JP4061355B2 - ナフトール誘導体およびそれからなる電荷制御剤 - Google Patents

ナフトール誘導体およびそれからなる電荷制御剤 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、新規なナフトール誘導体およびこのナフトール誘導体からなる電荷制御剤に関する。本発明はさらにこの電荷制御剤を含有する電子写真用トナーに関する。
【0002】
【従来の技術】
複写機等の電子写真プロセスにおいて使用される現像剤として、キャリアとトナーとから成る二成分系現像剤、およびキャリアを必要としない一成分系現像剤が知られている。これらの現像剤に用いるトナーとしては、従来、定着用樹脂中に顔料、染料などの着色剤を分散させた微粉体が使用されている。
【0003】
このトナーの重要な特性の一つに、摩擦帯電性が挙げられる。すなわち、キャリアや帯電付与部材などとの接触によって、正または負の適正なレベルの帯電量を生じること、およびその帯電量が連続使用時や悪環境下においても安定していることが、特にトナーに要求される性能である。トナーの主成分である定着用樹脂自体も摩擦帯電性を有するが、その帯電量は十分でないため、現像によって得られる画像はかぶり易く、不鮮明なものとなる。そこで、トナーにさらに摩擦帯電性を付与するために、電荷制御剤と呼ばれる物質を添加し、適正な帯電量を有するように調整するのが一般的である。
【0004】
近年の複写機等の電子写真プロセスにおいて、小型化、低価格の要請から感光体に有機光導電体(OPC)が採用された機種が増加している。有機光導電体には正帯電型と負帯電型のものが存在するが、帯電時にオゾンの発生量が少ない正帯電型の有機光導電体の採用が特に増加してきている。
【0005】
また、近年のデジタル式電子写真機やレーザビームプリンタにおいては、感光体と同極性のトナーによって現像する反転現像方式が主流となってきており、正帯電型の有機光導電体を用いて反転現像を行う場合、必然的に正帯電性のトナーが使用されることになる。
【0006】
従来、このような正帯電性の電子写真用トナーに使用される正帯電性電荷制御剤としては、ニグロシン系染料や4級アンモニウム塩等が知られ、実用化されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ニグロシン染料は黒色であるためカラートナーには使用し難く、また、四級アンモニウム塩は、そのもの自体が高価であるうえに、帯電量が少ないという欠点を有している。そこで、トナーの色調に影響を与えず、かつ帯電性に優れた正帯電性の電荷制御剤が望まれていた。
【0008】
本発明は、上記課題を解決するために、正帯電性の電子写真用トナー等の電荷制御剤に適した、新規なナフトール誘導体を提供することを目的とする。
【0009】
また、本発明は、優れた正帯電性を有し、定着用樹脂中への分散性および相溶性が良好であり、カラートナーへの適用も可能であり、人体や環境にも安全な電荷制御剤を提供することを目的とする。
【0010】
さらに、本発明は、トナー粒子が短時間で均一に帯電し、経時的にも安定した帯電量を有し、画像濃度が高く、かぶりの無い高品質の画像が得られる正帯電性の電子写真用トナーを提供することを目的とする。
【0011】
【発明を解決するための手段】
本発明者等は、2−ヒドロキシナフタレン−6−カルボン酸を出発物質とした新規なナフトール誘導体の合成に成功し、その物性について評価したところ、優れた正帯電性能を有しており、電子写真用トナーの電荷制御剤に適していることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
【0012】
すなわち、本発明は、一般式[I]
【化2】
Figure 0004061355
[式中、Rは分岐を有してもよく、置換基を有してもよく、不飽和結合を有してもよい炭素原子数が1〜20の脂肪族炭化水素基、置換基を有してもよい芳香族基、縮合多環式炭化水素基および共役二重結合を有する複素環基からなる群から選択される基、
2は水素原子、アルカリ金属、炭素原子数が1〜6の分岐を有してもよく、置換基を有してもよいアルキル基、アシル基およびフェニルアルキル基からなる群から選択される基、
Qは炭素原子数が1〜6の分岐を有していてもよいアルキル基およびアルコキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、ニトロソ基、アミノ基およびスルホ基からなる群から選択される基、
mは0〜3の整数を示す。]
で表される新規なナフトール誘導体およびその塩類に関する。
【0013】
の、分岐を有していてもよく、置換基を有していてもよく、不飽和結合を有していてもよい炭素原子数1〜20の脂肪族炭化水素基としては、アルキル基、例えばメチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、オクチル、デシル、ドデシル、オクタデシル等;炭素原子数2〜6のアルケニル基、例えばビニル、アリル、プロピレニル、ブチレニル、ペンチレニル、ヘキシレニル、オクチレニル、ドデシレニル、オクタデシレニル等が例示される。また、置換基を有していてもよい芳香族基としては、例えばフェニル基、ナフチル基、アントリル基、アントラキノリル基、ピレニル基、置換基を有していてもよい縮合多環式炭化水素基としては、例えばインデニル基、フルオレニル基、アセナフテニル基、アセナフチレニル基、ペリレニル基、置換基を有していてもよい共役二重結合を有する複素環基としては、例えばベンズイミダゾロニル基、カルバゾリル基、ピリジル基、チアゾリル基、ベンゾチアゾリル基、イミダゾリル基、インドリル基、チオフリル基、フェノチアジニル基、アクリジニル基、キノリニル基等が例示される。
【0014】
これらの基の置換基としては、例えばハロゲン原子、ハロゲン化低級アルキル基、ニトロ基、低級アルキル基、低級アルコキシ基(例えばメトキシ基)、シアノ基、フェニル基、ナフチル基、フェノキシ基、フリル基、アミノ基、トルイジルアミノ基、トリアジルアミノ基、ピリミジルアミノ基、ベンゾイルアミノ基、スルホ基、水酸基、エステル化されたカルボキシル基(例えばアルコキシカルボニル基、フェノキシカルボニル基)、アミド化されたカルボキシル基(例えばフェニルアミノカルボニル基)、アルキルアミノスルホニル基、およびアリール基を有することのある炭素数2〜6のアルケニル基等が挙げられる。
【0015】
これらの置換基が、芳香環を含む場合には、その環上にさらに1個以上の別の置換基、例えばハロゲン原子、ニトロ基、低級アルキル基、低級アルコキシ基、フェニル基、シアノ基などを有していてもよい。
【0016】
なお、本明細書において、「低級」とは、炭素原子数が1〜6であるものを示す。
「芳香族基」は6員の単環または縮合環であって、縮合環の環数4までの芳香族基を示す。
「縮合多環式炭化水素基」はインデニル基、フルオレニル基、アセナフテニル基、アセナフチレニル基、ペリレニル基からなる群より選択される基を示す。
「共役二重結合を有する複素環基」は1以上のN、S、Oを含み、共役二重結合を有する5員乃至6員の単環または縮合環である複素環基。縮合環を形成する場合は、環数6までのものとする。
【0017】
本発明のナフトール誘導体においては、Rが、分岐を有してもよく、置換基を有してもよい炭素原子数9〜20の脂肪族炭化水素基である場合が、帯電性により優れている点で好ましく、炭素原子数12〜18の脂肪族炭化水素基である場合がより好ましく特に、ドデシル基、オクタデシル基などである場合が好ましい。
【0018】
一般式[I]で表されるナフトール誘導体のナフタレン環は、置換基としてQを有していてもよい。Qは任意に、炭素原子数が1〜6の分岐を有していてもよいアルキル基およびアルコキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、ニトロソ基、アミノ基およびスルホ基からなる群から選択される。
【0019】
置換基の数mは通常0であるが、3個まで有してもよい。
は水素原子、アルカリ金属、炭素原子数が1〜6の分岐を有していてもよく、置換基を有していてもよいアルキル基およびアシル基、およびフェニルアルキル基からなる群から選択される。
【0020】
本発明のナフトール誘導体の帯電量を後述するブローオフ法によって測定した結果、帯電量が正の値を示し、かつその値が+2.0μC/g以上、好ましくは+10.0μC/g以上と高い帯電量を示すものであった。本発明のナフトール誘導体の好適な具体例として、以下の化合物が挙げられる。
【0021】
【化3】
Figure 0004061355
(i)
【0022】
【化4】
Figure 0004061355
(ii)
【0023】
【化5】
Figure 0004061355
(iii)
【0024】
これらの中でも(i)の化合物が、特に正帯電性に優れており正帯電性トナーの電荷制御剤として最適なものである。
【0025】
本発明のナフトール誘導体は、以下の方法によって製造することができる。
まず、2−ナフトールと水酸化カリウムを反応させ2−ナフトールカリウムを得、これを加圧下にて二酸化炭素と反応させ、酸析分離後必要により精製することによって、出発物質である2−ヒドロキシナフタレン−6−カルボン酸を得る。
【0026】
次いで、得られた2−ヒドロキシナフタレン−6−カルボン酸を有機酸中で、アシル基に対応する酸無水物と反応させてヒドロキシ基をアシル化し、2−アシルオキシ−6−ナフタレンカルボン酸を得る。
【0027】
これをキシレン、スルホラン、テトラヒドロフランなどの溶媒中でチオニルクロライドなどと反応させて酸クロリドを得、得られた酸クロリドをアミン類と反応させることによって、2−アシルオキシナフタレンの6位アミド体を得ることができる。あるいは、酸クロリドを三塩化りんまたはジシクロヘキシルカルボジイミドなどによりアミン類と直接反応させることによっても2−アシルオキシナフタレンの6位アミド体を得ることができる。
【0028】
また、2−ヒドロキシナフタレンの6位アミド体は、2−アシルオキシナフタレンの6位アミド体を、水性アルコール溶媒中で水酸化ナトリウムなどの塩基と反応させ、反応液を塩酸などにより中和した後、析出物をろ過、洗浄、乾燥することにより得られる。
【0029】
また、2−アルコキシナフタレンの6位アミド体は、2−ヒドロキシナフタレンの6位アミド体をジメチルホルムアミドに溶解し、これにハロゲン化アルキルと炭酸カリウムを加えて反応させ、得られた反応液に加水した後、析出物をろ過、洗浄、乾燥することにより得られる。
【0030】
本発明の2−ヒドロキシナフタレン−6−カルボン酸誘導体は高い正帯電特性を有すると共に樹脂との相溶性に優れ、樹脂中に均一に分散するものである。また白色あるいは無色に近い淡色を呈し、着色剤自体の色調を阻害しないものである。
【0031】
さらに合成方法が、簡易であるため低コストで得ることができ、また金属を含まないため人体や環境にも安全である。したがって、電子写真用トナー等の電荷制御剤、特に正帯電性トナーの電荷制御剤として優れた性能を示すものである。
【0032】
以下に本発明のナフトール誘導体を電荷制御剤として含む電子写真用トナーについて説明する。電子写真用トナーは通常、定着用樹脂中に着色剤、電荷制御剤などの添加剤を分散させて製造される。本発明のトナーは、電荷制御剤として、上記に説明したナフトール誘導体を用いるほかは、従来のトナーと同様にして調製することができる。
【0033】
本発明のトナーにおいて、定着用樹脂としては、従来から電子写真用トナーに用いられている樹脂がいずれも好適に用いられ、例えばスチレン系重合体、アクリル系重合体、スチレン−アクリル系共重合体、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、オレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂等を単独または混合して使用することができる。
【0034】
着色剤としては、従来から電子写真用トナーに用いられている物質がいずれも好適に用いられ、例えば、カーボンブラック、ランプブラック、鉄黒、群青、ニグロシン染料、アニリンブルー、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、ハンザイエロー、クロムイエロー、ローズベンガル、トリアリールメタン系染料、モノアゾ系、ビスアゾ系染顔料等を挙げることができる。着色剤としては、トナーの目的とする色に応じて選択すればよい。
【0035】
着色剤の添加量は、定着用樹脂100重量部に対して1〜20重量部、特に2〜10重量部であるのが好ましい。
【0036】
本発明のトナーは、電荷制御剤として一般式[I]で表されるナフトール誘導体を含有する。一般式[I]で表されるナフトール誘導体の添加量は、定着用樹脂100重量部に対して0.1〜10重量部、特に0.1〜5重量部が好ましい。電荷制御剤の添加量が0.1重量部を下回ると、帯電性付与効果が十分に発現されず、また10重量部を上回ると、トナーの品質が低下する傾向がある。
【0037】
本発明の電子写真用トナーには、電荷制御剤として一般式[I]で表されるナフトール誘導体とともに、公知の他の正帯電性電荷制御剤、例えば、ニグロシン系染料や第四級アンモニウム塩などを併用してもよい。
【0038】
本発明のトナーには、さらに離型剤、外添剤、その他従来のトナーに添加される成分を添加してもよい。離型剤としては、低分子量オレフィン重合体が好適に用いられる。また、外添剤はトナーの流動性、クリーニング性、保存性を向上させるために添加され、シリカ、アルミナ、酸化チタンなどの無機微粉末等が例示される。
【0039】
トナー粒子径は、特に限定されないが20μm以下、好ましくは10μm以下であるのがよい。
本発明の電子写真用トナーは、従来公知のいかなる方法で製造してもよい。具体的にはこれに限定されないが、上記の各成分を乾式ブレンダー、ヘンシェルミキサー、ボールミル等によって均質に予備混練して得られた混合物を、例えばバンバリーミキサー、ロール、一軸または二軸の押出混練機等の混練装置を用いて均一に溶融混練した後、得られた混練物を冷却して粉砕し、必要に応じて分級し、さらに外添剤を添加することで製造すればよい。この他に重合法、マイクロカプセル重合法、スプレードライ法等、公知の方法で製造することができる。
【0040】
本発明の電荷制御剤は、樹脂との相溶性に優れるため、他の成分とともに樹脂中に内添し、溶融混練することによって容易に均一かつ安定に帯電されるトナーを得ることができる。本発明の電荷制御剤はまた、定着用樹脂、着色剤よりなる微粉子の表面近傍に機械的衝撃により公知の方法で固着または埋設させてトナーを得てもよい。
【0041】
本発明のナフトール誘導体を電荷制御剤として用いた電子写真用トナーは、短時間で均一に帯電し、経時的にも安定した帯電量が維持されるため、画像濃度が高くかぶりの無い高品質の画像が得られる。また樹脂との相溶性に優れるためトナーから離脱し難く、電荷制御剤による現像スリーブ、キャリア等の汚染が回避され、連続複写時においても安定した高濃度の画像が得られる。さらに電荷制御剤による色調への影響が少ないため、カラートナーにも使用できる。
【0042】
【実施例】
実施例1
2−ヒドロキシナフタレン−6−カルボン酸18.8gを酢酸94g中で無水酢酸94gと80℃で4時間反応させた。反応液を水500gに注入し、析出物を濾過し、メタノール及び水で十分洗浄した後、乾燥して2−アセトキシナフタレン−6−カルボン酸22.3gを得た。
【0043】
得られた2−アセトキシナフタレン−6−カルボン酸22.3gをテトラヒドロフラン中でチオニルクロライド17.3gと40℃で2時間反応させた。得られた反応液中の過剰なチオニルクロライドを減圧下留去した後、n−ドデシルアミン36.0gを加え65℃で8時間反応した。反応液中のテトラヒドロフランを減圧下留去した後、これに酢酸223gを加えた。その懸濁液を80℃に昇温することにより溶解させ、これに水223gを加えた。放冷後、析出物を濾過し、メタノール及び水で十分洗浄した後に乾燥し2−アセトキシ−6−n−ドデシルアミノカルボニルナフタレン30.1gを得た(分解点:315℃)。赤外線吸収スペクトル(KBr法)を図1に示す。
【0044】
このようにして得られた2−アセトキシ−6−n−ドデシルアミノカルボニルナフタレンの摩擦帯電量を、ブローオフ粉体帯電量測定装置(東芝ケミカル社製TB200型)で、以下の測定条件にて200メッシュ(75μm)の金網を使用して測定した。その結果、本化合物の摩擦帯電量は+17.7μC/gであった。
【0045】
測定条件:
温度20℃
湿度20%
ブローガス(N 0.1MPa(G))
ブローオフ時間60秒
【0046】
実施例2
実施例1で得られた、2−アセトキシ−6−n−ドデシルアミノカルボニルナフタレン8.0gを50%メタノール水溶液64g中に懸濁させた。懸濁液に48%水酸化ナトリウム水溶液3.4gを加えた後、60℃で1時間反応した。反応液を5%塩酸を用いて中和し、30分攪拌後、析出物を濾過し、メタノール及び水で十分洗浄した後、乾燥し、2−ヒドロキシ−6−n−ドデシルアミノカルボニルナフタレン6.8gを得た(分解点:329℃)。赤外線吸収スペクトル(KBr法)を図2に示す。実施例1と同様にブローオフ法による測定を行ったところ、本化合物の摩擦帯電量は+6.7μC/gであった。
【0047】
実施例3
実施例2で得られた2−ヒドロキシ−6−n−ドデシルアミノカルボニルナフタレン3.6gを、ジメチルホルムアミド36g中に溶解させた。この溶液に炭酸カリウム1.7g、沃化メチル2.2gを加え、40℃で8時間反応した。反応液を水180gに注入し、析出物を濾過し、メタノール及び水で十分洗浄した後、乾燥し、2−メトキシ−6−n−ドデシルアミノカルボニルナフタレン3.1gを得た(分解点:324℃)。赤外線吸収スペクトル(KBr法)を図3に示す。実施例1と同様にブローオフ法による測定を行ったところ、本化合物の摩擦帯電量は+17.6μC/gであった。
【0048】
実施例4
実施例1のドデシルアミン36.0gをn−オクタデシルアミン52.3gに変えることの他は実施例1と同様にして、2−アセトキシ−6−n−オクタデシルアミノカルボニルナフタレン25.2gを得た(分解点:332℃)。赤外線吸収スペクトル(KBr法)を図4に示す。実施例1と同様にブローオフ法による測定を行ったところ、本化合物の摩擦帯電量は+5.9μC/gであった。
【0049】
実施例5
実施例1のn−ドデシルアミン36.0gをn−オクチルアミン25.1gに変えることの他は実施例1と同様にして、2−アセトキシ−6−n−オクチルアミノカルボニルナフタレン27.1gを得た(分解点:293.2℃)。赤外線吸収スペクトル(KBr法)を図5に示す。実施例1と同様にブローオフ法による測定を行ったところ、本化合物の摩擦帯電量は+2.8μC/gであった。
【0050】
実施例6
実施例1のn−ドデシルアミン36.0gをアニリン13.6gに変えることの他は実施例1と同様にして、2−アセトキシ−6−フェニルアミノカルボニルナフタレン25.8gを得た。
実施例2の2−アセトキシ−6−n−ドデシルアミノカルボニルナフタレン8.0gを、得られた2−アセトキシ−6−フェニルアミノカルボニルナフタレン25.8gに変えることの他は実施例2と同様にして、2−ヒドロキシ−6−フェニルアミノカルボニルナフタレン21.2gを得た。
実施例3の2−ヒドロキシ−6−n−ドデシルアミノカルボニルナフタレン3.6gを、得られた2−ヒドロキシ−6−フェニルアミノカルボニルナフタレン7.1gに変えることの他は実施例3と同様にして、2−メトキシ−6−フェニルアミノカルボニルナフタレン6.6gを得た(分解点:303.3℃)。赤外線吸収スペクトル(KBr法)を図6に示す。実施例1と同様にブローオフ法による測定を行ったところ、本化合物の摩擦帯電量は+4.0μC/gであった。
【0051】
実施例7
実施例1のn−ドデシルアミン36.0gをp−アニシジン17.9gに変えることの他は実施例1と同様にして、2−アセトキシ−6−(4−メトキシフェニルアミノカルボニル)ナフタレン26.0gを得た(分解点:311.5℃)。赤外線吸収スペクトル(KBr法)を図7に示す。実施例1と同様にブローオフ法による測定を行ったところ、本化合物の摩擦帯電量は+3.9μC/gであった。
【0052】
実施例8
実施例1のn−ドデシルアミン36.0gを8−アミノキノリン21.0gに変えることの他は実施例1と同様にして、2−アセトキシ−6−(キノリン−8−イルアミノカルボニル)ナフタレン16.5gを得た(分解点:341.0℃)。赤外線吸収スペクトル(KBr法)を図8に示す。実施例1と同様にブローオフ法による測定を行ったところ、本化合物の摩擦帯電量は+5.7μC/gであった。
【0053】
実施例9
実施例1のn−ドデシルアミン36.0gを2−アミノフルオレン26.4gに変えることの他は実施例1と同様にして、2−アセトキシ−6−(フルオレン−2−イルアミノカルボニル)ナフタレン27.8gを得た(分解点:302.9℃)。赤外線吸収スペクトル(KBr法)を図9に示す。実施例1と同様にブローオフ法による測定を行ったところ、本化合物の摩擦帯電量は+16.7μC/gであった。
【0054】
比較例1
BONTRON P−51(第四級アンモニウム塩、オリエント化学株式会社製)を実施例1と同様にブローオフ法による測定を行ったところ、本化合物の摩擦帯電量は+1.4μC/gであった。
【0055】
トナー処方例を以下に示す。以下の処方例において「部」とは重量部を意味するものとする。
[黒色トナー]
スチレンアクリル樹脂100部、カーボンブラック6部、実施例1の化合物2部をボールミルで均一に予備混合した後、加圧ニーダーにより溶融混練する。次いで、混練物を振動ミルで粗粉砕し、さらにジェットミルで微粉砕して黒色トナーが得られる。
【0056】
[カラートナー(シアン)]
スチレンアクリル樹脂をポリエステル樹脂に、カーボンブラックをフタロシアニンブルーに変えることの他は、黒色トナーの調製例と同様にして、カラートナー(シアン)が得られる。
【0057】
[カラートナー(イエロー)]
スチレンアクリル樹脂をポリエステル樹脂に、カーボンブラックをハンザイエローに変えることのほかは、黒色トナーの調製例と同様にして、カラートナー(イエロー)が得られる。
【0058】
[カラートナー(マゼンダ)]
スチレンアクリル樹脂をポリエステル樹脂に、カーボンブラックをローズベンガルに変えることのほかは、黒色トナーの調製例と同様にして、カラートナー(マゼンダ)が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例1で得られた化合物の赤外吸収スペクトル(KBr法)を示すチャートである。
【図2】 実施例2で得られた化合物の赤外吸収スペクトル(KBr法)を示すチャートである。
【図3】 実施例3で得られた化合物の赤外吸収スペクトル(KBr法)を示すチャートである。
【図4】 実施例4で得られた化合物の赤外吸収スペクトル(KBr法)を示すチャートである。
【図5】 実施例5で得られた化合物の赤外吸収スペクトル(KBr法)を示すチャートである。
【図6】 実施例6で得られた化合物の赤外吸収スペクトル(KBr法)を示すチャートである。
【図7】 実施例7で得られた化合物の赤外吸収スペクトル(KBr法)を示すチャートである。
【図8】 実施例8で得られた化合物の赤外吸収スペクトル(KBr法)を示すチャートである。
【図9】 実施例9で得られた化合物の赤外吸収スペクトル(KBr法)を示すチャートである。

Claims (6)

  1. 下記一般式[I]で表されるナフトール誘導体およびその塩類。
    Figure 0004061355
    [式中、R は炭素原子数1〜20のアルキル基、炭素原子数1〜6のアルコキシ基で置換されていてもよいフェニル基、フルオレニル基およびキノリニル基からなる群から選択される基、
    2メチル基またはアセチル基、
    mは0〜3の整数を示す。]
  2. が炭素原子数9〜20のアルキル基である請求項1記載のナフトール誘導体およびその塩類。
  3. が炭素原子数12〜18のアルキル基である請求項1記載のナフトール誘導体およびその塩類。
  4. 帯電量が正の値を示し、かつその値が+2.0μC/g以上である、請求項1〜3のいずれかに記載のナフトール誘導体およびその塩類。
  5. 一般式[I]で表されるナフトール誘導体またはその塩類からなる電荷制御剤。
  6. 少なくとも定着用樹脂および着色剤を含有し、一般式[I]で表されるナフトール誘導体またはその塩類からなる電荷制御剤を含む電子写真用トナー。
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