JP2645637B2 - 生物学的に分解可能な水性分散液 - Google Patents

生物学的に分解可能な水性分散液

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ビニルエステル重合体
の生物学的に分解可能な水性分散液、それらの製造方法
およびそれらの使用に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決すべき課題】ポリ酢酸ビニ
ルは、ただゆっくりとだけ生物学的に分解されることが
知られているフアング・エス・ジェイ(Huang S.J.)
著、バイオデグラダブル・ポリマース・イン(Biodegra
dable Polymers in ): エンサイクロペディア・オブ・
ポリマー・サイエンス(Encyclopedia of Polymer Scie
nce )第2巻、 220-243ページ。エム・バデイ(M.Buda
y )(C.A.101(4):24316h)は、ポリ酢酸ビニル分散液お
よびアクリル酸ブチル/酢酸ビニル共重合体分散液は、
活性汚泥を使用してさえただ比較的ゆっくりとだけ分解
され、そして分解の速度は粒子の寸法およびそれらの比
表面積によって決まることを示した。形成されるもの、
例えば、酢酸ビニルが塗装部門に使用されるとき、薄膜
で覆われた材料は、それゆえ著しくいっそう抵抗性であ
る。そのような材料の生物学的分解は、実際上は数年間
かかる。架橋製品の分解の速度は、架橋度によって更に
遅くなる。
【0003】接着剤またはコーティング剤に使用され
る、ビニルエステル共重合体中の可塑化共単量体、例え
ばエチレン、アクリル酸ブチルまたはアクリル酸2−エ
チルヘキシルは、なお更に生物学的分解を遅らせる。こ
の作用は、これらの共単量体が酢酸ビニル単位の生物学
的に分解可能なビニルアルコール単位への加水分解を遅
らせる事実により説明されるフアング・エス・ジェイ
(Huang S.J.)著、バイオデグラダブル・ポリマース・
イン(Biodegradable Polymers in ): エンサイクロペ
ディア・オブ・ポリマー・サイエンス(Encyclopedia o
f Polymer Science)第2巻、 220-243ページ。
【0004】良好な生物学的分解性のプラスチックに対
する要求は、特に環境的意識が増大しつつあるために、
迅速に増大しつつある。したがって、コーティングおよ
び接着組成物中のバインダーとして使用することができ
るプラスチックの生物学的に分解可能な、水性の、場合
によっては架橋可能な分散液は、繊維および製紙産業に
より必要とされている。
【0005】PCT特許出願公開第WO91/0202
5号明細書およびヨーロッパ特許出願発行番号第400
532明細書は、エチレン/酢酸ビニル共重合体、デン
プンおよび可塑剤からなる生物学的に分解可能な共重合
体組成物を記載している。それらは、組成物の固体成分
を混合して同時押出することにより製造される。
【0006】本発明は、生物学的に分解可能でコーティ
ング剤および接着剤として使用するために適しているビ
ニルエステル重合体の水性分散液を提供するという目的
に基づいている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、単量体相に基
づいて、10〜50重量%の生物学的に分解可能な可塑
剤および単量体相に基づいて、0.5〜15.0重量%
の生物学的に分解可能な乳化剤および/または生物学的
に分解可能な保護コロイドの存在下に、 a)50〜100重量部の、炭素原子数が1〜15個の
非分枝または分枝アルキルカルボン酸のビニルエステル
よりなる群からの1種類またはそれ以上のビニルエステ
ル、 b)0〜30重量部の、エチレンおよび/または(メ
タ)アクリル酸または炭素原子数が1〜10個のアルコ
ールからのエチレン性不飽和ジカルボン酸のエステル、
および c)0〜20重量部の他のモノ−またはポリ−エチレン
性不飽和化合物からなる単量体相が重合させられる、分
散液の全重量に基づいて、20〜70重量%の固形物含
量を有し、そして乳化重合法によりフリーラジカル重合
によって製造された、ビニルエステル重合体の生物学的
に分解可能な水性分散液に関する。
【0008】好ましいビニルエステルは酢酸ビニル、プ
ロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、2−エチルヘキサン酸
ビニル、ラウリン酸ビニル、酢酸1−メチルビニル、ピ
バル酸ビニルおよび炭素原子数が9または10個のα−
分枝モノカルボン酸のビニルエステル、例えば「Veo
Va9」(登録商標)または「VeoVa10」(登録
商標)である。
【0009】メタクリル酸、アクリル酸またはエチレン
性不飽和ジカルボン酸の好ましいエステルはアクリル酸
メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタ
クリル酸エチル、アクリル酸プロピル、メタクリル酸プ
ロピル、アクリル酸n−ブチル、メタクリル酸n−ブチ
ル、アクリル酸2−エチルヘキシルおよびフマル酸ジイ
ソプロピルのような、フマル酸および/またはマレイン
酸のエステルおよび半エステルである。
【0010】適当な共単量体c)は、アクリルアミド、
マレイン酸モノアミド、スルホン酸ビニル、N−ビニル
ピロリドンおよびN−ビニルアセトンのような官能性共
単量体である。同様に適当である共単量体は、アセト酢
酸ビニル、または他の共重合可能なアセトアセテートの
ような共重合可能な共単量体;ビニルトリエトキシシラ
ンのような共重合可能なアルコキシシラン、グリシジル
アルコールのビニルまたはアリル化合物のような共重合
可能なエポキシド化合物;N−メチロールアクリルアミ
ド、N−メチロールメタクリルアミドおよびN−メチロ
ールアリルカルバメートのようなN−メチロール化合
物;およびN−(イソブトキシメチル)−アクリルアミ
ドのようなエチレン性不飽和カルボン酸のN−アルコキ
シアルキルアミドである。その上に適している共単量体
は、グリコールのジビニルおよびジアリルエーテルのよ
うなポリ−エチレン性不飽和共単量体;飽和ジカルボン
酸のジビニルおよびジアリルエステル;ポリカルボン酸
のポリビニルおよびポリアリルエステル、例えばフタル
酸ジアリルおよびマレイン酸ジアリル;ジ−およびポリ
ヒドロキシ化合物と(メタ)アクリル酸とのジ−および
ポリエステル;(メタ)アクリル酸またはクロトン酸、
マレイン酸またはフマル酸のビニルおよびアリルエステ
ル;並びにジビニルベンゼンおよびシアヌル酸トリアリ
ルである。
【0011】好ましくは、ただ酢酸ビニルだけが、適切
ならば0.1〜10重量部の官能性および/または架橋
可能な共単量体c)と重合される。単量体相の好ましい
組成物は:75〜95重量部の酢酸ビニル、5〜25重
量部のエチレンおよび、適切ならば、0.1〜10重量
部の官能性および/または架橋可能な共単量体c)、6
5〜95重量部の酢酸ビニル、5〜35重量部のラウリ
ン酸ビニル、酢酸1−メチルビニル、ピバル酸ビニル、
VeoVa9またはVeoVa10および、適切なら
ば、0.1〜10重量部の官能性および/または架橋可
能な共単量体c)、50〜70重量部の酢酸ビニル、5
〜30重量部のVeoVa9またはVeoVa10、5
〜25重量部のエチレンおよび、適切ならば、0.1〜
10重量部の官能性および/または架橋可能な共単量体
c)、50〜70重量部の酢酸ビニル、5〜25重量部
のエチレン、0.5〜20重量部の(メタ)アクリル酸
エステルおよび、適切ならば、5〜30重量部のVeo
Va9またはVeoVa10および/または0.1〜1
0重量部の官能性および/または架橋可能な共単量体
c)である。
【0012】適当な生物学的に分解可能な可塑剤は、C
4 −〜C12−α、w−アルカンジカルボン酸のアルキル
エステルであり、ただしエステル基のアルキル基は2〜
18個の炭素原子を含有することがきる。名を挙げるこ
とができる例は、セバシン酸ジブチルのようなセバシン
酸エステル;ラウリン酸エステルのエチレングリコール
誘導体、グリセロール誘導体およびソルビトール誘導
体、およびクエン酸トリブチルのようなクエン酸エステ
ルである。800〜5000、好ましくは1500〜3
000の分子量を有するアジピン酸エチレングリコール
ポリエステル、ポリエチレングリコールおよびポリプロ
ピレングリコールのような高分子可塑剤が好ましい。エ
ステル、アミドまたはウレタン末端基を有する上述の高
分子可塑剤は特に好ましい。名を挙げられた可塑剤はま
た混合物として使用することもできる。
【0013】生物学的に分解可能なノニオン性乳化剤ま
たは生物学的に分解可能なノニオン性乳化剤とアニオン
性乳化剤の組合せのいずれかを生物学的に分解可能な乳
化剤として使用することができる。生物学的に分解可能
ノニオン性乳化剤が好ましい。
【0014】適当な生物学的に分解可能なノニオン性乳
化剤の例は、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポ
リオキシエチレンオレイルエーテルおよびポリオキシエ
チレンヒドロアビエチルエーテルのようなポリオキシエ
チレン縮合生成物である。他の例は、ラウリン酸ポリオ
キシエチレン、オレイン酸ポリオキシエチレンおよびエ
チレンオキシドと樹脂酸およびトール油酸との縮合生成
物のような高級脂肪酸のポリオキシエチレンエステル、
ポリオキシエチレンアミドおよびN−ポリエチレン−ラ
ウルアミドおよびN−ラウリル−N−ポリオキシエチレ
ンアミンのようなアミン縮合生成物、ポリオキシエチレ
ンn−ドデシルチオエーテルのようなポリオキシエチレ
ンチオエーテル、エチレンオキシド/プロピレンオキシ
ド共重合体および脂肪アルコールとエチレンオキシド単
位とのポリグリコールエーテルである。名を挙げられた
ポリオキシエチレン化合物の代わりに、対応するポリ−
N−ホルミル−またはポリ−N−アセチルアミノエチレ
ンもまた使用することができる。
【0015】本発明によって使用できる生物学的に分解
可能なノニオン性乳化剤はまた、「Pluronic」
として知られており次の一般式: HO(C24O)a(C36O)b(C24O)cH (式中、a、bおよびcは1またはそれ以上の整数であ
る)を有する多数の表面活性剤を包含する。bが増大し
てaとcが主として一定のままであるとき、化合物は水
溶性が小さく油溶性が大きくしたがっていっそう疎水性
になる。
【0016】適当なアニオン性乳化剤の例は、ラウリン
酸、硫酸ラウリルまたはスルホン酸ラウリルの塩のよう
な、脂肪酸、硫酸アルキルおよびアルキルスルホン酸の
アルカル金属塩またはアンモニウム塩である。他の例
は、モノ脂肪アルコールのスルホコハク酸半エステルで
ある。
【0017】乳化剤の合計量に関する濃度範囲は、単量
体相に基づいて、0.5〜15重量%の範囲内にある。
個々の乳化剤または名を挙げられた乳化剤の組合せが使
用可能である。乳化剤の組合せが使用される時は、比較
的親水性の乳化剤と組合せて比較的疎水性の乳化剤を使
用することが好都合である。比較的疎水性の乳化剤は、
1%濃度水溶液で88℃以下の濁り点を有するものであ
り、比較的親水性の乳化剤は、1%濃度水溶液で88℃
または更に高い濁り点を有するものである。
【0018】乳化剤に加えて、本発明に係る分散液はま
た、安定のために保護コロイドまたは排他的保護コロイ
ドも含むことができる。名を挙げることができる適当な
生物学的に分解可能な保護コロイドは:デンプン;シア
ノシルキル化、ヒドロキシアルキル化および/またはカ
ルボキシメチル化デンプン;デキストリン、ゼラチンお
よびカゼイン、および更にメチル−、ヒドロキシエチル
−およびアセチルセルロース;同様にポリビニルアルコ
ール、ポリビニルカプロラクタム、ポリビニルピロリド
ンおよび名を挙げた最後の3群の化合物の水溶性共重合
体である。
【0019】使用することができるこれらの保護コロイ
ドの量は、安定化に必要な量および粘度によって決定す
る。したがって、例えば、容易に安定化するデンプンが
使用されるならば、単量体相に基づいて、1重量%で既
に十分である。しかしながら、単量体に基づいて、せい
ぜい8重量%が、その高い粘度のために使用することが
できる。対照的に、単量体相に基づいて、100重量%
よりも多くまでの低分子量デキストリンが使用すること
ができる。普通のポリビニルアルコールが使用されるな
らば、単量体相に基づいて、一般に3重量%よりも多く
が、乳化剤がさらに全然使用されないならば必要であ
る。
【0020】本発明によれば乳化重合工程は、0〜10
0℃、好ましくは35〜80℃で行なわれる。エチレン
の共重合のためには、好ましい圧力範囲は100バール
までである。エチレンが共重合されないならば、重合は
特定の重合温度で単量体のせいぜい自然発生圧力下に行
なわれる。
【0021】乳化重合は、好ましくはレドックス触媒系
を使用して行なわれる。この方法においては、還元剤と
酸化剤は反応に従って計量しながら供給することがで
き、またはすべての酸化剤が反応容器中に最初に導入さ
れて重合は還元剤を計量しながら供給することにより制
御される。単量体相に基づいて、0.01〜1.5重量
%、好ましくは0.03〜0.8重量%の酸化剤が必要
とされる。還元剤は、単量体相に基づいて、好ましくは
0.01〜1.0重量%の量で使用される。触媒の酸化
性成分の例は、過硫酸アンモニウムまたはカリウム、過
酸化水素、t−ブチルヒドロペルオキシド、過酸化二リ
ン酸カリウム、ナトリウムおよびアンモニウムのような
過酸化二リン酸塩、および過酸化二硫酸アンモニウムの
ような過酸化二硫酸塩である。還元剤成分の例は、亜硫
酸ナトリウム、重亜硫酸ナトリウム、ホルムアルデヒド
−スルホキシル酸亜鉛またはホルムアルデヒド−スルホ
キシル酸ナトリウムである。活性化剤として少量の重金
属塩を同時に使用する。H2/貴金属触媒は同様に適し
ている。適当なレドックス触媒系は、とりわけ、「ファ
ンダメンタル・プリンシプルス・オブ・ポリマライゼイ
ション(FundamentalPrinciples of Polymerizatio
n)」、ジー・エフ・アレリオ(G.F.Alelio)著、ジェ
イ・ウィレイ・アンド・サンズ・インコーポレイテッド
(J.Wiley and Sons. Inc.)ニューヨーク、1952年、33
3 ページ他に記載されている。
【0022】原則的に、還元剤なしに、フリーラジカル
触媒、例えばヒドロペルオキシド、過硫酸塩または過酸
化二リン酸塩を使用することもできる。この系および上
記の系の両方において、促進剤、例えば痕跡量の鉄塩を
使用することができる。
【0023】共重合は、好ましくは2.5〜7のpHに
て行なわれる。pHは最初に少量の酸または塩基によっ
て与えることができる。緩衝物質もまた重合中のpHの
激し過ぎる低下を避けるために添加することができる。
これらの物質の例は、炭酸ナトリウムまたは炭酸アンモ
ニウム、ホウ砂、酢酸ナトリウムおよびクエン酸ナトリ
ウム、および第一級または第二級アルカリ金属リン酸塩
である。
【0024】本発明に係る乳化重合は、好ましくは計量
供給方法により行なわれる。この方法においては、好ま
しくは、使用されるビニルエステルa)の5〜30重量
%および、共単量体c)は別として、他の共単量体は、
最初に反応容器中に導入されそして残りの単量体相が計
量しながら供給される。エチレンが共重合される時は、
それは最初にすべてを一度に導入されるか、または最初
にその一部が導入されその残りが計量しながら供給され
る。好ましくは、エチレンの圧力は重合の前に決定され
て次いで、適切ならばエチレンを続いて押し込むことに
よって、重合期間中一定に維持される。エチレンの圧力
は、このことが望ましいならば、例えば異なる組成の重
合体の製造のために、重合反応の間に変化させることも
勿論可能である。
【0025】乳化剤および適切ならば保護コロイドは、
最初に反応容器中にすべて導入されるか、すべて計量し
ながら供給されるかまたは最初に反応容器中にその一部
が導入され残りが計量しながら供給される。計量しなが
ら供給される乳化剤または保護コロイドの一部の添加
は、好ましくは遅くとも、分散液の固形物含量が35重
量%に達したときに開始される。本発明に係る分散液の
固形物含量は、20〜70重量%に変化することができ
る。比較的低粘度の分散液が高い固形物含量でさえ生成
する。
【0026】本発明に係る生物学的に分解しうる分散液
は、例えば紙、繊維製品、ガラス繊維、木材およびカー
ド用のコーティング剤および接着剤として適している。
【0027】分散液の生物学的分解性は、生物学的に分
解可能な可塑剤、乳化剤および、適切ならば、生物学的
に分解可能な保護コロイドの内容物により促進される。
というのは、微生物による分解は最初にこれらの材料に
ついて主として始まり、このことは表面積およびその結
果同様にビニルエステル重合体の分解速度を増大させる
ことを意味するからである。薄膜で覆われたそして場合
によっては架橋された試験片の迅速な崩壊および単量体
/可塑剤混合物の良好な重合性は驚くべきことである。
【0028】
【実施例】次の実施例は、本発明を更に説明するために
役立つ:
【0029】分散液の調製:分散液を、錨型の攪拌機を
有する二重壁の容量2リットルの反応容器中で調製し
た。単量体および助剤を精密計量供給容器によって添加
した。触媒(APS/ブリュゴリット)を、ホースポン
プを使用してそれぞれ4%濃度および2%濃度溶液とし
て計量しながら供給した。温度を、サーモスタットおよ
び内部温度調整器の助けによって45℃に一定に保持し
た。
【0030】初期混合物は、 表1に示される単量体と可塑剤の混合物40g(8重量
%) 水220g 30%濃度溶液として「Aerosol A102」
(炭素原子数が10〜12個のモノ脂肪アルコールのス
ルホコハク酸半エステル)0.59g 97%濃度溶液として「Genapol PF40」
(エチレンオキシド/プロピレンオキシド共重合体)
1.07g 硫酸鉄アンモニウム0.2g からなる。初期混合物をギ酸でpH3.4にした。
【0031】計量供給原料1および2を初期混合物に添
加した: 計量供給原料1(計量供給時間約6時間): 水70ml中の過酸化二硫酸アンモニウム2.92g 計量供給原料2(計量供給時間約6時間): 水72.5ml中のブリュゴリット1.48g
【0032】重合開始後、計量供給原料3および4の計
量供給を開始した: 計量供給原料3(計量供給時間約3.5時間): 表1に示される単量体および可塑剤と「Vaniso
l」溶液3mlの混合物460g(92重量%) 計量供給原料4(計量供給時間約3.5時間): アクリル酸6.16g N−メチロールアクリルアミド(48%濃度水溶液)4
2.5g 25%濃度溶液として「Genapol OX130」
(エチレンオキシド基13個を有する脂肪アルコールの
ポリグリコールエーテル)48.0g 水24.0g
【0033】このようにして調製した分散液を、固形物
含量、残留単量体含量、粘度、K値および粒径について
特性記述を行った。湿潤残留物および分散液の安定性を
評価した。結果を表1に要約して示す。
【0034】実施例で調製した分散液のフィルム特性を
評価するために、分散液を型に注ぎ入れ次いで乾燥し
た。約1mmのフィルム厚を有するフィルムを得た。フ
ィルムの強度、粘着性、浸出、外観および硬度を視覚的
に評価した。結果を表1に要約して示す。
【0035】生物学的分解性を評価すために、厚さ0.
2mmのフィルムを上記の方法により作製し、これらを
ISO846方法Bに従って耐菌試験に付した。菌の成
長および痘痕を14日後に測定した。結果を同様に表1
に要約して示す。
【0036】
【表1】
【0037】
【表2】
【0038】以下、本発明の好適な実施態様を例示す
る。 1. 生物学的に分解可能な可塑剤として、エステル基
のアルキル基が2〜18個の炭素原子を含有するC4
〜C12−、w−アルカンジカルボン酸のアルキルエステ
ル、アジピン酸エチレングリコールポリエステル、80
0〜5000の分子量を有するポリエチレングリコール
またはポリプロピレングリコールを含む、請求項1記載
の生物学的に分解可能な水性分散液。
【0039】2. 生物学的に分解可能な乳化剤とし
て、ポリオキシエチレン縮合生成物、高級脂肪酸のポリ
オキシエチレンエステル、ポリオキシエチレンアミド、
ポリオキシエチレンチオエーテル、エチレンオキシド/
プロピレンオキシド共重合体または脂肪族アルコールと
エチレンオキシド単位のポリグリコールエーテルを含
む、請求項1または2記載の生物学的に分解可能な水性
分散液。
【0040】3. 生物学的に分解可能な保護コロイド
として、デンプン、シアノアルキル化、ヒドロキシアル
キル化および/またはカルボキシメチル化デンプン、デ
キストリン、ゼラチン、カゼイン、メチル−、ヒドロキ
シエチル−、ヒドロキシプロピル−およびアセチルセル
ロース、ポリビニルアルコール、ポリビニルカプロラク
タムまたはポリビニルピロリドンを含む、請求項1、前
項1又は2のいずれか1項に記載の生物学的に分解可能
な水性分散液。
【0041】4. 共単量体相が酢酸ビニル、適切なら
ば0.1〜10重量部の官能性および/または架橋可能
な共単量体c)または75〜95重量部の酢酸ビニル、
5〜25重量部のエチレンおよび、適切ならば、0.1
〜10重量部の感応性および/または架橋可能な共単量
体c)、または65〜95重量部の酢酸ビニル、5〜3
5重量部のラウリン酸ビニル、酢酸1−メチルビニル、
ピバル酸ビニル、VeoVa9またはVeoVa10、
適切ならば、0.1〜10重量部の官能性および/また
は架橋可能な共単量体c)、または50〜70重量部の
酢酸ビニル、5〜30重量部のVeoVa9またはVe
oVa10、5〜25重量部のエチレンおよび、適切な
らば、0.1〜10重量部の官能性および/または架橋
可能な共単量体c)、または50〜70重量部の酢酸ビ
ニル、5〜25重量部のエチレン、0.5〜20重量部
の(メタ)アクリル酸エステルおよび、適切ならば、5
〜30重量部のVeoVa9またはVeoVa10およ
び/または0.1〜10重量部の官能性および/または
架橋可能な共単量体c)からなる、請求項1、前項1か
ら3のいずれか1項に記載の生物学的に分解可能な水性
分散液。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 コンラート・ヴィエレル ドイツ連邦共和国 メーリング、バトヘ ーリンク 7

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 単量体相に基づいて、10〜50重量%
    の生物学的に分解可能な可塑剤および単量体相に基づい
    て、0.5〜15.0重量%の生物学的に分解可能な乳
    化剤および/または生物学的に分解可能な保護コロイド
    の存在下に、 a)50〜100重量部の、炭素原子数が1〜15個の
    非分枝または分枝アルキルカルボン酸のビニルエステル
    よりなる群からの1種類またはそれ以上のビニルエステ
    ル、 b)0〜30重量部の、エチレンおよび/または(メ
    タ)アクリル酸または炭素原子数が1〜10個のアルコ
    ールからのエチレン性不飽和ジカルボン酸のエステル、
    および c)0〜20重量部の他のモノ−またはポリ−エチレン
    性不飽和化合物からなる単量体相が重合させられる、 乳化重合法によりフリーラジカル重合によって製造され
    た、分散液の全重量に基づいて、20〜70重量%の固
    形物含量を有するビニルエステル重合体の生物学的に分
    解可能な水性分散液。
  2. 【請求項2】 使用されるビニルエステルa)の5〜3
    0重量%および、共単量体cは別として、その他の共単
    量体が反応容器中に最初に導入され、残りが計量しなが
    ら供給され、そして乳化剤および/または保護コロイド
    が反応容器中に最初にすべて導入されるか、すべて計量
    しながら供給されるかまたは反応容器中に最初にその一
    部が導入され残りが計量しながら供給される、レドック
    ス触媒系の存在下に0〜100℃で乳化重合が行なわれ
    る、請求項1に記載の生物学的に分解可能な水性分散液
    の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の生物学的に分解可能な
    水性分散液を含有してなるコーティング剤。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載の生物学的に分解可能な
    水性分散液を含有してなる接着剤。
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