JP3236214B2 - ポリカーボネートジオール、その製造方法及びポリウレタンプラスチックの出発材料としての使用 - Google Patents

ポリカーボネートジオール、その製造方法及びポリウレタンプラスチックの出発材料としての使用

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JP3236214B2 JP10200696A JP10200696A JP3236214B2 JP 3236214 B2 JP3236214 B2 JP 3236214B2 JP 10200696 A JP10200696 A JP 10200696A JP 10200696 A JP10200696 A JP 10200696A JP 3236214 B2 JP3236214 B2 JP 3236214B2
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    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、二量体ジオールを
ベースとする新規のポリカーボネートジオール、該ポリ
カーボネートジオールの製造方法、及び高価値のポリウ
レタンプラスチックを得るための出発材料としての該ポ
リカーボネートジオールの使用に関する。
【0002】
【従来の技術】脂肪族ポリカーボネートジオールは決し
て新しいものではない。この物質は、非ビシナルジオー
ルと炭酸ジアリールとの反応(ドイツ特許第1,91
5,908号)、炭酸ジアルキルとの反応(ドイツ特許
第2,555,805号)、ジオキソラノンとの反応
(ドイツ特許第2,523,352号)、ホスゲンとの
反応(ドイツ特許第1,595,446号)、ビス−ク
ロロカーボネートとの反応(ドイツ特許第857,94
8号)又は尿素との反応(P.Ball,H.Fuil
lmann及びW.Heitz,Angew.Che
m.93 1980 no.9,p.742,743)
によって製造される。これまでは、文献に記載のジオー
ル類のうち、全面的に又は主にヘキサン−1,6−ジオ
ールをベースとするものだけが大きな工業的重要性を得
てきた。例えば、ヘキサンジオール−ポリカーボネート
からは公知の方法で高価値のポリウレタンエラストマー
及びコーティング剤が製造されており、これらのエラス
トマー及びコーティング剤は、特に加水分解作用に対し
て優れた耐性を示すという理由で、耐用期間の長い製品
の製造に使用されている。この種のポリウレタンの加水
分解耐性は、ジオール成分としてアジピン酸ポリエステ
ルをベースとするポリウレタンより大きいことが知られ
ている。純粋なヘキサンジオール−ポリカーボネート
(分子量約500〜4,000)は、軟化点45〜55
℃(分子量に依存する)の蝋である。軟質セグメント
(soft segment)の結晶化傾向の結果とし
て、対応するポリウレタンは低温で硬化し、可撓性を失
う傾向がある。この重大な欠点を解消すべく、妨害成分
(interfering component)を混
入することにより、該成分の割合に応じた分だけ軟化点
を低下させたヘキサンジオール−ポリカーボネートが製
造された。この目的に適う比較的長い鎖長のジオールは
工業的に得られなかったため、アジピン酸(ドイツ特許
第1,964,998号)、カプロラクタム(ドイツ特
許第1,770,245号)、又はジ−、トリ−及びテ
トラエチレングリコール(ドイツ特許第2,221,7
51号)が前記目的のために使用された。その結果、よ
り加水分解し易いエステル基及び親水性エーテルセグメ
ントに起因して、ポリウレタンの加水分解耐性が低下し
た。ポリカーボネートポリウレタン(PU)は、これら
の材料から作られた製品が微生物の攻撃の他に加水分解
作用にも暴露されるような分野での使用が増加してい
る。この種の用途としては、例えばカテーテル、人工補
装器、心臓ペースメーカーケースの外被及び心臓ペース
メーカー電極リードが挙げられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ポリエーテルをベース
とするポリウレタンは、加水分解による劣化に対する耐
性が著しく改善されていることが知られている。しかし
ながら、高品質を条件とする前述の使用分野に専ら適し
ており且つ使用されてもいるテトラヒドロフランポリマ
ーは、別の欠点を有している。この場合も、結晶化性向
に起因して、ポリウレタン部分が低温で硬化する傾向を
示す。これは特に、ポリウレタンの所望の特性範囲が平
均分子量2,000以上の軟質セグメントの使用を必要
とする場合に顕著である。つい最近になって、ポリエー
テルをベースとするポリウレタンの特定の欠点が認識さ
れた。この欠点は、一般的な見解、即ちこの種の生成物
の酸化的分解はもはや排除できないという見解に反し
て、この種のポリウレタンを本体に使用すると成形製品
の表面に亀裂が生じ易いという点にある。ポリカーボネ
ートポリウレタンは、酸化に対して安定であるとされる
成形製品の製造に関する米国特許第5,229,431
号で知られている。ポリカーボネートポリウレタンはま
たWO 92/04390号でも知られており、ここで
は成形製品の製造に適していると記述されており、in
vitro及びin vivo検査で生体安定(bi
ostable)であると開示されている。しかしなが
らこの種のポリカーボネートポリウレタンは、長期の使
用に必要とされる十分な加水分解耐性をもたないという
欠点を有する。これは、本出願明細書中の比較実施例で
も、in vitro加水分解及び酸化検査によって確
認されている。また、EP−B第0,292,772号
には、ポリウレタンプラスチックの製造に使用できるポ
リエーテルポリカーボネートジオールが開示されてい
る。しかしながら、この方法で製造したポリウレタンプ
ラスチックは、加水分解に対する安定性、そして特に酸
化に対する安定性に関して改善の必要がある。やはり本
出願明細書に記載の比較実施例が示すように、エーテル
基、特に軟質セグメントのエーテル基は酸化性分解にか
けられ易い。従ってポリエーテルポリカーボネートジオ
ールも、それに対応する欠点を有する。
【0004】
【課題を解決するための手段】驚いたことに、炭素原子
を36個又は44個含む二量体ジオールを適当な炭酸誘
導体と反応させて比較的長い鎖のポリカーボネートジオ
ールを形成すると、加水分解及び酸化に対する安定性が
一般的な脂肪族ポリカーボネートを含むポリウレタンプ
ラスチックより優れており、しかも前述の欠点を示さな
い高価値ポリウレタンプラスチックの製造に極めて適し
たポリオール成分が得られることが判明した。本発明
は、ヒドロキシル末端基を有し、OH数の測定により決
定した平均分子量が約500〜12,000、好ましく
は700〜6,000であるポリカーボネートに関す
る。この種のポリカーボネートは、炭素原子を36個又
は44個、好ましくは36個含む1種類以上の二量体ジ
オールをベースとし、該二量体ジオールが、下記の一般
式(I)〜(V)
【0005】
【化2】 のうちの少なくとも一つに対応する。前記式I、II、
IV及びVでは、a+b=12且つx+y=14、又は
a+b=16且つx+y=18であり、前記式IIIで
は、c+d=15且つm+n=15、又はc+d=19
且つm+n=19である。
【0006】ポリカーボネートのベースとなる式(I)
〜(V)に対応する化合物の95モル%以下、好ましく
は50モル%以下は、炭素原子数3〜12、好ましくは
5〜12の脂肪族ジオールで置換し得る。本発明のポリ
カーボネートに適した二量体ジオールとしては、水素化
二量体脂肪酸のカルボキシル基の両方を第一アルコール
基に還元することによって製造し得るジオールが挙げら
れる。水素化二量体脂肪酸としては、任意に1当量以下
のオクテン酸を加えてオクタデカジエン酸を二量化し、
次いで水素化するか、又はエルカ酸(C22)を二量化
し、次いで水素化することによって製造し得る酸が挙げ
られる(例えばUllmanns Encyclope
dia of Industrial Chemist
ry第5版,Vol.A8,p535−536と比較の
こと)。
【0007】式(I)〜(V)に対応する二量体ジオー
ルは、単独で、又は互いに混合して使用し得る。これら
のジオールは、水素化二量体脂肪酸の還元中に生成され
る種類の混合物として使用するのが好ましい。二量体ジ
オールは例えば、Unichema,Emmeric
h,Germanyから商品名“Pripol(登録商
標)”で市販されている。前述のように、好ましくは、
炭素原子を36個含む式(I)〜(V)に対応する二量
体ジオールを使用する。二量体ジオールの一部を前述の
ように別の脂肪族ジオールで置換して、本発明のポリカ
ーボネートを生成してもよい。二量体ジオールの95モ
ル%以下を脂肪族ジオールで置換することが可能であ
る。好ましくは、二量体ジオールの50モル%以下を脂
肪族ジオールで置換する。
【0008】以下は、本発明に適した脂肪族ジオールの
具体例である。これらの適当な脂肪族ジオールとして
は、ペンタン−1,5−ジオール、3−メチルペンタン
−1,5−ジオール、ヘキサン−1,6−ジオール、ヘ
プタン−1,7−ジオール、オクタン−1,8−ジオー
ル、2−メチルオクタン−1,8−ジオール、ノナン−
1,9−ジオール、デカン−1,10−ジオール、酸化
エチレン及び酸化プロピレンのオリゴマー、例えばジエ
チレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエ
チレングリコール、ジプロピレングリコール及びテトラ
プロピレングリコールが挙げられる。オリゴマーの場合
には枝分かれのために、少量のトリメチロールエタン、
トリメチロールプロパン及びペンタエリトリトールを使
用し得る。好ましくは、ヘキサン−1,6−ジオール及
びオクタン−1,8−ジオールを使用する。これらの脂
肪族ジオールは個々に使用してもよく、また相互間の任
意の混合物として使用してもよい。炭酸ジアリール、ジ
オキソラノン、ヘキサンジオールビス−クロロカーボネ
ート、ホスゲン又は尿素は、本発明の新規のポリカーボ
ネートを得るべく二量体ジオールと反応させるのに適し
ている。以下の化合物は特に適当なものである:炭酸ジ
フェニル、炭酸ジトリル、炭酸ジキシリル、炭酸ジナフ
チルのような炭酸ジアリール、炭酸ジエチル、炭酸ジプ
ロピル、炭酸ジブチル、炭酸ジアミル、炭酸ジシクロヘ
キシルのような炭酸ジアルキル、炭酸エチレン及び炭酸
プロピレンのようなジオキソラノン、ヘキサン−1,6
−ジオールビス−クロロカーボネート、ホスゲン並びに
尿素。特に好ましいのは炭酸ジフェニルである。
【0009】本発明は、ヒドロキシル末端基を有する前
記新規のポリカーボネートの製造方法も包含する。この
方法は、前述の式(I)〜(V)に対応する1種類以上
の二量体ジオールを、任意に炭素原子数3〜12、好ま
しくは5〜12の脂肪族ジオールと混合して、公知の方
法で、炭酸ジアリール、炭酸ジアルキル、ジオキソラノ
ン、ヘキサンジオールビス−クロロカーボネート、ホス
ゲン及び尿素の中から選択した1種類以上の化合物と反
応させて、平均分子量約500〜12,000のポリカ
ーボネートを生成することからなる。好ましくは、二量
体ジオールを炭酸ジフェニルと反応させて、平均分子量
約700〜6,000のポリカーボネートを生成する。
この方法では、式(I)〜(V)に対応する二量体ジオ
ールの総量の95モル%以下、好ましくは50モル%以
下を、炭素原子数3〜12、好ましくは5〜12の1種
類以上の脂肪族ジオールで置換する。
【0010】本発明の方法では、二量体ジオール、そし
て任意に脂肪族ジオールを、1種類以上のカーボネート
形成化合物、例えば前述の化合物と、約120〜220
℃の温度、好ましくは約130〜200℃の温度で、約
0.1mbar〜200mbar、好ましくは約0.1
mbar〜100mbarの圧力下に縮合させる。カー
ボネート形成化合物は、下記の方程式に従って所望の分
子量が得られるように、所定の不足量で使用する: MW(ポリカーボネート)=n×MW(ジオール=二量
体ジオール及び任意的な脂肪族ジオール)+(n−1)
×26 但し、前記式中nは、ジオール=二量体ジオール及び任
意的な脂肪族ジオールのモル数を表し、(n−1)は存
在するカーボネート形成化合物のモル数を表す。前記方
程式では、26は、カルボニル基の分子量から2を減じ
たものを表す。この反応は、塩基又は遷移金属化合物、
例えば酸化ジブチルスズ又はテトラブトキシチタンによ
って触媒し得る。
【0011】ヒドロキシル末端基を有するこれら新規の
ポリカーボネートは、低粘度の液体又は低融点の蝋であ
る。ポリカーボネートを生成するためのポリオール成分
として二量体ジオールのみを使用すると、生成物は室温
で液状を示し、従って取り扱いが容易である。これらの
液体ポリカーボネートは本発明の好ましいポリカーボネ
ートである。例えば10重量%の二量体ジオールと90
重量%のヘキサン−1,6−ジオールとの混合物をポリ
オール成分として使用すると、軟化点18〜22℃、分
子量約2,000のポリカーボネートが得られる。本発
明のポリカーボネートは、好ましい加水分解及び酸化特
性を有するポリウレタンプラスチックの製造プロセスで
使用し得る。従って本発明は、極めて多様なポリウレタ
ンプラスチックの製造における、ヒドロキシル末端基を
有する前記新規のポリカーボネートの使用も提供する。
ちなみに、類似のポリウレタンプラスチック製造方法が
欧州特許第0,292,772号に開示されている。本
発明のヒドロキシル末端基を有する新規のポリカーボネ
ートから製造したポリウレタンプラスチックは、例えば
フィルム、水性媒質中での密封保護、特にカテーテル及
び心臓ペースメーカーのような用途に適している。
【0012】
【発明の実施の形態】以下に実施例を挙げて本発明の方
法をより詳細に説明する。本明細書に開示する発明は、
精神も範囲もこれら実施例には限定されるものではな
い。当業者には容易に理解されるであろうように、下記
の操作の条件は公知のように変更してもよい。特に指示
のない限り、温度は総て摂氏であり、%は総て重量%で
ある。
【0013】
【実施例】以下の実施例では下記の材料を使用した:二量体ジオールPripol(登録商標)2033 :式
(I)及び(II)に対応する化合物約50%、式(I
II)に対応する化合物約30%、式(IV)及び
(V)に対応する化合物約20%。ポリカーボネートの製造 実施例1 四つ首フラスコ装置に、接点温度計と、カラムと、40
℃に加熱した蒸留ブリッジと、2リットル受容器を備え
た下降強力冷却器とを取り付け、1,938g(3.4
mol)の二量体ジオールPripol 2033(登
録商標)(OH数197、分子量=570g/mol、
最小98%の二量体、最大1%の三量体)と、514.
1g(2.4mol)の炭酸ジフェニルと、触媒として
の1gの酸化ジブチルスズとをフラスコ内に導入し、1
40℃に加熱した。6時間でフラスコ底部の温度が14
0℃から180℃に上昇し、フェノールが蒸留によって
除去された(頂部温度78℃)。次いで、残留フェノー
ルを減圧下(0.1mbar)(頂部温度45℃)で蒸
留した。底部温度は2時間で200℃に上昇した。下記
の物理学的データを有する無色粘稠液が得られた: OH数:57.5 分子量:1,951g/mol 粘度:25℃で23,100mPa.s.
【0014】実施例2 実施例1と同様の手順で、1,570g(1mol)の
二量体ジオールPripol 2033(登録商標)及
び1,156.4g(9.8mol)のヘキサン−1,
6−ジオールを、4リットル四つ首フラスコ内で、2,
099.2g(9.8mol)の炭酸ジフェニルと縮合
させた。下記の物理学的データを有する無色の蝋が得ら
れた: OH数:58.0 分子量:1,935g/mol
【0015】ポリウレタンエラストマーの製造 実施例A 前記実施例1の方法で製造したポリカーボネート780
g(0.400mol)を、撹拌機と温度計と還流冷却
器とを備えた2リットル フラットフランジフラスコに
充填した。14mbar、120℃で1時間にわたり水
を除去した。次いで、触媒としての0.13gのジラウ
リン酸ジブチルスズと、415.8g(1.587mo
l)のビス−(4−イソシアネート−シクロヘキシル)
−メタンとを加え、該混合物を、8.34重量%のNC
O値が得られるまで120℃で撹拌した。このプレポリ
マーに、連鎖延長剤として、104.2g(1,156
mol)のブタン−1,4−ジオールを撹拌しながら加
えた。均質化後、該反応混合物を約1分後にテフロン鍋
上に注いだ。この混合物は数分後に凝固した。これを1
00℃で12時間再加熱した。反応が終了したら、シー
トを粉末化し、射出成形で成形製品を製造した。加水分
解及び酸化検査で後述の表に記載の特性を示すポリウレ
タンが得られた。引張強さは16.4MPa、破断点伸
びは390%であった。該ポリウレタンは、最大引張強
さには最適化しなかった。
【0016】実施例B 前記実施例2の方法で製造したポリカーボネート780
g(0.403mol)を、撹拌機と温度計と還流冷却
器とを備えた2リットル フラットフランジフラスコに
充填した。14mbar、120℃で1時間にわたり水
を除去した。次いで、触媒としての0.13gのジラウ
リン酸ジブチルスズと、416.0g(1.588mo
l)のビス−(4−イソシアネート−シクロヘキシル)
−メタンとを加え、該混合物を、NCO含量が8.32
重量%になるまで120℃で撹拌した。このプレポリマ
ーに、連鎖延長剤として、104.0g(1,154m
ol)のブタン−1,4−ジオールを撹拌しながら加え
た。均質化後、該反応混合物を約1分後にテフロン鍋上
に注いだ。この混合物は数分後に凝固した。これを10
0℃で12時間再加熱した。反応が終了したら、シート
を粉末化し、射出成形で成形製品を製造した。加水分解
及び酸化検査で後述の表に記載の特性を示すポリウレタ
ンが得られた。引張強さは20.8MPa、破断点伸び
は430%であった。該ポリウレタンは、最大引張強さ
には最適化しなかった。
【0017】比較実施例α 840g(0.412mol)のヘキサンジオール−ポ
リカーボネート(OH数55、分子量2,039g/m
ol)を、撹拌機と温度計と還流冷却器とを備えた2リ
ットル フラットフランジフラスコに充填した。14m
bar、120℃で1時間にわたり水を除去した。次い
で、触媒としての0.13gのジラウリン酸ジブチルス
ズと、446.5g(1.704mol)のビス−(4
−イソシアネート−シクロヘキシル)−メタンとを加
え、該混合物を、NCO含量が8.44重量%になるま
で120℃で撹拌した。このプレポリマーに、連鎖延長
剤として113.5g(1,259mol)のブタン−
1,4−ジオールを撹拌しながら加えた。均質化後、該
反応混合物を約1分後にテフロン鍋上に注いだ。この混
合物は数分後に凝固した。これを100℃で12時間再
加熱した。反応が終了したら、シートを粉末化し、射出
成形で成形製品を製造した。加水分解及び酸化検査で後
述の表に記載の特性を示すポリウレタンが得られた。引
張強さは36.9MPa、破断点伸びは470%であっ
た。
【0018】比較実施例β ビス−(4−イソシアネート−フェニル)−メタン、ポ
リテトラヒドロフラン1,000、ブタン−1,4−ジ
オール及び他の添加剤をベースとする市販の芳香族ポリ
ウレタン(比較実施例αの手順で製造)。引張強さ4
5.0MPa、破断点伸び650%。
【0019】比較実施例γ ビス−(4−イソシアネート−シクロヘキシル)メタ
ン、ポリテトラヒドロフラン1,000、ブタン−1,
4−ジオール及び他の添加剤をベースとする市販の脂環
式ポリウレタン(比較実施例αの手順で製造)。 引張強さ32.0MPa、破断点伸び747%。
【0020】加水分解検査 引張検査バーを、実施例A及びBのポリウレタン、並び
に比較実施例α、β及びγのポリウレタンで形成した。
これらの検査バーの引張強さ及び破断点伸びを、加水分
解安定性検査の開始前に測定した。別の試料を脱イオン
水中90℃で貯蔵し、水中に7日、21日及び35日貯
蔵した後に再度引張検査にかけた。所定の貯蔵時間で各
試料毎に測定した引張強さ及び破断点伸びの%は、検査
の始めの未処理試料の元の引張強さ及び破断点伸びを1
00%として算出したものである(表1参照)。
【0021】酸化検査 引張検査バーを、実施例A及びBのポリウレタン、並び
に比較実施例α、β及びγのポリウレタンで形成した。
引張強さ及び破断点伸びを、酸化剤耐性検査の開始前に
測定した。別の試料を1M硝酸銀溶液中90℃で貯蔵
し、7日間、21日間及び35日間の貯蔵後、再び引張
検査にかけた。所定の貯蔵時間で各試料毎に測定した引
張強さ及び破断点伸びの%は、検査開始時の未処理試料
の元の引張強さ及び破断点伸びを100%として算出し
たものである(表2参照)。
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】
【0024】結果 前掲の表から明らかなように、検査した一連の試料中、
実施例Aの本発明のポリウレタンは加水分解及び酸化に
対して最も優れた耐性を示す。実施例Bのポリウレタン
(実施例2のポリカーボネートをベースとし、ポリカー
ボネート軟質セグメント中に二量体ジオールを10重量
%しか含んでいない)も、比較実施例αのポリウレタン
より優れている。比較実施例β及びγのポリウレタン
は、硝酸銀溶液中にわずか1週間貯蔵しただけで、引張
強さが3/4(即ち75%)以上低下した。同時に、破
断点伸びも著しく減少している。これらの結果は、分子
量の激減を示唆するものである。なぜなら、これらのポ
リウレタンは脱イオン水中での加水分解検査でも引張強
さを喪失しているが、その原因は、破断点伸びが増加す
るか又はほぼ同一であれば、実質的に吸収水の軟化作用
にあると考えられ得るからである。あったであろう分子
量低下は少なくとも水の軟化作用によって過剰に補償さ
れ、従って認識可能ではない。
【0025】以上、実施例を挙げて本発明を詳細に説明
したきたが、これらの詳細は本発明を明らかにするため
のものに過ぎず、「特許請求の範囲」によって限定され
得る本発明の範囲を逸脱せずに、当業者により様々な変
形が可能であると理解されたい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クラウス・ケーニツヒ ドイツ連邦共和国デイー51519 オデン タール、ツーム・ハーネンベルク 40 (56)参考文献 欧州特許出願公開302712(EP,A 2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 18/44 C08G 64/00 - 64/42 CA(STN) REGISTRY(STN)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ヒドロキシル末端基を有し、平均分子量
    が500〜12,000であり、下記の一般式(I)〜
    (V) 【化1】 〔前記式I、II、IV及びVでは、a+b=12且つ
    x+y=14、又はa+b=16且つx+y=18であ
    り、前記式IIIでは、c+d=15且つm+n=1
    5、又はc+d=19且つm+n=19である〕に対応
    する炭素原子数36又は44の1種類以上の二量体ジオ
    ールをベースとし、式(I)〜(V)に対応する二量体
    ジオールの95モル%以下が炭素原子数3〜12の脂肪
    族ジオールで置換されていてもよいポリカーボネート。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のポリカーボネートの製
    造方法であって、式(I)〜(V)に対応する前記1種
    類以上の二量体ジオールを、炭酸ジアリール、炭酸ジア
    ルキル、ジオキソラノン、ヘキサンジオール−ビス−ク
    ロロカーボネート、ホスゲン又は尿素と反応させて、分
    子量が500〜12,000であり、式(I)〜(V)
    に対応する二量体ジオールの95モル%以下が炭素原子
    数3〜12の脂肪族ジオールで置換されていてもよいポ
    リカーボネートを生成することからなる前記方法。
  3. 【請求項3】 ポリイソシアネートと、イソシアネート
    反応性水素原子を含む有機化合物及び連鎖延長剤とを反
    応させ、これらの化合物を完全に反応させてポリウレタ
    ンプラスチックを生成することからなるポリウレタンプ
    ラスチック製造方法において、イソシアネート反応性水
    素原子を含む前記有機化合物が、ヒドロキシル末端基を
    有し、平均分子量が500〜12,000である請求項
    1に記載のポリカーボネートからなることを改良点とす
    る前記方法。
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