JP7328288B2 - 繰り返し水洗い可能な防護マスク及びその製造プロセス - Google Patents

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Description

本発明は、防護マスク及びその製造プロセスに関し、特に、繰り返し水洗い可能な防護マスク及びその製造プロセスに関するものであり、個人用呼吸防護器具の技術分野に属する。
マスクは、一種の衛生用品であり、一般に、口鼻に入る空気を濾過して有害な気体、におい、飛沫が着用者の口鼻に出入りするのを防ぐために口鼻部位に着用する器具を指し、医療衛生分野で非常に重要な意義を持っており、特に、呼吸器感染症を予防及びブロックする防疫工学において、重要な役割を果たしている。従来技術における防護マスクの殆どは、物理的な遮断及び濾過の原理を利用して、即ち一定の孔径の濾過材を利用して、当該孔径よりも大きい粉塵及び粒子を濾過遮断することで、それに付着した細菌やウイルス等が人体に接触して呼吸器に入るのを回避し、ひいては、人体への感染や危害のリスクを大幅に低減している。
現在、市場でよく見られる防護マスクのマスク本体部分は、内層、中間層、外層の３層に分けられることが多く、中間層として、超微細ポリプロピレン繊維のメルトブローン材料層が用いられることが多いが、このような防護マスクは、水洗いできず、３～４時間の使用で交換する必要があり、交換頻度が速すぎて、普通の個人ユーザーにとって、大きな無駄を招いてしまう。従って、繰り返し水洗いできるとともに、水洗い後でも優れた濾過効果を有する防護マスクを提供する必要がある。
上記の背景技術で挙げられた各技術的問題を解決するために、本発明は、繰り返し水洗い可能な防護マスク及びその製造プロセスを提供しており、当該マスクは、濾過効率が高いという特徴を持ち、２０回の水洗い後でも、高い濾過効率を有することができる。
本発明の技術的解決策は、以下の通りである。
本発明は、マスク本体と、当該マスク本体の対向する両側に固設された耳かけバンドとを含む繰り返し水洗い可能な防護マスクであって、前記マスク本体は、表層、内層、及び、前記表層と前記内層との間に設けられた中間層を含み、前記中間層には、順に積層して設けられるとともに超音波複合によって溶接された第一中間層、第二中間層及び第三中間層が含まれ、
前記第一中間層及び第三中間層は、何れもポリプロピレンスパンボンド不織布層であり、
前記第二中間層は、水流絡合エレクトレット処理されたポリプロピレンメルトブローン布層であり、当該ポリプロピレンメルトブローン布層は、エレクトレット母粒子を６～７ｗｔ．％含むポリプロピレンメルトブローン材料から、順に溶融押出、射出延伸及びウェブ化補強を経て形成されたポリプロピレンメルトブローン布層であり、
前記エレクトレット母粒子には、当該エレクトレット母粒子の総質量百分率で、無機エレクトレット粉体２～３ｗｔ．％、有機エレクトレット粉体５～６ｗｔ．％、相溶化剤３～８ｗｔ．％、加工助剤２～８ｗｔ．％、及び、残りのポリプロピレン樹脂が含まれる
繰り返し水洗い可能な防護マスクを開示している。
その更なる技術的解決策として、
前記第一中間層及び第三中間層に使用されるポリプロピレンスパンボンド不織布層は、坪量２５～３０ｇ／ｃｍ２の単層ダブルＳスパンボンド不織布層である。
その更なる技術的解決策として、
前記第二中間層に使用されるポリプロピレンメルトブローン布層は、坪量４０～４５ｇ／ｃｍ２の単層ポリプロピレンメルトブローン布層であり、且つ当該ポリプロピレンメルトブローン布層における繊維径は、０．５～０．８ミクロンである。
その更なる技術的解決策として、
前記第二中間層に使用されるエレクトレット母粒子中の無機エレクトレット粉体は、ナノトルマリン粉末とナノシリカとを質量比（５～６）：１で混合して形成された粉体混合物であり、且つその中のナノトルマリン粉末の粒子径Ｄ９０は、５０～１００ｎｍであり、ナノシリカの粒子径Ｄ９０は、８０～１００ｎｍである。
その更なる技術的解決策として、
前記第二中間層に使用されるエレクトレット母粒子中の有機エレクトレット粉体は、フッ素系ポリマー粉体であり、且つ当該フッ素系ポリマー粉体の平均粒子径は、５０～２００ｎｍである。
その更なる技術的解決策として、
前記フッ素系ポリマー粉体は、ポリテトラフルオロエチレン粉体、パーフルオロポリエチレン粉体、及びテトラフルオロエチレン－パーフルオロエチレン共重合体粉体のうち、少なくとも１つである。
その更なる技術的解決策として、
前記表層及び内層の何れにも、ナイロン繊維によってウェブ化された生地層が用いられており、且つ当該生地層の坪量は、１００～１３０ｇ／ｃｍ２である。
その更なる技術的解決策として、
前記表層及び内層は、それぞれポリウレタン粘着剤層を介して前記中間層の両側に貼り合わされている。
本発明は、上記の繰り返し水洗い可能な防護マスクの製造プロセスであって、
エレクトレット母粒子を含むポリプロピレンメルトブローン材料を、メルトブローン機器で溶融押出、射出延伸及びウェブ化補強して、ポリプロピレンメルトブローン布層を形成してから、水流絡合エレクトレット機器を用いて、水流絡合エレクトレットの方式で当該ポリプロピレンメルトブローン布層にエレクトレット処理を行うステップＳ１と、
５層構成のマスク本体の原反ロールを原反ロール搬送用の搬送装置に順番に載せて、まず、水流絡合エレクトレット処理された１層のポリプロピレンメルトブローン布層と、２層のポリプロピレンスパンボンド不織布層とを同期して送り出し、ポリプロピレンメルトブローン布層を２層のポリプロピレンスパンボンド不織布層の間に挟み、次に、複合装置に入れて、超音波複合の方式でこれらの３層を複合して中間層を形成するステップＳ２と、
２層のナイロン繊維生地層を同期して送り出し、当該２層のナイロン繊維生地層の対向する両側の面にポリウレタン粘着剤をスプレーしてから、貼り合わせの方式で中間層を当該２層のナイロン繊維生地層の間に挟んで、５層のマスク本体生地を形成するステップＳ３と、
当該５層のマスク本体生地をマスク成形装置に搬送して成形させると、前記繰り返し水洗い可能な防護マスクを形成するステップＳ４とを主に包含する
繰り返し水洗い可能な防護マスクの製造プロセスを更に開示している。
本発明の有益な技術的効果は、以下の通りである。
１、本発明に係るマスクの中間層としては、２層のポリプロピレンスパンボンド不織布の間に１層のポリプロピレンメルトブローン布を挟み、超音波溶接の方式でこれらの３層を複合したものが用いられている。ここで、両側のポリプロピレンスパンボンド不織布層は、延伸性及び撥水性の効果があり、中間のポリプロピレンメルトブローン布は、粒子と、病原菌やウイルスを持ち運ぶ飛沫とを濾過する効果があり、このような３層構造の設置により、中間にあるメルトブローン布の水洗い耐性を大幅に向上させることができると同時に、使用される超音波接着複合の方式により、繰り返し水洗いによる衝撃に耐えることができ、当該マスクの水洗い耐性を大幅に向上させることもできる。
２、本発明に係るマスクのポリプロピレンメルトブローン布層のポリプロピレンメルトブローン材料中のエレクトレット母粒子の添加量が６～７ｗｔ．％に増加され、当該エレクトレット母粒子中のエレクトレット粉体の総量が７～９ｗｔ．％とされると同時に、使用されるエレクトレット粉体としては、無機エレクトレット粉体と有機エレクトレット粉体とを配合したものが用いられており、上記技術要旨により、形成されたメルトブローン布については、水流絡合エレクトレットによって生成されるエレクトレット体を大幅に増加することができるとともに、使用後の水洗い中に摩擦して静電気を発生させることができるため、当該マスクが水洗い後でも高い濾過効果を有するのを確保することができる。
３、本発明に係るマスクのポリプロピレンメルトブローン布層は、従来の電気エレクトレットの代わりに水流絡合エレクトレットを用いることで、より多くのエレクトレット体を生成できるため、水流絡合エレクトレット中に失った電極が補われ、処理後のメルトブローン布の静電気量の飽和及び濾過効率の大幅な向上を保証できるだけではなく、不織布のより良好な透過性、安定したエレクトレット体、長い保持時間、強い吸着性、低抵抗、並びに、使用して水洗いした後の濾過効率の低下が少ないことを実現できる。
４、本発明に係るマスクは、ＰＦＥ≧９９％且つＢＥＦ≧９９％であり、水洗い回数が２０回に達することが可能であり、しかも、当該マスクは、水洗い後でも、濾過効率がＰＦＥ≧９５％且つＢＥＦ≧９５％に達することができる。
図１は、本発明に係るマスク本体の断面構造模式図である。 図２は、本発明に係る中間層の実物平面図である。
本発明の技術的手段をより明確に理解し、明細書の内容に従って実施できるようにするために、以下、図面及び実施例を参照して、本発明の具体的な実施形態を更に詳しく説明するが、以下の実施例は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を制限するためのものではない。
この特定の実施例は、繰り返し水洗い可能な防護マスクを詳述しており、当該防護マスクは、マスク本体と、当該マスク本体の対向する両側に固設された耳かけバンドとを含むが、その中の耳かけバンドの設置方式は、本分野の従来の技術的解決策であり、この特定の実施例では、繰り返して述べない。
マスク本体は、表層１、内層２、及び、表層と内層との間に設けられた中間層３を含み、表層１及び内層２は、それぞれポリウレタン粘着剤層を介して中間層３の両側に貼り合わされているが、この具体的な貼り合わせ方式及び使用されるポリウレタン粘着剤層は、何れも本分野の従来の技術的解決策であり、この特定の実施例では、繰り返して述べない。
上記の表層１は、着用者が当該マスクを着用した後、人体の顔から離れた側であり、内層２は、着用者が当該マスクを着用した後、人体の顔に面する側である。当該表層１及び内層２の材質は同じであり、何れもナイロン繊維によってウェブ化された生地層を用いており、且つ当該生地層の坪量は、１００～１３０ｇ／ｃｍ２である。
上記の中間層３には、順に積層して複合されるように設けられた第一中間層３１、第二中間層３２及び第三中間層３３が含まれ、且つ当該第一中間層３１、第二中間層３２及び第三中間層３３は、積層して設けられてから超音波複合溶接によって中間層３を形成する。
当該中間層３における第一中間層３１及び第三中間層３３は、何れもポリプロピレンスパンボンド不織布層であり、且つ当該ポリプロピレンスパンボンド不織布層は、坪量２５～３０ｇ／ｃｍ２の単層ダブルＳスパンボンド不織布層であることが好ましい。
当該中間層３における第二中間層３２は、水流絡合エレクトレット処理されたポリプロピレンメルトブローン布層であり、当該ポリプロピレンメルトブローン布層は、エレクトレット母粒子を６～７ｗｔ．％含むポリプロピレンメルトブローン材料から、順に溶融押出、射出延伸及びウェブ化補強を経て形成されたポリプロピレンメルトブローン布層であり、且つ当該ポリプロピレンメルトブローン布層は、坪量４０～４５ｇ／ｃｍ２の単層ポリプロピレンメルトブローン布層であり、当該ポリプロピレンメルトブローン布層における繊維径は、０．５～０．８ミクロンである。
上記ポリプロピレンメルトブローン材料中のエレクトレット母粒子には、当該エレクトレット母粒子の総質量百分率で、下記の各成分、即ち無機エレクトレット粉体２～３ｗｔ．％、有機エレクトレット粉体５～６ｗｔ．％、相溶化剤３～８ｗｔ．％、加工助剤２～８ｗｔ．％、残りのポリプロピレン樹脂が含まれる。その中の無機エレクトレット粉体は、ナノトルマリン粉末とナノシリカとを質量比（５～６）：１で混合して形成された粉体混合物であり、且つその中のナノトルマリン粉末の粒子径Ｄ９０は、５０～１００ｎｍであり、ナノシリカの粒子径Ｄ９０は、８０～１００ｎｍである。その中の有機エレクトレット粉体は、フッ素系ポリマー粉体であり、且つ当該フッ素系ポリマー粉体の平均粒子径は、５０～２００ｎｍであり、好ましいフッ素系ポリマー粉体としては、ポリテトラフルオロエチレン粉体、パーフルオロポリエチレン粉体、及びテトラフルオロエチレン－パーフルオロエチレン共重合体粉体のうち、少なくとも１つである。その中の相溶化剤は、無水マレイン酸グラフトポリプロピレン及びグリシジルメタクリレートグラフトポリプロピレンのうち、少なくとも１つである。その中の加工助剤には、ポリプロピレンワックス、ステアリン酸又はステアリン酸塩のうち、少なくとも１つと、シランカップリング剤とが含まれる。その中のポリプロピレンとしては、２３０℃／２．１６ｋｇでのメルトインデックスが１５００～２０００ｇ／１０ｍｉｎとなるホモポリプロピレン及び共重合ポリプロピレンのうち、少なくとも１つが用いられている。
この特定の実施例に係る防護マスクの製造プロセスは、
エレクトレット母粒子を含むポリプロピレンメルトブローン材料を、メルトブローン機器で溶融押出、射出延伸及びウェブ化補強して、ポリプロピレンメルトブローン布層を形成してから、水流絡合エレクトレット機器を用いて、水流絡合エレクトレットの方式で当該ポリプロピレンメルトブローン布層にエレクトレット処理を行うステップＳ１と、
５層構成のマスク本体の原反ロールを原反ロール搬送用の搬送装置に順番に載せて、まず、水流絡合エレクトレット処理された１層のポリプロピレンメルトブローン布層と、２層のポリプロピレンスパンボンド不織布層とを同期して送り出し、ポリプロピレンメルトブローン布層を２層のポリプロピレンスパンボンド不織布層の間に挟み、次に、複合装置に入れて、超音波複合の方式でこれらの３層を複合して中間層を形成するステップＳ２と、
２層のナイロン繊維生地層を同期して送り出し、当該２層のナイロン繊維生地層の対向する両側の面にポリウレタン粘着剤をスプレーしてから、貼り合わせの方式で中間層を当該２層のナイロン繊維生地層の間に挟んで、５層のマスク本体生地を形成するステップＳ３と、
当該５層のマスク本体生地をマスク成形装置に搬送して成形させると、前記防護マスクを形成するステップＳ４とを主に包含する。
具体的な実施例
表層１：ナイロン繊維によってウェブ化された生地層、坪量は１００ｇ／ｃｍ２であり、
内層２：ナイロン繊維によってウェブ化された生地層、坪量は１２０ｇ／ｃｍ２であり、
第一中間層３１：単層ダブルＳスパンボンド不織布層、坪量は２５ｇ／ｃｍ２であり、
第二中間層３２：ポリプロピレンメルトブローン布層、坪量は４５ｇ／ｃｍ２、繊維径は０．６ミクロンであり、
第三中間層３３：単層ダブルＳポリプロピレンスパンボンド不織布層、坪量は２５ｇ／ｃｍ２である。
ポリプロピレンメルトブローン布層は、エレクトレット母粒子を６ｗｔ．％含むポリプロピレンメルトブローン材料から、順に溶融押出、射出延伸及びウェブ化補強を経て形成されたポリプロピレンメルトブローン布層であり、ウェブ化補強後に水流絡合エレクトレット処理される。
上記ポリプロピレンメルトブローン材料中のエレクトレット母粒子には、当該エレクトレット母粒子の総質量百分率で、下記の各成分が含まれる。
ナノトルマリン粉末（Ｄ９０は８０ｎｍ）とナノシリカ（Ｄ９０は９０ｎｍ）とを質量比５：１で混合して形成された無機エレクトレット粉体３ｗｔ．％、
ポリテトラフルオロエチレン粉体（平均粒子径は９０ｎｍ）とパーフルオロポリエチレン粉体（平均粒子径は９５ｎｍ）とを質量比３：１で混合して形成された有機エレクトレット粉体６ｗｔ．％、
無水マレイン酸グラフトポリプロピレン６ｗｔ．％、その中の無水マレイン酸のグラフト率が８％、
加工助剤として、ポリプロピレンワックス３ｗｔ．％、ステアリン酸０．５ｗｔ．％、シランカップリング剤１．０ｗｔ．％、
ポリプロピレン樹脂として、２３０℃／２．１６ｋｇでのメルトインデックスが１５００ｇ／１０ｍｉｎとなるホモポリプロピレン。
上記繰り返し水洗い可能な防護マスクを性能試験した結果は、以下の通りである。
水洗い前：濾過効率はＰＦＥ≧９９％且つＢＥＦ≧９９％、通気抵抗は３２Ｐａ／ｃｍ２であり、
２０回の水洗い後：濾過効率はＰＦＥ≧９５％且つＢＥＦ≧９５％、通気抵抗は３４Ｐａ／ｃｍ２であった。
本発明に係る防護マスクの中間層としては、２層のポリプロピレンスパンボンド不織布の間に１層のポリプロピレンメルトブローン布を挟み、超音波溶接の方式でこれらの３層を複合したものが用いられている。ここで、両側のポリプロピレンスパンボンド不織布層は、延伸性及び撥水性の効果があり、中間のポリプロピレンメルトブローン布は、粒子と、病原菌やウイルスを持ち運ぶ飛沫とを濾過する効果があり、このような３層構造の設置により、中間にあるメルトブローン布の水洗い耐性を大幅に向上させることができると同時に、使用される超音波接着複合の方式により、繰り返し水洗いによる衝撃に耐えることができ、当該マスクの水洗い耐性を大幅に向上させることもできる。そして、本発明に係るマスクのポリプロピレンメルトブローン布層のポリプロピレンメルトブローン材料中のエレクトレット母粒子の添加量が６～７ｗｔ．％に増加され、当該エレクトレット母粒子中のエレクトレット粉体の総量が７～９ｗｔ．％とされると同時に、使用されるエレクトレット粉体としては、無機エレクトレット粉体と有機エレクトレット粉体とを配合したものが用いられており、上記技術要旨により、形成されたメルトブローン布については、水流絡合エレクトレットによって生成されるエレクトレット体を大幅に増加することができるとともに、使用後の水洗い中に摩擦して静電気を発生させることができるため、当該マスクが水洗い後でも高い濾過効果を有するのを確保することができる。また、マスク中ポリプロピレンメルトブローン布層は、従来の電気エレクトレットの代わりに水流絡合エレクトレットを用いることで、より多くのエレクトレット体を生成できるため、水流絡合エレクトレット中に失った電極が補われ、処理後のメルトブローン布の静電気量の飽和及び濾過効率の大幅な向上を保証できるだけではなく、不織布のより良好な透過性、安定したエレクトレット体、長い保持時間、強い吸着性、低抵抗、並びに、使用して水洗いした後の濾過効率の低下が少ないことを実現できる。本発明に係るマスクは、ＰＦＥ≧９９％且つＢＥＦ≧９９％であり、水洗い回数が２０回に達することが可能であり、しかも、当該マスクは、水洗い後でも、濾過効率がＰＦＥ≧９５％且つＢＥＦ≧９５％に達することができる。
上記は、本発明の好ましい実施形態に過ぎず、本発明を制限するためのものではない。留意されたいのは、なお、本発明の技術的原理から逸脱することなく、いくつかの改善及び変形を行えるが、これらの改善及び変形も、本発明の保護範囲内と見なされるべきである。
１、表層；２、内層；３、中間層；３１、第一中間層；３２、第二中間層；３３、第三中間層。

Claims (5)

  1. マスク本体と、当該マスク本体の対向する両側に固設された耳かけバンドとを含む繰り返し水洗い可能な防護マスクであって、前記マスク本体は、表層（１）、内層（２）、及び、前記表層と前記内層との間に設けられた中間層（３）を含み、前記中間層（３）には、順に積層して設けられるとともに超音波複合によって溶接された第一中間層（３１）、第二中間層（３２）及び第三中間層（３３）が含まれ、
    前記第一中間層（３１）及び第三中間層（３３）は、何れもポリプロピレンスパンボンド不織布層であり、当該ポリプロピレンスパンボンド不織布層は、坪量２５～３０ｇ／ｃｍ ２ の単層ダブルＳスパンボンド不織布層であり、
    前記第二中間層（３２）は、水流絡合エレクトレット処理されたポリプロピレンメルトブローン布層であり、当該ポリプロピレンメルトブローン布層は、エレクトレット母粒子を６～７ｗｔ．％含むポリプロピレンメルトブローン材料から、順に溶融押出、射出延伸及びウェブ化補強を経て形成されたポリプロピレンメルトブローン布層であり、坪量４０～４５ｇ／ｃｍ ２ の単層ポリプロピレンメルトブローン布層であり、且つ当該ポリプロピレンメルトブローン布層における繊維径は、０．５～０．８ミクロンであり、
    前記エレクトレット母粒子には、当該エレクトレット母粒子の総質量百分率で、無機エレクトレット粉体２～３ｗｔ．％、有機エレクトレット粉体５～６ｗｔ．％、相溶化剤３～８ｗｔ．％、加工助剤２～８ｗｔ．％、及び、残りのポリプロピレン樹脂が含まれ、
    前記無機エレクトレット粉体は、ナノトルマリン粉末とナノシリカとを質量比（５～６）：１で混合して形成された粉体混合物であり、且つその中のナノトルマリン粉末の粒子径Ｄ９０は、５０～１００ｎｍであり、ナノシリカの粒子径Ｄ９０は、８０～１００ｎｍであり、
    前記有機エレクトレット粉体は、フッ素系ポリマー粉体であり、且つ当該フッ素系ポリマー粉体の平均粒子径は、５０～２００ｎｍであり、
    前記相溶化剤は、無水マレイン酸グラフトポリプロピレン６ｗｔ．％を含み、前記無水マレイン酸グラフトポリプロピレンの中の無水マレイン酸のグラフト率が８％であり、
    前記加工助剤は、ポリプロピレンワックス３ｗｔ．％、ステアリン酸０．５ｗｔ．％、シランカップリング剤１．０ｗｔ．％を含み、
    前記ポリプロピレン樹脂は、２３０℃／２．１６ｋｇでのメルトインデックスが１５００ｇ／１０ｍｉｎとなるホモポリプロピレンである
    ことを特徴とする繰り返し水洗い可能な防護マスク。
  2. 前記フッ素系ポリマー粉体は、ポリテトラフルオロエチレン粉体、パーフルオロポリエチレン粉体、及びテトラフルオロエチレン－パーフルオロエチレン共重合体粉体のうち、少なくとも１つである
    ことを特徴とする請求項１に記載の繰り返し水洗い可能な防護マスク。
  3. 前記表層（１）及び内層（２）の何れにも、ナイロン繊維によってウェブ化された生地層が用いられており、且つ当該生地層の坪量は、１００～１３０ｇ／ｃｍ２である
    ことを特徴とする請求項１に記載の繰り返し水洗い可能な防護マスク。
  4. 前記表層（１）及び内層（２）は、それぞれポリウレタン粘着剤層を介して前記中間層（３）の両側に貼り合わされている
    ことを特徴とする請求項１に記載の繰り返し水洗い可能な防護マスク。
  5. 請求項１～４の何れか一項に記載の繰り返し水洗い可能な防護マスクの製造プロセスであって、
    エレクトレット母粒子を含むポリプロピレンメルトブローン材料を、メルトブローン機器で溶融押出、射出延伸及びウェブ化補強して、ポリプロピレンメルトブローン布層を形成してから、水流絡合エレクトレット機器を用いて、水流絡合エレクトレットの方式で当該ポリプロピレンメルトブローン布層にエレクトレット処理を行うステップＳ１と、
    ５層構成のマスク本体の原反ロールを原反ロール搬送用の搬送装置に順番に載せて、まず、水流絡合エレクトレット処理された１層のポリプロピレンメルトブローン布層と、２層のポリプロピレンスパンボンド不織布層とを同期して送り出し、ポリプロピレンメルトブローン布層を２層のポリプロピレンスパンボンド不織布層の間に挟み、次に、複合装置に入れて、超音波複合の方式でこれらの３層を複合して中間層を形成するステップＳ２と、
    ２層のナイロン繊維生地層を同期して送り出し、当該２層のナイロン繊維生地層の対向する両側の面にポリウレタン粘着剤をスプレーしてから、貼り合わせの方式で中間層を当該２層のナイロン繊維生地層の間に挟んで、５層のマスク本体生地を形成するステップＳ３と、
    当該５層のマスク本体生地をマスク成形装置に搬送して成形させると、前記繰り返し水洗い可能な防護マスクを形成するステップＳ４とを主に包含する
    ことを特徴とする繰り返し水洗い可能な防護マスクの製造プロセス。
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