KR100380012B1 - Method for preparing syndiotactic polystyrene having impact-resistance and compatibility - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내충격성 및 상용성을 갖는 신디오탁틱 폴리스티렌의 제조방법에 관한 것으로, 특히 마크로 단량체를 원료로 사용하는 신디오탁틱 폴리스티렌의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing syndiotactic polystyrene having impact resistance and compatibility, and more particularly, to a method for producing syndiotactic polystyrene using macro monomers as a raw material.
본 발명은 이를 위하여 a) 스티렌기를 말단기로 갖는 마크로 단량체; 및 b) 스티렌을 메탈로센 촉매 하에 공중합하는 단계를 포함하는 내충격성 및 상용성을 갖는 신디오탁틱 폴리스티렌의 제조방법을 제공한다.The present invention for this purpose a) a macromonomer having a styrene group as an end group; And b) copolymerizing styrene under a metallocene catalyst to provide a method for preparing syndiotactic polystyrene having impact resistance and compatibility.
본 발명에 따르는 제조방법으로 얻어지는 신디오타틱 폴리스티렌 수지는 내열성, 내충격성, 및 상용성이 우수하며, 포함하고 있는 가지사슬의 분자량 및 분자량 분포의 조절이 용이하여 각종 성형품의 소재로 효과적으로 이용될 수 있다.Syndiotactic polystyrene resin obtained by the production method according to the present invention is excellent in heat resistance, impact resistance, and compatibility, it is easy to control the molecular weight and molecular weight distribution of the branch chain containing can be effectively used as a material of various molded products have.
Description
[산업상 이용분야][Industrial use]
본 발명은 내충격성 및 상용성을 갖는 신디오탁틱 폴리스티렌의 제조방법에 관한 것으로, 특히 마크로 단량체를 원료로 사용하는 신디오탁틱 폴리스티렌의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing syndiotactic polystyrene having impact resistance and compatibility, and more particularly, to a method for producing syndiotactic polystyrene using macro monomers as a raw material.
[종래 기술][Prior art]
폴리스티렌은 무색 투명한 열가소성 수지로 스티렌 단량체를 괴상중합, 현탁중합 등의 방법을 이용하여 합성하며, 유전율이 낮아 전기적 특성이 우수하고, 열유동성 및 착색성이 뛰어난 대표적 열가소성 수지로서 압출성형, 사출성형의 방법을 통해 각종 일상용품에 이용되고 있다.Polystyrene is a colorless transparent thermoplastic resin. Synthesis of styrene monomer using bulk polymerization, suspension polymerization, etc. is a representative thermoplastic resin with excellent electrical properties with low dielectric constant and excellent thermal fluidity and colorability. Through the use of various daily necessities.
특히, 스티렌 단량체를 메탈로센 촉매를 사용하여 중합하면 고입체 규칙성을 갖는 신디오탁틱(syndiotactic) 폴리스티렌을 제조할 수 있다. 신디오탁틱 폴리스티렌의 제조에 관하여는 문헌(Macromolecules, 1986,19, 2464. Macromolecules1988,21, 3356.)에 보고되고 있다.In particular, the polymerization of the styrene monomer using a metallocene catalyst can produce syndiotactic polystyrene having high stereoregularity. The preparation of syndiotactic polystyrene is reported in Macromolecules, 1986, 19 , 2464. Macromolecules 1988, 21 , 3356.
메탈로센으로 중합되는 신디오탁틱 폴리스티렌은 종래의 폴리스티렌이 갖는 낮은 유전율과 뛰어난 열유동성 등의 장점과 함께 높은 입체규칙성에 의한 뛰어난 내열성 및 내화학성을 나타내어 새로운 엔지니어링 플라스틱으로 대두되고 있다.Syndiotactic polystyrene polymerized with metallocene has emerged as a new engineering plastic by exhibiting excellent heat resistance and chemical resistance due to high stereoregularity, along with advantages such as low dielectric constant and excellent thermal fluidity of conventional polystyrene.
신디오탁틱 폴리스티렌은 이러한 장점을 갖고 있지만 낮은 내충격성 때문에 이용에 제한을 받는다.Syndiotactic polystyrene has this advantage but is limited in use due to its low impact resistance.
내충격성 개선을 위해서는 고무상 탄성체와 스티렌 중합체를 혼합하는 방법(일본 공개특허공보 소62-257950호, 평1-146944호, 평1-279944호 등)이 있다. 그러나 이 경우 분산성을 높이기 위해서는 충분히 반죽을 하여야 하고, 고무상 탄성체가 탄성을 가지고 있기 때문에 고무상 탄성체를 미세하게 절단할 필요가 있으나 그 탄성 때문에 취급하는 데 문제가 있다. 또한, 혼합 반죽시 고무의 교차결합 또는 수지의 분자량 저하 등이 발생하는 문제점이 있다.In order to improve the impact resistance, there is a method of mixing a rubbery elastomer with a styrene polymer (Japanese Patent Laid-Open No. 62-257950, Japanese Patent Application No. 1-146944, Japanese Patent Application Publication No. 1-279944, etc.). However, in this case, in order to increase the dispersibility, it is necessary to knead sufficiently, and since the rubbery elastic body has elasticity, it is necessary to cut the rubbery elastic body finely, but there is a problem in handling because of its elasticity. In addition, there is a problem in that cross-linking of the rubber or molecular weight decrease of the resin during mixing kneading.
이러한 문제점을 해소하고자 고무상 탄성체 존재하에서 스티렌 단량체를 메탈로센 중합하는 방법이 제시되었으나(한국 공고특허공보 제95-12726호) 고무상 탄성체와 스티렌 중합체간의 화학적 결합이 적어 내충격성을 크게 높이지는 못하였다.In order to solve this problem, a method of metallocene polymerization of a styrene monomer in the presence of a rubbery elastomer has been proposed (Korean Patent Publication No. 95-12726). However, the chemical bond between the rubbery elastomer and the styrene polymer is small, which greatly increases impact resistance. I couldn't.
위와 같은 문제점을 극복하기 위해서는 폴리스티렌에 고무상 탄성체를 그라프팅시키는 방법이 가장 효과적이다. 그러나 일반 폴리스티렌의 경우 방향족계 용제에 매우 잘 용해가 되기 때문에 용액 중합 등의 방법을 이용하여 쉽게 그라프팅 반응을 유도할 수 있지만, 신디오탁틱 폴리스티렌의 경우 범용용제에 거의 녹지 않기 때문에 균일계 반응이 불가능하여 그라프팅 반응시키는데 많은 제약이 따른다.In order to overcome the above problems, the method of grafting a rubbery elastomer to polystyrene is most effective. However, since general polystyrene is very well dissolved in aromatic solvents, the grafting reaction can be easily induced by using a solution polymerization method. However, syndiotactic polystyrene is hardly dissolved in a general purpose solvent, so that a homogeneous reaction is difficult. It is not possible and there are many constraints on the grafting reaction.
한편, 최근에 스티렌말단기를 갖는 마크로 단량체를 이용한 신디오탁틱 폴리스티렌의 개질에 관해 보고된 바 있으나 (K. endo, Polymer, 40, 5977-5980, 1999) 마크로 단량체의 제조를 위해 -78 ℃에 반응시켜야 하며, 할로겐화합물을 사용해야 하는 등 공업화하기 힘든 단점을 안고 있다.On the other hand, although recently reported on the modification of syndiotactic polystyrene using a macro monomer having a styrene end group (K. endo, Polymer, 40, 5977-5980, 1999) at -78 ℃ for the preparation of macro monomers It is difficult to industrialize, such as the need to react, and the use of halogen compounds.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 고려하여, 내충격성 및 상용성(compatibility)을 갖는 신디오탁틱 폴리스티렌의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and an object thereof is to provide a method for producing syndiotactic polystyrene having impact resistance and compatibility.
또한 본 발명의 다른 목적은 마크로 단량체를 사용하여 중합하는 내충격성 및 상용성을 갖는 신디오탁틱 폴리스티렌의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing syndiotactic polystyrene having impact resistance and compatibility for polymerization using macromonomers.
[과제를 해결하기 위한 수단][Means for solving the problem]
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여,The present invention to achieve the above object,
a) 하기 화학식 1로 나타내는 스티렌기를 말단기로 갖는 마크로 단량체a) Macro monomer which has a styrene group represented by following formula (1) as an end group
[화학식 1][Formula 1]
상기 식에서,Where
M은 공액 이중결합을 갖는 올레핀 모노머이고,M is an olefin monomer having a conjugated double bond,
n은 5 이상의 정수이며; 및n is an integer of at least 5; And
b) 스티렌b) styrene
을 메탈로센 촉매 하에 공중합하는 단계Copolymerization Under Metallocene Catalyst
를 포함하는 내충격성 및 상용성을 갖는 신디오탁틱 폴리스티렌의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing syndiotactic polystyrene having impact resistance and compatibility comprising a.
상기에서 스티렌기를 말단기로 갖는 마크로 단량체는 디이소프로필아미드 리튬을 이온중합 개시제로 이온중합하여 제조되는 단량체가 바람직하다.The macro monomer having a styrene group as the end group is preferably a monomer prepared by ion polymerizing diisopropylamide lithium with an ion polymerization initiator.
이하에서 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[작 용][Action]
본 발명은 마크로 단량체와 스티렌과의 공중합을 통해 제조된 신디오탁틱 폴리스티렌이 마크로 단량체가 갖는 탄성에 의해 그라프트 중합과 같은 효과를 나타내도록 하여 내충격성을 나타내도록 하였다. 그러나 보통의 비닐기를 말단으로 갖는 마크로 단량체로는 스티렌과의 메탈로센 중합법으로 중합시 높은 입체규칙성을 보이기가 힘들기 때문에, 말단기의 형태를 스티렌기로 유지하도록 하여 신디오탁틱 폴리스티렌을 제조한 것이다.According to the present invention, the syndiotactic polystyrene prepared by copolymerization of macro monomers and styrene has an effect such as graft polymerization by elasticity of macro monomers to exhibit impact resistance. However, since macromonomers having normal vinyl groups at their ends are difficult to show high stereoregularity during polymerization by metallocene polymerization with styrene, syndiotactic polystyrene is prepared by maintaining the form of terminal groups as styrene groups. It is.
또한 일반적인 신디오탁틱 폴리스티렌은 다른 중합체와 상용성이 없는 데 본 발명의 방법으로 제조되는 신디오탁틱 폴리스티렌은 마크로 단량체의 가지사슬의 모노머 특성에 의해 상용성을 가질 수 있기 때문에 다른 중합체와의 상용성이 우수하다.In addition, general syndiotactic polystyrene is not compatible with other polymers. Syndiotactic polystyrene prepared by the method of the present invention is compatible with other polymers because the syndiotactic polystyrene may be compatible with monomer properties of branched chains of macro monomers. This is excellent.
또한 본 발명은 사용되는 상기 마크로 단량체가 이온중합으로 제조되므로 마크로 단량체가 포함하는 가지사슬의 분자량 및 분자량 분포를 미리 조절할 수 있다. 그러므로 이러한 마크로 단량체를 사용하여 제조되는 본 발명의 신디오탁틱 폴리스티렌도 포함하고 있는 가지사슬의 분자량 및 분자량 분포의 조절이 용이하다. 실제로 일반적인 그라프트중합에서는 중합된 폴리스티렌이 가지사슬을 포함할 경우에는 가지사슬의 분자량 및 분자량분포를 조절하기가 매우 어렵다.In addition, the present invention can be adjusted in advance the molecular weight and molecular weight distribution of the branch chain included in the macro monomer because the macro monomer used is prepared by ion polymerization. Therefore, it is easy to control the molecular weight and molecular weight distribution of the branched chain including the syndiotactic polystyrene of the present invention produced using such macro monomers. In fact, in general graft polymerization, it is very difficult to control the molecular weight and molecular weight distribution of the branched chain when the polymerized polystyrene includes branched chains.
이와 같이 본 발명의 내충격성 및 상용성이 우수하고, 가지사슬의 분자량 및 분자량 분포가 조절된 신디오탁틱 폴리스티렌의 제조에 사용되는 스티렌기를 말단기로 갖는 마크로 단량체는 하기 반응식 1에 의해 제조될 수 있다.As such, the macromonomer having a styrene group as an end group, which is excellent in impact resistance and compatibility of the present invention, and has a molecular weight and a molecular weight distribution of branched chains controlled in syndiotactic polystyrene, may be prepared by the following Scheme 1. have.
[반응식 1]Scheme 1
상기 식에서, M은 공액 이중결합을 갖는 올레핀 모노머로,Wherein M is an olefin monomer having a conjugated double bond,
그 예는 부타디엔, 이소프렌 등이며, n은 5 이상의 정수이다.Examples are butadiene, isoprene and the like, and n is an integer of 5 or more.
즉, 상기 스티렌기를 말단기로 갖는 마크로 단량체는That is, the macro monomer having the styrene group as an end group
ⅰ) 메틸스티렌을 디이소프로필아미드 리튬으로 리튬화하는 단계; 및Iii) lithiating methylstyrene with diisopropylamide lithium; And
ⅱ) 상기 ⅰ)단계에서 리튬화된 메틸스티렌과 공액 이중결합을 갖는 올레핀Ii) olefin having conjugated double bond with lithiated methylstyrene in step iii)
모노머를 이온중합시키는 단계Ion Polymerization of Monomer
를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다.It may be prepared by a method comprising a.
이러한 마크로 단량체의 제조는 Y. Nagasaki, T. Tsuruta 등이 (Macromole. Chem. Rapid. Commu. 10, 403 (1989)) 제안한 방법을 이용하였다.The macromonomer was prepared by Y. Nagasaki, T. Tsuruta et al. (Macromole. Chem. Rapid. Commu. 10, 403 (1989)).
이하에서는 본 발명의 마크로 단량체를 사용하여 제조되는 신디오탁틱 폴리스티렌의 제조 공정을 중심으로 설명한다.Hereinafter, the manufacturing process of syndiotactic polystyrene prepared using the macromonomer of the present invention will be described.
(말단에 스티렌기를 갖는 마크로 단량체의 제조)(Production of Macro Monomers Having a Styrene Group at the Terminal)
질소분위기의 밀폐된 반응기내에 p-메틸 스티렌 단량체를 THF에 녹인 후 디이소프로필아미드 리튬을 촉매로 리튬화시킨다. 그 후 리튬화 메틸스티렌에 가지사슬로 쓰일 단량체, 특히 부타디엔을 투입하여 말단에 스티렌기를 갖는 마크로 단량체를 제조한다. 투입되는 단량체와 리튬의 비율에 따라 분자량이 결정된다.After dissolving p-methyl styrene monomer in THF in a closed reactor in a nitrogen atmosphere, lithium isopropylated with diisopropylamide. Thereafter, a monomer to be used as a branch chain, particularly butadiene, is added to lithiated methylstyrene to prepare a macromonomer having a styrene group at the terminal. The molecular weight is determined by the ratio of the monomer and lithium injected.
마크로 단량체는 핵자기 공명 분석 결과 5.2, 5.7, 6.7 ppm에서 스티렌 말단기의 비닐 특성 스펙트럼, 2.7 ppm에서 마크로 단량체 특성 스펙트럼을 관찰할 수 있다.As for the macro monomer, nuclear magnetic resonance analysis can observe the vinyl monomer spectrum of styrene end groups at 5.2, 5.7 and 6.7 ppm and the macro monomer spectrum at 2.7 ppm.
잔류 단량체의 함량은 40∼90 ppm에 불과하여 관측된 스티렌 말단 비닐 특성 스펙트럼은 마크로 단량체에서 기인한 것임을 알 수가 있었다.The residual monomer content was only 40 to 90 ppm, and the observed styrene terminal vinyl characteristic spectra were attributed to the macro monomers.
이때 가지사슬로 쓰일 단량체는 부타디엔, 이소프렌 등이 이용될 수 있다In this case, butadiene, isoprene, etc. may be used as the monomer to be used as a branch chain.
(스티렌 공중합체의 제조)(Production of Styrene Copolymer)
질소분위기의 밀폐된 반응기내에 상기에서 제조된 마크로 단량체와 스티렌 단량체를 넣은 후 산소 및 수분을 제거한 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 에틸벤젠 등의 용제에 녹여 또는 용제 없이 교반한다.The macro monomer and the styrene monomer prepared above are placed in a closed reactor in a nitrogen atmosphere, and then dissolved in a solvent such as benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, which have been removed from oxygen and water, or stirred without a solvent.
알루미녹산, 특히 알킬 알루미녹산을 스티렌 단량체에 대해 1∼10 ㏖%로 투입한다. 알루미녹산은 반응기내부의 불순물의 제거를 위해 과량 투입할 수 있다.Aluminoxanes, especially alkyl aluminoxanes, are charged at 1 to 10 mol% relative to the styrene monomer. Aluminoxane may be added in excess to remove impurities in the reactor.
알루미녹산을 투입한 후 티타늄계 촉매를 알루미녹산의 알루미늄 원자에 대해 1/400∼1/1000의 비율로 투입한다.After the addition of the aluminoxane, the titanium catalyst is added at a ratio of 1/400 to 1/1000 to the aluminum atom of the aluminoxane.
촉매투입 약 1∼2 시간 후 알코올과 염산의 혼합용액을 투입하여 반응을 종결시키고, 잔류하는 촉매는 염산으로 세척제거하고 생성된 폴리머는 알코올로 세척하여 감압건조 시킨다.After about 1 to 2 hours of catalyst addition, a mixed solution of alcohol and hydrochloric acid was added to terminate the reaction. The remaining catalyst was washed away with hydrochloric acid, and the resulting polymer was washed with alcohol and dried under reduced pressure.
이하의 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이지 이들만으로 한정하는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail with reference to the following examples and comparative examples. However, an Example is for illustrating this invention and is not limited only to these.
[실시예]EXAMPLE
실시예 1Example 1
(스티렌기를 말단기로 갖는 마크로 단량체의 제조)(Production of macromonomers having styrene groups as end groups)
산소 및 수분을 제거한 500 ㎖ 고압반응기에 THF 200 ㎖를 투입하고 20 ℃에서 교반하며 디이소프로필 아미드 20 m㏖(2.80㎖), n-부틸리튬 시클로 헥산용액 5 m㏖(2.37 ㎖)을 주입한다. 부틸리튬이 디이소프로필 아미드와 반응하여 디이소프로필 아미드 리튬이 되며 용액은 옅은 노란색을 띈다.200 ml of THF is added to a 500 ml high pressure reactor from which oxygen and water are removed, and stirred at 20 ° C. 20 ml of diisopropyl amide (2.80 ml) and 5 mmol (2.37 ml) of n-butyllithium cyclohexane solution are injected. . Butyllithium reacted with diisopropyl amide to form diisopropyl amide lithium, and the solution was pale yellow.
이 반응기에 p-메틸스티렌 5 m㏖(0.66 ㎖)를 10 분에 걸쳐 서서히 적가한 후 약 3 시간 동안 반응시키면 p-메틸스티렌이 리튬화된다.5 mmol (0.66 ml) of p-methylstyrene was slowly added dropwise to the reactor over 10 minutes, followed by reaction for about 3 hours to lithiate p-methylstyrene.
이 반응기에 부타디엔 500 m㏖(27.05 g)을 질소로 가압하여 투입한 후 4 시간 동안 반응을 더 시킨다.Butadiene 500 mmol (27.05 g) was added to the reactor by pressurizing with nitrogen, and the reaction was further performed for 4 hours.
메탄올로 반응을 정지시킨 후, 용매를 감압하여 증발시킨 후 진공오븐에서 24 시간 동안 건조하여 스티렌기를 말단기로 갖는 마크로 단량체를 얻는다.After stopping the reaction with methanol, the solvent was evaporated under reduced pressure and dried in a vacuum oven for 24 hours to obtain a macromonomer having a styrene group as an end group.
(신디오탁틱 폴리스티렌의 제조)(Production of Syndiotactic Polystyrene)
산소 및 수분을 제거한 250 ㎖ 반응기에 상기에서 제조된 스티렌기를 말단기로 갖는 마크로 단량체 1.0 g을 스티렌 15.01 ㎖ (131 m㏖)에 녹여 실온에서 교반하고, 알루미녹산 톨루엔 용액 2.83 ㎖(6 m㏖)과 펜타메틸시클로펜타디엔트리메톡시 티타늄 0.0075 m㏖을 투입한다. 교반 속도를 높인 후 반응기의 온도를 60 ℃로 승온한다.1.0 g of a macromonomer having a styrene group as a terminal group was dissolved in 15.01 ml (131 mmol) of styrene in a 250 ml reactor in which oxygen and water were removed, and stirred at room temperature, followed by 2.83 ml (6 mmol) of aluminoxane toluene solution. And 0.0075 mmol of pentamethylcyclopentadienetrimethoxy titanium. After increasing the stirring speed, the temperature of the reactor was raised to 60 ° C.
티타늄촉매 투입 1 시간 후 메탄올/염산(중량비 10 : 1)용액으로 반응을 종결시킨다. 잔류촉매는 염산으로 세척제거하고 생성된 폴리머는 알코올로 세척하여 감압 건조시킨다.After 1 hour of titanium catalyst addition, the reaction was terminated with methanol / hydrochloric acid (weight ratio 10: 1) solution. The residual catalyst is washed away with hydrochloric acid and the resulting polymer is washed with alcohol and dried under reduced pressure.
비교예 1Comparative Example 1
신디오탁틱 폴리스티렌의 제조에 있어 마크로 단량체 없이 스티렌만 단독으로 중합을 실시하는 것을 제외하고는 실시예 1의 신디오탁틱 폴리스티렌 제조와 동일하게 진행한다.The preparation of syndiotactic polystyrene proceeds in the same manner as in the preparation of syndiotactic polystyrene of Example 1, except that only styrene is polymerized without macro monomers.
비교예 2Comparative Example 2
잘게 자른 부타디엔 고무 10 g을 산소 및 수분을 제거한 250 ml 반응기에 넣고 스티렌 15.01 ㎖(131 m㏖)을 투입한 후 교반시켜 녹인다. 부타디엔 고무가 완전히 녹은 후 알루미녹산 톨루엔 용액 2.83 ㎖(6 m㏖)과 펜타메틸시클로펜타디엔 트리메톡시티타늄 0.0075 m㏖을 투입한다. 교반속도를 높인 후 반응기의 온도를60 ℃로 승온한다.10 g of finely divided butadiene rubber is placed in a 250 ml reactor from which oxygen and moisture are removed, and 15.01 ml (131 mmol) of styrene is added thereto, followed by stirring to dissolve. After the butadiene rubber is completely dissolved, 2.83 ml (6 mmol) of aluminoxane toluene solution and 0.0075 mmol of pentamethylcyclopentadiene trimethoxytitanium are added thereto. After increasing the stirring speed, the temperature of the reactor was raised to 60 ° C.
티타늄촉매 투입 1 시간 후 메탄올/염산(중량비 10 : 1)용액으로 반응을 종결시킨다. 잔류촉매는 염산으로 세척제거하고 생성된 폴리머는 알코올로 세척하여 감압 건조시킨다.After 1 hour of titanium catalyst addition, the reaction was terminated with methanol / hydrochloric acid (weight ratio 10: 1) solution. The residual catalyst is washed away with hydrochloric acid and the resulting polymer is washed with alcohol and dried under reduced pressure.
본 발명에 따르는 제조방법으로 얻어지는 신디오타틱 폴리스티렌 수지는 내열성, 내충격성, 및 상용성이 우수하며, 포함하고 있는 가지사슬의 분자량 및 분자량 분포의 조절이 용이하여 각종 성형품의 소재로 효과적으로 이용될 수 있다.Syndiotactic polystyrene resin obtained by the production method according to the present invention is excellent in heat resistance, impact resistance, and compatibility, it is easy to control the molecular weight and molecular weight distribution of the branch chain containing can be effectively used as a material of various molded products have.
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