JPH089654B2 - Method for preparing polysaccharide-based alkali metal salts of polyacrylic acid - Google Patents
Method for preparing polysaccharide-based alkali metal salts of polyacrylic acidInfo
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- JPH089654B2 JPH089654B2 JP5502741A JP50274193A JPH089654B2 JP H089654 B2 JPH089654 B2 JP H089654B2 JP 5502741 A JP5502741 A JP 5502741A JP 50274193 A JP50274193 A JP 50274193A JP H089654 B2 JPH089654 B2 JP H089654B2
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、分散剤として多糖類に基づくポリアクリル
酸のアルカリ金属塩を調製する方法に関するものであ
る。本発明によれば重金属イオンに対する良好なキレー
ト化能力および微生物による生物分解性の両方を有する
多糖類に基づくポリアクリル酸のアルカリ金属塩は水性
アルコール溶液中で多糖類へのアクリル単量体のグラフ
ト反応、続いて水酸化ナトリウム−水溶液を用いる中和
によって高収量を得られる。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method for preparing alkali metal salts of polyacrylic acid based on polysaccharides as dispersants. According to the invention, alkali metal salts of polyacrylic acid based on polysaccharides which have both good chelating ability for heavy metal ions and biodegradability by microorganisms are grafted with acrylic monomers onto polysaccharides in aqueous alcohol solution. A high yield is obtained by reaction followed by neutralization with aqueous sodium hydroxide solution.
一般に、洗剤は直鎖アルキルベンゼンスルホネート、
トリポリホスホン酸ナトリウム、ポリアクリル酸のアル
カリ金属塩、珪酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、香料お
よび色素等の複数の成分から成る。これらのうち良好な
キレート化能力をもつトリホスホン酸ナトリウムは小さ
い流れや川の栄養不良を促進し水を汚染することにな
る。そして分散剤としてのポリアクリル酸のアルカリ金
属塩は重金属イオンに対しキレート化能力が低く微生物
による生物分解性が低い。Generally, detergents are linear alkyl benzene sulfonates,
It consists of multiple components such as sodium tripolyphosphonate, alkali metal salts of polyacrylic acid, sodium silicate, sodium carbonate, perfumes and dyes. Among these, sodium triphosphonate, which has a good chelating ability, promotes small streams and malnutrition in rivers and pollutes water. The alkali metal salt of polyacrylic acid as a dispersant has a low chelating ability for heavy metal ions and a low biodegradability by microorganisms.
ポリアクリル酸のアルカリ金属塩のキレート化能力お
よび生物分解性を増すために、多糖類へのアクリル単量
体のグラフト共重合が行われた[J.Appl.Polym.Sci.,32
(1986)4971:Eur.Polym.J.,25(1989)423]。その結
果、25〜70℃の反応温度で水溶液中での多糖類の溶解性
が低いため低いグラフト収量をもたらした。In order to increase the chelating ability and biodegradability of alkali metal salts of polyacrylic acid, graft copolymerization of acrylic monomers onto polysaccharides was performed [J. Appl. Polym. Sci., 32
(1986) 4971: Eur. Polym. J., 25 (1989) 423]. The results showed that the grafting yield was low due to the poor solubility of polysaccharides in aqueous solution at the reaction temperature of 25-70 ℃.
これらの問題を改善するため、高い反応性の澱粉・チ
オール化[Tappi,March,56(1973)97],照射[J.App
l.Polym.Sci.,26(1981)2073〕、アクリル化〔J.Poly
m.Sci.,Part−A,5(1965)1031]等をグラフト反応に使
用し、高温[Ger Offen.,2,436,555(1976)]で反応す
る幾つかの方法が提案された。セリウムアンモニウム
塩、ペントン試薬および硫酸マンガンのようなレドック
ス(還元−酸化)触媒を用いる〔J.Polym.Sci.,23(197
1)229〕他の方法もまた紹介された。特に、ラジカル開
始剤によって多糖類にアクリル単量体のグラフト反応を
行うことは難しかった[J.Appl.Polym.sci.,23(1971)
229]。この方法は25〜70℃の反応温度でグラフト化の
収量が低いため望ましくなかった。To improve these problems, highly reactive starch / thiolation [Tappi, March, 56 (1973) 97], irradiation [J.App
L.Polym.Sci., 26 (1981) 2073], acrylated [J.Poly.
m.Sci., Part-A, 5 (1965) 1031] and the like were used in the grafting reaction, and several methods were proposed in which the reaction was carried out at high temperature [Ger Offen., 2, 436, 555 (1976)]. Redox catalysts such as cerium ammonium salts, Penton's reagent and manganese sulfate are used [J. Polym. Sci., 23 (197
1) 229] Other methods were also introduced. In particular, it has been difficult to carry out the graft reaction of acrylic monomers on polysaccharides with radical initiators [J.Appl.Polym.sci., 23 (1971)
229]. This method was not desirable due to the low yield of grafting at reaction temperatures of 25-70 ° C.
発明の概要 本発明の目的は、多糖類のための反応希釈剤としてア
ルコールを使用し、水性アルコール溶液中でレドックス
触媒の存在で多糖類へのアクリル単量体のグラフト反応
によってグラフト化の収量の高い低分子量共重合体を調
製することにある。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to use an alcohol as a reaction diluent for a polysaccharide and to improve the yield of grafting by the graft reaction of an acrylic monomer onto a polysaccharide in the presence of a redox catalyst in aqueous alcohol solution. It consists in preparing a high low molecular weight copolymer.
本発明における多糖類に基づくポリアクリル酸のアル
カリ金属塩は、水性アルコール溶液を用いて多糖類を加
熱して溶解し、徐々に冷却し、アクリル単量体および/
またはビニルコモノマーおよびレドックス触媒の混合物
を添加し、混合物を適当な温度で数時間撹拌し、次いで
減圧下に水性アルコール溶液を留出させ、水酸化ナトリ
ウム−水溶液で中和して調製する。The alkali metal salt of polyacrylic acid based on the polysaccharide of the present invention is prepared by heating the polysaccharide with an aqueous alcohol solution to dissolve it, and gradually cooling it to obtain an acrylic monomer and / or
Alternatively, a mixture of a vinyl comonomer and a redox catalyst is added, the mixture is stirred at a suitable temperature for several hours, then the hydroalcoholic solution is distilled off under reduced pressure and neutralized with an aqueous sodium hydroxide solution.
発明の詳細な説明 本発明によれば、多糖類に基づくポリアクリル酸のア
ルカリ金属塩は多糖類を0.5〜95%の水性アルコールを
用いて60〜90℃にて0.5〜5時間溶解し、徐々に冷却
し、アクリル単量体および/またはビニルコモノマーお
よびレドックス触媒の混合物を窒素雰囲気下に添加し、
25〜70℃にて2〜40時間混合物を撹拌し、次いで60℃で
減圧下に水性アルコール溶液を留出させ、水酸化ナトリ
ウム−水溶液で中和することによって高収量で調製され
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION According to the present invention, an alkali metal salt of polyacrylic acid based on a polysaccharide dissolves the polysaccharide in 0.5 to 95% aqueous alcohol at 60 to 90 ° C. for 0.5 to 5 hours and gradually Cooled, and a mixture of acrylic monomer and / or vinyl comonomer and redox catalyst is added under nitrogen atmosphere,
It is prepared in high yield by stirring the mixture at 25-70 ° C. for 2-40 hours, then distilling the hydroalcoholic solution at 60 ° C. under reduced pressure and neutralizing with sodium hydroxide-aq.
本発明における反応希釈剤としてのアルコールはアク
リル単量体を水溶液中で多糖類に良く接触させ、生成物
の分子量の減少させるために使用される。The alcohol as the reaction diluent in the present invention is used to bring the acrylic monomer into good contact with the polysaccharide in an aqueous solution to reduce the molecular weight of the product.
アルコールは3〜9個の原子を持つノルマルまたはイ
ソアルコール、例えばプロパノール、ブタノール、ペン
タノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノー
ル、イソプロパノール、イソブタノール、イソヘキサノ
ールおよびイソヘプタノールであり、1種または2種以
上の混合物が選ばれる。次に、多糖類はアクリル単量体
の多糖類へのグラフト共重合体においてアルコールによ
って溶解した。アルコールを使用するグラフト反応の収
量は非常に高かった。生成物の分子量はアルコール溶媒
によつて生じた連鎖移動反応により正確に調製された。Alcohols are normal or isoalcohols having 3 to 9 atoms, such as propanol, butanol, pentanol, hexanol, heptanol, octanol, isopropanol, isobutanol, isohexanol and isoheptanol, one or more. A mixture is chosen. The polysaccharide was then dissolved by the alcohol in the graft copolymer of acrylic monomer onto the polysaccharide. The yield of the grafting reaction using alcohol was very high. The molecular weight of the product was accurately adjusted by the chain transfer reaction generated by the alcohol solvent.
アルコールは0.5〜95%の水溶液で使用した。0.5%以
下の反応体溶液は均質でなくさらに粘性である。95%以
上の溶液は粘性が小さくアルコールを回収するために多
くのエネルギーを必要とする。Alcohol was used in 0.5-95% aqueous solution. Reactant solutions below 0.5% are not homogeneous and more viscous. A 95% or more solution has a low viscosity and requires a lot of energy to recover alcohol.
本発明に使用されるアクリル単量体はアクリル酸、メ
タクリル酸、無水マレイン酸およびフマル酸である。The acrylic monomers used in the present invention are acrylic acid, methacrylic acid, maleic anhydride and fumaric acid.
そしてビニルコモノマーはメチルアクリレート、エチ
ルアケルレート、プロピルアクリレート、ブチルアクリ
レート、メチルメタクリレート、ヒドロキシアルキルメ
タクリレート、アクリロニトリル、アクリルアミドおよ
び4−ビニルピリジンである。本発明ではこれらのビニ
ルコモノマーの1種または2種以上を使用することが出
来る。And the vinyl comonomers are methyl acrylate, ethyl acrylate, propyl acrylate, butyl acrylate, methyl methacrylate, hydroxyalkyl methacrylate, acrylonitrile, acrylamide and 4-vinyl pyridine. In the present invention, one kind or two or more kinds of these vinyl comonomers can be used.
これらの単量体は多糖類を可溶化するためのキレート
化能力を維持するために用いられ、使用される多糖類の
分量の20〜700重量%で用いられる。20重量%以下の反
応体溶液は均質ではなく、700重量%を越えると、重金
属イオンに対するキレート化能力を調製することが不可
能である。These monomers are used to maintain the chelating ability to solubilize the polysaccharide and are used at 20-700% by weight of the amount of polysaccharide used. Below 20% by weight of the reactant solution is not homogeneous, above 700% by weight it is not possible to adjust the chelating capacity for heavy metal ions.
また、本発明において用いられる多糖類は澱粉、セル
ロースおよびそれらの誘導体である。即ち、それらは穀
類、ジャガイモ、小麦、サツマイモおよび米の澱粉、お
よびアルデヒド、アルキルエーテル、オキシアルキル、
ヒドロキシエチルエーテル、アミノエチルエーテル、シ
アノエチルエーテルおよびカルボキシメチル基を含む改
質澱粉、およびアルキルエーテル、有機酸エステル、ヒ
ドロキシおよびカルボキシメチル基を含むセルロース誘
導体である。Further, the polysaccharides used in the present invention are starch, cellulose and their derivatives. That is, they are cereals, potatoes, wheat, sweet potato and rice starches, and aldehydes, alkyl ethers, oxyalkyls,
Modified starches containing hydroxyethyl ether, aminoethyl ether, cyanoethyl ether and carboxymethyl groups, and alkyl ethers, organic acid esters, cellulose derivatives containing hydroxy and carboxymethyl groups.
本発明において用いられる酸化触媒は、過酸化水素、
アスコルビン酸、tert−ブチルヒドロ過酸化物、ジ−te
rt−ブチルヒドロ過酸化物、ジクミル過酸化物、クメン
ヒドロ過酸化物、2,5−ジメチル−ヘキシル−2,5−ジヒ
ドロ過酸化物、ジイソプロピルベンゼン過酸化物、2,5
−ジメチルヘキシル−2,5−(パーオキシベンゾエー
ト)、ジ−tert−ブチルパーオキシフタレート、tert−
ブチルパーオキシアセテート,およびtert−ブチルパー
オキシイソプロピルカーボネート等である。これらは1
種または2種以上の混合物を使用する。The oxidation catalyst used in the present invention is hydrogen peroxide,
Ascorbic acid, tert-butyl hydroperoxide, di-te
rt-Butyl hydroperoxide, dicumyl peroxide, cumene hydroperoxide, 2,5-dimethyl-hexyl-2,5-dihydroperoxide, diisopropylbenzene peroxide, 2,5
-Dimethylhexyl-2,5- (peroxybenzoate), di-tert-butyl peroxyphthalate, tert-
Butyl peroxyacetate, tert-butyl peroxy isopropyl carbonate and the like. These are 1
One kind or a mixture of two or more kinds is used.
本発明に用いられる還元触媒は過硫酸カリウム、過マ
ンガン酸カリウム、過クロム酸カリウム、鉄アンモニウ
ム硫酸塩、N−シクロヘキシルベンゾチアゾール−2−
スルホンアミド、N,N′ジメチル−p−トルイジン、N,
N′−ジエチル−p−トルイジン、N,N′−ジイソプロピ
ル−p−トルイジン、ブチルアミン、N,N′−ジメチル
アニリン、ビス(フェニルスルホンメチル)アミン、ビ
ス(p−トリルスルホンメチル)アミン、N−メチル−
ビス(p−トリルスルホンメチル)アミン、N−エチル
−ビス(p−トリルスルホンメチル)アミン、N−エタ
ノール−ビス(p−トリルスルホンメチル)アミン、N
−フェニル−p−トリルスルホンメチルアミン、N−フ
ェニル−N−メチル−p−トリルスルホンサンメチルア
ミン、ビス(p−トリルスルホンメチル)エチレンジア
ミン、N−(p−クロロフェニル)−p−トリルスルホ
ンメチルアミン、N−(イソまたはp−カルボエトキシ
フェニル)−(p−トリルスルホンメチル)アミン、o
−ベンゾイックスルファミド、フタルアミド、安息香酸
スルファミド、酢散ヒドラジン、チオ尿素、N,N′−ジ
メチル−p−トルイジン、N,N′−ジメチル−o−トル
イジン、N,N′−ジシクロヘキシル−チオ尿素、アセチ
ルチオ尿素、テトラメチルチオ尿素、メルカプトベンゾ
チアゾール、2−トリアゾール−3−ジオール、および
メルカプトベンゾイミダゾール等である。これらは1種
または2種以上の混合物を使用する。The reducing catalyst used in the present invention is potassium persulfate, potassium permanganate, potassium perchromate, iron ammonium sulfate, N-cyclohexylbenzothiazole-2-
Sulfonamide, N, N 'dimethyl-p-toluidine, N,
N'-diethyl-p-toluidine, N, N'-diisopropyl-p-toluidine, butylamine, N, N'-dimethylaniline, bis (phenylsulfonmethyl) amine, bis (p-tolylsulfonmethyl) amine, N- Methyl-
Bis (p-tolylsulfonmethyl) amine, N-ethyl-bis (p-tolylsulfonmethyl) amine, N-ethanol-bis (p-tolylsulfonmethyl) amine, N
-Phenyl-p-tolylsulfone methylamine, N-phenyl-N-methyl-p-tolylsulfone methylamine, bis (p-tolylsulfonemethyl) ethylenediamine, N- (p-chlorophenyl) -p-tolylsulfone methylamine , N- (iso- or p-carboethoxyphenyl)-(p-tolylsulfonmethyl) amine, o
-Benzoxulfamide, phthalamide, sulfamide benzoate, hydrazine acetate, thiourea, N, N'-dimethyl-p-toluidine, N, N'-dimethyl-o-toluidine, N, N'-dicyclohexyl-thiourea , Acetylthiourea, tetramethylthiourea, mercaptobenzothiazole, 2-triazole-3-diol, and mercaptobenzimidazole. These use 1 type or a mixture of 2 or more types.
本発明において用いられる触媒は、使用されるアクリ
ル−およびビニルコモノマーの分量の0.005〜0.5モルパ
ーセントで用いられ、レドックス触媒の1種または混合
物が選ばれる。これらを0.0005モル以下で使用する場
合、効果がなく、0.5モルを越える場合、グラフト収量
は大量のホモポリマーの生成によって減少する。The catalyst used in the present invention is used at 0.005 to 0.5 mole percent of the amount of acrylic and vinyl comonomers used, and one or a mixture of redox catalysts is selected. If these are used in an amount of 0.0005 mol or less, there is no effect, and if they exceed 0.5 mol, the grafting yield is reduced by the production of a large amount of homopolymer.
本発明においては調製される多糖類に基づいたポリア
クリル酸のアルカリ金属塩は粘性が50〜10,000cpsであ
る。硬水を使用する場合にも、これらは良好な分散効果
を示し、水溶液中の重金属イオンの沈澱を妨げる。また
これらは多糖類成分の生物分解性が高いので微生物によ
る良好な生物分解性を示す。The alkali metal salt of polyacrylic acid based on the polysaccharide prepared in the present invention has a viscosity of 50 to 10,000 cps. Even when using hard water, they show a good dispersing effect and prevent the precipitation of heavy metal ions in aqueous solution. Further, since these polysaccharide components have high biodegradability, they exhibit good biodegradability by microorganisms.
そこで、これらはキレート化能力および成分分解性の
両方の性質をもつ極めて有用な分散剤である。Therefore, these are extremely useful dispersants having both chelating ability and component degradability.
次の実施例は本発明の原理を応用する方法を示すが、
その範囲を限定するものではない。The following example illustrates how to apply the principles of the invention,
It does not limit the range.
実施例1〜10 2リットルの2.6〜10.6%の水性イソプロパノールま
たはブタノールおよび32.4g(0.2モル)〜129.6g(0.8
モル)の穀類澱粉を還流コンデンサをもつ反応器に添加
し、均質溶液になるように70℃まで加熱し、次いで徐々
に40℃まで冷却した。続いて、14.4g(0.2モル)〜57.6
g(0.8モル)のアクリル酸、8.6g(0.1モル)〜17.2g
(0.2モル)のメタクリル酸、10g(0.1モル)〜20g(0.
2モル)のエチルアクリレートおよび過硫酸カリムウ
[9.99g(0.037モル)]および過酸化水素[1.97g(0.0
58モル)]の混合物を添加し、混合物を40℃で9時間撹
拌した。Examples 1-10 Two liters of 2.6-10.6% aqueous isopropanol or butanol and 32.4 g (0.2 mol) -129.6 g (0.8
Mol) of cereal starch was added to a reactor with a reflux condenser, heated to 70 ° C. for a homogeneous solution and then gradually cooled to 40 ° C. Then, 14.4g (0.2mol) -57.6
g (0.8 mol) acrylic acid, 8.6 g (0.1 mol) ~ 17.2 g
(0.2 mol) methacrylic acid, 10 g (0.1 mol) to 20 g (0.
2 mol) of ethyl acrylate and kalimu persulfate [9.99 g (0.037 mol)] and hydrogen peroxide [1.97 g (0.0
58 mol)] and the mixture was stirred at 40 ° C. for 9 hours.
水性アルコール溶液を減圧下に留出し反応物を水酸化
ナトリウム水溶液8g(0.2モル)〜32g(0.8モル)を用
いて中和し粘性の液体(40重量%の固体含量)を得た。
生成物の物理的性質を表1に示した。The aqueous alcohol solution was distilled off under reduced pressure, and the reaction product was neutralized with 8 g (0.2 mol) to 32 g (0.8 mol) of an aqueous sodium hydroxide solution to obtain a viscous liquid (solid content of 40% by weight).
The physical properties of the product are shown in Table 1.
比較例1〜9 上記実施例と同じ反応に対し2リットルの蒸留水、3
2.4g(0.2モル)〜129.6(0.8モル)の穀類澱粉、14.4g
(0.2モル)〜57.6g(0.8モル)のアクリル酸、8.6g
(0.1モル)〜17.2g(0.2モル)のメタクリル酸、10g
(0.1モル)のエチルアクリレート、および過硫酸カリ
ウム[9.99g(0.037モル)]および過酸化水素[1.97g
(0.058モル)]の混合物を添加し70℃まで加熱し均質
溶液にして、次に徐々に40℃まで冷却した。Comparative Examples 1-9 2 liters of distilled water, 3 for the same reaction as the above example
2.4g (0.2mol) to 129.6 (0.8mol) cereal starch, 14.4g
(0.2 mol) to 57.6 g (0.8 mol) acrylic acid, 8.6 g
(0.1 mol) to 17.2 g (0.2 mol) methacrylic acid, 10 g
(0.1 mol) ethyl acrylate, and potassium persulfate [9.99 g (0.037 mol)] and hydrogen peroxide [1.97 g
(0.058 mol)] was added and heated to 70 ° C to form a homogeneous solution, then gradually cooled to 40 ° C.
混合物を40℃にて6時間撹拌した。水溶液を減圧下に
留出し反応体を8g(0.2モル)〜32g(0.8モル)の水酸
化ナトリウム水溶液を用いて中和し粘性の液体(40重量
%の固体含量)を得た。生成物の物理的性質を表2に示
した。The mixture was stirred at 40 ° C. for 6 hours. The aqueous solution was distilled under reduced pressure, and the reactant was neutralized with 8 g (0.2 mol) to 32 g (0.8 mol) of sodium hydroxide aqueous solution to obtain a viscous liquid (solid content of 40% by weight). The physical properties of the product are shown in Table 2.
表1、2において、生成物のキレート化能力1)は日本
国特公開番号第52−4510(1977)および52−9005(197
7)の試験方法によって測定した。そして、生物分解性
2)はミラー試験法[Anal.Chem.,31(1959)426]によっ
て測定した。 In Tables 1 and 2, the chelating ability 1) of the product is shown in Japanese Patent Publication Nos. 52-4510 (1977) and 52-9005 (197).
It was measured by the test method of 7). And biodegradable
2) was measured by the Miller test method [Anal. Chem., 31 (1959) 426].
即ち、3000IU/mlのα−アミラーゼ酵素を4%(w/v)
の固体試料に添加し、45℃で20分間、沸騰水で5分間放
置した。550nmでの溶液の吸光係数をジニトロサリチル
酸法で測定し、吸光係数が高いほど、酵素による生物分
解性が良いと評価された。That is, 3000 IU / ml of α-amylase enzyme is 4% (w / v)
Was added to the solid sample of, and allowed to stand for 20 minutes at 45 ° C and 5 minutes in boiling water. The extinction coefficient of the solution at 550 nm was measured by the dinitrosalicylic acid method, and the higher the extinction coefficient, the better the biodegradability by the enzyme.
フロントページの続き (72)発明者 キム ヤン ウン 大韓民国 タエジョン 300−120,ドング −ク,ヨングン−ドン 297,ジュゴンア パート 142−203Front Page Continuation (72) Inventor Kim Yang Eun, Republic of Korea Taejeong 300-120, Dong-Guk, Young-Gun-Dong 297, Dugong Apart 142-203
Claims (3)
間アルコールを用いて溶解し、アクリル単量体および/
またはビニルコモノマー、およびグラフト反応のための
レドックス触媒の混合物を添加し、次いで減圧下に水性
アルコール溶液を留出し、水酸化ナトリウム水溶液を用
いて中和することを特徴とする多糖類に基づくポリアク
リル酸のアルカリ金属塩を調製する方法。1. A polysaccharide is dissolved in alcohol in the temperature range of 60 to 90 ° C. for 2 to 40 hours to obtain an acrylic monomer and / or
Or a polysaccharide-based polyacrylic resin characterized by adding a mixture of a vinyl comonomer and a redox catalyst for the grafting reaction, then distilling the hydroalcoholic solution under reduced pressure and neutralizing with aqueous sodium hydroxide solution. A method for preparing an alkali metal salt of an acid.
ルーまたはイソアルコールであり、0.5〜95%の水性溶
液で使用される、請求項1記載の方法。2. A process according to claim 1, wherein the alcohol is a normal or isoalcohol of 3 to 9 carbons and is used in a 0.5 to 95% aqueous solution.
間窒素雰囲気下で行われる、請求項1記載の方法。3. The method according to claim 1, wherein the grafting reaction is carried out at 25 to 70 ° C. for 2 to 40 hours under a nitrogen atmosphere.
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