KR100441126B1 - 스크린사(紗)용 폴리에스테르모노필라멘트 - Google Patents

스크린사(紗)용 폴리에스테르모노필라멘트 Download PDF

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Abstract

심초복합형의 스크린 사(紗:gauze)용 폴리에스테르모노필라멘트에 있어서, 초성분이 175 ℃에서 1 시간가열후의 착색도(APHA)가 30 이하이고, 또한 수평균분자량이 300 내지 4000 인 폴리알킬렌 옥사이드를 폴리에스테르에 대하여 2 내지 10 중량%를 첨가하여 공중합한 것이고, 측정주파수 110 Hz에 따른 역학적 손실 탄젠트(tan δ)의 피크온도(Tmax)가 심성분보다 10 ℃이상 낮은 97 내지 120 ℃인 폴리에스테르이고, 심 : 초의 면적비가 60 : 40 내지 90 : 10인 것을 특징으로 하는 스크린 사용(紗用) 폴리에스테르 모노필라멘트이다. 본 발명의 스크린 사용 폴리에스테르모노필라멘트는 제직시의 스컴발생을 완전히 방지하고 사(紗)의 인장탄성이 양호하여 사(紗)의 촌법안정성 및 감광수지 접합성이 우수한 고메쉬스크린사(紗)용 모노필라멘트이다.

Description

스크린사(紗)용 폴리에스테르모노필라멘트{Polyester monofilament for screen gauze}
인쇄스크린용의 직물로서는 이전에는 실크가 널리 사용되어왔지만, 근래 합섬 메쉬 및 스테인레스스틸 메쉬의 사용이 많이 늘고 있다. 특히 탄성회복성 및 코스트이행성이 우수한 합섬메쉬가 선호되어지고 있다. 그 중에서도 폴리에스테르모노필라멘트는 촌법안정성이 양호한 것 등 스크린용으로 적합한 성질을 가지고 있어서 널리 보급되고 있다.
또한, 전자회로인쇄등 프린트분야에 있어서는 근래 급속하게 고분해능 및 고정밀인쇄의 필요성이 높아져 가고 있고, 스크린사(紗)는 세섬도필라멘트를 하이메쉬 제직하는 방향으로도 전개되고 있다. 하이 메쉬 제직에 있어서는 주행필라멘트와 소(小)피치배열의 바디날(Reed blades)과의 접촉빈도 및 마찰력이 증대되고, 필라멘트 표면이 마모되어 생기는 침상 또는 분말상의 스컴(Scams)이 발생하기 쉽다. 발생된 스컴은 직기를 오염시킬 뿐만아니라, 그 일부가 스크린사에 섞여 제직되어버리면 정밀인쇄시 인쇄결함을 야기시킬 수 있다.
이 때문에 스컴발생을 경감시킬 목적으로 지금까지 수많은 개선기술이 제안되어오고 있다. 예로서, 일본국 특허공개공보 소 58-23936 호에서는 비결정성 및 비반응성의 폴리마 또는 실리카겔등을 혼합한 폴리에스테르가 제안되고 있지만 모노필라멘트의 강력, 신도등의 물성저하를 피할수 없는 문제점을 가지고 있다.
또한 일본국 특허공개공보 소 62-276048 호에는 폴리에스테르를 심(芯)으로하고 나이론 등 내마모성이 좋은 폴리마를 초(sheath)로하는 복합필라멘트가 제안되어지고 있다. 이와 같은 필라멘트에서는 나이론의 사용에 따라서 스컴발생을 방지할 수는 있지만 나이론의 고흡습성에 따른 촌법안정성의 부족 및 나이론의 낮은 내약품성에 따른 스크린사(紗)용 적용분야의 제한 등, 스크린소재로서 완전히 만족스러운 단계까지는 이르지 못하고 있다.
본 발명은, 스크린사(紗)용모노필라멘트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 정밀스크린인쇄에 적합한 스크린사(紗)용 모노필라멘트에 관한 것이다.
본 발명은 이러한 종래의 스크린사용모노필라멘트의 결점인 제직시의 스컴발생을 완전히 방지하고 또한 사(紗)의 인장탄성이 양호하고 촌법안정성이 우수할 뿐만아니라 감광수지 접착성도 우수한 하이메쉬스크린사(紗)용 모노필라멘트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 본 발명의 목적은 심초복합형스크린사용폴리에스테르모노필라멘트에 있어서, 초(sheath)성분이 175 ℃에서 1 시간가열후의 착색도(APHA)가 30 이하이고, 또한 수평균분자량이 300 내지 4000 인 폴리알킬렌 옥사이드를 폴리에스테르에 대하여 2 내지 10 중량%를 첨가하여 공중합한 것이고, 측정주파수 110 Hz에 따른 역학적 손실 탄젠트(tan δ)의 피크온도(Tmax)가 심(芯)성분보다 10 ℃이상 낮은 97 내지120 ℃인 폴리에스테르이고, 심 : 초의 면적비가 60 : 40 내지 90 : 10의 범위인 것을 특징으로 하는 스크린사(紗) 용 폴리에스테르 모노필라멘트에 의해 달성될 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에서는 고분해능 및 정밀수준의 인쇄를 목적으로 하여, 250 내지 400 메쉬(본(本)/inch)의 고밀도 스크린을 얻기 위해 8 내지 22 dTex의 세섬도모노필라멘트를 사용한다. 고밀도 스크린용모노필라멘트에는 고파단강도, 제직시의 내마모성, 감광수지 접착성 및 잉크친화성 등이 요구되어진다.
파단강도는 제직성, 사(紗)의 인장탄성 및 사의 촌법안정성면에 있어서 높을수록 좋다. 스크린 사(紗) 인장탄성가공 공정에 있어서는 사의 촌법안정상 일정치 이상의 장력이 요구되어진다. 장력은 (강도(cN/dTex) × 메쉬)에 따라서 결정된다.
세섬도 모노필라멘트를 사용하는 하이 메쉬화를 목적하는 경우, dTex의 역수치에 정비례하여 메쉬치가 증대되는 것은 아니다. 그렇기 때문에 dTex가 작을수록 강도는 높아져야 한다. 8 내지 22 dTex 모노필라멘트의 경우에 필요강도는 4.9 cN/dTex이상, 바람직하게는 5.7 cN/dTex이상이 바람직하다.
스크린사용모노필라멘트는 일반적으로 고파단강도를 얻기 위해, 폴리마분자가 저배향상태로 되도록 방사, 권취한 후에 고배율로 연신하여 고배향화된다. 고배향도 연신사는 물성면에서 취약해져서, 굴곡, 전단, 마모등에 약하게 된다. 그 결과 하이메쉬 스크린 제직시 바디에 의해 마모되는 정도가 크게 된다. 하이 메쉬스크린제직상 필라멘트의 고파단강도유지와 스컴발생방지를 동시에 만족시키는 것은 양호한 스크린을 만들기 위한 중요한 과제이다.
또한 얻어진 모노필라멘트의 적합파단신도는 공정성 및 스크린사의 품질상 15 내지 30 %가 바람직하고 특히 20 내지 25 %가 가장 좋다. 15%미만인경우에는제직시 스컴발생이 많아지고 사(紗)의 인장탄성도 저하하여 비람직하지 않다. 한편 신도가 30%를 넘으면 파단강도가 저하하고, 사(紗)의 촌법안정성도 저하하기 때문에 바람직하지 않다.
또 스크린사에는 감광수지와의 양호한 접착성, 및 인쇄시의 양호한 잉크투과성도 요구되어진다. 감광 수지접착성 및 잉크투과성은 필라멘트표면의 웨팅성 (Wettability)이라고도 말할 수 있는 것으로서 필라멘트의 폴리마성분과 수지 및 잉크와의 친화성이 양호할 것이 요구된다.
본 발명에 있어서는 상기 과제를 물성이 다른 2종의 섬유형성성 폴리마로 된 심초형 복합필라멘트라고 하는 것에 의해 해결하였다. 본 발명에 사용되는 심성분의 폴리에스테르종류로서는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)과 같은 방향족 폴리에스테르, 또는 폴리에틸렌 석시네이트, 폴리카프로락톤과 같은 지방족폴리에스테르를 들 수 있다. 그 중에서도 PET는 용융방사할 때 조업성, 제조원가경쟁력 등의 관점에서 특히 선호되어진다.
본 발명에 이용되는 PET는 5.7 cN/dTex이상의 필라멘트강도를 얻을 수 있기 때문에, 고유점도(IV)에 있어서, 0.60 내지 0.90의 고점도영역의 폴리마를 사용하는 것이 바람직하다. 특히 좋기로는 0.65 내지 0.85의 IV를 가진 PET를 사용하는 것이바람직하다.
한편 본 발명의 초성분에 채용되는 폴리에스테르는 수평균분자량이 300 내지 4000 인 폴리알킬렌 옥사이드를 2 내지 10 중량% 공중합한 변성 폴리에스테르이다. 폴리알킬렌옥사이드외에도 폴리에스테르와 공중합가능한 글리코올성분으로서는 많은 종류가 있지만 중합반응성 및 폴리마용융점도면에서의 점도저하효과에 따라 본 발명에는 폴리알킬렌 옥사이드를 채용한다.
폴리알킬렌옥사이드로서는 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 및 에틸렌옥사이드와 프로필렌옥사이드와의 공중합체를 들 수 있지만 본 발명에는 폴리에틸렌옥사이드가 바람직하게 사용될 수 있다. 또한 본 발명에 사용되는 폴리알킬렌옥사이드로서는 공중합폴리마의 물성향상을 목적으로 하여 폴리마 착색요인으로 되는 불순물함량이 극히 적은 것이 사용된다. 구체적으로는 175 ℃에서 1 시간가열후의 착색도(APHA)가 30 이하일 것이 요구된다. 불순물이 적은 폴리알킬렌옥사이드를 사용한 본 발명의 공중합폴리마는 백도 및 물성이 우수하여 상기 폴리마를 초(sheath)에 사용한 스크린사용 모노필라멘트는 제직성, 감광수지 접착성등이 우수하다.
폴리알킬렌옥사이드의 분자량은 수평균분자량으로 300 내지 4000 인 것이 필요하고 , 600 내지 3000 인 것이 보다 바람직하다. 수평균분자량이 300미만인 경우 중합반응속도저하가 생기고, 또 비점저하가 원인인 중합계외비산을 발생시켜 결과적으로 공중합일정량을 조절하기가 어렵게 된다. 또한 수평균분자량이 4000을 넘으면 폴리마의 공중합랜덤성이 저하되는 결과로 스크린사의 제직성이 저하하고 스컴발생으로 이어진다.
폴리알킬렌옥사이드의 공중합량은 폴리마에 대하여 2 내지 10 중량%의 범위로 할 필요가 있고 보다 바람직하기로는 3 내지 7 중량%의 범위이다. 폴리알킬렌옥사이드의 양이 2중량%보다 적으면 얻어진 폴리에스테르를 초로 하는 모노필라멘트를 사용한 스크린사를 제조할 때 바디에 의한 마모가 발생하여 스컴(백분)이 발생함으로써 제직성이 저하되는 외에 감광수지 접착성도 나빠져서 바람직하지 않다. 또한 10 중량%를 넘으면 폴리마물성이 과도하게 유연해져서 제직시의 스컴발생 및 사(紗)의 촌법안정성 저하를 초래하여 바람직하지 않다.
특정 폴리알킬렌옥사이드를 일정량 공중합한 본 발명의 모노필라멘트 초성분인 폴리에스테르는 측정주파수 110 Hz에 따른 역학적 손실 탄젠트(tan δ)의 피크온도(Tmax)가 결정구조에 기인하여 심(芯)성분보다 10 ℃이상 낮은 97 내지 120 ℃의 특이한 물성을 가진다. 피크온도가 97 ℃ 미만인 폴리에스테르 초(sheath)인 경우는 필라멘트가 과도하게 유연해져 제직시의 스컴발생 및 촌법안정성의 저하를 초래하여 바람직하지 않다. 또한 초 폴리에스테르의 피크온도가 120 ℃를 넘는 경우에도 필라멘트의 유연성이 불량하게 되고 스컴 발생 및 감광수지 접착성이 저하되어 바람직하지 않다.
본 발명에 사용한 심 및 초 폴리에스테르는 종래 공지의 중합방법에 따라 얻어진다. 예로서 폴리에틸렌테레프탈레이트의 경우, 디메틸테레프탈레이트의 에스테르 교환반응으로부터 출발하는 DMT법, 또는 테레프탈산의 가압에스테르화로부터 출발하는 직접중합법이 있는데 어느것을 사용하여도 좋다.
폴리알킬렌옥사이드의 첨가시기는 폴리에스테르 제조반응이 완결되기전의 임의의 단계에서 할 수 있지만 반응의 균일성을 유지하기 위해 중축합반응초기이전의 단계에서 첨가하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 심 및 초용 폴리에스테르에는 공지의 첨가제, 예로서는 산화방지제, 광안정제, 대전방지제 등 및 각종입자류, 예로서 산화티탄, 산화규소, 탄산칼슘등을 배합하여도 좋다.
본 발명의 복합모노필라멘트는 종래 공지의 복합방사법에 따라서 얻어진다. 본 발명의 복합모노필라멘트의 초의 횡단면 형상은 특별히 한정되는 것은 아니지만 원형인 것이 가장 바람직하다. 이형단면사는 감광유제의 경화공정에서 할레이션 (Halation)을 발생시키고 인쇄정밀도를 저하시키기도 하며 사(紗) 인장탄성가공시 필라멘트의 뒤틀림을 발생시켜 장력이 걸린 필라멘트의 직선성이 불완전하게 되고 조직점(mesh opening)의 균일성을 저하시키기도 하기 때문에 특별한 경우를 제외하고는 사용되어지지 않는다.
한편, 초성분 형상도 특별히 한정되는 것은 아니지만 필라멘트 표층으로의 노출이 없는 것이 바람직하다. 사(紗) 인장탄성가공후의 스크린의 촌법안정성상 심의 형상 및 배치는 초와 동심으로 하여 단일 원형이 가장 좋다.
또한 심:초의 면적비는 필라멘트 강도, 제직시 마모에 대한 내성 등에 관계하여 적정범위로 하는 데 심:초를 60 : 40 내지 90 : 10으로 하는 것이 필요하고 보다 바람직하게는 70 : 30 내지 80 : 20 으로 하는 것이 좋다. 초성분의 비율이 상기 범위를 넘으면 필라멘트강도가 떨어지고, 상기 범위보다 낮으면 후도불균일에 따른박피부(薄皮部)의 마찰 손상 또는 감광수지접착성의 저하를 야기하므로 바람직하지 않다.
이하의 실시예에서 본 발명을 다시 상세히 설명한다. 또한 실시예중의 평가는 이하의 방법에 의하여 이루어졌다.
A. 착색도(APHA):
50 ml의 표준선이 표시된 칼로리미터관(Colorimetric tube)에 시료를 표준선까지 넣는다. 시료가 고체인 경우에는 융점보다 다소 높은 온도에서 용융시킨다. 관내에 질소가스를 공급하면서 칼로리미터관을 175℃ ±0.5℃ 로 조절한 오일욕에 침지한다. 1시간후에 꺼낸 칼로리미터관의 오일오염을 제거한 후에 APHA 표준에 따라서 염화백금칼륨과 염화코발트의 각종표준농도액을 색상조합하여 가열한 후 착색도(APHA)를 구한다.
B. 역학적 손실탄젠트(tan δ)의 피크온도(Tmax)
오리엔테크(Orientec)제 레오바이브론(RHEOVIBRON) DDV-FF01형 동적 점탄성 측정 장치를 이용하여 길이 3 cm의 섬유에 일정 하중 0.03(cN/dTex)을 걸고 측정주파수 110 Hz, 승온속도 10 ℃/분으로 -10℃부터 250 ℃까지의 온도범위에 따른 tan δ를 측정하여 α분산에 따른 tan δ의 온도곡선에 따른 Tmax를 구한다.
C. 파단강신도
JIS-L-1013에 따라서, 시마추(Shimadzu) 제작소(주)제 AGS-1KNG 오토그래프 인장시험기를 사용하여 시료사장 20 cm, 정속인장속도 20 cm/분의 조건으로 시료가 신장파단한 경우의 강도 및 신도를 구한다.
D. 스컴의 평가:
슬루이서(Sluicer)형 직기에 의해 회전수 300 rpm으로 스크린 직물을 제직하여 바디상의 스컴오염이 진행되어 정상적인 제직을 유지할 수 없어서 직기를 정지시켜야 되는 시점까지의 제직장을 구한다. 평가로서는 제직장이 500 m 이상의 것을 양호 O, 500 m 미만의 것을 불량 ×으로 한다.
E. 감광 수지 접착성:
스크린사에 디아조 수지형 감광수지 0.2 X 0.2 mm 도트(dot)를 0.2 mm 피치로 20 μm두께로 도포하고 적정 노광후 스카치 멘딩 테이프(Scotch mending tape) # 810을 붙인 다음 10번 왕복하면서 문지른 후 박리시켜 테이프에 이행된 수지량에 따라서 접착성을 평가한다. 실질적으로 수지이행이 없는 경우를 ◎, 약간 이행이 있는 경우를 O, 실용상 장애가 있는 정도로 이행이 심한 경우를 ×로 판정한다.
F. 스크린의 촌법안정성
1000 매 인쇄시의 촌법안정성에 따른 인쇄 패턴의 왜곡을 관찰하여 왜곡이 없으면 O, 왜곡이 있으면 ×로 판정한다.
IV가 0.75인 폴리에틸렌 테레프탈레이트폴리마를 심성분으로 하고 가열후 APHA 25, 수평균 분자량 1000 의 폴리에틸렌 옥사이드를 첨가량을 변화시켜가면서 공중합하였다. IV가 0.65 ±0.01 의 공중합 폴리에틸렌 테레프탈레이트폴리마를 초성분으로 하여 종래 공지의 복합방사법에 의해 오리피스 직경 Ø0.35의 방사구금을 사용하여 심:초의 복합비(면적비)가 75:25 인 복합 모노필라멘트를 방사온도 295℃, 권취속도 1500 m/분으로 방사하였다. 얻어진 미연신 모노필라멘트를 권취한 후 약 1 일 후에 속도 800 m/분, 80 ℃ 로울러 히터 및 150 ℃ 평판 히터에 의해 연신시켜 파단신도 23 ± 1%인 13.0 dTex 복합모노필라멘트를 얻었다. 다음에 상기 모노필라멘트로 제직 및 가공하여 300 메쉬의 하이메쉬스크린 사(紗, gauze)를 제조하였다. 폴리마의 물성, 모노필라멘트의 특성, 제직성 및 스크린 평가결과가 표1에 나타나 있다.
[표1]
실험 No. 초성분의 폴리에틸렌옥사이드 첨가량(중량%) 초성분의 Tmax(℃) 파단강도(cN/dTex) 스컴의 발생 감광수지접착성 스크린사의 촌법안정성 비고
1 1.0 130 6.0 × × 비교예1
2 2.0 115 6.0 실시예1
3 6.0 108 6.0 실시예2
4 10.0 100 5.8 실시예3
5 12.0 91 5.6 × × 비교예2
비교예 1(실험No.1)에서는 폴리마의 변성도가 부족하여 제직성 및 감광수지접착성이 불량하게 되고 비교예 2(실험No. 5)에서는 과도한 폴리마변성으로 유연도가 과도하게 되어 스컴발생 및 스크린의 촌법안정성이 불량하여졌다. 한편 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3(실험No. 2 - 4)는 양호한 스컴의 평가, 감광수지접착성 및 스크린사의 촌법안정성이 부여되었다.
폴리에틸렌옥사이드의 첨가량을 5 중량%로 일정하도록 하고 착색도 및 수평균 분자량을 변화시킨 폴리에틸렌옥사이드를 공중합한 폴리에틸렌텔레프탈레이트폴리마를 초성분으로 사용하는 것 이외에는 실시예 1 과 동일한 방법으로 방사, 연신, 제직성을 평가한 결과를 표 2 에 나타내었다.
[표2]
실험 No. 초,공중합성분의 폴리에틸렌옥사이드 첨가량 초성분의 Tmax(℃) 파단강도(cN/dTex) 스컴의 발생 감광수지접착성 스크린사의 촌법안정성 비고
착색도 수평균분자량
6 10 1000 110 6.2 실시예4
7 25 1000 110 6.0 실시예5
8 25 200 113 5.9 × × 비교예3
9 25 6000 110 5.5 × × 비교예4
10 40 1000 110 5.3 × × 비교예5
본 발명범위외의 평균분자량을 가진 폴리에틸렌옥사이드를 사용한 비교예 3(실험No.8) 및 비교예 4(실험No. 9)는 폴리마의 물성이 저하된 결과, 또한 본 발명범위외의 착색도를 가진 폴리에틸렌옥사이드를 사용한 비교예 5(실험No. 10)은 폴리마가 착색열화된 결과, 스컴평가 및 스크린의 촌법안정성이 불량하여졌다. 한편 본 발명에 따른 실시예 4, 5(실험No. 6, 7)는 스컴의 평가, 및 스크린의 촌법안정성이 양호하게 되었다.
IV가 0.75인 폴리에틸렌 테레프탈레이트폴리마를 심성분으로 하고 가열후 APHA 25, 수평균 분자량 1000 의 폴리에틸렌 옥사이드 5 중량%를 첨가한 공중합 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 초성분으로 하여 심:초의 복합비를 변화시킨 모노필라멘트를 실시예 1 이 방법에 준하여 방사, 연신, 제직하여 평가하였다. 결과를 표3에 나타내었다.
[표3]
실험 No. 필라멘트의심:초 복합비 초성분의 Tmax(℃) 파단강도(cN/dTex) 스컴의 발생 감광수지접착성 스크린사의 촌법안정성 비고
11 40:60 110 5.1 × 비교예6
12 65:35 110 5.8 실시예6
13 85:15 110 6.4 실시예7
14 95:5 110 6.5 × × 비교예7
비교예 6(실험No. 11)은 파단강도 부족으로 사의 인장강력이 저하된 결과, 스크린의 촌법안정성이 불량하게 되고, 비교예 7(실험No. 14)는 제직시 초(sheath)층이 일시 파괴되어 심(芯)의 노출이 생기고, 스컴이 발생하여 제직성이 불량하였다. 한편 본 발명에 따른 실시예 6, 7(실험No. 12, 13)은 제직시 스컴발생이 없고 스크린의 촌법안정성도 양호하였다.
본 발명의 폴리에스테르로 된 심초형 모노필라멘트는 초성분으로서 우수한 물성을 부여한 공중합폴리에스테르를 사용하고 심성분으로서 모노필라멘트의 높은 인장강력등 우수한 역학적 특성을 부여한 폴리에스테르를 사용함으로서, 종래에 문제로 되었던 하이 메쉬스크린제직시의 스컴발생문제를 해소하고 감광수지접착성도 우수하며 스크린촌법안정성도 우수하여 양호한 인쇄정밀도를 가지는 스크린사(紗, gauze)를 공급할 수있게 되었다.

Claims (5)

  1. 심초복합형스크린사(紗, gauze)용 폴리에스테르모노필라멘트에 있어서, 초(sheath)성분이 175 ℃에서 1 시간가열후의 착색도(APHA)가 30 이하이고, 또한 수평균분자량이 300 내지 4000 인 폴리알킬렌 옥사이드를 폴리에스테르에 대하여 2 내지 10 중량%를 첨가하여 공중합한 폴리에스테르이고, 심 : 초의 면적비가 60 : 40 내지 90 : 10의 범위인 것을 특징으로 하는 스크린사(紗)용 폴리에스테르 모노필라멘트.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    단사의 섬도가 8 내지 22 dTex의 범위인 것을 특징으로 하는 상기 스크린사(紗)용 폴리에스테르 모노필라멘트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    파단신도가 15 내지 30 %, 파단강도가 5.7 cN/dTex이상인 것을 특징으로 하는 상기 스크린사(紗)용 폴리에스테르 모노필라멘트.
  5. 제 3 항에 있어서,
    파단신도가 15 내지 30 %, 파단강도가 5.7 cN/dTex이상인 것을 특징으로 하는 상기 스크린사(紗)용 폴리에스테르 모노필라멘트.
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