KR101790847B1 - 동,식물성 지방산, 지방산 글리세라이드 또는 이들의 혼합물의 유동성 개선용 첨가제 조성물 - Google Patents

동,식물성 지방산, 지방산 글리세라이드 또는 이들의 혼합물의 유동성 개선용 첨가제 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 동,식물성 지방산 또는 지방산 글리세라이드의 유동성 개선용 첨가제 조성물, 유동성 개선용 에멀젼 조성물 및 이를 이용한 수계 에멀젼 슬러리 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 HLB값이 1~5인 친유성 계면활성제, HLB값이 12~17인 친수성 계면활성제 및 HLB값이 6~8인 양쪽성 계면활성제를 포함하는 첨가제 조성물을 사용하여 동,식물성 지방산 또는 지방산 글리세라이드의 유동성을 개선할 수 있는 첨가제 조성물, 유동성 개선용 에멀젼 조성물 및 이를 이용한 수계 에멀젼 슬러리 조성물에 관한 것이다.

Description

동,식물성 지방산, 지방산 글리세라이드 또는 이들의 혼합물의 유동성 개선용 첨가제 조성물{Additive composition for improving flow characteristic of fatty acid, fatty acid triglyceride and mixture thereof}
본 발명은 동,식물성 지방산, 지방산 글리세라이드 또는 이들의 혼합물의 유동성 개선용 첨가제 조성물, 유동성 개선용 에멀젼 조성물 및 이를 이용한 수계 에멀젼 슬러리 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 HLB값이 1~5인 친유성 계면활성제, HLB값이 12~17인 친수성 계면활성제 및 HLB값이 6~8인 양쪽성 계면활성제를 포함하는 첨가제 조성물을 사용하여 동,식물성 지방산 또는 지방산 글리세라이드의 유동성을 개선할 수 있는 첨가제 조성물, 유동성 개선용 에멀젼 조성물 및 이를 이용한 수계 에멀젼 슬러리 조성물에 관한 것이다.
연료유는 원유의 정제과정을 거쳐 얻어지는 액상연료를 말하며, 정제과정에서 제거되지 않은 녹는점이 높은 n-파라핀 성분의 일부가 저온에서 석출되어 연료필터를 막는 현상을 유발하거나, 상기 n-파라핀 성분의 일부가 저장 탱크에서 침전되는 경우, 연료유의 조성이 달라질 가능성이 있다. 특히, 동절기에 연료필터 막힘 현상이 발생하면 연료 공급이 원활하지 않게 되거나, 운전 중 차량이 정지하게 되는 문제가 발생한다. 따라서, 온도가 낮은 지역에서 사용하는 연료유는 저온에서 왁스 결정의 석출이나 응고가 일어나지 않는 것이어야 한다. 연료유에서는 녹는점이 높은 n-파라핀 석출이 필터막힘의 주원인이지만, 바이오디젤을 함유하고 있는 연료유에서는 녹는점이 높은 포화지방산의 메틸에스테르 석출이 필터막힘의 주원인이며, 이를 방지하기 위해서, 연료유의 저온 유동성을 향상시키는 방법에 대한 연구가 진행되고 있다.
연료유의 저온 유동성을 개량하는 기술로서, 저온 유동성 향상제를 연료유에 첨가하는 방법이 알려져 있는데, 저온 유동성 향상제는 저온에서 연료로부터 석출되는 왁스 및 바이오디젤의 포화 지방산 메틸 에스테르 결정에 작용함으로써 석출된 왁스 또는 결정을 연료유 중에 미세하게 분산시키는 작용을 한다.
지금까지 제안된 유동성 향상제로는 에틸렌-프로필렌 공중합체(일본특공소 60-35396호 및 특개소 60-137997호), 에틸렌-초산비닐 공중합체(EVA)(일본 특개소 55-137193호)등의 에틸렌성 단량체로 제조되는 공중합체, 방향족 디카르복실산 아미드 아민염과 에틸렌-초산 비닐 공중합체 또는 에틸렌-프로필렌 공중합체와 혼합한 경우(일본 특개소 56-92996호, 일본 특개소 58-1792호), 방향족 디카르복실산 아미드 아민염과 폴리에스테르 화합물의 혼합물(일본 특개평 6-49464호)등이 공지되어 있다. 그러나, 상기의 저온 유동성 향상제들은 바이오디젤을 함유하지 않은 연료유의 CFPP 시험에는 효과를 나타내는 것이 있지만, 석출된 결정의 분산성에는 거의 효과가 없고, 오히려 필터의 통기성을 악화시키는 문제점이 있다.
또 다른 저온 유동성 향상제로는 알케닐 호박산 아미드(일본 특개소 56-43391호), 또는 폴리알킬렌 폴리아민-비스지방산 아미드의 알킬렌 옥사이드 부가물과 지방산의 반응에 의한 아미드 에스테르와 초산비닐 공중합체 또는 알킬(메타)아크릴레이트 등과의 혼합물(일본 특공평 7-47742호) 등이 공지되어 있지만, 이들의 경우, 바이오디젤을 함유하는 연료유의 저온 유동성 향상에는 효과가 거의 없다.
이상에서 보는 바와 같이, 연료유 자체의 저온 유동성을 개선하기 위한 특허가 많이 출원되고 있으나, 바이오디젤을 함유하는 연료유의 저온 유동성 향상을 위한 새로운 첨가제 개발보다는 기존 사용되고 있는 첨가제의 적절한 배합비 조절을 통한 유동성 개선에 관련된 특허가 주종을 이루고 있다.
국내등록특허 제10-1508042호
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 동,식물성 지방산, 지방산 글리세라이드 또는 이들의 혼합물의 유동성을 효과적으로 개선할 수 있는 첨가제 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 동,식물성 지방산, 지방산 글리세라이드 또는 이들의 혼합물의 유화력 및 수분산에 효과적인 첨가제 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 유동점이 높은 동,식물성 지방산, 지방산 글리세라이드 또는 이들의 혼합물의 유동성을 개선하여 수계 에멀젼 슬러리 조성물로 사용이 가능하도록 할 수 있는 첨가제 조성물, 유동성 개선용 에멀젼 조성물 및 이를 이용한 수계 에멀젼 슬러리 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 HLB(Hydrophile-Lipophile Balance)값이 1~5인 친유성 계면활성제 10~40중량부; HLB값이 12~17인 친수성 계면활성제 30~60중량부; 및 HLB값이 6~8인 양쪽성 계면활성제 10~30중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 동,식물성 지방산, 지방산 글리세라이드 또는 이들의 혼합물의 유동성 개선용 첨가제 조성물을 제공한다.
또한 본 발명은 동,식물성 지방산, 지방산 글리세라이드 또는 이들의 혼합물 90~99.9중량%; 및 상기 유동성 개선용 첨가제 조성물 0.1~10중량%;를 포함하는 유동성 개선용 에멀젼 조성물을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 동,식물성 지방산, 지방산 글리세라이드 또는 이들의 혼합물 50~99.9중량% 및 물 0.1~50중량%를 포함하는 수계 에멀젼 슬러리 조성물을 제공한다.
본 발명에 따르면 동,식물성 지방산, 지방산 글리세라이드 또는 이들의 혼합물들의 HLB 특성에 맞는 첨가제 조성물을 사용함으로써 동,식물성 지방산 또는 지방산 글리세라이드의 유동성을 효과적으로 개선할 수 있고, 유화력 및 수분산에 효과적이며, 동시에 수계 에멀젼 슬러리의 제조가 가능한 효과가 있다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 동,식물성 지방산 또는 지방산 글리세라이드들의 HLB 특성에 맞는 첨가제를 선정하여 동,식물성 지방산 또는 지방산 글리세라이드의 분자구조 내 친수기 분자들 간의 수소 결합부를 봉쇄하여 결합 에너지를 상쇄함으로써 유동성을 개선할 수 있음을 확인하고, 이를 토대로 본 발명을 완성하였다.
이러한 본 발명은 HLB(Hydrophile-Lipophile Balance)값이 1~5인 친유성 계면활성제; HLB값이 12~17인 친수성 계면활성제; 및 HLB값이 6~8인 양쪽성 계면활성제;를 포함하는 첨가제 조성물을 제공한다.
상기 첨가제 조성물은 동,식물성 지방산 또는 지방산 글리세라이드의 말단 수소 결합을 제공하는 카르복시기(-COOH)와 에스테르기(- COOR)의 화학구조상의 쌍극자 모멘트를 상쇄시켜 유동성을 향상시키는 작용을 한다.
상기 첨가제 조성물에 사용되는 HLB값이 1~5인 친유성 계면활성제로는 솔비탄 모노올레이트, 솔비탄 트리올레이트 등의 솔비톨 에스테르(sorbitol ester)류를 사용할 수 있다. 그 함량은 조성물 총 100중량부에 대하여 10~40중량부로 포함되는 것이 동,식물성 지방산 또는 지방산 글리세라이드의 유동성 개선 측면에 있어 가장 바람직하다.
상기 첨가제 조성물에 사용되는 HLB값이 12~17인 친수성 계면활성제로는 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노올레이트(polyoxyethylene sorbitan mono-oleate), 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노라우레이트(polyoxyethylene sorbitan mono-laurate), 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노팔미테이트(polyoxyethylene sorbitan mono-palmitate), 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노스테아레이트(polyoxyethylene sorbitan mono-stearate) 등의 폴리옥시에틸렌 소르비탄 에스테르류(polyoxyethylene sorbitan ester)류나 에틸렌글리콜 지방산 에스테르(ethyleneglycol fatty acid ester)류를 사용할 수 있다. 그 함량은 조성물 총 100중량부에 대하여 30~60중량부로 포함되는 것이 동,식물성 지방산 또는 지방산 글리세라이드의 유동성 개선 측면에 있어 가장 바람직하다.
또한 상기 첨가제 조성물에 사용되는 HLB값이 6~8인 양쪽성 계면활성제로는 폴리옥시에틸렌 노닐페닐에테르(polyoxyethylene nonyl phenyl ether), 노닐페닐에톡시레이트(nonylphenol etoxylate) 등을 사용할 수 있다. 그 함량은 조성물 총 100중량부에 대하여 10~30중량부로 포함되는 것이 동,식물성 지방산 또는 지방산 글리세라이드의 유동성 개선 측면에 있어 가장 바람직하다.
상기와 같은 조합의 계면활성제로 이루어지는 본 발명의 상기 동,식물성 지방산 또는 지방산 글리세라이드의 유동성 개선용 첨가제 조성물은 HLB값이 8.0~11.0인 동,식물성 지방산 또는 지방산 글리세라이드의 말단 수소 결합을 제공하는 카르복시기와 에스테르기의 화학구조상의 쌍극자 모멘트를 상쇄시키는데 있어 보다 바람직하다.
즉, 본 발명은 상기와 같은 유동성 개선용 첨가제 조성물을 동,식물성 지방산 또는 지방산 글리세라이드에 첨가함으로써 유동점을 낮추어 동,식물성 지방산 또는 지방산 글리세라이드의 유동성을 효과적으로 개선할 수 있고, 유화력 및 수분산에 효과적이다.
이에 본 발명은 전술한 바와 같은 유동성 개선용 첨가제 조성물이 혼합된 동,식물성 지방산, 지방산 글리세라이드 또는 이들의 혼합물을 제공하는 바, 동,식물성 지방산, 지방산 글리세라이드 또는 이들의 혼합물 90~99.9중량% 및 유동성 개선용 첨가제 조성물 0.1~10중량%를 포함한다.
또한 본 발명은 상기 유동성이 개선된 동,식물성 지방산, 지방산 글리세라이드 또는 이들의 혼합물에 물을 첨가하여 수계 에멀젼 슬러리 조성물로 제조할 수 있다. 상기 수계 에멀젼 슬러리 조성물은 동,식물성 지방산, 지방산 글리세라이드 또는 이들의 혼합물 50~99.9중량%와 물 0.1~50중량%를 포함한다.
상기와 같은 본 발명의 동,식물성 지방산, 지방산 글리세라이드 또는 이들의 혼합물 및 수계 에멀젼 슬러리 조성물은 보일러 연소 연료, 석탄/ 바이오 MASS 혼합 연소물, 화학반응물, 농약 원료, 제약 원료, 금속가공유 원료, 윤활유 원료, 열매체유, 도료 원료, 계면활성제 원료, 소포제, 정유, 석유화학 제품 배합 원료, 미생물 먹이, 동물 사료, 식물 비료나 첨가제, BIO 가스, 폐기물 재활용원료, 대체 바이오 에너지 등에 활용할 수 있다.
이하에서는 실시예를 들어 본 발명에 관하여 더욱 상세하게 설명할 것이나. 이들 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예 1. PAO의 유동점 향상
팜유 부산물인 PAO(palm acid oil)의 유동점을 향상시키기 위하여, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노올레이트(TWEEN 80) 35중량부, 솔비탄 트리올레이트 20중량부, 솔비탄 모노올레이트 15중량부 및 폴리옥시에틸렌 노닐페닐에테르(3mol) 30중량부를 혼합하여 HLB값이 8.5인 첨가제를 제조하였다.
PAO(유동점 45℃, 전산가 150) 95~99%에 상기 제조한 첨가제 1, 3, 5중량%를 각각 혼합하여 50℃의 가온조건에서 60rpm으로 혼합 교반하였다. 이때의 유동점 변화는 하기 표 1에 나타내었다.
구분 (PAO) 첨가 전 첨가제 1중량% 첨가제 3중량% 첨가제 5중량%
유동점(℃) 45 42.5 40 37.5
실시예 2. PAO의 유동점 향상
팜유 부산물인 PAO(palm acid oil)의 유동점을 향상시키기 위하여, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노올레이트(TWEEN 80) 40중량부, 폴리에틸렌글리콜 모노올레이트(600mol) 5중량부, 솔비탄 트리올레이트 19중량부, 솔비탄 모노올레이트 21중량부 및 폴리옥시에틸렌 노닐페닐에테르(3mol) 15중량부를 혼합하여 HLB값이 9.0인 첨가제를 제조하였다.
PAO(유동점 45℃, 전산가 150) 95~99%에 상기 제조한 첨가제 1, 3, 5중량%를 각각 혼합하여 50℃의 가온조건에서 60rpm으로 혼합 교반하였다. 이때의 유동점 변화는 하기 표 2에 나타내었다.
구분 (PAO) 첨가 전 첨가제 1중량% 첨가제 3중량% 첨가제 5중량%
유동점(℃) 45 40 37.5 35
실시예 3. PAO의 유동점 향상
팜유 부산물인 PAO(palm acid oil)의 유동점을 향상시키기 위하여, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노올레이트(TWEEN 80) 60중량부, 솔비탄 트리올레이트 20중량부, 솔비탄 모노올레이트 10중량부 및 폴리옥시에틸렌 노닐페닐에테르(3mol) 10중량부를 혼합하여 HLB값이 10.5인 첨가제를 제조하였다.
PAO(유동점 45℃, 전산가 150) 95~99%에 상기 제조한 첨가제 1, 3, 5중량%를 각각 혼합하여 50℃의 가온조건에서 60rpm으로 혼합 교반하였다. 이때의 유동점 변화는 하기 표 3에 나타내었다.
구분 (PAO) 첨가 전 첨가제 1중량% 첨가제 3중량% 첨가제 5중량%
유동점(℃) 35 32.5 30 27.5
실시예 4. 우지 지방산의 유동점 향상
우지(tallow) 지방산의 유동점을 향상시키기 위하여, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노올레이트(TWEEN 80) 60중량부, 솔비탄 트리올레이트 20중량부, 솔비탄 모노올레이트 10중량부 및 폴리옥시에틸렌 노닐페닐에테르(3mol) 10중량부를 혼합하여 HLB값이 10.5인 첨가제를 제조하였다.
우지 지방산(유동점 32.5℃, 전산가 80) 95~99%에 상기 제조한 첨가제 1, 3, 5중량%를 각각 혼합하여 50℃의 가온조건에서 60rpm으로 혼합 교반하였다. 이때의 유동점 변화는 하기 표 4에 나타내었다.
구분(tallow) 첨가 전 첨가제 1중량% 첨가제 3중량% 첨가제 5중량%
유동점(℃) 32.5 30 27.5 25
실시예 5. 메기 지방산의 유동점 향상
메기(cat-fish) 지방산의 유동점을 향상시키기 위하여, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노올레이트(TWEEN 80) 43중량부, 폴리에틸렌글리콜 모노올레이트(600mol) 5중량부, 솔비탄 트리올레이트 14중량부, 솔비탄 모노올레이트 23중량부 및 폴리옥시에틸렌 노닐페닐에테르(3mol) 15중량부를 혼합하여 HLB값이 90.5인 첨가제를 제조하였다.
메기 지방산(유동점 40℃, 전산가 130) 95~99%에 상기 제조한 첨가제 1, 3, 5중량%를 각각 혼합하여 50℃의 가온조건에서 60rpm으로 혼합 교반하였다. 이때의 유동점 변화는 하기 표 5에 나타내었다.
구분(cat-fish) 첨가 전 첨가제 1중량% 첨가제 3중량% 첨가제 5중량%
유동점(℃) 40 37.5 35 30
상기 표 1 내지 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 첨가제 조성물을 이용할 경우 동,식물성 지방산 또는 지방산 글리세라이드의 유동점을 낮출 수 있음을 확인할 수 있었으며, 첨가제 조성물의 중량에 비례하여 유동점을 현저히 낮출 수 있음을 알 수 있었다.
실시예 6. 수계 에멀젼 슬러리 제조
상기 실시예 3에서 첨가제 3중량%가 처리된 PAO 혼합물 75~95중량%와 물 5~25중량%를 하기 표 6의 조성으로 혼합한 다음, 70℃에서 호모믹서 1,000rpm으로 10분간 교반하여 경화되지 않는 수계 에멀젼 슬러리를 제조하였다. 수계 에멀젼 슬러리의 어는점(freezing point)은 하기 표 6에 나타내었다.
구분 첨가 전 첨가제 1중량% 첨가제 3중량% 첨가제 5중량%
어는점(℃) 30 27.5 25 20
실시예 7. 수계 에멀젼 슬러리 제조
상기 실시예 5에서 첨가제 3중량%가 처리된 메기(cat-fish) 지방산 혼합물 75~95중량%와 물 5~25중량%를 하기 표 7의 조성으로 혼합한 다음, 70℃에서 호모믹서 2,000rpm으로 10분간 교반하여 경화되지 않는 수계 에멀젼 슬러리를 제조하였다. 수계 에멀젼 슬러리의 어는점(freezing point)은 하기 표 7에 나타내었다.
구분 첨가 전 첨가제 1중량% 첨가제 3중량% 첨가제 5중량%
어는점(℃) 35 32.5 30 25
상기 표 5 및 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 첨가제를 이용하여 유동성이 개선된 동,식물성 지방산 또는 지방산 글리세라이드를 이용하여 수계 에멀젼 슬러리를 제조할 경우 어는점이 낮고, 유동성 및 수분산이 개선됨을 알 수 있었다.
비록 본 발명이 상기에 언급된 바람직한 실시예로서 설명되었으나, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 또한 첨부된 청구 범위는 본 발명의 요지에 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함한다.

Claims (9)

  1. HLB(Hydrophile-Lipophile Balance)값이 1~5인 친유성 계면활성제 10~40중량부;
    HLB값이 12~17인 친수성 계면활성제 30~60중량부; 및
    HLB값이 6~8인 양쪽성 계면활성제 10~30중량부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 동,식물성 지방산, 지방산 글리세라이드 또는 이들의 혼합물의 유동성 개선용 첨가제 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 친유성 계면활성제는 솔비탄 모노올레이트, 솔비탄트리올레이트 및 이들의 혼합물로부터 선택된 어느 하나의 솔비톨 에스테르(sorbitol ester)류인 것을 특징으로 하는 유동성 개선용 첨가제 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 친수성 계면활성제는 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노올레이트(polyoxyethylene sorbitan mono-oleate), 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노라우레이트(polyoxyethylene sorbitan mono-laurate), 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노팔미테이트(polyoxyethylene sorbitan mono-palmitate) 및 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노스테아레이트(polyoxyethylene sorbitan mono-stearate) 중 선택된 어느 하나 이상의 폴리옥시에틸렌 소르비탄 에스테르류(polyoxyethylene sorbitan ester)류; 또는 에틸렌글리콜 지방산 에스테르(ethyleneglycol fatty acid ester)류;인 것을 특징으로 하는 유동성 개선용 첨가제 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 양쪽성 계면활성제는 폴리옥시에틸렌 노닐페닐에테르(polyoxyethylene nonyl phenyl ether), 노닐페닐에톡시레이트(nonylphenol etoxylate) 및 이들의 혼합물 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유동성 개선용 첨가제 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 첨가제 조성물의 HLB값은 8.0~11.0인 것을 특징으로 하는 유동성 개선용 첨가제 조성물.
  6. 동,식물성 지방산, 지방산 글리세라이드 또는 이들의 혼합물 90~99.9중량%; 및
    제1항 기재의 유동성 개선용 첨가제 조성물 0.1~10중량%;
    를 포함하는 유동성 개선용 에멀젼 조성물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 동,식물성 지방산, 지방산 글리세라이드 또는 이들의 혼합물은 보일러 연소 연료, 석탄/ 바이오 MASS 혼합 연소물, 화학반응물, 농약 원료, 제약 원료, 금속가공유 원료, 윤활유 원료, 열매체유, 도료 원료, 계면활성제 원료, 소포제, 정유, 석유화학 제품 배합 원료, 미생물 먹이, 동물 사료, 식물 비료나 첨가제, BIO 가스, 폐기물 재활용원료 및 대체 바이오 에너지 중 선택된 어느 하나 이상에 적용되는 것을 특징으로 하는 유동성 개선용 에멀젼 조성물.
  8. 제6항 기재의 유동성 개선용 에멀젼 조성물 50~99.9중량% 및 물 0.1~50중량%를 포함하는 수계 에멀젼 슬러리 조성물.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 수계 에멀젼 슬러리 조성물은 보일러 연소 연료, 석탄/ 바이오 MASS 혼합 연소물, 화학반응물, 농약 원료, 제약 원료, 금속가공유 원료, 윤활유 원료, 열매체유, 도료 원료, 계면활성제 원료, 소포제, 정유, 석유화학 제품 배합 원료, 미생물 먹이, 동물 사료, 식물 비료나 첨가제, BIO 가스, 폐기물 재활용원료 및 대체 바이오 에너지 중 선택된 어느 하나 이상에 적용되는 것을 특징으로 하는 수계 에멀젼 슬러리 조성물.
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JP2002531643A (ja) 1998-12-10 2002-09-24 ダウ・コーニング・コーポレーシヨン 一定の粒子サイズを有する非極性シランの、安定な水性エマルジョン
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