JP4172833B2 - 低フレアリングを示す黒色着色剤組成物 - Google Patents

低フレアリングを示す黒色着色剤組成物 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源に関係なく実質的に一定の色を有して見える黒色着色剤組成物に関する。この着色剤組成物は、樹脂中に混合することができる。
【0002】
【従来の技術】
可視電磁スペクトル(400〜700ナノメーター)における光を実質的に全て吸収するならば、物体は黒色を呈する。すなわち、黒色着色剤組成物は、2種、3種またはこれ以上の単独の着色剤の混合物とすることができ、それらの着色剤は、スペクトルを越えて光を吸収することを互いに引き立たせる。例えば、橙色と青色;黄色と赤色と青色;青色と紫色は、黒色組成物を生じ得る色の組み合わせを表わす。
【0003】
一般に、2またはこれ以上の着色剤を混合することにより得られた黒色着色剤組成物は、可視スペクトル全体を越えた電磁放射を吸収するが、それぞれの波長における吸光度は均一ではない。したがって、そのような組成物の吸光度は、可視スペクトルを越えた一連のピークおよび谷間によって表わされる。吸光度の不均一性は、光源が変化した際に色のシフトした組成物をもたらし得る。
【0004】
着色剤組成物の1つの特徴は、色の不変性、あるいは逆にいえば、光源に依存して色相が変化する傾向であり、フレア(flair)またはフレアリング(flairing)と称される。このような光源に基づいた見かけの変化は、主として光源間の分光分布の違いによるものである。与えられた波長において放射されるエネルギーが増大すれば、組成物中の個々の着色剤によって吸収されるべきエネルギーも増大する。あるいは、特定の波長の光が基材により反射されると、組成物は、同一の分光出力分布を有しない光源のもとで見られた場合とは異なって見える。
【0005】
ある種の組成物のフレアの傾向は、昼光を表わす発光体“D65”と、通常の白熱電球のようなタングステン光源を表わす“A”との間の分光出力分布の違いを考慮すると理解できる。色彩の専門用語において、D65は、6,504°Kの黒体温度を有し、一方、“A”光は2,856°Kの黒体温度を有しているものと説明されるであろう。種々の波長におけるこれら2つの光源からの相対出力分布は、図1に示される。吸収されない任意の光は基材で反射され、反射された波長がどのような色合いを与えるにしても基材が見えるのを引き起こす。例えば、400〜430ナノメーターの範囲の反射光は、紫色に見えるであろう。同様に、430〜480ナノメーター、480〜560ナノメーター、560〜590ナノメーター、590〜620ナノメーター、および620〜700ナノメーターの範囲の反射光は、それぞれ青色、緑色、黄色、橙色および赤色に見えるであろう。
【0006】
フレアリングは、単一の発色団を含む個々の着色剤、および着色剤組成物のいずれにおいても観察される。着色剤組成物については、低フレアリングを有し、個々の着色剤成分は、低フレアリングを示すはずであると一般に信じられてきた。カーボンブラックは、黒色着色剤の色の不変性/低フレアリングについての標準であると考えられてきた。
【0007】
着色剤は、一般にポリウレタンフォームの製造に用いられる。ポリ(オキシアルキレン)置換された着色剤は、ポリイソシアナートモノマーと反応し得る点、および樹脂中で永久に結合する点で特に有用であるとされてきた。そのような着色剤の例は、以下の米国特許に示されている。
【0008】
Cross et al. 4,284,729
Kluger et al. 4,507,407
Kluger et al. 4,751,254
Kluger et al. 4,761,502
Kluger et al. 4,775,748
Rekers et al. 4,846,846
Kluger et al. 4,912,203および
Kluger et al. 4,978,362
米国特許第4,751,254号の実施例7には、ある種のベンゾチアゾール着色剤は、ポリウレタンフォームの製造に用いられる2−エチルヘキサン酸第一スズ触媒の存在下では安定でないことが示されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の目的は、低フレアリングを有する黒色着色剤組成物を提供することにある。さらに本発明の目的は、D65および白熱(タングステン)光のもとで、比較的色が安定した黒色着色剤組成物;カラーポリウレタンフォームに用いられ得る黒色着色剤組成物;赤色のベンゾチアゾールアゾ着色剤を含有する黒色着色剤組成物;ポリ(オキシアルキレン)置換された着色剤を、2またはこれ以上含有する黒色着色剤組成物を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、下記化学式で表わされる赤色着色剤を含有する黒色着色剤組成物を提供する。
【0011】
【化4】
Figure 0004172833
【0012】
ここで、R1 は、H、C1 〜C4 アルキル、クロロ、およびC1 〜C4 アルコキシから選択され、R2 は、H、Cl、C1 〜C4 アルキル、C1 〜C4 アルコキシ、およびCF3 から選択される。本発明の黒色着色剤組成物は、また、可視スペクトルを越えた電磁放射の吸収のための補足的な着色剤、典型的には、青色および黄色の着色剤を含有してもよい。赤色着色剤および好ましくは補足的な着色剤は、ポリウレタンを得るための反応中にポリイソシアナートと反応する生じるポリ(オキシアルキレン)置換基を有する。本発明はまた、樹脂、特にポリウレタン樹脂の着色方法、およびこれにより得られた製造物を含む。
【0013】
本発明は、赤色ベンゾチアゾールアゾ着色剤を含むことを特徴とし、この着色剤自体はフレアが著しい。それにもかかわらず、赤色着色剤は、黒色着色剤組成物中で補足的な着色剤と組み合わせたことの利点を有して、フレアを相殺する。赤色着色剤は、メチン、アゾ、トリフェニルメタン、アントラキノンおよびフタロシアニン系の補足的な着色剤の広い範囲をもってフレアを低減することが証明された。
【0014】
以下、本発明の好ましい態様を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。特に示さない限り、部およびパーセンテージは重量で表わされ、条件は、周辺条件、すなわち25℃1気圧であり、脂肪族炭化水素は炭素数1〜12であり、脂環式炭化水素は3〜8の炭素原子を含む。アリールおよびアリーレンの用語は、単環および縮合2環系炭化水素に限定することを意図される。
【0015】
本明細書中の全ての特許および文献は、本明細書を構成する。
【0016】
個々の着色剤および着色剤組成物は、CIE(1976)L* * * Color Space Systemにより導かれたCIE L* * * 座標により特徴付けられる。異なる2つの光源に起因した同一の着色剤または同一の組成物について観察されたカラースペース中での違いは、相対フレアまたはフレアリングとして報告され、二次元CIE Color SpaceにおけるΔabとして表わされる。以下の式はΔabの算出に用いられ、ここでD65は、黒体または6,504°Kの相関色温度を有する光源を示し、“A”は、2,856°Kの黒体温度を有するタングステン白熱球を示す。
【0017】
【数1】
Figure 0004172833
【0018】
黒色着色剤組成物は、CIE L* * * カラースペースの原点の周りの円として定義され、a* およびb* の値は、それぞれ±20、好ましくは±10、最も好ましくは±5である。
【0019】
本発明の黒色着色剤組成物は、少なくとも10wt%、好ましくは少なくとも20wt%のベンゾチアゾールアゾ着色剤を含有する。ベンゾチアゾール環は、4位がH、C1 〜C4 アルキル、塩素、またはC1 〜C4 アルコキシ基で置換される。ベンゾチアゾール部分は、N,N−ポリ(オキシアルキレン)置換されたアニリン化合物と結合し、この化合物は2位が水素、C1 〜C4 アルキル、C1 〜C4 アルコキシまたはCF3 で置換されていてもよい。ピーク吸収が465〜540ナノメーターであれば、着色剤のベンゾチアゾールまたはアニリン化合物のいずれかがさらに置換されていてもよい。
【0020】
下記化学式で表わされる赤色着色剤が用いられる。
【0021】
【化5】
Figure 0004172833
【0022】
ここで、R1 は、H、C1 〜C4 アルキル、塩素およびC1 〜C4 アルコキシから選択され、R2 は、H、Cl、C1 〜C4 アルキル、C1 〜C4 アルコキシ、およびCF3 から選択され、各ポリ(オキシアルキレン)置換基は、C2 〜C4 アルキレンオキサイドのオリゴマーまたはポリマーである。好ましくは、R1 はメチルまたはエチルであり、R2 はH、メチルまたはエチルである。
【0023】
ポリ(オキシアルキレン)置換基は、2〜200、好ましくは3〜100、最も好ましくは5〜50のC2 〜C4 アルキレンオキサイドの残基からそれぞれ構成される。好ましいアルキレンオキサイドは、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、およびブチレンオキサイドを含む。置換基の分岐は、Moody et al.(米国特許第5,290,921号)に記載されているように、まず、グリシドールまたはクロロプロパンジオール基を含ませ、それによって複数のヒドロキシサイトを含ませることによって達成することができる。置換基中に少量の適合するモノマーを含有させ得ることは、当業者に知られている。ポリ(オキシアルキレン)置換基は、典型的には88〜5000、好ましくは250〜3000の分子量を有する。
【0024】
上述したベンゾチアゾール赤色着色剤は、黒色組成物中で他の赤色着色剤と組み合わせてもよい。ベンゾチアゾール着色剤は、465〜540nmのピーク吸光度を有する組成物における成分の50wt%を越えた量、好ましくは75wt%を越えた量を構成することができる。
【0025】
赤色成分に加えて、黒色着色剤組成物は、可視スペクトルを越えた電磁放射を吸収するために必要な補足的な着色剤を含有する。したがって組成物は、400〜465ナノメーターの間にピーク吸光度を有する黄色着色剤と、540〜700ナノメーターの間にピーク吸光度を有する青色着色剤とを含有する。黄色および青色着色剤は、既に定義したようなポリ(オキシアルキレン)置換基をそれぞれ少なくとも2つ有することが好ましい。
【0026】
適切な黄色着色剤は、メチンおよびアゾ着色剤を含み、特に米国特許第4,627,939号、同第4,658,064号、同第4,981,516号および同第4,284,729号に示されているポリ(オキシアルキレン)置換された着色剤が挙げられる。
【0027】
適切な青色着色剤は、トリフェニルメタン、アゾ、フタロシアニンおよびアントラキノン着色剤を含み、特に、米国特許第4,871,371号、同第5,043,013号、同第5,059,244号、同第5,270,363号、同第5,177,200号、同第5,149,800号、同第4,732,570号、同第4,640,690号、同第4,284,729号、同第4,137,243号、同第4,170,564号および同第4,846,846号に示されているポリ(オキシアルキレン)置換された着色剤が挙げられる。
【0028】
本発明の他の態様において、黒色組成物は、また、540〜580ナノメーターにピーク吸光度を有する紫色着色剤を含有する。適切な紫色着色剤は、アゾ着色剤を含み、特に、米国特許第4,507,407号、同第4,912,203号、同第4,775,748号、同第4,812,141号および同第4,978,362号に記載されているポリ(オキシアルキレン)置換されたアゾ着色剤が挙げられる。
【0029】
黒色着色剤組成物は、水溶液または溶媒溶液として適切に与えられる。着色剤の溶解性は、Hauser et al.(米国特許第4,113,721号)および上述した引例に記載されているようなポリ(オキシアルキレン)置換基の相対親水性/親油性特性を変化させることによって、特別な用途に適応させることができる。溶媒または希釈剤の存在にかかわらず、黒色着色剤組成物の着色剤成分は、以下のモル比で処方することができる。
赤色着色剤10〜60部
黄色着色剤10〜60部、および
青色着色剤10〜60部
別の態様において、組成物はまた、2〜20部の紫色着色剤を含有してもよい。
【0030】
黒色着色剤組成物を構成する個々の着色剤は、求電子基をポリ(オキシアルキレン)置換基に、好ましくは末端位置に有していてもよい。例えば、ポリ(オキシアルキレン)置換基は、ヒドロキシ、メルカプトまたはアミノ基、好ましくはヒドロキシ基で終端されていてもよい。
【0031】
“反応性”着色剤を含む黒色着色剤組成物は、ポリマー樹脂を着色することへの有用性が知られている。特に、着色剤組成物は、重縮合反応または重付加反応の間に存在させることができ、例えば、ポリオールモノマーの代わりにポリマー中に共有結合を形成する。適切な反応系は、ポリウレタンを製造するために用いられるポリオール/ポリイソシアナート;ポリエステルの製造に用いられるポリオール/ポリ酸(酸塩化物およびエステルを含む);およびポリアミドの製造に用いられるポリアミン/ポリ酸を含む。付加的な反応系は、アルキド類;アリリック類;アミノ類、例えば、メラミンおよびウレア;エポキシ類;フェノリック類およびシリコーン類の製造に用いられるものを含む。重合が実質的に終了した後に着色剤を反応系に添加してもよいこと、および着色剤はポリマー鎖を“キャップ”し得ることは、当業者には知られている。黒色着色剤組成物を用いた樹脂の着色方法は、前述した文献、特にCross et al.(米国特許第4,284,729号)に記載されている。
【0032】
特に重要なことは、ポリウレタン樹脂の着色である。ポリウレタン樹脂の合成方法は当業者にはよく知られており、“Encyclopedia of Polymer Science and Engineering”(vol.13,pp.243〜296,John Wiley & Sons,Inc.(1988)) に記載されている。一般に、ポリウレタンは、ポリイソシアナートとポリオールとの発熱反応により合成された付加ポリマーである。反応速度は、モノマーの構造や機能、ステアリック妨害、およびヒドロキシル基が第1級か第2級かによって影響を受ける。典型的に、2−エチルヘキサン酸第一スズおよびアミン触媒のような触媒は、反応混合物中に混合される。適用性、すなわち、ポリウレタン樹脂が軟質、半剛性または剛性のフォームかどうか、コーティングまたはエラストマーかに応じて、反応混合物は、界面活性剤、発泡剤および補助的な処理助剤を含有することができる。
【0033】
黒色着色剤組成物は、まず、ポリオールに着色剤を混合し、次いで混合物にポリオールを導入することによって、重合反応混合物に都合よく加えることができる。他の方法において、着色剤組成物は、反応混合物に直接量り入れてもよい。黒色着色剤組成物は、0.001〜15wt%、好ましくは0.1〜5wt%の濃度でポリマー樹脂中に配合することができる。
【0034】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明する。
【0035】
(試験)
全ての着色剤および着色剤組成物をポリウレタンフォームに混合し、Datacolor SS−II color 分光光度計を用いてCIE L* * * 座標を測定した。測定は、D65光源のもとでいったん行ない、次いで、光源“A”と称されるタングステン白熱光源(黒体温度2,856K)のもとで再度行なった。それぞれの光源について、波長に対して強度をプロットして図1のグラフに示した。
【0036】
2つの異なる光源に起因した着色剤組成物について観測されたカラースペースにおける違いは、フレアリングのΔabとして示される。ここで示されるように、ΔabはD65および“A”光源の比較のみに基づく。本発明の黒色着色組成物におけるΔabは、好ましくは1.5未満であり、より好ましくは1.0未満であり、最も好ましくは0.5未満である。
【0037】
(例1)
この例は、黒色着色剤組成物の処方、着色ポリウレタンフォームへの組成物の使用、およびΔabの決定を説明する。
【0038】
(黒色着色剤組成物)
下記化学式で表わされる赤色着色剤を、Kluger et al.(米国特許第4,751,254号)の実施例5にしたがって合成した。
【0039】
【化6】
Figure 0004172833
【0040】
この赤色着色剤は、λmax は523nmであり、Δabは13.7であった。
【0041】
下記化学式で表わされる黄色着色剤を、Kluger et al.(米国特許第4,981,516号)の実施例20にしたがって合成した。
【0042】
【化7】
Figure 0004172833
【0043】
この黄色着色剤は、λmax は423nmであり、Δabは13.5であった。
【0044】
下記化学式で表わされる青色着色剤を、Harris(米国特許第4,871,371号)の実施例9にしたがって合成した。
【0045】
【化8】
Figure 0004172833
【0046】
この青色着色剤は、λmax は628nmであり、Δabは11.4であった。
【0047】
これらの着色剤を以下の配合比で混合して、黒色着色剤組成物を得た。
赤色 31.1重量部
黄色 24.4重量部
青色 44.5重量部
【0048】
(ポリウレタンの合成)
上述の黒色着色剤組成物1部を、エーテルトリオール(mw〜3000)100部に加え、4.53部の水、1.0部のシリコーン界面活性剤、0.15部の2−エチルヘキサン酸第一スズ触媒、及び0.05部のトリエチレンジアミンと混合した。次いで、58.8部のトルエンジイソシアナート(80/20)を周辺条件下で約3分間反応せしめた後、これを冷却した。1.5lbs./ft3 の密度を有する、黒色に着色されたポリウレタンフォームが得られた。
【0049】
(Δabの決定)
CIE L* * * 座標は、D65および“A”光源のもとで測定され、それぞれ、(a* =1.2,b* =−2.27)および(a* =1.12,b* =−2.14)であった。Δabの値は、0.153と計算された。
【0050】
(例2)
この例は、実施例1の黒色着色剤組成物への紫色着色剤の混合を説明する。
【0051】
下記化学式で表わされる紫色着色剤を、Kluger et al.(米国特許第4,507,407号)にしたがって合成した。
【0052】
【化9】
Figure 0004172833
【0053】
この紫色着色剤は、λmax は571nmであり、Δabは7.6であった。
【0054】
以下の着色剤を混合することによって、黒色着色剤組成物を得た。
紫色(例2) 7.2重量部
赤色(例1) 27.2重量部
黄色(例1) 29.0重量部
青色(例1) 36.6重量部
【0055】
黒色着色剤組成物1部を、例1のポリウレタン反応混合物中に置き換えて、黒色に着色されたポリウレタンフォームを製造した。
【0056】
このフォームについてのΔabは、0.953と計算された。
【0057】
(例3)
この例では、実施例1の黄色メチン着色剤を黄色アゾ着色剤に置き換えて低フレアリング黒色組成物を製造することを説明する。
【0058】
下記化学式で表わされる黄色着色剤を、Cross et al.(米国特許第4,284,729号)の実施例1にしたがって合成した。
【0059】
【化10】
Figure 0004172833
【0060】
この黄色着色剤は、λmax は429nmであり、Δabは6.57であった。
【0061】
以下の着色剤を混合することによって、黒色着色剤組成物を得た。
赤色(例1) 32.2重量部
黄色(例3) 21.8重量部
青色(例1) 46.0重量部
【0062】
黒色着色剤組成物1部を、例1のポリウレタン反応混合物中に置き換えて黒色に着色されたポリウレタンフォームを製造した。
【0063】
このフォームについてのΔabは、0.796と計算された。
【0064】
(例4)
この例では、実施例1の青色トリフェニルメタン着色剤を青色フタロシアニン着色剤に置き換えて低フレアリング黒色組成物を製造することを説明する。
【0065】
下記化学式で表わされる青色着色剤を、Kluger et al.(米国特許第5,177,200号)にしたがって合成した。
【0066】
【化11】
Figure 0004172833
【0067】
この青色着色剤は、λmax は666nmであり、Δabは10.8であった。
【0068】
黒色着色剤組成物1部を、例1のポリウレタン反応混合物中に置き換えて黒色に着色されたポリウレタンフォームを製造した。
【0069】
このフォームについてのΔabは、1.36と計算された。本発明の赤色着色剤のレベルが減少するにしたがって、Δab値の増加が観察された。
【0070】
例5(比較例)
この比較例では、例2における赤色着色剤および黄色着色剤を橙色着色剤単独で置き換えることは、得られる黒色組成物のフレアリングに不利な影響を及ぼすこと説明する。
【0071】
末端基を加水分解してヒドロキシル基を取り除いた以外は、Baungarter et al.(米国特許第4,640,690号)の実施例5にしたがって、下記化学式で表わされる橙色着色剤を合成した。
【0072】
【化12】
Figure 0004172833
【0073】
この橙色着色剤は、λmax は471nmであり、Δabは13.79であり、この値は、例2における赤色着色剤および黄色着色剤のΔab値、それぞれ13.7および13.5に匹敵する。
【0074】
黒色着色剤組成物は、以下の着色剤を混合して得た。
橙色(例5) 46.6重量部
赤色(例1) 37.2重量部
紫色(例2) 16.2重量部
【0075】
黒色着色剤組成物1部を、例1のポリウレタン反応混合物中に置き換えて黒色に着色されたポリウレタンフォームを製造した。
【0076】
このフォームについてのΔabは、1.955と計算された。この値は、本発明の赤色着色剤で得られたレベルより非常に大きく、目視により観測し得る色相のシフトを示す。
【0077】
当然ながら、本発明の多くの別の態様および変更が存在し、それらは本発明のクレームに含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図1】可視スペクトルの範囲にわたった波長に対する(D65または“A”タングステン白熱灯)光源の強度を示すグラフ図。

Claims (7)

  1. 下記化学式で表わされる赤色着色剤と、トリフェニルメタン、フタロシアニン、アントラキノンおよびアゾ染料から選択され、540〜700nmの間にピーク吸光度を有するポリ(オキシアルキレン)置換された青色着色剤と、メチンおよびアゾ染料からなる群から選択され、400〜465nmの間にピーク吸光度を有するポリ(オキシアルキレン)置換された黄色着色剤とを含有する黒色着色剤組成物。
    Figure 0004172833
    (ここで、R1は、H、C1〜C4アルキル、C1〜C4アルコキシおよび塩素からなる群から選択され、R2は、H、Cl、C1〜C4アルキル、C1〜C4アルコキシおよびCF3からなる群から選択され、ポリ(オキシアルキレン)置換基は、2〜200のC2〜C4アルキレンオキサイドの残基から構成される。)
  2. 65とタングステン白熱光との間のCIE L***座標におけるΔabが1.0未満である請求項1に記載の組成物。
  3. (a)下記化学式で表わされる赤色着色剤を10〜60モル部、
    Figure 0004172833
    (ここで、R1は、H、C1〜C4アルキル、C1〜C4アルコキシおよび塩素からなる群から選択され、R2は、H、C1〜C4アルキル、C1〜C4アルコキシおよびCF3からなる群から選択され、ポリ(オキシアルキレン)置換基は、2〜200のC2〜C4 アルキレンオキサイドの残基から構成される。)
    (b)トリフェニルメタン、フタロシアニン、アントラキノンおよびアゾ着色剤からなる群から選択され、540〜700nmの間にピーク吸光度を有するポリ(オキシアルキレン)置換された青色着色剤を10から60モル部、および
    (c)メチンおよびアゾ着色剤からなる群から選択され、400〜465nmの間にピーク吸収を有するポリ(オキシアルキレン)置換された黄色着色剤を10〜60モル部
    を含有する黒色着色剤組成物。
  4. (a)重合反応に先立って、(i)下記化学式で表わされる赤色着色剤と、(ii)トリフェニルメタン、フタロシアニン、アントラキノンおよびアゾ着色剤からなる群から選択され、540〜700nmの間にピーク吸収を有するポリ(オキシアルキレン)置換された青色着色剤と、(iii)メチンおよびアゾ着色剤からなる群から選択され、400〜465nmの間にピーク吸収を有するポリ(オキシアルキレン)置換された黄色着色剤とを含有する黒色着色剤組成物混合物を与える工程、および
    (b)前記反応混合物を重合させ、それによって、前記着色剤は、ポリイソシアナートと共有結合を形成し、ポリウレタン主鎖に取り込まれる工程、
    を具備する、ポリオールとイソシアナートとの混合物を重合してポリウレタンを得る方法。
    Figure 0004172833
    (ここで、R1は、H、C1〜C4アルキル、C1〜C4アルコキシおよび塩素からなる群から選択され、R2は、H、C1〜C4アルキル、C1〜C4アルコキシおよびCF3からなる群から選択され、ポリ(オキシアルキレン)置換基は、2〜200のC2〜C4アルキレンオキサイドの残基から構成される。)
  5. 65とタングステン白熱光との間のCIE L***座標におけるΔabが1.5未満である請求項4に記載の方法。
  6. 前記R1はメチルであり、R2は、H、メチルまたはエチルであり、ポリオキシアルキレン置換基は、5〜50のアルキレンオキサイド残基を含み、前記青色着色剤はトリフェニルメタン着色剤であり、前記黄色着色剤はメチン着色剤であり、全てのポリオキシアルキレン置換基はヒドロキシ基で終端されている請求項5に記載の方法。
  7. 請求項4に記載の方法により得られる黒色ポリウレタン組成物。
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