KR100589033B1 - 앤티도밍 코팅제 조성물 및 이를 포함하는 섀도우 마스크 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 바인더, 전자반사물질인 산화텅스텐, 비금속성의 오산화인을 주성분으로 포함하는 프리트 및 분산제를 포함하는 섀도우 마스크의 앤티도밍 코팅용 조성물에 관한 것이다.

본 발명에서는 종래 프리트 중에 포함되는 납 성분을 전혀 사용하지 않음으로써, 섀도우 마스크의 제조 과정에서 야기되는 증착 불량의 문제를 해소함과 동시에 환경 친화성을 개선시켰다.

Description

앤티도밍 코팅제 조성물 및 이를 포함하는 섀도우 마스크{Composition of Anti-doming Coating and Shadow Mask Containing the Same}

도 1은 일반적인 음극선관(CRT)의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 음극선관(CRT) 11 : 패널

12 : 펀넬 14 : 섀도우마스크

15: 전자총 16 : 편향요크

17 : 네크 18 : 콘(cone)

본 발명은 앤티도밍 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 CRT 방식의 섀도우마스크에 코팅되는 앤티도밍 조성물 및 이를 포함하는 섀도우마스크에 관한 것이다.

통상적으로 음극선관(Cathode Ray Tube, CRT, 10)은 도 1에 도시된 것과 같이, 높은 진공으로 배기되어 있는 패널(panel, 11), 펀넬(funnel, 12), 섀도우 마스크(14) 및 전자총(15) 등으로 구성되어 있다. 상기 패널(11)의 내면에는 적색, 녹색, 청색(R.G.B)으로 발광하는 발광체가 규칙적으로 도포되어 있는 형광막(11a)이 형성되어 있으며, 펀넬(12)은 깔때기 모양의 콘(cone, 18)과 전자총(15)이 삽입되는 네크(17)로 구성되어 있다. 외부에서 부여된 전압에 의해 생성된 열은 히터(미도시)에서 가열되고, 네크(17) 내부에 구비되어 있는 전자총(15)에 의하여 열전자로 방출된 전자빔은 형광막(11a)에 닿아 형광면을 발광시켜 화상을 만든다. 상기 전자총(15)에서 만들어진 전자빔은 CRT(10)의 콘(cone 18)상에서 서로 직각으로 배열된 2조의 편향요크(16) 사이를 통과할 때, 외부로부터 가해진 신호전압에 의해 편향되어 형광막(11a) 상의 휘점이 상하좌우로 이동하게 되어 상을 그린다. 이 때, 전자총(15)에서 발사된 3개의 전자빔은 지지스프핑(미도시)을 통하여 상기 패널(11)내부에 결합되는 섀도우 마스크(14)를 통과하게 되는데, 섀도우 마스크(14)에는 다수의 관통홀(14a)이 형성되어 있어 이를 통과한 전자빔은 형광막(11a)의 R.G.B 형광체에 도달하여 원하는 화상을 만들게 된다.

섀도우마스크(14)를 포함하는 CRT의 경우, 전자총(15)으로부터 조사된 전자빔의 약 20%만이 섀도우마스크(14)의 관통홀(14a)을 통과하여 형광막(11a)에 도달하며, 나머지 약 80%는 섀도우마스크(14)에 충돌하여 열을 발생시킨다. 이로 인하여 섀도우마스크(14)는 열 팽창하게 되고, 섀도우마스크(14) 내의 전자빔 관통홀(14a)의 위치가 이동되거나 평탄도를 유지하지 못하고 굴곡이 발생하게 되 고, 전자빔의 경로가 변경됨에 따라 발광위치가 바뀌게 되어 색상의 혼합이 일어나는 등의 화질저하가 야기되는 데, 이를 도밍(doming) 현상이라 한다.

종래, CRT 방식에 사용되는 섀도우마스크로는 A/K(aluminium-Killed)강을 주로 사용했는데, 이 A/K강의 열팽창계수는 약 11 × 10^-6/K이다. 따라서, A/K강에 비하여 열팽창계수가 적은 물질을 섀도우 마스크에 사용함으로써, 도밍현상을 줄일 수 있는데, 대표적으로 Fe-Ni 합금의 인바(Invar)강을 들 수 있다. 인바강의 열팽창계수는 A/K강의 1/10 수준이어서, 인바강으로 제조된 섀도우마스크는 전자빔의 충돌로 인한 온도 상승에도 거의 변형이 일어나지 않는다. 그러나, 인바강은 고가일 뿐 아니라, 그 제조에 있어서도 A/K강에 비하여 불리하다.

한편, 섀도우마스크 표면에 전자반사물질을 스프레이 코팅하거나 실크스크린 코팅 처리를 하여 관통홀의 변형을 방지하고자 하는 연구가 진행되고 있다. 이 중 스프레이 코팅 처리의 경우에는 코팅에 의하여 섀도우마스크에 형성된 관통홀의 일부가 막히는 현상이 발생하고 코팅면이 균일하지 못한 문제가 있다.

따라서, 최근에는 실크스크린 코팅에 의하여 섀도우마스크의 도밍 현상을 감소시키고 있는데, 종래 산화비스무스(Bi₂O₃)를 주성분으로 사용되는 것이 잘 알려져 있다. 이 방법에 의한 경우 기존의 스프레이코팅과 비교하여 도밍 현상을 크게 감소시킬 수 있는 것으로 보고되어 있으나, 비스무스는 고가의 금속이고, 관통홀의 막힘이 자주 발생하여 섀도우마스크의 불량원인이 되고 있다.

한편, 대한민국공개특허 제 1997-0063326호에서는 산화납(PbO)을 주성분으로 하는 유리원료물질(프리트, frit)을 포함하는 음극선과 섀도우마스크 인쇄용 조성물을 개시하고 있다. 그러나 상기와 같이 산화납을 주성분으로 포함하는 프리트는 융점이 460 ~ 480 ℃로서, 조성물 중의 다른 성분인 전자반사물질이나 전색제로 사용된 비이클에 비하여 상당히 높다. 따라서, 흑화 공정에서 프리트가 용융되어 섀도우마스크에 융착되기 전에 기 분해된 불황성 가스나 유기가스가 새도우마스크면에 침투되어 조성물의 막 탈락과 같은 융착 불량 현상이 일어난다. 또한, 중금속물질인 납 성분을 포함하고 있기 때문에 공정에서 유해한 납 성분이 배출되기 때문에 환경상의 문제점을 노출시키고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 섀도우마스크의 열팽창으로 야기되는 도밍 현상을 감소 또는 방지할 수 있는 새로운 앤티도밍 코팅제 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 섀도우마스크의 융착 불량의 문제를 해소하고, 환경 친화적인 앤티도밍 코팅제 조성물 및 이 조성물로 제작되는 CRT용 섀도우마스크를 제공하고자 하는 데 있다.

본 발명의 일 관점에 따르면, 에폭시 변형수지, 아크릴계 수지 또는 니트로 셀룰로스로 구성되는 비이클 7 ~ 11 중량%, 부틸케비톨 11 ~ 23 중량%, 오산화인을 주성분으로 하는 프리트 14 ~ 20 중량%, 산화텅스텐 45 ~ 65 중량% 및 분산제 1 ~ 2 중량%를 포함하는 섀도우마스크 인쇄용 앤티도밍 코팅제 조성물을 제공한다.

상기 프리트는 오산화인을 20 ~ 40 중량%로 포함하는 것을 특징으로 하고, 바람직하게는 상기 프리트의 융점은 340 ~ 370 ℃이다.

특히, 상기 분산제는 바람직하게는 폴리아미드 계열의 고분자 물질을 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 다른 관점에 따르면, 전자빔을 관통시키는 다수의 관통홀을 포함하는 섀도우마스크용 강판과, 상기한 앤티도밍 코팅제 조성물로 구성되는 코팅막을 포함하는 섀도우마스크를 제공한다.

상기 섀도우마스크는 A/K강 또는 인바강에 의하여 제조될 수 있으며, 21인치 내지 29인치 크기의 TV 모니터 등에 응용될 수 있다. 이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

기술한 것과 같이, CRT에 사용되는 섀도우프레임의 열팽창으로 인하여 전자총에서 조사된 전자빔이 형광막의 다른 위치로 이동되는 도밍 현상이 발생한다. 본 발명에서는 상기와 같은 도밍 현상을 감소 또는 억제할 수 있도록 섀도우마스크 인쇄용의 앤티도밍 코팅제 조성물로서, 일정한 점도 및 점성을 갖도록 하는 비이클 및 부틸카비톨과, 오산화인을 주성분으로 포함하는 프리트, 전자반사물질인 산화텅스텐 및 분산제를 포함한다.

상기 비이클은 본 발명에 따른 앤티도밍 코팅제 조성물에 점착성을 부여하기 위한 바인더로서, 섀도우마스크 인쇄용 앤티도밍 코팅제 조성물 중 7 ~ 11 중량%로 포함된다. 본 발명과 관련하여 사용될 수 있는 비이클로는 에폭시 수지, 아크릴계 수지 또는 니트로 셀룰로스로 등의 고분자 물질을 사용할 수 있다. 상기 에폭시 수지는 일반 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 노볼락형 (Novolac type) 에폭시 수지, 브롬화(brominated) 에폭시 수지, 또는 지환성(cycloaliphatic) 에폭시 수지, 고무 변형(Rubber Modified) 에폭시 수지, 지방족 폴리글리사이드형(aliphatic polyglycidyl type) 에폭시 수지 또는 글리사이드 아민형(glycydyl amine type) 에폭시 수지 등이 사용될 수 있다. 본 발명과 관련하여 2액형의 에폭시 수지를 사용할 수 있으나, 1액형의 변형 에폭시 수지를 사용하면 상온에서 사용할 수 있으므로 바람직하다. 한편, 아크릴 수지로는 폴리 알킬 아크릴레이트, 폴리 메타크릴레이트, 폴리 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트, 폴리 하이드록시알킬 아크릴레이트, 폴리 글리사이딜 메타크릴레이트 또는 폴리 아크릴아미드 등이 사용될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 상기 1액형 에폭시 변형수지는 내세정 효과를 위해 첨가되는 것이다.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 에폭시 수지, 아크릴 수지 및 니트로 셀룰로스 중에서 선택될 수 있는 상기 비이클은 전체 앤티도밍 코팅제 조성물 총 량에 대하여 7 ~ 11 중량%로 포함되는 것이 좋다. 만약 상기 비이클이 7 중량% 미만 이면 내세정 효과가 크게 떨어지고, 11 중량%를 넘게 되면 유기물이기 때문에, 흑화 공정에서 그을음이 너무 심해지기 때문이다.

한편, 본 발명에 따른 상기 부틸카비톨(butyl carbitol)은 수지용제로서, 바람직하게는 디에틸렌 글리콜 모노 엔 부틸 에테르(diethylene glycol mono-n-butyl ether)이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상기 부틸카비톨은 앤티도밍 코팅용 조성물 총 중량에 대하여 11 ~ 23 중량%로 포함된다. 상기 부틸카비톨이 11 중량% 미만이면 인쇄적성이 떨어지고, 23 중량%를 넘게 되면 점도가 떨어지는 문제가 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 전자반사물질로서의 산화텅스텐(WO₃)은 앤티도밍 조성물 총 중량에 대하여 45 ~ 65 중량%로 포함된다. 만약 산화텅스텐이 45 중량% 미만이면 도밍효과가 떨어지고, 65 중량%를 초과하면 흑화 공정에서 그을음이 많이 발생하기 때문이다. 한편, 본 발명에 따라 포함되는 전자반사물질인 산화텅스텐 대신에 카본, 망간산화물 등 열방사 계수가 큰 물질을 사용하여 열 방사효과를 극대화시킬 수 있다.

프리트(frit)는 용융접착제로서, 섀도우마스크의 표면에 코팅된 앤티도밍 조성물 중 상기 비이클 및 부틸카비톨 등의 유기물질은 흑화 공정을 통하여 날아가게 되는데, 잔류하는 프리트에 의하여 전자반사물질인 산화텅스텐을 섀도우마스크의 표면에 융착시킨다.

기술한 것과 같이, 종래의 앤티도밍 코팅제 중에 용융접착제로 사용되는 프리트로는 산화납을 주성분으로 포함하는 물질을 사용하였다. 일례로 대한민국공개특허공보 제 1997-63326호에서는 산화납 성분을 포함하는 프리트가 7 ~ 35 중량%로 포함되어 있는 음극선관 섀도우마스크 인쇄용 조성물을 개시하고 있다.

A/K강 또는 인바강으로 제조되는 CRT용 섀도우마스크는 앤티도밍 조성물이 스크린 인쇄된 후 포밍(forming), 세척 후에 250 ~ 650 ℃의 흑화로에 투입되거나 또는 무탈지 세척액 오일로 포밍되는 경우에는 세척공정을 생략한 채로 흑화로에 투입되는데, 흑화 공정에서는 불황성 가스가 주입된다. 통상 앤티도밍조성물 중에 포함되는 비이클 또는 전색제로 사용되는 수지는 유기물로서 300 ℃이하에서 열분해되고, 프리트는 그보다 높은 온도에서 용융이 되어 전자반사물질이나 열방사 물질을 섀도우마스크의 표면에 융착시키게 된다.

그런데, 상기 공개특허공보에 기술되어 있는 것과 같이 산화납을 주성분으로 하는 프리트의 경우에는 융점이 대략 460 ~ 480 ℃로서 비이클 등의 유기물질이 분해되는 온도보다 상당히 높기 때문에, 산화납을 주성분으로 하는 프리트가 용융되어 섀도우마스크에 융착되기 전에 열분해된 유기물질 가스 또는 흑화공정에 사용된 불활성 가스가 섀도우마스크의 표면으로 침투하고, 유기물질 가스 또는 불활성 가스가 침투한 상면으로 프리트의 용융이 일어나게 되어 프리트가 섀도우마스크의 표면에 제대로 융착되지 못하는 융착 불량, 즉, 조성물의 막탈락 불량이 발생하게 된 다. 더욱이, 프리트의 주성분으로서 산화납을 포함하고 있기 때문에, 흑화 공정에서 방출되는 가스에는 중금속 성분인 납을 다량 함유하게 되어 공정 환경에 악영향을 끼치게 된다.

따라서, 본 발명에서는 상기와 같은 문제점을 가지고 있는 산화납성분을 전혀 포함하지 않고, 비금속무기물질인 오산화인(P₂O₅)을 주성분으로 포함하고 있는 프리트를 앤티도밍 조성물 중에 포함하고 있다. 본 발명의 사용되는 프리트는 전체 앤티도밍 코팅제 조성물 총량에 대하여 14 ~ 20 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 프리트가 14 중량% 미만인 경우에는 융착 효과가 저하되어 코팅의 피막박리가 일어나고, 20 중량%를 넘는 경우에는 과도한 유기질로 도밍효과가 크게 떨어지기 때문이다.

또한, 본 발명에 사용되는 프리트 중에 상기 오산화인 성분은 대략 20 ~ 40 중량%로 포함되고 다른 산화물을 포함할 수 있다. 바람직하게는 산화나트륨(Na₂O) 또는 산화리튬(Li₂O)과 같은 알칼리금속 산화물, 불소(F₂), 산화붕소(B₂ O₃), 알루미나(Al₂O₃), 산화니켈 및 산화규소(SiO₂) 성분 중 적어도 하나의 성분을 더욱 포함할 수 있다. 이와 같은 성분을 포함하고 있는 물질로는 일본 토마텍(TOMATEC)사의 "01-4012M" 시리즈 (예를 들어 01-4012M (XD-9AM)), 또는 일본 토마텍사의 "15-3753M" 시리즈의 유리 충진제(glass filler)가 있다.

특히, 본 발명과 관련하여 프리트로서 종래 사용되던 산화납 대신에 비금속 무기물질인 오산화인을 주성분으로 포함함으로써, 프리트의 융점을 낮출 수 있어, 흑화 공정에서 프리트가 융착되기 전에, 기 분해된 유기가스 또는 불활성 가스가 섀도우마스크의 표면에 먼저 융착됨으로써 야기되는 융착 불량의 문제를 해결할 수 있다. 본 발명의 섀도우마스크의 앤티도밍 코팅제 조성물 중에 포함되는 프리트의 융점은 바람직하게는 340 ~ 370 ℃이다.

특히, 본 발명의 바람직한 양태에 따라 프리트 중에 포함될 수 있는 성분 중 상기 알루미나 또는 산화니켈은 충진제로서 흑화시 그을음을 감소시키는 역할을 수행하는 것으로, 상기 프리트 중에 10 ~ 20 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 알루미나의 양이 이보다 많으면 도밍효과가 크게 떨어지고, 너무 적으면 흑화 공정에서 충진 효과가 거의 없기 때문이다.

한편, 본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 상기한 섀도우마스크용 앤티도밍 코팅제 조성물에 분산제를 더욱 포함할 수 있다. 상기 분산제는 전체 앤티도밍 조성물 총량에 대하여 1 ~ 2 중량%로 포함되어 앤티도밍 조성물의 인쇄적성을 향상시킬 수 있다. 본 발명에 포함될 수 있는 분산제는 바람직하게는 폴리아미드 계열의 고분자 물질이고, 보다 바람직하게는 불포화 폴리아미드 계열의 고분자 물질이다. 본 발명에서 사용될 수 있는 불포화 폴리아미드 계열의 고분자 물질에는 불포화 지방산과 폴리아민의 축합 반응에 의해서 형성되는 불포화 지방족 폴리아미드 또는 방향족 폴리아미드(아라미드)가 있고, 보다 구체적으로는 하이드록시알킬아크릴아미드와 같은 다양한 관능기에 의하여 치환되거나 치환되지 않은 불포화 지방족 폴리아크릴아미드 또는 치환되지 않거나 다양한 관능기에 의하여 곁사슬이 치환되어 있는 방향족 폴리아미드가 있다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 상세하게 설명하기 위한 실시예에 불과할 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 결코 아니다.

실시예 1

부틸카비톨 170 g 을 스테인레스스틸 용기에 투입한 후에 1액형 에폭시 수지 100 g 을 투입하고 약 30분 동안 교반하여 상기 에폭시 수지를 부틸카비톨과 완전히 혼합하였다. 이어서, 산화텅스텐 580 g을 서서히 상기 혼합물에 적가하고 오산화인(P₂O₅)이 포함되어 있는 일본 토마텍사의 01-4012M (XD-9AM) 140 g 을 프리트로서 적가한 후, 분산제 10 g 을 적가하였다. 모든 원료가 혼합된 후에 약 1시간 30분 가량 믹싱하여 원료 물질이 균질하게 혼합될 수 있도록 하였다. 이어서 분산기인 "Tree-Roll Mill(3본 밀)을 사용하여 여러 번 분산시켜 섀도우마스크용 앤티도밍 코팅제 조성물을 제조하였다.

실시예 2

본 실시예에서는 부틸카비톨 230 g, 1액형 에폭시 수지 110 g, 산화텅스텐 450 g, 오산화인을 포함하고 있는 프리트 200 g, 분산제 10 g 을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차와 방법에 따라 앤티도밍 코팅제 조성물을 제조하였다.

실시예 3

본 실시예에서는 부틸카비톨 110 g, 1액형 에폭시 변형수지 70 g, 산화텅스텐 650 g, 프리트 160 g, 분산제 10 g 을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 절차와 방법에 따라 앤티도밍 코팅제 조성물을 제조하였다.

실시예 4

본 실시예에서는 1액형 에폭시 변형수지 대신에 아크릴계 수지를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 절차와 방법에 따라 앤티도밍 코팅제 조성물을 제조하였다.

실시예 5

본 실시예에서는 1액형 에폭시 변형수지 대신에 니트로 셀룰로스를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 절차와 방법에 따라 앤티도밍 코팅제 조성물을 제조하였다.

비교예 1

대한민국공개특허 제 1997-63326호의 실시예 2에 개시되어 있는 것과 같이, 테르피네올, 에틸 셀룰로스 및 부틸카비톨의 혼합물인 전색제 36 중량%, 이산화티탄, 산화규소, 산화납 및 이산화지르코늄으로 구성된 유리원료물질인 프리트 13 중량%, 탄화텅스텐 및 산화텅스텐 51 중량%를 충분히 혼합한 앤티도밍 코팅제 조성물 을 제조하였다.

비교예 2

본 실시예에서는 에틸 셀룰로스 대신에 에폭시계 수지를 사용한 것을 제외하고는 상기 비교 실시예 1과 동일한 절차와 방법에 따라 앤티도밍 코팅제 조성물을 제조하였다.

실험예

본 실험예에서는 상기 실시예 및 비교 실시예에서 제조된 조성물을 스크린 인쇄한 후에 포밍 공정 및 흑화 공정을 실시하였다. 흑화 공정에서의 공정 온도는 250 ~ 650 ℃로 유지하였다. 비교를 위해서 섀도우마스크에 앤티도밍 조성물 코팅 처리를 하지 않은 섀도우마스크 역시 제조하였다. 하기 표 1에서는 상기 실시예, 비교실시예에 따라 21인치 AK강으로 제조된 섀도우마스크의 표면에 각각의 조성물을 코팅한 경우와, 아무런 앤티도밍 처리를 하지 않은 섀도우마스크에서 도밍량과 감소된 도밍량을 표시하였다.

표 1에서 알 수 있는 것과 같이, 본 발명에 따른 앤티도밍 코팅제 조성물을 코팅처리를 하지 않은 경우와 비교할 때 최대 60 %까지 도밍량을 감소시켰으며, 종래 산화납을 주성분으로 포함하는 코팅제 조성물과 비교하여도 25% 가량 도밍현상을 억제할 수 있음을 확인하였다.

표 1

실시예	최대 도밍량*(㎛)	도밍량 감소 (%)
Non-coating	100	0
실시예 1	40	60
실시예 2	45	55
실시예 3	45	55
실시예 4	43	57
실시예 5	45	55
비교예 1	55	45
비교예 2	50	50

^* : 21인치 AK강 섀도우마스크로 측정

본 발명에 따른 섀도우마스크용 앤티도밍 코팅제는 전자빔의 충돌에 따라 섀도우마스크의 열팽창으로 인한 도밍현상을 크게 억제할 수 있다.

또한, 종래 프리트로 사용되는 산화납 성분 대신에 비금속 성분인 오산화인을 주성분으로 포함하여 흑화 공정을 통해서 배출되는 중금속의 납 성분으로 인한 공정환경을 개선시켰다.

Claims (4)

1. 에폭시 변형수지, 아크릴계 수지 또는 니트로 셀룰로스로 구성되는 비이클 7 ~ 11 중량%, 부틸카비톨 11 ~ 23 중량%, 오산화인을 주성분으로 하는 프리트 14 ~ 20 중량%, 산화텅스텐 45 ~ 65 중량% 및 분산제 1 ~ 2 중량%를 포함하는 섀도우마스크 인쇄용 앤티도밍 코팅제 조성물.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 오산화인은 상기 프리트 총량을 기준으로 20 ~ 40 중량%로 포함하는 앤티도밍 코팅제 조성물.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 프리트는 융점이 340 ~ 370 ℃인 앤티도밍 코팅제 조성물.
4. 전자빔을 관통시키는 다수의 관통홀을 포함하는 섀도우 마스크용 강판과,

   제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항의 앤티도밍 코팅제 조성물로 구성되는 코팅막

   을 포함하는 섀도우 마스크.

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