JP2020523268A - スルホン化デンプンを有するジョイントコンパウンド - Google Patents
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Abstract
本明細書は、水と、少なくとも1種の不活性充填剤と、スルホン化デンプンを含むバインダーと、を含む、ツールを容易に清掃することができる組成を有するジョイントコンパウンド、および前記ジョイントコンパウンドの調製方法を提供する。【選択図】図1
Description
本発明は、石膏ウォールボードの隣接するパネル間の接合部を充填および被覆するのに使用するためのジョイントコンパウンド用組成物、およびその調製方法に関する。特に、本発明は、ジョイントコンパウンドがツールの表面に付着しないようにし、ツールが自掃するようにするレディミックスジョイントコンパウンド用の組成物、およびその調製方法に関する。ジョイントコンパウンドは、ツールを容易に清掃することができる組成を有する。
建物の建設において、最も一般的な要素の1つは、壁および/または天井の建設に使用される、乾式壁としてよく知られている石膏ウォールボードである。石膏ウォールボードで作られた壁は、伝統的に、パネルを木製スタッドまたは金属骨組みに固定し、隣接するパネル間の接合部をジョイントコンパウンドと呼ばれる特別に調製された接着剤で処理することによって構築される。乾式壁パネルの側端はテーパー状であるため、仕上げ時にモノリシック表面が作成されるように、ジョイントコンパウンドを隣接するパネル間の継ぎ目に塗布することを可能にする。このプロセスは一般に、ウォールボードの突き合わせ端によって形成された接合部内にテーピングジョイントコンパウンドを配置し、そのコンパウンド内に液体透過性の紙またはグラスファイバーテープを埋め込むことによって進行する。乾燥(または硬化)すると、トッピングジョイントコンパウンドと呼ばれる2番目のコーティングを接合部の上に塗布し、その後、乾燥時に軽く紙やすり研磨する。3番目のコートまたは仕上げコートを塗布し、乾燥させ、軽く紙やすり研磨して、乾式壁の継ぎ目がどこにあるかのしるしを隠す滑らかなモノリシック表面を作成する。別のタイプのジョイントコンパウンドは、ジョイントテープの埋め込みと仕上げコートの塗布の両方に使用することができる汎用グレードである。特殊な塗布ツールを使用して、完成した壁と接合部にパターン効果またはテクスチャー効果を与えることができる。
ジョイントコンパウンドには、いくつかのカテゴリがある。ジョイントコンパウンドは、ドライパウダーとして提供でき、これに作業者が作業現場で適量の水を加えて、ジョイントコンパウンドに適切な粘稠度を与える。一般に「レディミックス」ジョイントコンパウンドと呼ばれる他のジョイントコンパウンドは、製造中に水と事前に混合される。これらのジョイントコンパウンドは、通常、作業現場で水をほとんどまたはまったく加えずに使用するのに適した形で、バケツまたはペール缶で販売されている。ジョイントコンパウンドは、ドライまたはレディミックスにかかわらず、2つの一般的なクラス(1)乾燥型と(2)硬化型に分類される。
乾燥型ジョイントコンパウンドは、水の蒸発によって硬化するが、硬化型のジョイントコンパウンドは、硬化プロセス中に水と化学的に反応する。
乾燥型ジョイントコンパウンドでは、充填剤は実質的に炭酸カルシウム(CaCO3)または硫酸カルシウム二水和物(CaSO4−2H2O、石膏とも呼ばれる)を含む。現在の建設慣行では、一般に、炭酸カルシウムまたは石膏充填剤のいずれかを含む、レディミックスの、プリウェットである、乾燥型ジョイントコンパウンドを使用することが好ましい。使用前(通常は製造中)に、充填剤とバインダー(および他のいくつかの既知の成分)を水と混合する。塗布後、水が乾燥、すなわち蒸発すると、乾燥した比較的硬いセメント質材料が残される。乾燥型ジョイントコンパウンドは、製造元によって水が添加され、混合されて、それらが典型的にはレディミックスされた形態になるので、使い易さの利点を有する。
硬化型ジョイントコンパウンドでは、充填剤材料の少なくともかなりの部分が硫酸カルシウム半水和物(CaSO4−1/2H2O、焼石膏(calcined gypsum)、スタッコまたは焼石膏(plaster of Paris)とも呼ばれる)である。水が硬化型粉末に添加されると、それは、水和反応を介して、硫酸カルシウム半水和物と反応して、硫酸カルシウム二水和物結晶の連結マトリックスを形成する。連結結晶マトリックスは、コンパウンドの強度を増加させる。乾燥型に対する硬化型ジョイントコンパウンドの利益は、完成した接合部の全体的な強度であり、収縮およびひび割れが少なくなり、かつさらなる仕上げの前に、ジョイントコンパウンドが完全に乾燥するのを待つ必要性がなくなる。
レディミックス硬化型ジョイントコンパウンドは、硫酸カルシウム半水和物ベースのコンパウンドの硬化作用と、レディミックスコンパウンドの使いやすさとを組み合わせる第3型のジョイントコンパウンドである。レディミックスの硬化型ジョイントコンパウンドは、一般に、硫酸カルシウム半水和物と硬化遅延剤(set retarding agent)との水性スラリーを含む。
乾燥型コンパウンドまたは硬化型コンパウンドとして製造された使用時のジョイントコンパウンドは、湿った、濃厚なペースト状の材料である。ジョイントコンパウンドの「マッド(mud)」は、特殊な紙テープと併せて使用され、家庭および商業建築の内壁および天井面の製造中に石膏ウォールボードが取り付けられるときに、滑らかな「見えない」接続ジョイントを形成する。このコンパウンドは、釘またはネジを使用してウォールボードを木材または金属の支持構造に取り付ける際に形成されるわずかなくぼみを仕上げる「パテ状補修剤(spackle)」としても使用される。
乾燥型ジョイントコンパウンドは一般に、炭酸カルシウムの充填剤と、デンプン、酢酸ビニルまたはアクリル樹脂などのバインダーと、殺菌剤などの防腐剤と、増粘剤と、安定剤とおよび/または懸濁化剤または分散剤と、任意に軽量の添加剤とで配合される。バインダーは、ジョイントコンパウンドの、通常は乾式壁であるその基材への付着を強化するために使用される。
デンプンまたは加工デンプンは、ウォールボードまたはジョイントコンパウンドのバインダーまたは増粘剤として使用されている。例えば、一部のデンプンは比較的多量の水を吸収する能力があり(高水分保持)、他のデンプン(低水分保持)はこの特性を持たない。これらのタイプのデンプンは両方とも、一般にバインダーとして機能する能力を持っている。しかし、高水分保持デンプンは、通常、その保水性および/または増粘特性の目的のために比較的少量で使用されるが、比較的少量で使用された場合、そのようなデンプンの結合特性は有意に示されない。結合特性が顕著になる高水分保持デンプンをより大量に使用すると、組成物の増粘が大きくなりすぎる可能性がある。したがって、そのようなデンプンは一般に、比較的少量で、保水および/または増粘の目的で使用され、結合の目的ではない。他方で、低水分保持デンプンは、その結合特性が実現され、組成物を望ましくないほど増粘させない比較的多量で使用することができる。
作業性を改善するために、加工デンプンがジョイントコンパウンドに使用されている。それらはまた、紙への結合の強度とジョイントコンパウンド自体の強度の両方の結合強度も向上させる。加工デンプンバインダーは通常、わずかな量でしか存在せず、一般に全乾燥重量の約0.05%〜約5%の範囲である。Palmerの米国特許第4,845,152号は、酸変換または酵素変性デンプン、具体的には、例えば、アルケニルコハク酸変性デンプンを含むテープジョイントコンパウンドを開示している。Wantling et al.の米国特許第7,473,713号は、石膏製品の成分として硫酸変性デンプンを開示している。Sang et al.の米国特許出願公開第2014/0113124号は、ジョイントコンパウンドの成分としての硫酸変性デンプンを開示している。
さらに、Andersonの米国特許第9,057,000号は、植物タンパク質およびデンプンを含む接着剤またはバインダー組成物を開示しており、このデンプンは化学的、酵素的、または物理的修飾による加工デンプンである。この組成物は、ジョイントコンパウンドに使用することができると説明されている。化学的修飾については、例えばデンプンの解重合、デンプンの酸化、デンプンの還元、デンプンのエーテル化、エステル化、デンプンの架橋、デンプンの脱脂、デンプンの疎水化、反応性モノマーによるまたはグラフト化デンプンインターポリマーを形成する他の反応性ポリマーによるデンプンのグラフト化など、を含み得る、加工デンプンをもたらす化学物質によるデンプンの任意の処理が一般的に記述され、ただし上記エーテル化は一般に有機スルホン酸塩によるものとして記述されている。しかしながら、それは、有機スルホン酸塩によるデンプン修飾についてもその効果についても具体的に記載していない。さらに、Lokietekの米国特許第6,841,039号は、スルホン化デンプンおよびカチオン性デンプンを開示しているが、これは製紙用である。
したがって、本発明の目的は、ツールに付着せず、使用後にツールを容易に清掃することができる組成を有し、バインダーとして加工デンプンを含み、かつ従来のレディミックスジョイントコンパウンド、特に、レディミックス乾燥型ジョイントコンパウンドと比較して良好な作業性を示す、ジョイントコンパウンドを提供することにある。
また、本発明の目的は、ツールが自掃することを可能にするジョイントコンパウンドの調製方法を提供することにある。
この背景の説明は読み手を助けるために本発明者らによって作成されたものであり、示される問題のうちのいずれもそれら自体が当該技術分野において理解されたという指示としてみなされるものではないことが理解されるであろう。記載される原理は、いくつかの態様および実施形態では、他のシステムに固有の問題を軽減することができるが、保護される革新性の範囲が、添付の特許請求の範囲によって定義され、本明細書に記される任意の特定の問題を解決するいかなる開示された特色の能力によって定義されないことが理解されるであろう。したがって、良好な作業性ならびに改善された付着性を有し、ツールを容易に清掃することを可能にする新しい改善されたジョイントコンパウンドが引き続き必要とされている。
本発明の一態様は、水、少なくとも1種の充填剤、およびスルホン化デンプンを含むバインダーを含む、ツールを容易に清掃することができる組成を有するジョイントコンパウンドを提供する。スルホン化デンプンは、典型的には、本明細書に記載の式I〜VIの構造を有する−CH2O−(C2−C5アルキル)−SO3Na部分を含む。好ましくは、スルホン化デンプンは、ビニルスルホン酸ナトリウム部分を含む。
本発明は、乾燥粉末として販売され、作業現場で水と混合される乾燥した乾燥型ジョイントコンパウンドを包含する。本発明はまた、水との混合物として販売されるレディミックス乾燥型ジョイントコンパウンドを包含する。
乾燥(水を含まない固形物)ベースで、スルホン化デンプンは、約0.05重量%〜約10重量%、好ましくは約0.05重量%〜約5重量%、より好ましくは約0.1重量%〜約3重量%、例えば2.9重量%の濃度で存在する。
充填剤は、炭酸カルシウムまたは他の重量無機充填剤を含んでもよい。炭酸カルシウムは必要ではない。任意の同様の形状の無機不活性充填剤が適している(例えば、粉砕石膏)。充填剤は、パーライトなどの不活性軽量充填剤、および/または他の軽量充填剤を含んでもよい。このような他の軽量充填剤には、雲母やタルク粒子などの不活性粒子が含まれる。通常、軽量充填剤の密度は10〜900kg/立方メートルである。一般に、重量無機充填剤の嵩密度は水よりも大きく、軽量充填剤の嵩密度は水よりも軽い。
レディミックス配合物のまたは現場で粉末を混合するときの固形分対水の重量比は、一般に50:50〜70:30の範囲、通常は65:35である。
一実施形態では、ジョイントコンパウンドは、増粘剤、防腐剤、および/または懸濁化剤もしくは分散剤をさらに含む。増粘剤は、エチルヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、メチルヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルヒドロキシエチルセルロースおよびこれらの混合物を含むセルロース化合物を含む。防腐剤は殺生物剤または殺菌剤を含む。懸濁化剤または分散剤はアタパルジャイト製品を含む。
一実施形態では、ジョイントコンパウンドは、充填剤として炭酸カルシウム、バインダーとしてスルホン化デンプン、および水を含むレディミックス乾燥型ジョイントコンパウンド組成物を含む。組成物は、炭酸カルシウム、膨張パーライト、スルホン化デンプン、水、および追加の軽量充填剤を含む軽量組成物であってもよい。また、石膏(硫酸カルシウム二水和物)および/またはドロマイトを含んでもよい。
また、セルロース化合物、防腐剤、ラテックスバインダー、ポリビニルアルコールバインダー、粘土、pH調整剤、顔料、殺菌剤、殺真菌剤、ポリエチレングリコール、例えばPEG400−PEG1000、および懸濁化剤または分散剤、を含む増粘剤を含んでもよい。組成物はまた、これらの添加剤の1つ以上が存在しなくてもよい。
例えば、典型的な乾燥(水なし)ベースは92重量%の炭酸カルシウム、1.25重量%のパーライト、3.14重量%のアタパルジャイト粘土、3重量%のスルホン化デンプン。
本発明のジョイントコンパウンドは、ツールの表面に付着せず、使用後にツールが自掃することを可能にする。これにより、従来のレディミックスジョイントコンパウンドと比較して、ツールを非常に容易に清掃でき、コンパウンドは良好な作業性を示す。
本発明の他の利点は、実施例および添付の特許請求の範囲と併せて以下の詳細な説明を検討することにより、当業者には明らかになるであろう。ただし、本発明はさまざまな形態の実施形態が可能であるが、以下に記載するのは、本開示が例示として意図され、本明細書に記載の特定の実施形態に本発明を限定するものではないという理解の下での本発明の特定の実施形態であることに留意するべきである。
すべての割合および比率は、他に指示がない限り重量比である。
本発明の好ましい実施形態のジョイントコンパウンドは、スルホン化デンプンを含むバインダー、水、炭酸カルシウムを含む少なくとも1種の充填剤、セルロース化合物を含む増粘剤、殺生物剤または殺菌剤を含む保存剤、および粘土化合物を含む懸濁化剤または分散剤を含む、ツールを容易に清掃することができる組成を有するレディミックス乾燥型ジョイントコンパウンドである。乾燥(水を含まない固形物)ベースで、スルホン化デンプンは、約0.05重量%〜約10重量%、好ましくは約0.05重量%〜約5重量%、より好ましくは約0.1重量%〜約3重量%、例えば2.9重量%の濃度で存在する。
ジョイントコンパウンドの密度を調整するために、軽量充填剤を組成物に含めることができる。ジョイントコンパウンドで使用される他の任意の成分も、ジョイントコンパウンドの正確な使用および所望の特性に応じて、本発明のジョイントコンパウンドへの添加に適している。
スルホン化デンプン
ジョイントコンパウンドに適した任意の天然デンプンまたは加工デンプン、例えば酸変性デンプンは、本発明に従ってスルホン化されるのに適している。酸変性は一般に、デンプンの解重合をもたらす酸によるデンプンの処理を含む。
ジョイントコンパウンドに適した任意の天然デンプンまたは加工デンプン、例えば酸変性デンプンは、本発明に従ってスルホン化されるのに適している。酸変性は一般に、デンプンの解重合をもたらす酸によるデンプンの処理を含む。
典型的な天然デンプンは10,000,000ダルトン重量平均分子量である。典型的な酸変性デンプンは、10,000ダルトンほどの重量平均分子量である。典型的な天然デンプンはトウモロコシデンプンとタピオカデンプンである。デンプンの一般式は(C6H10O5)nであり、式中、nは数百〜数十万のグルコースモノマー、より典型的には千〜数十万のグルコースモノマーであり得る。未加工デンプンである場合、nは通常4,000以上であり、酸変性されている(例えば、部分的に加水分解されたデンプン)場合、nは、大抵は25〜2,500である。
本発明で使用することができるデンプンまたは加工デンプンのポリマー骨格は分岐していてもよく、グルコース単位を含んでいてもよい。好ましくは、ポリマー骨格はデンプンであり得る。適切なデンプンは、アミロペクチン(アルファ−1,6−分岐を含むアルファ−1,4−結合グルコース、例えば式Iの構造を参照)および場合によりアミロース(アルファ−1,4−結合グルコース、例えば式IIの構造)を含む。デンプンの典型的な供給源には、これらの混合物が含まれている。
デンプンのスルホン化は、当該技術分野で知られている技術を用いて実施することができる。一般に、既知のスルホン化技術を使用することができるが、本明細書では特定の好ましい技術を記載および図示する。
図1は、本発明のスルホン化デンプンを製造するための適切なデンプンスルホン化プロセスのスキームを示している。図1に示すように、スルホン化反応は、デンプンへのスルホン酸(−SO2OH)またはスルホン酸塩(−SO3 −Na+)部分の導入をもたらす。図1は、デンプン部分構造で表されるデンプンを、水溶液中90℃、NaOHで4時間ビニルスルホン酸ナトリウム塩と反応させて、デンプン部分構造で表されるスルホン化デンプン反応生成物を形成させることを示す。
スルホン化は、例えば10%水酸化ナトリウム(NaOH)などの塩基の存在下で、アルキルもしくはアリールスルホン酸またはスルホン酸基、特にC2−C18もしくはC2−C8スルホン酸またはスルホン酸塩、好ましくはC2−C5アルキルスルホン酸またはスルホン酸塩を含む、デンプンにスルホン酸またはスルホン酸塩部分を生成することが可能な材料を用いて、好ましく実施される。そのようなスルホン化材料には、ビニルスルホン酸ナトリウム、スチレンスルホン酸、2−クロロエタンスルホン酸、3−クロロプロパンスルホン酸、または1,3−プロパンスルホンが含まれ得るが、これらに限定されない。スルホン化は約50℃〜約100℃の温度で実施することができるが、好ましくは約75℃〜約95℃の温度、より好ましくは約85℃〜95℃の温度で実施される。最も好ましくは、約90℃の温度がビニルスルホン酸ナトリウムとのスルホン化反応に約4時間使用され、この温度で作られたスルホン化デンプンがしばしば最も効果的であるためである。
デンプンとスルホン化材料の水溶液に加えられたNaOHなどの塩基の助けを借りて、デンプンのヒドロキシメチル(−CH2OH)基とスルホン化材料(反応物)のビニル(CH2=CH−)基の間でスルホン化反応が起こり、スルホン酸またはスルホン酸塩、例えば−CH2O−(C2−C5アルキル)−SO3Naを含む部分が形成されるデンプンのヒドロキシメチル基におけるスルホン化が生じる。
例えば、本発明のスルホン化デンプンは、式Iの構造を含み、
式中、Xは−RSO3Naまたは−Hであり、少なくとも1つのXは−RSO3Naであり、RはC2−C18アルキルまたはアリールアルキルであり、典型的にはnは25〜1,500,000である。式Iは特定の位置で1つの置換を示しているが、他のOX基も置換することができる。−RSO3Naの典型的な置換度(degree substitution)(DS)は1または2(グルコース単位あたり1または2個の−RSO3Na)である。
例えば、DSが0.5のスルホン化デンプンは、式IIの構造を含み、
ここで、式IIはCH2OH部分のOH基において置換しているものとして−RSO3Naを示しているが、この基−RSO3Naによる置換は、部分の任意のOH基においてであってもよい。同様に、下記に示す式IA、式III〜IVには、CH2OH部分のOH基において置換しているものとして−RSO3Naを示しているが、グループ−RSO3Naによる置換は、任意のOH基においてであってもよい。さらに、−RSO3Naは、式III〜IVのグルコース単位当たり1つ以上、典型的には1つまたは2つのOH基で置換され得る。
本明細書に示される式Iおよび他の式II〜IVにおいて、nは25〜1,500,000である。しかしながら、好ましくは、式I〜IVの本発明のスルホン化デンプンについて、未加工デンプン(天然デンプンとしても知られる)がスルホン化に使用される場合、得られるスルホン化デンプンのnは一般に4,000(4,000〜1,500,000)を超え、酸変性デンプン(例えば、部分加水分解デンプン)がスルホン化に使用される場合、得られるスルホン化デンプンのnは一般に25〜4,000、好ましくは100〜4,000、より好ましくは150〜500である。本明細書に示す式Iおよび他の適用可能な式II−IVにおいて、RはC2−C8アルキルまたはアリールアルキル(例えば、ベンジルアルキル)、または好ましくはC2−C5アルキルであってもよい。
例えば、スルホン化デンプンは式IIIの部分を含み、
式中、RはC2−C4アルキルであり、XはHである。
例えば、スルホン化デンプンは、式IVのアミロースベースの構造を含む。
例えば、スルホン化デンプンは、式Vのアミロペクチンベースの構造を含む。
例えば、スルホン化デンプンは、式VIの以下の部分構造を有する。
ツールの自掃効果に影響を与えない場合、スルホン化デンプンに加えて、ジョイントコンパウンドでの使用に適した追加のバインダーを本発明のジョイントコンパウンドに含めて、ジョイントコンパウンドの、基材、例えば乾式壁への付着を強化させることができる。許容されるバインダーには、ラテックスエマルジョン、酢酸ビニル、アクリル、アルコール、およびポリ酢酸ビニル、エチレン酢酸ビニル、および非スルホン化デンプンなどの分散性粉末が含まれるが、これらに限定されない。
充填剤とその他の成分
ジョイントコンパウンドに適した少なくとも1種の不活性充填剤を本発明のジョイントコンパウンドに適切に使用することができる。そのような充填剤には、当業者に知られているようなジョイントコンパウンドの調製に一般的な炭酸カルシウムおよび硫酸カルシウム二水和物が含まれるが、これらに限定されない。通常、5〜40ミクロンのメジアン粒径に粉砕された充填剤が使用される。充填剤を含まないコンパウンドの例は存在し得るが、使用される量は、典型的には、添加される水を含まない全成分の約50重量%〜約95重量%である(乾燥成分基準)。
ジョイントコンパウンドに適した少なくとも1種の不活性充填剤を本発明のジョイントコンパウンドに適切に使用することができる。そのような充填剤には、当業者に知られているようなジョイントコンパウンドの調製に一般的な炭酸カルシウムおよび硫酸カルシウム二水和物が含まれるが、これらに限定されない。通常、5〜40ミクロンのメジアン粒径に粉砕された充填剤が使用される。充填剤を含まないコンパウンドの例は存在し得るが、使用される量は、典型的には、添加される水を含まない全成分の約50重量%〜約95重量%である(乾燥成分基準)。
乾燥型ジョイントコンパウンドには、細かく粉砕した炭酸カルシウムを使用することが好ましい。それは、通常、乾燥重量で少なくとも約50%のジョイントコンパウンドを含み、一般に乾燥重量の約50%〜98%の範囲内に収まる乾燥粉末である。雲母、セリサイトなどのタルク、珪藻土、アタパルジャイト、セピュライトおよびカオリンなどの粘土、硫酸カルシウム二水和物、およびパイロフィライトなどの追加の充填剤も好適であり得る。
パーライトまたは膨張パーライトは、充填剤として本発明のジョイントコンパウンドに含まれていてもよい。軽量ジョイントコンパウンドでの膨張パーライトの使用は、米国特許第4,454,267号に教示されており、これは、参照により本明細書に組み込まれる。膨張パーライトは、非常に軽量な材料であり、多くのひび割れや亀裂が含まれている。毛細管現象によって吸収された水によって材料の重量が増加しないように、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第4,525,388号に従って特別に処理する必要がある。
膨張パーライトは、ジョイントコンパウンドに組み込まれる場合、100メッシュのスクリーンを通過する粒径を有することが望ましいことはよく知られている。レディミックスジョイントコンパウンドでは、膨張パーライトを任意で処理して、水に反応しないようにするか、コーティングしないままにする。膨張パーライトを処理することが有利な場合、膨張パーライトを水に反応しないようにするいくつかの方法があり、その1つは参照により本明細書に組み込まれる米国特許第4,525,388号に開示されている。別の方法は、膨張パーライトをシリコーンまたはシロキサン化合物で処理することであるが、他の材料を使用して水に反応しないよう(すなわち、撥水性)にする。特別に処理された膨張パーライトは、イリノイ州ホジキンズのSilbrico Corporationなどの供給業者から市販されている。
所望の軽量特性を達成するために、膨張パーライトは、全組成物の乾燥重量で少なくとも約1%の量で存在する必要がある。膨張パーライトは、全成分の乾燥重量で約5%〜約10%の量で存在することが好ましい。
パーライトまたは膨張パーライトに加えて、充填剤は、参照により本明細書に組み込まれるImmordino et al.の米国特許第6,545,066号に教示されているように、軽量充填剤として75ミクロン未満の平均粒径を有する中空樹脂ミクロスフェアを含むことができる。この場合、完成したジョイントコンパウンドの滑らかで均一な表面を達成するには、水中へのミクロスフェアの均一な分散が重要である。
ジョイントコンパウンドに適した増粘剤は、本発明のジョイントコンパウンドでの使用に適しており、エチルヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、メチルヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルヒドロキシエチルセルロースおよびこれらの混合物などのセルロース増粘剤を含むが、これらに限定されない。セルロース増粘剤の量は、添加される水を含まない全組成物成分の乾燥重量で約0.1%〜約3%、好ましくは0.3〜1%の範囲である。セルロース増粘剤の代わりに、またはセルロース増粘剤に加えて、他の増粘剤を使用してもよいと考えられる。
ジョイントコンパウンドに適した懸濁化剤または分散剤(または非レベリング剤と呼ばれる)は、本発明のジョイントコンパウンドでの使用に適しており、アタパルジャイト粘土、例えばMAN−U−GEL(登録商標)を含むがこれに限定されない。この成分は、ノンレベリングまたは垂れ防止、スリップ、水分保持、および水の需要(water demand)を提供する。一般に、存在する場合、懸濁化剤の量は、水を加える前の全組成物の約1重量%〜約10重量%、好ましくは2重量%〜7重量%の範囲である。セピオライト、ベントナイト、モンモリロナイトなどの他の粘土も、粘土に加えて、または粘土の代わりにジョイントコンパウンドに使用することができる。参照により本明細書に組み込まれる米国特許第5,336,318号に記載されているタイプなどの非粘土懸濁化剤は、本発明のジョイントコンパウンドに有用である。また、合成で作られた含水ケイ酸マグネシウムは、水中で調製した場合、優れた懸濁力で高度にチキソトロピック溶液を生成し、使用した場合に軽量のミクロスフェアが上部に浮いて分離するのを防ぐ。懸濁化剤としての含水ケイ酸マグネシウムの使用に加えて、消泡剤を使用して、初期混合およびその後の高せん断試験中の同伴空気のレベルを最小限に抑えることができる。
レディミックスジョイントコンパウンドを調製する場合、保管中の湿式媒体での微生物増殖の抑制を提供することが好ましい。微生物を低減させる1つの方法は、接触時に殺傷する殺生物剤を導入することである。接触殺傷殺生物剤(contact−kill biocide)の例には、家庭用漂白剤(6%の次亜塩素酸ナトリウム水溶液)またはリチウムや次亜塩素酸カルシウムなどのスイミングプールのショック処理用の化学物質が含まれる。これらの添加剤は、製造時にジョイントコンパウンド中に存在するすべての微生物を本質的に殺傷するが、将来の微生物の増殖を妨げない。
トリアジン液体殺菌剤、他の殺菌剤、殺真菌剤、および/または他の有機殺生物剤を含む従来の缶入り防腐剤は、微生物の増殖を継続的に抑制するためのジョイントコンパウンドに使用される。高性能の缶入り防腐剤は、製造から最終用途に至るまで、ジョイントコンパウンドの完全性を維持する。防腐剤は、接触殺傷処理と組み合わせて、またはその代わりに使用することができる。防腐剤の組み合わせも考えられる。
所望の粘度を使用する前に、湿った状態のジョイントコンパウンドを産生するために選択された量に水が加えられる。典型的には、レディミックス形態の本発明のジョイントコンパウンドは、室温で300〜850、好ましくは300〜600ブラベンダー単位の粘度を有する。軽量配合物を調製する場合、コンパウンド中の水分量を最小限に抑えるように注意する必要がある。所望の最終製品の密度が水自体の密度よりも低い場合、水は製品の密度を増加させる。さらに、水のレベルが最小化されると、収縮およびひび割れに対する耐性が向上する。分散を助けるためにミクロスフェアをコーティングすると、コーティングはジョイントコンパウンドの全体重量にも寄与する。
ジョイントコンパウンドで典型的に使用される追加の成分は、本発明のジョイントコンパウンドでの使用が想定される。これらの成分には、保水剤、充填剤、湿潤剤、カオリン、消泡剤、および可塑剤が含まれるが、これらに限定されず、これらはジョイントコンパウンドベースまたは添加剤ブレンドにも有用である。
ジョイントコンパウンドの調製
本発明のジョイントコンパウンドは、乾燥形態またはレディミックス形態で、好ましくはレディミックス形態で調製され得る。本発明のジョイントコンパウンド発明の調製には、レディミックス乾燥型ジョイントコンパウンドの既知の調製方法を使用して、ツールを容易に清掃することができる組成物であって、バインダーとしてスルホン化デンプンを含む組成物を含むレディミックス乾燥型ジョイントコンパウンドを得ることができる。
本発明のジョイントコンパウンドは、乾燥形態またはレディミックス形態で、好ましくはレディミックス形態で調製され得る。本発明のジョイントコンパウンド発明の調製には、レディミックス乾燥型ジョイントコンパウンドの既知の調製方法を使用して、ツールを容易に清掃することができる組成物であって、バインダーとしてスルホン化デンプンを含む組成物を含むレディミックス乾燥型ジョイントコンパウンドを得ることができる。
例えば、本発明のジョイントコンパウンドは、スルホン化デンプン、水、少なくとも1種の充填剤、増粘剤、防腐剤、および懸濁化剤を混合することを含む方法により調製され、スルホン化デンプンは。乾燥(水を含まない固形分)ベースで、スルホン化デンプンは、約0.05重量%〜約10重量%、好ましくは約0.5重量%〜約5重量%、より好ましくは約0.1重量%〜約3重量%、例えば2.9重量%の濃度で存在する。
また、例えば、それは、ジョイントコンパウンドの成分を、スルホン化デンプン、水、少なくとも1種の充填剤、増粘剤、防腐剤、および懸濁化剤または分散剤を含む乾燥成分および湿潤成分にグループ化することを含む方法によって調製され、乾燥成分を一緒に混合し、湿潤成分を一緒に混合して、乾燥成分と湿潤成分をメインミキサーで組み合わせて、ジョイントコンパウンド組成物を得て、均一な混合物になるまで組成物を混合する。乾燥(水を含まない固形分)ベースで、スルホン化デンプンは、約0.05重量%〜約10重量%、好ましくは約0.05重量%〜約5重量%、より好ましくは約0.1重量%〜約3重量%、例えば2.9重量%の濃度で存在する。
一部の成分は、乾燥または湿潤(液体)のいずれかの形態で入手することができる。スルホン化デンプンは液状で使用されるが、他の充填剤と任意のバインダーは粉末として入手することができる。すべての成分は、物理的形態に関してグループ化されている。湿潤成分は一般に、ミキサーで直接ブレンドされる。水をミキサーに入れ、最初にスルホン化デンプンバインダーなどの他の湿潤成分と、液状の他の成分とでブレンドする。乾燥成分には一般に、充填剤、増粘剤、および懸濁化剤または分散剤が含まれる。これらの成分は、乾燥成分を一緒にブレンドするために当該技術分野で既知の任意の技術を使用してミキサーに添加する前に一緒にブレンドされる。粉末フィーダーは、コンベヤーによってミキサーに移動させる際に、増粘剤および/または懸濁化剤または分散剤を充填剤とともに分散させるために任意で使用される。
湿潤成分が合わせられた後、乾燥成分はミキサー内で湿潤成分と混合される。均一な混合物が得られるまで混合を続ける。必要に応じて追加の水を加えて、所望の粘度を達成する。この粘度は、厳密には調製するジョイントコンパウンドのタイプによって異なるが、目標粘度は通常、室温で300〜850ブラベンダー単位である。
ジョイントコンパウンドの特性−テクスチャー分析:
このようにして得られた本発明のジョイントコンパウンドは、ツールの表面に付着せず、ツールは使用後に自掃することを可能にする。このコンパウンドにより、従来のレディミックスジョイントコンパウンドと比較して、ツールを非常に容易に清掃することができるだけでなく、良好な作業性と外観を示す。
このようにして得られた本発明のジョイントコンパウンドは、ツールの表面に付着せず、ツールは使用後に自掃することを可能にする。このコンパウンドにより、従来のレディミックスジョイントコンパウンドと比較して、ツールを非常に容易に清掃することができるだけでなく、良好な作業性と外観を示す。
テキストアナライザーを使用して、天然の小麦デンプンである非スルホン化デンプンA、アルファ化小麦デンプンである非スルホン化デンプンB、およびアルファ化トウモロコシ粉である非スルホン化デンプンCなどの従来のデンプンを含む他のジョイントコンパウンドと比較して、ツールの表面への本発明のジョイントコンパウンドの付着特性を評価することができる。
テクスチャーアナライザー試験は、当該技術分野で知られている方法、例えば、参考文献:Chen,J.Food Oral Processing−A Review.Food Hydrocolloids.2009,23,1−25に記載されているSzeczesniakの方法に従って実施することができる。この方法では、いわゆるテクスチュロメーターが使用され、テクスチャープロファイル分析アプローチ(以下を参照)を使用した二重圧縮試験(double−compression test)(図2を参照)から得られた荷重−変位曲線が、多くのテクスチャー特徴:硬さ(F1)、凝集性(A2/A1)、弾力性(d2/d1)、粘度、弾性、付着性(A3)、脆さ、噛み応え(ガム性(Guminess)x凝集性に等しい)、およびガム性(硬さx凝集性に等しい)に意味のある解釈を与えることが実証された。これは、1つの試験で多数のテクスチャーパラメータを特性化することができることを説明している。Szeczesniakの方法は後にテクスチャープロファイル分析(Texture Profile Analysis(TPA))と名付けられ、現在でも文献ではテクスチャー特性評価の標準方法として頻繁に参照されている。図2は、テクスチャープロファイル分析アプローチを使用した二重圧縮試験から得られた典型的な荷重−変位曲線を示している。1つの試験で、多くのテクスチャーパラメータを特性評価することができる。図2に挙げられている弾力性は弾性に関係している。
ジョイントコンパウンドの付着性を評価するための当該技術分野で知られている他の方法も使用することができる。
図3は、テクスチャー分析法から得られた結果を示しており、本発明のジョイントコンパウンドと他のジョイントコンパウンドとを比較している。グラフに示すように、本発明のスルホン化デンプンベースのジョイントコンパウンドはグラフのより高いポイントおよびx軸上で先に示したインターセプトポイントを示し、これは本発明のジョイントコンパウンドが、ツールをより容易に自掃することができることを示している。グラフ上の矢印は、スルホン化デンプンで作られたコンパウンドと他のコンパウンドとの間の変則を示している。試験の除去段階では、コンパウンドはボールから離れ、他のコンパウンドよりも早く0の負荷に達する。これは、自掃の結果と一致している。
本発明のジョイントコンパウンドは、非多孔質表面に全く付着せず、スクラビングも、また拭き取りさえ必要とせずに洗い流される。
以下の実施例は、本発明のいくつかの好ましい実施形態をさらに例証し、それらを本発明の範囲外の従来方法および組成物と比較するために提示される。本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、ここに添付された特許請求の範囲によって規定される。
実施例1:スルホン化デンプンの調製
実施例では、デンプンを水酸化ナトリウムが溶解している水に加えた。次に、水に溶解したビニルスルホン酸ナトリウムを混合物に加える。得られた混合物を、必要に応じて撹拌しながら、約90℃の温度まで約4時間加熱する。次に、調製されたスルホン化デンプンを含む得られた混合物を室温まで冷却した。実施例では、調製されたスルホン化デンプンを含む得られた混合物のpHは約12であった。
実施例では、デンプンを水酸化ナトリウムが溶解している水に加えた。次に、水に溶解したビニルスルホン酸ナトリウムを混合物に加える。得られた混合物を、必要に応じて撹拌しながら、約90℃の温度まで約4時間加熱する。次に、調製されたスルホン化デンプンを含む得られた混合物を室温まで冷却した。実施例では、調製されたスルホン化デンプンを含む得られた混合物のpHは約12であった。
調製されたスルホン化デンプンを水で希釈して、25重量%溶液にした。
実施例2:ジョイントコンパウンドの調製
対照
非スルホン化デンプンUSG−95を使用する従来のジョイントコンパウンドは、以下の表1に記載されている量の成分を含む対照として調製された。
対照
非スルホン化デンプンUSG−95を使用する従来のジョイントコンパウンドは、以下の表1に記載されている量の成分を含む対照として調製された。
スルホン化デンプンジョイントコンパウンド
本発明のジョイントコンパウンドは、以下の表1に列挙されている成分および量で調製されるが、ここで成分はデンプンを除いて従来のジョイントコンパウンドのものと同じである。この実施例では、乾燥成分が混合された。液体成分をブレンドした(液体デンプン溶液、水およびトリアジン防腐剤)。次に、乾燥混合物を液体混合物に加え、得られたブレンドをホバートミキサーで混合した。
本発明のジョイントコンパウンドは、以下の表1に列挙されている成分および量で調製されるが、ここで成分はデンプンを除いて従来のジョイントコンパウンドのものと同じである。この実施例では、乾燥成分が混合された。液体成分をブレンドした(液体デンプン溶液、水およびトリアジン防腐剤)。次に、乾燥混合物を液体混合物に加え、得られたブレンドをホバートミキサーで混合した。
アルファ化トウモロコシ粉である非スルホン化デンプンCを従来のジョイントコンパウンド対照で使用したが、デンプンビニルスルホン酸ナトリウムのスルホン化デンプン溶液を本発明のジョイントコンパウンドで使用した。また、非スルホン化デンプンCの量は従来のジョイントコンパウンド中23.62グラムであったが、スルホン化デンプン溶液の量は本発明のジョイントコンパウンド中94.48グラムである。水を2段階で添加した。従来のジョイントコンパウンド対照の1回目の水の量は400グラムであったが、スルホン化デンプンには水分が含まれていたため、本発明のジョイントコンパウンドでは270グラムに減少した。2回目の水と全水量は、両方の組成物で同じ量であった。
表1の成分にて本発明のジョイントコンパウンドを調製する場合、乾燥成分の、750gの平均粒径が約14〜20ミクロンの炭酸カルシウム、10.18gの膨張パーライト、25.51gのアタパルジャイトクレイ(市販の含水マグネシウムアルミニウムケイ酸塩)、2.44gのヒドロキシプロピルメチルセルロースエーテル、および0.56gのヒドロキシエチルセルロースをミキサーに加え、成分を混合するために270グラムの水を加える。次に、湿潤成分の、94.48グラム(水を含む)のスルホン化デンプン溶液と1.5グラムの市販の殺菌剤を別のミキサーに加え、一緒に混合した。水を含む乾燥成分の混合物と液体混合物とをメインミキサーで混ぜ合わせ、次に40グラムの2回目の水とホバートブレンダーでブレンドした得られた混合物を、混ぜ合わせた混合物が均質混合物を形成するまでブレンドした。次に、最終的な均質混合物のために25グラムの水を加えた。
実施例3:性能試験
実施例2の方法により調製された本発明のジョイントコンパウンドを、実施例2で調製された従来のジョイントコンパウンドを対照として、性能特性について試験した。試験された特性には、密度、粘度、外観、塗布粘度、ひび割れ、収縮、テクスチャーアナライザー凝集性、研磨性(sandability)が含まれる。
実施例2の方法により調製された本発明のジョイントコンパウンドを、実施例2で調製された従来のジョイントコンパウンドを対照として、性能特性について試験した。試験された特性には、密度、粘度、外観、塗布粘度、ひび割れ、収縮、テクスチャーアナライザー凝集性、研磨性(sandability)が含まれる。
本発明のジョイントコンパウンドおよび対照の従来のジョイントコンパウンドの密度およびブルックフィールド粘度(ブラベンダー単位)を測定した。均質混合物の初期粘度と最終ジョイントコンパウンドの塗布粘度をそれぞれ測定した。表2に、対照および本発明のコンパウンドの測定特性を示す。特性は、ASTM C474に従って測定された。対照と比較して、本発明のスルホン化デンプンベースのジョイントコンパウンドは、わずかに増加した密度(1.45対1.55g/cc)およびより高い粘度(359.7対474.9ブラベンダー単位(BU))を示した。
試験結果を表2にまとめる。
表2は、従来のジョイントコンパウンドと比較した、バインダーとしてスルホン化デンプンを含む本発明のジョイントコンパウンドの性能特性を示している。表2のデータからわかるように、本発明のジョイントコンパウンドは、非スルホン化デンプンのバインダーを含む対照と比較して、塗布されるときに良好に機能する。
実施例4:テクスチャーアナライザー試験とツールの清掃
バインダーとして異なるデンプンを有する4つの乾燥型ジョイントコンパウンド、すなわち、ジョイントコンパウンドで一般的に使用されるデンプン、天然小麦デンプンである非スルホン化デンプンA、アルファ化小麦デンプンである非スルホン化デンプンB、およびアルファ化トウモロコシ粉である非スルホン化デンプンCを、それぞれ含む3つのジョイントコンパウンドと、本発明によるスルホン化デンプンを有するジョイントコンパウンドと、をテクスチャーアナライザーで試験して、ツールの表面への付着特性を評価した。テクスチャーアナライザー試験は、参考文献Chen、J.Food Oral Processing−A Review.Food Hydrocolloids.2009,23,1−25に記載された方法に従って実施した。他の既知の方法も使用され得る。
バインダーとして異なるデンプンを有する4つの乾燥型ジョイントコンパウンド、すなわち、ジョイントコンパウンドで一般的に使用されるデンプン、天然小麦デンプンである非スルホン化デンプンA、アルファ化小麦デンプンである非スルホン化デンプンB、およびアルファ化トウモロコシ粉である非スルホン化デンプンCを、それぞれ含む3つのジョイントコンパウンドと、本発明によるスルホン化デンプンを有するジョイントコンパウンドと、をテクスチャーアナライザーで試験して、ツールの表面への付着特性を評価した。テクスチャーアナライザー試験は、参考文献Chen、J.Food Oral Processing−A Review.Food Hydrocolloids.2009,23,1−25に記載された方法に従って実施した。他の既知の方法も使用され得る。
テクスチャーアナライザーは丸いボールを挿入して荷重を記録し、この試験は2つのセグメントで実行される。最初のセグメントが挿入されてから削除され、それから再度挿入される。
図3の荷重−変位線図に描かれた結果グラフからわかるように、本発明によるスルホン化デンプンベースのジョイントコンパウンドは、ツールが容易に自掃することを可能にする。グラフの矢印は、スルホン化デンプンで作られたジョイントコンパウンドと他のコンパウンドとの変則を示している。試験の除去段階では、ジョイントコンパウンドがボールから離れ、他のコンパウンドよりも早く0の負荷に達する。これは、自掃であるという結果と一致している。
本発明によるスルホン化デンプンを用いて調製されたジョイントコンパウンドは、ツールを容易に清掃することができる効果を示す。ジョイントコンパウンドは非多孔質表面にまったく付着せず、スクラビングも、または拭き取りさえ必要とせずに洗い流される。
以下の項は、本発明の態様を説明している。相互に排他的でない限り、これらのさまざまな側面のいずれかを、これらのさまざまな側面のいずれかと一緒に使用することができる。
1.少なくとも1種の不活性充填剤と、
乾燥(水を含まない固形分)ベースで約0.05重量%〜約10重量%の濃度で存在するスルホン化デンプンを含むバインダーと、を含むジョイントコンパウンド。
乾燥(水を含まない固形分)ベースで約0.05重量%〜約10重量%の濃度で存在するスルホン化デンプンを含むバインダーと、を含むジョイントコンパウンド。
2.スルホン化デンプンが、−CH2O−(C2−C18アルキルまたはアリールアルキル)−SO3Na部分を含む、項1に記載のジョイントコンパウンド。
3.スルホン化デンプンが、式Iの構造を含み、
式中、Xは−RSO3Naまたは−Hであり、少なくとも1つのXは−RSO3Naであり、RはC2−C18アルキルまたはアリールアルキルであり、nは25〜1,500,000である、項1に記載のジョイントコンパウンド。
4.スルホン化デンプンが、式IIの繰り返し単位を含み、
式中、RはC2−C18アルキルまたはアリールアルキルであり、XはHである、項1に記載のジョイントコンパウンド。
5.スルホン化デンプンが、式IIIのアミロースベースの構造を含み、
式中、nは25〜1,500,000である、項1に記載のジョイントコンパウンド。
6.スルホン化デンプンが、式IVのアミロースベースの部分を含む、項1に記載のジョイントコンパウンド。
7.スルホン化デンプンが、式IVのアミロペクチンベースの部分を含む、項1に記載のジョイントコンパウンド。
8.スルホン化デンプンが、式VIの部分を含む、項1に記載のジョイントコンパウンド。
9.スルホン化デンプンが、ビニルスルホン酸ナトリウム部分を含む、項1に記載のジョイントコンパウンド。
10.スルホン化デンプンが、約0.05重量%〜約10重量%の濃度で存在する、項1に記載のジョイントコンパウンド。
11.充填剤が炭酸カルシウムおよび/またはパーライトを含む、項1に記載のジョイントコンパウンド。
12.増粘剤、防腐剤、および/または懸濁化剤または分散剤をさらに含む、項1に記載のジョイントコンパウンド。
13.増粘剤がセルロース増粘剤である、項12に記載のジョイントコンパウンド。
14.セルロース増粘剤が、エチルヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、メチルヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルヒドロキシエチルセルロース、またはこれらの混合物である、項13に記載のジョイントコンパウンド。
15.懸濁化剤または分散剤がアタパルジャイト粘土である、項12に記載のジョイントコンパウンド。
16.組成物が、充填剤として炭酸カルシウム、バインダー、および水を含むレディミックス乾燥型ジョイントコンパウンド組成物である、項1に記載のジョイントコンパウンド。
17.組成物が、レディミックス乾燥型軽量ジョイントコンパウンド組成物であり、充填剤が重量無機充填剤、膨張パーライト、および任意にパーライト以外の軽量充填剤を含み、さらに水を含む、項1に記載のジョイントコンパウンド。
18.約0.05重量%〜約10重量%の濃度のスルホン化デンプンを含むバインダーと、充填剤であって、炭酸カルシウムを含む充填剤と、を含み、さらに、水と、セルロース化合物を含む増粘剤と、殺菌剤を含む防腐剤と、懸濁化剤または分散剤と、を含む、レディミックス乾燥型ジョイントコンパウンドとしての、項1に記載のジョイントコンパウンド。
19.スルホン化デンプンと、水と、少なくとも1種の充填剤と、増粘剤と、防腐剤と、懸濁化剤と、を混合することを含み、スルホン化デンプンが約0.05重量%〜約10重量%の濃度で存在する、項1〜18のいずれか一項に記載のジョイントコンパウンドの調製プロセス。
Claims (10)
- 少なくとも1種の不活性充填剤と、
乾燥(水を含まない固形分)ベースで約0.05重量%〜約10重量%の濃度で存在するスルホン化デンプンを含むバインダーと、を含むジョイントコンパウンド。 - 前記スルホン化デンプンが、以下の部分を含む、請求項1に記載のジョイントコンパウンド。
−CH2O−(C2−C18アルキルまたはアリールアルキル)−SO3Na - 前記スルホン化デンプンが、式Iの構造を含み、
- 前記スルホン化デンプンが、式IIの繰り返し単位を含み、
- 前記スルホン化デンプンが、式IIIのアミロースベースの構造を含み、
- 前記スルホン化デンプンが、式IVのアミロースベースの部分を含む、請求項1に記載のジョイントコンパウンド。
- 前記スルホン化デンプンが、式IVのアミロペクチンベースの部分を含む、請求項1に記載のジョイントコンパウンド。
- 前記スルホン化デンプンが、式VIの部分を含む、請求項1に記載のジョイントコンパウンド。
- 約0.05重量%〜約10重量%の濃度のスルホン化デンプンを含む前記バインダーと、前記充填剤であって、炭酸カルシウムを含む前記充填剤と、を含み、さらに、水と、セルロース化合物を含む増粘剤と、殺菌剤を含む防腐剤と、懸濁化剤または分散剤と、を含み、前記スルホン化デンプンはビニルスルホン酸ナトリウム部分を含む、レディミックス乾燥型ジョイントコンパウンドとしての、請求項1に記載のジョイントコンパウンド。
- スルホン化デンプンと、水と、少なくとも1種の充填剤と、増粘剤と、防腐剤と、懸濁化剤と、を混合することを含み、前記スルホン化デンプンが約0.05重量%〜約10重量%の濃度で存在する、請求項1〜9のいずれかに記載のジョイントコンパウンドの調製プロセス。
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