JPH10182801A - 生分解性ブロック共重合体の製造方法 - Google Patents
生分解性ブロック共重合体の製造方法Info
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- JPH10182801A JPH10182801A JP34571896A JP34571896A JPH10182801A JP H10182801 A JPH10182801 A JP H10182801A JP 34571896 A JP34571896 A JP 34571896A JP 34571896 A JP34571896 A JP 34571896A JP H10182801 A JPH10182801 A JP H10182801A
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Abstract
じるエステル交換反応を抑制することにより、十分な高
分子量と優れた機械的強度・弾性挙動を有する色相の良
好な生分解性ブロック共重合体の製造方法を提供するこ
とにある。 【解決手段】 本発明は、ラクトン(A)50〜99重
量%と、脂肪族ポリエステル(B)1〜50重量%と、
安定剤(C)とを重合触媒(D)の存在下で共重合して
得られる生分解性ブロック共重合体であり、弾性率が
0.1GPa以上で、JIS−K7105に準じて測定
したヘイズが30%以下の物性を有する。
Description
挙動、色相などが改良された生分解性プラスチックの製
造方法に関する。
境中で分解する生分解性ポリマーおよびその成型品が求
められ、脂肪族ポリエステルなどの自然分解性樹脂の研
究が活発に行われている。特に、乳酸系ポリマーは融点
が170 〜180 ℃と十分に高く、しかも透明性に優れるた
め、包装材料等として大いに期待されている。しかし、
ポリ乳酸は、その剛直な分子構造のために、耐衝撃性が
劣り脆いという欠点があり、これら乳酸系ポリマーの改
良が望まれている。
と他の脂肪族ポリエステル等との共重合体とその製造方
法について記載されている。製造方法としては、ラクタ
イドと種々の構成割合からなる脂肪族ジカルボン酸成分
とジオール成分とからなるポリエステルとを、開環重合
触媒の存在下に反応させるというもので、反応機構とし
てはポリエステル末端OH基へラクタイドがブロック状
に開環付加重合して、A−B−A型のブロック状の共重
合体が生成し、更にポリマーどうしのエステル交換反応
が進行すると考えられている。更に、このエステル交換
反応を十分行うことにより、ホモ重合体を含まない乳酸
系共重合ポリエステルが得られるとしている。また、こ
の方法で得られたポリマーは透明性・柔軟性に優れてい
ると記載されている。
ラクタイド以外のラクトンとポリエステルとの共重合体
の製造方法が記載されている。製造方法としては、芳香
族ジカルボン酸成分と脂肪族ジカルボン酸成分を含むポ
リエステル系共重合体にラクタイド以外のラクトンを開
環付加重合、およびエステル交換反応させるものであ
る。この方法で得られたポリマーは、高い強度と弾性挙
動に優れていると記載されている。
に記載されているように、エステル交換反応は、全ての
エステル類に対して生じることが知られており、通常用
いられる溶融共重合条件で、複雑なエステル交換反応な
しにA−B−Aもしくは(A−B)n 型のブロック共重
合体を得ることができず、得られる共重合体のポリラク
トンセグメントサイズおよびポリエステルポリマーセグ
メントサイズが保証できず、製造されるポリマーの物理
特性が安定しない。即ち、一般的に耐衝撃性を向上させ
るためには、低Tgポリマーとのブロック共重合という
手段がよく用いられるが、ランダムなエステル交換反応
により低Tgポリマーの開裂が起こると添加効果が発揮
できない。
ては、特表平7−504939号に、ポリ乳酸に安定剤
として酸化防止剤・水掃去剤等を添加することが開示さ
れている。また、脂肪族ポリエステルの熱安定性に対し
ては、特開平6−80872号に、酸化防止剤や必要に
応じてリン系着色防止剤や滑剤を混合する手法が開示さ
れている。即ち、ラクトンと脂肪族ポリエステルの共重
合体の製造において、安定剤の存在下では、ラクトンの
重合ばかりでなく、ポリラクトンと脂肪族ポリエステル
とのエステル交換が抑制され、ポリラクトンセグメント
と脂肪族ポリエステルセグメントからなるブロック共重
合体が得られることは予期されることではない。
ラクトン成分とジカルボン酸とジオール成分とを2段階
重合させることで、共重合体のセグメントサイズを制御
しているが、この方法で得られた共重合体は結晶性が低
下しており、機械的強度や弾性率の低下が容易に推測さ
れる。さらには、特開平4−226527号は外科用エ
レメントなど医療用途を主目的とした組成物に関するも
のであるが、2段階反応による反応制御の難しさを考え
ると、汎用樹脂としての安価な大量生産は困難であると
推測される。
族ポリエステル鎖に生じるエステル交換反応を抑制する
ことにより、十分な高分子量を持ち、優れた機械的強度
と弾性挙動を有する、色相も良好な生分解性ブロック共
重合体の製造方法を提供する。
るために、本発明者らは鋭意検討の結果、ラクトンと、
脂肪族ポリエステルと、安定剤を重合触媒の存在下で共
重合させることにより、機械的強度・弾性挙動・色相に
優れた生分解性ブロック共重合体が製造できることを見
いだした。
9重量%と、脂肪族ポリエステル(B)1〜50重量%
と、安定剤(C)とを重合触媒(D)の存在下で共重合
して得られる生分解性ブロック共重合体の製造方法であ
る。また、本発明は、ラクトン(A)がラクタイドであ
る、生分解性ブロック共重合体の製造方法である。更
に、脂肪族ポリエステル(B)にあらかじめ安定剤
(C)が含まれている、上述の生分解性ブロック共重合
体の製造方法、脂肪族ポリエステル(B)が1種類以上
のジオール成分と1種類以上の脂肪族ジカルボン酸(環
状脂肪族を含む)成分の縮重合物を主成分とする、数平
均分子量が5,000 以上の上述の生分解性ブロック共重合
体の製造方法、安定剤(C)が酸化防止剤および/また
は調整剤である上述の生分解性ブロック共重合体の製造
方法、酸化防止剤が単独のリン化合物または複数のリン
化合物の混合物で、脂肪族ポリエステル(B)に対して
0.01〜3重量%である上述の生分解性ブロック共重
合体の製造方法、調整剤がコバルト、鉄、ジルコニウ
ム、チタン、マンガンからなる群から選ばれる、少なく
とも一種類の金属の化合物で、脂肪族ポリエステル
(B)に対して0.0001〜0.3重量%である上述
の生分解性ブロック共重合体の製造方法、 重合触媒
(D)が錫化合物、チタン化合物で、ラクトン(A)に
対して0.0001〜1重量%である上述の分解性ブロ
ック共重合体の製造方法である。
族ポリエステル、安定剤、触媒について順を追って説明
する。
は、その種類は特に問わないが、ラクタイド、カプロラ
クトン、バレロラクトン、プロピオラクトン、ブチロラ
クトン、ウンデカラクトン、メチルカプロラクトン等が
好ましい。特に、ラクタイド、カプロラクトン、バレロ
ラクトン、ウンデカラクトン、メチルカプロラクトン等
のうち、5〜7員環構造を持つ物が好ましく、さらには
高純度のものが安価に入手でき、高分子量のブロック共
重合体が得られるラクタイドが好ましい。
であり、ラクタイドには2つのL−乳酸からなるL−ラ
クタイド、D−乳酸からなるD−ラクタイド、L−乳酸
とD−乳酸からなるメソ−ラクタイドという3種類のラ
クタイドが存在する。
みを含む共重合体は、結晶化し高融点が得られ、弾性率
の高い共重合体を得ることができる。本発明のブロック
共重合体ではこれら3種のラクタイドを組み合わせるこ
とにより、更に良好な諸特性が得られる。
が230℃付近であり、210℃以上の高温で早い反応
速度が得られ、比較的安価で高純度のものが入手できる
ε−カプロラクトンが好ましい。ラクトンとしては、優
れた柔軟性を得るためにε−カプロラクトンを単独で用
いることもできる。さらに、ラクタイドと混合して用い
ることで、柔軟性を有した高強度の共重合体を得ること
ができ、ほかのラクトンと混合することも可能である。
(B)は、ジオール成分と、脂肪族または環状脂肪族の
ジカルボン酸成分を主成分として重縮合反応して得られ
るものである。
分としては、ジオールであれば特に種類を問わないが、
エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレン
グリコール、ペンタンジオール、ヘキサメチレングリコ
ール、オクタンジオール、ネオペンチルグリコール、シ
クロヘキサンジメタノール、水添ビスフェノールA、キ
シレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレ
ングリコール、ジプロピレングリコール、ジブタンジオ
ール、3−ヒドロキシピバリルピバレート等が挙げられ
る。
ル成分とエステル化するための脂肪族または環状脂肪族
のジカルボン酸またはその無水物としては、例えばコハ
ク酸、無水コハク酸、アジピン酸、無水アジピン酸、ス
ベリン酸、セバシン二酸、1,4−シクロヘキサンジカ
ルボン酸などがあげられる。
とする脂肪族ポリエステルは、エポキシドや多価アルコ
ールあるいは多価カルボン酸の如き分岐剤の使用によっ
て、分子量分布の広がりをもたせ、その結果、得られる
共重合体に優れた物性を付与することもできる。
や3官能以上の多価アルコールを用いることができる。
ジエポキシドの例としては、ビスフェノールAジグリシ
ジルエーテル、エチレングリコールジグリシジルエーテ
ル、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテルなど
があげられる。3官能以上の多価アルコールの例として
は、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリ
スリット、トリアリルイソシアヌレートエチレンオキシ
ド付加物などがあげられる。
ボン酸として、3官能以上の多価カルボン酸またはその
無水物および3官能以上のオキシカルボン酸などの多官
能化合物を用いることができる。3官能以上の多価カル
ボン酸またはその無水物の例としては、無水トリメリッ
ト酸、無水ピロメリット酸、トリメシン酸、プロパント
リカルボン酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸、シク
ロペンタンテトラカルボン酸などがあげられ、特に無水
トリメリット酸、無水ピロメリット酸が好ましい。3官
能以上の多価オキシカルボン酸としては、特に限定はな
く市販品を用いることができるが、安価に入手可能なリ
ンゴ酸、酒石酸、クエン酸が好ましい。
ジオール・ジカルボン酸成分全体に対して、0.1〜5
モル%を用いる。
ブロック共重合体の作製時に脂肪族ポリエステル(B)
がランダムにエステル交換反応を受けるのを避けること
を主目的に、リン化合物が酸化防止剤として用いられ、
その種類に特に制限はなく、例えば、リン酸およびその
アルキルエステル類、亜リン酸エステル類、ホスホン酸
エステル類、亜リン酸、無機リン酸化合物等があげられ
る。リン酸のアルキルエステル類としては、リン酸トリ
メチル、リン酸トリエチル、リン酸トリブチル、リン酸
トリオクチル、リン酸トリデシル、リン酸モノアルキ
ル、リン酸ジアルキルなどが用いられる。亜リン酸エス
テル類としては、亜リン酸ジブチル、亜リン酸トリフェ
ニル、亜リン酸ジフェニルイソデシル、亜リン酸トリス
イソデシルなどが用いられる。これらのリン化合物のう
ち、リン酸およびそのアルキルエステル類の1つを単独
で用いることもできるが、亜リン酸エステル類との混合
使用が有効である。さらには、リン酸トリメチル単独、
あるいはリン酸トリメチルとネオペンチル−ジアリル−
オキシトリフォスフェイト、トリフェニルフォスフィ
ン、リン酸トリフェニル、リン酸塩から選択された混合
物を用いるのが、脂肪族ポリエステルのブロックサイズ
を制御するのに有効である。
ル(B)に対して0.01〜0.3重量%が好ましく、
0.01重量%より少ないとラクトンとの共重合体作成
時にランダムなエステル交換反応を起こしてしまい、
0.3重量%より多いとポリラクトンブロックと脂肪族
ポリエステルブロックとのエステル交換反応を阻害して
しまう。
ウム、チタン、マンガンなどの化合物が用いられ、安全
性が確認されているカルボン酸塩類が好適であり、ブロ
ック共重合体の色相を良好に保つためにも効果的であ
る。その他には、アルコキサイド、アセチルアセトネー
トなどのキレート化合物を用いることもできる。
(B)に対して0.0001〜0.3重量%が好まし
く、特に好ましくは0.001〜0.1重量%である。
調整剤の添加量は、0.0001重量%より少ないと添
加効果を得られず、0.3重量%より多く加えても効果
の増大が期待できず、色相改善の向上は得られない。
ては、一般に環状エステル類の開環重合触媒として知ら
れる錫、亜鉛、鉛、チタン、ビスマス、ジルコニウム、
ゲルマニウム等の金属及びその誘導体が挙げられ、これ
らの誘導体については、特に金属化合物、カルボン酸
塩、炭酸塩、酸化物、ハロゲン化物が好ましい。具体的
には、塩化錫、オクチル酸錫、塩化亜鉛、酢酸亜鉛、酸
化鉛、炭酸鉛、塩化チタン、アルコキシチタン、酸化ゲ
ルマニウム、酸化ジルコニウム等が挙げられるが、特に
高分子量を得るには、オクチル酸錫が好ましい。
(A)の重量に対して0.0001〜1重量%が好まし
い。さらにはラクトン(A)と脂肪族ポリエステル
(B)の合計の重量に対して0.0002重量%〜0.
6重量%が好ましい。開環重合触媒(D)の量は、製造
方法により異なるが、得られるブロック共重合体の熱安
定性を考えた場合、0.3重量%以下が好ましい。
(A)と脂肪族ポリエステル(B)と安定剤(C)の混
合物を加温溶融させ、重合触媒(D)を添加する。反応
温度は、ラクトン(A)の融点から沸点の間であると、
反応系を均一にできるうえ、速い重合速度が得られて望
ましい。特に、ラクタイドを用いる場合には、ラクタイ
ドの融点約100℃以上かつ180℃以下の温度が望ま
しく、また分解反応に伴う共重合体の着色や分子量の低
下も軽減できる。なお、安定剤(C)は、脂肪族ポリエ
ステル(B)とポリラクトンとの間に起こるランダムな
エステル交換反応を抑制し、ポリラクトンブロックと脂
肪族ポリエステルブロックとを大きく保つ目的で、あら
かじめ脂肪族ポリエステルに溶融混合しておくことが好
ましい。
に抑えるため、反応は乾燥した不活性ガス雰囲気下で行
うことが好ましい。特に、窒素、アルゴンガス雰囲気
下、またはバブリング状態が好ましい。更に、加水分解
反応を抑制するため、脂肪族ポリエステル(B)は十分
に真空乾燥を行って水分を除去したものを用いる必要が
ある。
重合に使用する脂肪族ポリエステル(B)の末端OH基
へラクトン(A)がブロック状に開環付加重合し、A−
B−A型ブロック状の共重合体が生成する反応と、さら
にポリラクトンと脂肪族ポリエステル中のエステル基に
対するエステル交換反応とが同時並行して進行する。こ
の時、本発明の特徴である、安定剤(C)の添加によっ
てラクトンの付加重合が抑制されることなく、ランダム
なエステル交換反応が抑制され、結果としてブロック性
の高い共重合体を得ることができる。特に、適正量の安
定剤(C)をあらかじめ脂肪族ポリエステル(B)に溶
融混合しておくことでブロック性を高めることが可能と
なり、優れた機械的強度、弾性挙動を有し、色相の良好
な生分解性ブロック共重合体を得ることができる。さら
に、脂肪族ポリエステル(B)および安定剤(C)の添
加量を加減することで、汎用樹脂としては十分に満足で
きる透明度を有するブロック性の高い共重合体を得るこ
とができる。
容器で作成でき、例えば、1軸又は複数軸の撹拌機が配
設された竪型反応容器又は横型反応容器、1軸又は複数
軸の掻き取り羽根が配設された横型反応容器、又、1軸
又は複数軸のニーダーや、1軸又は複数軸の押出機等の
反応装置を単独で用いても良く、又は複数基を直列又は
並列に接続して用いても良い。
は、生分解性も良好であり、使用後や製造工程上からの
廃棄物減量に役立つ。特に、コンポスト中での分解性に
優れており、数カ月間で外形が保たないまで分解出来
る。また、本発明で、作成されるブロック共重合体は、
引張弾性率が0.1GPa以上、好ましくは0.3GP
a以上、更に好ましくは目的に応じて0.5〜5GPa
以下で、JIS−K7105に準じて測定したヘイズが
30%以下、好ましくは20%以下、更に好ましくは1
5%以下0.1%以上である。
次的添加物を加えて色々な改質を行う事ができる。副次
的添加剤の例としては、紫外線吸収剤、顔料、着色剤、
各種フィラー、静電剤、離型剤、可塑剤、香料、抗菌
剤、核形成剤等その他の類似のものが挙げられる。さら
に、適宜安定剤として酸化防止剤や調整剤を追加して添
加することも可能である。
いて、重合体の重量平均分子量はGPC分析によるポリ
スチレン換算値、融点は走査型示差熱量計(DSC)に
よる測定値である。又、引張試験はJIS−K7113
に準じて測定した。更に、透明性はJIS−K7105
に準じてヘイズ測定を行った。
り具体的に説明する。 (実施例1)脂肪族ポリエステル(コハク酸成分40モ
ル%、アジピン酸成分10モル%、1,4−ブタンシ゛オー
ル 成分50モル%、重量平均分子量138,000)5
00gにリン酸トリメチル0.7gおよび酢酸コバルト
0.012gを窒素ガス雰囲気下で10分間溶融混練し
た。この安定剤を含む脂肪族ポリエステル1kgにL−
ラクタイド4kgを加え、窒素ガス雰囲気下で溶融混練
し、重合触媒としてオクチル酸錫12gを添加し、2軸
混練機で撹拌しながら190℃で20分間重合した後、
ペレット化してブロック共重合体チップA−1を得た。
kg/cm2 の窒素中で12時間処理し、未反応のラク
タイドを除去し、チップA−2を得た。チップA−2を
GPC分析した結果、重量平均分子量は149,000
の単一ピークで、残存ラクタイドは0.1%未満であっ
た。また、このブロック共重合体のDSCを測定した結
果、ガラス転移温度は49℃で、融点は85℃と173
℃の2点を有していた。
して絶乾状態にした後、射出成形により名刺大の厚さ1
mmプレートと引張試験片(2号試験片)を作製した。
得られた名刺大プレートの色相は良好で着色は全くな
く、ヘイズが6%で透明だった。引張試験を行った結
果、引張弾性率は1.1GPa、引張降伏強さは18.
4MPaであった。
酸成分50モル%、1,4−ブタンシ゛オール 成分50モル
%、重量平均分子量123,000)500gにリン酸
トリメチル0.7gおよび酢酸コバルト0.012gを
窒素ガス雰囲気下で10分間溶融混練した。この安定剤
を含む脂肪族ポリエステル1kgにL−ラクタイド4k
gを加え、窒素ガス雰囲気下で溶融混練し、重合触媒と
してオクチル酸錫12gを添加し、2軸混練機で撹拌し
ながら190℃で20分間重合した後、ペレット化して
ブロック共重合体チップB−1を得た。
kg/cm2 の窒素中で12時間処理し、未反応のラク
タイドを除去し、チップB−2を得た。チップB−2を
GPC分析した結果、重量平均分子量は132,000
の単一ピーク、残存ラクタイドは0.1%未満であっ
た。また、このブロック共重合体のDSCを測定した結
果、ガラス転移温度は54℃で、融点は102℃と17
3℃の2点を有していた。 さらに、チップB−2を7
5℃で真空乾燥して絶乾状態にした後、射出成形により
名刺大の厚さ1mmプレートと引張試験片(2号試験
片)を作製した。得られた名刺大プレートの色相は良好
で着色は全くなく、ヘイズが9%でほぼ透明だった。引
張試験を行った結果、引張弾性率は2.7GPa、引張
降伏強さは46.2MPaであった。
酸成分40モル%、アジピン酸成分10モル%、1,4
−ブタンシ゛オール 成分50モル%、重量平均分子量13
8,000)1kgにL−ラクタイド4kgを加え、窒
素ガス雰囲気下で溶融混練し、重合触媒としてオクチル
酸錫12gを添加し、2軸混練機で撹拌しながら190
℃で20分間重合した後、ペレット化してブロック共重
合体チップC−1を得た。チップC−1はやや着色して
いた。
kg/cm2 の窒素中で12時間処理し、未反応のラク
タイドを除去し、チップC−2を得た。チップC−2を
GPC分析した結果、重量平均分子量は76,000の
単一ピークで、残存ラクタイドは0.1%未満であっ
た。また、このブロック共重合体のDSCを測定した結
果、融点は85℃と167℃の2点が観測されたが、ガ
ラス転移温度は20℃であった。
して絶乾状態にした後、射出成形により名刺大の厚さ1
mmプレートと引張試験片(2号試験片)を作製した。
得られた名刺大プレートは着色し、黄色みを帯びてい
た。引張試験を行った結果、引張弾性率は0.04GP
aで、引張降伏点は観測されなかった。
プA−2,B−2から得られる成型品は、色相が良好
で、引張弾性率が高く、実用上十分な引張強度を有して
おり、明らかに機械的強度、弾性挙動、および色相に優
れている。
生じるエステル交換反応の抑制によるブロック性の高い
共重合体が得られ、従来公知の共重合体に比べ、機械的
強度、弾性挙動に優れ、色相も良好な生分解性ブロック
共重合体の製造が可能となる。
Claims (9)
- 【請求項1】ラクトン(A)50〜99重量%と、脂肪
族ポリエステル(B)1〜50重量%と、安定剤(C)
とを重合触媒(D)の存在下で共重合して得られる生分
解性ブロック共重合体の製造方法。 - 【請求項2】ラクトン(A)がラクタイドである、請求
項1記載の生分解性ブロック共重合体の製造方法。 - 【請求項3】脂肪族ポリエステル(B)にあらかじめ安
定剤(C)が含まれている、請求項1〜2記載の生分解
性ブロック共重合体の製造方法。 - 【請求項4】脂肪族ポリエステル(B)が1種類以上の
ジオール成分と1種類以上の脂肪族ジカルボン酸(環状
脂肪族を含む)成分の縮重合物を主成分とする、数平均
分子量が5,000 以上の請求項1〜3記載の生分解性ブロ
ック共重合体の製造方法。 - 【請求項5】安定剤が酸化防止剤および/または調整剤
である請求項1〜4記載の生分解性ブロック共重合体の
製造方法。 - 【請求項6】酸化防止剤が単独のリン化合物または複数
のリン化合物の混合物で、脂肪族ポリエステル(B)に
対して0.01〜3重量%である請求項5記載の生分解
性ブロック共重合体の製造方法。 - 【請求項7】調整剤がコバルト、鉄、ジルコニウム、チ
タン、マンガンからなる群から選ばれる、少なくとも一
種類の金属の化合物で、脂肪族ポリエステル(B)に対
して0.0001〜0.3重量%である請求項5記載の
生分解性ブロック共重合体の製造方法。 - 【請求項8】重合触媒(D)が錫化合物、チタン化合物
で、ラクトン(A)に対して0.0001〜1重量%で
ある請求項1〜5記載の生分解性ブロック共重合体の製
造方法。 - 【請求項9】 引張弾性率が0.1GPa以上で、JI
S−K7105に準じて測定したヘイズが30%以下で
ある請求項1〜8記載の方法により製造された生分解性
ブロック共重合体。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP34571896A JP3622386B2 (ja) | 1996-12-25 | 1996-12-25 | 生分解性ブロック共重合体の製造方法 |
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JP34571896A JP3622386B2 (ja) | 1996-12-25 | 1996-12-25 | 生分解性ブロック共重合体の製造方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH10182801A true JPH10182801A (ja) | 1998-07-07 |
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Country Status (1)
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JP (1) | JP3622386B2 (ja) |
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