JPS60179402A - 高濃度水性エマルジョンの製造方法 - Google Patents

高濃度水性エマルジョンの製造方法

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JPS60179402A
JPS60179402A JP3336084A JP3336084A JPS60179402A JP S60179402 A JPS60179402 A JP S60179402A JP 3336084 A JP3336084 A JP 3336084A JP 3336084 A JP3336084 A JP 3336084A JP S60179402 A JPS60179402 A JP S60179402A
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emulsion polymer
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博之 太田
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服部 武尚
Takashiro Azuma
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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】 (以下「(メタ)アクリル酸エステル」と総称する)を
主体とする単量体混合物を乳什重合してなる高樹脂分の
乳化重合体組成物に関するものであり、さらに言えば、
高樹脂分で低粘度であシかつ安定な乳化重合体組成物に
関するものである。
近年高不揮発分の乳化重合体を合成しようとする気運が
高いが、これは不揮発分当りの製造コスト、輸送コスト
及び貯蔵コストを引下げ、乾燥速度を早める等の利点が
指摘されているからである。
高不揮発分の乳化重合体の従来例としては、例えば釉開
昭56−122874号公報中実施例1のようなビニリ
デン系であり、かつ通常の一段乳化分とした乳化l゛重
合体得ること一一般に困難であシ、(メタ)アクリル酸
エステルを主体とする1合体でも、高樹脂分で低粘度で
ありかつ安定した乳化重合体を得ることは不十分であっ
た。
その為、高不揮発分とする為には、炭酸カルシウム等の
無機フィラーの添加や、流動パラフィン及び塩素化パラ
フィン等の有機フィラーの添加を行なったり、慣殊な薬
剤の使用が必要であった。
しかし、無枦フィラーの添加の場合、このフィラー添加
の為に工程が増す魁フィラーの均一々分散が困難である
、フィラーの種類によっては耐水性の低下、粘着剤にお
いては、粘着性能の低下、塗料においては、光沢の低下
等、神々の問題がある。
また、有機フィラーを用いた場合でも上記のような各穐
の性能低下や、使用中に有機フィラーが浸み出す、いわ
ゆる油ヌケ等の問題が発生する。
本発明者らは、フィラー類や特殊な薬剤の配合を要する
ことなく高樹脂分、低粘度かつ安定ボメタ)アクリル酸
エステルを主体として得られた乳化重合体組成物につい
て鋭意研究を重ねた結果、特殊な二段重合法で得られる
組成物が、その目的に適合し得ることを見出し、この知
見に基づいて本発明を完成するに至った。
即ち本発明は、ラジカル重合性単量体を水性媒体中で乳
化重合して得た平均粒径0.1μ倶以上の重合体粒子か
らなる重合体エマルジョン中で、ラジカル重合性単量体
を乳化重合してなる樹脂分濃度、60重量%以上の高樹
脂分乳化重合体組成物である。
本発明の組成物を得るための第1段の乳化重合に用いる
ラジカル重合性単を体として杜、アクリル酸エステル(
メチル、エチル、フロビル1.フチル、イソブチル、タ
ーシャリブチル、シクロヘキシル、2−エチルヘキシル
、ラウリル、トリテシル、ステアリル等のアクリル酸エ
ステル)、メタクリル酸エステル(メチル、エチル、フ
ロビル。
ブチル、インブチル、ターシャリブチル、シクロヘキシ
ル、2−エチルヘキシル、ラウリル、トリデシル、ステ
アリル等のメタクリル酸エステル)。
アクリロニトリル、メタアクリルニトリル、スチレン、
ビニルトルエン等が主として使用できる。
又少量の官能性モノマー、例えはアクリル酸、メタクリ
ル酸、イタコン酸、マレイン酸(無水マレイン酸)、マ
レイン酸半エステル、アクリルアミド、グリシジルアク
リレート、グリシジルメタアクリレート、N−メチロー
ルアクリルアミド等も使用することができる。
又本発明においてはこれら単量体群のうち1種類でも2
種以上の混合物でもよい。ラジカル重合性単量体として
は、(′メタ)アクリル酸エステルを主成分とし7て用
いることが好ましく、−アクリル酸エステルを主成分と
して用いることがより好ましい。また、第2段で用いる
ラジカル重合性単量体としては、アクリル酸エステル(
メチル・エチル、プロピル、ブチル、イソブチル、ター
シャリブチル、シクロヘキシル、2−エチルヘキシル。
ラウリル、トリデシル、ステアリル等のアクリル酸エス
テル)、メタクリル酸エステル(メチル・エチル、プロ
ピル、ブチル、イソブチル、タージャリフチル、シクロ
ヘキシル、2−エチルヘキシル、ラウリル、トリデシル
、ステアリル等のメタクリル酸エステル)、アクリロニ
トリル、メタアクリルニトリル、スチレン、ビニルトル
エン等カ主として使用できる。又目的、用途によっては
酸化ツマ−として、例えばアクリル酸、メタクリル酸、
イタコン酸、マレイン酸(無水マレイン酸)。
マレイン酸半エステル等や、その他少量の官能性モノマ
ー例えはヒドロキシアルキルアクリレートあるいはメタ
クリレート(2−ヒドロキシエチル。
2−ヒドロキシプロピル、3−ヒドロキシプロピル)、
ポリアルキレングリコールのモノアクリレートあるいは
メタクリレート(ポリエチレングリ−11mp++イー
L/ * + H/ )f II A n、小エノマカ
+ル−トあるいはメタクリレート)、N−メチロールア
クリルアミド、及びこれらの脂肪族アルコールによるエ
ーテル化物、アクリルアミド、グリシジルアクリレート
あるいはメタクリレート、ダイア七トンアクリルアミド
、ヒドロキシダイア七トンアクリルアミドの他酢酸ビニ
ル、ビニルエーテル類、ビニルピロリドン等も使用する
ことができる。又本発明においてはこれら単量体群のう
ちの1種のみを用いてもよいが普通は2種以上の単量体
混合物が使用される。
第2段の乳化重合におけるラジカル重合性単量体も第1
段の乳化重合と同様に、得られる乳化重合、体の機械的
安定性や低粘度等の点で(メタ)アクリル酸エステルを
主成分として用いることが好ましく、アクリル酸エステ
ルを主成分として用いることがより好ましい。
本発明の乳化重合体組成物は、第1段として、前記単量
体に乳化剤として通常用いられるノニオン、アニオン、
両性界面活性剤を単独又は併用し、水溶性ラジカル開始
剤、例えば過硫酸アンモノ、カリウムの如き過硫酸塩や
、水溶性過酸化物開始剤等を用いて、周知の方法によシ
乳化重合する。
しかし、次のような製法が好適である。単量体、水及び
乳化剤を用いて混合乳化し、プレエマルジョンを作シ、
別に還流冷却器、温度計、攪拌機を備えた反応器内に総
仕込1.の5〜50重量%好ましくは10〜30重量%
の初期水を入れ、反応器内を9素置換をし、昇温する。
温度は例えばアクリル酸ブチルエステルを主成分とする
ならば70〜90℃程度が好ましい。次に、前述のプレ
エマルジョンの一部例えば数多及び重合開始剤水溶液を
添加し、1合を開始する。続いて該温度を保持しプレエ
マルジョンの残部及び重合開始剤水溶液を連続的に添加
しながら重合を継続する。この際一部プレエマルジョン
の代わりに単量体を直接添加することもできる。
プレエマルジョン添加終了後は、重合開始剤水溶液を追
添してしけらくエージングするのが良く、このようにし
て第1段の乳化重合体を得る。
ここで得られた乳化重合体の平均粒径(以下単に「粒径
」と称する)は0.1μ淋以上であることが必要で0.
3〜0.5μ淋であることが好ましい。
粒径が0.1μ淋未満では、次の第2段重合で高濃度化
を行なった場合、粘度が上昇し、目的とする低粘度、高
樹脂分の乳化重合体が得られない。
粒径が0.1以上0.3μ淋未満では、第2段の重合反
応で、樹脂分濃度を60〜70%程度迄は上げる事が出
来るが、低粘度で樹脂分濃度を70チ以上に上げる事は
困難になりやすい。粒径が、05μ惟を超えるものは、
常法での製造が困難となりやすい。
本発明における粒径とは、下記の方法及び条件に従い、
簡易濁度法(室井宗−;「高分子ラテックスの化学」、
高分子刊行会(1970年)第116頁咎)による測定
で得られるポリメタクリル酸メチル換算の粒子径をいう
即ち、約1gの本エマルジョン試料を、分析用天秤を用
いて10Qmz秤量フラスコにいれる。
秤量後直ちに30m1の蒸留水を加え、そして追加の水
を添加し全容J1:100mtとする。1〜5mtの上
記希釈した試料會ピペットで他のもう一つの100sa
t秤量フラスコに移し、これに蒸留水を仕込み100s
tとする。第2のフラスコの内容物を充分混合し、そし
て一部分をlam(±0.01gm)シリカセルに入れ
る。このセルをベックマンDυ(The)スペクトロフ
ォトメーターに載せ、そして波長610ミリミクロンで
1.5mmのスリット巾を用い光学密度を測定する。
上記操作を3回以上行ない、異なった不揮発分濃度と光
学密度の値を3組以上得る。
ここで得られた不揮発分濃度と光学密度との関係を最小
2乗法を用い、1次式に近似し、不揮発分濃度0.03
%の光学密度を算出する。
光学密度りと粒子径dとの間には log D = log d + a の関係がなシたつ。ここでCは定数である。
予め粒径のわかっているメタクリル酸メチルポリマーを
用い、IogD−1og aの検量線を作成しておく。
ここで前忙求めた試料の光学密度りを検量線にあてはめ
、検量線より導かれる(メタクリル酸メチルポリマー換
算の)粒径をこの試料の粒径とみなす。
粒径のコントロールは、反応に使用する乳化剤の量や仕
込み方法を変える等の方法で調整を行なうことができる
が、本発明の組成物においては乳化剤の量を調整するこ
とが好ましい。
即ち、第1段目の乳化重合において前記単量体100重
量部に対して乳化剤を0.001〜0.1重量部使用す
ることが好ましく、乳化剤としてアニオン性乳化剤を0
.001〜0.01重量部を使用することがさらに好ま
しい。o、ooi重量部未満では乳化能力が弱くエマル
ジョンができにくく、従って乳化重合が困難となりやす
い。又0.1重量部を超えた場合には第2段目の重合で
得られる高樹脂分乳化重合体の粘度が極めて高くなる傾
向がある。さらにこの粘度を2000 cps以下に押
えるためには乳化剤の使用を0.01重量部以下にする
ことが好ましいのである。
次に第2段目の重合として、第1段で得られた乳化重合
体、前述のラジカル重合性卑量体、乳化剤及び重合開始
剤を使用し、常法により乳化重合を行ない目的とする乳
化重合体を得る。
本発明の組成物は次のような製法が好ましい。
まず単量体水及び乳化剤を用いプレエマルジョンを作る
。この際、単量体と水の割合は目的とする乳化重合体の
濃度により決まる。又乳化剤としてはアニオン性乳化剤
が好ましい。
第1段反応と同様の反応器内に初期水の代わシに第1段
で得た乳化重合体又はこれを水で稀釈したものを用いる
。この第1段で得た乳化重合体/水の割合(重量比)は
60/40以−トが好ましく、70/30〜90/10
がさらに好ましい。又この量は総仕込み量の5〜50隻
量チが好ましく、10〜30重量%がさらに好ましい。
次いで反応器内を9素置換して昇温する。(温度は例え
ばアクリル酸ブチルエステルを主成分とするならば70
〜90℃程度が好ましい。)次に前述のプレエマルジョ
ンの一部例えば数チ及び重合開始剤を添加して重合″を
開始する。この後の操作は第1段重合と同様である。
第2段重合によシ生成する乳化重合体の粒径は0.4μ
m程度である。
本発明にかかわる乳化重合体組成物は樹脂分が60重量
%以上で、粘度も比較的低く、かつ強く攪拌したときの
粘度変化や凝析物の発生の有無等で示される機械的安定
性や、長期間比較的高温場所に保管したときの粘度変化
やゲルの発生の廟無等ソ示される貯蔵安定性にも優れて
いるのである。
又本発明の乳化1合体組成物は、塗料、接着剤、粘着剤
、紙コーテイング剤、繊維加工剤、セメント混和剤等の
用途に用いることができ、従来に比べこれらの製造コス
ト、輸送コスト及び貯蔵コスト等を大幅に低下できるの
であ、る。
−さらに本発明の組成物又はこれを利用した前述の様な
製品を塗工する場合には、高不揮発分のため乾燥スピー
ドを高めることができるのである。
さらに加えて、無機や有機のフィラー等を添加しなくて
も高不揮発分の乳化重合体組成物が得られるため、これ
らを添加することによる粘着剤における粘着性能の低下
、塗料における光沢の低下、有機フィラーの油ヌケ等の
諸問題も生じないのである。
以下、本発明を実施例及び比較例によシさらに具体的に
説明する。
々お、以下において部とあるのは重量部を、チとあるの
は重量%を意味する。
まだ、乳化剤lはいずれも純分換算の量゛である。
さらに各物性値の測定は、次の方法で行ったものでおる
1、不揮発分 JIS−に6833に準じ、107℃、3時間乾燥後秤
量。(単位二%) 2、PH JIS−に6833に従い、ガラス電極を用い測定0 3、粘着力 JIS−ZO237に準じ測定した180度引きはがし
法での値。(単位:11725mm)4、保持力 JIS−ZO237に準じ測定、荷重1時、温度40℃
、1時間測定。
5、ボールタック JIs−20237に従い、傾斜角30°にて測定。
6、粘度 JIS−に6833に従い特に記述のない限り、BM型
回転粘度計を用いローター盃2.12 r、pJTI。
にて測定。(単位: cps) 又、単量体等各成分については下記の略称を用いること
にする。
アクリル酸ブチルエステル°・・BA 、アクリル酸・
・・AA、アクリル酸−2−エチルヘキシルエステル・
・・HA 、アクリル酸メチルエステル・・・MA 、
アクリロニトリル・・・AN、スチレン・・・St、)
”デシルメルカプタン・・・DM、N−メチロールアク
リルアミド・・・N−MAM、メククリル酸メチルエス
テル・・・MMA、メタクリル酸・MAA 実施例1 アクリル酸エステル共1合体第1段 B1900部、AA100部へ、水500部、ラウリル
硫酸ナトリウム(ヘンケル白水株商品名テキサポンL−
100)0.05部(純分換算)を加え、プレエマルジ
ョンを作った。別に還流冷却器、温度計、攪拌機を備え
た反応器に水850部を入れ、反応器内を9素置換した
のち、80℃に昇温し、前記プレエマルジョンの3%を
加え、次いで10%の過硫酸アンモニウム水溶液30部
加え重合を開始した。続いてプレエマルジョンの残部(
全量の97%)及び、10%の過硫酸アンモニウム水溶
液10部を連続的に80部1℃の温度下で4時間滴下し
た。滴下終了後、10%の過硫酸アンモニウム水05部
を加え、更に2時間80℃に保ち、第1段の乳化重合物
を得た。
特性値 不揮発分 42% 粒 径 0.40μ怖 PH1,8 第2段 Bi8O0部、Bi2O2部、AA20部へポリオキシ
エチレンアルキルフェノールエーテル硫酸ナトリウム(
日本乳化剤株商品名ニューコール5608N)18部(
純分換算)、水250部を加えプレエマルジョンを作っ
た。
別に還流冷却器、温度計、攪拌機を備えだ反次いて10
%過硫酸アンモニウム水溶液20部加え重合を開始しま
た。続いてプレエマルジョンの残部(全量の9部%)及
び、10%の過硫酸アンモニウム水溶液30部を連続的
に80部1℃の温度下で4時間滴下した。滴下終了後、
10チの過硫酸アンモニウム水溶液1部を加え火に2時
間80℃に保ち反応を終了した。
得られた乳化重合体は、不揮発分71チ、粘度300 
cps、PH2,0であり、高樹脂分、低粘度であった
この乳化重合体を25%アンモニア水で中和し、アクリ
ル糸エマルジョン型増粘剤(日本アクリル株商品名プラ
イマルA3B−60)にて粘度を20,000cps(
BM型粘度計、ローター湾4.12r、p、m、にて測
定)のを50μ情厚ポリエステルフイルムへ30μm 
厚(乾燥後)Km布したものの粘着物性は、粘着力30
01/ 25mm、保持力ズレなし、ポールタック8で
あった。
また、との増粘品を、従来、固型分濃度50チのアクリ
ル系エマルジョン型粘着剤(東亜合成化学工業株商品名
A−2422H)を50惰/=の塗工速度で塗布、乾燥
していた3本すノ(−スロールコーターにて塗工を行な
ったところ、従来と同じ塗膜厚となるよう塗布ロールと
計量ロールの間隔を調整し、従来と同様の乾燥状態の塗
布品を作成したところ、塗工速度を70m1”に上げる
事ができた。
実施例2〜8 実施例1で得られた第1段組成物を使用し、第2段の反
応を行なった。
第2段 実施例1の第2段のプレエマルジョンの組成を、表1の
ように変化させ、実施例1と同じ反応操作を行なったと
ころ、表2の生成物が得られ、実施例1と同様に粘着性
能を測定したところ、表2の性能であった。
表1 [ ( ■ 曝 ト リ ラム 実施例9〜15 第1段 Bi2O2部、AAj00部へ、水500部、ラウリル
硫酸ナトリウム0.05部を加え、プレエマルジョンを
作った。実施例1と同様の反応器へ水800部を入れ、
反応器内を窒素置換したのち、80℃に昇温し、前記プ
レエマルジョンの5チを加え、次いで10q6の過硫酸
アンモニウム水溶液30部加え重合を開始した。続いて
プレエマルジョンの残部(全量の90%)及び、10%
の過硫酸アンモニウム水溶液10部を連続的に80部1
℃の温度下で4時間滴下した。滴下終了後、10%の過
硫酸アンモニウム水溶液0.5部を加え、更に2時間8
0℃に保ち第1段の乳化重合物を得た。
特性値 不揮発分 45チ 粒 径 0.28μm 第2段 第1段で得られた組成物を使用し、実施例1の第2段の
プレエマルジョンの組成を表3のように変化させ、実施
例1と同じ反応操作を行なったところ、表4の生成物が
得られ、実施例1と同様に粘着物性を測定したところ、
表4の性能であった。
表 3 1)ポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテル硫
酸ナトリウム(日本乳化剤株ニーーコール5608N)
実施例16〜20 第1段 表5の組成のプレエマルジョンを用い、実施例1と同様
の反応操作を行ない表6の乳化重合体を得た。
第2段 第1段で得た乳化重合体を使用し、表7の組成ノプレエ
マルジョンを使用し、実施例1と同様の操作を行ない表
8の乳化重合体を得た。
表少 1)ポリオキシエチレンドデシルエーテル硫酸ナトリウ
ム(日本乳化剤株商品名ニーーコール13058N) 2)アルキルベンゼン硫酸アンモニウム(日本乳化剤株
商品名ニューコール2108) 3)、I−’IJオキシエチレンノニルフェニルエーテ
ル(ノニオン性乳化剤)(日本乳化剤■商品名ニーーコ
ール512) 表7 1)ポリオキシエチレンドデシルエーテル硫酸ナト1ノ
ウ(日本乳化剤株商品名ニーーコール13058N)2
)アルキルベンゼン硫酸アンモニウム(日本乳イヒ斉j
@品名二ニーコール2108) 表8 実施例21〜24 第1段 表9の組成のプレエマルジョンを用い、実施例1と同様
の反応器へ水600部を入れ、反応器内を9素置換した
のち、80℃に昇温し、前記プレエマルジョンを表10
の量添加し、以後実施例1と同様の操作を行ない表11
の乳化重合体を得た。
第2段 第1段で得られた乳化重合体を使用し、表12の組成の
プレエマルジョンを使用し、実施例1と同様の操作を行
ない表13の乳化重合体を得た。
表9 1)ラウリル硫酸ナトリウム(ヘンケル白水株商品名テ
キサポンL−100) 表10 * プレエマルジョン総量に対するチ 表11 1)ポリオキシエチレンドデシルエーテル硫酸ナトリウ
ム(日本乳化剤■商品名ニーーコール1305SN)表
 13 比較例1 従来法による重合 Bi2O2部、MAA 100部へ1、水200部、ポ
リオキシエチレンアルキルフェノールエーテル硫酸ナト
リウム(日本乳化剤株商品名ニーーコール5608N)
I B部を加えてプレエマルジョンを作った。
実施例1と同様の反応器へ水200部を仕込み、反応器
内を窒素置換した後、80℃に昇温し、前記プレエマル
ジョンの3%を加え、次いで10チの過硫酸アンモニウ
ム水溶液30部を加え重合を開始した。続いてプレエマ
ルジョンの残部(全量の97チ)と10%の過硫酸アン
モニウム水溶液10部を80±1℃の温度下で4時間滴
下したところ、極めて高粘度の乳化重合体となった。
特性値は、不揮発分71チ、粘度75,000cps(
BH型回転粘度計ローターAfi+ 1Or、p、m。
にて測定)。
比較例2 第1段 実施例1と同様の反応器へ、水850部仕込み、窒素気
流下にて攪拌しながら加熱し、反応系が80℃に達した
時点でBA950部、MAA50部、水500部、ラウ
リル硫酸ナトリウム1.5部にて作成したプレエマルジ
ョンと、10チ過硫酸アンモニウム水溶液2部を4時間
にわたって滴下し、第1段の乳化重合体を得た。
特性値 不揮発分 42% 粒 径 0.08μm 第2段 実施例1と同様の反応器へ、第1段で得られた乳化重合
物400部仕込み、実施例1と同様の原料を用い同様の
操作を行なったところ、極めて高粘度の乳化重合物とな
った。
特性値 不揮発分 70% 粘 度 45.0OOcps (BH型回転粘度計ロー
ター盃6 、1Or、p、m。
25℃にて測定) 比較例3 第1段 Bi2O2部、AA100部へ、水250部、 。
アルキルベンゼンスルホン酸アンモニウム(日本乳化剤
■商品名ニューコール2108)1.5部を加えプレエ
マルジョンを作った。
以下実施例1と同様の操作を行々い第1段の乳化重合体
を得た。
特性値 不揮発分 42チ PH4,3 粒 径 0.05μm 第2段 実施例1と同様の反応器へ、第1段で得られた乳化重合
物400部仕込み、実施例1と同様の原料を用い同様の
操作を行なったところ、極めて高粘度の乳化重合物とな
った。
特性値 不揮発分 70チ 粘 度 58.0OOcps(IlH型回転粘度計ロー
ターA6.10r、p、、m。
25℃にて測定) 比較例4′ 第1段 Bi2O2部、AA100部へ、水250部、オクチル
フェノキシエトキシエチル硫酸ナトリウム(日本乳化剤
■商品名ニーーコール8618)0.009部(純分)
を加えプレエマルジョンを作ろうとしたが、一部分乳化
はしたが、全体はうまく乳化しなかった。
次にこの一部分乳化したプレエマルジョンと、水、モノ
マーの混合物を用い、実施例1と同様の操fMを行ない
、第1段の乳化重合を行なおうとしたが、固型粒子(プ
ッ)が多く発生し、第2段に利用できる乳化重合物は得
られなかった。
特許出願人 東亜合成化学工業株式会社 手続補正書 昭和59年 4月280 特許庁長官 若 杉 和 人 殿 1、事件の表示 昭和59年特許願第 33360号 2、 発明の名称 乳化重合体組成物 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 東京都港区西新橋1丁目14番1号5、補正の内
容 (1)明細書第9頁下から3行目に 「IogD−1ogcJとあるをr IogD−1og
d Jと補正する。
(2)明細書箱17頁5行目に 「・・・)のを50μm厚」とあるを[・・・)に増粘
したものを50μm厚」と補正する。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、 ラジカル重合性単量体を水性媒体中で、乳化重合
    して得た平均粒径0012m以上の重合体粒子からなる
    重合体エマルジョン中で、ラジカル重合性単量体を乳化
    重合してなる樹脂分濃度60重i%以上の高樹脂分乳化
    重合体組成物。
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