JP6691129B2 - 多層構造体、それから形成された膜、及びそれから形成されたパッケージ - Google Patents

多層構造体、それから形成された膜、及びそれから形成されたパッケージ Download PDF

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Description

本開示は、多層構造体、それから形成された膜、及びそれから形成されたパッケージに関する。
信頼性及び再現性ある開封容易性パッケージは、シーラント層の組成、封止条件及び/またはエージング時間のような特性に依存するので、概して見つけることは困難である。これらの特性の変動は、異なるパッケージ及び蓋組成物(例えば、剛性容器及び蓋、可撓性容器及び蓋)を有するパッケージにおいて特に顕著である。開封容易なシール領域を可能にする多層構造体が必要であり、これは様々な用途及び多種多様な加工条件で使用され得る。
本開示は、多層構造体、それから形成された膜、及びそれから形成されたパッケージ用である。
1つの実施形態において、本開示は、第1の層と、1つ以上のエチレン系ポリマーから形成されたシーラント層と、シーラント層に隣接し、エラストマー性プロピレン系ポリマー及び第2のポリマーを含むポリマーブレンドから形成された凝集層間剥離層と、を含み、第2のポリマーは、高圧低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、エチレンアクリル酸コポリマー、エチレン(メタ)アクリル酸コポリマー、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、多層構造体を提供する。
別の実施形態では、本開示は、多層構造体から形成された膜、それから形成されたパッケージ、及び多層構造体または膜から形成された蓋を提供する。
シール前の本発明の一実施形態による2つの多層構造体を示す概略図である。 2つの構造のシール後の2つの多層構造体を示す概略図である。 シールを開くための力を加えた後のシール領域を示す概略図である。 比較実施例1〜6及び本発明の実施例1〜3の温度の関数としてのピークシール強度を示すグラフである。 実施例のピークシール強度を測定するために使用した装置を示す概略図である。 シールを形成するために多層構造体に対して押し付けているシーリングバーを示す概略図である。 シール強度を測定するためにシールを開くプロセスを示す概略図である。 比較実施例8及び本発明の実施例5〜8の温度の関数としてのピークシール力を示すグラフである。 比較実施例9(プラス底部膜1及び2)ならびに本発明の実施例9(プラス底部膜1及び2)の温度の関数としてのピークシール力を示すグラフである。 比較例実施例10(プラス底部膜1及び2)ならびに本発明の実施例10(プラス底部膜1及び2)の温度の関数としてのピークシール力を示すグラフである。 本発明の実施例11〜14の温度の関数としてのピークシール力を示すグラフである。
本開示は、多層構造体、それから形成された膜、及びそれから形成されたパッケージを提供する。
本明細書で使用される「ポリマー」という用語は、同一または異なるタイプのモノマーを重合することによって調製されるポリマー化合物を指す。したがって、一般的な用語のポリマーは、ホモポリマーという用語(唯一のタイプのモノマーから調製されたポリマーを指すために使用され、微量の不純物をポリマー構造体に取り込むことができるということを意味する)、ならびに以下で定義されるインターポリマーという用語を包含する。微量の不純物(例えば、触媒残渣)をポリマー中及び/またはポリマー内に組み込むことができる。
本明細書で使用される用語「インターポリマー」は、少なくとも2つの異なるタイプのモノマーの重合によって調製されたポリマーを指す。一般的な用語のインターポリマーは、コポリマー(2つの異なるタイプのモノマーから調製されたポリマーを指すために使用される)、及び3つ以上の異なるタイプのモノマーから調製されるポリマーを含む。
本明細書で使用される用語「オレフィン系ポリマー」は、大部分の量の重合オレフィンモノマー、例えばエチレンまたはプロピレン(ポリマーの重量を基準とする)を含み、場合によっては少なくとも1種のコモノマーを含み得るポリマーを指す。
本明細書で使用される用語「エチレン系ポリマー」は、大部分の量の重合エチレンモノマー(ポリマーの重量を基準とする)を含み、場合によっては少なくとも1種のコモノマーを含み得るポリマーを指す。
本明細書で使用される用語「エチレン/α−オレフィンインターポリマー」は、大部分の量の重合エチレンモノマー(インターポリマーの重量を基準とする)及び少なくとも1種のα−オレフィンを含むインターポリマーを指す。
本明細書で使用される用語「エチレン/α−オレフィンコポリマー」は、2つのモノマータイプだけとして、大部分の量の重合エチレンモノマー(コポリマーの重量を基準とする)及びα−オレインを含むコポリマーを指す。
本明細書で使用される用語「プロピレン系ポリマー」は、大部分の量の重合プロピレンモノマー(ポリマーの重量を基準とする)を含み、場合によっては少なくとも1種のコモノマーを含み得るポリマーを指す。
本明細書で使用される用語「組成物」は、組成物を含む材料の混合物、ならびに組成物の材料から形成される反応生成物及び分解生成物を含む。
本明細書で使用される「ブレンド」または「ポリマーブレンド」という用語は、2つ以上のポリマーの混合物を指す。ブレンドは混和性であってもなくてもよい(分子レベルで相分離しない)。ブレンドは、相分離してもしてなくてもよい。ブレンドは、透過型電子分光法、光散乱、X線散乱、及び当技術分野で知られている他の方法から決定されるように、1つ以上のドメイン構造体を含んでも含まなくてもよい。ブレンドは、マクロレベル(例えば、溶融ブレンド樹脂またはコンパウンディング)またはミクロレベル(例えば、同じ反応器内での同時成形)で2つ以上のポリマーを物理的に混合することによって達成され得る。
本明細書で使用される用語「アイオノマー」は、イオン結合を提供するためにカチオンで修飾されたポリエチレン系コポリマーを意味する(または含む)。これらのコポリマーは周知であり、Wiley Encyclopedia of Packaging TechnologyまたはHandbook of Engineering and Specialty Thermoplastics、Polyolefins and Styrenicsに記載されている。
用語「環状オレフィンコポリマー」及び「COC」は、例えばEP−A−0 407 870、EP−A−0 485 893、EP−A−0 503 422、及びDE−A−40 36 264に記載されており、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。
本発明の第1の実施形態による多層構造体は、第1の層と、1つ以上のエチレン系ポリマーから形成されたシーラント層と、シーラント層に隣接し、エラストマー性プロピレン系ポリマー及び第2のポリマーを含むポリマーブレンドから形成された凝集破壊層と、を含み、第2のポリマーは、高圧低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、エチレンアクリル酸コポリマー、エチレン(メタ)アクリル酸コポリマー、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、多層構造体を提供する。
本発明の別の実施形態による膜は、本明細書に記載の任意の実施形態による1つ以上の多層構造体を含む。
本発明のさらに別の実施形態によるパッケージは、本明細書に記載の任意の実施形態による多層構造体から形成された1つ以上の構成要素を含む。
本発明の別の実施形態によるパッケージ用の蓋は、本明細書に開示の任意の実施形態による多層構造体から形成された蓋を含む。
多層構造の実施形態では、凝集破壊層はシーラント層に隣接する。この文脈で使用されるように、隣接するとは、凝集破壊層がシーリング層の表面の少なくとも一部にわたってシーリング層に接することを意味する。凝集破壊層を形成するポリマーブレンドは、それぞれがエラストマー性プロピレン系ポリマー及び第2のポリマーを含む1つ以上のポリマーブレンドを含み得、第2のポリマーは、高圧低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、エチレンアクリル酸コポリマー、エチレン(メタ)アクリル酸コポリマー、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される。このようなポリマーブレンドの種々の組み合わせは、例えば、米国特許第7,863,383号及びPCT公報WO2013/101931に記載されており、これらの開示は参照により本明細書に組み込まれる。市販のポリマーブレンドは、The Dow Chemical Company(Midland、MI、USA)からSEALUTIONの名称で入手可能である。
さらに別の実施形態では、本開示は、任意のオレフィン系層による多層構造体のシール力が、シーリング温度の上昇と共に実質的に増大しないことを除いて、本明細書に記載の任意の実施形態による多層構造体、膜、パッケージまたは蓋を提供する。この文脈で使用されているように、「実質的に増大する」とは、シーリング温度において40℃の上昇と共に50%の増大を意味する。
さらに別の実施形態では、本開示は、シーリング層が、エチレン系ポリマー、極性エチレン系コポリマー、及びアイオノマーからなる群から選択される1つ以上の材料から形成されることを除いて、本明細書に記載の任意の実施形態による多層構造体、膜、パッケージまたは蓋を提供する。
さらに別の実施形態では、本開示は、シーリング層が50ミクロン以下の厚さを有することを除いて、本明細書に記載の任意の実施形態による多層構造体、膜、パッケージまたは蓋を提供する。50ミクロン以下のすべての個々の値及び部分範囲が本明細書に含まれ、開示される。例えば、シーリング層は、50ミクロン以下の厚さ、または代替的に20ミクロン以下の厚さ、または代替的に10ミクロン以下の厚さを有することができる。特定の実施形態では、シーリング層の厚さの下限は0.5ミクロンである。当業者は、より小さい厚さの限界が概して、押出装置の限界によって規定され、0.5〜5ミクロンの範囲であり得、その間のすべての個々の値が本明細書に開示されることを理解するであろう。さらに別の実施形態では、本開示は、多層構造体が3つ以上の層を有することを除いて、本明細書に記載の任意の実施形態による多層構造体、膜、パッケージまたは蓋を提供する。少なくとも3つの層からのすべての個々の値が本明細書に含まれ、開示される。例えば、多層構造体は、3、4、5、6、または7つの層を有し得る。
さらに別の実施形態では、本開示は、シーラント層が低密度ポリエチレンからなることを除いて、本明細書に記載の任意の実施形態による多層構造体、膜、パッケージまたは蓋を提供する。いかなる低密度ポリエチレンも使用され得る。例示的なLDPEには、The Dow Chemical Companyからすべて市販されている640i、LDPE219M、LDPE132i、LDPE515E、LDPE301Eが含まれる。
さらに別の実施形態では、本開示は、シーラント層が、LLDPE、オレフィン系プラストマー、及びアイオノマーから選択される1〜100重量%の1つ以上のポリマー、ならびに任意にCOC、HDPE、及びPP系コポリマーから選択される1〜50重量%の1つ以上の材料から形成されることを除いて、本明細書に記載の任意の実施形態による多層構造体、膜、パッケージまたは蓋を提供する。LLDPE、オレフィン系プラストマー、及びアイオノマーから選択される1〜100重量%の1つ以上のポリマーの個々の値及び部分的範囲がすべて本明細書に含まれ、開示され、例えば、そのような構成要素の量は、1、15、30、45、60、75、または90重量%の下限から10、25、40、55、70、85、または100重量%の上限までの範囲であり得る。例えば、LLDPE、オレフィン系プラストマー、及びアイオノマーから選択される1つ以上のポリマーの量は、1〜100重量%、または代替的に50〜100重量%、または代替的に1〜50重量%、または代替的に25〜75重量%、または代替的に40〜80重量%であり得る。存在する場合、COC、HDPE、及びPPから選択される1つ以上の材料の量は、1〜50重量%の範囲であり得る。1〜50重量%の個々の値及び部分的範囲がすべて本明細書に含まれ、開示され、例えば、そのような構成要素の量は、1、10、20、30、または40重量%の下限から5、15、25、35、45、または50重量%の上限までの範囲であり得る。例えば、COC、HDPE、及びPPから選択される1つ以上の材料の量は、1〜50重量%、または代替的に1〜25重量%、または代替的に25〜50重量%、または代替的に10〜25重量%であり得る。
さらに別の実施形態では、本開示は、シーラント層が、LLDPE、オレフィン系プラストマー、及びアイオノマーから選択される1〜100重量%の1つ以上のポリマー、ならびに任意にLDPEから選択される20〜99重量%の1つ以上の材料から形成されることを除いて、本明細書に記載の任意の実施形態による多層構造体、膜、パッケージまたは蓋を提供する。LLDPE、オレフィン系プラストマー、及びアイオノマーから選択される1〜100重量%の1つ以上のポリマーの個々の値及び部分的範囲がすべて本明細書に含まれ、開示され、例えば、そのような構成要素の量は、1、15、30、45、60、75、または90重量%の下限から10、25、40、55、70、85、または100重量%の上限までの範囲であり得る。例えば、LLDPE、オレフィン系プラストマー、及びアイオノマーから選択される1つ以上のポリマーの量は、1〜100重量%、または代替的に50〜100重量%、または代替的に1〜50重量%、または代替的に25〜75重量%、または代替的に40〜80重量%であり得る。LLDPEから選択される20〜99重量%の1つ以上の材料の個々の値及び部分的範囲がすべて本明細書に含まれ、開示され、例えば、存在する場合、LDPEから選択される1つ以上の材料の量は、20、30、40、50、60、70、80、または90重量%の下限から25、35、45、55、65、75、85、95、または99重量%の上限までの範囲であり得る。例えば、存在する場合、LDPEから選択される1つ以上の材料の量は、20〜99重量%、または代替的に50〜99重量%、または代替的に20〜50重量%であり得る。
さらに別の実施形態では、本開示は、多層構造体が、バリア層及びタイ(tie)層からなる群から選択される1つ以上のさらなる層を含むことを除いて、本明細書に記載の任意の実施形態による多層構造体、膜、パッケージまたは蓋を提供する。特定の実施形態では、多層構造体は、1つ以上のバリア層を含む。特定の実施形態では、1つ以上のバリア層が、1つ以上のポリアミド、エチレンビニルアルコール、及びポリ塩化ビニリデンから形成される。
別の実施形態では、本開示は、単層及び多層膜からなる群から選択される基材に、本明細書に開示される多層構造体の任意の実施形態の接着によって形成される膜を提供する。積層基材には、OPET、BOPP、PA、BOPA、PVOH及び他の基材が含まれる。
さらに別の実施形態では、本開示は、パッケージがポーチであることを除いて、本明細書に記載の任意の実施形態によるパッケージを提供する。
さらに別の実施形態では、本開示は、パッケージが食品または飲料用容器であることを除いて、本明細書に記載の任意の実施形態によるパッケージを提供する。
図1は、本発明の多層構造体の1つの実施形態を用いて形成されたシールを示す。図1Aに示すように、第1の膜10は、外部層11、凝集破壊層12及びシーラント層13を含む。同様に、第2の膜20は、外部層21、凝集破壊層22及びシーラント層23を含む。図1Aにおいて、第1の膜及び第2の膜のそれぞれのシーラント層は、互いに向かい合う。図1Bにおいて、2つのシーラント層は、シーリング領域30で融合する。図1Cは、第1の膜及び第2の膜を引き離す力を加えた後のシーリング領域39を示す。図1Cで理解され得るように、第1の膜及び第2の膜は、第1の膜の凝集破壊層12内の凝集破壊によって分離される。あるいは、第2の膜20の凝集破壊層22または層12及び22の両方に凝集破壊が生じ得る。
以下の実施例は、本発明を説明するものであるが、本発明の範囲を限定するものではない。
比較例及び本発明の実施例を形成するのに使用される樹脂を表1に記載する。
A/B/C/D/Eと呼ばれる層構造体を有する5つの層構造体が比較例及び本発明の多層構造体を説明するために調製された。層Aはシーリング層であり、層Bは凝集破壊層であり、層C、D及びEは最外層である層Eを含むさらなる層である。表2は、比較多層構造体1〜6(比較実施例1〜6)及び本発明の多層構造体1〜3(本発明の実施例1〜3)の構造体及び層組成を提供する。例えば、表2に示すように、樹脂1は、比較実施例1の層Aを形成するために用いられ、50重量%の樹脂2及び50重量%の樹脂3が比較実施例1の層Bを形成するために用いられる。
膜は、従来のヒートシール条件(層Aが層E上にシールされている)を用いてシールされ、シーリング力を測定するために試験された。シーリング力の結果は図2に示される。図2を参照すると、シール力は、シーリング層の厚さに依存し、ヒートシール開始温度(HSIT)はシール層の組成に依存することが理解される。凝集破壊層の厚さもシール強度に影響を与え、シール層厚さを薄くするとシール強度も低下する。本発明の実施例1〜3は、広いシールウィンドウを示し、すなわち、120℃〜180℃のヒートシール温度で幅広いシール温度で膜を使用し得る。
さらなる実施例が、2つの異なる膜構造体のシーリングを示すために製造された。本発明の実施例1は、以下の構造体を有する市販の熱形成底部膜をシールした。本発明の実施例4を形成する、樹脂4/タイ層/バリア層/タイ層/外部層。具体的には、本発明の実施例1は、Multivac R145を用いて、1秒のシール時間及び150℃のシール温度で市販の膜の樹脂4層をシールした。
同じ条件を使用して、比較実施例6は、同じ市販の熱形成底部膜にシールして比較実施例7を形成した。
本発明の実施例4及び比較実施例7のそれぞれをカットして、幅25.4mmの標本を作製し、ASTM F88に記載されている手順を用いて標準的な万能試験機で開封した。結果を表3に示す。
追加の本発明及び比較実施例は、表2及び4に挙げられ且つ記載された樹脂を利用して形成された。
表5は、比較実施例8及び本発明の実施例5〜8の構造体を示す。
比較実施例8及び本発明の実施例5〜8のそれぞれは、ASTM F88に従って、上記の市販の熱成形底部膜(厚さ160ミクロン)にシールした。しかしながら、シールは、図3に示す手順を用いて開封した。図4は、比較実施例8及び本発明の実施例5〜8のそれぞれの温度に対する関数としたピークシール力を示す。図4で理解され得るように、本発明の実施例5〜8は、より広い範囲の温度においてより安定した値を示す。
表6に記載の組成及び構造体を有する比較実施例9及び10ならびに本発明の実施例9及び10を製造した。このセットでは、2つの異なる底部膜が使用され、厚さ160ミクロン且つ100%樹脂4(底部膜1)または100%樹脂3(底部膜2)からなる。
シール力は、2つの異なる底部膜を備える4つの異なる上部膜の組み合わせを用いて図5及び6に示される。これらの結果は、シーリング層(比較実施例9及び10)としてそのような凝集破壊組成物を用いることに対して、凝集破壊層の組成物がシーリング層(本発明の実施例9及び10)の隣に用いられる場合における達成されるシール力の一貫性を示す。
さらなる実施例が表2、4及び7に記載の樹脂を用いて調製された。
膜は、吹き飛ばした膜コリン(Collin)ラインで製造し、標準的なヒートシール法(ASTM F88)を用いて試験した。膜構造体を表8に示し、図7にヒートシール結果を示す。
試験方法
試験方法は以下を含む:
密度をASTM−D 792に沿って測定した。
メルトインデックスIは、190℃、2.16kgでASTM D−1238に従って測定される。
メルトフローレート、MFRは、ASTM D1238に従って測定される。
ピークシール強度/力は、ASTM F88に従って、図3に概略的に示す装置を用いて測定した。図3Aで理解され得るように、上部層40及び底部層45を有する膜は、2つのシーリングバー50と同様に設けられている。シーリングバーは、加熱され且つ膜の反対側に押し付けられて、図3Bに示すように、シールされた領域55を形成する。図3Cは、上部層40及び底部層45のそれぞれに1つの引っ張り機構60を用いてシールされた領域55を開くプロセスを示す。
本発明は、その精神及び本質的な特性から逸脱することなく、他の形態で実施されてもよく、したがって、本発明の範囲を示すものとして、前述の明細書ではなく添付の特許請求の範囲を参照すべきである。
本願発明には以下の態様が含まれる。
項1.
第1の層と、
1つ以上のエチレン系ポリマーから形成されたシールラント層と、
前記シーラント層に隣接し、エラストマー性プロピレン系ポリマー及び第2のポリマーを含むポリマーブレンドから形成された凝集破壊層と、を含み、前記第2のポリマーは、高圧低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、エチレンアクリル酸コポリマー、エチレン(メタ)アクリル酸コポリマー、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、多層構造体。
項2.
シーリング温度が上昇するにつれて、シール力が実質的に増加しない(この用語は明細書で定義される)、項1に記載の多層構造体。
項3.
前記シーラント層が、エチレン系ポリマー、極性エチレン系コポリマー、及びアイオノマーからなる群から選択される1つ以上の材料から形成される、項1または2に記載の多層構造体。
項4.
前記シーラント層が、50ミクロン以下の厚さを有する、項1〜3のいずれか1項に記載の多層構造体。
項5.
前記多層構造体が、3つ以上の層を有する、項1〜4のいずれか1項に記載の多層構造体。
項6.
前記シーラント層が、低密度ポリエチレンからなる、項1〜5のいずれか1項に記載の多層構造体。
項7.
前記シーラント層が、LLDPE、オレフィン系プラストマー、及びアイオノマーから選択される1〜100重量%の1つ以上のポリマー、ならびに任意にCOC、HDPE、及びPPから選択される1〜50重量%の1つ以上の材料から形成される、項1〜5のいずれか1項に記載の多層構造体。
項8.
前記シーラント層が、LLDPE、オレフィン系プラストマー、及びアイオノマーから選択される1〜100重量%の1つ以上のポリマー、ならびに任意にLDPEから選択される20〜99重量%の1つ以上の材料から形成される、項1〜5のいずれか1項に記載の多層構造体。
項9.
前記多層構造体が、バリア層及びタイ層からなる群から選択される1つ以上の追加の層をさらに含む、項1〜8のいずれか1項に記載の多層構造体。
項10.
前記バリア層が、1つ以上のポリアミド、エチレンビニルアルコール、及びポリ塩化ビニリデンから形成される、項9に記載の多層構造体。
項11.
項1〜10のいずれか1項に記載の多層構造体を含む、第1の膜。
項12.
1つ以上の接着剤を用いて単層及び多層膜からなる群から選択される基材に積層された、項1〜10のいずれか1項に記載の多層構造体を含む、第2の膜。
項13.
項1〜12のいずれか1項に記載の多層構造体から形成された1つ以上の構成要素を含む、パッケージ。
項14.
前記パッケージがポーチである、項13に記載のパッケージ。
項15.
前記パッケージが食品または飲料用容器である、項13に記載のパッケージ。
項16.
蓋が、項1〜10のいずれか1項に記載の多層構造体から形成されている、パッケージの蓋。

Claims (10)

  1. 第1の層と、
    1つ以上のエチレン系ポリマーから形成されたシーラント層と、
    前記シーラント層に隣接し、エラストマー性プロピレン系ポリマー及び第2のポリマーを含むポリマーブレンドから形成された凝集破壊層と、を含み、前記第2のポリマーは、高圧低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、エチレンアクリル酸コポリマー、エチレン(メタ)アクリル酸コポリマー、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、多層構造体。
  2. シーリング温度が40℃上昇しても、任意のオレフィン系層による多層構造体のシール力(ASTM F88に従って測定される)が50%以上増加しない、請求項1に記載の多層構造体。
  3. 前記1つ以上のエチレン系ポリマーが、極性エチレン系コポリマー及びアイオノマーからなる群から選択される、請求項1または2に記載の多層構造体。
  4. 前記シーラント層が、50ミクロン以下の厚さを有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の多層構造体。
  5. 前記多層構造体が、3つ以上の層を有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の多層構造体。
  6. 前記シーラント層が、低密度ポリエチレンからなる、請求項1、2、4および5のいずれか1項に記載の多層構造体。
  7. 前記シーラント層が、LLDPE、オレフィン系プラストマー、及びアイオノマーから選択される1〜100重量%の1つ以上のポリマー、ならびに任意にCOC、HDPE、及びPPから選択される1〜50重量%の1つ以上の材料から形成される、請求項1、2、4および5のいずれか1項に記載の多層構造体。
  8. 前記シーラント層が、LLDPE、オレフィン系プラストマー、及びアイオノマーから選択される1〜100重量%の1つ以上のポリマー、ならびに任意にLDPEから選択される20〜99重量%の1つ以上の材料から形成される、請求項1、2、4および5のいずれか1項に記載の多層構造体。
  9. 前記多層構造体が、バリア層及びタイ層からなる群から選択される1つ以上の追加の層をさらに含む、請求項1〜8のいずれか1項に記載の多層構造体。
  10. 前記バリア層が、1つ以上のポリアミド、エチレンビニルアルコール、及びポリ塩化ビニリデンから形成される、請求項9に記載の多層構造体。
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