JP6156519B2 - 硬化性組成物 - Google Patents
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- TZWJRRSLQPQVKG-UHFFFAOYSA-N CS(C1C(C2)C3OC3C2C1)(S)=C Chemical compound CS(C1C(C2)C3OC3C2C1)(S)=C TZWJRRSLQPQVKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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Description
CH2=CX1−CX2X3−(O)x−R1−OH (1)
(式中、X1、X2及びX3は、同一又は異なり、それぞれH、F又はフルオロアルキル基を表す。R1は、エーテル結合を有していてもよい2価の有機基を表す。xは0又は1である。)で表される単量体に基づく単位を有することが好ましい。
なお、本明細書において、硬化物が低屈折率を有するとは、硬化物の屈折率が1.55以下であることをいう。
上記水酸基価は、JIS K 0070−1992に従って測定した値である。
上記屈折率は、ナトリウムD線を光源として25℃において(株)アタゴ光学機器製作所製のアッベ屈折率計を用いて測定した値である。
交互率(%)=C/(A+B+C)×100
A:−V−V−V−のように2つのVと結合したVの個数
B:−V−V−T−のようにVとTとに結合したVの個数
C:−T−V−T−のように2つのTに結合したVの個数
(T:含フッ素オレフィン単位、V:ビニルアルコール単位)
A、B、CのV単位の数は、1H−NMR測定のビニルアルコール単位(−CH2−CH(OH)−)の3級炭素に結合する主鎖のHの強度比より算出する。1H−NMR測定による主鎖のHの強度比の見積もりは、水酸基化前の含フッ素重合体で実施した。
ギ酸ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、イソ酪酸ビニル、バレリン酸ビニル、イソバレリン酸ビニル、カプロン酸ビニル、へプチル酸ビニル、カプリル酸ビニル、ピバリン酸ビニル、ペラルゴン酸ビニル、カプリン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ミリスチン酸ビニル、ペンタデシル酸ビニル、パルチミン酸ビニル、マルガリン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、オクチル酸ビニル、ベオバ−9(昭和シェル石油(株)製)、ベオバ−10(昭和シェル石油(株)製)、安息香酸ビニル、バーサチック酸ビニル。
これらの中でも、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、バーサチック酸ビニル、ステアリン酸ビニルに由来するモノマー単位が好ましい。より好ましくは、酢酸ビニルモノマー単位、プロピオン酸ビニルモノマー単位、ステアリン酸ビニルモノマー単位であり、更に好ましくは、酢酸ビニルモノマー単位である。
交互率(%)=C/(A+B+C)×100
A:−V−V−V−のように2つのVと結合したVの個数
B:−V−V−T−のようにVとTとに結合したVの個数
C:−T−V−T−のように2つのTに結合したVの個数
(T:含フッ素オレフィン単位、V:ビニルアルコール単位又はビニルエステルモノマー単位)
A、B、CのV単位の数は、1H−NMR測定のビニルアルコール単位(−CH2−CH(OH)−)及びビニルエステルモノマー単位(−CH2−CH(O(C=O)R)−)の3級炭素に結合する主鎖のHの強度比より算出する。1H−NMR測定による主鎖のHの強度比の見積もりは、水酸基化前の含フッ素重合体で実施した。
上記重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により求めることができる。
通常、含フッ素重合体(I)は、テトラフルオロエチレン等の含フッ素オレフィンと酢酸ビニル等のビニルエステルモノマーとを共重合して、その後、得られた共重合体を水酸基化することにより製造することができる。上記含フッ素重合体(I)の交互率を95%未満とする場合には、含フッ素オレフィンとビニルエステルモノマーの組成比を、ほぼ一定に保つ条件下で重合を行うことが好ましい。すなわち、上記含フッ素重合体(I)は、含フッ素オレフィンとビニルエステルモノマーの組成比を、ほぼ一定に保つ条件下で重合して、含フッ素オレフィン単位とビニルエステルモノマー単位とを有する共重合体を得る工程、及び、得られた共重合体を水酸基化して、含フッ素オレフィン単位及びビニルアルコール単位を有する共重合体を得る工程、からなる製造方法により得られたものであることが好ましい。
上記ビニルエステルモノマーとしてはこれらの1種を用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。
乳化重合において使用する溶媒としては、例えば、水、水とアルコールとの混合溶媒等が挙げられる。
上記連鎖移動剤の添加量は用いる化合物の連鎖移動定数の大きさにより変わりうるが、通常重合溶媒に対して0.001〜10質量%の範囲で使用される。
ケン化度(%)=D/(D+E)×100
D:含フッ素重合体(I)中のビニルアルコール単位数
E:含フッ素重合体(I)中のビニルエステルモノマー単位数
1H−NMR:Varian社製のGEMINI−300
交互率(%)=C/(A+B+C)×100
A:−V−V−V−のように2つのVと結合したVの個数
B:−V−V−T−のようにVとTとに結合したVの個数
C:−T−V−T−のように2つのTに結合したVの個数
(T:含フッ素オレフィン単位、V:ビニルアルコール単位又はビニルエーテル単位)
A、B、CのV単位の数は、1H−NMR測定のビニルアルコール単位(−CH2−CH(OH)−)及びビニルエーテル単位(−CH2−CH(OR))の3級炭素に結合する主鎖のHの強度比より算出する。1H−NMR測定による主鎖のHの強度比の見積もりは、水酸基化前の含フッ素重合体で実施した。
乳化重合において使用する溶媒としては、例えば、水、水とアルコールとの混合溶媒等が挙げられる。
上記連鎖移動剤の添加量は用いる化合物の連鎖移動定数の大きさにより変わりうるが、通常重合溶媒に対して0.001〜10質量%の範囲で使用される。
脱保護度(%)=D/(D+E)×100
D:含フッ素重合体(I)中のビニルアルコール単位数
E:含フッ素重合体(I)中のビニルエーテル単量体単位数
CH2=CX1−CX2X3−(O)x−R1−OH (1)
(式中、X1、X2及びX3は、同一又は異なり、それぞれH、F又はフルオロアルキル基を表す。R1は、エーテル結合を有していてもよい2価の有機基を表す。xは0又は1である。)で表される単量体(以下、単量体(1)ともいう。)に基づく単位を有する含フッ素重合体(以下、含フッ素重合体(II)ともいう。)も好ましい。含フッ素重合体(II)を使用すると、より屈折率の低い硬化物が得られる。
X1、X2及びX3は、Fであることが好ましい。
中でも、CH2=CF−CF2−O−CF(CF3)−CF2−O−CF(CF3)−CH2−OH、CH2=CF−CF2−O−CF(CF3)−CH2−OHが好ましい。
上記重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により求めることができる。
また、当該「置換基を有していてもよいアルキル基」の置換基としては、本発明の含フッ素重合体の性能に悪影響を与えない限り特に制限されないが、例えば、−OH、−COOH、−COOCH3、−NH2、−COOCH2CH3等が挙げられる。
なお、当該置換基を有していてもよいアルキル基が置換基を有する場合、置換基を1つ有していてもよいし、2つ以上有していてもよく、例えば、上記例示した置換基の少なくとも1種で1〜3個置換された形態等が挙げられる。
また、上記T1における「置換基を有していてもよい含フッ素アルキル基」の置換基としては、本発明の効果を損なわない限り特に制限されないが、例えば、−OH、−COOH、−COOCH3、−NH2、−COOCH2CH3、−COOCH2CF3等が挙げられる。
なお、当該置換基を有していてもよい含フッ素アルキル基が置換基を有する場合、置換基を1つ有していてもよいし、2つ以上有していてもよく、例えば、上記例示した置換基の少なくとも1種で1〜3個置換された形態等が挙げられる。
また、上記ヘテロ脂肪族環を構成するヘテロ原子としては、酸素原子、窒素原子、及び、硫黄原子からなる群より選択される少なくとも1種が挙げられる。
また、当該「置換基を有していてもよいアルキル基」の置換基としては、本発明の含フッ素重合体の性能に悪影響を与えない限り特に制限されないが、例えば、−OH、−COOH、−COOCH3、−NH2、−COOCH2CH3等が挙げられる。
なお、当該置換基を有していてもよいアルキル基が置換基を有する場合、置換基を1つ有していてもよいし、2つ以上有していてもよく、例えば、上記例示した置換基の少なくとも1種で1〜3個置換された形態等が挙げられる。
また、上記T2における「置換基を有していてもよい含フッ素アルキル基」の置換基としては、本発明の含フッ素重合体の性能に悪影響を与えない限り特に制限されないが、例えば、−OH、−COOH、−COOCH3、−NH2、−COOCH2CH3、−COOCH2CF3等が挙げられる。
なお、当該置換基を有していてもよい含フッ素アルキル基が置換基を有する場合、置換基を1つ有していてもよいし、2つ以上有していてもよく、例えば、上記例示した置換基の少なくとも1種で1〜3個置換された形態等が挙げられる。
(SP値)2=(分散項)2+(極性項)2+(水素結合項)2
D.W. Van Krevelen, “Properties of Polymers”, 3rd Ed. ELSEVIER SCIENCE B.V.1990
これはエポキシ化合物を原子団単位に分けて、各原子団由来のパラメータから化合物全体のSP値を算出する手法である。このVan Krevelenの手法で各エポキシ化合物のSP値を算出した。
これらの中でも、3−メチル−ヘキサヒドロ無水フタル酸、4−メチル−ヘキサヒドロ無水フタル酸が好ましい。
これにより、一層高いレベルの水蒸気低透過性、高弾性率、低線膨張係数、低屈折率及び低誘電率を有する硬化物が得られる。
上記酸無水物の当量の上限は、1.3当量がより好ましく、1.2当量が更に好ましく、1.1当量が特に好ましい。上記酸無水物の当量の下限は、0.7当量がより好ましく、0.8当量が更に好ましく、0.85当量が特に好ましい。
硬化促進剤としてはエポキシ化合物の硬化促進剤(硬化触媒)を用いることができる。硬化促進剤としてはブチルアミン、オクチルアミン、ジブチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、オレイルアミン、シクロヘキシルアミン、ベンジルアミン、ジエチルアミノプロピルアミン、キシリレンジアミン、トリエチレンジアミン、グアニジン、ジフェニルグアニジン、2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール、モルホリン、N−メチルモルホリン、1,8−ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン−7(DBU)等の化合物、更にはそれらのカルボン酸等の塩、過剰のポリアミンと多塩基酸より得られる低分子量ポリアミド樹脂、過剰のポリアミンとエポキシ化合物の反応生成物、三級アミン、三級アミン塩、イミダゾール、ホスフィン、ホスホニウム塩、スルホニウム塩、チオール化合物、芳香族ジメチルウレア、脂肪族ジメチルウレア等が挙げられる。
中でも、ブチルアミン、オクチルアミン、ジブチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、オレイルアミン、シクロヘキシルアミン、ベンジルアミン、ジエチルアミノプロピルアミン、キシリレンジアミン、トリエチレンジアミン、グアニジン、ジフェニルグアニジン、2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール、モルホリン、N−メチルモルホリン、1,8−ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン−7(DBU)等の化合物、更にはそれらのカルボン酸等の塩、過剰のポリアミンと多塩基酸より得られる低分子量ポリアミド樹脂、過剰のポリアミンとエポキシ化合物の反応生成物が好ましく、1,8−ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン−7(DBU)及びその塩がより好ましい。
具体的には、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート等のセロソルブ系溶剤;ジエチルオキサレート、ピルビン酸エチル、エチル−2−ヒドロキシブチレート、エチルアセトアセテート、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸プロピル、酢酸アミル、酪酸エチル、酪酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシイソ酪酸メチル、2−ヒドロキシイソ酪酸エチル等のエステル系溶剤;プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールジメチルエーテル等のプロピレングリコール系溶剤;メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、2−ヘキサノン、シクロヘキサノン、メチルアミノケトン、2−ヘプタノン等のケトン系溶剤;メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、イソペンチルアルコール等のアルコール系溶剤;トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類又はこれらの2種以上の混合溶剤等が挙げられる。
また、本発明の硬化性組成物を硬化させて得られる硬化物は、耐熱性に優れ、パワーデバイス用封止等の耐熱性を要求される封止用途にも好適である。
酸素フラスコ燃焼法によりフッ素イオン濃度をフッ素選択電極法で測定することにより求めた(質量%)。
1H−NMR測定条件:400MHz(テトラメチルシラン=0ppm)
19F−NMR測定条件:376MHz(トリクロロフルオロメタン=0ppm)
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、標準試料としてポリスチレン、溶媒としてテトラヒドロフラン(THF)を流速1ml/分で流して測定したデータより、重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)を算出した。
DSC(示差走査熱量計)を用いて、−50℃から200℃までの温度範囲を10℃/分の条件で昇温(ファーストラン)−降温−昇温(セカンドラン)させ、セカンドランにおける吸熱曲線の中間点をTg(℃)とした。
DSC(示差走査熱量計)を用いて、10℃/分の条件で昇温したときの融解熱曲線における極大値に対応する温度をTm(℃)とした。
フーリエ変換赤外分光光度計を用いて、室温にて測定した。
JIS K 0070−1992にしたがって測定した。
ナトリウムD線を光源とし、25℃においてアッベ屈折率計を用いて測定した。
Tg=31℃、フッ素含有率(質量%)=60、水酸基価(mgKOH/g)=137、屈折率=1.351。
この重合体をE1とする。
以下の組成を有する水酸基含有フッ素ポリマーD1を作製した。水酸基含有フッ素ポリマーD1の重量平均分子量は50000、水酸基価は66mgKOH/g、屈折率は1.420であった。
1,3−ジオキソール環構造単位が51モル%、テトラフルオロエチレン単位が49モル%である共重合体F1を作製した。屈折率は1.324、水酸基価はほぼ0mgKOH/gであった。
A1−98、B1−97を表7に示す各種エポキシ化合物に対して10質量%になるように添加した。
外観を目視で観察し、以下の基準で溶解性を評価した。結果を表7に示す。
○:均一溶解
△:溶け残りあり
×:溶解しない
含フッ素重合体A3−34、A3−45、A3−86、A3−96、E1を用いる以外は実施例1と同様にして溶解性試験を行った。結果を表7に示す。
含フッ素重合体F1を用いる以外は実施例1と同様にして溶解性試験を行った。結果を表7に示す。
含フッ素重合体D1を用いる以外は実施例1と同様にして溶解性試験を行った。結果を表7に示す。
含フッ素重合体A1−98を表8に示す各種エポキシ化合物に対して10質量%になるように添加し、45℃で24時間、卓上ミルにて撹拌混合した。外観を目視で観察し、実施例1と同様の基準で溶解性を評価した。結果を表8に示す。
含フッ素重合体E1を用いる以外は実施例7と同様にして溶解性試験を行った。結果を表8に示す。
実施例1、4及び6で得られた均一組成物に表9に示すβ群に属するエポキシ化合物を10質量%になるように添加し、45℃で24時間、卓上ミルにて撹拌混合した。外観を目視で観察し、実施例1と同様の基準で溶解性を評価した。結果を表9に示す。
表10に示す組成で各種硬化性組成物を作製した。なお、組成物の作製手順は、(1)含フッ素重合体をα群エポキシに均一溶解させる、(2)β群のエポキシを混合する場合は(1)の均一溶液に添加する、(3)酸無水物に硬化触媒を溶解後、(1)又は(2)の溶液に均一混合する、とした。(3)の手順の際に、混合した。酸無水物としては日立化成社製HN−5500を用いた。エポキシ硬化触媒としてサンアプロ株式会社製のU−CAT 18X(特殊3級アミン系触媒)、U−CAT 5003(第4級ホスホニウム塩系触媒)、U−CAT SA−102(DBU−オクチル酸塩系触媒)を用いた。
なお、酸無水物を用いない場合は、(1)含フッ素重合体をα群エポキシに均一溶解させる、(2)β群のエポキシを混合する場合は(1)の均一溶液に添加する、(3)硬化触媒を(1)又は(2)の溶液に均一混合する、とした。(3)の手順の際に、酸無水物を用いた場合と同様に脱泡撹拌装置を用いて混合した。
硬化条件はU−CAT 5003及びU−CAT 18Xを用いた場合は90℃で2時間加熱後、130℃で3時間加熱した。U−CAT SA−102を用いた場合は100℃で2時間加熱後、130℃で6時間加熱した。
硬化性は以下の基準で判定した。
○:均一硬化
△:不均一硬化
×:硬化しない
また、外観を目視で評価した。
結果を表10に示す。
表11に示す組成で各種硬化性組成物を作製した。作製手順は実施例12と同じである。
作製した硬化性組成物をダイキン工業社製オプツールDSXで離形処理した2枚のガラス板の間に100μmのスペーサーを介してはさみ、100℃で2時間加熱後、130℃で6時間加熱硬化させた。得られた硬化物について、以下の方法で各種物性を測定した。屈折率は、上述した方法で測定した。結果を表11に示す。
動的粘弾性装置を用いて、測定温度25℃から200℃で測定した。
Tgはtanδのピーク温度を、弾性率は30℃での値を採用した。
JIS Z0208に準拠してカップ法にて40℃、90%RHにおける透湿度の測定を行った。
作成したフィルム(硬化物)の両面に真空中でアルミニウムを蒸着し測定サンプルとした。このサンプルについて、LCRメーターにて、30℃、周波数1kHzでの静電容量と誘電正接を測定した。フィルム膜厚と静電容量とから比誘電率を算出した。
熱機械分析装置(TMA、引っ張りモード)を用いて、温度範囲25〜150℃、昇温速度2℃/分、チャック間10mmの条件でフィルムの伸びを測定した。得られた測定結果から下記の計算式を用いて平均熱線膨張係数を算出した。
ここでL(30)は30℃でのサンプル長、L(50)は50℃でのサンプル長である。
平均熱線膨張係数=(1/L(30))[(L(50)−L(30))/(50−30)]
表11に示す組成で硬化性組成物を作製し、実施例13と同様に各種物性を測定した。結果を表11に示す。
表12に示す組成で各種硬化性組成物を作製した。なお、組成物の作製手順は、(1)含フッ素重合体をα群エポキシに均一溶解させる、(2)酸無水物に硬化触媒を溶解後、(1)の溶液に均一混合する、とした。
(2)の手順の際に、脱泡撹拌装置を用いて混合した。
(1)の段階での組成物の均一性を下の基準で判定した。
○:均一透明
△:不均一
×:溶解しない
結果を表12に示す。
酸無水物としては日立化成社製HN−5500を用いた。
エポキシ硬化触媒としてサンアプロ株式会社製のU−CAT 18X(特殊3級アミン系触媒)又はU−CAT SA−102(DBU−オクチル酸塩系触媒)を用いた。
硬化条件はU−CAT 18Xを用いた場合は90℃で2時間加熱後、130℃で3時間加熱した。U−CAT SA−102を用いた場合は100℃で2時間加熱後、130℃で6時間加熱した。
硬化性は以下の基準で判定した。
○:均一硬化
△:不均一硬化
×:硬化しない
また、外観を目視で評価した。
また、硬化物の屈折率を上述した方法で測定した。
結果を表12に示す。
室温で固形のα群に属するエポキシ化合物である、2,2−ビス(ヒドロキシメチル)−1−ブタノールの1,2−エポキシ−4−(2−オキシラニル)シクロヘキサン付加物(以下、エポキシ化合物Aともいう。)を10質量%になるように酢酸ブチルに溶解させた。また、含フッ素重合体E1を10質量%になるように酢酸ブチルに溶解させた。それぞれの溶液を表13に示す割合(質量比)で混合後、室温にてキャスト製膜を行った。外観を以下の基準で判定した。結果を表13に示す。
○:透明均一
△:一部白濁あり
×:全体が白濁
含フッ素重合体E1をA1−98に変更する以外は実施例15と同様にしてキャスト製膜を行った。結果を表13に示す。
含フッ素重合体E1をD1に変更する以外は実施例15と同様にしてキャスト製膜を行った。結果を表13に示す。
含フッ素重合体E1をE2に変更する以外は実施例15と同様にしてキャスト製膜を行った。結果を表13に示す。
実施例15で得られた溶液(エポキシ化合物A:含フッ素重合体=50:50)にエポキシ硬化触媒としてサンエイドSI−60Lを固形分に対して0.5質量%添加した。室温でキャスト後、90℃2時間、130℃3時間で硬化させ、フィルムを得た。得られたフィルムの全光線透過率は91%、ヘイズは6.8であった。
上記フィルムをアクリロニトリル溶液に室温で浸漬後、24時間後の重量変化を調べたところ、3.2%の膨潤度であった。
全光線透過率及びヘイズは、ヘイズメーターを用いてASTM D1003に従い測定した。
実施例16で得られた溶液にエポキシ硬化触媒としてサンエイドSI−60Lを固形分に対して0.5質量%添加した。室温でキャスト後、90℃2時間、130℃3時間で硬化させ、フィルムを得た。
上記フィルムをアクリロニトリル溶液に室温で浸漬後、24時間後の重量変化を調べたところ、約4%の膨潤度であった。
実施例15で得られた溶液にエポキシ硬化触媒としてサンエイドSI−60Lを固形分に対して0.5質量%添加した。
室温でキャスト後、アクリロニトリル溶液に浸漬したところ、溶解した。
Claims (8)
- 水酸基価が100mgKOH/g以上で屈折率が1.42以下の含フッ素重合体、及び、エポキシ化合物を含み、含フッ素重合体は、含フッ素オレフィン単位及びビニルアルコール単位を有することを特徴とする硬化性組成物。
- 含フッ素重合体における含フッ素オレフィン単位の含有率が30モル%以上である請求項1記載の硬化性組成物。
- 水酸基価が100mgKOH/g以上で屈折率が1.42以下の含フッ素重合体、及び、エポキシ化合物を含む硬化性組成物であって、
含フッ素重合体は、下記一般式(1):
CH2=CX1−CX2X3−(O)x−R1−OH (1)
(式中、X1、X2及びX3は、同一又は異なり、それぞれH、F又はフルオロアルキル基を表す。R1は、エーテル結合を有していてもよい2価の有機基を表す。xは0又は1である。)で表される単量体に基づく単位を有することを特徴とする硬化性組成物。 - 更に、酸無水物を含む請求項1、2又は3記載の硬化性組成物。
- 更に、硬化促進剤を含む請求項1、2、3又は4記載の硬化性組成物。
- エポキシ化合物は、25℃で液体であり、かつ、溶解度パラメータにおける分散項、極性項及び水素結合項の割合が、図1に示す点A(86,7,7)、点B(70,25,5)、点C(50,25,25)、点D(50,5,45)及び点E(82,5,13)で囲まれる範囲内にある請求項1、2、3、4又は5記載の硬化性組成物。
- ラジカル反応性基を有さない有機溶剤を含まない請求項1、2、3、4、5、6又は7記載の硬化性組成物。
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