KR100925358B1 - 온열매트 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 온열매트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하부부직포층과, 상기 하부부직포층 상부에 배치되는 활성탄소섬유발열체와, 상기 활성탄소섬유발열체에 연결되어, 활성탄소섬유발열체에서 발생하는 발열온도를 제어하는 컨트롤러와, 상기 하부부직포층의 가장자리에 접착제가 도포되고, 그 위로 상기 하부부직포층과 동일 크기로 겹치도록 하여 가압에 의해 접착결합되는 상부부직포층과, 상기 접착결합에 의해 일체화된 발열체를 넣어 감싸는 외피로 이루어진 것으로, 상기 접착제는 상기 접착제는 소수성 단량체와 친수성 단량체를 동비율로 합성한 저분자량의 고분자 유화제와, 키토산과 젤라틴을 블렌딩한 혼합물과, 초산과, 증류수의 혼합으로 조성된 것으로, 활성탄소섬유발열체로부터 발생한 열에 의하더라도 온열매트에 도포된 접착제로부터 유해물질이 발생하지 않고, 활성탄소섬유로 부터 원적외선을 방사하게 되므로 사용자의 피로 회복은 물론이고 인체의 신진대사를 촉진시키게 되는 효과를 갖는 온열매트에 관한 것이다.
온열매트, 부직포, 발열체, 접착, 원적외선, 보온, 결합. 활성탄소
Description
본 발명은 활성탄소섬유발열체에 의한 원적외선 방사기능과 열에 의하더라도 유해 물질이 발산되지 않는 온열매트에 관한 것이다.
일반적으로 전원의 인가에 따라 발생하는 전기저항에 의한 발열작용을 이용하여 전체적으로 온도를 높이는 면상발열체가 개발되어 차량용 시트(seat), 침대 또는 가정용 전기 매트(mat) 등으로 널리 이용되고 있다.
상기 종래의 면상발열체의 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 일정 간격으로 직렬로 배열된 저항체인 발열선(8)과, 그 발열선(8) 양 측단이 전원선(6)의 끝단에 연결되고, 상기 전원선(6)은 전원을 인가받는 콘센트(2) 및 온도조절장치(4)와 상호 연결되어 있어 상기 콘센트(2) 및 온도조절장치(4)를 통하여 전원을 공급받으면 면상발열체의 온도가 상승하는 구조로 이루어져 있다.
그러나 이와 같은 종래의 면상발열체의 경우, 발열선(8)이 배열된 위치를 지 속적으로 가압하거나, 굴곡되게 접을 경우, 발열선(8)의 일부가 늘어나거나 단선되면서 발열선(8) 전체의 저항치가 하강하여 발열 성능이 현저히 저하되는 치명적인 결함을 갖고 있었다.
그러나, 이와 같은 문제를 해결하기 위해, 대한민국 등록특허 10-0689101(등록일자 2007.02.23)호의 '면상발열체를 채용한 발열매트'에서는 종래의 다열 배설된 발열선의 양측단을 가로 질러 직조되는 급전금속사의 어느 한쪽 중앙부를 격리구로 분리하여 발열선과 외부전원으로 구성되는 전기회로가 병렬 구성하도록 함으로써, 종래의 면상발열체에 비해 전력소비가 적고 발열선 전체가 균일하게 발열되는 효과를 갖지만, 다열발열선이 섬유와 씨줄과 날줄로 직조된 구조로 이루어져 있어 작업공정이 번거롭게 되므로 다열발열선의 생산성이 떨어지게 되고, 비교적 가느다란 다열발열선(직경 0.08mm)이 섬유와 함께 직조되어 감싸지는 구조로 되어 있어 종래의 면상발열체보다는 발열선이 끊어지지 않으나, 발열선이 가느다란 직경으로 이루어져 있어 장기간 면상발열체를 반복 굴곡된 상태로 사용하면 결국 가느다란 발열선이 끊어지게 되며, 급전금속사에 별도의 격리구를 형성함에 따라 생산공정이 번거로워 작업공수가 늘어나 생산원가가 상승하고, 온도조절장치에 고장이 발생되어 기능을 상실하는 경우에는 외부 전원선을 통하여 인가되는 전원의 공급을 차단하는 기능이 없어 과열로 인한 화상 또는 화재가 발생하는 치명적인 결함을 갖으며, 다열발열선의 발열에 따른 보온기능 외에는 다른 기능을 갖지 못하여 소비자의 욕구를 충족시키는데 한계가 있었다.
이에 대해, 대한민국공개특허 제2005-7887호(2005.01.21)에서는 상하부 부직포, 활성탄소섬유체, 전극, 와이어, 외피 등에 의해 구성되는 기재시트 사이에 활성탄섬유 다공성 발열체를 접착층을 이용하여 발열체의 끊어짐을 방지하는 발열체로서, 굴곡이나 접힘시 단락이 방지되는 효과를 가지고 있으나, 상기 제2005-7887호를 포함하여 대부분의 제품들이 공업용 접착제를 사용하여 제품을 생산함으로써, 발열체의 발열과정에서 열에 의해 접착제로부터 유해물질이 발생할 우려가 있고, 상기 제2005-7887호의 활성탄소섬유발열체는 표면적이 작아 부스러져 제품의 제작이 용이하지 않은 단점을 갖고 있었다.
상기의 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 상·하 부직포 층 사이에 설치되는 활성탄소섬유발열체에서 발생하는 열에 의하더라도 유해물질이 발산되지 않는 접착제를 사용하여 상기 상·하 부직포를 접착하고, 상기 활성탄소섬유발열체로부터 원적외선 방사효율을 최대화함과 동시에 단락현상을 배제할 수 있는 온열매트를 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 하부부직포층과
상기 하부부직포층 상부에 배치되는 활성탄소섬유발열체와,
상기 활성탄소섬유발열체에서 발생하는 발열온도를 제어하는 컨트롤러와,
상기 하부부직포층의 가장자리에 접착제가 도포되고, 그 위로 상기 하부부직포층과 동일 크기로 겹치도록 하여 가압에 의해 접착결합되는 상부부직포층과,
상기 접착결합에 의해 일체화된 온열매트발열체를 넣어 감싸는 외피로 이루어진 것으로,
상기 접착제는 소수성 단량체인 에틸아크릴레이트(ethyl acrylate)와 친수성 단량체인 아크릴산(acrylic acid)을 1:1 중량비율로 합성한 저분자량의 고분자 유화제 1 ~ 4wt%와, 키토산과 젤리강도(jelly strength)가 250 bloom인 젤라틴을 3:7 중량비율로 블렌딩한 혼합물 0.5 ~ 3.5wt%와, 초산 0.6 ~ 2.5wt%와, 증류수(distilled water) 92 ~ 95wt%의 혼합으로 조성된 것임을 특징으로 하는 온열매트를 주요 기술적 구성으로 한다.
그리고, 상기 활성탄소섬유발열체는 섬유와 활성탄소의 혼합 중량비율이 20:80인 것으로, 상기 섬유는 비표면적이 1,600 ~ 2,500 ㎡/g이고, 체적이 0.05 ~ 0.25 g/㎤인 것을 특징으로 한다.
상기 접착제는 상기 활성탄소섬유발열체의 발열온도에도 유해물질을 발산하지 않음으로써, 종래 공업용 접착제의 사용에 의한 유해물질 발산 문제를 해결할 수 있다.
상기 고분자 유화제 내수성과 저장안정성 기능을 갖는 것으로, 1wt% 미만인 경우에는 접착제의 저장안정성이 떨어지고, 4wt%를 초과하게 되는 경우에는 접착기능이 떨어지고, 유연성(flexibility) 및 무름정도(softness)가 낮아지는 단점을 갖으므로, 상기 고분자 유화제는 접착제 전체 조성물에 대해 1 ~ 4wt%의 범위 내에서사용하는 것이 바람직하다.
상기 키토산과 젤리강도(jelly strength)가 250 bloom인 젤라틴을 3:7 중량비율로 블렌딩한 혼합물 0.5 ~ 3.5wt%를 사용하며, 이때 키토산은 증류수에 대한 용해성이 떨어지기 때문에 용액 형태로 제조하여 사용한다.
상기 키토산 용액은 키토산 65 ~ 75wt%에 가소제인 글리세롤(glycerol) 25 ~ 35wt%를 첨가한 혼합물에 2%(v/v) 아세트산(acetic acid) 용액을 상기 혼합물의 중량대비 25 ~ 30배로 채운 후, 82 ~ 85℃로 가열교반 시켜 제조된 것을 특징으로 한다.
상기 키토산과 젤라틴의 블렌딩 혼합물의 사용량이 0.5wt% 미만인 경우에는 접착제의 접착력이 떨어지고, 3.5wt%를 초과하게 되는 경우에는 접착제의 저장 안정성에 문제가 있을 수 있으므로, 상기 키토산과 젤라틴의 블렌딩 혼합물의 사용량은 접착제 전체 조성물에 대해 0.5 ~ 3.5wt%의 범위 내에서사용하는 것이 바람직하다.
상기 초산과 증류수(distilled water)는 용매로 사용되는 것으로, 상기 초산이 0.6wt% 미만으로 사용하게 되는 경우에는 균일한 접착제의 제조가 용이하지 않 고, 2.5wt%를 초과하게 되는 경우에는 용매냄새가 장시간 지속되는 문제가 있으므로, 상기 초산은 접착제 전체 조성물에 대해 0.6 ~ 2.5wt%의 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.
상기 증류수(distilled water)의 사용범위는 저분자량의 고분자 유화제, 키토산과 젤라틴의 혼합물, 초산의 적절한 배합에 의한 접착제의 제조가 용이하도록 정한 범위로서, 접착제 전체 조성물에 대해 92 ~ 95wt%wt%의 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 온열매트는 인체에 무해하고 결합력이 강한 접착제를 사용함으로써, 온열매트의 견고한 결합과 동시에 활성탄소섬유발열체로부터 발생한 열에 의하더라도 접착제로부터 유해물질의 발생하지 않는다.
그리고, 상기 활성탄소섬유발열체는 섬유 및 활성탄소의 비율이 20 : 80이고, 섬유의 체적이 0.05 ~ 0.25g/㎤로서 공극을 최대함으로써, 최적의 상태에서 활성탄소로부터 최대의 발열효과를 얻을 수 있으며, 활성탄소에서 많은 양(90％ 이상)의 원적외선을 방사하게 되므로 사용자의 피로 회복은 물론이고 인체의 신진대사를 촉진시키게 되는 효과도 얻게 된다.
이하, 상기의 기술적 구성에 대한 구체적인 내용을 도면과 함께 살펴보고자 한다.
도 1은 앞서 살펴본 바와 같이, 종래의 면상발열체를 이용한 발열매트의 평면도를 나타낸 것으로, 도 2 내지 도 9는 본 발명에 따른 도면으로서, 이하, 상기 도 2 내지 도 9와 함께 구체적인 기술 내용을 살펴보고자 한다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 온열매트를 도시하고 있는 것으로, 도 2는 본 발명에 따른 온열매트의 분해상태를 보인 분해사시도를, 도 3은 본 발명에 따른 온열매트의 결합상태를 보인 결합사시도를, 도 4는 본 발명에 따른 온열매트의 측단면도를 각각 보이고 있다.
본 발명의 온열매트는 보온성, 내열성 및 쿠션기능을 동시에 갖도록 두께가 5 ~ 8mm인 하부부직포층(10)의 상부로 얇은 띠 형태의 활성탄소섬유발열체(20)가 일정 간격으로 복수 개 배치된다.
그리고, 상기 하부부직포층(10)의 활성탄소섬유발열체(20)가 부착될 지점에는 패턴(pattern)을 형성함으로써, 비숙련공이더라도 상기 하부부직포층(10)의 상면에 복수 개의 활성탄소섬유발열체(20)를 빠른 시간 내에 정확히 배열하여 부착시킬 수 있다.
상기 활성탄소섬유발열체(20)는 도 5에 도시된 바와 같이, 무수히 많은 미세 공간(21)을 갖도록 무작위로 직조된 섬유(22)에 미세 활성탄소(23)가 알갱이 형태로 달라붙어 있는 구조를 갖는다.
따라서 섬유(22)에 달라 붙은 활성탄소(23)가 전도체 역할을 하는 과정에서 활성탄소섬유발열체(20)가 반복적으로 굴곡되더라도 발열기능을 갖는 활성탄소섬유발열체(20)가 섬유 재질로 이루어져 있어 끊어지는 현상을 미연에 방지할 수 있게 된다.
상기 활성탄소섬유발열체(20)는 섬유와 활성탄소의 비율이 중량비율로 20 : 80이고, 섬유의 비표면적은 1600㎡/g ~ 2500㎡/g이며, 체적은 1.5g/㎤ 이하로서, 상기 체적은 바람직하게는 0.01 ~ 0.6g/㎤이고, 더욱 바람직하게는 0.05 ~ 0.25g/㎤인 것으로서, 이는 섬유(22)의 체적이 작을수록 공극이 커지므로 발열효율을 증대시키기 때문이다.
상기 하부부직포층(10)의 상면에 일정 간격으로 배열되는 활성탄소섬유발열체(20)의 양단에는 도 2, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 활성탄소섬유발열체에 전원을 인가하는 판상의 도전체(31)가 직렬 또는 병렬로 연결되어 있고, 상기 판상의 도전체(31)에 음(-)전원과 양(+) 전원을 인가하는 전원선(32)이 각각 연결되어 있어 상기 전원선(32)을 통해 도전체(31)에 전원이 인가됨에 따라 활성탄소섬유발열체(20)가 발열되도록 하는 구성을 갖는다.
그리고, 상기 활성탄소섬유발열체(20)의 양단에 고정되는 도전체(31)는 도 2에 도시된 바와 같이, 직렬로 연결될 수 있지만, 소비전력을 줄이면서 성능을 향상시킬 수 있도록 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 병렬로 연결하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 전원선(32)은 활성탄소섬유발열체(20)의 발열온도를 제어하는 플러그(35)를 갖는 컨트롤러(30)에 연결되어 있고 하부부직포층(10)의 임의의 지점에는 상기 컨트롤러(30)의 구동을 제어하는 센서(33)가 설치되어 있으며, 하부부직포층(10) 상면에 배치된 활성탄소섬유발열체(20), 전원선(32) 및 센서(33)는 상기 하부부직포층(10)의 가장자리에 도포되는 접착제에 의해 접착되는 상기 하부부직포층(10)과 동일 한 크기의 상부부직포층(40)과 일체로 되어 온열매트발열체(50)를 구성한다. 그리고, 상기 온열매트발열체(50)는 외피(60)에 의해 착탈 가능하게 감싸지도록 구성된다.
상기 하부부직포층(10)의 상면에 상부부직포층(40)를 접착 고정하기 위해 사용하는 접착제는 일반적으로 사용하는 공업용 접착제를 사용하지 않고, 인체에 무해한 접착제를 사용한다.
이와 같은 인체에 무해한 접착제를 사용하는 이유는 본 발명의 목적과도 관련된 기술구성으로서, 상기 온열매트발열체(50)에서 발열할 경우, 하부부직포층(10)과 상부부직포층(40)의 결합면에 도포되어 있는 접착제로부터 휘발성 유해물 질이 발생하여 건강에 악영향을 끼치게 되기 때문이다.
따라서, 본 발명에서 사용하는 접착제는 인체에 무해한 것을 사용하며, 그 접착제의 구체적인 예를 살펴보면 다음과 같다.
실시 예 1
상기 접착제는 소수성 단량체인 에틸아크릴레이트(ethyl acrylate)와 친수성 단량체인 아크릴산(acrylic acid)을 1:1 중량비율로 합성한 저분자량의 고분자 유화제 1g과, 키토산과 젤리강도(jelly strength)가 250 bloom인 젤라틴을 3:7 중량비율로 블렌딩한 혼합물 2g과, 초산 2g와, 증류수(distilled water) 95g을 혼합하여 제조한다.
그리고, 상기 키토산은 650mg에 가소제인 글리세롤(glycerol) 350mg을 첨가한 후 여기에 26g의 2%(v/v) 아세트산(acetic acid) 용액을 채워 제조한 키토산 용액을 사용한다.
또한, 컨트롤러(30) 고장 시 도전체도전체(31)에 인가되는 전원을 자동으로 차단하는 안전센서(34)를 상기 전원선(32) 상에 설치하면 온열매트(1)를 사용하는 과정에서 컨트롤러(30)에 고장이 발생하더라도 상기 안전센서(34)가 이를 감지하여 도전체(31) 측으로 인가되는 전원을 자동으로 차단하게 되므로 온열매트(1)의 과열로 인한 사용자의 화상 또는 화재의 발생을 미연에 방지할 수 있다.
본 발명의 온열매트(1)의 작용관계를 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 하부부직포층(10)의 상면에 형성된 패턴에 활성탄소섬유발열체(20)를 차례로 배열하여 부착한 다음 상기 활성탄소섬유발열체(20)의 양단에 도전체(31), 구체적으로는 구리박판을 고정한다.
이와 같이 구리박판이 고정된 상태에서, 컨트롤러(30)에 연결되어 있던 전원선(32)을 도전체(31)에 납땜 고정하며, 이 때 컨트롤러(30)에 연결되어 있던 센서(33)를 하부부직포층(10)에 부착된 활성탄소섬유발열체(20)를 벗어난 임의의 위치에 고정하여 컨트롤러(30)에 설정된 온도 이상으로 온열매트가 발열하면 센서(33)가 이를 감지하여 전원의 공급을 자동으로 차단하였다가 온열매트(1)가 다시 차가워지는 경우, 이를 센서(33)가 컨트롤러(30)에 설정된 온도보다 낮은 온도임을 감지하게 되고, 다시 컨트롤러(30)에서 전원을 자동으로 공급되도록 한다.
이와 동시에 도전체(31)의 일측에 연결되는 전원선 상에는 안전을 고려하여 안전센서(34)를 설치할 수 있다.
상기한 바와 같이, 하부부직포층(10)의 상면에 복수 개의 활성탄소섬유발열체(20)를 일정 간격으로 배치함과 동시에 그 양단에 도전체(31)를 고정한 다음 전원선(32), 센서(33) 및 안전센서(34)를 설치한 후에는 이들을 보호하기 위해 하부부직포층(10)과 동일한 크기 및 두께의 상부부직포층(40)을 부착한다.
이를 위해, 하부부직포층(10)의 가장자리를 따라 접착제를 고루 도포한 다음 상부부직포층(40)를 덧대어 압력을 가해 하부부직포층(10)와 상부부직포층(40)이 기밀을 유지하며 일체화되어 온열매트발열체(50)가 완성됨으로써, 그 사이에 위치된 활성탄소섬유발열체(20), 도전체(31), 전원선(32), 센서(33) 및 안전센서(34)를 안전하게 보호할 수 있다.
이와 같이, 온열매트발열체(50)의 제조가 완료되면 천으로 이루어진 외피(60)의 내부에 상기 온열매트발열체(50)를 넣어 감싼다. 상기 외피(60)는 일 측이 개방된 형태로 개구부는 지퍼 또는 슬라이드 파스너 등을 이용하여 개폐되도록 함으로써, 외피(60)가 오염될 때 온열매트발열체(50)로부터 상기 외피(60)를 쉽게 분리함으로써 세탁이 용이하다는 장점을 갖는다.
상기한 절차를 따라 제조하여 완성된 온열매트는 침대, 쇼파 등 원하는 장소에 펼치고, 펼쳐진 상태에서 플러그(35)를 콘센트(도시는 생략함)에 꽂아 전원선(32)을 통해 도전체(31)측으로 전원이 공급되고, 이에 따라 활성탄소섬유발열체(20)가 전기저항에 의해 발열하게 되므로 온열매트가 따뜻해지게 된다.
상기 온열매트(1)의 발열온도는 컨트롤러(30)에 설정된 온도를 온열매트발열체(50)의 내부에 위치되게 설치된 센서(33)가 감지함에 따라 일정하게 유지시킬 수 있게 된다.
상기한 바와 같은 동작으로 온열매트(1)에서 발열이 이루어지면 활성탄소섬유발열체(20)의 섬유(22)에 달라붙은 미세 알갱이 형태의 활성탄소(23)에서 원적외선을 방사하게 되는데, 표 1의 시험결과와 도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이 원적외선 방사율이 90％ 이상으로 안정되게 방사됨을 알 수 있어 사용자의 피로 회복은 물론이고 인체의 신진대사를 촉진시킬 수 있다.
| 시험 항목 | 시험 결과 | 시험 방법 | |
| 원적외선 방출량 (50℃) | 방사율 (5 ~ 20㎛) | 0.917 | KICM-FIR-1005 |
| 방사에너지 ( W/㎡) | 4.26 × 102 | ||
(상기 표 1의 시험결과는 FT-IR 스팩트로메타(spectrometer)를 이용한 Black Body 대비 측정 결과임.)
도 1은 본 발명은 종래의 면상발열체를 이용한 발열매트의 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 온열매트의 분해상태를 보인 분해사시도.
도 3은 본 발명에 따른 온열매트의 결합상태를 보인 결합사시도.
도 4는 본 발명에 따른 온열매트의 측단면도.
도 5는 본 발명에 따른 활성탄소섬유발열체의 확대도.
도 6은 본 발명에 따른 온열매트의 도전체 연결상태를 보인 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 온열매트의 도전체 다른 연결상태를 보인 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 온열매트의 원적외선 방사 상태를 보인 그래프.
도 9는 본 발명에 따른 온열매트의 적외선 열화상 측정사진.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
1 : 온열매트
10: 하부부직포층
20: 활성탄소섬유발열체
30: 컨트롤러
40: 상부부직포층
50: 온열매트발열체
60: 외피
Claims (3)
- 하부부직포층(10)과상기 하부부직포층(10) 상부에 배치되는 활성탄소섬유발열체(20)와,상기 활성탄소섬유발열체(20)에서 발생하는 발열온도를 제어하는 컨트롤러(30)와,상기 하부부직포층(10)의 가장자리에, 소수성 단량체인 에틸아크릴레이트(ethyl acrylate)와 친수성 단량체인 아크릴산(acrylic acid)을 합성한 저분자량의 고분자 유화제와, 키토산과 젤라틴을 블렌딩한 혼합물과, 초산과, 증류수를 혼합하여 조성되는 접착제가 도포되고, 그 위로 상기 하부부직포층(10)과 동일 크기로 겹치도록 하여 가압에 의해 접착결합되는 상부부직포층(40)과,상기 접착결합에 의해 일체화된 온열매트발열체(50)를 넣어 감싸는 외피(60)로 이루어진 것에 있어서,상기 접착제는 소수성 단량체인 에틸아크릴레이트(ethyl acrylate)와 친수성 단량체인 아크릴산(acrylic acid)을 1:1 중량비율로 합성한 저분자량의 고분자 유화제 1 ~ 4wt%와,3%(v/v) 키토산 용액으로서, 키토산 65 ~ 75wt%에 가소제인 글리세롤(glycerol) 25 ~ 35wt%를 첨가한 혼합물에 2%(v/v) 아세트산(acetic acid) 용액을 상기 혼합물의 중량대비 25 ~ 30배로 채운 후, 82 ~ 85℃로 가열교반 시켜 제조된 키토산과 젤리강도(jelly strength)가 250 bloom인 젤라틴을 3:7 중량비율로 블렌딩한 혼합물 0.5 ~ 3.5wt%와, 초산 0.6 ~ 2.5wt%와, 증류수(distilled water) 92 ~ 95wt%의 혼합으로 조성된 것임을 특징으로 하는 온열매트.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,활성탄소섬유발열체는 섬유와 활성탄소의 혼합 중량비율이 20:80인 것으로, 상기 섬유는 비표면적이 1,600 ~ 2,500 ㎡/g이고, 체적이 0.05 ~ 0.25 g/㎤인 것임을 특징으로 하는 온열매트.
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