JP4609854B2 - 難燃性複合板 - Google Patents

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Description

本発明は、樹脂発泡シートの両面にアルミニウム板を貼り合わせた難燃性複合板に関し、さらに詳述すると、軽量性と難燃性を兼ね備え、建築、車両等の内外装材として好適に使用される難燃性複合板に関する。
従来、樹脂発泡シートの少なくとも片面に金属板を貼合した軽量な複合板が、天井材、ドア材、目隠し板等の内外装板として広く用いられている。樹脂発泡シートを用いた複合板には、無垢の樹脂シートを用いた複合板よりも軽量で施工性がよいという利点がある。
樹脂発泡シートの原料としては、フェノール樹脂が広く用いられているが、価格や成形加工性の点では、フェノール樹脂よりもポリオレフィン系樹脂の方が優れている。しかし、ポリオレフィン系樹脂は易燃性であるため、難燃性複合板として使用するときは、ポリオレフィン系樹脂を難燃化する必要がある。
ポリオレフィン系樹脂を難燃化するために、樹脂に難燃剤を配合するという方法が広く用いられている。例えば特開平5−70623号(特許文献1)では、ハロゲン化含リン化合物を難燃剤として使用しており、特開平6−182916号(特許文献2)、特開平8−216309号(特許文献3)、特開平8−300563号(特許文献4)では、金属水酸化物を難燃剤として使用している。
しかし、いずれの場合も樹脂に難燃剤を大量に加えなければならず、その結果、難燃剤が樹脂の発泡性、流動性、曲げ特性、引っ張り特性等の低下の原因となる上に、比重の大きい難燃剤を多く加えると、発泡体の利点である軽量性が損なわれるという問題があった。これを解決するため、特開2003−191376号(特許文献5)では、膨張性黒鉛と赤燐を組み合わせた少量の難燃剤を使用し、発泡性等の低下をできるだけ小さく抑えている。しかし、それでもある程度の難燃剤は必須であり、それによる発泡性等の特性の低下と価格の上昇は避けられなかった。
特開平5−70623号公報 特開平6−182916号公報 特開平8−216309号公報 特開平8−300563号公報 特開2003−191376号公報
本発明の目的は、前述した従来技術の問題点を解決することにある。すなわち、本発明の目的は、少量の難燃剤を含むポリオレフィン系樹脂発泡シートの両面にアルミニウム板を貼合し、軽量かつ難燃性の高い複合板を提供することである。
本発明者らは、前述した問題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、ISO5660−1に記載の燃焼試験を2分間行った後のアルミニウム板表面の70%以上の面積において、アルミニウム板に塗布した塗料が剥離あるいは白色化していれば、建築基準法第2条第9号の不燃性能試験に合格しうる複合板が得られることを見出した。以下、その理由について説明する。
ISO5660−1に記載の方法は、いわゆる「コーンカロリー燃焼試験」と呼ばれる方法で、建材等の難燃性を評価するため国際的に広く用いられている。詳細には、円錐状のヒーターにより50kW/mの輻射熱を10cm角の試験体に均等に与え、所定時間内の周囲の酸素濃度の変化から試験体より放出される熱量を計算し、その熱量で試験体の難燃性を評価する方法である。例えば、日本の建築基準法第2条第9号では、前記方法による20分間の試験(以下、不燃性能試験という)を行ったときに、以下の基準を満たせば不燃材料とすることが定められている。
(1)総発熱量が8MJ/m以下。
(2)最大発熱速度が10秒以上連続して200kW/mを超えない。
(3)防火上有害な裏面まで貫通する亀裂や穴のないこと。
上記条件を確実に満足するためには、不燃性能試験中に樹脂発泡体に着火しないことが重要であり、着火したとしても少しの炎なら消火できることが重要である。試験中に樹脂発泡体に着火し、消火できない程度に燃え広がると、樹脂全体に延焼する可能性が高まり、結果として総発熱量の基準を満たすことが困難になるからである。樹脂全体が燃え尽きても総発熱量の基準を満たす程度に樹脂量を減らすことも考えられるが、そのためには極めて高い発泡倍率が必要であり、複合板の剛性の低下等を考慮すると現実的でない。
これに対し、本発明者らは、ISO5660−1に記載の燃焼試験を2分間行った後のアルミニウム板表面の70%以上の面積において、アルミニウム板に塗布した塗料が剥離あるいは白色化していれば、ポリオレフィン系樹脂発泡シートの両面にアルミニウム板を貼合した複合板が着火しにくいことを見出した。詳細なメカニズムは不明であるが、アルミニウム板表面が露出するか、あるいは塗料が白色化することによって、コーンヒーターからの輻射熱の吸収が少なくなり、結果として複合板の周囲の温度が樹脂の着火点を下回るため、着火が起きにくくなったものと思われる。
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、30質量%以上のポリオレフィン系樹脂および10〜30質量%の難燃剤を含む密度0.15〜0.5g/cm、厚み1.5mm以上の樹脂発泡シートと、前記樹脂発泡シートの両面に貼合された厚み0.2〜0.5mmのアルミニウム板とからなる複合板であって、前記アルミニウム板の樹脂発泡シートと接しない面には、加熱により気体を発生する添加剤を含有する塗料が塗布されており、前記複合板についてISO5660−1に記載の燃焼試験を2分間行った後の前記アルミニウム板の樹脂発泡シートと接しない面の70%以上の面積において、前記アルミニウム板に塗布した塗料が剥離または白色化することを特徴とする難燃性複合板を提供する。
以下、本発明につきさらに詳しく説明する。本発明において、ポリオレフィン系樹脂としては、例えば、低密度ポリエチレン、直鎖低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエン三元共重合体、スチレンブタジエンゴム、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレンビニルアルコール樹脂、エチレン(メタ)アクリル酸エステル樹脂、エチレン(メタ)アクリル酸樹脂等が挙げられるが、これらに限られるものではない。さらに、上記各樹脂のシラン変性体、カルボン酸変性体等の変性体なども用いることができ、また、これらの樹脂は単独または2種以上の混合物として使用することができる。上述した樹脂のうち、複合板の剛性を高める目的からいえば、ポリプロピレンの使用が特に好ましい。
ポリオレフィン系樹脂としてポリプロピレンを使用する場合、押出加工性と発泡性を考慮すると、樹脂のメルトフローレート(MFR)(230℃;2.16kgf)は0.05〜10.0g/10min、特に0.5〜3.0g/10minであることが好ましい。
ポリオレフィン系樹脂には、必要に応じて気泡核剤、熱安定剤、加工助剤、滑剤、衝撃改質剤、充填剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、顔料等の任意成分を適宜添加することができる。
ポリオレフィン系樹脂の含有量は、樹脂発泡シートの30質量%以上であることが好ましい。30質量%未満であると、ポリオレフィン系樹脂の持つ良好な加工性や発泡性が損なわれる恐れがある。
本発明において、難燃剤としては、例えば、ハロゲン化合物、膨張性黒鉛、赤燐、ポリ燐酸アンモニウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等が挙げられるが、これらに限られるものではない。この場合、難燃剤としてポリ燐酸アンモニウム系難燃剤を用いれば、少量で難燃性の高い発泡性樹脂組成物を得ることができる。上記ポリ燐酸アンモニウム系難燃剤とは、ポリ燐酸アンモニウム単体の他、難燃性を高めるために窒素系化合物を加えたものを指す。
難燃剤の含有量は、樹脂発泡シートの10〜30質量%である。10質量%未満であると樹脂発泡シートの難燃性が乏しくなり、30質量%を超えると発泡性が損なわれ、ひいては軽量であるという利点が失われるからである。難燃性と発泡性とのバランスを考慮すると、難燃剤の含有量は、樹脂発泡シートの15〜25質量%であればより好ましく、15〜20質量%であればさらに好ましい。
本発明において、樹脂シートを発泡させる方法としては、押出機に樹脂とともに発泡剤を供給し、ダイから樹脂を押し出すと同時に発泡させる方法(押出発泡法)が挙げられる。上記押出発泡法で樹脂発泡シートを製造すれば、生産効率が高いという利点が得られる。
上記発泡剤としては、ガス発泡剤、蒸発型発泡剤、化学発泡剤を用いることができる。ガス発泡剤としては窒素ガスや炭酸ガス等を用いることができ、蒸発型発泡剤としてはブタン、ペンタン、メタノール、水等を用いることができ、化学発泡剤としてはアゾジカルボンアミド、アゾビスイソブチロニトリル、N,N−ジニトロソペンタメチレンテトラミン、p−トルエンスルホニルヒドラジド、p,p’−オキシビス(ベンゼンスルホニルヒドラジド)等を用いることができるが、これらに限られるものではない。上記発泡剤の中では、環境への影響や難燃剤との相互作用の影響を考慮すると、窒素や炭酸ガスを用いたガス発泡が好ましく、中でも環境への悪影響を少なくする点で炭酸ガスを用いたガス発泡が好ましい。
前記ダイとしては、例えばTダイを用いてシート状に押し出してもよいし、サーキュラーダイを用いて円筒状に押し出した後、一端以上を切断することでシート状に加工してもよい。ただし、本発明のように曲げ剛性が要求されるシートの場合は、一度サーキュラーダイを通すと曲げぐせがつく恐れがあるので、Tダイを用いる方が好ましい。
別の発泡方法として、化学発泡剤とポリオレフィン系樹脂とのコンパウンドをダイから押し出し、ダイを出た直後にシートに電子線を照射して樹脂を架橋させ、その後連続的に加熱炉にシートを供給して加熱、発泡させる方法(架橋発泡法)がある。あるいは、電子線で架橋する代わりに、樹脂にあらかじめ架橋開始剤を加えておき、ダイから出た後にシートを加熱して樹脂を化学架橋させ、その後加熱炉でシートを加熱、発泡させてもよい。ただし、樹脂を架橋させると、発泡倍率を高めやすくなる反面、発泡倍率が高くなりすぎて発泡シートの剛性が損なわれる恐れがある。剛性を考慮して発泡体の密度を150kg/m以上にするためには、化学発泡剤の種類に応じて化学発泡剤の量を調節する。例えば、化学発泡剤としてアゾジカルボンアミドを用いた場合は、樹脂100質量部に対して発泡剤量を2質量部以下にすることが好ましい。
上記架橋開始剤としては、ベンゾイルペルオキシド、オクタノイルペルオキシド、デカノイルペルオキシド、アセチルペルオキシド、t−ブチルペルオキシイソブチレート、クメンヒドロペルオキシド等が用いられるが、これらに限られるものではない。
樹脂発泡シートの密度は0.15g/cm以上、0.5g/cm以下の範囲にあることが好ましい。樹脂発泡シートの密度が0.15g/cm未満では複合板の剛性が不足し、0.5g/cmを超えると複合板の軽量性が損なわれるからである。複合板の剛性と重量のバランスを考慮すると、樹脂発泡シートの密度は0.2g/cm〜0.4g/cmの範囲にあればさらに好ましい。
樹脂発泡シートの厚みは1.5mm以上であることが好ましい。樹脂発泡シートの厚みが1.5mm未満だと複合板の剛性が不足するからである。複合板の剛性を考慮すると、樹脂発泡シートの厚みは2mm以上であるとさらに好ましい。
本発明で使用するアルミニウム板は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる薄板であり、腐食性の問題からアルミニウム板の樹脂発泡シートとの接着面にはクロメートまたはアルマイト等の防食処理が施されているのが好ましい。アルミニウム板の前記接着面と反対側の面には、例えば塗装・防食処理等が施されていてよい。
本発明において、アルミニウム板の樹脂発泡シートと接しない面(アルミニウム板表面)に塗布される塗料としては、ポリエステル樹脂系塗料、アクリル樹脂系塗料、フッ素樹脂系塗料、エポキシ樹脂系塗料等を単体で用いてもよいし、それらを積層したものを用いてもよいが、ISO5660−1に記載の燃焼試験を2分間行った後のアルミニウム板表面の70%以上の面積において、塗布した塗料が剥離あるいは白色化するものでなければならない。
エポキシ樹脂系塗料としては、エポキシ、変性エポキシ、タールエポキシ、エポキシエステル、ジアルキルアルカノールアミン付加工エポキシ樹脂等の単体や、それらにポリアミド、ポリアミン、ポリイソシアネート、アルキド樹脂、熱硬化性アクリル樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、フェノール樹脂、酸無水物ジシアンボノカルボン酸ヒドラジド等の硬化剤を加えて硬化したもの等が用いられるが、これらに限られるものではない。
塗料の塗布厚は、コーンカロリー燃焼試験時の表面温度の上昇を抑えるために1〜15μmであれば好ましく、5〜10μmであればさらに好ましい。
上述した塗料は難燃化されていてよい。難燃化されていない場合、複合板の難燃性を損なわないために、塗布される塗料の固形量は200g/m以下、特に100g/m以下とすることが好ましい。
また、上述した塗料には、加熱により気体を発生して体積が急激に膨張する添加剤が加えられてい。このような添加剤としては、例えば炭酸水素ナトリウムなどが挙げられるが、同じ機能を果たすものであればこれに限られるものではない。塗料の塗布性や表面平滑性を考えると、上記加熱により気体を発生する添加剤の添加量は、塗料全体に対して1質量%未満が好ましい。
アルミニウム板の厚みは0.2〜0.5mmであることが好ましい。アルミニウム板の厚みが0.2mm未満では、不燃性能試験において総発熱量の基準を満たすことが難しい上に、複合板の剛性も低くなる。アルミニウム板の厚みが0.5mmを超えると、複合板全体が重くなるので軽量性という利点が損なわれる。軽量で難燃性の高い複合板にするには、アルミニウム板の厚みは0.2〜0.4mmがより好ましく、0.25〜0.30mmがさらに好ましい。
樹脂発泡シートとアルミニウム板とは接着剤によって接着してもよいし、接着剤を用いずに熱融着してもよい。上記接着剤としては、エポキシ化合物系またはウレタン化合物(イソシアネート)系の接着剤等を使用することができるが、これらに限られるものではない。
塗料の塗装方法としては、アルミニウム板から塗料を剥離させやすくするために、アルミニウム板と塗料との接着性を極度に高めない塗装方法が望ましい。
また、加熱時に塗料を白化させる方法の一例として、色を出す塗料の下地にエポキシ系白色塗料等を塗っておく方法があるが、これに限られるものではない。
本発明において、アルミニウム板表面の塗料が剥離した部分と白色化した部分の面積は、例えば、加熱後取り出した試験体の該当部分をペン等で囲ってから、画像処理によって求めることができる。ここで白色とは、JIS−P8148で測定した白色度で50以上のものを指す。
本発明によれば、少量の難燃剤を含むポリオレフィン系樹脂発泡シートの両面にアルミニウム板を貼合し、軽量かつ難燃性の高い複合板を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明するが、本発明は下記例に限定されるものではない。図1は、本発明に係る難燃性複合板の一例を示す斜視図である。同図に示すように、複合板10は、難燃性ポリオレフィン系樹脂発泡シート12の両面に、アルミニウム板11を貼合することで構成されている。なお、アルミニウム板11の厚みは両面とも同じである必要はなく、異なっていてもよい。
次に、複合板10の製造方法の一例を図2に示す。ポリオレフィン系樹脂と難燃剤、および必要に応じて発泡剤と他の添加剤を押出機21のホッパー22に供給し、Tダイ23からポリオレフィン系樹脂発泡シート24を押出成形する。ガス発泡剤を使用する場合は、押出機21の側面に設けられたガス供給弁25からガスを注入してもよい。なお、押出機21としては単軸押出機、二軸押出機のいずれを用いることもできるし、両者を組み合わせてタンデム押出システムとしてもよい。発泡性を考慮すれば、タンデム押出システムを用いることが好ましい。続いて、押し出されたポリオレフィン系樹脂発泡シート24の表面をサイジングダイ26で平滑に成形する。サイジングダイの代わりにサイジングロールを用いてもよい。次に、接着剤塗布装置27にてポリオレフィン系樹脂発泡シート24の表面に接着剤を塗布し、アルミニウム板貼合装置28にてアルミニウム板を貼合し、得られた板を切断機29にて適当な長さに切断し、最終的な複合板10を得る。
上記に示した方法は連続的に複合板を得る方法であるが、アルミニウム板貼合装置28と切断機29との間で十分な距離が取れない場合は、切断時に接着剤が十分に乾いておらず、アルミニウム板と樹脂発泡シートが剥離する恐れがある。その場合は、図2においてサイジングダイ26を出た後の樹脂発泡シートを適当な長さに切断し、得られた樹脂発泡シートの両面に接着剤を塗布し、アルミニウム板を貼合した後、接着剤が乾くまで放置してから、必要な大きさに切断すればよい。
ポリオレフィン系樹脂シートに架橋を施す場合は、押出機21を出た直後に図に示されない電子線架橋装置にて架橋処理を行えばよい。化学架橋を施す場合は、ホッパー22にポリオレフィン系樹脂、難燃剤、発泡剤、他の添加剤等とともに架橋開始剤を供給し、Tダイ23を出た直後に図に示されない加熱炉を通して化学架橋させればよい。
なお、以上の製造方法は、本発明を実施するための一例であり、本発明を実現できる方法であれば、本発明の難燃性複合板の製造方法は上記記載に限定されるものではない。
以下に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
参考例1)
ポリプロピレン(出光石油化学社製:E203G、MFR=2.4g/10min(230℃;2.16kgf))82.5質量%と、ポリ燐酸アンモニウム系難燃剤(クラリアントジャパン社製:Exolit AP750)17.5質量%とからなる樹脂組成物100質量部に対して、タルク(日本タルク社製:タルクMG)1質量部を加えて発泡シート成形材料を調製した。押出機としてはタンデム押出システムを用い、1段目押出機としてφ40mm単軸押出機、2段目押出機としてφ65mm単軸押出機、ダイには幅400mmのTダイを用いた。1段目押出機のシリンダー温度を170℃〜220℃に、2段目押出機の設定温度を175℃〜220℃に、ダイ温度を173℃に設定した。
上記発泡シート成形材料を1段目押出機に供給し、Tダイより発泡樹脂をシート状に押し出した。このとき、発泡剤は1段目押出機の側面に設けられたガス供給弁から炭酸ガスを押出量に対して0.5質量%の割合で供給した。発泡樹脂をシート状に押し出した後、サイジングロールにてシートの表面を平滑に成形し、切断機にて1000mmの長さで切断した。これにより、密度0.30g/cm、厚み3.5mm、幅400mm、長さ1000mmのポリプロピレン樹脂発泡シートを得た。
得られたポリプロピレン樹脂発泡シートの両面に接着剤としてイソシアネート系ウレタン化合物を塗布し、表面に厚さ10μmの黒色ポリエステル樹脂系塗料を塗布したアルミニウム板(厚み0.27mm)を貼合した。こうしてポリプロピレン樹脂発泡シートの両面にアルミニウム板を貼合した複合板を得た。
得られた複合板を電気鋸で10cm角に切断し、ISO5660−1に従いコーンカロリー燃焼試験を2分間行ってから取り出し、アルミニウム板表面における塗料が剥離した部分と白色化した部分の面積の割合を求めた。次に、同じ複合板から切り出した10cm角の試験体についてISO5660−1に従いコーンカロリー燃焼試験を20分間行い、総発熱量、最大発熱速度を測定するとともに、複合板に防火上有害な穴等が開くかどうかを調査した。コーンカロリー燃焼試験装置にはコーンカロリーメータIII(株式会社東洋精機製作所製)を使用した。
参考例2)
樹脂および添加剤は参考例1と同様とし、アルミニウム板に塗布した塗料の種類のみを変更した。すなわち、厚み0.27mmのアルミニウム板の両面にブラウン色ポリエステル樹脂系塗料を厚さ17μmに塗布したものを使用し、参考例1と同様な製造方法で複合板を得た。得られた複合板について、参考例1と同様の方法でコーンカロリー燃焼試験を行った。
参考例3)
樹脂および添加剤は参考例1と同様とし、アルミニウム板に塗布した塗料の種類のみを変更した。すなわち、厚み0.27mmのアルミニウム板の両面に黒色フッ素樹脂系(フッ素樹脂70%、アクリル樹脂30%)塗料を厚さ10μmにを塗布したものを使用し、参考例1と同様な製造方法で複合板を得た。得られた複合板について、参考例1と同様の方法でコーンカロリー燃焼試験を行った。
(実施
樹脂および添加剤は参考例1と同様とし、アルミニウム板に塗布した塗料の種類のみを変更した。すなわち、厚み0.27mmのアルミニウム板の両面に黒色フッ素樹脂系(フッ素樹脂30%、アクリル樹脂70%)塗料に炭酸水素ナトリウム0.5%を加えた塗料を厚さ10μmに塗布したものを使用し、参考例1と同様な製造方法で複合板を得た。得られた複合板について、参考例1と同様の方法でコーンカロリー燃焼試験を行った。
(比較例1)
樹脂および添加剤は参考例1と同様とし、アルミニウム板に塗布した塗料の種類のみを変更した。すなわち、厚み0.27mmのアルミニウム板の両面に黒色フッ素樹脂系(フッ素樹脂30%、アクリル樹脂70%)塗料を厚さ10μmに塗布したものを使用し、参考例1と同様な製造方法で複合板を得た。得られた複合板について、参考例1と同様の方法でコーンカロリー燃焼試験を行った。
(比較例2)
樹脂および添加剤は参考例1と同様とし、アルミニウム板の厚さのみを変更した。すなわち、厚み0.18mmのアルミニウム板の両面に黒色ポリエステル樹脂系塗料を厚さ10μmに塗布したものを使用し、参考例1と同様な製造方法で複合板を得た。得られた複合板について、参考例1と同様の方法でコーンカロリー燃焼試験を行った。
参考例1〜3、実施例、比較例1〜2で得られた複合板について、2分間のコーンカロリー燃焼試験後に塗料が剥離または白色化した部分のアルミニウム板表面積に占める割合、20分間のコーンカロリー燃焼試験における総発熱量、最大発熱速度、不燃性能試験に合格するレベルかどうかを比較した。結果を表1に示す。
Figure 0004609854
表1の結果より、少量の難燃剤を含むポリオレフィン系樹脂発泡シートの両面に所定厚みのアルミニウム板を貼合した複合板においては、アルミニウム板の厚みが0.2mm以上で、かつ、ISO5660−1に記載の燃焼試験を2分間行った後のアルミニウム板表面の70%以上の面積において、アルミニウム板に塗布した塗料が剥離あるいは白色化しているものは、不燃性能試験に合格レベルであることがわかる。
本発明に係る難燃性複合板の一例を示す斜視図である。 本発明に係る難燃性複合板の製造方法の一例を示すフロー図である。
符号の説明
10 複合板
11 アルミニウム板
12 ポリオレフィン系樹脂発泡シート
21 押出機
22 ホッパー
23 Tダイ
24 ポリオレフィン系樹脂発泡シート
25 ガス供給弁
26 サイジングダイ(サイジングロール)
27 接着剤塗布装置
28 アルミニウム板貼合装置
29 切断機

Claims (5)

  1. 30質量%以上のポリオレフィン系樹脂および10〜30質量%の難燃剤を含む密度0.15〜0.5g/cm、厚み1.5mm以上の樹脂発泡シートと、前記樹脂発泡シートの両面に貼合された厚み0.2〜0.5mmのアルミニウム板とからなる複合板であって、前記アルミニウム板の樹脂発泡シートと接しない面には、加熱により気体を発生する添加剤を含有する塗料が塗布されており、前記複合板についてISO5660−1に記載の燃焼試験を2分間行った後の前記アルミニウム板の樹脂発泡シートと接しない面の70%以上の面積において、前記アルミニウム板に塗布した塗料が剥離または白色化することを特徴とする難燃性複合板。
  2. 前記難燃剤がポリ燐酸アンモニウム系難燃剤であることを特徴とする請求項1に記載の難燃性複合板。
  3. 前記ポリオレフィン系樹脂がポリプロピレンであることを特徴とする請求項1または2に記載の難燃性複合板。
  4. 前記樹脂発泡シートが押出発泡法で製造されたことを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の難燃性複合板。
  5. 前記押出発泡法の発泡剤が炭酸ガスであることを特徴とする請求項に記載の難燃性複合板。
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