JP3794810B2 - Sbrゴムゲルを含有するゴム混合物 - Google Patents
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Description
本発明は、C=C二重結合を含有するゴムとフッ素化処理されていないスチレン/ブタジエンゴムゲル(以下においては、スチレン/ブタジエンゴムゲル又はSBRゲルと略称する)との混合物並びにそれから製造される加硫物に関する。その加硫物は、−20℃〜+20℃の温度では異常に高い減衰性(high damping)を、そして40℃〜80℃の温度では異常に低い減衰性(low damping)を示し、それ故に、濡れた状態での良好なグリップ性(good grip)とそして低い転がり抵抗を示す自動車タイヤトレッドを製造するのに特に好適である。
【0002】
文献には、タイヤの転がり抵抗を減少させるために設計された数多くの手段が記載されており、とりわけ、 C=C二重結合を含有するゴムから製造されるタイヤトレッドにおけるポリクロロプレンゲル(DE-A 405 216)とポリブタジエンゲル(DE-A 42 20 563)の使用が含まれている。ポリクロロプレンを使用することの不利益は、このゴムが高価であること、ポリクロロプレンは高密度であること、塩素含有成分がスクラップタイヤのリサイクリングにおいて引き起こすと考えられ得る生態学的な不利益から生じる。DE-A 42 20 563 に記載のポリブタジエンゲルにはこれらの不利益はないが、この場合には、動的減衰性(dynamic damping)が、低温(−20℃〜+20℃)、高温(40℃〜80℃)の両方において低下し、このことは実際上、転がり抵抗に関する有利性は、同時に濡れた状態でのタイヤグリップ性に関する不利益を伴うということを意味する。GP-PS 1 078 400に記載の硫黄架橋ゴムゲル(sufur-cross-linked rubber gells)は、強化効果を持っていない、そしてそれ故この用途には適していない。
【0003】
驚くべきことに、C=C二重結合を含有し、特定のSBRゲルで充填されたゴム加硫物が、低温では高い動的減衰性(dynamic damping) を、そして高温では低い動的減衰性を有しており、転がり抵抗と濡れた状態でのグリップ性の両方に関して有利性が得られる結果になることが見出された。特に良好な性質が、ポリブタジエンゴムを含有するゴム混合物中でSBRゲルを使用する場合に得られる。
【0004】
従って本発明は、少なくとも1種のスチレン/ブタジエンゴムゲル(A)と少なくとも1種の、二重結合を含有するゴム(B)と、そして任意に更に充填剤とゴム用助剤物質(auxiliary substances)とから製造され、スチレン/ブタジエンゴムゲル(A)の含有量が、C=C二重結合を含有するゴム100重量部に対して1〜100重量部、好ましくは5〜75重量部である混合物を提供する。
【0005】
スチレン/ブタジエンゴムゲル(A)は、
SBRー スチレンを1〜80重量%、好ましくは5〜50重量%含有するスチレン/
ブタジエン共重合体、及び/又は
XSBRー アクリル酸、メタクリル酸、アクリルアミド、メタクリルアミド、N−メト
キシメチルメタクリル酸アミド、N−アセトキシメチルメタクリル酸アミド
、アクリロニトリル、ジメチルアクリルアミド、アクリル酸ヒドロキシエチ
ル、メタクリル酸ヒドロキシエチルのような、追加の極性不飽和モノマーと
のスチレン/ブタジエン共重合体及びグラフト重合体であって、スチレンを
1〜75重量%そして共重合した極性モノマーを1〜20重量%含有する共
重合体
を架橋させて製造されるミクロゲルを指すと理解される。
【0006】
スチレン/ブタジエンゴムゲルは、粒子直径(particle diameters)5〜1000nm、好ましくは20〜400nm(DIN53206によるDVN値)と、トルエン中の膨潤指数(swelling indices)(Qi)1〜15、好ましくは1〜10を有する。膨潤指数は、ゲルの溶剤含有時(20000回/分での遠心分離後)の重量と乾燥時の重量から計算される。
【0007】
Qi ゲルの濡れ重量/ゲルの乾燥時重量
膨潤指数測定の一例として、SBRゲル250mgをトルエン25ml中で24時間振とうしながら膨潤させた。ゲルを遠心分離にかけ、秤量し、次いで70℃で恒量になるまで乾燥し、再秤量した。
【0008】
出発製品のスチレン/ブタジエンゴムは、好ましくは乳化重合で製造される。この関係では、例えば、I. Frnta, Elastomers and Rubber Compounding Materials, Elsevier, Amsterdam 1989, pp 88 to 92. を参照。
【0009】
出発製品のゴムを架橋してスチレン/ブタジエンゴムゲルを形成する反応はラテックス(latex)状態で行われる。これは、重合を高変換率まで継続することの結果として重合中に起こり得るし、高い内部変換率での重合の結果としてモノマー(monomer)供給工程でも起こり得るし、重合後の後架橋の結果としても起こり得るし、両方のプロセスを組み合わせることもできる。出発製品のゴムを調節剤を存在させずに重合して製造することもできる。
【0010】
スチレン/ブタジエンゴムは、架橋作用を持つ多官能化合物との共重合によって架橋することもできる。好ましい多官能コモノマー(comonomer)は、少なくとも2個の好ましくは2〜4個の共重合可能なC=C2重結合を持った化合物であり、その例として、ジイソプロペニルベンゼン、ジビニルベンゼン、ジビニルエーテル、ジビニルスルフォン、フタル酸ジアリル、シアヌル酸トリアリル、イソシアヌル酸トリアリル、1、2ーポリブタジエン、N,N’ーmーフェニレンマレイミド及び/又はトリメリット酸トリアリルがある。次の化合物が更に考慮に入れられる:多価の、好ましくは2価〜4価の、アクリレート(acrylate)及びメタクリレート(methacrylate)、エチレングリコール、プロパンジオールー1,2、ブタノール、ヘキサンジオールの如きC2〜C10アルコール、2〜20の、好ましくは2〜8の、オキシエチレン単位を持つポリエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、ビスフェノールA、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、そして脂肪族ジオール、ポリオールと、マレイン酸、フマル酸そして/又はイタコン酸とから製造される不飽和ポリエステル類。
【0011】
スチレン/ブタジエンゴムは、それを架橋作用を持つ化学薬品で後架橋することにより、ラテックス形態で架橋しSBRゴムゲルを形成することもできる。好適な架橋作用を持つ化学薬品は、例えば、有機過酸化物例えば過酸化ジクミル、過酸化tーブチルクミル、ビスー(tーブチルーペルオキシーイソプロピル)ベンゼン、過酸化ジーtーブチル、過酸化ベンゾイル、過酸化2、4ージクロルベンゾイル、過安息香酸tーブチル、そして、アゾビスイソブチロニトリルとアゾビスシクロヘキサンニトリルのような有機アゾ化合物、そしてジメルカプトエタン,1,6ージメルカプトヘキサン、1,3,5ートリメルカプトトリアジンのようなジメルカプト化合物とポリメルカプト化合物、そしてビスークロルエチルホルマールと多硫化ナトリウムのメルカプト停止反応生成物のようなメルカプト停止多硫化ゴムである。後架橋工程に対する適温は、当然架橋剤の反応性に依存し、任意に高圧で、室温から約170℃であることができる。この点に関しては、Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie [Methods in Organic Chemistry], 4th edition, Vol. 14/2, p. 848. 参照。過酸化物が、特に好ましい架橋剤である。
【0012】
後架橋の前、後架橋中又は後架橋後にラテックス形態で粒子を大きくすることも所望ならば可能である。
【0013】
有機溶媒中で製造されたスチレン/ブタジエンゴムも又スチレン/ブタジエンゴムゲルの製造のための出発製品となり得る。この場合、そのゴム溶液を水の中で、任意に乳化剤を用いて乳化し、その後得られた乳化物を、有機溶媒を除去する前又は除去した後で、適当な架橋剤を用いて架橋することを推奨する。上記で示した架橋剤が、好適な架橋剤である。
【0014】
好ましいゴム(B)は、少なくとも2、好ましくは5〜470の沃素価に相当する二重結合を含有する。沃素価は一般的にWijs, DIN 53 241, Part 1に従って酸性エタノール中で塩化沃素を添加して定量する。沃素価の定義は、ある物質100g中に化学的に結合した沃素のグラム数である。
【0015】
ゴム(B)は、一般的に10〜150の、好ましくは20〜120のムーニー粘度 ML 1+4/100℃ (DIN 53 523)を有する。
【0016】
天然ゴムに加えて、合成ゴムも好ましいゴム(B)である。好ましい合成ゴムは例えば、I. Frnta, Elastomers and Rubber Compounding Materials, Elsevier, New York 1989 又は Ullmanns' Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A23, VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim 1993に記載されている。それらは、就中、次のゴム:
BRー ポリブタジエン
ABRー ブタジエン/アクリル酸ーC1-4アルキルエステル 共重合体
IRー ポリイソプレン
SBRー スチレンを1〜60重量%、好ましくは2〜50重量%含有するスチレン
/ブタジエン共重合体
XSBRー アクリル酸、メタクリル酸、アクリロニトリル、アクリル酸ヒドロキシエ
チル及び/又はメタクリル酸ヒドロキシエチルとのスチレン/ブタジエン
共重合体及びグラフト重合体であって、スチレンを2〜50重量%そして
共重合した極性モノマーを1〜30重量%含有する共重合体
IIRー イソブチレン/イソプレン 共重合体
NBRー アクリロニトリルを5〜60重量%、好ましくは10〜50重量%含有す
るブタジエン/アクリロニトリル共重合体
HNBRー 最高98.5%までの二重結合が水素化されている部分水素添加NBRゴ
ム
EPDMー エチレン/プロピレン/ジエン 共重合体
及びその混合物を含む。
【0017】
天然ゴム、乳化法SBRゴム及びガラス転移温度が−50℃を越え、任意に、シリルエーテル又は、例えばEP-A 447 066に記載されているような他の官能基で変成された溶液法SBR、高いcis-1,4含量(>90%)を持つ、ニッケル、コバルト、チタン、又はネオジムをベースとする触媒を用いて製造されたポリブタジエンゴム、ビニルを0〜75%含有するポリブタジエンゴム及びそれらの混合物は、自動車タイヤ等の製造のために、特に興味深い。
【0018】
スチレン/ブタジエンゴムゲル(A)と二重結合を含有するゴム(B)とから製造される、本発明のゴム混合物は、追加的に更に充填剤を含有することが出来る。
【0019】
次の充填剤は、本発明に従ってゴム混合物と加硫物を製造するのに特に適した充填剤である:
ー カーボンブラック。この場合に使用されるカーボンブラックは、ランプブラック(
lamp black)法、ファーネスブラック(furnace black)法又はチャンネルブラック(
channel black)法で製造され、BET表面積20〜200m2/gを有し、例えば
SAF,ISAF,IISAF,HAF,FEF又はGPFカーボンブラックであ
る、
ー 例えばケイ酸塩溶液を沈殿させるか、ハロゲン化ケイ素の炎加水分解によって製造
され、比表面積が5〜1000m2/g好ましくは20〜400m2/g(BET表
面積)であり、1次の粒子サイズが5〜400nmである高分散シリカ。このシリ
カは、任意に、アルミニウム、マグネシウム、カルシウム、バリウム、そして亜鉛
の酸化物及びチタン酸化物のような他の金属酸化物との混合酸化物としても存在す
ることができる。
【0020】
ー ケイ酸アルミニウム及び、ケイ酸マグネシウム又はケイ酸カルシウムのようなアル
カリ土類金属のケイ酸塩の如き、BET表面積が20〜400m2/gであり、1
次粒子サイズ(primary particle size)が5〜400
nmである合成シリカ、
ー カオリンのような天然のケイ酸塩、及びその他の天然に産出するシリカ、
ー 酸化亜鉛、酸化カルシウム、酸化マグネシウムそして酸化アルミニウムのような金
属酸化物、
ー 炭酸マグネシウム、炭酸カルシウムそして炭酸亜鉛のような金属炭酸塩、
ー 硫酸カルシウム及び硫酸バリウムのような金属硫酸塩、
ー 水酸化アルミニウム及び水酸化マグネシウムのような金属水酸化物、
ー ガラス繊維とガラス繊維製品(マット、押出し品)又はガラスのミクロビーズ(mic
robeads)、
ー ポリクロロプレン及び/又はポリブタジエンをベースとした、粒子サイズ(particl
e size)が5〜1000nmのゴムゲル。
【0021】
記載した充填剤は単独でも混合してでも使用できる。特に好ましい実施態様においては、ゴム(B)100重量部に対して、スチレン/ブタジエンゴムゲル(A)10〜100重量部を、任意成分としてのカーボンブラック0.1〜100重量部及び/又は淡色の充填剤0.4〜100重量部と共に用いて、混合物を製造する。
【0022】
本発明のゴム混合物は、更に、ゴム工業において公知であるゴム用助剤物質、例えば、架橋剤、反応促進剤、酸化防止剤、熱安定剤、光安定剤、オゾン安定剤、加工助剤、可塑剤、粘着付与剤、ブロッキング剤、染料、顔料、ワックス、伸展剤、有機酸、難燃剤、金属酸化物そしてトリエタノールアミン、ポリエチレングリコール、ヘキサントリオール、四硫化ビスートリエトキシシリルプロピル等のような充填剤活性化剤、を含有することができる。
【0023】
ゴム用助剤物質は、従来通りの、就中意図された使用目的によって指定された量で使用する。従来通りの量は、例えばゴム(B)に対して0.1〜50重量%の量である。
【0024】
硫黄、硫黄発生剤又は過酸化物が従来型の架橋剤として使用できる。本発明のゴム混合物は、更に加硫促進剤を含有することができる。好適な加硫促進剤の例は、メルカプトベンゾチアゾール類、メルカプトベンゾチアゾールスルフェンアミド類、グアニジン類、チウラム類、ジチオカルバミン酸塩、チオ尿素類そしてチオカーボネート類である。加硫促進剤と硫黄又は過酸化物は、ゴム(B)に対して0.1〜10重量%、好ましくは0.1〜5重量%の量で使用される。
【0025】
本発明のゴム混合物は、100〜200℃、好ましくは130〜180℃の温度で、任意条件として10〜200バール(bar)の圧力下で加硫される。
【0026】
スチレン/ブタジエンゴムゲル(A)とC=C二重結合を含有するゴム(B)とから製造されている本発明のゴム混合物は、1種以上の方法で製造することが出来る:一つの可能性は当然ながら個々の固体成分を混合することである。ロール、内部攪拌機そして配合用押出し機が、この目的に適した装置の例である。しかしながら、スチレン/ブタジエンゴムゲルのラテックスを未架橋のゴムのラテックスと合同させることにより両者を混合することも可能である。斯くして製造された本発明の混合物は、通常は蒸発、沈殿、又は凍結凝固(US-PS 2187 146 参照)によって分離することができる。本発明の混合物は、そのラテックス混合物中に充填剤を混入し、続いて仕上げ操作を行う結果として、ゴム/充填剤配合物として直接的なやり方で得ることができる。
【0027】
スチレン/ブタジエンゴムゲル(A)と二重結合を含有するゴム(B)とから製造される本発明のゴム混合物は、更に、追加の充填剤及び任意成分としてのゴム用助剤物質と、ロール、内部攪拌機、配合用押出し機のような従来型の混合装置中で混合することができる。好ましい混合温度は約50〜180℃である。
【0028】
本発明によるゴム加硫物は、成型品を造るために、例えば、ケーブル被覆剤、ホース、トランスミッションベルト、コンベアベルト、ロールカバー、タイヤ、特にタイヤトレッド、靴底、シール用リング、防振用構成部品の製造に、好適である。
【0029】
【実施例】
製造実施例 1
(a)ラテックス形態でのSBRゴムの架橋
重合によって組み込まれたスチレンを24重量%含有し、粒子サイズ(particle size)60nm(DVN)と固形分含有量37.1重量%を有するSBRラテックス(Baystal BL 1357、Bayer France, Port Jerome 製)26,976gを、水6,708gで希釈した。過酸化ジクミル150gを60℃でオートクレーブに添加した。次いで混合物を窒素下で60℃で2時間攪拌し、その後150℃に加熱しその温度で45分間攪拌した。冷却後、モノジュアクロス(monodur cloth)(孔径0.2mm)を通して濾過した。ゴムラテックスの固形分含有量は30重量%であり、ゲル粒子の膨潤指数は5であり、粒子直径は60nmであった。
【0030】
(b)架橋したSBRゴムと未架橋の天然ゴムとの混合
上記のように処理したゴムラテックス5kgを、固形分含有量30重量%の天然ゴムラテックス5kgと5%のロジン石鹸水溶液(Dresinate 731、ハーキュレス製)300gとそしてVulkanox 4020 酸化防止剤(Bayer AG 製)の10%水性分散液(aqueous dispersion)150gから調製された混合物中に攪拌しながら添加した。
【0031】
得られたラテックス混合物は、架橋ゴムと天然ゴムとを1:1の重量比で含有していた。
【0032】
(C)ゴム混合物の凝固
ゴム混合物3kgを沈殿させるために、プロセス段階(b)で得たラテックス混合物10.45kgを、NaCl 225g、Al2(SO4)3x18H2O 40.8gそしてゼラチン4.5gを水30リットルに溶解した溶液の中に、pHを10%硫酸を加えることにより4に維持しながら、65℃で攪拌下添加した。生成物を水で完全に洗浄し、70℃で2日間真空乾燥した。
【0033】
架橋SBRゴム粒子50重量%と天然ゴム50重量%とから成るマスターバッチ(master batch)が得られた。
【0034】
製造実施例 2
重合によって組み込まれたスチレンを40重量%含有し、粒子サイズ115nm(DVN)と固形分含有量40.8重量%を有するSBRラテックス(SHQ6254)14,721gを、水5,370gで希釈した。過酸化ジクミル39gを60℃でオートクレーブに添加した。オートクレーブを密封し、窒素で5バール圧に加圧し、次いでその圧力を放出した。この手順を3回繰り返した。次いで混合物を60℃で2時間攪拌し、その後150℃に加熱しその温度で45分間攪拌した。冷却後、モノジュアクロス(monodur cloth)(孔径0.2mm)を通して濾過した。架橋ゴムラテックスの固形分含有量は30重量%であり、膨潤指数は7であり、粒子直径は115nm(DVN)であった。
【0035】
上記のように架橋したゴムラテックス5kgを、製造実施例1 b/cの方法に従い、天然ゴムラテックス(固形分含有量30重量%)5kgと混合し、凝固した。架橋SBRゴム粒子50重量%と天然ゴム50重量%とから成るマスターバッチが得られた。
【0036】
製造実施例 3
重合によって組み込まれたスチレンを40重量%含有し、粒子サイズ115nm(DVN)と固形分含有量40.8重量%を有するSBRラテックス(SHQ6254)14,721gを、水5,409gで希釈した。過酸化ジクミル60gを60℃でオートクレーブに添加した。オートクレーブを密封し、窒素で5バール圧に加圧し、次いでその圧力を放出した。この手順を3回繰り返した。次いで混合物を60℃で2時間攪拌し、その後150℃に加熱しその温度で45分間攪拌した。冷却後、モノジュアクロス(monodur cloth)(孔径0.2mm)を通して濾過した。架橋ゴムラテックスの固形分含有量は30重量%であり、膨潤指数は5であり、粒子直径は115nm(DVN)であった。
【0037】
上記のように架橋したゴムラテックス5kgを、製造実施例1 b/cの方法に従い、天然ゴムラテックス(固形分含有量30重量%)5kgと混合し、凝固した。架橋SBRゴム粒子50重量%と天然ゴム50重量%とから成るマスターバッチが得られた。
【0038】
製造実施例 4
重合によって組み込まれたスチレンを40重量%含有し、粒子サイズ115nm(DVN)と固形分含有量40.8重量%を有するSBRラテックス(SHQ6254)14,721gを、水5,479gで希釈した。過酸化ジクミル90gを60℃でオートクレーブに添加した。オートクレーブを密封し、窒素で5バール圧に加圧し、次いでその圧力を放出した。この手順を3回繰り返した。次いで混合物を60℃で2時間攪拌し、その後150℃に加熱しその温度で45分間攪拌した。冷却後、モノジュアクロス(monodur cloth)(孔径0.2mm)を通して濾過した。架橋ゴムラテックスの固形分含有量は30重量%であり、膨潤指数は4であり、粒子直径は115nm(DVN)であった。
【0039】
上記のように架橋したゴムラテックス5kgを、製造実施例1 b/cの方法に従い、天然ゴムラテックス(固形分含有量30重量%)5kgと混合し、凝固した。架橋SBRゴム粒子50重量%と天然ゴム50重量%とから成るマスターバッチが得られた。
【0040】
製造比較例 1
粒子サイズ140nm(DVN)と固形分含有量42.5重量%を有するBRラテックス(SHQ6022)12,368gを、水5,315gで希釈した。過酸化ジクミル78.75gを60℃でオートクレーブに添加した。オートクレーブを密封し、窒素で5バール圧に加圧し、次いでその圧力を放出した。この手順を3回繰り返した。次いで混合物を60℃で2時間攪拌し、その後150℃に加熱しその温度で45分間攪拌した。冷却後、モノジュアクロス(monodur cloth)(孔径0.2mm)を通して濾過した。架橋ゴムラテックスの固形分含有量は45重量%であり、膨潤指数は3であり、粒子直径は150nm(DVN)であった。
【0041】
(b)架橋したBRゴムと未架橋の天然ゴムとの混合
上記のように処理したゴムラテックス3,333kgを、固形分含有量30重量%の天然ゴムラテックス5kgと5%のロジン石鹸水溶液(Dresinate 731、ハーキュレス製)300gとそしてVulkanox 4020 酸化防止剤(Bayer AG 製)の10%水性懸濁液150gから調製された混合物中に攪拌しながら添加した。
【0042】
得られたラテックス混合物は、架橋ゴムと天然ゴムとを1:1重の量比で含有していた。
【0043】
(C)ラテックスの凝固
ゴム混合物3,0000gを沈殿させるために、プロセス段階(b)で得たラテックス混合物8.78kgを、NaCl 225g、Al2(SO4)3x18H2O 40.8gそしてゼラチン4.5gを水30リットルに溶解した溶液の中に、pHを10%硫酸を加えることにより4に維持しながら、65℃で攪拌下添加した。生成物を水で完全に洗浄し、70℃で2日間真空乾燥した。
【0044】
架橋BRゴム粒子50重量%と天然ゴム50重量%とからなるマスターバッチが得られた。
【0045】
製造比較例 2
GB-PS 1 078 400 の実施例1の方法によって製造された、硫黄架橋SBRゴムゲル(スチレン含有量22重量%、膨潤指数33)の天然ゴム中への1:1重量比での混合物。
【0046】
試験例
【0047】
【表1】
【0048】
【表2】
【0049】
【表3】
【0050】
研究は、本発明によるスチレン/ブタジエンゴムゲルが、著しくより低い23℃での反発弾性値衝撃レジリエンス(impact resilience)を与える(このより低い23℃での衝撃レジリエンスが濡れた状態でのタイヤのより大きいグリップ力と相関していることを経験は示している)、一方、70℃での衝撃レジリエンスは比較混合物と同一水準であって同一オーダーの転がり抵抗を与える、ことを明確に示している。驚くべきことに、ゴム混合物中にポリブタジエンゴムを使用すると、濡れた状態でのグリップ性(23℃での衝撃レジリエンスから推定)に実質的に影響することなく磨耗挙動が著しく改善される。GP-PS 1 078 400に記載の硫黄架橋ゴムゲルは、強化特性を持っていないことが示されており、それ故この用途には適していない。
Claims (5)
- 1〜15のトルエン膨潤指数を有する少なくとも1種のスチレン/ブタジエンゴムゲル(A)と少なくとも1種の、二重結合を含有するゴム(B)と、そして任意に更に充填剤とゴム用助剤物質とから製造され、スチレン/ブタジエンゴムゲル(A)の含有量が、C=C二重結合を含有するゴム100重量部に対して1〜100重量部であるゴム混合物。
- スチレン/ブタジエンゴムゲル(A)が、粒子サイズ5〜1000nmを有することを特徴とする請求項1に記載の混合物。
- スチレン/ブタジエンゴムゲル(A)の含有量が、C=C二重結合を含有するゴム100重量部に対して5〜75重量部であることを特徴とする請求項1または2に記載のゴム混合物。
- 請求項1に記載のゴム混合物の、ゴム加硫物の製造のための使用。
- 請求項1に記載のゴム混合物の、タイヤトレッドの製造のための使用。
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