JP5203351B2 - 構造化された表面を有する粒子 - Google Patents
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Description
[A1 zR1 pSiO(4-p-z)/2] (1)
[式中、
A1は、水素基又は30個までの炭素原子を含有し、かつ更にO、S、Si、Cl、F、Br、P又はN−原子から選択されるヘテロ原子を含有していてもよい炭化水素基を意味し、従って、A1は場合により自体が非置換の又は置換された官能基を意味していてもよく、
R1は、18個までの炭素原子を有するアルコキシ基又はアリールオキシ基、ヒドロキシ基又は水素を意味するか、又はA1とは無関係に、その意味を有することができ、
zとpは、それぞれ0、1、2又は3を意味する]
の繰り返し単位から構成される重縮合可能な、付加重合可能な、又は重合可能なシロキサンの少なくとも1つの重合生成物、又は
一般式(2)
(R2)4-n−Si−(OR3)n (2)
[式中、
nは、1、2、3又は4の値のうち1つの数を意味し、
R2は、1〜16個の炭素原子を有する線状又は分枝状アルキル基(その際、隣接しない炭素は、酸素原子と置換することもできる)、アリール基を意味するか、又はホスホン酸モノエステル基、ホスホン酸ジエステル基、ホスホン酸基、メタクリロイルオキシ基、アクリロイルオキシ基、ビニル基、メルカプト基、イソシアナト基(その際、イソシアナト基は、場合により化学反応に対して保護するために反応阻害されていてもよい)、ヒドロキシ基、ヒドロキシアルキル基、ビニル基、エポキシ基、グリシジルオキシ基、モルホリノ基、ピペラジノ基、1個以上の窒素原子を有する第一、第二又は第三級アミノ基(その際、窒素原子は水素又は一価の芳香族、脂肪族又は脂環式炭化水素基により置換されていてもよい)、カルボン酸基、無水カルボン酸基、アルデヒド基、ウレタン基、尿素基(その際、基R2は、ケイ素原子に直接結合しているか、又は1〜6個の炭素原子の炭素鎖により、ケイ素原子から離れていてもよい)から成るグループから選択される有機官能基であり、かつ
R3は、一価の線状又は分枝状の脂肪族又は脂環式炭化水素基であり、ここで、隣接しない炭素原子は、O、N、P、S、Cl、F、Br又はSiのようなヘテロ原子により置換されていてもよく、その際、該当するヘテロ原子の遊離原子価は、線状又は分枝状アルキル基により、又は水素原子により飽和されていてもよいか、又は一価の芳香族炭化水素基又は式−C(=O)−R3の基を意味し、その際、R3は、一価の線状又は分枝状脂肪族又は脂環式炭化水素基を意味するか、又は一価の芳香族炭化水素基を意味し、その際、選択されたシラン又は場合により選択された複数のシランは、加水分解されていない形、加水分解された形、又は加水分解かつ部分縮合された形、又は加水分解かつ縮合された形、又はこれらの形の混合物の形で存在できる]
の重縮合可能な、付加重合可能な、又は重合可能なシランの少なくとも1つの重合生成物
又は一般式(1)の繰り返し単位から成るこのような複数のシロキサン及び/又は式(2)のシランを有する重縮合可能な、付加重合可能な、又は重合可能な調製物の少なくとも1つの重合生成物と、
少なくとも1つの粒状固体を含有し、その際、粒状固体の平均粒度は、粒状固体なしのポリシロキサン粒子の平均粒度よりも小さい。
1.シロキサン又はシラン中に溶解しないか又は混合不可能な連続相、及び不連続なシロキサンもしくはシラン相(その際、細かい金属酸化物により不連続なシロキサンもしくはシラン相から連続したものを互いに分け、それ自体が第三の相を形成する)から成る3相混合物を製造し、
2.不連続相を縮合または重合し、これにより連続相は変化することが無い。
[A1 zR1 pSiO(4-p-z)/2] (1)
[式中、
A1は、水素基又は30個までの炭素原子を含有し、かつ更にO、S、Si、Cl、F、Br、P又はN−原子から選択されるヘテロ原子を含有していてもよい炭化水素基を意味し、従って、A1は場合により自体が非置換の又は置換された官能基を意味していてもよく、
R1は、18個までの炭素原子を有するアルコキシ基又はアリールオキシ基、ヒドロキシ基又は水素を意味するか、又はA1とは無関係に、その意味を有することができ、
zとpは、それぞれ0、1、2又は3を意味する]
のシロキサン、又は
又は一般式(2)
(R2)4-n−Si−(OR3)n (2)
[式中、
nは、1、2、3又は4の値のうち1つの数を意味し、
R2は、1〜16個の炭素原子を有する線状又は分枝状アルキル基(その際、隣接しない炭素原子は、酸素原子と置換することもできる)、又はアリール基を意味するか、又はホスホン酸モノエステル基、ホスホン酸ジエステル基、ホスホン酸基、メタクリロイルオキシ基、アクリロイルオキシ基、ビニル基、メルカプト基、イソシアナト基(その際、イソシアナト基は、場合により化学反応に対して保護するために反応阻害されていてもよい)、ヒドロキシ基、ヒドロキシアルキル基、ビニル基、エポキシ基、グリシジルオキシ基、モルホリノ基、ピペラジノ基、1個以上の窒素原子を有する第一、第二又は第三級アミノ基(その際、窒素原子は水素又は一価の芳香族、脂肪族又は脂環式炭化水素基により置換されていてもよい)、カルボン酸基、無水カルボン酸基、アルデヒド基、ウレタン基、尿素基(その際、基R2は、ケイ素原子に直接結合しているか、又は1〜6個の炭素原子の炭素鎖により、ケイ素原子から離れていてもよい)から成るグループから選択される有機官能基であり、かつ
R3は、一価の線状又は二価の脂肪族又は脂環式炭化水素基であり、ここで、隣接しない炭素原子は、O、N、P、S、Cl、F、Br又はSiのようなヘテロ原子により置換されていてもよく、その際、該当するヘテロ原子の遊離原子価は、線状又は分枝状アルキル基により、又は水素原子により飽和されていてもよいか、又は一価の芳香族炭化水素基又は式−C(=O)−R3の基を意味し、その際、R3は、一価の線状又は分枝状脂肪族又は脂環式炭化水素基を意味するか、又は一価の芳香族炭化水素基を意味し、その際、選択されたシラン又は場合により選択された複数のシランは、加水分解されていない形、加水分解された形又は加水分解かつ部分縮合した形、又は加水分解かつ縮合した形、又はこれらの形の混合物の形で存在できる]
の付加重合可能、重縮合可能な、又は重合可能な少なくとも1つのシラン、
又は一般式(1)の複数のシロキサン及び/又は式(2)のシランの調製物を含有する油相を、水性環境中の粒状固体で乳化することに特徴付けられる。
− 場合により、後で均質な相を作る媒体中の高濃度化した粒子分散液を装入し、その際、供給した体積は、必要な微細な金属酸化物粒子の全量を含有するように計量される。
− 分散相の全体積を、例えば高速撹拌機、高速ディソルバー又はローター・ステーター系を用いて、絶え間なく均質化しながらゆっくり供給し、
− 引き続き場合により、純粋な均質相の所望する残りの体積を、例えば、高速撹拌機、高速ディソルバー又はローター・ステーター系を用いて、絶え間なく均質化しながらゆっくり供給する。
− 分散相の全体積を装入する。
− 場合により、後で均質な相を作る媒体中の高濃度化した粒子分散液を、例えば高速撹拌機、高速ディソルバー又はローター・ステーター系を用いて、絶え間なく均質化しながらゆっくり装入し、その際、供給した体積は、必要な微細な金属酸化物粒子の全量を含有するように計量される。
− 引き続き場合により、純粋な均質相の所望する残りの体積を、例えば、高速撹拌機、高速ディソルバー又はローター・ステーター系を用いて、絶え間なく均質化しながらゆっくり供給する。
− 分散相の全体積を装入する。
− 場合により、後で均質な相を作る媒体中の高濃度化した粒子分散液を、例えば高速撹拌機、高速ディソルバー又はローター・ステーター系を用いて、絶え間なく均質化しながらゆっくり装入し、その際、供給した体積は、必要な微細な金属酸化物粒子と均質相の全量を含有するように計量される。
− 場合により、後で均質な相を作る媒体中の高濃度化した粒子分散液を装入し、その際、供給した体積は、必要な微細な金属酸化物粒子と均質相の全量を含有するように計量される。
− 例えば、高速撹拌機、高速ディソルバー又はローター・ステーター系を用いて、又はキャピラル乳化剤を用いて、絶え間なく均質化しながら分散相の全体積をゆっくり供給する。
− 場合により、後で均質な相を作る媒体中の高濃度化した粒子分散液を装入し、その際、供給した体積は、最大でも水で部分的に湿潤可能な必要な微細な金属酸化物粒子と均質相の全量及び分散相の全体積を含有するように計量される。
− 例えば、高速撹拌機、高速ディソルバー又はローター・ステーター系を用いて一緒に均質化する。
油相0.1質量%〜80質量%、有利には10質量%〜75質量%、特に有利には15質量%〜60質量%かつ特殊な実施態様では、20質量%〜50質量%の質量割合、かつ微細な金属酸化物粒子0.1質量%〜20質量%、有利には0.5質量%〜15質量%、特に有利には1質量%〜10質量%の質量割合、ならびに水10質量%〜99.8質量%の質量割合を有する上記の粒子安定化したピッカリング−エマルションは、僅かな剪断作用のもとで、例えばゆっくり作動するディソルバー、ローター・ステーター又はタービン型撹拌機を用いて、本発明による粒子が完全に内部架橋するまで撹拌するか又は適切な集成装置を用いて振盪することができる。
粒子−表面積Aは、粒子半径RのDs乗に比例する。質量のフラクタル次元は、小角散乱実験から得られる濃度I(Q)に対する散乱ベクトルQの両対数プロットから得ることができる。
− 電気伝導率と電気抵抗をコントロールする
− 調製物の流展特性をコントロールする
− 湿潤又は硬化したフィルムならびに対象物の光沢をコントロールする
− 汚れる傾向を低減する
− 風化耐性を高める
− 化学薬品耐性を高める
− 染料安定性を高める
− 白亜化の傾向を減少する
− 本発明による粒子を含有している調製物から得られる固形物又はフィルム上の付着摩擦及び滑り摩擦を減少又は増大する
− 本発明による粒子を含有している調製物中の気泡を安定化又は不安定化する
− 本発明による粒子を含有している調製物の基材への付着を改善する、その際、本発明による粒子を含有している調製物が前記基材の上に又は間に塗布されている
− 充填剤又は顔料架橋ならびに分散挙動をコントロールする
− 本発明による粒子を含有している調製物のレオロジー特性をコントロールする
− 機械特性、例えば、柔軟性、引掻耐性、弾性、延性、曲げ強さ、引裂挙動、反発弾性挙動、硬度、密度、引張強さ、圧力変形性、種々の温度の場合の挙動、膨張係数、耐摩耗性、ならびに熱伝導率、ガス透過性、水蒸気、熱気、化学物質、風化及び照射に対する耐性のような更なる特性をコントロールする、本発明による粒子を含有している調製物からえら得る固形物又はフィルムの特性をコントロールする、
− 電気特性、例えば、誘電損失係数、絶縁耐力、誘電率、トラッキング抵抗、アーク耐性、表面抵抗、誘電耐性のようなものをコントロールする
− 本発明による粒子を含有する調製物から得られる固形物又はフィルムの柔軟性、引掻耐性、弾性、延性、曲げ強さ、引裂挙動、反発弾性挙動、硬度、密度、引張強さ、圧力変形性、種々の温度での挙動。
図1と2には、透過電子顕微鏡による本発明の粒子の写真が示されている。
例1
a)水性ケイ酸分散液の製造
EP 1433749A1による200m2/gのBET比表面積を有する親水性ケイ酸出発物質(Wacker-Chemie GmbH社、ミュンヘンのHDK(R) N20の商標名で入手可能)とジメチルジクロロシランとの反応により得られる、残留シラノール含有量71%と炭素含有量0.95%を有する部分疎水化した熱分解法ケイ酸300gを、ディソルバーに少しずつ300〜600rpmで撹拌しながら脱イオン(VE−)水1000g中に入れた。この場合に、分散液のpHは、水性NaOHの供給により9〜9.5の範囲内に保持した。ケイ酸を完全に添加した後に、なお6000rpmで30分間後分散した。引き続き、得られた低粘性の分散液を5〜10ml/分の流量で、超音波フローセル(Hielscher社製;24kHz;400W)によりポンプ供給した。この結果、さらっとしたケイ酸分散液が生じた。
例1a)で記載した固体含有量23質量%を有するケイ酸分散液100gを、1000ml特殊鋼カップ中に装入した。水性HClの添加により、約4のpH値に調節した。高粘性の懸濁液に、ウルトラテュラックス(Ultra Turrax)と水冷を用いて10000rpmで撹拌しながら、約15分の時間にわたり、分子量Mw=1200と約30質量%のメトキシ基含有量を有するメチルトリメトキシシランからのメトキシ基含有オリゴマー縮合生成物300gをゆっくり供給した。この場合に、混合物の温度は60℃を上回らないように上昇させた。引き続き、この高粘性の安定した材料に、脱イオン水220gを同様に10000rpmで、5分間の時間にわたり添加した。この場合に、混合物の温度は60℃を上回らないように上昇させた。さらっとしたO/W白色エマルションが生じた。
例1b)で記載したピッカリングエマルション500gに、p−トルエンスルホン酸3gを撹拌しながら添加した。反応混合物を1000rpmで3時間、50〜60℃の温度でディソルバー(Getzmann社製)を用いて撹拌した。さらっとした白色分散液が生じた。それらの分析データは表1にまとめられている。
2.1 含浸及び被覆用の本発明による粒子を含有している調製物の製造
a)例1で記載したような方法により製造された本発明による粒子の20質量%水性分散液を特殊鋼ビーカーに装入した。ディソルバーで撹拌しながら(4500rpm)、カルボキシ官能性でアンモニアで中和したポリアクリレートの20質量%水性分散液を添加した。ポリアクリレートは、これが自己乳化するように調節し、その際、分散安定性を高めるために、固体含有量に対してドデシル硫酸ナトリウム0.2質量%を添加した。ポリアクリレートの粒子サイズは、100nmを下回るまで調節した。ポリアクリレート分散液を添加した直後に、粘度が著しく増大した。ブレードにより塗布可能なさらっとした調製物を得るために、使用可能な粘度まで水で希釈した。全体の工程は20分間続いた。全体の時間の際に、一定の速度でディソルバーを用いて撹拌した。粒子分散液とポリアクリレート分散液の量の比は、ポリアクリレート分散液の固形物1部に対して、粒子分散液の固形物5部となるように選択した。
a)鉱物基材の含浸とガラス上での被覆:
例2.1のa)〜g)からの調製物を20μmスパイラルブレードを用いて、それぞれ石灰砂岩、繊維セメントプレート及びガラスプレートの上に塗布した。乾燥は、23℃にて、60%相対大気湿度で4時間行った。ガラスプレート上で乾燥した層厚を決定した。これは、それぞれの調製物の濃度に応じて、5〜8μmの間であった。リフトを用いてガラスプレート上で接触角の測定を実施した。以下の値が得られた:
Claims (20)
- 一般式(1)
[A1 zR1 pSiO(4-p-z)/2] (1)
[式中、
A1は、水素基又は30個までの炭素原子を含有し、かつ更にO、S、Si、Cl、F、Br、P又はN−原子から選択されるヘテロ原子を含有していてもよい炭化水素基を意味し、従って、A1は官能基を意味していてもよく、
R1は、18個までの炭素原子を有するアルコキシ基又はアリールオキシ基、ヒドロキシ基又は水素を意味するか、又はA1とは無関係に、その意味を有することができ、
zとpは、それぞれ0、1、2又は3の値を意味するが、ただし、p+z<4である]
の繰り返し単位から構成される付加重合可能、重縮合可能な、又は重合可能なシロキサンの少なくとも1つの重合生成物及び/又は
一般式(2)
(R2)4-n−Si−(OR3)n (2)
[式中、
nは、1、2、3又は4の値のうち1つの数を意味し、
R2は、1〜16個の炭素原子を有する線状又は分枝状アルキル基(その際、隣接しない炭素原子は、酸素原子と置換することもできる)、又はアリール基を意味するか、又はホスホン酸モノエステル基、ホスホン酸ジエステル基、ホスホン酸基、メタクリロイルオキシ基、アクリロイルオキシ基、ビニル基、メルカプト基、イソシアナト基(その際、イソシアナト基は、化学反応に対して保護するために反応阻害されていてもよい)、ヒドロキシ基、ヒドロキシアルキル基、ビニル基、エポキシ基、グリシジルオキシ基、モルホリノ基、ピペラジノ基、1個以上の窒素原子を有する第一、第二又は第三級アミノ基(その際、窒素原子は水素又は一価の芳香族、脂肪族又は脂環式炭化水素基により置換されていてもよい)、カルボン酸基、無水カルボン酸基、アルデヒド基、ウレタン基、尿素基(その際、基R2は、ケイ素原子に直接結合しているか、又は1〜6個の炭素原子の炭素鎖により、ケイ素原子から離れていてもよい)から成るグループから選択される有機官能基であり、かつ
R3は、一価の線状又は分枝状の脂肪族又は脂環式炭化水素基であり、ここで、隣接しない炭素原子は、O、N、P、S、Cl、F、Br又はSiのようなヘテロ原子により置換されていてもよく、その際、該当するヘテロ原子の遊離原子価は、線状又は分枝状アルキル基により、又は水素原子により飽和されていてもよいか、又は一価の芳香族炭化水素基又は式−C(=O)−R3の基を意味し、その際、R3は、一価の線状又は分枝状脂肪族又は脂環式炭化水素基を意味するか、又は一価の芳香族炭化水素基を意味し、その際、選択されたシラン又は選択された複数のシランは、加水分解されていない形、加水分解された形、又は加水分解かつ部分縮合された形、又は加水分解かつ縮合された形、又はこれらの形の混合物の形で存在できる]
の付加重合可能、縮合可能な、又は重合可能なシランの付加重合生成物、縮合生成物又は重合生成物、又は
一般式(1)の繰り返し単位から成るこのような複数のシロキサン及び/又は式(2)のシランの調製物の付加重合生成物、縮合生成物又は重合生成物と、少なくとも1つの粒状固体を含有する粒子であって、その際、前記粒状固体は、シリル化された熱分解法ケイ酸であり、前記粒状固体の平均粒度は、粒状固体なしのポリマー粒子の平均粒度よりも小さく、前記粒状固体は、前記ポリマー粒子の表面に結合しており、
かつ前記粒子の分散液は、分散助剤、保護コロイド又は界面活性剤を含有しないことを特徴とする粒子。 - 一般式(1)の繰り返し単位は、少なくとも1質量%、しかし60質量%以下の基R1を含有する、請求項1に記載の粒子。
- R1は、メトキシ基又はエトキシ基を意味する、請求項1に記載の粒子。
- シランはアルキルアルコキシシランである、請求項1に記載の粒子。
- アルキルアルコキシシランは、1個、2個又は3個のアルコキシ基を有するアルキルアルコキシシランであり、その際、アルキル基は線状又は分枝状のC1〜C18−アルキル基である、請求項4に記載の粒子。
- アルキル基は、メチル、エチル、n−プロピル又はイソオクチル基であり、かつアルコキシ基は、メトキシ基又はエトキシ基である、請求項5に記載の粒子。
- シリル化された熱分解法ケイ酸は、70未満のメタノール数を有する、請求項1から6までのいずれか1項に記載の粒子。
- 粒子は、0.5μm〜500μmの平均直径を有する、請求項1から7までのいずれか1項に記載の粒子。
- 一般式(1)
[A1 zR1 pSiO(4-p-z)/2] (1)
[式中、
A1は、水素基又は30個までの炭素原子を含有し、かつ更にO、S、Si、Cl、F、Br、P又はN−原子から選択されるヘテロ原子を含有していてもよい炭化水素基を意味し、従って、A1は官能基を意味していてもよく、
R1は、18個までの炭素原子を有するアルコキシ基又はアリールオキシ基、ヒドロキシ基又は水素を意味するか、又はA1とは無関係に、その意味を有することができ、
zとpは、それぞれ0、1、2又は3の値を意味するが、ただしp+z<4である]
の付加重合可能、重縮合可能な、又は重合可能な少なくとも1つのシロキサン、又は
一般式(2)
(R2)4-n−Si−(OR3)n (2)
[式中、
nは、1、2、3又は4の値のうち1つの数を意味し、
R2は、1〜16個の炭素原子を有する線状又は分枝状アルキル基(その際、隣接しない炭素原子は、酸素原子と置換することもできる)、又はアリール基を意味するか、又はホスホン酸モノエステル基、ホスホン酸ジエステル基、ホスホン酸基、メタクリロイルオキシ基、アクリロイルオキシ基、ビニル基、メルカプト基、イソシアナト基(その際、イソシアナト基は、化学反応に対して保護するために反応阻害されていてもよい)、ヒドロキシ基、ヒドロキシアルキル基、ビニル基、エポキシ基、グリシジルオキシ基、モルホリノ基、ピペラジノ基、1個以上の窒素原子を有する第一、第二又は第三級アミノ基(その際、窒素原子は水素又は一価の芳香族、脂肪族又は脂環式炭化水素基により置換されていてもよい)、カルボン酸基、無水カルボン酸基、アルデヒド基、ウレタン基、尿素基(その際、基R2は、ケイ素原子に直接結合しているか、又は1〜6個の炭素原子の炭素鎖により、ケイ素原子から離れていてもよい)から成るグループから選択される有機官能基であり、かつ
R3は、一価の線状又は分枝状の脂肪族又は脂環式炭化水素基であり、ここで、隣接しない炭素原子は、O、N、P、S、Cl、F、Br又はSiのようなヘテロ原子により置換されていてもよく、その際、該当するヘテロ原子の遊離原子価は、線状又は分枝状アルキル基により、又は水素原子により飽和されていてもよいか、又は一価の芳香族炭化水素基又は式−C(=O)−R3の基を意味し、その際、R3は、一価の線状又は分枝状脂肪族又は脂環式炭化水素基を意味するか、又は一価の芳香族炭化水素基を意味し、その際、選択されたシラン又は選択された複数のシランは、加水分解されていない形、加水分解された形、又は加水分解かつ部分縮合された形、又は加水分解かつ縮合された形、又はこれらの形の混合物の形で存在できる]
の付加重合可能、重縮合可能な、又は重合可能な少なくとも1つのシラン、
又はこのような複数の一般式(1)のシロキサン及び/又は式(2)のシランの調製物を含有する油相を、水性環境中の粒状固体で乳化し、その際、前記粒状固体は、シリル化された熱分解法ケイ酸であることを特徴とする、粒子の製法。 - 乳化に使用される分散液中の粒状固体の質量割合は、全体のエマルションに対して、1〜80質量%の間である、請求項9に記載の粒子の製法。
- エマルション中、油相の質量割合は全体のエマルションに対して0.1質量%〜80質量%であり、かつ粒状固体の質量割合は0.1質量%〜20質量%であり、かつ水の質量割合は10質量%〜99.8質量%である、請求項9又は10に記載の粒子の製法。
- 一般式(1)の付加重合可能、重縮合可能な、又は重合可能なシロキサン、又は一般式(2)の付加重合可能、重縮合可能な、又は重合可能なシランを含有する油相を重合し、かつ架橋する、請求項9から11までのいずれか1項に記載の粒子の製法。
- 請求項1から8までのいずれか1項に記載の粒子、又は請求項9から12までのいずれか1項に記載の方法により製造された粒子が含有されている組成物。
- 請求項1から8までのいずれか1項に記載の粒子、又は請求項9から12までのいずれか1項に記載の方法により製造された粒子を有する表面被覆。
- 請求項1から8までのいずれか1項に記載の粒子、又は請求項9から12までのいずれか1項に記載の方法により製造された粒子を有する成形品。
- 水に対して空気中で測定して90゜よりも大きな接触角を有し、疎水性である、請求項14に記載の表面被覆。
- 水に対して空気中で測定して90゜よりも大きな接触角を有し、疎水性である、請求項15に記載の成形品。
- 請求項1から8までのいずれか1項に記載の粒子、又は請求項9から12までのいずれか1項に記載の方法により製造された粒子を有する繊維材料。
- 請求項1から8までのいずれか1項に記載の粒子、又は請求項9から12までのいずれか1項に記載の方法により製造された粒子を有する繊維性形成物。
- 請求項1から8までのいずれか1項に記載の粒子、又は請求項9から12までのいずれか1項に記載の方法により製造された粒子を有する建築物の被覆。
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