JP5209961B2 - 木質系被覆層形成用組成物及び木質系成形品 - Google Patents

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Description

本発明は、外面に木質感を備える被覆層を形成する組成物、及び外面に木質感が備えられた木質系成形品に関するものである。
熱成形による被覆や塗装によって外面に木質感を備えさせる組成物、又は木質感が備えられた成形品は種々のものが開示されてきており、熱成形によるものとしては、成形品の外表面をなす表面層と、その表面層の内部を形成する内部層とを備えて形成される成形品であって、内部層は、天然木の物理的性質のうち少なくとも質量が近似する樹脂を押し出して成形した内部樹脂層を備え、表面層は、セルロース材を粉砕して得た粉砕粉を磨砕処理して嵩比重を高めた粉粒とし、この粉粒の外周面に、該粉粒よりも小径でかつ硬い表面粒を固定させて固定粒とし、この固定粒に樹脂および顔料を混合しかつ融解させて成形したものであって、内部樹脂層の外側に固定して形成した木質様製品が開示されている(例えば特許文献1)。
また塗装によるものとしては、塗料中にシリカゲルおよび/または木粉を混入した塗料、及びそれを用いて塗装を行った建築用板が開示されている(例えば特許文献2)。
日本国特開平8−207111号公報 日本国特開2003−128999号公報
しかしながら、特許文献1及び2に記載のような従来の木質系成形品では、長期に亘る使用において、被覆層の一部にキズが入る等すると、キズの部分から剥離が速やかに進行し、長期の使用において被覆層が被覆の対象物から剥離する恐れが懸念されるものであった。
本発明は上記の如き課題に鑑みてなされたものであり、長期に亘る使用においても剥離しにくい被覆層を得ることができる木質系被覆層形成用組成物、及び長期に亘る使用においても被覆層が被覆の対象物から剥離しにくい木質系成形品を提供せんとするものである。
上記目的を達成するため、本発明は以下のような構成としている。すなわち、本発明の木質系成形品は、基材の上に被覆層が設けられ、該被覆層により表面に木質感が備えられた成形品であって、前記基材がアルミニウム基材であり、前記被覆層は、エチレン−アクリル酸共重合体を用いて形成されたベース樹脂に木粉が配合されている木質系被覆層形成用組成物を熱成形することにより、前記基材の外面に直接形成されていることを特徴とするものである。
本発明の木質系成形品によれば、ベース樹脂にエチレンアクリル酸との共重合体が用いられていることで、被覆の対象物に対して高い接着性を得ることができ、また、木質系被覆層形成用組成物に木粉が配合されていることで、形成された被覆層表面には木質感が備えられると共に、木粉とベース樹脂とに相溶性がないことで、被覆層を形成した場合に被覆層での凝集破壊が起こりやすくなることで、長期に亘る使用においても剥離しにくい被覆層を得ることができる。
また前記ベース樹脂は、粉体状物となされ、該粉体状物に木粉が配合されれば、木粉を加工することを少なくしてベース樹脂に木粉を配合することができるようになり、また流動性が具備されて、様々な形状の被覆の対象物の外面に適用することが容易となり好ましい。
本発明に係わる木質系成形品によれば、ベース樹脂により被覆の対象物に対して高い接着性を得られ、また木粉が配合されていることで、被覆層表面には木質感が備えられると共に、木粉とベース樹脂とに相溶性がないことで、被覆層での凝集破壊が起こりやすくなることで、長期に亘る使用においても被覆層は被覆の対象物から剥離しにくいものとなり得る。
また、前記木質系成形品において、前記被覆層は、前記木質系被覆層形成用組成物を熱成形することで形成されたものであれば、種々の形状を備えた基材の上に被覆層を容易に設けることができ、またベース樹脂の接着性を発現させることも容易とな
また、前記木質系成形品において、前記被覆層は、表面がサンディング加工されていれば、視覚による風合いが高められると共に、木粉の露出面積が増えて触覚による風合いも高められ、より一層木質感を高めることに繋がり好ましい。
本発明に係わる木質系成形品によれば、ベース樹脂にエチレンアクリル酸との共重合体が用いられていることで、被覆の対象物に対して高い接着性を得ることができ、また、木質系被覆層形成用組成物に木粉が配合されていることで、形成された被覆層表面には木質感が備えられると共に、木粉とベース樹脂とに相溶性がないことで、被覆層を形成した場合に被覆層での凝集破壊が起こりやすくなることで、長期に亘る使用においても剥離しにくい被覆層を得ることができる。
また本発明に係わる木質系成形品によれば、ベース樹脂により被覆の対象物に対して高い接着性を得られ、また木粉が配合されていることで、被覆層表面には木質感が備えられると共に、木粉とベース樹脂とに相溶性がないことで、被覆層での凝集破壊が起こりやすくなることで、長期に亘る使用においても被覆層は被覆の対象物から剥離しにくいものとなり得る。
本発明に係わる木質系成形体の、実施の一形態を示す説明図である。 本発明に係わる木質系被覆層形成用組成物の、熱成形による適用方法の例を示す説明図である。 本発明に係わる木質系成形体の、他の実施形態を示す説明図である。 図3に示した木質系成形品の、隅部の詳細を示す縦断面図である。 本発明に係わる木質系成形体の、更に他の実施形態を示す斜視図である。 本発明に係わる木質系成形体を用いた製品の一例を示す斜視図である。
符号の説明
1 被覆層
11 ベース樹脂
12 木粉
2 基材
10 木質系成形品
A 木質系被覆層形成用組成物
本発明に係わる最良の実施の形態について、図面に基づき以下に具体的に説明する。
図1は、本発明に係わる木質系成形品の、第一の実施形態を示すもので、(a)は全体を示す斜視図、(b)は被覆層の詳細を示す断面図である。まず(a)において、デッキ材10は基材2の全周に亘って被覆層1が設けられて形成され、断面の短手方向βは138mm、厚み方向γは45mmである。基材2は一体のアルミニウム押出形材からなり、その断面は中空部21を厚み方向γに横断してリブ22が短手方向βの途中に一枚設けられており、かかる断面が長手方向αに延設されていることで、断面矩形で一枚のリブ22が長手方向αに備えられることで中空部21が二つに分割された角パイプ状の基材2が形成されている。基材2の中空部21にリブ22が設けられることで断面二次モーメントが高められ、またアルミニウム押出形材を用いることで長手方向αに同一断面を備えた基材2を容易に得ることができる。基材2の下側内面には凸部23が設けられ、デッキ材10への根太材への取付時のビス固定を強固に行うことができるようになされている。
かかるアルミニウム押出形材からなる基材2の外面に直接被覆層1が、押出被覆成形により形成されている。(b)において、エチレン−アクリル酸共重合体であるベース樹脂11中に、ベイツガを粉砕して得られた80メッシュの木粉12が略均一に分散され、被覆層1の表面はサンディング加工されることで粗面となされている。ベース樹脂11がエチレン−アクリル酸共重合体であることで、アルミニウムである基材2と高い接着性が得られている。またベース樹脂11と木粉12とは、接着はしているものの相溶はしていないため、被覆層1に外力が加わった場合に応力は被覆層1と基材2との界面に集中せず、ベース樹脂11と木粉12との界面にも分散されることから、被覆層1に基材2に達するようなキズが生じても、そのキズから速やかな剥離が進行するのを防止でき、更に飛砂や温度変化に伴う膨張収縮等の外力がかかった場合にも、被覆層1と基材2との界面で剥離せず、ベース樹脂11と木粉12との界面で破壊するようにできることから、被覆層1の剥離や破壊が急激に進むことがなく、長期に亘って被覆層1による被覆状態を維持することができ得る。
ベース樹脂11に用いられるα−オレフィンと不飽和カルボン酸の共重合体は、α−オレフィンによって樹脂としての骨格が確保されて耐久性、安定性等が備えられ、不飽和カルボン酸によって基材や木粉への接着性が具備されるα‐オレフィン成分はエチレンである。
不飽和カルボン酸としてはアクリル酸用いる不飽和カルボン酸成分の占める割合は、必要とされる接着力と耐久性等との兼ね合いに応じて適宜設定してよいが、一般には総モル数を基準として約1%から約35%のカルボン酸成分、更には約2%から約20%のカルボン酸成分とするのが好適である。
前記α‐オレフィン成分としてエチレンを用い不飽和カルボン酸としてアクリル酸が用いられているすなわち、ベース樹脂は、エチレン−アクリル酸共重合体である
このエチレン−アクリル酸共重合体樹脂は、アルミニウムなどの基材との接着力に優れており、エチレン−アクリル酸共重合体樹脂をベース樹脂に用いることで木粉を高充填させた場合でもアルミニウムなどへの接着力に優れた木質系被覆層形成用組成物を得ることができる。しかも、エチレン−アクリル酸共重合体樹脂は、柔軟性を有し木粉に対する接着力にも優れることから木質系被覆層形成用組成物を被覆層に用いた木質系成形品の被覆層厚さ方向への収縮による被覆層の割れの発生を抑制させる効果を有すると共に表面に擦過傷などが発生することを抑制させる効果も奏する。
さらに、エチレン−アクリル酸共重合体樹脂は、木粉に対する接着力に優れることから木質系被覆層形成用組成物やこの木質系被覆層形成用組成物が被覆層に用いられた木質系成形品の表面に木粉が裸出してしまうことが防止できる。すなわち、エチレン−アクリル酸共重合体樹脂を用いることで木粉の表面が樹脂で被覆され易くなり木粉の劣化を防止できるばかりでなく、木質系被覆層形成用組成物自体や木質系成形品を耐候性、耐水性、耐薬品性に優れたものとさせ得る。
しかも、エチレン−アクリル酸共重合体樹脂は、カルボキシル基が導入されているために表面に配向されたカルボキシル基や該カルボキシル基に結合された水分の作用により、しっとりした手触りがあり、木粉の木質感と相俟ってあたかも生きている木肌にふれるよな感触を得ることができる。
このような、アルミニウムや木粉に対する優れた接着性を有する点においてエチレン−アクリル酸共重合体樹脂におけるアクリル酸の含有量は、重量で5〜10%であることが好ましく、6〜9%であることがさらに好ましい。
このエチレン−アクリル酸共重合体樹脂におけるアクリル酸の含有量は、IR法により求めることができ、例えば、アクリル酸の含有量が既知の試料とともにFT−IRによる測定を行って、主鎖に帰属の吸光度と、アクリル基に帰属の吸光度とを測定してアクリル酸の含有量と吸光度との相関関係を示す検量線を作成して求めることができる。
また、このエチレン−アクリル酸共重合体樹脂は、木質系成形品の被覆層の形成に用いられた場合に表面に適度な質感を与えつつ傷つき防止をさせ得る点において、デュロメータ硬さ(ショアD)が45〜55のものが好ましく、特に49〜51のものが好ましい。しかも、引張り強さが20MPa以上で、引張り破断伸びが500%以上であることが好ましい。このデュロメータ硬さは、JIS K 7115に基づき測定することができ、引張り強さおよび引張り破断伸びは、JIS K 7113に基づき測定することができる。
さらに、木粉と混合されて木質系被覆層形成用組成物とされたときに、押出し成形での加工温度が高温となることを防止して木粉を変質させたりするおそれを低減しつつ適度な流れ性で基材上に押出し加工させ得る点において、融点100℃以下で、メルトフローレートが3〜25g/10minであることが好ましく、このメルトフローレートは、3〜7g/10minであることがさらに好ましく、4〜6g/10minであることが特に好ましい。
この融点については、一般に用いられている示差走査熱量分析装置を用いて測定することができ、例えば、5mg程度の試料を窒素雰囲気下において昇温速度10℃/minで測定したときの相転移にともなう吸熱ピークのピーク値を測定することにより求めることができる。
また、メルトフローレートはJIS K 7210に基づき測定することができる。
木粉12は、スギ、ヒノキ、ベイツガ等の、端材、廃材を粉砕したもの、おが屑等がよく用いられ、その粒径は10〜500メッシュのものを用いることができるが、より好適なのは60〜100メッシュ程度である。
ベース樹脂と木粉とを併せた木質系被覆層形成用組成物において、木粉の量は被覆の対象物への接着性と木質感の兼ね合いにより適宜の量を配合してよいが、好ましくは10〜80重量%であり、更には20〜50重量%が好適である。
上記のように、ベース樹脂をエチレン−アクリル酸共重合体樹脂とした場合には、木粉の受容量が多いことから、ポリエチレンなどの樹脂をベース樹脂にする場合に比べて大量の木粉を配合させることができ、例えば、エチレン−アクリル酸共重合体樹脂100重量部に対して、木粉を100重量部以上配合させることも可能である。
このことにより、実際、基材上に形成される被覆層の木粉の含有量よりも多くの木粉を含有させた木質系被覆層形成用組成物を作製し、いわゆる、ドライブレンドにより所望の木粉含有量の被覆層を形成することができる。
例えば、基材上に被覆層を押出しラミネートする際に、エチレン−アクリル酸共重合体樹脂単体のペレットと、木粉が高充填されたペレットとをリボンブレンダーなどにより混合してホッパーに投入し、押出機中にて溶融混合させて基材上にラミネートすることができる。このことにより、製造する木質系成形品ごとに木質系被覆層形成用組成物を在庫しておく必要もなくなり、材料の在庫量を削減しつつも多品種少量製品に対応することができて、木質系成形品をより安価に製造させることができる。
ベース樹脂に木粉を配合するにおいては、ベース樹脂が加熱されて溶融している状態で木粉を配合し、ミキサーや二軸押出機等により混練し、造粒原料やペレット、若しくはそれらを更に粉砕した粉状体としてもよいが、ベース樹脂を予め粉状体としたものに木粉を配合することで、ベース樹脂の粉砕、摩砕の際に単一成分で行うことで粒径が揃え易くなり、またベース樹脂と木粉とを混練する必要がなく、簡便に形成することができるようになり好ましい。この場合、粉状体であるベース樹脂の粒径は木粉の粒径と近似させておくのがベース樹脂中での木粉の均一な分散性を高める上で好ましく、木粉の平均粒径に対してベース樹脂の粒径が50〜200%程度の範囲で分布されるのが好ましい。
また、木質系被覆層形成用組成物には、可塑剤、安定剤、充填剤、発泡剤、発泡助剤、紫外線吸収剤、顔料、帯電防止剤等を必要に応じて配合してもよい。
図2は、本発明に係わる木質系被覆層形成用組成物の、熱成形による適用方法の例を示す説明図である。まず(a)は押出被覆成形によるもので、金属製の基材2が引き取り機T1によって牽引され、予熱炉Yで予熱された後、押出機Eで被覆層1が一体に被覆成形される。ここで押出機Eに対しては、ホッパーH内に投入された粉体状の木質系被覆層形成用組成物Aが供給され、押出機E内でこの木質系被覆層形成用組成物Aが溶融されることで基材2上に被覆層1がラミネートされる。押出機Eにより長手方向に連続的に形成された木質系成形品10は、引き取り機T2により牽引されつつ、サイジングSにより外形が整えられ、冷却槽Cによって冷却固化され、カッターKで所定長さに切断されて製品となされる。
このとき被覆層1は樹脂材料に対する相溶性がない木粉がエチレン−アクリル酸共重合体樹脂に含有されてなる木質系被覆層形成用組成物により形成されていることから、切断端面において凝集破壊が起こりやすくなり、基材2との界面剥離が抑制される。
この切断端面やドリルなどによる開口端部などの加工端部で界面剥離が発生すると、その端部の剥離を起点として内部方向への剥離が派生しやすくなり、基材と被覆層との間に大きな剥離を発生させ易く、場合によっては、通水などが起こって基材の腐食を発生させるおそれも有することとなる。しかし、上記のような木質系成形品においては加工端部で凝集破壊が生じることにより界面剥離が抑制されることから木質系成形品に製造当初の優れた美観を長期間に亘り維持させ得ると共に腐食などを抑制させて木質系成形品に長期耐久性を付与させ得る。
押出被覆成形においては、木質系被覆層形成用組成物Aの形状や大きさは特に限定されるものではなく、押出機Eによって被覆可能なものであれば、粉状体、ペレット、造粒片等の形状のものを適宜用いることができる。
また前記被覆層は、−20℃と80℃のヒートサイクル試験5サイクルにおける木質系成形品1m当たりの収縮量が0.5mm以内となされ、且つ金属製の平滑な基材から界面はく離させることができるようになされていれば、温度変化の厳しい条件下での使用でも被覆層が収縮して端部から基材が露出することをなくすることができ、また廃棄する際にも基材と被覆層とを分離してリサイクルを容易とすることができ好ましい。
基材に金属材料が用いられて、被覆層としてエチレン−アクリル酸共重合体樹脂がベースに用いられた木質系被覆層形成用組成物が基材に押出しラミネートされる場合にこのように基材と被覆層とを分離してリサイクルを容易にさせ得る点において、この基材となる金属材料の表面温度を木質系被覆層形成用組成物のベースに用いられているエチレン−アクリル酸共重合体樹脂の融点に対して−30〜+10℃となる温度に予熱して押出しラミネートすることが好ましく、また、押出し条件としては、引き落とし比が約1.0であることが好ましい。
(b)は流動浸漬によるもので、金属製の線材を縦横に溶接して形成したメッシュパネルである基材2がハンガーGに懸垂され、基材2は予熱された状態となされている。流動槽R内には粉体状の木質系被覆層形成用組成物Aが充填され、木質系被覆層形成用組成物Aには下方から熱風が吹き込まれていることで、木質系被覆層形成用組成物Aがある程度の高温に保持されると共に粉状体が浮遊に近い状態となされている。この木質系被覆層形成用組成物Aに基材2が浸漬されることで、基材2の表面に木質系被覆層形成用組成物Aが略均一に付着し、その付着した状態で、ベース樹脂が溶融でき且つ木粉が焦げない程度の温度で加熱して焼き付けを行うことで、ベース樹脂が溶融状態となってレベリングがなされ、基材2上に平滑で均一な被覆層を得ることができる。例えばベース樹脂にエチレン−アクリル酸共重合体を用い、ベイツガの木粉を配合した場合、好適な焼き付け温度は200〜280℃程度である。
流動浸漬によって基材2の表面に被覆層を形成する場合は、メッシュパネルのみならず、擬宝珠、ドアノブ、各種の取付金具等、とりわけ複雑な外形を備えた基材に好適に適用することができる。また流動浸漬を行うにおいては、上述の如くベース樹脂と木粉との粒径を近似させておくのが好ましく、ベース樹脂、木粉共に10〜1000μmの粒径、好ましくは50〜500μm程度の粒径のものを好適に用いることができる。
図3は、本発明に係わる木質系成形体の、他の実施形態を示す説明図である。木質系成形体10Aは、基材2の全周に亘って被覆層1が設けられて形成されており、図1に示した実施形態と同様に、被覆層1はエチレン−アクリル酸共重合体であるベース樹脂にベイツガを粉砕して得た80メッシュの木粉が配合されて形成されたもので、基材2はアルミニウム押出形材からなるものである。木質系成形体10Aの、断面の左右方向β及び上下方向γはいずれも100mmとなされ、中空部21の断面四方の内面の中央付近には凸部23が設けられてビス固定を強固に行うことができるようになされ、また断面四隅内面にはキャップ等の取り付けを容易とするためのビス孔24が各々設けられている。
図4は、木質系成形体10Aの隅部分の詳細を示す縦断面図である。被覆層1は平滑な金属製の基材2に直接形成され、その厚みは2mmである。基材2の外面にはR溝25が形成され、このR溝25に被覆層1が入り込むことで、長さ方向αへの収縮を更に抑制することができる。
図5は、本発明に係わる木質系成形体の、更に他の実施形態を示す斜視図である。木質系成形体10Bは、図1及び図3と同様に基材2の外面に直接被覆層1が形成されている。木質系成形体10Bの断面の長手方向は60mm、短手方向は40mmとなされたものである。
図6は、木質系成形品10A及び10Bを用いた製品の一例を示す斜視図である。木質系成形品10Aが地表面から立設されて支柱となされ、複数立設された支柱である木質系成形品10A間に、複数段木質系成形品10Bが差し渡されてビーム材となされることで防護柵Gが形成されているものである。
以下、実施例および比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例1)
表1の配合により実施例1の木質系被覆層形成用組成物ペレットを作製した。
Figure 0005209961

なお、エチレン−アクリル酸共重合体樹脂には、アクリル含有量7重量%、融点98℃、メルトフローレート5g/10min、デュロメータ硬さ(ショアD)50のものを用いた。
また木粉としては、ベイツガを粉砕・磨砕した80メッシュパスのものを用いた。
さらに、炭酸カルシウムとしては、平均粒径約2.0μmのものを用いた。
実施例1の木質系被覆層形成用組成物を、押出機を用いて約170℃の樹脂温度でアルミニウム基材上に押出しラミネートしたものを1mに切断し木質系成形品の製造を実施した。
この木質系成形品は、外観良好で、質感にも優れていた。しかも、基材と被覆層との密着性も良好であった。さらに、−20℃×3h/80℃×3hのヒートサイクル試験を30サイクル実施しても実用上問題となるような被覆層の剥離や収縮も観察されなかった。
また、端部における収縮(基材端部と被覆層端部との差)も1mm未満であり、アルミニウム基材の表面温度を−30〜+10℃となる温度に予熱したものは前記収縮が0.5mm未満であり、特に優れていることが確認された。
(実施例2)
表2の配合により実施例2の木質系被覆層形成用組成物ペレットを作製した。
Figure 0005209961

なお、エチレン−アクリル酸共重合体樹脂には、アクリル含有量7重量%、融点98℃、メルトフローレート5g/10min、デュロメータ硬さ(ショアD)50のものを用いた。
また木粉としては、ベイツガを粉砕・磨砕した80メッシュパスのものを用いた。
さらに、炭酸カルシウムとしては、平均粒径約2.0μmのものを用いた。
この実施例2の木質系被覆層形成用組成物とエチレン−アクリル酸共重合体ペレットとを重量で1:1の比率でドライブレンドしたものを押出機を用いて約170℃の樹脂温度でアルミニウム基材上に押出しラミネートしたものを1mに切断し木質系成形品の製造を実施した。
なお、この実施例2の木質系被覆層形成用組成物は、木粉が木質系被覆層形成用組成物から分離したりすることなく良好なる混合状態であった。
また、形成された木質系成形品は、実施例1の木質系被覆層形成用組成物を用いた場合と同様に外観良好で、質感にも優れていた。しかも、基材と被覆層との密着性も良好であった。さらに、−20℃×3h/80℃×hのヒートサイクル試験を30サイクル実施しても実用上問題となるような被覆層の剥離や収縮も観察されなかった。
また、端部における収縮(基材端部と被覆層端部との差)も1mm未満であり、アルミニウム基材の表面温度を−30〜+10℃となる温度に予熱したものは前記収縮が0.5mm未満であり、特に優れていることが確認された。
(比較例1)
表3の配合により比較例1の木質系被覆層形成用組成物ペレットを作製した。
Figure 0005209961

なお、高密度ポリエチレンは、密度964kg/m、メルトフローレート5g/10min、デュロメータ硬さ(ショアD)73のものを用いた。
また木粉としては、ベイツガを粉砕・磨砕した80メッシュパスのものを用いた。
さらに、炭酸カルシウムとしては、平均粒径約2.0μmのものを用いた。
また、形成された木質系成形品は、実施例1や実施例2の木質系被覆層形成用組成物を用いた場合と同様に外観良好であったが、質感は、実施例1や実施例2の木質系被覆層形成用組成物を用いた場合に比べて劣っていた。しかも、切断端部において基材と被覆層との間に界面剥離が見られた。
さらに、−20℃×3h/80℃×hのヒートサイクル試験を実施したところ数サイクルで収縮が1mmを超え、30サイクル終了後には3〜5mmの収縮が観察された。
これらのことからも、α−オレフィンと不飽和カルボン酸との共重合体を用いて形成されたベース樹脂に木粉が配合されていることを特徴とする木質系被覆層形成用組成物を用いることで長期に亘る使用においても剥離しにくい被覆層が得られることがわかる。

Claims (3)

  1. 基材の上に被覆層が設けられ、該被覆層により表面に木質感が備えられた成形品であって、
    前記基材がアルミニウム基材であり、前記被覆層は、エチレンーアクリル酸共重合体を用いて形成されたベース樹脂に木粉が配合されている木質系被覆層形成用組成物を熱成形することにより、前記基材の外面に直接形成されていることを特徴とする木質系成形品。
  2. 前記被覆層は、前記基材の外面に形成されたR溝に入り込んでいることを特徴とする請求項1に記載の木質系成形品。
  3. 前記被覆層は、表面がサディング加工されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の木質系成形品。
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