JPH03502079A - 反応性ポリマー混合物を押出すための連続押出しダイ - Google Patents
反応性ポリマー混合物を押出すための連続押出しダイInfo
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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】
この発明は概して押出しダイに関する。とりわけ、この発明は予め混合された、
基地上の付着層のmめの反応性プリカーサ−(先駆物質)混合物から、平シート
またはフィルムの形のポリマー1r製造するための押出しダイに関する。さらに
この発明#:c%定の反応性ブリカーザー混合物に関連し几臨界的壁体剪断応力
値の測定方法、そしてこの臨界的壁体剪断応力値を、この混合物の友めの押出し
ダイを通る各種の訛路の必要な寸法を決定する友め九使用する方法に関する。
発 明 の 背 景
多くのポリマーの生産の九めの製造操作は一般的に2段の主工程を含んでいる。
第一の工程は所望のボリマーゲ生成するために必要とされる出発材料の重合?含
んでいる。この工程は均質系、即ち塊重合もしくは溶液重合、17tは不均質系
、即ち懸濁重合t 7cは乳化1合のいずれかで実施することができる。製造操
作における第二の工程はシート生成、成形筒たは押出しのようなその上の成形作
業の7tめの生成ポリマーの加工を含んでいる6反応性加工はポリマー製造の、
これら二つの分離した工程?、重合と、予め混合した反応性プリカーサ−混合物
の成形の双方倉包含する単一の工程に組合せでいる。Cの反応性加工法において
に反応性混合物が重合し、そしてその上の硬化または成形工程全必要とせずに、
所望の製品を生成する。
例えば高い乾燥コストや溶剤汚染による間jIヲ除去する皮めに、塗料工業では
モノマーとポリマーの混合物を用い、続いて七ツマ−を熱または放射線重合する
ことによる塗料の製造全始め友、シかしこれらの熱的工程及び放射線工程はなお
高価であり、そして連続的塗装作業の物理的な大きさがかなり増加する。
熱的に、そして放射線により開始される重合とは別の他の方法に反応性プリカー
サ−組成物の混合を包含する。
モノマー、オリゴマーまたにそれらの混合物を含むこれらの反応性組成物におい
ては、個々の成分が、塗装点の直前の混合の間に接触するときに、重合を開始す
る。このことによりてその後の硬化工程が省かれる。
これらの活性化され友組成物の予備的混合により高エネルギーを消費する硬化工
程の必要性を除くか!、Itは減少し、そしてこの塗装方法のために必要な装置
の物理的な大きさを減少させる一方で、予備混合された反応性プリカーサ−混合
g!Jは、それらが重合するときに急速に粘度を増加する傾向がある。ソリッド
ダイ表面の存在もまた、剪断ant−起し、これらのプリカーサ−の反応度?変
えること九つながり、そしてダイのいかなる横断面において4高い粘度勾配音生
じることになる。予備混合された反応性プリカーサ−混合管?用いるとき、これ
らの要因がダイ壁体におけるゲル化ボIJ−r一層の生成に寄与する、このゲル
層が反応性プリカーサ−混合物の流れに対し新しい表面境界を形成し、その上に
さらにゲルが累積し続ける。最後に、この連続的に累積し九ゲル層がダイ閉塞の
原因となる。この閉塞現象を示す徴候には、反応性プリカーサ−混合物を、グイ
全一定の流速で流れさせるのに要する圧力の段階的な増加、寸法的に減少した押
出物、及び、ダイの清掃のために1周期的に押出工程を中止することの必要性が
包含烙れる。
現在、多様な種類の押出しダイか利用されているけれども、それらは予備混合さ
れた反応性プリカーサ−混合物からのポリマーの押出しに関連した上記の特殊の
問題を緩和するのに一様に失敗している。利用できる論文がこの閉塞問題を説明
している。岡えば:′コートI〜ンガ(Coat Hanger)ダイ全通る熱
硬化ポリマーの層流(La−rnjnar Flow of Thermoge
tling Pol)rmer Througha CoatHanger D
ie) ″4.ボIJ−r −7’o−1=2 :L7’)ニアす7グPol
)rmer Process Engineering) 、 A 2−4 、
pp151−171(1986); ’熱硬化重合全件う層状チューブ7 o
−(Laminar Tube FIOW With a Thermose
tlingPol)rmerization) ’ 、 28 x −7イシ
−x y チ4− ジャーナル AICHE Journal) A 6. p
p973−980(1982年11月)が参照できる。
発 明 の 要 約
さて我々はダイをつまらせることなく予備混合反応性プリカーサ−混合物から平
シート及びフィルムの形のポリマーの連続的生産で可能とする新しい押出ダイの
設計方法を見出した。この発明で用いられる予備混合された反応性プリカーサ−
混合物は一般に架橋結合性プリカーサ−混合物で、架橋結合は化学的または物理
的性質のいずれかのものである。しかしプリカーサ−はダイでの操作K>いては
架橋性でありてはならない。
この新しい押出ダイの設計のための支配的原則により、流れている予備混合反応
性プリカーサ−混合物はダイ内のチャンネルに一定の壁体剪断応力を及ばずこと
が確認されている。実験的に測定し得る壁体剪断ら力とチャンネルの半径との間
の比率が、ダイ閉塞を避けるために利用でさるということにこれらの発明者の特
別な発見である。それは実験的に決定し得るダイチャンネルの臨界半径があって
、そこでの壁体剪断応力は、ダイチャンネルのゲル累積からの閉塞をさけること
ができて、予備混合反応性プリカーサ−混合物がチャンネル内を自由に流れるこ
とができるはどのものであるということである。かくして、もしダイチャンネル
の半径により、臨界半径で求められた臨界壁体剪断応力値を越える反応性プリカ
ーサ−混合物のための壁体剪断応力を生ずるならば一般的には、そのダイの閉塞
になめ。
この臨界半径と臨界壁体剪断応力との関係は一般に予備混合反応性プリカーサ−
混合物の付定の化学組成に依存する。それ故、予備混合反応性プリカーサ−混合
物からのポリマーの押出し九適する押出ダイの設計においては、一般に先ず%特
定の反応性混合物のための臨界半径値と臨界壁体剪断応力値とを決めることが必
要である。
この発明の押出ダイの他の性質には、ダイにおける反応性プリカーサ−混合物の
非常に短い滞留時間、及び少数の低剪断6力の領域(例えば停滞材料)の存在が
包含される。
要約すれば、本発明の押出ダイは、予m混合反応性プリカーサー混合物の流れを
受ける几めのダイ入口:ダイ全通して反応性プリカーサ−混合物の流れを導くた
めの入口を有する流通路ICおける少くとも1本のチャンネルで実験的に決めら
れ交叉応性プリカーサー混合物の九めの臨界壁体剪断応力値金越える壁体剪j1
′r応力値を生ずる寸法のもの、及び反応性プリカーサ−混合物のポリマー塗料
製品す友めのダイ押出出口からなる。臨界壁体剪断応力及び臨界チャンネル半径
の測定方法も1友本発明の特徴であり、こ工でさらに詳細に説明する。!#定の
反応性プリカーサー混合物に関連する臨界壁体剪断応力の測定?用いるこの発明
による設計の押出ダイは、長期間有効に機能し、ダイの閉塞を避けて、ダイを通
ずる予備混合反応性プリカーサ−混合物の流れを維持する。このダイはlた工程
の智埋的な長でを最少化し、そこでコストを敢低化する。
さらに本発明による押出ダイは二つの部分ニスプレグ一部とスリット部とから成
ることができる。スゲレダ一部はツリ一様(tree−11ke)構造を形成す
るチャンネル系から成る。ツリー構造の各々の枝管の段階では、該枝管の寸法に
よりて反ろ性プレカーサー混合物の丸めの臨界壁体剪断応力値會越える壁体剪断
応力値を発生し続けるよ5に、枝管チャンネルの寸法が減少して、混合物の、減
少する流速全補償する。このダイの設計の他の有意な特徴には、停滞混合物流の
領域を最少にするに適切な、先行枝管チャンネルからの枝管チャンネルのアーク
長さと分岐角が包含され、さらKvcいて説明するように、これらの特徴のすべ
てが、混合物が確実に流れ続けるように設計される。
本発明の押出ダイに分離可能のスリット部として設計され九第二の部分をつけて
構成することができる。この部分の目的は、反応性プレカーサー混合物流がスプ
レグ一部の枝管チャンネルから流出すると右の流れをなめらかKすることにある
。スリット部4また、十分なレベルの背圧′t+え、ダイから流出するポリマー
塗料製品の前の混合物に溶解しているかもしれない気泡の崩壊に導(機能を果た
す。
この設計の押出ダイは予備混合反応性プリカーサ−混合物から直接、基地上の付
着層としての平シート及びフィルムの形でポリ!一連続的生産を可能にする。一
般的に、反応性プリカーサ−混合の押出しt1現在利用されているダイ全通して
試みたときに発生する閉塞現象がこのダイではみらないことが立証される1本発
明の他の利点は、下記の好lしい態様についての付属図面を参照し7を祥細な説
明から当該技術分野に通じている者には明らかになるであろう。
図面の簡単な説明
第1a図は臨界半径値測定のために用いられるシリンダー状検量ダイの横断面略
図を表わし;第1b図は第1a図のダイの側面図を表わし、第2図は第1a図の
シリンダー状検量ダイ會用いて、特定の予備混合反応性プリカーサ−混合物に関
する臨界半径を測定する定めの管長に対する管径のグラフを表わし;
第3図は本発明押出ダイのスプレダ一部のツリ一様構造の線形図管表わし;
第4図は本発明押出ダイの分解針視図を表わし;第4a図はスリット部を付属し
た本発明押出ダイの分解針視図?表わし;
第5図に第4図の集成部品の左側の略立面図を表わし;第5&図は第4a図の集
成部品の左側の略立面図を表わし:
第6図は部品″frはずし次第4図の上部スプレダ一部とダイ入口の底部平面図
を表わし;
第7図は第4a図の押出ダイによる工程図を表わし:七して
第8図は別の形の押出ダイによる略工程図全表わす。
好ましい実施態様の詳Sな説明
特定の予m混合反応性プリカーサー混合物からポリマー1成形するための押出ダ
イの設計においては、先ず、選ばれた反応性プリカーサ−混合物に関する臨界壁
体剪断応力値を測定する。高圧撹乱混合条件を用い、特定ポリマーを成形するた
めに必要な反応物?混合し、予Wi混合反応性プリカーサー混合物全生成する。
この混合物を、一般に硬いチューブ材料片に似た、直円筒状の検量ダイ全通して
連続的な流れのもとに導入する。撹乱混合条件を維持するためには反応射出成形
(RIM) 15突混合ならびに高圧容蓋形ボングを用いるのが好ましい0選
ばれた混合機とポンプの吐出圧により所望の定常流量と、さらに下記に論じられ
るような所要の壁体剪断応力値に達し、そして成分の十分な混合が行なわれる。
もし衝突混合を用いるならRIM−タイプ衝突混合装置のミックスヘッド室にお
いては、通常、ゲル化tS問題にならない、ミックスヘッドからの乱流がミック
スヘッド室の壁’kPれいに保つからである0反応物の衝突混合は必須でないこ
とに注意すべきである。高剪断靜ミクサーが、所要の混合条件を維持する友めの
代りに利用でさるいくつかの混合作用の一つを提供する。
さて図面を参照すると、第1a因は特定の予備混合反応性プリカーサ−混合物に
関する臨界壁体剪断応力値を測定するのに用いられる直円筒状検量ダイ10t″
示し、こへで検量ダイと呼ぶ、検量ダイ全通して反応性プリカーサ−混合物を分
配すると、混合物は流n、る能力を失うのでダイ壁の上にゲル層12を形成する
。ダイ壁土のこのゲル層12は反応性混合物流のための新しい有効境界を形成し
、その上に続いてさらにゲル層22f累積することができる。この現象は反応性
プリカーサ−混合物の、急速に粘度を増加する傾向による。ソリッドダイ表面の
存在も1友、反応度と粘度の高勾配に導く剪断流の原因となる。@1b図は第1
a図の検量ダイ10の側断面図を表わし、ゲル12.22がダイ壁上に累積する
ので狭められる通路161に画いている。
分配操作の間は、臨界半径及び臨界壁体剪断応力値に到達する迄の時間中、ダイ
中の圧力を監視する。始めに反応性プリカーサ−混合物をダイ全通して分配する
と、重合する混合物の粘度増加と、ダイ壁上の累積ゲルによる混合*流のための
利用可能領域の減少とにより、圧力が急速に増加する(第1b図蓼照)、ある点
で圧力の上昇が緩やかになり、ダイ全通して累積したゲルの平面化?反映する0
次VC足常状MVc達し、その点で、一般的にはこれ以上測定できるゲル累積の
ないダイの、残存する狭められた通路全通して流れ続ける1、!#定の予備混合
反応性プリカーサ−混合物に関する臨界半径を得る友めに狭められた通路の直径
1r測定する。臨界半径の得られる圧力が臨界壁体剪断応力値に相当する。
代りに、臨界壁体剪断応力値の概略測定値を得る丸めに流量曲縁を外挿すること
ができる。この方法はゲル累積の起るとき生ずる圧力を時間に対してプロットす
ること?含む、このデータに定常状態に達する点での圧力に接近してるはずの曲
線の屈折点から外挿することができる。この値にはy臨界壁体剪断応力値を表わ
している。
第2図のグラフは検量ダイ10の全長に亘る累積ゲル12の物理的展開を時間の
函数として説明しており、そして異なる時間が線A、B及びCとして示されてい
る。
簡単化の窺めダイ10の上方部のみが画がれている。線AKよって示されている
ように、狭められ711M160寸法は、先ずダイ10の出口部分に近づく0時
間B及びC″′Cは入口に向ってゲルが累積し、通路の直径を管長を通じて均一
にする。狭められ流通路16が形成し友後は、それ以上のゲルの累Mkは観察さ
れない。
これらの結果金みると、狭められた通路は、反応性プリカーサ−混合物のための
臨界半径値Rei有しているように思はれ、これ以上は、測定できるゲル累積が
起らない1反応性プリカーサ−混合物はこの臨界半径で臨界壁体剪断ろ力を及は
し、この効果を生ずる。一般に、チャンネル半径が減少すると、移動する反応性
プリカーサ−混合物か及ぼす壁体剪断応力が増加する。もし壁体剪断り力値が特
定混合物のための臨界壁体剪断応力値τCを起えると、一般にこれ以上のゲルが
累積せず、その結果ダイの閉塞はない、ダイチャンネルが反応性ブリカーザーの
定めの臨界半径jり小さな半径全もつことにより、この効果が容易に達せられる
。
この現象を久式:
τi=4ミニ4マ 〉 τc=4+yQτiは移動中の反応性プリカーサ−混合
物の壁体剪断応力を表わし、
ダは重合による有意の粘度上昇がないと仮定して、反応性プリカーサ−混合物の
粘度を表わし、Qは全流量を表わし、
Rtはグイチャンネルの選択された半径を表わし、Reは所与の流量及び粘度に
おける反応性プリカーサ−混合物のための臨界半径を表わす、)で表わす。
各種の化学物質からの反応性プリカーサ−混合物に対し、臨界壁体剪断応力値の
存在することが判り友、我々の実験は、正確な値が、用いられた反応性プリカー
サ−混合物の組成に依存することを示し友、一般に、架橋性ポリウレタンプリカ
ーサ−組成物のための臨界壁体剪断応力値1j3500paと110000pの
間にある。
二成分架橋性ポリウレタンプリカーサ−混合物管直円筒状横蓋ダイ全通して分配
した。この混合物は44JIL量囁のウレトンイミン変成4−4′−ジフェニル
メタンジインシアネートを含有した。この変性MDIなICl−ルビコ/(Ru
bicon)社から1p−168として市販されている。混合物中には1友、5
6重量%の、約540 gm1モルの中間分子量を有するカプロラクタムベース
のトリオールカ存在し友。このポリオールはユニオンカーバイド社からトーン(
TONE) −05O5の名のもとく市販されている。ポリオール成分と予備混
合した1重量%以下のジプチル錫ジラウレートを反応触媒として使用し友。
約15分が経過した後に直円筒状の検量ダイの中で定常流に達した。残存通路の
臨界半径全測定し几結果。
179mmであり友、この半径値は、この混合物のための臨界壁体剪断応力値が
約8500P轟であり次ことを意味している。第2図はこの反応性プリカーサ−
混合物を用い友累積ゲルの展開を説明している。
実 施 的 2
二成分架橋性ポリウレタンプリカーサ−混合物を直円筒状検量グイ全通して分配
し友。この混合物′fr57重量嘩のウレトンイミン変性4−4′−ジフェニル
メタンジイソシアネートを含有した。この変性MDIはICl−ルビコン社から
LF−168として市販されている。混合物中にはまた、63重量−の、約70
0 gml’モルの分子量を有するポリプロピレンオキシドトリオールが存在し
友、このポリオールはユニオンカーバイド社からニアックス(NI AX)1、
H’l’−240の名のもとに市販されている。ポリオール成分と予備混合し7
友1重量−以下のジプチル錫ジラウレートを反応触媒として使用し友。
約10分が経過し友後に直円筒状の検量ダイの中で定常流に達した。!j、存通
路の臨界半径を測定し尺結果、α7wmでありた1次に臨界壁体剪断応力値は約
485゜Paであっ友。
実 施 ガ 3
次に、二成分架橋性ポリ尿素プリカーサ−混合物全研究し友、73重量−のトリ
アミン混合物i27重量%の脂肪族ジイソシアネートと混合し友、使用し友トリ
アミンはテキサコ社からシェフアミ7 (Jeffamine) Ta 05及
びシェフアミン’1’5oooの名のもとして市販されている。
それらを、シェフアミン’l’5000.1グラムにっきシェフアミンT40B
、 (L712 グラムの比率で予備混合した。
ジインシアネート分はモーペイ社からデスモデュール(Desmodur) W
として市販されている。臨界壁体剪断応力は前記の方法による流量曲線の外挿に
よりて測定された。
この方法によって測定され九臨界壁体剪断応カ値は10″Paのオーダーである
。
押出ダイ14の設計においては、各種のパラメータを確定しなVjt′Lはなら
ぬ、設計手順の第一歩は、グイの中?移動するときの流速(l決定することであ
る。一般K。
市場と生産に対する配慮がこの数字を決める。かくして所望の塗料規格によって
次式:
(式中、HとWは夫々、所望の塗料の厚みと巾奮表わし、そして■はダイ出口に
関して移動している被覆基地の速fk表わす、)に相当するように流量を規定す
ることができる。さらに流1ilQは反応性プリカーサ−の送出装置が供給でき
る最大流量と、反応物の良好な混合物を得るに必要な最少流量との間に入る様に
しなければならない。
反応物の良好な混合は通常、混合物における最も粘稠な反応物、通常は衝突混合
の場合におけるポリオールのの流れによって規定される。一般に、もしミックス
ヘッドに流入する、より粘稠な流体のレイノルズ数が、反応性プリカーサ−混合
物のための臨界レイノルズ値Recより大きければ、衝突混合によって良好な混
合が実現する。
下記の式:
%式%
下に記し次文字pは、より粘稠な成分を指し、Qpは流量を表わし、
りは粘度を表わし、
p鑞所望の塗装温度における、より粘稠な成分の密度全表わし、
Dはミックスヘッド室に導くオリフィスの直径を表わす、)はこの関係を説明す
る。
臨界レイノルズ数は′反応射出成形における衝突混合(Impingent M
ixing in Reaction Inzection Molding)
’。
20ポリマー技術と科学(Pol)rmec Eugineering and
Science) 415. p868−874 (1980年9月)に説明さ
れであるような当該技術に通じている者に知られ次技術によ0測定することかで
きる。架橋性ポリウレタンプリカーサー混合物に対しては、臨界レイノルズ数は
通常、250ないし300の範凹にあることが見出されている。
特定の予備混合反応性ノリカーサ−混合物を基地に塗布するには、反応材料を広
い領域に、屡々押出ダイの臨界チャンネル半径だけで供給し得るよりもはるかに
広い領域九分散しなければならないことが屡々ある。この広い被覆面積を得るた
めに、本発明の好ましい実施態様では、臨界半径−臨界壁体剪断応力の関係をツ
リ一様構造26に似たチャンネルの構造に適用する。このツリー構造26は第3
図の配置縁形図で示される。Qは反応性プリカーサ−混合物の流量を表わし、そ
して各種の′R類′は構造中の枝管の半径を表わす、さらKこの形態及びツリ一
様構造26の幾何学的パラメーターV(1ついての議論を下に記す。
さて第4図を診照すると、この発明の押出ダイ14は一般に上部スゲレダ一部イ
部材56と下部スプレダーダイ部材58を有するスゲレダー部材20から成って
いる。
上部スプレダーダイ部材56は、清掃のためにダイが容易に開かれるように、遊
び孔70にかける複数のクランプボルト64によりて下部スプレダーダイ部材5
8の上に載せるのが好lしい、上部ヌプレダーダイ部材56は上部ダイ面72を
有し、一方、下部スゲレダ一部イ部材58は下部ダイ面74を有する。各々のス
ゲレダ一部材は、そのダイ面72.74にツリ一様構造26のはX半分を有して
いる。上部ダイ面72が下部ダイ面74と合うようにスゲレダ一部材を組立てる
と、ツリ一様構造26のチャンネルが形成される。上部及び下部スゲレダ一部材
56及び58のかみ合せは、完全にチャンネルを形成して漏洩がおこらないよう
に、充分緊密でなければならない、ツリー構造チャンネルの半分を整合させるの
をたすけるためにダウェルピン76を使用するのが好ましい。
第4図に示すスゲレダ一部材20はまた、送出系統からの反応性プリカーサ−混
合物を受けるために、近接スプレダー面66Cダイ入口18を有し、そして吐出
面68に混合物を押出すためのダイ出口24全有する。
ダイ全反応性プリカーサ−混合物源に結合するために接続ノズル48をダイ入口
18にねじ込み結合するのが好ましい、第5図に示す如<、0−IJング78が
ノズルと混合物源との間を確実に堅くシールする。第二のO−リングはノズルと
ダイとの間を確実に堅くシールする。
結合ノズル48は反応性プリカーサ−混合物源から、該混合物の移動の定めのダ
イ入口18への移送全円滑にするためのじょうご状通路を有している。結合ノズ
ル48の構造は、さらに十分に第5図でも説明芒れている。このじょうご状通路
52の正確な寸法を上記の臨界壁体剪断応用−臨界半径関係によって規定する必
glにない、むしろ反応性プリカーサ−混合物源から移動している反応性プリカ
ーサ−混合物の乱流が、通路において、測定できるはどのゲル累積全防止する。
第4a図は本発明の押出ダイの好lしい態様を示す。
第4a図で説明されてるように、一般的に84と符号したダイは二つの部分から
成っている。第一の部分は先に第4図の説明に関して一般的に符号し友よ5なス
ゲレダ一部材20である。押出ダイ84の第二の部分はスリット部40から成る
。スリット部40は上部スプレダーダイ部材56に接続する上部押出リップ60
と、下部スズレダーダイ部材58に接続する下部押出リップ62と組合されて押
出スリットギャップ46全つくる。l#に上部及び下部の押出リップ60.62
は各々ランド面80゜82を有している。夫々の押出リップのランド面80゜8
2は、スゲレダ一部材20の吐出面68と合はされる。
異なる形態のスリット部を交換して使用できるように上部及び下部押出リップ6
0.62fスゲレダ一部材20にのせるには遊び孔42とかみ合う複数のランド
ボルト54i用いるのが好ましい、上部及び下部の押出リップ60.62も17
を各々上部押出面86及び下部押出面88を有している。
反応性プリカーサ−混合Wは複数の吐出テーバ90を経てこれらの押出面86.
88に移動する。吐出テーパ90は上部及び下部押出リップ60.62の双方に
配置されである。スリット部をスゲレダ一部にのせるときに、これらのテーバ?
O奮、スプレグ一部の最終段枝管の枝管チャンネルに合せる。スリット部40は
ツリー構造26からの個々の流れの合流によりて形成される流れを滑らかにし、
そして反応性プリカーサ−混合物が基地に達する前に、その中に溶解し九ガスか
ら発生し5る気泡を崩壊に導くに十分な背圧金与えるのに役立つ、しかし、スリ
ット部40が常に必要であるとは限らない、スリット部40の存在の必要性は製
造される塗料の特性次第である1例えばもし反応性プリカーサ−混合物が長いゲ
ル時間と低い表面張力を有しているなら必要性はかなり減少する。スリット部は
特定の押出ダイと特定の予備混合反応性プリカーサ−混合物の必l!に応じて如
何なる所望の長さのものでも成形することができる。
第5図は組立てられ几第4図の押出ダイを画いている。
上部スズレダーダイ部材56はクランプボトル64によよりて下部スズレダー
ダイ部材58を堅く拘束している。
スプレダーダイ部材56.58は、ツリ一様構造のスゲレダー枝管が形成され、
そして全チャンネル葡通じて一般には、円形断面を有するように整合される結合
ノズルは、じょうご状通路52と連絡するダイ入口18でスゲレダ一部材21C
ねじ止めされている。
第5a図に組立てられ九第4&図の押出ダイを画いている1選ばれ九スリット部
40の上部及び下部押出リップ60.62は夫々のスプレダーダイ部材56及び
58jCボルト締めされ、押出スリット46をつくる。
第4a及び5に図に説明されているように、もしスリット部を用いるなら、押出
スリットギャップ46の選択に際し、壁体剪断応力値τギャップが反応性プリカ
ーサ−混合物に対する臨界剪断応力値τcf越えるようにし、そこで反応性プリ
カーサ−混合物がスリットギャップで累積しないよ5にする。下記の式:
%式%
(式中、
Qは流量を表わし、
ηは有意の重合がないと仮定して混合物の粘度を表わし、
Wは所望の塗装中を表わし、
Bギャップは上部及び下部押出リップ60.62の間の垂直距離1表わし、そし
て
Bcは反応性プリカーサ−混合物のための臨界高さの値を表わす、)によりこの
パラメータ全説明する。
臨界壁体剪断応力と臨界半径との間の関係に基すいて、無数の押出ダイの設計を
組立てることができる。第3図及び第6図に示される様なツリ一様構造26にこ
の関係を使用する態様が好ましい。ツリ一様構造26は一般に全体を通じて円形
断面を有する複数のチャンネルからつくられている。ツリー26は先ず、反応性
プリカーサ−混合物が最初九ツリー模様に入るダイ入口18から導かれる中央チ
ャンネル17’jH主枝管28を有している。一般的に30と符号する第一枝管
段階では、複数の、中央チャンネル28から分岐する枝管チャンネル52?有す
る。二本の等しい枝管チャンネルがこの第一枝管段階全組立てるのが好ましい。
より広い塗膜を得るため、枝管段階を追加することもできる。第2及び第5枝管
段階56.313では、夫々複数の枝管チャンネルが再び先行する枝管チャンネ
ルから分岐し、流れをダイの−そう広い部分に運ぶ、第一枝管段階301Cおけ
るが如く、2本の枝管チャンネルが前の枝管段の各々先行するチャンネルから分
岐することが好lしい、かくて第二枝管段階56は4本の第二級枝管チャンネル
44から成り、そして第三枝管段階38は8本の第三級枝管チャンネル102を
有している。これらの支管チャンネルは吐出面68迄のスゲレグ一部材20の全
長をカバーする11*終枝管段階の枝管チャンネル、好ましい態様でに第三枝管
段階がスリット部40の送出テーバ90と流通する。
第7図は特にツリー構造の寸法を示す。
各枝管段階で、枝管チャンネルに流れ込むときに形成する分岐角が大き過ぎては
ならない、ものこの角度が大きすぎると、流れが急に方向音質えて広い区域の停
滞材料?つくる1反対にもし分岐角が小石すぎると、はどよい塗装中に達するに
は望1しくない数の枝管段階を必要とする。これはダイ全通して過大な圧力低下
?生ずることになる0分岐角は約5o11が好lしい0分岐角として、とれる範
囲は0°と60°の間にある。
分岐角のはかに1枝管チヤンネルの長さは、反応性プリカーサ−混合物の流れが
目じ枝管段階において、いずれの枝管チャンネルに対しても、他のいずれの枝管
チャンネルを越えて偏ることなく、出口24に向って進むよ5にするものでなけ
ればならない、それ故、各枝管チャンネルがその先行チャンネルから分岐すると
きのアークの長さは、各チャンネルから颯生ずる流れが出口24に向って流れる
ように選ばれる。主チャンネルのアークの長さ全計算するとき、この結果を保証
する几めに付加部分を加えるのが好ましい、この加えられ皮部分は直線で且つ直
径の2倍の長さであると仮定する。これらの約束による各枝管チャンネルのアー
クの長さは2本の枝管チャンネルを仮定(7て次式:
Li=4Ri+α2°−1ΔW
2(1−aisα)
(次式、
Liはアークの長き?表わし、
Riは対応枝管段階における枝管チャンネルの半径を表わし、
αは分岐角度を表わし、
nはツリ一様構造における段階の全数全表わし、itユアークの長さか計算され
るツリーの枝管段階の数表わし、そして
ΔWはスプレグ一部材から渡牛する2本の隣り合った流れの関f4全表t)す、
ンで表わされる。
第7図は’E7t、作り出される塗膜の巾がツリー構造の段の数とスプレグ一部
材から渡生ずる2本の隣り合りた流量の距離に依存するζ、と金示している。
塗膜の巾、Wは次式:
%式%
nは枝管段階の数2表わし、そして
ΔWは上記の距離を表わす。)から決めることができる。
本発明の鍵となる発見は、各枝管段階における各枝管チャンネルの寸法の選択に
際して、壁体剪断応力値が反応性ポリマー混合物に対する臨界壁体剪断応力値を
越えるようにするということである。第5因九示す如く各枝管段階では、各枝管
チャンネル中の流速が先行の枝管チャンネル中の流速より一層遅いことに当該技
術分野の人によりて注目されるであろう。第3図にお−で流量Qは後続枝管段階
における枝管チャンネルの数により分割される。かくて第一枝管段階に2本の枝
管チャンネルがあると流ilか半分(Q/2 )に分割される。第二枝管段階で
流量が再び二分割され、そこで最初にダイに入りたときOL/4 (Q/4)
Icなる。F5cいで、各後続枝管段階にお岐る枝gグヤンネルの寸法が縮少し
て、より低い流量を補償F2、なお、混合物のための臨界壁体剪断応力値を越え
る壁剪断応力′tLk生ずる。この関係に、ダイの閉塞な・防ぐために、グイ全
−貫して正しく保たれなければならない赤
τi〉τC′である壁剪断応力の式を用いると、好ましい実施態様の枝管チャン
ネルの立方半径は次の通りである:第・−枝管段階の枝管チャンネルに対しては
1.29X10 m−一第二枝管段階の第二級枝管チャンネルに対して[L3
8X10−’jn”;第三枝管段階の第三級枝管チャンネルに対してn20X1
0 In”。これらの数は上記実施例2で論じ友η=60cpそしてQ=2&
3ee/秒の特定の反応性プリカーサ−混合物ま7tはこの臨界壁剪断応力値九
等しいか、−ま几は越える債の得られる粘度と流量を継ぐものであればいかなる
ものにでも適用される。
すべての設計寸法が選択されたら、最後の工程は、ダイを通じての全圧力低下が
、選出系の与えることのできる最高圧力頭よりも小さいこと全確認することであ
る。
かくて:
ΔP合計=ΔP混合頭+ΔPスプレダ一部材+ΔPギャップ〈ΔP機械限界
式中、反応性プリカーサ−混合物がニュートン流体のように挙動すると仮定して
、
ΔPギャップ=12ηQLギャップ
WH”ギャップ
ΔP衝突混合頭 = KIQt+KjQpΔPスプレグ一部 = 8りQΣn
Liηは重合による有意な粘度上昇がないと仮定し交叉応性混合物の粘度全
表わし、
Qは流量を表わし、
Lギャップはスリット部の長さを表わし、WとHギャップは夫々塗膜の巾とスリ
ットギャップを表わし、
Qpは混合物のより粘稠な成分の流量を表わし、k及びに!はミックスヘッドの
寸法と反応物の性質による常数を表わす。
これらの常数は論文′小型RIMマシンの設計と特性決定(DeStgn an
d Characterization of small Reaction
151−155(1978)ic規定され、該論文はこの出願において特に参考
に加えられ、
Liは枝管チャンネルのアークの長さを表わし、Riは枝管チャンネルの半径を
表わし、そしてiは枝管段階の数紮表わす。
これらの原則を用いて、他に多くの設計をすることができる6例えば先行する枝
管段階の枝管チャンネルから分岐する2本より多くの枝管チャンネルから成るツ
リ一様構造が可能でありt、ま友枝管チャンネルは一貫して円形断面を有するこ
とを必要としない0例えば第8図はコートハンガーダイ100ヲ多数の、一般的
には直線形のチャンネルを含むように変形し得たことを示している。
反応性グリカー丈−混合物を受入れる尺めの主管94はテーパー分散枝管92に
結合している0分散枝管92は一般にコートハンガーダイの外形に従5.多数の
、一般に直線形の排出枝管96が分散枝管”ff17jはマニホールド92と連
絡し、そして排出gs98に導かれる。これらの分散チャンネルの寸法の九めに
1壁剪断応力が、反応性混合物の九めの臨界壁剪断応力を越え、ダイにおけるゲ
ル累積を排除することができる。流れの均一性はマニホールド?2の形と寸法に
よって与えられる。この設計により巾の広いポリマーフィルム及びシートの九め
にでも、適度の長さのダイをつくることができる。
本発明の特定の実施態様を示し、詳細な記載によって発明の詳細な説明したが、
当該技術分野の人には、本発明はこのような原則をはずれることなく他の態様に
於ても実施できることが理解されよう。
補正書の写しく翻訳文)提出書(特許法第184条の8)
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.(a)予備混合された反応性ブリカーサー混合物を受けるためのダイ入口; (b)上記ダイ入口と流通してダイを通して反応性ブリカーサー混合物を展開す るための、少くとも1本のチヤンネルを有し、該チヤンネルが反応性ブリカーサ ー混合物のための臨界壁体剪断応力値を越える壁体剪断応力値を生ずる寸法を有 し、そこで上記チャンネルの閉塞が避けられ、そしてダイを通して活性化されタ ブリカーサー混合物の一様の流量が維持されるスブレダー部材;及び(c)上記 スブレダー部材に流通して結合し、ダイの位置に関して移動する基地の上にダイ からのポリマーを押出し、反応性ブリカーサー混合物のための臨界壁体剪断応力 の値を越える壁体剪断応力を生じ、そこで閉塞が避けられそしてダイを通して活 性化されタブリカーサー混合物の流れが維持される出口部材:から成る予備混合 された反応性ブリカーサー混合物からのポリマーを押出すための押出ダイ。 2.スブレダー部材と反応柱ブリカーサー混合物源との中間に設けられ、反応性 ブリカーサー混合物源から、反応性ブリカーサー混合物流のための押出ダイ入口 に向けて円滑な移動を与える通路を有し、そして該通路が反応性ブリカーサー混 合物を受けるための大口径からダイ入口に流通する狭口径端に向って先細る、ダ イ入口と流通する結合ノズルをさらに含む請求項1に記載の押出ダイ。 3.反応性ブリカーサー混合物が乱流のもとに結合ノズルに受入れられる請求項 2に記載の押出ダイ。 4.スブレダー部材が複数のチヤンネルを含み、チヤンネルがツリー様構造を形 成し、該ツリー様構造がダイ入口に流通する中央チヤンネルを有し、第一枝管段 階が複数の、中央チヤンネルから分岐する枝管チヤンネルを有し、先行する中央 チヤンネルからの枝管チャンネルの分岐角が0°ないし60°の範囲に入り、第 一枝管段階の各枝管チヤンネルが反応性ブリカーサー混合物のための壁体剪断応 力値を越える壁体剪断応力値を生じ、そして枝管チャンネルの長さは、反応性ブ リカーサー混合物の流れが第一枝管段階におけるいずれの枝管チヤンネルに対し ても、他のいずれの枝管チヤンネルを越えて偏ることなく、出口部材に向って進 むようなものである請求項1に記載の押出ダイ。 5.ツリー様構造がさらに第二枝管段階を含み、該第二枝管段階が第一枝骨段階 の枝管チヤンネルから分岐する複数の枝管チヤンネルを有し、第二級枝管チヤン ネルの分岐角が0°ないし60°の範囲に入り、各第二級枝管チヤンネルの寸法 が、反応性ブリカーサー混合物のための臨界壁体剪断応力値を越える壁体剪断応 力値を生じ、そして第二級枝管チヤンネルの長さは、反応性ブリカーサー混合物 の流れがいずれの枝管チヤンネルに対しても、他のいずれの第二級枝管チヤンネ ルを越えて偏ることなく、出口部材に向って進むようなものである請求項4に記 載の押出ダイ。 6.ツリー様構造がさらに第三枝管段階を含み、該第三枝管段階が第二級枝管チ ヤンネルから分岐する複数の第三級枝管チヤンネルを有し、第二級枝管チヤンネ ルからの第三級枝管チヤンネルの分岐点が0°ないし60°の範囲に入り、各第 三級枝管チヤンネルの寸法が、反応性ブリカーサー混合物のための臨界壁体剪断 応力値を越える壁体剪断応力値を生じ、そして第三級枝管チヤンネルの長さは、 反応性ブリカーサー混合物の流れがいずれの第三級枝管チヤンネルに対しても、 他のいずれの第三級枝管チヤンネルをも越えて偏ることなく、出口部材に向って 進むようなものである請求項5に記載の押出ダイ。 7.分岐角が一般に30°である請求項6に記載の押出ダイ。 8.上記第一枝管段階が2本の枝管チヤンネルを有し;上記第二枝管段階が4本 の第二級枝管チヤンネルを有し、上記第三枝管段階が8本の第三級枝管チヤンネ ルを有する請求項6に記載の押出ダイ。 9.ツリー様構造のチヤンネルが下記の寸法を有する請求項8二記載の押出ダイ : (a)中央チャンネルの立方半径が3.05×10−5in3であり; (b)第一枝管段階の枝管チヤンネルの立方半径が1.29×10−5in3で あり; (c)第二枝管段階の第二級枝管チャンネルの立方半径が0.38×10−5i n3であり;そして(d)第三枝管段階の第三級枝管チヤンネルの立方半径が0 .20×10−5in3である。 10.上記ツリー様構造がさらに複数の枝管段階を含み、各校管階控が先行のチ ヤンネルから分岐する被数の枝管チヤンネルを有し、先行チヤンネルからの各段 階の枝管チヤンネルの分岐角が0°ないし60°の範囲に入り、各枝管チヤンネ ルの寸法が反応性ブリカーサー混合物のための臨界壁体剪断応力値を越える壁体 剪断応力値を生じ、そして枝管チャンネルの長さは、反応性ブリカーサー混合物 の流れがいずれの枝管チャンネルに対しても、同じ枝管段階における他のいずれ の枝骨チャンネルをも越えて偏ることなく、出口部材に向って進むようなもので ある請求項4に記載の押出ダイ。 11.各枝管チヤンネルにおける反応性ブリカーサー混合物が次式: ▲数式、化学式、表などがあります▼ (式中、 Qはダイを通じての全流量を表わし、 iは枝管チャンネルの数を表わし、 ηは反応任ブリカーサー混合物の粘度を表わす。)で表わされる壁体剪断応力値 τiを生じ、この壁体応力値が反応性ブリカーサー混合物のための臨界壁体剪断 応力値を越え、そこで枝管チャンネルの閉塞が防止されてダイを通じて反応性ブ リカーサー混合物の流れが維持される請求項6に記載の押出ダイ。 l2.各枝管段階における枝管チヤンネルの長さが、枝管段階における枝管チヤ ンネルの数が2本であるとさ、次式: Li=4Ri+α2n−iΔW 2(1−cosα) (式中、Riは対応枝管段階における枝管チヤンネルの半径を表わし、αは先行 チャンネルからの枝管チヤンネルの分岐角度を表わし、ΔWはツリー様構造から 出口部材に移動する、2本の隣接して■生する反応性ブリカーサー混合物流の間 隔距離を表わし、iはアークの長さが計算される対応枝管段階の数を表わし、n はツリー様構造における全段階数を表わす。)で表わされるアークの長さLiに よって規定される請求項8に記載の押出ダイ。 13.上記スブレダー部材がさらに上部スブレダーダイ部材と下部スブレダーダ イ部材を含み上部及び下部スブレダーダイ部材がツリー様構造を約半分に縦方向 に分割し、そこで、各ダイ部材が一般に、ツリー様構造の半分を有し;そして上 部スブレダー部材を下部スブレダー部材に保持する部材を有し、そこで分割され た枝管チヤンネルが液密に整合されてツリー様構造されて完全なチヤンネルを形 成する請求項6に記載の押出ダイ。 14.上記出口部材が分離できるスリット部を含み、該スリット部が、上部スブ レダーダイ部材に乗つた上部押出リツブを有し、上部押出リツブが複数の送出テ ーパと上部押出面を有し;下部スブレダーダイ部材に乗った下部押出リツブを含 み、下部押出リッブは複数の送出テーパと下部押出面を有し、そこでダイを組立 てると上部及び下部押出ダイリツブが押出スリツドギヤツブを規定し、スリツト ギヤツブの高さが反応性ブリカーサー混合物のための臨界壁体剪断応力値を越え る反応性ブリカーサーのための壁体剪断応力値を生じ、そこで反応性ブリカーサ ー混合物がスリツトギヤツブ内に累積せず、そして上部及び下部押出リツブの送 出テーパが枝管段階の枝管チヤンネル端と堅く整合されて、スブレダー部材から スリット部への円滑な流通移動を与える請求項1に記載の押出ダイ。 15.出口部材のギヤツブが反応性ブリカーサー混合物のための臨界壁体剪断応 力値を越える、ニユートン流体のように挙動すると仮定した次式: τギヤツブ=6ηQ>τc=6ηQ WB2ギヤツブWB2c (式中、ηは反応性ブリカーサー混合物の粘度を表わし、Qは流量を表わし、W は塗腹の巾を表わし、Bギヤツブはギヤツブの高さを表わし、そしてBcは反応 柱ブリカーサー混合物がギヤツブ壁に累積しない該ギヤツブの臨界高さを表わす 。)で表わされる反応性ブリカーサー混合物のための壁体剪断応力値τギヤツブ を生ずる請求項14に記載の押出ダイ。 16.反応性ブリカーサー混合物がダイ中に留まる時間の平均の長さが反応性ブ リカーサー混合物のグル化時間より少なくて、混合物の滞留時間の分布がダイの 巾に対して均一である請求項1に記載の押出ダイ。 17.ダイが耐化学性、耐熱性そして耐圧性材料から組立てられている請求項1 に記載の押出ダイ。 18.下記の工程: (a)反応性ブリカーサー混合物のための成分の選択;(b)予備混合反応性ブ リカーサー混合物を形成するための成分の混合; (c)反応性ブリカーサー混合物を一般に円筒状検量ダイを通して分配し、一定 の流量で反応性ブリカーサー混合物を移動させること; (d)反応性ブリカーサー混合物がダイを通過するとき、定常流量に達する迄、 時間の函数として混合物の圧力以下を監視すること; (e)ダイに残存する通路の半径の測定で、この半径が一般にこれ以上の測定で きるグル累積のない臨界半径を表わし、そして (f)次式: τc=4ηQ ■2i−1R3c (式中、Qはダイの全通過流量を表わし、iは枝管チヤンネルの数を表わし、η は反応在ブリカーサー混合物の粘度を表わす。)で表わされる臨界半径から臨外 壁体剪断応力を計算すること:から成り、枝管チヤンネルの閉塞が防止され、そ してダイを通る反応性ブリカーサー混合物の流量が維持される予備混合反応柱ブ リカーサー混合物のための臨界壁体剪断応力値の測定方法。 19.反応性ブリカーサー混合物が活性化された多成分系架橋性ポリクレタン組 成物である請求項1に記載の押出ダイ。 20.活性化されたポリウレタン組成物がウレトンイミン変性メタンジイソシア ネートと中間分子量のトリオールとからなる請求項19に記載の押出ダイ。 21.ポリウレタン組成物がジブチル錫ジラウレートにより活性化される請求項 20に記載の押出ダイ。 22.ウレトンイミン変性メタンジイソシアネートが4−4′−ジフエニルメタ ンジイソシアネートである請求項20に記載の押出ダイ。 23.コートハンガーダイを含み、該コートハンガーダイは流入する反応性ブリ カーサー混合物を受けるための主枝管、テーパ分散枝管、主枝管と流通する分散 被管を有し、一般的にダイの外形に従い、そして複数の一般的に直線状の、分散 枝管と流通する排出枝管を有し、排出枝管の半径によって予備混合反応柱ブリカ ーサー混合物のための臨界壁体剪断応力値を越える壁体剪断応力値を生じ、そこ で上記枝管の閉塞が避けられてダイを通る反応性ブリカーサー混合物の流れが維 持され;そしてポリマーを押出すための排出チヤンネルに結合する排出端を有し て成る:予備混合反応性ブリカーサー混合物からポリマーを押出すための押出ダ イ。 24.(a)予備混合反応性ブリカーサー混合物のための成分を選択すること; (b)予備混合反応性ブリカーサー混合物を形成するための成分の混合; (c)予備混合反応性ブリカーサー混合物を押出ダイの入口に導入し、上記押出 ダイは少くとも1本のチヤンネルを有し、該チヤンネルはダイを通して予備混合 反応性ブリカーサー混合物の流れを導くための入口と流通し、上記チヤンネルは 予備混合反応性ブリカーサー混合物のための臨界壁体剪断応力値を越える壁体剪 断応力値を生ずること;そして (d)ダイの閉塞が避けられ、そしてダイを通る反応性ブリカーサー混合物の流 れが実質的に維持されるように、予備混合反応在ブリカーサー混合物のポリマー を、ダイの押出出口部材を通して押出すこと:から成る押出ダイを通して予備混 合反応性ブリカーサー混合物のポリマーを押出すための方法。 25.工程(b)が成分の衝突混合を含み、そして工程(c)が最初に予備混合 反応性ブリカーサー混合物の乱流をダイに導入することを含む請求項24に記載 の方法。 26.押出出口部材の位置に関して移動する基地の上にポリマーが押出される請 求項24に記載の方法。 27.予備混合反応性混合物のための磁界壁体剪断応力値が次式: τi=4ηQ>τc=4ηQ π2i−1R3iπ2i−1R3c (式中、Qはダイを通る全流量を表わし、iは枝管チヤンネルの数を表わし・η に反応性ブリカーサー混合物の粘度を表わす。)に従って決定され、そこで枝管 チヤンネルの閉塞が防止され、そしてダイを通る反応性ブリカーサー混合物の流 れが維持される請求項24に記載の方法。 28.予備混合反応柱ブリカーサー混合物が活性化された多成分系架橋性ポリウ レタンブリカーサー組成物である請求項24に記載の方法。 29.活性化されたポリウレタンブリカーサー組成物がウレトンイミン変性メタ ンジイソシアネート及び中間分子量のトリオールを含有する請求項28に記載の 方法。 30.ポリウレタンブリカーサー組成物がジブチル錫ジラウレートにより活性化 される請求項28に記載の方法。 31.ウレトンイミン変性メタンジイソシアネートが4−4′一ジフエニルメタ ンジイソシアネートである請求項29に記載の方法。 32.臨界壁体剪断応力値が次式: τi=4ηQ>τc=4ηQ π2i−1R3iπ2i−1R3c (式中、Qはダイを通る全流量を表わし、iは枝管チヤンネルの数を表わし、η は反応佳ブリカーサー混合物の重合による有意の粘度上昇がなく、そして反応性 ブリカーサー混合物がニュートン流体のように挙動すると仮定した反応性ブリカ ーサー混合物の粘度を表わす。)に従って決められ、そこで枝管チャンネルの閉 塞が防止され、そしてダイを通る反応性ブリカーサー混合物の流れが維持される 請求項1に記載の押出ダイ。 33.(a)一定の流量で移動する反応性ブリカーサー混合物の流れを受けるた めのダイ入口;及び (b)ダイを通る予備混合反応性ブリカーサー混合物の流れを導くための入口と 流通する少くとも1本の一般的に円筒状のチヤンネルを含み、該円筒状チヤンネ ルは予備混合反応性ブリカーサー混合物のための臨界壁体剪断応力値を越える壁 体剪断応力を生ずる臨界的チヤンネル半径を有し、そして; (c)ダイの閉塞が避けられ、そしてダイを通る予備混合反応性ブリカーサー混 合物の流れが実質的に維持されるような予備混合反応性ブリカーサー混合物を押 出すための押出ダイ出口部材:を含む予備混合反応性ブリカーサー混合物のポリ マーを押出すための押出ダイ。 34.ダイ入口と流通するノズルを更に含み、該ノズルは予備混合反応性ブリカ ーサー混合物を受けるための大径端部からダイ入口と流通する小径端部に収斂す る通路を有し、そして予備混合反応性ブリカーサー混合物が乱流下にノズルに受 入れられる請求項33に記載の押出ダイ。 35.上記枝管チヤンネルが一般的に、一貫して円形断面を有する請求項10に 記載の押出ダイ。
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