JPH03115114A - 固体間反応による有機スメクタイトの製造方法 - Google Patents

固体間反応による有機スメクタイトの製造方法

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JPH03115114A
JPH03115114A JP1253188A JP25318889A JPH03115114A JP H03115114 A JPH03115114 A JP H03115114A JP 1253188 A JP1253188 A JP 1253188A JP 25318889 A JP25318889 A JP 25318889A JP H03115114 A JPH03115114 A JP H03115114A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野J 本発明は、主としてグリース、印刷インク、親油性塗料
、合成樹脂ベーストなどの増粘剤、保護コロイド剤等と
して利用される有機スメクタイトの製造方法に関する。
[従来の技術1 スメクタイトの一種であるベントナイトを親油化した有
機ベントナイトの歴史は古く、1934年にC,R,S
m1th(J、^m、Chem、Soc、、56.15
61)が初めてベントナイトと有機化合物の複合体をつ
くり、1936年に米国特許を得ている。それ以来、S
、B。
Hendrieks(J、八m、chem、soc、、
62.1457(1940))、 J、−1Jorda
n(J、Phys、&Co11oid Chem、、5
3s294(1949))、E、^、Hausef(米
国特許第2,531,427号Nov、28(1950
))により詳しく研究された。
これらの方法はいずれもベントナイトを水中に膨潤分散
させ、水腹(すいひ)精製した懸濁液に有機陽イオンを
含む水溶液を添加し、生成した凝集沈澱物を濾過、脱水
、乾燥、粉砕して製品とした。
有機化合物としては、オクタデシルアミン酢酸塩C+ 
5HztNH2・HOCQC)I、のような脂肪族アミ
ン塩やジメチルジオクタデシルアンモニウムクロライド
(C1@H3,)2N(CH,)2−C1のような第4
アンモニウム塩が用いられた。
これらは、1950年代にまずNational Le
ad Co。
(米)でBenton(商品名)として発売され、つい
で日本においても白石工業の0rben<商品名)、豊
順鉱業のOrganiteSS−Ben(イずれも商品
名)などとして市販され、今日に至っている。
上記の有機ベントナイトの製造はスメクタイトの一種で
あるベントナイト懸濁液と有機アミン水溶液との混合に
よる液相反応で、ベントナイトの主要構成成分であるモ
ンモリロナイトの結晶層間に存在するアルカリ金属イオ
ンまたはアルカリ土類金属イオンを有機アミンイオンと
イオン交換させたものである。従来液相反応が用いられ
た背景にはベントナイトを水腹精製する際、膨潤したベ
ントナイト液の濾過は極めて困難であるのに対して、懸
濁液に有1st7ミン水溶液を加えて反応させ、凝集沈
降した反応物を濾過する方法が容易であったためである
。また1930年代にこのイオン交換現象が見出された
経緯から、液相反応が当然と思われたのである。そのた
め、スメクタイトの粉末と有機アミンの粉末を固体同士
で接触反応させることは検討されることがなかったので
ある。
一方ス〆クタイトと結晶構造の異なるカオリナイトにつ
いては酢酸カリウムと粉末同士で混合する固体間反応に
より結晶層間にインターカレートさせることは、196
1年にKj4ada(3m0M1neral、 46゜
78)により報告された。しかしこの場合は、反応に丸
1日かかるという遅いものであった。
[発明が解決しようとする課題] 従来液相反応で行われていた有機スメクタイトの製造法
においては、次のような問題があった。
すなわち、ベントナイト原鉱を水に分散膨潤させ水腹し
たのち反応に必要な懸濁液を製造する工程を要すること
や、水腹によるベントナイト精製の際に避けられない廃
水および残渣の処理上環境汚染等の問題があることに加
え、液相反応の場合は水溶液中でホスト結晶を一旦バラ
バラにしたのち結晶層間に有機ゲスト物質をインターカ
レートするので複合体結晶の積み重なりに不整合が生じ
結晶度の高い製品が得られないことである。
本発明者は、従来液相反応が当然と考えられ、固体同士
での接触反応が検討されることがなかった有機スメクタ
イトの製造法において、固体間反応の可能性を模索し、
液相反応と比較して製造工程が簡略で且つより結晶度の
高い高品質の有機スメクタイトを製造できる方法を提供
すべく、ホストスメクタイトとゲスト有機物質との反応
を固体間で行うことを研究し、本発明に到達したもので
ある。
[課題を解決するための手段] 本発明は、結晶層間に0〜20%の眉間水を含むスメク
タイトと有機陽イオン供給物質および/または塩基性有
機分子とに固体間反応を行わせることを特徴とする有機
スメクタイトの製造方法に関する。
本発明はまた、結晶層間に0〜20%の層間水を含むス
メクタイト100.に対して有機陽イオン供給物質お上
V/または塩基性有機分子を10〜500ミl/当量の
割合で配合し、5〜80℃の温度において0.5〜10
Ay/ci+2の圧力下混合することを特徴とする有機
スメクタイトの製造方法に関する。
本発明に係る製造方法の基本原理は、ホスト物質である
スメクタイトの結晶層間に存在する交換性陽イオンとゲ
スト物質である有機陽イオンおよび/または塩基性有機
分子とを交換せしめて、親木性スメクタイトを有機スメ
クタイトに変換させることであり、従来液相反応により
行なわれていた合成法を、固体間の接触による反応によ
り容易に合成させることに特徴を有する。
ホスト結晶であるスメクタイトとしては、代表的なモン
モリロナイト〔(^j!z−yMIFy)Si40+。
(OH)2商品名ベントナイト〕のほかに、バイデライ
ト〔^1z(Si−−−=^fJO+o(OH)2)、
/ントロナイトCFe”2(Si4−、@^う)〕、サ
ボナイト(Mfz(Si<−xAら)〕、ヘクトライト
((Ml?3−yLiy)Si<0+。(OH)2 )
などがあるが、本発明の固相反応法によれば、これらい
ずれのスメクタイトからも合成が可能である。
ゲスト有機物質は、有機陽イオン供給物質から供給され
る有機陽イオン、または塩基性有機分子である。
有機陽イオン供給物質としては、脂肪族アルキルアミン
の塩酸塩あるいは酢酸塩、芳香族アミンの塩酸塩、ピリ
ジン核をもつ塩基性有機化合物、等があり、これらの具
体例は次の通りである。すなわち、脂肪族アルキルアミ
ンの塩としては、ヘキシルアミン、クエチルアミン、ト
リメチルアミン、オクタデシルアミン、ジメチルジオク
タデシルアミンの塩酸塩等の1級−12級−13級−ア
ミン塩、第4アンモニウム塩などであり、芳香族アミン
の塩としては、アニリン、ベンジルメチルステアリルア
ミンの塩酸塩等であり、ピリジン核をもつ塩基性有機化
合物としてはピリジン、ドデシルピリジンの塩酸塩等で
ある。これらの有機陽イオン供給物質から供給される有
機アンモニウムイオン、ピリジニウム塩基等が、スメク
タイトの結晶層間に侵入するゲスト物質となる。
また、塩基性有機分子としては、アクリルアミド、メタ
クリルアミド、尿素、7エナントロリン、ビピリジル、
ジアゾ化合物、アゾ化合物さらに遷移金属トリスビピリ
ジルの錯体等があり、これらはその分子のままゲスト物
質となる。
これらのゲスト有機物質は単一の種類としても2種以上
の組み合わせとしても用いることができる。
固体間の反応に際して、原料についての重要な条件はホ
ストであるスメクタイト側にあり、結晶層間に存在する
交換性陽イオンの周りの水分子量に影響を受ける0層間
水O%のスメクタイトは結晶間に水がなく空隙があるの
で、ゲスト有機物質が入りやすい0例えば300℃に加
熱して完全に眉間水を除去したスメクタイトの場合には
、アルキル鎖の炭素数6までのアルキルアンモニウムイ
オンのインターカレートが可能であるが、結晶層間に1
分子層、2分子層と眉間水の増えるに従い炭素数の多い
有機アンモニウムイオン、ピリジニウム塩基がインター
カレートするようになる。眉間水が20%を越えると眉
間の水が多く、湿潤性を帯び、粘って、固体間反応が難
しくなる。従って、スメクタイトは結晶層間に0〜20
%の層間水を含むことが必要である。
ホスト結晶のスメクタイトとゲスト有機物質との混合割
合は、スメクタイ) 100.に対してデスト有機物質
lO〜500ミリ当量である。10ミリ当量より少ない
場合は交換性陽イオンに対して侵入する有機イオンまた
は有機分子の量が少ないので溶媒和が小さく、有機スメ
クタイトとしての所望の効果が期待できない、*た、5
00ミリ当量より多い場合は交換可能な量を越えるので
無駄となる。
ゲスト有機物質量の望ましい範囲は100〜200ミリ
当量/スメクタイト100yである。原料として用いる
ゲスト有機物質の分子の大きさによって眉間を占める範
囲が異なるので、ゲスト有機物質の種類によって適宜選
定する。
上記のホストスメクタイトとダスト有機物質とに固体間
反応を行わせる。固体間反応は、具体的には、ホストス
メクタイトとゲスト有機物質とを、5〜80℃の温度に
おいて0.5〜10Ay/cm”の圧力下混合すること
により行うことができる。5℃より低い温度では、粉体
混合がしにくくなり、反応性が悪い、一方80℃より高
い温度では有機物の蒸気圧が高くなり、湿潤性を帯びる
ので、混和しにくくなる。より望ましい温度範囲は20
℃〜40℃程度である。また、圧力が0.5Ay/cm
2より小さい場合には、混合攪拌に時間がかかり効率が
悪く、10k。
/c12より大きい場合には装置に費用がかかるので経
済的でない。
■作用] 本発明にかかる有機スメクタイトの製造方法において゛
は、ゲスト有機物質としての有機陽イオンまたは塩基性
有機分子がスメクタイト結晶間へ侵入し、引きつづき生
じるそれらの拡散によって、固体間反応が進むものと考
えられる。固相反応であるため、結晶のスクッキングを
そのままにして有機陽イオンまたは塩基性有機分子をイ
ンターカレートさせることができるので結晶層の良い製
品が得られる。
そして、スメクタイト結晶層間に疎水性のゲスト有機物
質を含有する有機スメクタイトは、メタノールやエタノ
ールのような極性溶媒、またベンゼン、トルエン、ニト
ロベンゼン、ピリジン、7ルフラールなどの非極性有機
溶媒の中で溶媒和して半透明の粘稠ゾルとなる。そのた
めグリース、親油性塗料、印刷インク、有機コーキング
剤などに添加することにより粘度を増大させることがで
き、保護コロイドとしての性質を示すようになる。
また石油系潤滑剤と異なり凝固、貞を下げ、通常の有機
潤滑剤より高温においても安定性を保持し、耐熱性の温
度範囲が広くなる。
[実施例] 実施例1 ホストスメクタイトとしてクニミネ社製りニビアF(精
製ベントナイト、主要構成粘度鉱物はモンモリロナイ)
 )100gを300℃に2時間乾燥し、結晶層間に層
間水を含まないベントナイトを調整する。この無水ベン
トナイトにヘキシルアミン塩酸塩7y(約200ミリ当
量/100.ベントナイト)を加えて混合したのち、5
00z1磁製乳鉢中に入れ、モーター付攪拌棒にて25
℃で20分間混合攪袢して固体間反応を起こさせる。そ
のときの粉体に加わる圧力は約1.5人g/cm2であ
る。
生成物の結晶層間の距離はX線分析の結果、[001]
面間隔は13.5人で、無水ベントナイトの結晶面開隔
(実測値)9.7人に比べ3.8人の増加を示し、ホス
トベントナイトの結晶層間にヘキシルアミンがインター
カレートしたことが確認された。また、赤外@収スペク
トル、示差熱分析、熱重量分析、元素分析によっても同
じく確認された。
この生成物をトルエン中に投入したところ、溶媒和して
膨潤し、淡黄色半透明となった。原料のベントナイトで
はトルエン中にて膨潤せず、まま粗状態で沈降した。ま
た攪拌しても膨潤分散は起こらず、ビー力の底に沈積し
た。
実施例2 ホストスメクタイトとして豊順鉱業社製精製ベントナイ
) 100yを100℃にて乾燥したのち、70%相対
湿度をもつ硫酸デシケータ−中に24時間放置し、結晶
層間に層間水を吸収せしめた。この試料の[001]結
晶面間隔は12.5人で約1分子層の層間水のインター
カレートしたことが確認された。このホストベントナイ
トにトリメチルステアリルアンモニラムクぴライドの2
6g(約300ミリ当量/100gベントナイト)を添
加し、実施例1と同様の混合機にて30℃、約2 kg
/cm2の圧力を加えながら30分混合攪拌した。
生成物の結晶層間はX線分析の結果19.0人となり、
赤外吸収スペクトル、熱分析、元素分析の結果と共に結
晶層間に第4アンモニウムイオンのインターカレートし
たことが確認された。
この生成物をベンゼン中に投入したところ、溶媒和し、
淡黄色半透明になり粘稠な液状を示した。
ホスト精製ベントナイトのみをトルエン中に入れてもま
ま粉の状態で膨潤せず、直ちに沈降した。
実施例3 ホストスメクタイトとしてクニミネ社製合成すボナイ)
 100yを100℃に乾燥したのち、80%相対湿度
の硫酸デシケータ−中に2昼夜放置し、結晶層間に1分
子層の水を吸収せしめた。これにジメチルステアリルア
ンモニクムクロライド29g(約200 ミリ当量71
00gサボナイト)を加え、磁製乳鉢中にて3 kg/
cz2の圧力をかけながら、30℃にて15分間混合攪
拌を行った。
結晶層間に第4アンモニウムイオンがインターカレート
したことはX線分析、赤外吸収スペクトル、熱分析、元
素分析で確認された。
この生成物をニトロベンゼン中に浸漬したところ溶媒和
膨潤して白色半透明のグリース状になった。ホストの合
成サボナイトのみの場合には溶媒和膨潤は生じなかった
実施例4 ホストスメクタイトとしてへPI試料へクトライトの1
00gを用い、80%相対湿度の硫酸デシケータ−中に
1昼夜放置して層間水を吸収せしめたのち、ベンジルメ
チルステアリルアンモニウムクロライド42g(約40
0ミリ当l/100.ヘクトライト)を加え、磁製乳鉢
中にて約1.5kFI/ex2の圧力が加わるように混
合攪拌を40℃、20分間行った。
生成物はX線分析、赤外吸収スペクトル、熱分析、元素
分析でインターカレートしたことを確認した。この生成
物をトルエン中に浸漬したところ、溶媒和して白色半透
明のグリース状に膨潤した。
ホストのへクトライトのみの場合は溶媒和、膨潤を起こ
さなかった。
実施例5 商品名ポルクレイとして知られるIMC社(米)製ベン
トナイトに水を含浸させ、風乾した試料をホストベント
ナイト(主要構成粘度鉱物モンモリロナイト)とした。
この試料の[001]結晶面間隔は15.4人を示し、
約2分子層の眉間水を吸収していることが確認された。
この試料100.、にトリメチルオクタデシルアンモニ
ウムクロライド30gを加えて磁製乳鉢中、約1.5k
g/C112の圧力下30℃にて2時間混合攪袢した。
本生成物の[001]結晶面間隔は22.0人となり、
第4アンモニウムイオンのインターカレートしたことが
X線分析、赤外吸収スペクトル、熱分析、元素分析によ
り確認された。この生成物をトルエン中に投入したとこ
ろ、溶媒和膨潤し淡黄色粘稠な液状となった。ホストの
ポルクレイベントナイトでは膨潤せず、まま粉の粉体の
まま沈降した。
実施例6 商品名ビッグホーンとして知られるアメリカ産ベントナ
イトを90%硫酸デシケータ−中に放置して充分吸湿せ
しめた試料100gにジメチルピリジニウムクロライド
14.を加えて磁製乳鉢中に1.5人g/ex2の圧力
が加わるように30℃にて30分間混合攪拌した。
この生成物については、X線分析、赤外吸収スペクトル
、熱分析、元素分析によりピリジニウムイオンのインタ
ーカレートしたことを確認した。
これをピリノンに浸漬したところ、溶媒和膨潤しグリー
ス状となった。ホストのビッグホーンベントナイト粉末
はピリジン中では溶媒和膨潤を起こさなかった。
実施例7 ホストスメクタイトとしてAPI試料バイデライトに水
を含浸させたのち風乾し層間水を充分吸収した試料10
0gにドデシルビリノニウムクロライド2g(約300
ミリ当量/100fIバイデライト)を加えて磁製乳鉢
中にて30℃、1〜1.2kg/cw’の圧力を加えな
がら60分間混合攪拌した。
この生成物については、X線分析、赤外吸収スペクトル
、熱分析、元素分析によりドデシルピリジニウムイオン
が結晶層間にインターカレートしたことを確認した。こ
の試料をフルフラール中に投入したところ、溶媒和膨潤
し淡黄色半透明の粘稠な液状を示した。ホストのバイデ
ライトのみではフルフラール中で溶媒和膨潤せず沈降し
た。
実施例8 ホストスメクタイトとしてクニミネ社製りニビアF(精
製ベントナイト、主要構成粘度鉱物はモンモリロナイト
)を300℃に2時間乾燥し、結晶層間に眉間水を含ま
ないベントナイトを調整する。
この無水ベントナイ) 100yにアクリルアミド35
゜(約500ミリ当量/100yベントナイト)を重合
開始剤としてのベンゾイルパーオキサイド1%を加えて
混合したのち、 、500xj!磁製乳鉢中に入れ、モ
ーター付攪拌棒にて30℃で20分間混合攪袢して固体
間反応を起こさせる。そのときの粉体に加わる圧力は約
1.5人g/c12である。
生成した複合体は65℃のオーブンに1時間放置すると
結晶層間のアクリルアミドは重合して安定なポリアクリ
ルアミドとなり、再び結晶の外に出ることはない。
X線分析の結果、[001]面間隔は19.IAを示し
、2分子層に並んでいることが確認された。また赤外吸
収スペクトル、熱分析、元素分析によっても確認された
実施例9 実施例8において、アクリルアミド35gの代わりにメ
タクリルアミド42gを用いた他は実施例8と同様にし
てスメクタイト複合体を形成した。
生成した複合体は70℃のオープンに1時間放置して、
メタクリルアミドを重合させ、結晶の外に出ないように
した。
X線分析の結果、[001]面間隔は20人を示し、2
分子層に並んでいることが確認された。また赤外吸収ス
ペクトル、熱分析、元素分析によっても確認された。
[発明の効果] 本発明にかかる固体間反応による有機スメクタイトの製
造方法は、従来の液相反応による方法に比べて次のよう
な効果を有する。
1)従来の液相法におけるベントナイト原鉱を水に分散
膨潤させ水腹したのち反応に必要な懸濁液を製造してい
た工程がなくてすむので、これらの工程に必要な設備、
作業が省略され、設備費、作業費、人件賛が不用となる
ので、その経済的効果が莫大である。
2)水腹によるベントナイト精製の際、避けられない廃
水および残渣の処理の問題がなくなるので、環境汚染防
止の面と工場側の公害対策の両面から社会的にも貢献す
る。
3)液相反応を用いないので、溶液の濃度、pH1温度
等の条件を調整する必要がない。
4)原料と反応操作の両面よりみて製造工程が極めて簡
略化されるので、製品は極めて廉価になる。
そのため用途が拡大され多くの分野に広がることが予想
される。
5)液相反応の場合は複合体結晶の積み重なりに不整合
が生じるのに対して、本発明の固体間反応の場合は結晶
のスクッキングはそのままであるので、結晶層の良い高
品質のものが得られる。
6)製造の面では、種々のグレードのものを簡単に少量
でも多量でも合成できるので、種々の要求に迅速に対処
できる。
小絞補正」:(自発) 1、事件の表示 平r&i年特許願第253188号 2、発明の名称 固体間反応による有機スメクタイトの製造方法3、補正
をする者 事件との関係  特許出願人 住所 東京部品用区上大崎2丁目3番4号氏名加藤忠蔵 6、補正の内容 (1)特許fli1求の範囲を別紙通り訂正する。
(2)明細書第2頁第3行の「ベントナイト」の次に[
(モンモリロナイトのNa塩または/およびCa塩)]
を挿入する。
(3)明細書第2頁第7行の「米国特許」の次にr(t
jIJ2,033,856号、March 10,19
36)Jを挿入する。
(4)明細書第5頁第15行の「本発明はまた、」から
同頁7120行[の製造方法に関する。]までを削除し
、代わりに次に記載を挿入する。
r本発明はまた、結晶層間に0〜20%の層間水を含む
スメクタイト100gに対して、脂肪族アルキルアミン
の塩酸塩あるいは酢酸塩、芳香族アミンの塩酸塩、ピリ
ジン核をもつ塩基性有機化合物から選ばれる有機陽イオ
ン供給物質および/または塩基性有機分子を10〜50
0ミリ当量の割合で配合し、5〜40℃の温度において
0.5〜10Ag/cm2の圧力下混合することを特徴
とする増粘剤、保護コロイド剤または結′合剤用有機ス
メクタイトのSi!遣方法に関する。」(5)明ji[
ff56頁第9行の[ホスト結晶であるスメクタイトと
しては、」から同頁第15行の「などがあるが、」まで
を削除し、代わりに次の記載を挿入する。
[ホスト結晶であるスメクタイトとしては、モンモリロ
ナイト〔慣用名ベントナイトはモンモリロナイトのNa
塩または/およびCa塩〕のほかに、バイデライト、ノ
ントロナイト、サボナイト、ヘクトライトなどがあるが
、」 (6)明細書第9頁第15行の「に固体間反応を行わせ
る。」を「の」に訂正する。
(7)明細書第10頁0′S2行「くなる。」の次に、
[望ましい温度範囲は5〜40℃であり、」を挿入する
(8)明細書111頁f512行の「主要構成粘度鉱物
」を「主要構成粘土鉱物」に訂正する。
(9)明細書fjS11頁第16行第16行」をr27
yJに訂正する。
(10)明細書第13頁11行の「約300ミリ当量」
を「約75ミリ当量」に訂正する。
(11)明細書tjIJ13頁第17行〜f518行の
[ジメチルステアリルアンモニウムクロライド29g」
を「ジメチルジステアリルアンモニウムクロライド58
g」に訂正す(12)明細書第13頁11行19行のl
 200ミリ当鼠」を「100ミリ当量」に訂正する。
(13)明細書第14頁第13行〜第14行の「ベンジ
ルメチルステアリルアンモニウムクロライド」を「ベン
ジルジメチルステアリルアンモニウムクロライド」に訂
正する。
(14)明細書第14頁fjS14行の「約400ミリ
当量」を「約100ミリ当量」に訂正する。
(15)明細書fj&15頁第6行の「主要構成粘度鉱
物」を「主要構成粘土鉱物」に訂正する。
(16)明細書第16頁第1815行の「ホストスメク
タイト」を[ホストスメクタイト」に訂正する。
(17)明細書第16頁第18行の「2g」をr35y
Jに訂正する。
(18)明細書第16頁第18行の「約300ミリ当量
」を「約100ミリ当量」に訂正する。
(19)明細書第17頁第10行の「主要構成粘度鉱物
」を「主要h1威粘土鉱物」に訂正する。
特許請求の範囲 (1)結晶層間に0〜20%の層間水を含むスメクタイ
トと有機陽イオン供給物質お上び/または塩基性有機分
子とに固体間反応を行わせることを特徴とする有機スメ
クタイトの製造方法。
(2)結晶層間に0〜20%の層間水を含むスメクタイ
ト100gに対して、  ° アルキルアミンの陽イオ
ン供給物質お上り/または塩基性有機分子を10〜50
0 ミリ当量の割合で配合し、5〜40”Cの温度にお
いて0.5〜10kg7cm”の圧力下混合することを
特徴とする増粘剤、保護コロイド剤または士合U有機ス
メクタイトの製造方法。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)結晶層間に0〜20%の層間水を含むスメクタイ
    トと有機陽イオン供給物質および/または塩基性有機分
    子とに固体間反応を行わせることを特徴とする有機スメ
    クタイトの製造方法。
  2. (2)結晶層間に0〜20%の層間水を含むスメクタイ
    ト100gに対して、有機陽イオン供給物質および/ま
    たは塩基性有機分子を10〜500ミリ当量の割合で配
    合し、5〜80℃の温度において0.5〜10kg/c
    m^2の圧力下混合することを特徴とする有機スメクタ
    イトの製造方法。
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