KR101156844B1 - 섬유 필라멘트사 혼방 스펀본드 부직포 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 장섬유 부직포 제조시 섬유 필라멘트사가 혼방되도록 함으로 인하여 우수한 형태 안정성과 외관 다양성을 지니며 강도, 신도를 포함하는 스펀본드 부직포의 물성이 획기적인 향상과 더불어 물성 편차가 최소화되어 스펀본드 부직포의 안정성과 외관성이 우수하게 제공되는 섬유 필라멘트사가 혼방된 스펀본드 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 상기 본 발명의 섬유 필라멘트사 혼방 스펀본드 부직포는 열가소성 폴리머를 용융방사한 필라멘트사와 미리 생산된 섬유 필라멘트사가 혼방되어 웹의 형태로 형성된 것임을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 섬유 필라멘트사 혼방 스펀본드 부직포는 통상의 부직포 제조공정에 섬유 필라멘트사를 혼방하므로 기본적인 스펀본드 부직포의 물성을 유지하면서 역학적 특성을 획기적으로 향상시킬 수 있었으며, 특히 다양한 섬유 필라멘트사의 혼방이 가능하므로 기존 스펀본드 공법에서 어려운 기능을 용이하게 부여할 수 있다.

부직포, 스펀본드, 필라멘트사, 니들펀칭, 열용융접착.

Description

섬유 필라멘트사 혼방 스펀본드 부직포 및 그 제조방법{Spunbond nonwoven mixed with fiber filament yarn and manufacturing method thereof}

본 발명은 섬유 필라멘트사 혼방 스펀본드 부직포 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 장섬유 부직포 제조시 섬유 필라멘트사가 혼방되도록 함으로 인하여 우수한 형태 안정성과 외관 다양성을 지니며 강도, 신도를 포함하는 스펀본드 부직포의 물성이 획기적인 향상과 더불어 물성 편차가 최소화되어 스펀본드 부직포의 안정성과 외관성이 우수하게 제공되는 섬유 필라멘트사가 혼방된 스펀본드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

종래의 통상적인 스펀본드 부직포 제조 방법은 열가소성 폴리머를 용융하여 일정한 크기의 오리피스를 통하여 방사하고 냉각과 연신을 통하여 섬유로서의 형상과 특성을 부여한 후 다수의 섬유를 다공성 스핀벨트 상에 적층하여 섬유 집합체인 웹을 형성하고, 이렇게 형성된 웹은 다양한 결합방법에 의해서 결합되어 형태 안정성과 부직포로서의 요구되어 지는 특성이 부여되어 진다.

또한, 종래의 방사성 장섬유 부직포 제조방법에 있어서 스펀본드 부직포의 역학적 특성, 특히 인장 강도를 향상시키기 위해서는 사용되는 원료를 개질하거나 또는 복합방사 및 복합구조를 이용하거나, 또 다른 수단으로 매우 높은 속도로 섬유의 많은 양의 물리적 연신이 필요하게 되는 등의 수단이나 공정을 필요로 하게 된다. 그런데, 이러한 수단이나 공정은 설비를 상당히 복잡하게 하여 과도한 투자가 필요하며, 더욱이 섬유 연신의 한계성에 이르게 되기 때문에 다양하고 많은 공정상의 문제점을 일으키는 원인이 되고 있다. 따라서, 결과적으로 종래의 공지된 스펀본드 부직포의 제조방법으로는 바람직한 특성을 갖는 장섬유 부직포를 생산하는 것이 어려웠다.

더욱이, 종래의 통상적인 스펀본드 부직포의 제조방법으로는 기존의 보유되고 있던 공기투과도, 기공사이즈 및 두께와 같은 부직포의 특성 변동 없이, 상기와 같이 요구되어 지는 역학적 특성인 강도와 신도를 향상시키는 것은 그동안 수많은 연구 및 노력에도 불구하고 해결책이 전혀 제시되고 있지 못하고 있는 실정이다.

한편, 상기와 같은 부직포의 역학적인 특성을 개선하기 위하여 다양한 연구들이 수행되고 그 개성방법들이 제안되어 왔는데, 예를 들어 대한민국 특허출원 제2000-7004061호는 강하고 흡수성 및 유연성이 있을 뿐만 아니라 텍스쳐드(textured) 외관을 갖는 와이핑 제품을 제공하기 위하여, "섬유상 성분 및 실질적으로 연속적인 필라멘트의 부직 층을 포함하는 수엉킴 웹을 제공하고; 웹의 적어도 한쪽 면에 결합제 물질을 가하고; 웹의 적어도 하나의 2차원 평면을 따라 웹을 압축시켜 두께를 증가시키고 텍스쳐를 부여하는 단계를 포함하는, 텍스쳐 드(textured) 복합 재료의 형성 방법"을 개시하고 있다.

그러나, 상기에 개시된 특허출원 발명은 단순히 섬유 상 성분 및 필라멘트의 부직 층을 포함하는 수엉킴 웹을 개시하는 것에 지나지 않으며, 상기한 바와 같이 부직포의 제조 기술분야에 있어서 개선이 요구되어 지고 있는 것으로, 기존의 특성을 유지하면서 부직포의 역학적 특성인 강도와 신도를 향상시키는 방법으로는 이용될 수 없을 뿐 아니라 이로부터 어떠한 방안을 안출할 수 있는 근거로도 되지 못하고 있어 상기한 종래의 문제점이 여전히 해결되지 못하고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명자 등은 상기한 바와 같이 종래로부터 해결방안이 모색되어 오고 있는, 스펀본드 부직포의 공기투과도, 기공사이즈 및 두께와 같은 특성 변동 없이 역학적 특성인 강도와 신도를 향상시킬 수 있는 방법에 대해 수많은 연구를 수행한 결과 이미 개발되어 생산되고 있는 수많은 종류 및 특성을 갖는 섬유 필라멘트사를 스펀본드 공법에 적용함으로서 다양한 특성과 효과를 얻을 수 있음을 밝혀내어 상기 문제점을 해결할 수 있었다.

본 발명의 목적은 열가성 폴리머를 용융방사하여 섬유집합체를 형성하고 열적 또는 기계적 결합을 통하여 스펀본드 부직포를 제조함에 있어서 종래 부직포의 고유한 특성을 해하지 않으면서 역학적 특성을 향상시키면서 더불어 미려한 외관성을 확보할 수 있는 우수한 특성을 갖는 신규한 스펀본드의 제조방법을 제공하기 위 한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 신규한 스펀본드 제조 방법에 의하여 제조된 우수한 특성을 갖는 스펀본드를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 또한 상기한 명확한 목적 이외에 이러한 목적 및 본 명세서의 전반적인 기술로부터 이 분야의 통상인에 의해 용이하게 도출될 수 있는 다른 목적을 달성함을 그 목적으로 할 수 있다.

상기한 본 발명의 목적은 통상의 섬유 필라멘트사를 스펀본드 부직포 생산 시 혼방하는 방법을 적용하므로 기존 방식의 스펀본드 부직포 대비 역학적 물성이 획기적으로 향상시킬 수 있었으며, 또한 섬유의 색상, 형상 및 구성에 따라 다양한 외관적 특성을 부여할 수 있어 달성되었다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 섬유 필라멘트사 혼방 스펀본드 부직포는;

열가소성 폴리머를 용융방사한 필라멘트사와 미리 생산된 섬유 필라멘트사가 혼방되어 웹의 형태로 형성된 것임을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 구성에 따르면, 상기 섬유 필라멘트는 전도성을 갖는 전도사, 향균 특성을 갖는 항균사 또는 난연성을 갖는 난연사에서 선택된 것임을 특징으로 한다.

상기 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 섬유 필라멘트사 혼방 스펀본드 부직포의 제조 방법은;

폴리올레핀계인 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 이의 복합 방사 또는 나일론, 폴리에스테르등 열 가소성 폴리머를 익스트루더에서 일정한 온도 조건하에서 용융시켜 얻은 용융 폴리머를 방사빔으로 방사하고 연신하여 스핀벨트에 집적하여 부직포를 제조하는 방법에 있어서,

상기 용융 폴리머의 결정화를 통한 강도 부여 및 일정한 직경을 갖는 필라멘트를 형성시키기 위해서 공기기류에 의한 냉각 및 하향 연신을 부여하고 스핀벨트 사에 집적되어 웹을 형성하게 되는데, 상기 폴리머 방사공정 이후 상기 웹 형성 이전의 공정에 섬유필라멘트사가 유입되도록 하여 용융 폴리머에 의해 형성된 스펀본드 필라멘트와 함께 이동되는 스핀벨트에 집적되어 웹을 형성하도록 함을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 구성에 따르면, 상기 스펀본드 제조방법에서 사용되는 공법은 도칸(Docan) 공법 또는 라이코필(Reicofil) 공법에서 선택된 하나를 사용하는 것임을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 섬유필라멘트사는 용융 폴리머에 의한 필라멘트사를 냉각하고 연신하기 위하여 측면에서 부여하는 공기기류와 함께 투입되도록 함을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 섬유 필라멘트사는 섬유 직경에 대 비하여 무한한 길이를 갖는 통상의 섬유임을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 섬유 필라멘트사는 방사된 필라멘트를 연신시키는 이젝터에서 혼방시키는 것임을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 제조방법은 통상의 용융방사 스펀본드 공법에서 형성된 필라멘트사와 섬유 스핀닝 공법(Spinning)에서 형성된 섬유 필라멘트사가 스펀본드 공정 내에서 혼합되어 제조됨을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 섬유 필라멘트사 혼방 스펀본드 부직포는 통상의 부직포 제조공정에 섬유 필라멘트사를 혼방하므로 기본적인 스펀본드 부직포의 물성을 유지하면서 역학적 특성을 획기적으로 향상시킬 수 있었으며, 특히 다양한 섬유 필라멘트사의 혼방이 가능하므로 기존 스펀본드 공법에서 어려운 기능을 용이하게 부여할 수 있다. 또한, 다양한 이형단면의 섬유와 색상을 가진 섬유 필라멘트사를 혼방함으로서 외관적인 특성이 있는 스펀본드 부직포를 생산할 수 있기 때문에 종래의 스펀본드 부직포의 여러 문제점 해결의 한계점을 극복할 수 있는 전혀 새로운 스펀본드 제조방법을 제공한다. 더욱이, 상기와 같이 구성되는 본 발명은 주 설비의 개조나 추가 없이 통상의 섬유 필라멘트사를 부여할 수 있으므로, 본 발명의 섬유 필라멘트사 혼방 스펀본드 부직포는 상기와 같이 기존 제품에 비교하여 획기적으로 물성을 갖는 부직포를 산업용, 토목용, 일반 생활용 및 농업용 등 다양한 용도로의 용이하고 저렴하게 전개할 수 있도록 한다. 즉, 종래 스펀본드 부 직포를 제조하는 공정상에서 다양한 형태의 섬유 필라멘트사를 혼방함으로서 역학적 특성을 향상시키며 또한 다양한 외관특성을 부여하여 더 우수한 인장 강도가 요구되는 분야와, 도전사를 함유시에는 도전 부직포 등과 같은 다양한 기능 특성을 갖는 부직포를, 다양한 색상 및 굵기의 섬유 함유시에는 독특한 외관 특성을 갖는 부직포를 제공할 수 있는 것이다.

이하 본 발명을 자세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 명세서 전반에서 사용된 용어는 다음과 같이 정의될 수 있다:

용어 "부직포"라 함은 일정한 길이를 갖는 섬유나 직경에 대해 무한한 길이를 갖는 섬유를 웹으로 형성 후 다양한 결합 방식에 의해서 형태안정성과 역학적 특성을 부여하여 제조되는 섬유집합체를 총칭한다.

용어 "스펀본드"라 함은 열가소성 폴리머를 용융, 압출 및 노즐(Nozzle)을 통하여 방사한 후 연신 및 이송되는 스핀벨트 상에 적층시켜 웹을 형성하여 다양한 방법으로 결합시켜 일체화시킨 부직포를 총칭한다.

용어 "섬유 필라멘트사"라 함은 열가소성 폴리머를 용융, 압출 및 노즐

(Nozzle)를 통하여 방사한 후 연신비를 부여하여 연신단계 및 권취단계를 통하여 생산되는 연속적인 섬유 필라멘트사를 총칭한다.

용어 "니들펀칭" 이라 함은 적층된 섬유층의 표면 또는 이면에서 여러 종류

의 니들을 사용하여 반복적으로 상하운동에 의해 펀칭함으로써, 기계적으로 서로 엉켜 일정한 두께와 섬유 밀도를 갖는 섬유층이 형성되게 하는 제조법을 의미한다.

용어 "열용융 접착" 이라 함은 섬유가 적층되어 웹이 형성한 후 열과 압력

이 부여되는 열칼렌더를 통하여 구성 섬유의 일부가 용융되어 열적 접착되는 결합 공정 및 제품을 말한다.

상기한 바와 같이 본 발명의 섬유 필라멘트사 혼방 스펀본드 부직포는 다음과 같은 공정에 따라 제조된다.

먼저, 통상적인 스펀본드 부직포 생산공정은 폴리올레핀계인 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 이의 복합 방사 또는 나일론, 폴리에스테르등 열 가소성 폴리머를 익스트루더(extruder)에서 일정한 온도 조건하에서 용융시켜 유동성이 있게 한다. 이러한 액체 폴리머를 방사빔으로 이동시키고 폴리머의 특성에 맞게 설계된 구금을 통하여 방사한다. 다음 공정으로, 액체의 폴리머를 고화시키기 위해서 섬유 방향으로 찬 공기를 부여하여 냉각이 이루어진다. 상기 폴리머의 결정화를 통한 강도 부여 및 일정한 직경을 갖는 필라멘트를 형성시키기 위해서 공기 기류에 의한 하향 연신을 부여하는 공정으로 이루어진다. 이 연신은 이 분야의 통상인에 의해 용이하게 인식되어 질 수 있는 바와 같이, 스펀본드 제조설비 및 공법에 따라 다양하게 구성될 수 있다. 특히, 통상적인 도칸(Docan) 공법의 경우 공기기류를 일정한 기류관에 부여하여 공기 기류의 속도에 의해서 고화된 폴리머가 연신되도록 한다. 이렇게 냉각된 필라멘트를 측면에서 부여되는 공기기류와 합류하여 연신되도록 하는 것 을 이젝터라 지칭한다. 이와 같이 측면에서 강한 공기기류를 부여하는 상기 이젝트에 섬유필라멘트사를 부여하면 공기기류에 의해서 스펀본드 필라멘트사와 함께 혼방되어 분사된다. 이 분사된 섬유필라멘트사는 스펀본드 필라멘트와 함께 이동되는 스핀벨트에 집적된다.

또 다른 공법은 라이코필(Reicofil) 공법으로, 이 공법은 상기의 개방형 도칸(Docan) 공법과는 달리 폐쇄형 공법의 전형으로, 용융 및 방사된 폴리머는 측면에서 부여되는 냉각공기에 의해서 고형화되고 하부의 흡인 공기에 의해서 필라멘트가 하향 연신이 이루어진다. 이때 부가적인 공기가 부여되는 측면부(Auxilary air Blower)가 있으며 이 부분에 섬유필라멘트사를 부여하면 스펀본드 필라멘트사와 함께 혼방되어 이동되는 스핀벨트 상에 집적되고 웹이 된 후 기계적 또는 열적으로 웹을 결합할 수 있다.

이때 부여되는 상기 섬유필라멘트사의 수와 종류는 요구되는 부직포의 특성에 따라 다양하게 적용할 수 있다. 특히, 본 발명에서는 상기 섬유의 종류 및 특성을 한정하는 것은 아니다.

상기 본 발명의 핵심적인 구성을 바탕으로, 이하에서는 본 발명을 첨부된 도면을 참고로 바람직한 실시형태에 의해 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 섬유 필라멘트사 혼방 스펀본드 부직포의 제조공정을 개략적으로 도시한 것으로, 통상적인 도칸 공법의 스펀본드 공정을 적용한 것이고, 도 2는 본 발명에 따른 스펀본드 공법에서 방사된 필라멘트와 섬유필라멘트가 혼방되는 이젝터의 구성을 개략적으로 도시한 것이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 섬유 필라멘트사 혼방 스펀본드 부직포의 제조공정을 개략적으로 도시한 것으로, 통상적인 라이코필 공법의 스펀본드 공정을 적용한 것이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따른 섬유필라멘트 혼방 스펀본드 부직포는 폴리에스테르 수지를 사용하여 제조된 것으로, 폴리에스테르 칩을 익스투루더(4)에서 용융하고, 구금을 통하여 방사하고 이젝터(3)를 통해서 공기압력에 의해서 연신하여 1 내지 10데니어 섬도의 폴리에스테르 필라멘트 섬유가 되도록 한다. 이때, 통상의 폴리에스테르 필라멘트사(예를 들어, 75/38)를 이젝터에 혼입시켜 스펀본드 필라멘트와 함께 혼방되도록 한다. 이젝터(3)에 외부에 혼입되는 섬유 필라멘트사(2)인 폴리에스테르사는 이미 연신이 이루어진 것으로 스펀본드 공정에서는 연신이 이루어 지지 않으며 공기압에 의해서 권취된 필라메트가 풀리면서 스펀본드사(1)와 함께 분사되어 진다. 혼방되는 섬유필라멘트사(2)는 특정한 종류 및 형태를 한정하지 않으며 또한 요구되는 역학적 특성 및 외관특성에 따라 부여되는 양은 다양하게 조정될 수 있다.

상기와 같이 방사되어 연신된 스펀본드 필라멘트사(1)와 섬유필라멘트사(2)가 혼방된 섬유들은 연속 이동하는 컨베이어(5) 상에 웹으로 적층되고 일정 두께로 적층된 필라멘트 웹은 열접착 또는 니들펀칭에 의해 부직포로 형성된다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 부직포의 기본중량은 한정되지 않으며 통상의 스펀본드로 생산되어 지는 중량 범위에서는 모두 가능하다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 부직포는 기존의 동일 중량 부직포 대비 섬유필라멘트사(2)가 혼방됨에 의해서 강도가 획기적으로 향상되어 지며 구성되는 섬유의 종류에 따라 다양한 기능적 특성을 부여할 수 있는 이점을 가진다.

자세하게는, 전도사를 함유시킬 경우에는 전도성 부직포가 제조가능하며 항균 및 난연사를 포함시킬 경우 항균 특성과 난연성을 갖는 장섬유 스펀본드 부직포를 용이하게 제조할 수 있다.

또한, 본 발명의 부직포는 결합 공정에서 니들펀칭 결합은 스펀본드 필라멘트사와 혼방된 섬유필라멘트사(2) 간 엉킴 결합으로 우수한 결합성을 제공하는 이점이 있으며, 열접착 결합의 경우는 스펀본드 필라멘트사 보다 낮은 융점의 혼방사인 섬유필라멘트사(2)의 경우에는 열접착성을 향상시키는 특성을 가지며, 높은 융점의 혼방사의 경우에는 용융되어 융착되지 않지만 고유의 섬유특성을 유지하기 때문에 더욱더 높은 역학적 특성을 나타내는 이점을 제공할 수 있다.

상기와 같이 본 발명에 따라 제조된 섬유 필라멘트사 혼방 스펀본드 부직포는 상기한 우수한 특성을 용이하게 부여하는 것이 가능하여 다양한 용도에 적용 가능하며 따라서 특정한 용도를 한정되는 것이 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 섬유 필라멘트사 혼방 스펀본드 부직포의 제조공정을 개략적으로 도시한 것으로, 통상적인 도칸 공법의 스펀본드 공정을 적용한 것이고,

도 2는 본 발명에 따른 스펀본드 공법에서 방사된 필라멘트와 섬유필라멘트가 혼방되는 이젝터의 구성을 개략적으로 도시한 것이고,

도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 섬유 필라멘트사 혼방 스펀본드 부직포의 제조공정을 개략적으로 도시한 것으로, 통상적인 라이코필 공법의 스펀본드 공정을 적용한 것이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 --- 스펀본드 필라멘트사

2 --- 섬유필라멘트사

3 --- 이젝터

4 --- 익스트루더

Claims (8)

1. 열가소성 폴리머를 용융방사한 필라멘트사와 미리 생산된 섬유 필라멘트사가 혼방되어 웹의 형태로 형성된 것임을 특징으로 하는 섬유 필라멘트사 혼방 스펀본드 부직포.
2. 제 1항에 있어서, 상기 섬유 필라멘트는 전도성을 갖는 전도사, 향균 특성을 갖는 항균사 또는 난연성을 갖는 난연사에서 선택된 것임을 특징으로 하는 섬유 필라멘트사 혼방 스펀본드 부직포.
3. 폴리올레핀계인 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 이의 복합 방사 또는 나일론, 폴리에스테르와 같은 열 가소성 폴리머를 익스트루더에서 일정한 온도 조건하에서 용융시켜 얻은 용융 폴리머를 방사빔으로 방사하고 연신하여 스핀벨트에 집적하여 부직포를 제조하는 방법에 있어서,

   상기 용융 폴리머의 결정화를 통한 강도 부여 및 일정한 직경을 갖는 필라멘트를 형성시키기 위해서 공기기류에 의한 냉각 및 하향 연신을 부여하고 스핀벨트 사에 집적되어 웹을 형성하게 되는데, 상기 폴리머 방사공정 이후 상기 웹 형성 이전의 공정에 섬유필라멘트사가 유입되도록 하여 용융 폴리머에 의해 형성된 스펀본 드 필라멘트와 함께 이동되는 스핀벨트에 집적되어 웹을 형성하도록 함을 특징으로 하는 섬유 필라멘트사 혼방 스펀본드 부직포의 제조 방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 스펀본드 제조방법에서 사용되는 공법은 도칸(Docan) 공법 또는 라이코필(Reicofil) 공법에서 선택된 하나를 사용하는 것임을 특징으로 하는 섬유 필라멘트사 혼방 스펀본드 부직포의 제조 방법.
5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 섬유필라멘트사는 용융 폴리머에 의한 필라멘트사를 냉각하고 연신하기 위하여 측면에서 부여하는 공기기류와 함께 투입되도록 함을 특징으로 하는 섬유 필라멘트사 혼방 스펀본드 부직포의 제조 방법.
6. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 섬유 필라멘트사는 섬유 직경에 대비하여 무한한 길이를 갖는 통상의 섬유임을 특징으로 하는 섬유 필라멘트사 혼방 스펀본드 부직포의 제조 방법.
7. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 섬유 필라멘트사는 방사된 필라멘트를 연신시키는 이젝터에서 혼방시키는 것임을 특징으로 하는 섬유 필라멘트사 혼방 스펀본드 부직포의 제조 방법.
8. 제 3항에 있어서, 상기 제조방법은 통상의 용융방사 스펀본드 공법에서 형성된 필라멘트사와 섬유 스핀닝 공법(Spinning)에서 형성된 섬유 필라멘트사가 스펀본드 공정 내에서 혼합되어 제조됨을 특징으로 하는 섬유 필라멘트사 혼방 스펀본드 부직포의 제조 방법.

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