KR101640985B1 - 친환경 온돌마루 접착제 조성물, 친환경 온돌마루 접착제 및 그 제조방법 - Google Patents

친환경 온돌마루 접착제 조성물, 친환경 온돌마루 접착제 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 친환경 온돌마루 접착제 조성물, 친환경 온돌마루 접착제 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 총휘발성 유기화합물(TVOC)과 5종 휘발성유기화합물(5VOCs) 및 포름알데히드 등의 환경오염물질을 발생하지 않고 접착강도 측면에서도 우수한 부착력을 제공함으로써 종래 유기화합물의 에폭시 접착제를 대체하는데 손색이 없는 친환경 온돌마루 접착제를 제공하는 효과가 있다.

Description

친환경 온돌마루 접착제 조성물, 친환경 온돌마루 접착제 및 그 제조방법 {Environmentally ondol floor adhesive composition, environmentally ondol floor adhesive and method for preparing thereof}
본 발명은 친환경 온돌마루 접착제 조성물, 친환경 온돌마루 접착제 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 에폭시와 같은 합성수지 접착제의 사용에 따른 환경유해물질 방출, 습윤면 시공불가, 마루변색 등의 단점을 해결하고 소비자에게는 쾌적한 환경을 제공할 수 있고, 시공사에게는 공기단축 및 마루변색 등의 하자 최소화 등의 잇점을 제공할 수 있는 친환경 온돌마루 접착제 조성물, 친환경 온돌마루 접착제 및 그 제조방법에 관한 것이다.
우리들의 생활공간에는 다양한 합성수지 접착제를 사용하고 있으며, 일례로 온돌마루 접착제로서 에폭시 접착제 등을 이용하고 있다.
한편, 상기 합성수지 접착제는 총휘발성 유기화합물(TVOC), 5종 휘발성유기화합물(5VOCs: 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 크실렌, 스티렌의 5종을 칭함), Toulene. 포름알데히드(HCHO), CH3CHO 등과 같은 다양한 인체유해성분/환경오염물질을 방출하여 새집증후군으로 불릴 정도로 불량한 생활공간의 공기질을 제공할 뿐 아니라, 시공시 잔유물이 마루판 상부에 접촉될 경우 마루의 변색 위험도 있을 뿐 아니라 시공시 바닥 함수율이 높은 경우에는 사용에 제한이 따를 수 있는 등 다양한 문제점을 내포하고 있다.
이에 환경유해물질 방출, 습윤면 시공불가, 마루변색 등의 문제점을 극복하고, 나아가 합성수지 접착제를 대체할 수 있는 친환경 접착제에 대한 연구가 지속적으로 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 종래의 합성수지 접착제(에폭시)를 이용한 에폭시 온돌마루접착제의 문제점을 개선하기 위하여 발명된 것으로, 환경오염물질이 전혀 없는 천연무기질 바인더에 황토를 첨가하여 새집증후군에 근거한 생활공간의 공기질 향상 자연환경 개선 등에 도움을 주며, 바닥의 함수율에 영향을 받지 않으므로 현장 공기를 단축할 수 있고, 또한 마루판 상부에 접촉되어도 마루변색이 발생하지 않는 친환경 온돌마루 접착제 조성물 및 이를 이용한 친환경 온돌마루 접착제와 제조방법을 제공하려는데 있다.
본 발명에 따르면, 2액형 접착제의 주제와 경화제로서, 마그네슘 혼화제와 활성화제를 포함하는 무기질바인더, 및 상기 마그네슘 혼화제용 경화제,와 활성화제를 포함하는 무기질 액상 수용액,을 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 온돌마루 접착제 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상술한 온돌마루 접착제 조성물에 기초하여, 2액형 접착제의 주제와 경화제로서, 무기질 바인더와 무기질 액상 수용액,을 준비하되,
상기 무기질 바인더는 미세 분말화하여 세라믹 파우더로 준비하고 상기 무기질 액상 수용액은 균질(homogeneous) 수용액으로 준비하는 단계; 및
상기 세라믹 파우더와 균질 수용액을 70:30 내지 30:70의 중량비로 배합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 온돌마루 접착제의 제조방법을 제공한다.
나아가, 본 발명에 따르면, 상술한 제조방법에 따라 수득되는, 친환경 온돌마루 접착제를 제공한다.
본 발명에 따르면, 총휘발성 유기화합물(TVOC), 5종 휘발성유기화합물(5VOCs), 톨루엔, 포름알데히드(HCHO), CH3CHO 등의 환경오염물질을 전혀 발생하지 않고 접착강도 측면에서도 우수한 부착력을 제공함으로써 종래 유기화합물의 에폭시 접착제를 대체제로서 손색없는 친환경 온돌마루 접착제를 제공하는 효과가 있다
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 친환경 온돌마루 접착제는, 2액형 접착제의 주제와 경화제로서, 마그네슘 혼화제와 활성화제를 포함하는 무기질 바인더, 및 상기 마그네슘 혼화제용 경화제,와 활성화제를 포함하는 무기질 액상 수용액,을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 무기질 바인더는 주요 구성성분으로서, 일례로 마그네슘 혼화제 70 내지 90 wt% 및 활성화제 30 내지 10 wt%를 포함할 수 있고, 상기 범위 내에서 접착제의 기능을 저하하지 않으며 각 성분 본연의 기능을 발휘하기에 효과적일 수 있다.
구체적인 예로, 상기 무기질 바인더는 마그네슘 혼화제 75 내지 85 wt% 및 활성화제 25 내지 15 wt%를 포함할 수 있다.
상기 무기질 액상 수용액은 주요 구성성분으로서, 일례로 상기 마그네슘 혼화제용 경화제 70 내지 90 wt% 및 활성화제 30 내지 10 wt%를 포함할 수 있고, 상기 범위 내에서 또한 접착제의 기능을 저하하지 않으며 각 성분의 본연의 기능을 발휘하기에 효과적일 수 있다.
구체적인 예로 상기 마그네슘 혼화제용 경화제 75 내지 85 wt% 및 활성화제 25 내지 15 wt%를 포함할 수 있다.
본 발명에서, 상기 마그네슘 혼화제는 일례로 탄산마그네슘이나 수산화마그네슘을 1000 이하에서 소성하여 수득한 경소 산화마그네슘일 수 있고, 구체적인 예로는 BET 비표면적이 100 내지 200 m2/g, 혹은 140 내지 170 m2/g인 산화마그네슘일 수 있으며, 상기 BET 비표면적이 하한치 이하에서는 경화시간이 지연되어 마루판의 들뜸 현상이 발생할 수 있고, 상한치 초과시엔 경화시간이 빨라 가사시간이 단축되므로 작업시 불편할 수 있다.
본 발명에서, 상기 무기질 바인더와 무기질 액상 수용액에 각각 포함되는 활성화제는 원적외선 등에 의해 인체 기능을 활성화하고, 원적외선 방사, 음이온, 탈취, 항균 및 항곰팡이 기능 등을 제공할 수 있는 제제라면 특정하지 않으며, 구체적인 예로 황토, 숯, 옥, 자수정, 일라이트, 맥반석, 토루말린 및 게르마늄 중에서 독립적으로 선택된 1종 이상일 수 있다.
특히, 상기 황토는 천연 황토를 800℃ 이상에서 소성한 것으로, 입자 크기가 2000 mesh 이하, 혹은 1 내지 2000 mesh인 것을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서 사용하는 용어 마그네슘 혼화제용 경화제는 달리 특정하지 않는 한, 접착제 조성물 내 주제 구성 성분 중 마그네슘 혼화제를 경화하는 경화제 역할을 지칭한다.
상기 마그네슘 혼화제용 경화제는 일례로 염화마그네슘 6수화물(MgCl2)일 수 있고, 구체적인 예로 20% 농도 이상, 혹은 20 내지 25% 농도로 물에 용해시킨 수용액으로 사용할 수 있으며, 상기 농도 하한치에서는 경화 지연, 강도 저하, 부착력 저하 등에 의해 접착제로서 사용하기 어려울 수 있고, 상기 농도 상한치를 초과하면 경화 후 염분 농도가 높아 장마철 습도가 높을 경우 습기 흡수로 하자의 원인이 될 수 있다.
본 발명에 의한 조성물 중 주제를 구성하는 상기 무기질 바인더는, 천연 증점제, 친환경 고분자 점착제, 및 분산제를 더 포함할 수 있다.
상기 천연 증점제는 헤라작업시 산(골)이 무너지지 않는 역할을 수행하도록 점성이 우수한 천연 재료를 사용할 수 있으며, 일례로, 카올린, 점토 등일 수 있다.
상기 천연 증점제는 상기 마그네슘 혼화제와 활성화제의 총합 100 중량부 기준으로, 5 내지 20 중량부로 사용하며, 상기 하한치 미만으로 사용하면 헤라작업시 산(골)이 형성되기 어렵고, 상한치를 초과하면 작업성이 불량할 수 있다. 상기 천연 증점제는 7 내지 15 중량부, 혹은 8 내지 14 중량부로 사용할 수 있다.
상기 친환경 고분자 점착제는 중합도와 검화도가 높은 미세 분말로 형성된 소재를 사용할 수 있으며, 일례로 폴리비닐 알코올일 수 있고, 구체적인 예로 상기 폴리비닐 알코올을 수용액 타입으로 사용할 수 있다.
참고로, 상업적으로 점착제로 많이 사용되는 폴리비닐 아세테이트, 에틸렌비닐 아세테이트, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴 에멀션 수지 등은 친환경 소재라 볼 수 없고 TVOC 등이 검출될 수 있으므로 본 발명에 적용하기 바람직하지 않다.
상기 친환경 고분자 점착제는 상기 마그네슘 혼화제와 활성화제의 총합 100 중량부 기준으로, 1 내지 10 중량부로 사용하며, 상기 하한치 미만으로 사용하면 초기 접착력이 현저히 떨어질 수 있고, 상한치를 초과하면 20-30분 후 급격히 점착력이 향상하므로 작업시 어려울 수 있다. 상기 친환경 고분자 점착제는 3 내지 8 중량부를 사용할 수 있다.
상기 분산제는 높은 점도에서 유동성이 우수하여 조성물을 균일하게 분산되도록 하여 균일한 점성의 접착제를 제공할 수 있는 안료 분산제 등을 사용할 수 있고, 일례로 SN-Dispersant 5077, SN-Dispersant 5088, SN-Dispersant 5020, Lomar D, Lomar PW-40, Lomar PWA-40, Cerasperse 44-CF, Cerasperse 5020-CF, Cerasperse 5468-CF, SN-Dispersant 9228, SN-Dispersant 7347, SN-Dispersant 5033 및 Tenlo 70 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 분산제는 상기 마그네슘 혼화제와 활성화제의 총합 100 중량부 기준으로, 1 내지 10 중량부로 사용하며, 상기 하한치 미만으로 사용하면 분산력이 떨어져 초기 접착력이나 헤가 작업시 산(골)의 형성이 어려울 수 있다. 상기 친환경 고분자 점착제는 1 내지 5 중량부를 사용할 수 있다.
본 발명에 의한 조성물 중 경화제를 구성하는 상기 무기질 액상 수용액은 친환경 고분자 증점제를 포함할 수 있다.
상기 친환경 고분자 증점제는 일례로 셀룰로오스 기반 물성 향상제일 수 있다. 상기 셀룰로오스 기반 물성 향상제는 에테르 방식을 통하여 셀룰로오스 분자 내의 수산화기(-OH)를 메톡실기(-OCH3)와 히드록시프로폭실기(-OCH2 CH(OH)CH3)로 치환시켜 수득된 수용성 고분자 타입일 수 있고, 구체적인 예로 (주)삼성정밀화학의 제품명 MECELLOS일 수 있다. 상기 수용성 고분자는 상온의 물(pH 7)에는 용해되지 않으며, 본 발명의 상기 마그네슘 혼화제용 경화제에는 완전 용해하는 특성을 갖는 물질로서, 2% 수용액, 20 , 20rpm, pH 7하에 브룩필드 점도계(RV 타입)으로 측정시 점도가 40 내지 40,000 cps일 수 있다.
특히, 상기 마그네슘 혼화제용 경화제에는 완전 용해되므로, 주제를 구성하는 마그네슘 혼화제와 배합시 적당한 점도가 유지되어 작업성과 초기 접착력을 높이는 역할을 수행할 수 있다.
상기 친환경 고분자 증점제는, 상기 마그네슘 혼화제용 경화제와 활성화제의 총합 100 중량부 기준으로, 1 내지 10 중량부로 사용하며, 상기 하한치 미만으로 사용하면 점성이 약해 작업성은 좋으나 초기 접착력이 떨어질 수 있고, 상한치를 초과하면 점성이 높은 초기 접착력은 좋으나 작업시 어려울 수 있다. 상기 친환경 고분자 증점제는 3 내지 8 중량부를 사용할 수 있다.
본 발명에서 주제와 경화제를 구성하는 상기 무기질 바인더와 상기 무기질 액상 수용액의 배합비율은 경화시간, 작업성, 초기 접착력 및 강도 등에 영향을 미칠 수 있으며, 일례로 30:70 내지 70:30의 중량비, 40:60 내지 60:40의 중량비 혹은 50:50 내지 60:40의 중량비로 포함될 수 있다.
상술한 친환경 온돌마루 접착제 조성물을 이용하여 접착제를 제조하는 방법은 특정하지 않으며, 일례로 다음과 같은 방식으로 제조될 수 있다:
즉, 앞서 살펴본 온돌마루 접착제 조성물에 기초하여, 2액형 접착제의 주제와 경화제로서, 무기질 바인더와 무기질 액상 수용액,을 준비하되, 상기 무기질 바인더는 미세 분말화하여 세라믹 파우더로 준비하고 상기 무기질 액상 수용액은 균질(homogeneous) 수용액으로 준비하는 단계; 및 상기 세라믹 파우더와 균질 수용액을 30:70 내지 70:30의 중량비로 배합하는 단계;를 포함할 수 있다.
참고로, 상기 미세 분말화 단계는 통상의 파우더 교반기 등을 사용하여 2시간 이하, 일례로 30분 가량 교반하여 수행할 수 있다.
또한 균질 수용액 준비 단계는, 일례로 액상 교반 단계와 저속 교반 숙성 단계를 순차적으로 수행할 수 있고, 구체적인 예로는, 액상 교반기에서 1시간 이상, 혹은 1 내지 15시간동안 액상 교반한 다음 숙성 탱크로 이송하여 15 내지 48시간, 혹은 20 내지 30시간동안 저속 교반에 의해 숙성시켜 증점제가 완전히 용해될 수 있도록 수행할 수 있다.
일례로 상기 액상 교반의 교반 속도는 100 내지 200rpm일 수 있고, 상기 저속 교반의 교반속도는 20 내지 50rpm일 수 있다.
결과적으로, 상기 제조방법에 따라 제공된 친환경 온돌마루 접착제는, 총휘발성 유기화합물(TVOC), 5종 휘발성유기화합물(5VOCs), 톨루엔, 포름알데히드(HCHO) 등의 방출량이 흔적량(trace)인 친환경 제품을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 제시한다. 이하 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명을 이에 한정하려는 것은 아니다.
실시예 1
<주제 준비 및 미세분말화 단계>
본 실험에서 2액형 접착제의 주제로 사용하는 무기질바인더는, 경소 산화마그네슘 85wt%, 황토(800℃ 이상에서 소성하고 입자크기가 2000 mesh 이하인 제품) 15wt%, 및 상기 경소 산화마그네슘과 황토의 총 사용량 100 중량부 기준으로 카올린 10 중량부, 폴리비닐 알코올 파우더 5 중량부, 분산제(벨기에 에로텍스사 제품명 RD802) 2.5 중량부를 계량하여 파우다 교반기에 공급하였다.
그런 다음 상기 파우다 교반기에서 30분가량 교반하여 premix 타입으로 준비하였다.
<경화제 준비 및 균질 수용액 준비단계>
본 실험에서 2액형 접착제의 경화제는, 음용수에 25% 농도가 될 때까지 용해한 염화마그네슘 수용액 90wt%, 황토(800℃ 이상에서 소성하고 입자크기가 2000 mesh 이하인 제품) 10wt%, 및 상기 염화마그네슘 수용액과 황토의 총 사용량 100 중량부 기준으로 증점제(삼성정밀화학사, 제품명 MECELLOS) 5 중량부를 계량하여 액상 교반기에 공급하였다.
그런 다음 상기 액상 교반기에서 100 내지 200rpm 하에 1시간 교반 후 숙성 탱크로 이송하여 24시간동안 20 내지 50rpm 하에 저속교반 숙성하여 증점제가 완전 용해된 균질(homogeneous)수용액을 제조하였다.
<주제와 경화제 혼합단계>
상기 준비한 미세분말화된 주제 55 중량부와 균질 수용액 상태의 경화제 45 중량부를 혼합 믹서하여 온돌마루 접착제를 제조하였다.
<실험예>
<실험1>
상기 실시예 1에서 수득한 온돌마루 접착제를 한국화학시험연구원에서, KS 기준으로 KS F4020: 2007에 근거하여 접착력 테스트의 시험 의뢰한 결과를 하기 표1에 정리하였다.
시험항목 단위 결과치 시험방법 LH공사
마루접착자
접착강도 기준
접착강도(1일) N/mm2 1.2 KS F 4715 0.8N/mm2 이상
접착강도(3일) N/mm2 1.4 KS F 4715
접착강도(7일) N/mm2 1.9 KS F 4715
<실험2>
상기 실시예 1에서 수득한 온돌마루 접착제를 한국공기청정협회에서 측정 후 발행한 친환경건축자재 시험성적서(접수번호:1582, 발행일:2014년 7월 30일) 내 표기된 시험결과를 하기 표 2에 정리하였다.
시험항목 구 분 방출강도 시험방법
오염물질
방출량 시험
(mg/m2.h)		 TVOC trace* 소형챔버법
(한국공기청정협회
단체품질 인증규격)
5VOCs / 톨루엔 trace*/0.000
HCHO trace*
CH3CHO trace*
*trace:TVOC 0.02(mg/m2.h)미만, HCHO 0.005(mg/m2.h), CH3CHO 0.005(mg/m2.h), 5VOCs 0.002(mg/m2.h) 미만.
*5VOCs: 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 크실렌, 스티렌의 합
상기 표 1 및 2에서 보듯이, 본 발명에 따라 수득한 온돌마루 접착제는 접착 경시 강도가 우수할 뿐 아니라, 건축자재 오염물 방출량 측면에서도 TVOC, 5VOCs, HCHO가 모두 흔적량(trace)로서 친환경 제품임을 확인할 수 있었다.
실시예 2
앞서 실시예 1에서 <주제 준비 및 미세분말화 단계>의 경소 산화마그네슘 85wt%, 황토 15wt%를 경소 산화마그네슘 70wt%, 황토 30wt%로 대체하고, <경화제 준비 및 균질 수용액 준비단계>의 염화 산화마그네슘 90wt%, 황토 10wt%를 염화 산화마그네슘 70wt%, 황토 30wt%로 대체한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 공정을 반복하여 온돌마루 접착제를 제조하였다.
비교예 1
상기 실시예 2에서 수득한 온돌마루 접착제 대신 에폭시 온돌마루 접착제(제품명 SPE6000)를 한국건설생활환경시험연구원(KCL)에서 KS 기준, KS F 4715:2007에 근거하여 시험한 성적서(No: CT14-027142)상의 접착력 테스트 결과를 하기 표3에 정리하고 대비하였다.
시험항목 실시예2 비교예1
부착강도-1일 후 1.2N/mm2 0.8N/mm2
부착강도-3일 후 1.4N/mm2 1.2N/mm2
부착강도-7일 후 1.9N/mm2 1.3N/mm2
TVOC trace 0.07
5VOCs(mg/m2.h) trace trace
Toulene 0.000 0.025
HCHO(mg/m2.h) trace 0.019
CH3CHO trace trace
상기 표 3에 따르면, 본 발명의 실시예 2에 따른 온돌마루 접착제는 비교예 1의 에폭시 접착제보다 개선된 수준의 접착 강도 경시변화를 제공하였으며, 오염물질 방출량 또한 동등한 수준이거나 혹은 보다 저감된 수준인 것을 확인할 수 있었다.

Claims (15)

  1. 2액형 접착제의 주제와 경화제로서,
    마그네슘 혼화제와 활성화제를 포함하는 무기질 바인더, 및 상기 마그네슘 혼화제용 경화제,와 활성화제를 포함하는 무기질 액상 수용액,을 포함하되,
    상기 무기질 바인더는 마그네슘 혼화제 70 내지 90 wt% 및 활성화제 30 내지 10 wt%를 포함하며 상기 무기질 액상 수용액은 상기 마그네슘 혼화제용 경화제 70 내지 90 wt% 및 활성화제 30 내지 10 wt%를 포함하고 상기 무기질 바인더와 무기질 액상 수용액은 70:30 내지 30:70의 중량비로 포함하고,
    상기 마그네슘 혼화제는 탄산마그네슘이나 수산화마그네슘을 소성하여 수득한 경소 산화마그네슘이며 BET 비표면적이 100 내지 200 m2/g인 산화마그네슘이고, 상기 활성화제는 입자크기 2000 mesh 이하인 황토인 것을 특징으로 하는 친환경 온돌마루 접착제 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 마그네슘 혼화제용 경화제는 농도가 20% 이상인 염화마그네슘 수용액인 것을 특징으로 하는 친환경 온돌마루 접착제 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 무기질 바인더는 상기 마그네슘 혼화제와 활성화제의 총합 100 중량부 기준으로 천연 증점제 5 내지 20 중량부, 친환경 고분자 점착제 1 내지 10 중량부, 및 분산제 1 내지 10 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 온돌마루 접착제 조성물.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 천연 증점제는 카올린 및 점토 중에서 선택된 것을 특징으로 하는 친환경 온돌마루 접착제 조성물.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 친환경 고분자 점착제는 폴리비닐 알코올인 것을 특징으로 하는 친환경 온돌마루 접착제 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 무기질 액상 수용액은 상기 마그네슘 혼화제용 경화제와 활성화제의 총합 100 중량부 기준으로, 친환경 고분자 증점제 1 내지 10 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 온돌마루 접착제 조성물.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 친환경 고분자 증점제는 셀룰로오스 기반 물성 향상제인 것을 특징으로 하는
    친환경 온돌마루 접착제 조성물.
  12. 삭제
  13. 제1항 또는 제6항 내지 제11항 중 어느 한 항의 온돌마루 접착제 조성물에 기초하여, 2액형 접착제의 주제와 경화제로서, 무기질 바인더와 무기질 액상 수용액,을 준비하되,
    상기 무기질 바인더는 미세 분말화하여 세라믹 파우더로 준비하고 상기 무기질 액상 수용액은 균질(homogeneous) 수용액으로 준비하는 단계; 및
    상기 세라믹 파우더와 균질 수용액을 70:30 내지 30:70의 중량비로 배합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 온돌마루 접착제의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 무기질 액상 수용액은 1-15시간의 액상 교반 단계와 15-48시간의 저속 교반 숙성 단계를 거쳐 균질 수용액 타입으로 준비하는 것을 특징으로 하는 친환경 온돌마루 접착제의 제조방법.
  15. 제13항의 제조방법에 따라 수득된, 친환경 온돌마루 접착제.
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