性樹脂ペレット
吸湿性樹脂ペレットに、炭酸カルシウムなどを成分とする発泡剤を配合することにより、微細孔を形成することにより、通気性を確保したことを特徴とする吸湿性フィルム又は吸湿性シート。
シリカ粉体を樹脂ペレットに均一に分散して混合でき、吸湿特性を向上できる。
本発明の製造工程図 本発明の吸湿性樹脂ペレットをシートとフィルムに適用した場合の吸湿特性の測定結果
ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、塩化ビ二デン樹脂、又は、それらの混合物からなる樹脂ペレットと、シリカ粉体と、結合剤、分散剤、滑剤を添加剤として配合し、前記シリカ粉体を、成形される混合物全体の重量100%に対して40%以上でベース樹脂に溶融混練したこと特徴とする吸湿性樹脂ペレットである。
その他、可塑剤、帯電防止剤、防雲剤、流動性向上剤、アンチブロッキング剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤などを、添加剤として配合してもよい。
結合剤として、有機官能基(ビニル基、エポキシ基、メタクリロキシ基、メルカプト基、アミノ基、ビニル基、メタクリル基、イソシアート基、サルファー基、ウレイド基のうちに一つ)と、無機質と反応する官能基(メトキシ基、エトキシ基のうちの一つ)用いたことを特徴とする吸湿性樹脂ペレットである。
滑剤として、グリセリン脂肪酸エステルと、ポリグリセリン脂肪酸エステルと、ソルビタン脂肪酸エステルと、プロピレングリコール脂肪酸エステルと、高級アルコール脂肪酸エステルと、ステアリン酸カルシウムと、ステアリン酸マグネシウムと、ステアリン酸亜鉛のうちの少なくとも一つを用いる。
分散剤としてポリオキシエチレン ソルビタン脂肪酸エステルと、ポリオキシエチレン グリゼリン脂肪酸エステルのうちの少なくとも一つを用いる。
可塑剤として、フタル酸エステル、アセチル化モノグリセライドと、中鎖脂肪酸トリグリセライドの少なくとも一つを用いる。
帯電防止剤として、モノグリセライドと、有機酸モノグリセライドと、ポリグリセリン脂肪酸エステルと、ソルビタン脂肪酸エステルの少なくとも一つを用いる。
防雲剤として、アセチル化モノグリセライドと、有機酸モノグリセライドと、ポリグリセリン脂肪酸エステルと、ソルビタン脂肪酸エステルの少なくとも一つを用いる。
流動性向上剤として、高級アルコール脂肪酸エステルと、プロピレングリコール脂肪酸エステルの少なくとも一つを用いる。
アンチブロッキング剤として、モノグリセライドと、ポリグリセリン脂肪酸エステルと、ソルビタン脂肪酸エステルの少なくとも一つを用いる。
酸化防止剤として、フェノール系酸化防止剤と、リン系二次酸化防止剤と、耐熱加工酸化防止剤と、イオウ系二次酸化防止剤の少なくとも一つを用いる。
紫外線吸収剤として、べンゾフェノン系紫外線吸収剤と、べンゾトリアゾール系紫外線吸収剤とベンゾエート系紫外線吸収剤と、サリシレート系紫外線吸収剤と、シアノアクリレート紫外線吸収剤の少なくとも一つを用いる。
吸湿性樹脂ペレットに、炭酸カルシウムを成分とする発泡剤やタルクを配合することにより、微細孔を形成することにより、通気性を確保し、物性の向上したことを特徴とする吸湿性フィルム又は吸湿性シートを製造できる。
図1は本発明の製造工程図を示す。
本発明の工程は、準備工程、配合・混練工程、後工程の3の工程からなる。
1)準備工程
本発明で使用する材料をしめす。
(A)シリカ粉体:比重が2.15からなる非晶質で無水ケイ酸である。シリカ粉体の配合比率は混合物全体重量100%に対して20%以上、好ましくは40%以上である。
(B)樹脂ペレット:ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、塩化ビ二デン樹脂。
(C)添加剤
(C−1)滑剤:
滑剤は、プラスチックの成形加工時に滑りを与える改質剤で、その滑り効果により樹脂内部や成形機、押出機との摩擦発熱を減らし、結果として樹脂を安定化させ成形加工を容易にすることにより製品外観や、生産性を向上させる。安全性の高い脂肪酸エステル系や、カルシウム亜鉛系安定剤で、融点は31℃〜140℃である。本発明では、滑剤としてグリセリン脂肪酸エステルと、ポリグリセリン脂肪酸エステルと、ソルピタン脂肪酸エステルと、プロピレングリコール脂肪酸エステルと、高級アルコール脂肪酸エステルと、ステアリン酸カルシウムと、ステアリン酸マグネシウムと、ステアリン酸亜鉛のうちの少なくとも一つを用いる。
(C−2)結合剤:
結合剤は、分子中の無機材(シリカ粉体)と反応する官能基(メトキシ基、エトキシ基のうち)の反応結合する。有機材と反応結合する官能基として,ビニル基,エポキシ基,アミノ基などある。無機材と反応する官能基は,水,あるいは湿気により加水分解を受けてシラノールを生成する。このシラノールが無機材と反応結合する。無機材と反応する官能基の代表例としてメトキシ基、エトキシ基、アルコキシ基,アセトキシ基,クロル原子などがある。結合剤は有機材料と無機材料の界面における接着性の改良に効果的で,ガラス繊維強化プラスチックの強度向上,性能改良などに利用できる。結合剤は有機材(樹脂ペレット)と無機材(シリカ粉体)を結合させる機能を持ち、無機材(シリカ粉体)と有機材(樹脂ペレット)との界面を改質させるはたらきをするので、様々な複合材料の機械的強度、耐水性、接着性などの改良に活用する。結合剤は、結合剤のアルコキシシリル基が加水分解を受け、無機材表面とオキサン結合をつくる一方、有機官能基が有機材と反応することにより、無機材と有機材の橋かけを行う。本発明では、結合剤として、有機官能基はビニル基、エポキシ基、メタクリロキシ基、メルカプト基、アミノ基、ビニル基、メタクリル基、イソシアート基、サルファー基、ウレイド基のうちの一つ、無機材と反応する官能基はメトキシ基、エトキシ基などのついての一つを用いる。
(C−3)分散剤:
分散剤としては、少量の添加で、ポリオレフィン樹脂等の樹脂ペレットへのシリカ粉体の分散に優れ、耐衝撃性、剛性を向上させるものが要求される。分散剤は、プラスチックにシリカ粉体のような無機材やフィラ―などを配合したとき、相性の悪い場合には、凝集など分散不良を起こしやすい為、極性の低い分散剤を使用する。本発明では、分散剤としてポリオキシエチレン ソルビタン脂肪酸エステルと、ポリオキシエチレン グリゼリン脂肪酸エステルのうちの少なくとも一つを用いる。
その他、以下に示すように、製造する樹脂ペレットに応じて、添加剤として、可塑剤、帯電防止剤、アンチブロッキング剤、防雲剤、流動性向上剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤を配合してもよい。
(C−4)可塑剤:
可塑剤は、硬いプラスチックを柔らかくするための添加剤です。フィルム、成形加工時の結晶化促進効果による成形性の向上などの効果がある。可塑剤としては、中鎖脂肪酸トリグリセライド、アセチル化モノグリセライドの中にもグリセリン ジアセトモノラウレート、グリセリン ジアセトモノ(C8C10)エステル、グリセリン ジアセトモノラウレート、グリセリン ジアセトモノオレート、グリセリン モノアセトモノステアレートのような種類がある。
(C−5)帯電防止剤:
帯電防止剤は、異なる物質同士を接触、摩擦あるいは剥離すると静電気が生じる。プラスチックは表面が疏水性であるため、発生した静電気が逃げずに溜まり易い性質がある。成形加工直後から帯電防止剤効果が発現する即効性帯電防止剤、長期間効果を維持させる維持型帯電防止剤、ラミネートフィルムで優れた効果を発現する帯電防止剤、水性インク印刷における印刷性阻害の少ない帯電防止剤などがある。
(C−6)アンチブロッキング剤:
アンチブロッキング剤は、プラスチックシートやフィルム同士の密着を防止し滑りを付与するものプラスチック表面を改質することでアンチブロッキング効果が発現する。アンチブロッキング剤の種類として、ソルビタン トリオレート、ソルビタン トリオレート、ソルビタン トリべへネート、ソルビタン カプリレート等がある。
(C−7)防雲剤:
防雲剤は、周囲の急激な温度変化や湿度の変化により、プラスチックの表面に細かい水滴が付着し光の透過を妨げる現象のことであり、プラスチックの表面は元々、水をはじく疏水性であるため、付着した水分は水滴となり曇るので、この曇りを防止するのが防雲剤である。食品添加物として使用されるグリセリン脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステルを主成分として安全性が高い。防雲剤の種類として、蒸留モノグリセライド、モノ・ジグリセライド等がある。
(C−8)流動性向上剤:
流動性向上剤は、無機材(シリカ)などの添加によりプラスチックの流動特性の物性低下させる為に、射出成形機、押出機、ブロー成形機での加工助剤として使用し、樹脂ペレットの生産性の向上をさせる。流動性向上剤の種類として、高級アルコール脂肪酸エステル、ステアリル ステアレート等がある。
(C−9)紫外線吸収剤:
紫外線吸収剤は、太陽光のうち、特に紫外線が強い破壊力を持ちプラスチックの物性の低下や変色などが起こった際に製品への劣化にもつながる。プラスチックの長期耐候性、安定性を向上させる為に使用する。
(C−10)酸化防止剤:
酸化防止剤は、高分子素材は基本的に酸素の存在下では酸化劣化を起こす。この劣化反応は紫外線や熱などのエネルギーがきっかけとなって始まる。酸化防止剤は高分子素材を酸化劣化から守る。高分子素材には、その用途に合わせて、様々な酸化防止剤が使用する。
酸化防止剤の種類としては、ヒンダードアミン系 、ヒンダードフェノール系、リン系の酸化防止剤は熱加工成型時の酸化防止能にすぐれるため、加工安定剤としてよく使用する。 また、フェノール系やイオウ系酸化防止剤と併用すると大きな相乗効果がみられる。過酸化物分解剤としては、リン系とイオウ系の化合物が主に使用される。
一般に、シリカ粉体の比重は軽く、ベース樹脂、添加剤とは混じりにくく、均一にはならないが、粉体添加物として滑剤と、結合剤、分散剤等を用いることによりシリカ粉体は、樹脂ペレットによく均一に混じる。粉体添加剤、液体添加剤の種類、粒度、比重、融点は、樹脂ペレットとシリカ粉体の粒度、比重など考慮して溶融混練し易いように選択する。
2) 配合・混練工程:
配合・混練工程は、表面処理工程加工がスムーズに、対応しやすくするために、2軸押出(組立式スクリュー径58mm以上)を用いて、均一に有機材と無機材を溶融混練する。スクリーンメッシュは菱型メッシュ孔の径10mmからを使用し、スクリュー回転数600rpm以上、フィーダー回転数20rpm以上で、樹脂ペレットの物性を維持できる条件で実施する。シリカ粉体の混合物全体の重量100%としてしたとき、シリカ粉体の重量比を20%以上、好ましくは40%以上として、粉体添加物として、滑剤と分散剤、液体添加物である結合剤を配合して溶融混練する。このとき酸化防止剤などの他の添加物を混合してもよい。
この配合・混練工程では、粉体添加剤、液体添加剤を、添加剤の粒度、比重を加味することにより、シリカ粉体を混合物全体重量100%に対して40%以上で、樹脂ペレットに均一に配合し分散ができた。
シリカ粉体と樹脂ペレットを混合する場合、従来では、前工程として、シリカ粉体を先に攪拌してシリカ粉体の表面温度を保ちながら、樹脂ペレットを投入する。その際に、温度が低下しないうちに添加剤をいれる必要があるので温度管理が難しい。それに対して、本発明の製造では、シリカ粉体と樹脂ペレットと添加剤を同時に一括添加して混合することにより、混合物全体重量に対して、シリカ粉体を40%以上混合できる。
例えば、樹脂ペレットがポリプロピレンの場合は、粉体添加物であるステアリン酸カルシウムとグリセリン モノステアレート、グリセリン ジアセトモノラウレート、ソルビタン ステアレート、ステアリル ステアレート、ステアリン酸カルシウムと液体添加物である結合剤のシランカップリング剤を混合撹拌し、二軸押出機による溶融混練でシリカ粉体・樹脂ペレットを製造する。
3) 後工程では、配合・混練工程で溶融混練した組成物されたシリカ・ベース樹脂の組成物をカットし、乾燥させて、一定量ごとに袋につめる。
以下、本発明の結合剤:、滑剤、分散剤などの添加物の効果を実験の経過をまじえて示す。
(A)結合剤:
結合剤の添加がない場合は、有機材料のプラスチック樹脂と無機材のシリカの粉体、複合材が押出時に結合していないので粉体自身微細な粒子状のため溶融混練しても、押出加工できなかった。無機材と有機材を希釈する場合、前工程として、無機材を先に攪拌して無機材の表面温度を保ちながら、有機材を投入する際に、温度が低下しないうちに結合剤をいれる必要があり、温度管理が難しい。それに対して、本発明では、無機材と有機材と結合剤を一括添加して混合することができる。これにより混合物全体重量100%に対して、シリカ粉体を40%以上混合できる。
(B)滑剤:
滑剤が添加ない場合は、2軸押出機に入れたとき、シリカ粉体は比重が軽く、全体重量100%に対して40%以上はいっているために、樹脂が先に押し出されシリカ粉体のような軽い粉体だけが残るため、うまく混合しながら押出することができない。シリカ粉体だけが残量すると、滑らないため、ばらばらに固体化され、押出シリンダー内で水分発泡しうまく混合して押出し吐出ができない。又、2軸押出加工機のシリンダー内で混練加工の時にスクリューが摩擦発生するという問題が生じた。
(C)分散剤:
本発明の分散剤としてポリオキシエチレン ソルビタン脂肪酸エステルと、ポリオキシエチレン グリゼリン脂肪酸エステルのうちの少なくとも一つを用いる。例えば、ポリオキシエチレン ソルビタン脂肪酸エステルでは、ポリオキシエチレンとソルビタン脂肪酸エステルが反応しあうことにより、シリカ粉体が均一に分散するのをたすける。分散剤を入れることにより、分散剤が活性化する。分散剤が添加しない場合は、混合したものが凝集状態となり溶融混練しても均一に混練していないのでシリンダー内で滞留し、均一に押出さない。
以下、その他の添加剤の効果を示す。
(D)可塑剤:
可塑剤を添加ない場合は、無機材の高充填率になると無機材と有機材の樹脂のバインダー効果が無いので、本来の樹脂の物性まで低下し溶融混練してもシリンダー内で滞留し、押出加工できない。
(E)帯電防止剤:
帯電防止剤は、静電気の発生を防いだり、発生した静電気を逃がすことで、静電気による障害を防止する。
(F)アンチブロッキング剤:
プラスチックシートやフイルム同士の密着を防止し滑りよくする。
(G)防雲剤:
防雲剤が添加していない場合は、シートやフィルム片にし恒温恒湿槽内の環境負荷を掛けた状態にしておくと、ある程度は吸湿しても水蒸気や水分が付着し曇る。
(H)流動性向上剤:
流動性向上剤が添加していない場合は、加工助剤としての機能が全く無いので無機材のシリカ粉体の添加した分、射出成形、押出成形、ブロー成形の加工において流動性が低下して、物性劣化にもつながり、成形時に、通常設定の温度で溶融させても樹脂がシリンダー内で滞留し吐出・押出しできない。
(I) 紫外線吸収剤:
紫外線吸収剤が添加していない場合は、シートやフィルムへ加工したものに紫外線照射させた環境試験で樹脂と紫外線防止剤入りのシートやフィルムとでの比較してみたが、物性劣化が急激に激しく劣化する。
(J)酸化防止剤:
酸化防止剤が添加していない場合は、押出加工、成形加工共に酸化が急激に発現し、シリンダー内で酸化してしまい、押出せずに、滞留した状態で吐出しできない。
次に表1に、本発明により成形された樹脂ペレットの吸湿特性の測定結果(大阪府立産業技術総合研究所での測定データ)を示す。
Figure 2011089101


本発明の樹脂ペレットは、樹脂ペレットの全体重量を100%としたときに、シリカ粉体が40%、その他樹脂ペレットと、滑剤、分散剤、結合剤などの添加剤を配合したものである。本発明のシリカ粉体を混合させた樹脂ペレットをプレートにしたシリカ粉体添加プレートと、シリカ粉体を混合しないペレットをプレートにしたシリカ粉体無添加プレートについて、24時間放置後の質量変化を示す。シリカ粉体添加プレートの場合は、水分を吸収して3.2%質量が増加するが、シリカ粉体無添加プレートの場合は、水分を吸収しないため質量の変化はゼロに近い。このように本発明の樹脂ペレットは全体を100%としシリカ粉体を40%以上含んでいるためプレートの乾燥効用は高くなっている。
図2は、本発明のペレットを使用したフィルムとシートの試験片について厚みの違うもの吸湿特性の測定結果表を示す。
表1と同様、樹脂ペレットは、樹脂ペレットの全体重量を100%としたときに、シリカ粉体が40%、その他ベース樹脂と、滑剤、分散剤、結合剤などの添加剤を配合したものである。測定結果表の縦軸は試験片のフィルム、シートを恒湿恒温槽内に入れその試験片の吸湿度を示し、横軸は試験片のフィルム、シートを恒湿恒温槽内で30日間の日数を示す。
シート(厚み1mm)とフィルム(厚み200μmと500μm)の試験片の吸湿度を恒湿槽などの測定機械にて100℃に設定した恒湿槽に2時間後、直ちにシリカゲルを入れたデシゲータ内に入れ、常温になるまで放置した。次に、デシゲータから取り出した質量を測定した後に70℃、95%RHに設定した恒温恒湿槽に3日事に放置、取り出しの繰り返し行い測定し30日間の質量を取り吸湿度を測った結果である。フィルム(厚み200μmと500μm)の場合は約10日で、シート(厚み1mm)と場合とは約30日で吸湿度25%以上を確保している。
1)吸放湿性ペレットを活用する事により、分別して封入される包装形態での合理化による食品や医薬品での容器関連で乾燥剤を封入する事がなくなる。
2)さらに、本発明したペレットを使用した接着性、塗装性も物性助剤の調整した結果により耐湿性が向上し、安定した接着性を確保できる。
3)誤飲誤食などの中毒問題の改善や、シリカを混合されたペレットにより二色成形品やインサート成形品を用いて、容器自身をリサイクルする事ができる。
4)本発明した樹脂ペレットを活用した二色成形品、インサート成形加工の容器やブロー成形や包材などを使用する事により錆、腐食により影響を受けやすい電子部品、電子機器などへ防錆を防止する。
5)単層フィルムやシート、多層フィルム、シート、真空トレイ、押出シートなどで環境条件に影響を受けやすい水分や水蒸気などを防ぐ事が可能である。
6)水分に影響受けやすい環境でのカビや悪臭が減少できる。


Claims (6)

  1. ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、塩化ビ二デン樹脂、又は、それらの混合物からなる樹脂ペレットと、シリカ粉体と、結合剤、分散剤、滑剤を添加剤として配合し、前記シリカ粉体を、成形される混合物全体の重量100%に対して40%以上でベース樹脂に溶融混練したこと特徴とする吸湿性樹脂ペレット。
  2. 前記滑剤として、グリセリン脂肪酸エステルと、ポリグリセリン脂肪酸エステルと、ソルピタン脂肪酸エステルと、プロピレングリコール脂肪酸エステルと、高級アルコール脂肪酸エステルと、ステアリン酸カルシウムと、ステアリン酸マグネシウムと、ステアリン酸亜鉛のうちの少なくとも一つを用いたことを特徴とする吸湿性樹脂ペレット。
  3. 前記結合剤として、有機官能基はビニル基、エポキシ基、メタクリロキシ基、メルカプト基、アミノ基、ビニル基、メタクリル基、イソシアート基、サルファー基、ウレイド基のうちの一つを用い、無機材と反応する官能基は、メトキシ基、エトキシ基のうちの一つを用いたことを特徴とする吸湿性樹脂ペレット。
  4. 前記分散剤としてポリオキシエチレン ソルビタン脂肪酸エステルと、ポリオキシエチレン グリゼリン脂肪酸エステルのうちの少なくとも一つを用いたことを特徴とする吸湿性樹脂ペレット
  5. 前記シリカ粉体と、前記樹脂ペッレトと、前記添加剤を同時に一括添加して混合することを特徴とする請求項1の吸湿性樹脂ペレット
  6. 請求項1〜請求項5の何れか一つに記載の吸湿性樹脂ペレットに、炭酸カルシウムなどを成分とする発泡剤やタルクを配合することにより、微細孔を形成することにより、通気性を確保したことを特徴とする吸湿性フィルム又は吸湿性シート。


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