JP6979532B2 - 成形性を高めたバリアフィルムおよびそれを作製する方法 - Google Patents
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Description
(i)ビカット(Vicat)軟化温度が130℃を超えない(コ)ポリオレフィンを主成分とする少なくとも1種の外側ヒートシール性層、
(ii)主として脂肪族の(コ)ポリアミドおよび芳香族(コ)ポリエステルを含む群から選択される少なくとも1種の極性(コ)ポリマーを主成分とする少なくとも1種の耐熱層、
(iii)(コ)ポリオレフィンおよび極性(コ)ポリマーの両方に接着可能な材料で作製された少なくとも1種のコア接着層
を含む、共押出二軸配向熱硬化性の平坦バリアフィルムであって、
a.主として脂肪族の(コ)ポリアミドから主になる前記耐熱層が、融解温度が205℃を超えない少なくとも1種の主として脂肪族のコポリアミド15%以上を含み、
b.温度90℃の水中に10秒間浸漬した後の機械方向および横方向のそれぞれにおけるフィルムの収縮値が10%未満であり、
c.機械方向および横方向の少なくとも一方におけるフィルムの収縮値が、100℃に予め加熱した乾燥キャビネットに10秒間置いた後、3%未満であり、
d.真空熱成形が、機械方向における成形キャビティ間に18mmのギャップおよび横方向における成形キャビティ間に15mmのギャップを有する矩形ブロックに組み立てられる、それぞれ147×143×50mmの全体寸法を有しかつ半径20mmの円形端部を有する、直方体形態の4個の成形キャビティを備える成形ダイを用いた熱成形機によって、事前設定の温度、加熱時間、成形時間、および真空システム圧がそれぞれ100℃、3秒、2.5秒、および2mmHgで自動的に実施される場合、フィルムが、実質的に破裂することなく熱成形され、得られた成形製品における、無歪みフィルム区域の平均厚さとフィルムの平均最小厚さとの間の比が4.5以下である、バリアフィルムを提供することによって成し遂げられることが、意外にも明らかになった。
i.二軸延伸での面積延伸倍率が8以上であり、
ii.熱硬化する工程が、縦(機械)方向および横方向の少なくとも一方における25%を超える線形収縮値を伴う線形緩和によって、かつ40%を超える面積収縮値を伴う表面緩和によって成し遂げられる、方法によって実現される。
熱成形の厳しい条件の下、最大のフィルム薄肉化を決定する方法
以下に記載される方法は、成形製品の無歪みフィルム区域の平均厚さとフィルムの平均最小厚さとの間の比を決定するために開発される。この比は、さらに、「厳しい熱成形条件下の最大フィルム薄肉化」または簡潔に「最大薄肉化」とも称されることになる。その値は、Multivacグループにより作製されたMultivac R145熱成形機で、機械方向における成形キャビティ間に18mmのギャップおよび横方向における成形キャビティ間に15mmのギャップを有する矩形ブロックに組み立てられる、それぞれ147×143×50mmの全体寸法を有しかつ半径20mmの円形端部を有する、直方体形態の4個の成形キャビティを備える成形ダイによって、工場条件の下で生産された成形製品について決定される。以下の成形パラメーターが事前に設定される:温度100℃、加熱時間3秒、成形時間2.5秒、および真空システム圧2mmHg。
熱水収縮は、米国特許第7993713号明細書に記載された方法によって、すなわち、機械方向および横方向において100mm間隔で印を付けた試験用フィルム試料を温度90℃の水に10秒間浸漬させることによって測定される。
ポリアミド
PA 6−ペレット化半結晶性ポリカプロラクタム−ポリアミド6−BASFによって供給されるUltramid(登録商標)B3グレード。
PA 6/66−カプロラクタム、アジピン酸、およびヘキサメチレンジアミンのペレット化半結晶性コポリマー−コポリアミド6/66−(PA 66モノマー含有量約15%)、BASFによって供給されるUltramid(登録商標)C3グレード。
PA 6I/6T−ヘキサメチレンジアミン、テレフタル酸、およびイソフタル酸のペレット化非晶性コポリマー(コポリアミド6I/6T)−DuPont de Nemoursによって供給されるSelar(登録商標)PAグレード。
PA−AB−ポリアミド6用の、ロールに巻き取られたフィルムの接着を妨げるペレット化マスターバッチ(ブロッキング防止添加剤)−A.Schulmanによって供給されるPolybatch AB PA 3013グレード。
PET−ペレット化半結晶性ポリエチレンテレフタレート、Equipolymers GmbHによって供給されるLighter C93グレード。
PET−АB−PET用のペレット化接着防止マスターバッチ、A.Schulmanによって供給されるPolybatch PT AB 050 Gグレード。
POP1−ペレット化ポリオレフィンプラストマー(エチレンおよびα−オレフィンのコポリマー)、Borealis AGによって供給されるQueo 0201グレード。
POP2−ペレット化ポリオレフィンプラストマー(エチレンおよびα−オレフィンのコポリマー)、Exxon Mobileによって供給されるExact(登録商標)プラストマー5062グレード。
coPP−プロピレン、エチレン、およびブテンのペレット化ランダムコポリマー、Lyondell Basellによって供給されるAdsyl5C30Fグレード。
IO−ペレット化ポリオレフィンイオノマー(部分的に亜鉛中和された、エチレンおよびアクリル酸のコポリマー)、DuPont de Nemoursによって供給されるSurlyn 1601グレード。
PE−AB−低密度直鎖ポリエチレン用のペレット化ブロッキング防止マスターバッチ、A.Schulmanによって供給されるPolybatch FSU 1010Eグレード。
EVOH−エチレンのモル含有量32%を有する、エチレンおよびビニルアルコールのペレット化コポリマー、Chang Сhun Petrochemical Cо.Ltd.によって供給されるEvasin 3251 Fグレード。
AD1−ペレット化マレイン化直鎖低密度ポリエチレン、Mitsubishi Chemical Europe GmbHによって供給されるModic(登録商標)M603Eグレード。
AD2−エチレンおよびアクリレート(acrylate)のペレット化マレイン化コポリマー、DuPont de Nemoursによって供給されるBynel21E787グレード。
実質的に等方性の柔軟性を有するフィルム
表1の対応する列に示された9種の組成物を、9層押出成形機の様々な重量生産性を有する9個の押出成形機に投入し、そこで溶融し混合する。次いで、溶融物を9層押出成形体が成形される9層ダイに供給する。但し、層Aが内層であり、層Iが外層である。次に、それを、環状ダイで押出成形して第1のチューブを成形し、それを冷水で温度13〜15℃までクエンチする。
a.最大薄肉化を判定する、前述の方法で記載された条件の下、Multivacグループによって供給されるMultivac R145熱成形機を使用して、図1に示される成形ダイによるフランクフルト型ソーセージ包装用のトレイ(成形製品によって占められるフィルム表面積約71%)、
b.横方向の間隔80mmで、Webomatic APS ML 4600包装機を使用して、220×300×120mmの寸法の成形ダイによる、重量約1.2〜1.4kgのホールチキンの包装用容器(成形製品によって占められるフィルム表面積約62%)
を製作するための底部フィルムとして使用される。
強い異方性の柔軟性を有するフィルム。
その製造の第1の工程は、表1で例2について示された構造を有する直径362mmおよび厚さ492μmの、第1のチューブの押出成形である。
緩和中に配向し、不十分な強度で収縮したフィルム
その製造の第1の工程は、表1で例3について示された構造を有する、直径248mmおよび厚さ639μmの、第1のチューブの押出成形である。後続の操作を例2のように実施する。
高融点ポリアミドのみを含有するフィルム
その製造の第1の工程は、表1で例4について示された構造[ポリアミド層の組成は角括弧で示される]および例1の形状パラメーターを有する、第1のチューブの押出成形である。後続の操作を例1のように実施する。
あまり配向していないフィルム
その製造の第1の工程は、表1の例5で示された構造を有し、直径283mmおよび厚さ466μmの第1のチューブの押出成形である。後続の操作を例2のように実施する。
未延伸フィルム。変形体aおよび変形体b。
例1に記載された構造を有する、直径695mmならびに厚さ100μm(変形体a)および厚さ150μm(変形体b)の2種のフィルム試料を、周知のブローチューブ共押出法によって調製する。溶融筒状押出成形体が環状ダイから出てきた後、すぐにエアブローして直径約700mmの気泡を形成し、次いで、冷たい空気流中で冷却しロールに巻き取る。フィルム厚さは、装置の全体の容量を変えることによって(分離押出成形機の容量比を維持して)変える。
後続のテンターでの延伸および緩和を施されたフラットダイ押出成形フィルム
表1で例2、例5、および例7について示された9種の組成物を、様々な容量で操作される、9個の押出成形機に、投入し、溶融し、混合する。次いで、溶融物を、9層ダイに供給し、そこで、9層溶融押出成形体が成形される。次に、材料を、ギャップ1.1mm(1,100μm)を有する、幅2,000mmのフラットダイで押出成形して、溶融した第1のシートを成形し、温度20℃の冷却シャフトに移し、そこでシートを、溶融状態から固体状態への、その転移温度25℃まで下げてクエンチする。第1のシートの厚さおよび幅は、押出成形機の全体の生産性を一定に維持しながら、アクティブニップロールの第1の対の回転速度を調節することによって制御される。次いで、幅1,160〜1,161mmおよび厚さ588μmの第1のシートを、温度85℃まで予め加熱したシャフトで再度加熱し、同時二軸延伸用および同時二軸緩和用のテンターフレームにロールのシステムによって移す。テンターフレームは、延伸倍率がそれぞれ3.5および4のMD方向およびTD方向のシート延伸に使用される。次いで、延伸されたシートを、ロールのシステムによってクランプと一緒に加熱ゾーンに移す。そこで、シートを温度145〜150℃まで加熱し、2つの方向のクランプの相互収束によって、機械方向および横方向においてそれぞれ40%および30%の制御された緩和および収縮を受ける。空気流でクエンチした後、調製された厚さ100μmのシートのクランプで変形した端部を切り取り、適正なシートをそれぞれ幅約357mmの9個のストリップに切断し、その後ロールに巻き取る。
以下に、本願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[請求項1]
(i)ビカット軟化温度が130℃を超えない(コ)ポリオレフィンを主成分とする少なくとも1種の外側ヒートシール性層、
(ii)主として脂肪族の(コ)ポリアミドおよび芳香族(コ)ポリエステルを含む群から選択される少なくとも1種の極性(コ)ポリマーを主成分とする少なくとも1種の耐熱層、
(iii)(コ)ポリオレフィンおよび極性(コ)ポリマーの両方に接着可能な材料で作製された少なくとも1種のコア接着層
を含む、平坦な共押出二軸配向熱硬化性バリアフィルムであって、
a.主として脂肪族の(コ)ポリアミドから主になる前記耐熱層が、融解温度が205℃を超えない少なくとも1種の主として脂肪族のコポリアミド15%以上を含み、
b.温度90℃の水中に10秒間浸漬した後の機械方向および横方向のそれぞれにおける前記フィルムの収縮値が10%未満であり、
c.機械方向および横方向の少なくとも一方の前記フィルムの収縮値が、100℃に予め加熱した乾燥キャビネットに10秒間置いた後、3%未満であり、
d.真空熱成形が、機械方向における成形キャビティ間に18mmのギャップおよび横方向における成形キャビティ間に15mmのギャップを有する矩形ブロックに組み立てられる、それぞれ147×143×50mmの全体寸法を有しかつ半径20mmの円形端部を有する、直方体形態の4個の成形キャビティを備える成形ダイを用いた熱成形機によって、事前設定の温度、加熱時間、成形時間、および真空システム圧がそれぞれ100℃、3秒、2.5秒、および2mmHgで自動的に実施される場合、前記フィルムが、実質的に破裂することなく熱成形され、得られた成形製品における、無歪みフィルム区域の平均厚さと前記フィルムの平均最小厚さとの間の比が4.5以下である、
バリアフィルム。
[請求項2]
前記ヒートシール性層が、(i)エチレンまたはプロピレンのモノマー単位と、(ii)2〜14個の炭素原子数を有するα−オレフィン、ビニルエステル、不飽和カルボン酸のエステル、不飽和カルボン酸、およびその塩を含むリストから選択されるモノマーのうちの少なくとも1種のモノマー単位とを主に含有する少なくとも1種の(コ)ポリマーを含有し、それにより、前記モノマー(ii)の全量が40モル%を超えない、請求項1に記載のフィルム。
[請求項3]
前記ビニルエステルが、好ましくは酢酸ビニルに代表され、前記不飽和カルボン酸が、好ましくはアクリル酸およびメタクリル酸を含むリストから選択され、その一方で、それらのエステルが、好ましくは1〜6個の炭素原子数を有する直鎖アルコールまたは分枝鎖アルコールの残留分を含有し、前記塩が、好ましくはLi + 、Na + 、Mg 2+ 、またはZn 2+ を含むリストから選択されるカチオンを含有する、請求項2に記載のフィルム。
[請求項4]
融解温度が205℃を超えない、前記耐熱層の前記主として脂肪族のコポリアミドの少なくとも1種が、γ−アミノ酪酸、δ−アミノ吉草酸、ε−アミノカプロン酸、ι−アミノウンデカン酸、κ−アミノラウリン酸、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン酸を含む群(i)から選択されるモノマーの単位と、場合により、イソフタル酸、テレフタル酸、メタキシリレンジアミン、およびパラキシリレンジアミンを含む群(ii)から選択されるモノマー15%w/w以下を含むようなアミノ酸のモノマー単位とを含有する、請求項1に記載のフィルム。
[請求項5]
前記耐熱層が、γ−アミノ酪酸、δ−アミノ吉草酸、ε−アミノカプロン酸、ι−アミノウンデカン酸、κ−アミノラウリン酸、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、およびドデカン酸を含む群(i)からのモノマーを含むリストから選択される少なくとも1種のモノマーのモノマー単位と、場合により、イソフタル酸、テレフタル酸、メタキシリレンジアミン、およびパラキシリレンジアミンを含む群(ii)から選択される15%w/w以下のモノマーとを含有する、融解温度が205℃を超える少なくとも1種の主として脂肪族の(コ)ポリアミド85%以下をさらに含有する、請求項4に記載のフィルム。
[請求項6]
前記耐熱層が、PA 6I/6TおよびPA MXD6を含むリストから選択される半芳香族(コ)ポリアミドをさらに含む、請求項4および請求項5に記載のフィルム。
[請求項7]
前記耐熱層の芳香族(コ)ポリエステル形成部分が、ポリエチレンテレフタレート、グリコール変性ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレートおよびポリブチレンテレフタレートの結晶性コポリマー、ならびに前述の(コ)ポリマーの任意の混合物を含むリストから選択される、請求項1に記載のフィルム。
[請求項8]
前記接着層の材料が、プロピレンまたはエチレンのモノマー単位を主に含有するポリオレフィン上に無水マレイン酸をグラフトした生成物である、請求項1に記載のフィルム。
[請求項9]
エチレン含有量が50モル%以下である、エチレンおよびビニルアルコールの極性コポリマーで主に構成された、少なくとも1種のEVOH酸素バリア層をさらに有する、請求項1に記載のフィルム。
[請求項10]
オレフィン(コ)ポリマーで主に構成される少なくとも1種の水分バリア層をさらに有する、請求項1に記載のフィルム。
[請求項11]
コア層である、脂肪族(コ)ポリアミドで主に構成される少なくとも1種の耐熱層をさらに有する、請求項1に記載のフィルム。
[請求項12]
3〜25個の層を含む、請求項1に記載のフィルム。
[請求項13]
請求項1から12のいずれか一項に記載の平坦な二軸配向熱硬化性バリアフィルムを調製する方法であって、共押出する工程、二軸延伸する工程、熱硬化する工程、およびロールへ巻き取る工程を含み、
i.二軸延伸での面積延伸倍率が8以上であり、
ii.熱硬化する工程が、縦(機械)方向および横方向の少なくとも一方における25%を超える収縮値を伴う緩和によって、かつ40%を超える面積収縮値を伴う表面緩和によって成し遂げられる、方法。
[請求項14]
前記共押出が、平坦フィルムのフラットダイ共押出であり、二軸延伸、熱硬化、および緩和の操作がテンターフレームによって実施される、請求項13に記載の方法。
[請求項15]
i.前記共押出が、環状ダイを通した第1のチューブの射出成形であり、
ii.前記延伸が、第2のチューブを製造するための2対のニップロールを用いた前記フィルムの同時縦延伸を伴う前記第1のチューブのガスブローイングによって成し遂げられ、
iii.続いて、筒状フィルムの熱硬化および緩和が、前記第2のチューブの製造のチューブガス圧よりも低いチューブガス圧で、かつ得られたチューブを製造するのに使用される2対の他のニップロールによってもたらされる制御され低減された張力で実施され、
次いで、前記得られたチューブがつぶされて平坦化筒状フィルムになり、前記平坦な平坦化筒状フィルムを望ましい数の引き延ばしたシートに切断することによって即時使用可能なフィルムを得る、請求項13に記載の方法。
Claims (15)
- (i)ビカット軟化温度が130℃を超えない(コ)ポリオレフィンを主成分とする少なくとも1種の外側ヒートシール性層、
(ii)主として脂肪族の(コ)ポリアミドおよび芳香族(コ)ポリエステルを含む群から選択される少なくとも1種の極性(コ)ポリマーを主成分とする少なくとも1種の耐熱層、
(iii)(コ)ポリオレフィンおよび極性(コ)ポリマーの両方に接着可能な材料で作製された少なくとも1種のコア接着層
を含む、平坦な共押出二軸配向熱固定バリアフィルムであって、
a.主として脂肪族の(コ)ポリアミドから主になる前記耐熱層が、融解温度が205℃を超えない少なくとも1種の主として脂肪族のコポリアミド15%以上を含み、
b.温度90℃の水中に10秒間浸漬した後の機械方向および横方向のそれぞれにおける前記フィルムの収縮値が10%未満であり、
c.機械方向および横方向の少なくとも一方の前記フィルムの収縮値が、100℃に予め加熱した乾燥キャビネットに10秒間置いた後、3%未満であり、
d.真空熱成形が、機械方向における成形キャビティ間に18mmのギャップおよび横方向における成形キャビティ間に15mmのギャップを有する矩形ブロックに組み立てられる、それぞれ147×143×50mmの全体寸法を有しかつ半径20mmの円形端部を有する、直方体形態の4個の成形キャビティを備える成形ダイを用いた熱成形機によって、事前設定の温度、加熱時間、成形時間、および真空システム圧がそれぞれ100℃、3秒、2.5秒、および2mmHgで自動的に実施される場合、前記フィルムが、実質的に破裂することなく熱成形され、得られた成形製品における、無歪みフィルム区域の平均厚さと前記フィルムの平均最小厚さとの間の比が4.5以下である、
バリアフィルム。 - 前記ヒートシール性層が、(i)エチレンまたはプロピレンのモノマー単位と、(ii)2〜14個の炭素原子数を有するα−オレフィン、ビニルエステル、不飽和カルボン酸のエステル、不飽和カルボン酸、およびその塩を含むリストから選択されるモノマーのうちの少なくとも1種のモノマー単位とを主に含有する少なくとも1種の(コ)ポリマーを含有し、それにより、前記モノマー(ii)の全量が40モル%を超えない、請求項1に記載のフィルム。
- 前記ビニルエステルが、好ましくは酢酸ビニルに代表され、前記不飽和カルボン酸が、好ましくはアクリル酸およびメタクリル酸を含むリストから選択され、その一方で、それらのエステルが、好ましくは1〜6個の炭素原子数を有する直鎖アルコールまたは分枝鎖アルコールの残留分を含有し、前記塩が、好ましくはLi+、Na+、Mg2+、またはZn2+を含むリストから選択されるカチオンを含有する、請求項2に記載のフィルム。
- 融解温度が205℃を超えない、前記耐熱層の前記主として脂肪族のコポリアミドの少なくとも1種が、γ−アミノ酪酸、δ−アミノ吉草酸、ε−アミノカプロン酸、ι−アミノウンデカン酸、κ−アミノラウリン酸、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン酸を含む群(i)から選択されるモノマーの単位と、場合により、イソフタル酸、テレフタル酸、メタキシリレンジアミン、およびパラキシリレンジアミンを含む群(ii)から選択されるモノマー15%w/w以下を含むようなアミノ酸のモノマー単位とを含有する、請求項1に記載のフィルム。
- 前記耐熱層が、γ−アミノ酪酸、δ−アミノ吉草酸、ε−アミノカプロン酸、ι−アミノウンデカン酸、κ−アミノラウリン酸、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、およびドデカン酸を含む群(i)からのモノマーを含むリストから選択される少なくとも1種のモノマーのモノマー単位と、場合により、イソフタル酸、テレフタル酸、メタキシリレンジアミン、およびパラキシリレンジアミンを含む群(ii)から選択される15%w/w以下のモノマーとを含有する、融解温度が205℃を超える少なくとも1種の主として脂肪族の(コ)ポリアミド85%以下をさらに含有する、請求項4に記載のフィルム。
- 前記耐熱層が、PA 6I/6TおよびPA MXD6を含むリストから選択される半芳香族(コ)ポリアミドをさらに含む、請求項4および請求項5に記載のフィルム。
- 前記耐熱層の芳香族(コ)ポリエステル形成部分が、ポリエチレンテレフタレート、グリコール変性ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレートおよびポリブチレンテレフタレートの結晶性コポリマー、ならびに前述の(コ)ポリマーの任意の混合物を含むリストから選択される、請求項1に記載のフィルム。
- 前記接着層の材料が、プロピレンまたはエチレンのモノマー単位を主に含有するポリオレフィン上に無水マレイン酸をグラフトした生成物である、請求項1に記載のフィルム。
- エチレン含有量が50モル%以下である、エチレンおよびビニルアルコールの極性コポリマーで主に構成された、少なくとも1種のEVOH酸素バリア層をさらに有する、請求項1に記載のフィルム。
- オレフィン(コ)ポリマーで主に構成される少なくとも1種の水分バリア層をさらに有する、請求項1に記載のフィルム。
- コア層である、脂肪族(コ)ポリアミドで主に構成される少なくとも1種の耐熱層をさらに有する、請求項1に記載のフィルム。
- 3〜25個の層を含む、請求項1に記載のフィルム。
- 請求項1から12のいずれか一項に記載の平坦な二軸配向熱固定バリアフィルムを調製する方法であって、共押出する工程、二軸延伸する工程、熱固定する工程、およびロールへ巻き取る工程を含み、
i.二軸延伸での面積延伸倍率が8以上であり、
ii.熱固定する工程が、縦(機械)方向および横方向の少なくとも一方における25%を超える収縮値を伴う緩和によって、かつ40%を超える面積収縮値を伴う表面緩和によって成し遂げられ、
iii.前記延伸および緩和の前または前記延伸および緩和中の熱処理が、管型赤外ヒーターおよび管型対流式ヒーターから選択されるヒーター、または、予め加熱したシャフトを用いた乾燥加熱により行われる、方法。 - 前記共押出が、平坦フィルムのフラットダイ共押出であり、二軸延伸、熱固定、および緩和の工程がテンターフレームによって実施される、請求項13に記載の方法。
- i.前記共押出が、環状ダイを通した第1のチューブの射出成形であり、
ii.前記延伸が、第2のチューブを製造するための2対のニップロールを用いた前記フィルムの同時縦延伸を伴う前記第1のチューブのガスブローイングによって成し遂げられ、
iii.続いて、筒状フィルムの熱固定および緩和が、前記第2のチューブの製造のチューブガス圧よりも低いチューブガス圧で、かつ得られたチューブを製造するのに使用される2対の他のニップロールによってもたらされる制御され低減された張力で実施され、
次いで、前記得られたチューブがつぶされて平坦化筒状フィルムになり、前記平坦な平坦化筒状フィルムを望ましい数の引き延ばしたシートに切断することによって即時使用可能なフィルムを得る、請求項13に記載の方法。
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