KR101558846B1 - 폐섬유를 이용한 내열성 조인트 시트 - Google Patents

폐섬유를 이용한 내열성 조인트 시트 Download PDF

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KR101558846B1 KR1020150080229A KR20150080229A KR101558846B1 KR 101558846 B1 KR101558846 B1 KR 101558846B1 KR 1020150080229 A KR1020150080229 A KR 1020150080229A KR 20150080229 A KR20150080229 A KR 20150080229A KR 101558846 B1 KR101558846 B1 KR 101558846B1
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Abstract

본 발명은 폐섬유를 이용한 내열성 조인트 시트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐섬유 및 바인더 혼합물로 이루어지되, 상기 폐섬유는 면섬유 100 중량부, 폴리프로필렌 섬유 70 내지 90 중량부, 현무암 섬유 5 내지 10 중량부, 세라믹 섬유 5 내지 10 중량부 및 펄프 5 내지 10 중량부를 포함하며, 상기 바인더 혼합물은 유무기 복합바인더, 충전재, 가교제, 소포제 및 안료로 이루어지고, 상기 유무기 복합바인더는 무기화합물, 무기화합물에 결합되어 있는 중합개시기를 가지는 커플링제 및 유기화합물로 이루어지며, 상기 무기화합물은 실리케이트계 금속으로 이루어지고, 상기 유무기 복합바인더를 기준으로 하여 10 내지 80 중량%가 함유되며, 상기 유기화합물은 아크릴산 에스터, 메타아크릴산 에스터, 아크릴계, 비닐아세테이트계 및 라텍스계로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지고, 상기 충전재는 규사, 플라이애시, 탄산칼슘 및 펄라이트로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어진다.
상기의 성분으로 이루어지는 폐섬유를 이용한 내열성 조인트 시트는 폐섬유를 사용하여 제조비용이 저렴하며, 내수성, 내화학성 및 내열성이 우수하다.

Description

폐섬유를 이용한 내열성 조인트 시트 {HEAT-RESISTANT JOINT SHEET USING WASTE FIBER}
본 발명은 폐섬유를 이용한 내열성 조인트 시트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐섬유를 사용하여 제조비용이 저렴하며, 내수성, 내화학성 및 내열성이 우수한 내열성 조인트 시트에 관한 것이다.
조인트 시트는 관의 플랜지 접합부 등을 기밀(氣密)로 유지하기 위해 사용되거나, 구조물에 방수성능을 부여하기 위한 다양한 용도로 사용되며, 대표적으로는 가스켓이 있다.
가스켓은 정지 실(Seal)이라고도 하며, 펌프용은 고무시트, 천을 넣은 고무, O링, 석면 조인트실 등이 있으며, 덕트(Duct)용으로는, 두께 3㎜정도의 석면 테이프나 판 형상의 석면판 등이 있다.
상기와 같이 종래에 조인트 시트의 재료로 사용되는 고무나 석면과 같은 재료는 200℃ 내외의 온도범위에서 쉽게 물성이 저하되며, 부식성을 나타내는 가스나 액체가 적용되는 관에는 그 사용이 제한적인 문제점이 있었다.
또한, 종래에는 조인트 시트를 제조하는 과정에서 평판형 프레스가 사용되어 조인트 시트의 두께, 표면거칠기 및 밀도가 균일한 조인트 시트의 제조가 어려워 결합과정에서 조인트 시트가 쉽게 손상되거나 높은 압력조건에서는 기밀성이 유지되지 못하는 문제점이 있었다.
또한, 종래에 조인트 시트에 제조시에는 주재료인 섬유가 비교적 고가이기 때문에, 제조비용을 증가시키는 문제점이 있었다.
한국특허등록 제10-1043834호(2011.06.16). 한국특허등록 제10-0978029호(2010.08.19).
본 발명의 목적은 폐섬유를 사용하여 제조비용이 저렴하며, 내수성, 내화학성 및 내열성이 우수한 내열성 조인트 시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 폐섬유 및 바인더 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐섬유를 이용한 내열성 조인트 시트를 제공함에 의해 달성된다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 폐섬유를 이용한 내열성 조인트 시트는 폐섬유 100 중량부에 바인더 혼합물 150 내지 250 중량부를 혼합하여 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 폐섬유는 면섬유, 폴리프로필렌 섬유, 현무암 섬유, 세라믹 섬유 및 펄프로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 폐섬유는 면섬유 100 중량부, 폴리프로필렌 섬유 70 내지 90 중량부, 현무암 섬유 5 내지 10 중량부, 세라믹 섬유 5 내지 10 중량부 및 펄프 5 내지 10 중량부로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 바인더 혼합물은 유무기 복합바인더, 충전재, 가교제, 소포제 및 안료로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 바인더 혼합물은 유무기 복합바인더 100 중량부, 충전재 75 내지 85 중량부, 가교제 5 내지 7 중량부, 소포제 1 내지 3 중량부 및 안료 10 내지 15 중량부로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 유무기 복합바인더는 무기화합물, 무기화합물에 결합되어 있는 중합개시기를 가지는 커플링제 및 유기화합물로 이루어지며, 상기 무기화합물은 실리케이트계 금속으로 이루어지고, 상기 유무기 복합바인더를 기준으로 하여 10 내지 80 중량%가 함유되는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 무기화합물은 Li, Na, K, Mg 및 Ca로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 유기화합물은 아크릴산 에스터, 메타아크릴산 에스터, 아크릴계, 비닐아세테이트계 및 라텍스계로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 충전재는 규사, 플라이애시, 탄산칼슘 및 펄라이트로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명에 따른 내열성이 우수한 내열성 조인트 시트는 폐섬유를 사용하여 제조비용이 저렴하며, 내수성, 내화학성 및 내열성이 우수한 조인트 시트를 제공하는 탁월한 효과를 나타낸다.
도1 및 도2는 본 발명에 따른 조인트 시트의 샘플 사진을 보여주는 참고도.
도3 및 도4는 본 발명에 따른 조인트 시트를 응용하여 가공 제조한 산업용 부품 사진을 보여주는 참고도.
도5은 본 발명에 따른 조인트 시트를 제조하는 데에 사용되는 성형설비 도면을 보여주는 설계도.
도6은 본 발명에 따른 조인트 시트를 제조하는 데에 사용되는 건조설비 도면을 보여주는 설계도.
이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
도1 및 도2는 본 발명에 따른 조인트 시트의 샘플 사진을 보여주는 참고도이고, 도3 및 도4는 본 발명에 따른 조인트 시트를 응용하여 가공 제조한 산업용 부품 사진을 보여주는 참고도이며, 참고로 도5은 본 발명에 따른 조인트 시트를 제조하는 데에 사용되는 성형설비 도면을 보여주는 설계도이고, 도6은 본 발명에 따른 조인트 시트를 제조하는 데에 사용되는 건조설비 도면을 보여주는 설계도이다.
본 발명에 따른 폐섬유를 이용한 내열성 조인트 시트는 폐섬유 및 바인더 혼합물로 이루어지며, 폐섬유 100 중량부에 바인더 혼합물 150 내지 250 중량부를 혼합하여 이루어지는 것이 바람직한다. 더욱 상세하게는 본 발명에 따른 폐섬유를 이용한 내열성 조인트 시트는, 폐섬유 및 바인더 혼합물로 이루어지되, 상기 폐섬유는 면섬유 100 중량부, 폴리프로필렌 섬유 70 내지 90 중량부, 현무암 섬유 5 내지 10 중량부, 세라믹 섬유 5 내지 10 중량부 및 펄프 5 내지 10 중량부를 포함하며, 상기 바인더 혼합물은 유무기 복합바인더, 충전재, 가교제, 소포제 및 안료로 이루어지고, 상기 유무기 복합바인더는 무기화합물, 무기화합물에 결합되어 있는 중합개시기를 가지는 커플링제 및 유기화합물로 이루어지며, 상기 무기화합물은 실리케이트계 금속으로 이루어지고, 상기 유무기 복합바인더를 기준으로 하여 10 내지 80 중량%가 함유되며, 상기 유기화합물은 아크릴산 에스터, 메타아크릴산 에스터, 아크릴계, 비닐아세테이트계 및 라텍스계로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지고, 상기 충전재는 규사, 플라이애시, 탄산칼슘 및 펄라이트로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어진다.
상기 폐섬유는 면섬유, 폴리프로필렌 섬유, 현무암 섬유, 세라믹 섬유 및 펄프로 이루어지며, 면섬유 100 중량부, 폴리프로필렌 섬유 70 내지 90 중량부, 현무암 섬유 5 내지 10 중량부, 세라믹 섬유 5 내지 10 중량부 및 펄프 5 내지 10 중량부로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 면섬유는 각종 면으로 제조된 폐 섬유를 수집하고, 폐 섬유에 잔존하는 이물질을 제거한 후에 사용하는데, 폐기처리되는 면을 사용하기 때문에 친환경적일 뿐만 아니라, 면은 약 220℃의 고온에서도 물성의 저하가 발생하지 않기 때문에, 내열성이 우수한 조인트 시트를 제조할 수 있다.
상기 폴리프로필렌 섬유는 70 내지 90 중량부가 함유되며, 본 발명에 따른 폐섬유를 이용한 내열성 조인트 시트의 제조과정에서 용융되어 상기 면섬유, 현무암섬유, 세라믹섬유 및 펄프를 결속시키는 역할을 한다.
상기 현무암 섬유는 5 내지 10 중량부가 함유되며, 내열성이 매우 우수하기 때문에 680℃의 온도에서도 물성의 저하가 발생하지 않을 뿐만 아니라, 내압축성과 인장력과 같은 기계적 물성이 향상된 조인트 시트를 제공하는 역할을 하는데, 상기 현무암섬유의 함량이 5 중량부 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 현무암섬유의 함량이 10 중량부를 초과하게 되면 상대적으로 상기 폴리프로필렌 섬유의 함량이 줄어들어 조인트 시트의 물성이 저하될 수 있다.
상기 세라믹 섬유는 5 내지 10 중량부가 함유되며, 본 발명에 따른 폐섬유를 이용한 내열성 조인트 시트의 내열성 및 기계적 물성을 향상시키는 역할을 한다.
상기 세라믹 섬유 중 유리질을 섬유화시킨 것이 유리섬유이며, 내화단열재(耐火斷熱材)로서 건축용에 사용되고, 이것을 혼합함으로써 플라스틱을 강화한 것이 섬유강화플라스틱(FRP)이다. 초고순도의 석영유리를 섬유화시킨 것이 광통신용 섬유인데 유리 이외에도 섬유화된 물질에는 산화알루미늄, 산화지르코늄, 탄화규소 및 타이타늄산칼륨 등이 있다.
상기 세라믹 섬유를 제조하는 방법은 녹는점이 낮은 물질 또는 유리질의 경우에는 용융방사(鎔融紡絲)가 이용되고, 녹는점이 높은 물질의 경우에는 유기계 섬유에 무기물질을 수용액과 함께 담근 후 태워서 얻는 방법, 탄화규소섬유처럼 규소와 탄소를 포함하는 유기물로 섬유를 만든 후 열분해하여 규소 및 탄소만을 남기게 하는 방법 등이 이용되고 있다. 이와 같은 내열성 섬유는 고온에서의 단열재 또는 금속에 섞어 넣어 강화하는 FRM(fiber reinforced metal)용이 된다.
상기 세라믹 섬유의 함량이 5 중량부 미만이면, 상기의 효과가 미미하며, 상기 세라믹 섬유의 함량이 10 중량부를 초과하게 되면 상대적으로 상기 폴리프로필렌 섬유의 함량이 줄어들어 조인트 시트의 물성이 저하되고 제조비용을 증가시킬 수 있다.
상기 바인더 혼합물은 150 내지 250 중량부가 혼합되며, 유무기 복합바인더, 충전재, 가교제, 소포제 및 안료로 이루어지는데, 유무기 복합바인더 100 중량부, 충전재 75 내지 85 중량부, 가교제 5 내지 7 중량부, 소포제 1 내지 3 중량부 및 안료 10 내지 15 중량부로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 바인더 혼합물은 상기 폐섬유를 결속시키는 바인더의 역할을 함과 동시에 내수성, 내화학성 및 내열성이 우수하여, 폐섬유를 이용한 내열성 조인트 시트의 기계적 물성을 향상시키는 역할을 하는데, 상기 바인더 혼합물의 함량이 150 중량부 미만이면 상기 폐섬유를 결속시키는 결속력이 저하되며, 상기 바인더 혼합물의 함량이 250 중량부를 초과하게 되면 상대적으로 폐섬유의 함량이 낮아져 조인트 시트의 기계적 물성이 저하될 수 있다.
상기 유무기 복합바인더는 상기 유무기 복합바인더는 바인더 혼합물에 점성 및 탄성을 부여하는 역할을 하는데, 무기화합물, 무기화합물에 결합되어 있는 중합개시기를 가지는 커플링제 및 유기화합물로 이루어지며, 상기 무기화합물은 실리케이트계 금속으로 이루어지고, 상기 유무기 복합바인더를 기준으로 하여 10 내지 80 중량%가 함유되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 무기화합물은 Li, Na, K, Mg 및 Ca로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지며, 상기 유기화합물은 아크릴산 에스터, 메타아크릴산 에스터, 아크릴계, 비닐아세테이트계 및 라텍스계로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 충전재는 75 내지 85 중량부가 함유되며, 본 발명에 따른 폐섬유를 이용한 내열성 조인트 시트의 기계적 물성을 향상시키는 역할을 하는데, 상기 충전재의 함량이 75 중량부 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 충전재의 함량이 85 중량부를 초과하게 되면 폐섬유를 이용한 내열성 조인트 시트의 경도가 지나치게 증가하게 된다.
이때, 상기 충전재는 규사, 플라이애시, 탄산칼슘 및 펄라이트로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지며, 상기 유무기 복합바인더에 고르게 분산되기 위해 0.5 내지 2 밀리미터의 입자크기를 나타내는 것이 바람직하다.
상기 가교제는 5 내지 7 중량부가 함유되며, 상기 유무기 복합바인더를 가교시켜 내수성, 내용제성 및 기계적 물성이 향상된 내열성 조인트 시트를 제공하는 역할을 하는데, 상기 가교제의 함량이 5 중량부 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 가교제의 함량이 7 중량부를 초과하게 되면 조인트 시트의 안정성이 저하될 수 있다.
이때, 상기 가교제는 우레탄계 또는 에폭시계 가교제로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 소포제는 1 내지 3 중량부가 함유되며, 조인트 시트 내에 발생하는 기포를 제거하여 기계적 물성을 향상시키는 역할을 하는데, 상기 소포제의 함량이 1 중량부 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 소포제의 함량이 3 중량부를 초과하게 되면 조인트 시트의 접착성이 저하될 수 있다.
이때, 상기 소포제는 실리콘계 소포제를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 안료는 10 내지 15 중량부가 함유되며, 본 발명에 따른 폐섬유를 이용한 내열성 조인트 시트에 다양한 색상을 부여하는 역할을 하는데, 무기계 안료를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 안료의 함량이 10 중량부 미만이면 조인트 시트의 색도가 저하될 수 있으며, 상기 안료의 함량이 15 중량부를 초과하게 되면 조인트 시트의 접착성이 저하될 수 있다.
상기의 성분으로 이루어지는 폐섬유를 이용한 내열성 조인트 시트는 폐섬유 100 중량부를 분쇄한 후에 바인더 혼합물 150 내지 250 중량부와 함께 교반기에 투입하고 100 내지 200rpm의 속도로 5 내지 10분 동안 혼합한 후에, 혼합된 혼합물을 압출기에 투입하여 시트형태로 성형하고, 시트의 성형된 성형물을 5 내지 30℃의 온도를 나타내는 압축롤을 이용하여 200 내지 220kgf/cm2의 압력으로 압착하는 과정을 통해 조인트 시트로 제조된다.
이하에서는, 본 발명의 따른 폐섬유를 이용한 내열성 조인트 시트의 물성을 실시예를 들어 설명하기로 한다.
<실시예 1>
폐섬유(면섬유 100 중량부, 폴리프로필렌 섬유 80 중량부, 현무암 섬유 7 중량부, 세라믹 섬유 7 중량부 및 펄프 7 중량부로 이루어짐) 100 중량부를 분쇄기로 분쇄한 후에 바인더 혼합물(복합바인더 100 중량부, 충전재 75 중량부, 가교제 6 중량부, 소포제 2 중량부 및 안료 12 중량부) 200 중량부와 함께 교반기에 투입하고 150rpm의 속도로 8분 동안 교반한 후에, 교반된 교반물을 압출기에 투입하여 시트형태로 성형하고, 시트형태로 성형된 성형물을 20℃의 온도를 나타내는 압축롤을 이용하여 210kgf/cm2의 압력으로 압착하여 폐섬유를 이용한 내열성 조인트 시트를 제조하였다.
<실시예 2>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 충전재가 85 중량부 함유된 바인더 혼합물을 이용하여 폐섬유를 이용한 내열성 조인트 시트를 제조하였다.
<비교예 1>
폐섬유(면섬유 100 중량부, 폴리프로필렌 섬유 80 중량부, 현무암 섬유 7 중량부, 세라믹 섬유 7 중량부 및 펄프 7 중량부로 이루어짐) 100 중량부를 분쇄기로 분쇄한 후에 바인더 혼합물(복합바인더 100 중량부, 충전재 15 중량부, 가교제 6 중량부, 소포제 2 중량부 및 안료 12 중량부) 200 중량부와 함께 교반기에 투입하고 150rpm의 속도로 8분 동안 교반한 후에, 교반된 교반물을 압출기에 투입하여 시트형태로 성형하고, 시트형태로 성형된 성형물을 20℃의 온도를 나타내는 압축롤을 이용하여 210kgf/cm2의 압력으로 압착하여 폐섬유를 이용한 내열성 조인트 시트를 제조하였다.
<비교예 2>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 가교제를 8 중량부가 혼합되고, 소포제가 혼합되지 않은 바인더 혼합물을 사용하여 폐섬유를 이용한 내열성 조인트 시트를 제조하였다.
<비교예 3>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 가교제를 사용하지 않고 소포제 4 중량부가 혼합된 바인더 혼합물을 사용하여 폐섬유를 이용한 내열성 조인트 시트를 제조하였다.
상기 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 3을 통해 제조된 폐섬유를 이용한 내열성 조인트 시트의 내수성, 내알칼리성, 내화학성, 내열성 및 광택도를 측정하여 아래 표 1에 나타내었다.
{단, 내수성은 KS F 4911의 시험방법을 이용하였으며, 내알칼리성은 KS F 4715의 시험방법을 이용하였고, 내화학성은 KS F 4917의 시험방법을 이용하였으며, 내열성은 KS M 3507의 시험방법을 이용하여 측정하였으며, 측정값이 규격을 만족하면 ○, 규격을 만족시키지 못하면 ×로 나타내었다. 또한, 광택도는 육안으로 확인하여 양호 및 불량으로 나타내었다.}
<표 1>
Figure 112015054642225-pat00001
위에 표 1에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1 내지 2를 통해 제조된 폐섬유를 이용한 내열성 조인트 시트는 폐섬유를 사용하여 제조비용이 저렴하면서도, 내수성, 내알칼리성, 내화학성 및 내열성이 우수하며, 광택도가 우수한 것을 알 수 있다.
상기한 본 발명에 따른 조인트 시트의 샘플사진으로서 도1 및 도2에 제시되어 있으며, 이를 응용하여 도3 및 도4에 도시된 바와 같은 가스켓 등 각종 산업 부품을 제조할 수 있고, 그러한 제조설비로서 도5 및 도6의 설비를 통해 제조 생산될 수 있다.

Claims (10)

  1. 폐섬유 및 바인더 혼합물로 이루어지되,
    상기 폐섬유는 면섬유 100 중량부, 폴리프로필렌 섬유 70 내지 90 중량부, 현무암 섬유 5 내지 10 중량부, 세라믹 섬유 5 내지 10 중량부 및 펄프 5 내지 10 중량부를 포함하며,
    상기 바인더 혼합물은 유무기 복합바인더, 충전재, 가교제, 소포제 및 안료로 이루어지고,
    상기 유무기 복합바인더는 무기화합물, 무기화합물에 결합되어 있는 중합개시기를 가지는 커플링제 및 유기화합물로 이루어지며,
    상기 무기화합물은 실리케이트계 금속으로 이루어지고, 상기 유무기 복합바인더를 기준으로 하여 10 내지 80 중량%가 함유되며,
    상기 유기화합물은 아크릴산 에스터, 메타아크릴산 에스터, 아크릴계, 비닐아세테이트계 및 라텍스계로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지고,
    상기 충전재는 규사, 플라이애시, 탄산칼슘 및 펄라이트로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐섬유를 이용한 내열성 조인트 시트.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 폐섬유를 이용한 내열성 조인트 시트는 폐섬유 100 중량부에 바인더 혼합물 150 내지 250 중량부를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐섬유를 이용한 내열성 조인트 시트.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 바인더 혼합물은 유무기 복합바인더 100 중량부, 충전재 75 내지 85 중량부, 가교제 5 내지 7 중량부, 소포제 1 내지 3 중량부 및 안료 10 내지 15 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐섬유를 이용한 내열성 조인트 시트.
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 무기화합물은 Li, Na, K, Mg 및 Ca로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐섬유를 이용한 내열성 조인트 시트.
  9. 삭제
  10. 삭제
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