JPS5950060B2 - 電子写真トナ−組成物 - Google Patents

電子写真トナ−組成物

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JPS5950060B2
JPS5950060B2 JP53020897A JP2089778A JPS5950060B2 JP S5950060 B2 JPS5950060 B2 JP S5950060B2 JP 53020897 A JP53020897 A JP 53020897A JP 2089778 A JP2089778 A JP 2089778A JP S5950060 B2 JPS5950060 B2 JP S5950060B2
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JP
Japan
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toner
molecular weight
offset
temperature
glass transition
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JP53020897A
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公一 田中
健治 小林
茂夫 青沼
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Fujifilm Business Innovation Corp
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Fuji Xerox Co Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子写真トナー組成物、特に改良された電子写
真トナー組成物に関する。
従来、電子写真法としては、米国特許第 2297691号明細書、特公昭42−23910号公
報、及び特公昭43−24748号公報等に各種の方法
が記載されているが、一般には、光導電性物質を利用し
種々の手段により感光体上に電気的潜像を形成し、次い
で該潜像をトナーを用いて現像し、必要に応じて紙等に
粉像を転写したのち、加熱或いは溶剤蒸気等により定着
し、コピーを得るものである。
電気的潜像をトナーを用いて可視化する方法としては、
たとえば米国特許第2874063号明細書に記載され
ている磁気ブラシ法、同第2618552号明細書に記
載されているカスケード現像法及び同第2221776
号明細書に記載されている粉末雲法等が知られている。
これらのいずれの現像法においてもトナー像の定着が重
要な工程であるのはいうまでもない。ことに高速複写機
への適用を考えた場合、ヒートロール定着器を採用する
ため定着時にトナー像、とヒートロールが加熱溶融状態
で接触するためトナー像の一部がヒートロール表面に付
着して移転する、いわゆるオフセットのおこらないこと
が要求される。
このようなオフセットのおこらないトナーを得7ること
は、定着器に多くの電力を使わず、しかもヒートロール
をつかつた高速な複写機という、いわゆる省力高速複写
機への適用を考える時、より困難な問題に遭遇させる。
即ち、オフセットのおこらないためにはトナーθに使う
バインダーポリマーは出来るだけ強靭であることが要求
されるが、一方そのために使用される高分子量ポリマー
に十分な溶融流動性をもたせるためには、相当高温まで
トナーを加熱しなければならないが、このことは省力と
いう要請を満さ・5ないことになる。
すなわち、省力であるためには、低温で定着することが
要求されるが、この要求を満たすために低い温度でもよ
<流動するには、ガラス転移点が低いのはもちろん、分
子量ができるだけ低い樹脂を使用することが好ましい。
しかしながら、分子量の低い樹脂は当然強靭性がなく従
つてオフセツトを生じ易くなる。従来、オフセツト防止
のためのトナーの強靭化は、通常約10万以上の平均分
子量の高分子量ポリマーを用いることによつて行われ、
そのような高分子量ポリマーは通常のラジカル重合法に
よるビニル系ポリマーにおいて容易に得ることが出来る
のでビニル系ポリマーを用いる場合が多い。
これらの高分子量ビニルポリマーを用いたトナーを低温
で定着させるためには、ポリマーのガラス転移点をプロ
ツキングをおこさない限り出来るだけ低く下げるか或い
は可塑剤の添加によつて定着温度を下げる等の方法があ
る。しかしながら、これらの方法はただ定着点(完全に
定着の行われる最低温度)を下げるだけでなくホツトオ
フセツト温度(オフセツトのおこりはじめる温度)をも
同時に下げてしまい、従つて定着点とホツトオフセツト
温度の間の温度範囲、いわゆるフユージング・ラツテイ
チユードを低温側に移動するだけになるという結果を招
く。
このことは、トナーの高温での不安定性によるオフセツ
ト、ストリークスの多発という新たな問題を生じること
によつて定着温度の低温化という利点を無に帰せしめる
そしてこのホツトオフセツト温度が下ることを見越して
、ポリマーのガラス転移点を下げたり、可塑剤を添加す
る場合、これらの方法により定着温度の低下する分を重
量平.均分子量の増大により補償すれば、確かにホツト
オフセツト温度の下降を防止できるが、高分子量化によ
る高粘度化は、ガラス転移点降下や可塑剤添加の効果を
減殺せしめ、定着温度の低温化が充分になされなくなる
。一方、ポリエステル樹脂やエポキシ樹脂の様な縮合系
の樹脂は、ビニル系ポリマーと異りガラス転移点が低く
、しかも低分子量の樹脂を容易に得ることができる。
このことはこれらの樹脂を使用すれば低温定着iトナー
を容易に得せしめることを意味する。
しかしながらこれらの樹脂は低分子量樹脂であるためオ
フセツトがはげしくヒートロール用トナーとしては使用
できない。しかも驚くべきことに、これらのポリエステ
ル系や、エポキシ系の樹脂を高分子量化しても分子に屈
曲性がないため、耐オフセツト性に必要な溶融時の弾性
的性質が得られず、更に好ましくないことに固体時の強
靭性のみが増大し、着色剤と溶融混合後トナー化するた
めに微粉化する粉砕工程が極めて困難になるという結果
をも招来する。ポリエステル系やエポキシ系の樹脂を使
用したヒートロール用トナーが従来使用されていなかつ
たのは、上述の様な困難な問題があつたからである。一
方、トナーをキヤリヤ一と混合して現像剤として使用す
る場合を考えると、カスケード法であつても、磁気ブラ
シ法であつても、トナーのみが現像剤混合物から剥離し
て直接現像に関与するものであるが、その際ドラム上の
静電潜像を現像する際の効率及び紙等に転写する効率の
高低はトナーにとつて極めて重要な問題である。
これらの現像効率、転写効率の改良のために、しばしば
帯電コントローラーを添加剤として加える試みが行われ
ているが、その際、帯電コントローラーがトナー中に均
一に分散されないならば所定の効果が得られないか、或
いはトナー品質が不安定になる。樹脂の分子構造中に帯
電コントローラー的作用をもつ官能基を容易に導入でき
るポリエステル系或いはエポキシ系の樹脂の場合、上記
した帯電コントローラーを外から物理的に混合した場合
の様な帯電コントローラーの分散性の如き問題に悩まさ
れなくてすむ。このような性質がポリエステル系および
エポキシ系樹脂を使用したトナーの多くがすぐれた現像
特性を示す理由である。
もちろんビニル系ポリマーの側鎖に帯電コントローラー
作用をもつ官能基を導入することによつても、ポリエス
テル樹脂やエポキシ樹脂を使用したと同様なすぐれた現
像特性を実現することは可能であるが、スチレン系のポ
リマーにはポリエステル樹脂やエポキシ樹脂に比べて低
いガラス転移点を保持しかつ低分子量化することに困難
が伴うという欠点がある。したがつてポリエステル樹脂
やエポキシ樹脂に匹敵する低融点トナー材料を得ること
は極めて困難である。
ポリエステル樹脂やエポキシ樹脂のもつすぐれた低温定
着性および現像特性を損わず、ヒートロール定着におい
て巨大分子量ビニルポリマーを用いたトナーと同程度の
高温までオフセツ卜のおこらないトナーを得ることへの
要請があることは以上の記述によつて充分明らかにされ
たであろう。又、帯電コントローラー作用のある官能基
をもつビニル系ポリマーでポリエステル樹脂やエポキj
シ樹脂に匹敵する低融点材料が得られるならば、その低
温定着性、現像特性を損わずヒートロール用トナーを得
たいという要請のあることも明らかになつたであろう。
従つて、本発明の目的は、充分分子量の高いビlニル系
ポリマーのみから成るトナーのもつ高温までオフセツト
のおこらない性質と充分低い分子量でかつガラス転移点
の低いポリエステル樹脂やエポキシ樹脂或いは帯電コン
トローラー作用のある官能基をもつビニルポリマーのみ
から成るトナー1のもつすぐれた低温定着性および現像
特性とを併せもつトナーを得ることである。
上述の目的は、数平均分子量1000〜4000、ガラ
ス転移点が40〜60℃で、そして110℃におけるメ
ルトインデツタス(荷重2160gr、オリフイスの内
!径2.0955±0.0051mm、長さ8.000
±0.025mm)が50〜200gr/10minの
低温融解、高流動性のポリエステル樹脂、エポキシ樹脂
、或いは帯電コントローラー作用のある官能基をもつビ
ニル系ポリマーと、ガラス転移点35〜60℃で、重量
平均分子量が==↓″畢;;=={1;,.種:申:葦
るトナーによつて達成される。
上記低温融解、高流動性樹脂の含量が50%以下になる
と、ヒートロール定着はポリマー溶融物のもついわゆる
非ニユートン流動性、即ち高せん断作用下において粘度
が顕著に低下するという性質を利用しているものではあ
るが、低せん断作用下での粘度が余りにも高すぎるため
、高せん断作用下においても流動性がよくならず定着性
が悪化するという結果を招く。
又、巨大分子量ポリマーが5%以下になるとオフセツト
がおこり易くなり、好ましくない。上記低温融解、高流
動性の樹脂50〜95重量%および重量平均分子量50
万以上の巨大分子量ポリマー5〜50重量%から成る、
いわゆる極低分子量成分を主成分としたトナーによつて
高せん断作用下ではほとんど極低分子量成分の秀れた流
動性のみが発揮され、極低分子量成分のみから成るトナ
ーと同程度の低温定着性が可能となり、また熱圧定着プ
ロセスが終りトナーがヒートロールの圧から解放される
と、そのいわゆるせん断力のかかつていない状態におい
て、少量成分として存在する巨大分子量成分がトナー系
全体を大きくゆるく網でつつんだ様になつているため弾
性的性質が発現しオフセツトが防止されることになる。
本発明のトナーにおいて使用されるポリエステル樹脂は
以下のA群に示したような二価のアルコールとB群に示
される様な二塩基酸とから成るものとし、更にC群に示
される様な三価以上のアルコール或いはカルボン酸を第
三成分として加えてもよい。
A群;エチレングリコール、トリエチレングリコール、
1・2−プロピレングリコール、1・3−プロピレング
リコール、1・4−ブタンジオール、ネオペンチルグリ
コール、1・4−ブテンジオール、1・4−ビス(ヒド
ロキシメチル)シクカヘキサン、ビスフエノールA、水
素添加ビスフエノールA、ポリオキシエチレン化ビスフ
エノールAOB群;マレイン酸、フマール酸、メサコニ
ン酸、シトラコン酸、イタコン酸、グリタコン酸、フタ
ル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、シクロヘキサンジ
カルボン酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、マロ
ン酸、又はこれらの酸無水物又は低級アルコールとのエ
ステル。
C群;グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエ
リスリトール、などの3価以上のアルコール、トリメリ
ト酸、ピロメリト酸などの3価以上のカルボン酸。
本発明のトナーにおいて使用されるエポキシ樹脂とはビ
スフエノールAとエピクロルヒドリンから成るもつとも
代表的なタイプのものを指す。
本発明のトナーにおいて使用される帯電コントカール作
用のある官能基をもつビニルポリマーは、以下のD群に
示した官能基をもつモノマーとE群に示したD群のモノ
マーと共重合可能なモノマーとから成るものとし、第三
成分としてF群に示したアクリル酸エステルメタクリル
酸エステルを加えてもよい。D群;アクリル酸、メタク
リル酸、マレイン酸、メタクリル酸ヒドロキシエチル、
アクリル酸ヒドロキシプロピル、メタクリル酸グリシジ
ル、アクリル酸グリシジル、アルコキシメチロールアク
リルアミド、アリルアルコール。
E群;スチレン、ビニルトルエン、メチルスチレン、ア
クリロニトリル、メタクリロニトリル。
F群;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル
酸ブチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル
酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、
メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ステアリル
。本発明のトナーに用いる巨大分子量ポリマーはガラス
転移点35〜60℃、重量平均分子量50万以上のもの
であり、例えばビニル系ポリマー(特に架橋ポリマー)
、中でもスチレン−ブタジエン共重合体等のスチレン系
ポリマーが適している。
更に本発明のトナーにおいては任意の適当な顔料又は染
料をトナー粉末に対する着色剤として使用できる。トナ
ー着色剤は周知のものであつて、例えばカーボンブラツ
ク、ニグロシン染料、アニリンブルー、アルコオイルブ
ルー、クロームエロ一、ウルトラマリーンブル一、モノ
リンエロ一、メチレンブルークロリド、フタロシアニン
ブルー、マラカイトグリーンオクサレート、ランプブラ
ツク、ローズベンガル及びそれらの混合物などがある。
顔料又は染料は、それが紙上で明瞭に目視できる像を形
成する様にトナーを強力に着色す.るのに充分な量でト
ナー中に存在していなければならない。かくして、たと
えば印書された文書の従来のゼログラフ複写が所望され
ている所では、トナーは例えばカーボンブラツクの如き
黒色顔料、又はアマプラストブラツク染料の如き黒色染
こ料を用いて形成されても良い。顔料は着色されたトナ
ーの全重量を基礎にして重量で約3 〜20%の量で使
用することが望ましい。若し使用するトナー着色剤が染
料である時には極く少量の着色剤を使用すればよい。本
発明に係るトナー組成物は任意の周知のトナー混合法及
び粉砕法によつて作られる。
例えば、すべての成分をそれぞれ所定量で配合し、混合
しかつ粉砕することによつて全成分を充分に混合し、次
いで得られた混合物を微粉化する。トナー4粉末を形成
する他の周知の方法においては着色剤、樹脂、及び溶媒
をボールミルにかけ、そのトナー調合品混合物を噴霧乾
燥させる。本発明に係る電子写真トナー組成物をカスケ
ード現像法、磁気ブラシ現像法、C−シエル現像法など
によつて使用する為には、該組成物は、重量百分率であ
られした平均粒度が約30ミクロン以下でなければなら
ず、最適結果を生むためにはこの平均粒度が約4 〜2
0ミクロンの間にあることが望ましい。
粉末雲現像法において使用する為にはlミクロンよりも
わずかばかり小さい粒径のものが望ましい。カスケード
現像法、磁気ブラシ現像法、C−シ’エル現像法などで
使用される被覆されたキヤリヤー及び被覆されていない
キヤリヤ一は周知であるが、トナー粉末がキヤリヤー粒
子に付着してそれらを包囲するようにキヤリヤー粒子が
トナー粉末と密接に接触させられる時に、トナー粉末が
キヤリヤー粒子の電荷とは反対極性の電荷を獲得するも
のであればキヤリヤー粒子は任意の適当な材料で形成さ
れてもよい。
従つて本発明に係るトナー組成物は、従来の光導電性表
面を含んだ任意の適当な静電潜像を帯びた表面上で静電
潜像を現像する為に通常のキヤリヤ一と混合して使用さ
れる。
下記の実施例は本発明に係るトナー組成物の実施態様を
具体的に示すものであるが、本発明がこれら実施例のみ
に限られるものでないことは勿論である。
なお比較例を示して本発明によるトナーの優れた作用効
果を一層明瞭にした。比較例 1 ビスフエノールAと無水マレイン酸から成るポリエステ
ル樹脂(ガラス転移点50℃、メルトインデツクス10
0(110℃)、数平均分子量2000)90部と、カ
ーボンブラツク (商品名ブラツクパールスエル)10
部をよく混合し、インテンシブミキサ一中に油圧7kg
/Cln=、コンプレツサー圧5.0kg/−で圧入し
、ミキサー内温度80℃で5分間混練した。
これをミキサーより出した後、冷却し、適当に砕き、自
由ミルで数百μに粗粉砕した後、ジエツトマイザー印本
ニユーマチツク工業K.K.製)で、空気圧6.3kg
/Cm・、供給量1.2kg7hrで微粉砕して平均粒
径12μの微粉末を得、これをトナーとした。上に得た
トナーを例えばDSP鉄粉キヤリヤ一(同和鉄粉K.K
.製)と混合し、720型ゼロツクス複写装置で定着点
(トナー像の完仝に定着される温度)及びオフセツト点
(オフセツトのおこる温度)を測定したところ、定着点
は125℃であり、極めて低温で定着したが、オフセツ
ト現象は既に135℃で見られた。
比較例 2 エポキシ樹脂E−1004(シエル化学K.K.製)B
9O部とカーボンブラツク10部をよく混合し、インテ
ンシブミキサ一中に油圧7.0kg/Cwfで圧入し、
ミキサー内温度80℃で5分間混練した。
これをミキサーより出した後、冷却し、適当に砕き、自
由ミルで数百μに粗粉砕した後、ジエツlトマイザ一で
空気圧6.3kg/CIIl2、 (供給量2.0kg
/Hrで微粉砕して平均粒径12μの微粉末を得、これ
をトナーとした。
上に得たトナーをDSP鉄粉キヤリヤ一と混合し720
型ゼロツクス複写装置で定着点とオフセツlト点を測定
したところ、定着点は130℃で極めて低温で定着した
が、既に140℃でオフセツト現象が見られた。
比較例 3 スチレンとアリルアルコールから成る共重合体,RP−
450(シエル化学K.K.製;ガラス転移点50℃、
数平均分子量1150)90部とカーボンブラツク10
部をよく混合し、インテンシブミキサ一中に油圧7.0
kg/CIn2、コンプレツサ一圧5.0kg/CIn
2で圧入し、ミキサー内温度80℃で5分間混練した。
これをミキサーより取り出した後、冷却し、適当に砕き
、自由ミルで数百μに粗粉砕した後、ジエツトマイザ一
で空気圧6.3kg/CIIl2、供給量5kg/Hr
で微粉砕して平均粒径12μの微粉末を得、これをトナ
ーとした。上に得たトナーをDSP鉄粉キヤリヤ一と混
合し、720型ゼロツクス複写装置で定着点とオフセツ
ト点を測定したところ、定着点は120℃で極めて低温
で定着したが、既に130℃でオフセツトが発生した。
実施例 1 ビスフエノールAと無水マレイン酸から成るポリエステ
ル樹脂(ガラス転移点50℃、メルトインデツクス10
0(110℃)、数平均分子量2000)63部、スチ
レンブタジエン共重合体(数平均分子量20000、重
量平均分子量150万、ガラス転移点40℃)27部お
よびカーボンブラツク10部をよく混合しインテンシブ
ミキサ一中に油圧7.0kg/Cm2、コンプレツサ一
圧5.0kg/CIn2で圧入し、ミキサー内温度80
℃で5分間混練した。
これをミキサーより出した後、冷却し、適当に砕き、自
由ミルで数百μに粗粉砕した後、ジエツトマイザ一で空
気圧6.3kg/Cm2、供給量1.0kg/Hrで微
粉砕して平均粒径12μの微粉末を得、これをトナーと
した。
上に得たトナーをDSP鉄粉キヤリヤ一と混合し720
型ゼロツクス複写装置で定着点とオフセツト点を測定し
たところ、125℃の極めて低温で定着し、しかも20
0℃までオフセツトが発生しなかつた。
実施例2 エポキシ樹脂E−100454部、スチレンブタジエン
共重合体(数平均分子量15000重量平均分子量20
0万、ガラス転移点40℃)36部およびカーボンブラ
ツク10部をよく混合しインテンシブミキサ一中に油圧
7.0kg/CIn2、コンプレツサ一圧5.0kg/
CIn2で圧入し、ミキサー内温度80℃で5分間混練
した。
これをミキサーより取り出した後、冷却し、適当に砕き
自由ミルで数百μに粗粉砕した後、ジエツトマイザ一で
空気圧6.3kg、供給量1.4kg/Hrで微粉砕し
て平均粒径12μの微粉末を得、これをトナーとした。
上に得たトナーをDSP鉄粉キヤリヤ一と混合し720
型ゼロツクス複写装置で定着点とオフセツト点を測定し
たところ、135℃で十分定着し、200℃までオフセ
ツトは発生しなかつた。
実施例 3 スチレンアリルアルコール共重合体RP−45063部
、スチレンブタジエン共重合体(数平均分子量1800
0、重量平均分子量230万、ガラス転移点40℃)2
7部およびカーボンブラツク10部をよく混合し、イン
テンシブミキサ一中に油圧7.0kg/Cm2、コンプ
レツサ一圧5.0kg/dで圧入し、ミキサー内温度8
0℃で5分間混練した。
これをミキサーより取り出した後、冷却し、適当に砕き
、自由ミルで数百μに粗粉砕した後、ジエツトマイザ一
で空気圧6.3kg、供給量3.5kg/Hr・で微粉
砕して平均粒径12μの微粉末を得これをトナ一とした
上に得たトナーをDSP鉄粉キヤリヤ一と混合し、72
0型ゼロツクス複写装置で定着点とオフセツト点を測定
したところ、120℃で十分定着し、180℃までオフ
セツトは発生しなかつた。
実施例 4 スチレンアリルアルコール共重合体RP−45027部
、ポリエステル樹脂(ビスフエノールAと無水マレイン
酸から得たもの;ガラス転移点50℃、メルトインデツ
クス100(110℃)、数平均分子量2000)27
部、スチレンブタジエン共重合体(数平均分子量200
00、重量平均分子量400万、ガラス転移点40℃)
36部およびカーボンブラツク10部をよく混合し、イ
ンテンシブミキサ一中に油圧7.0kg/Cm2、コン
プレツサ一圧5.0kg/Cm2で圧入し、ミキサー内
温度80℃で5分間混練した。
これをミキサーより取り出した後、冷却し、適当に砕き
、自由ミルで数百μに粗粉砕した後、ジエツトマイザ一
で空気圧6.3kg、供給量2.0kg/Hrで微粉砕
して平均粒径12μの微粉末を得、これをトナーとした
上に得たトナーをDSP鉄粉キヤリヤ一と混合し、72
0型ゼロツクス複写装置で定着点とオフセツト点を測定
したところ、125℃で充分定着し、200℃までオフ
セツトは発生しなかつた。
実施例 5 スチレンアリルアルコール共重合体RP−45027部
、エポキシ樹脂E−100427部、スチレンブタジエ
ン共重合体(数平均分子量20000重量平均分子量4
00万、ガラス転移点40℃)36部およびカーボンブ
ラツク10部をよく混合し、インテンシブミキサ一中に
油圧7.0kg/CIn2、コンプレツサ一圧5.0k
g/CIO2で圧入し、ミキサー内温度80℃で5分間
混練した。
これをミキサーより取り出した後、冷却し、適当に砕き
、自由ミルで数百μに粗粉砕した後、ジエツトマイザ一
で空気圧6.3kg、供給量2.5kg/Hrで微粉砕
して平均粒径12μの微粉末を得、これをトナーとした
上に得たトナーをDSP鉄粉キヤリヤ一と混合し、72
0型ゼロツクス複写装置で定着点とオフセツト点を測定
したところ、130℃で充分定着し、190℃までオフ
セツトは発生しなかつた。
以上本発明を特にその好ましい具体例を引用して詳細に
記載したが、本発明の思想及び範囲内において変更及び
改良を施し得ることは言うまでもない。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 バインダー樹脂に着色剤を分散せしめてなる電子写
    真用トナーにおいて、バインダー樹脂が、数平均分子量
    1000〜4000、ガラス転移点が40〜60℃、そ
    して110℃におけるメルトインデックスが50〜20
    0gr/10minの低温融解、高流動性の樹脂又は該
    樹脂の混合物と、ガラス転移点35〜60℃で、重量平
    均分子量が50万以上の巨大分子量ポリマー又は該ポリ
    マーの混合物とから成り、前記低温融解高流動性樹脂又
    は該樹脂混合物を50〜95重量%含有することを特徴
    とする電子写真トナー組成物。
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