KR102117864B1 - 내유성 및 응집효과를 위한 유수분리 필터의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일실시예는 내유성 및 응집효과를 위한 유수분리 필터의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 섬유상 여재를 플라즈마에 노출시켜 상기 섬유상 여재 표면을 하이드록실기로 활성화 하는 단계, 상기 하이드록실기로 활성화된 섬유상 여재 상에 불소 실란계 발수제로 코팅하여 초발수층을 형성하는 단계 및 상기 초발수층 상에 에폭시 고분자로 코팅하여 내유성층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터여재 제조방법을 제공한다.

Description

내유성 및 응집효과를 위한 유수분리 필터의 제조방법{Manufacturing method of oil-water separation filter for oil resistance and flocculation effect}

본 발명은 내유성 및 응집효과를 위한 유수분리 필터의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 필터여재에 플라즈마 전처리 후 불소 실란계 코팅으로 초발수 층을 구현하고 멀티 에폭시 고분자 코팅으로 내유성 증가뿐만 아니라 액사의 응집효과를 증가시키고자 한 것에 관한 것이다.

자연에는 우리가 상상할 수 없을 정도의 많은 신비의 기능성이 존재한다. 여러 가지 예들 중에서 산업적 응용 가능성이 높아 최근 많은 관심을 받고 있는 기능성 표면은 연못에서도 항상 깨끗함을 유지하는 연꽃잎을 모사한 초발수 표면이다. 초발수 는 초소수로 표현되기도 하는데, 초발수의 대표적인 예인 연꽃잎은 표면의 왁스층과 마이크로/ 나노 계층구조로 인하여 물방울과의 접촉을 최소화 할 수 있기 때문에 물에 대한 접촉각(water contact angle)이 크다.

연꽃잎에서 모사한 있는 발수표면은 물을 싫어하는 표면으로, 일반적으로 접촉각이 90° 이상의 값을 가지는 표면을 말한다. 지금까지 이러한 발수표면은 화학적인 인자, 즉 표면에너지가 낮은 실리콘이나 불소계 화합물을 습식, 건식방법으로 코팅함으로써 구현되어 왔다.

또한, 일반적으로 초발수 표면은 물을 싫어하는 성질과 더불어 물방울이 쉽게 구를 수 있기 때문에 미끄럼각(tilt angle, sliding angle, or rolling angle)이 작아 물방울이 먼지를 가로질러 구를 때, 구형의 물방울이 표면의 먼지를 수집하게 되는 자기세정효과(self-cleaning effect)를 보이기도 한다. 초발수 표면은 자기세정효과 이외에도 부착방지, 방오성의 특성도 나타낼 수 있어 많은 산업적/생물학적 응용에 사용될 수 있다.

예를들어, 천연가스 공정에 초발수 코팅된 필터여재를 사용될 수 있다. 천연가스중에 수분, 미립자, oil등의 불순물이 포함되어 가스의 품질을 저하시키는 문제를 발생시키는데 이를 고품질화하여 산업용 및 가정용 연료가스로 사용하게 된다.

기체와액체 및 액체와액체 분리용 코어레서 필터는 혼합유체가 필터를 통과하면서 액상의 응집효과를 통해서 거대화된 후 중력에 의해서 제거되는 공정을 가진다.

따라서, 가스중의 액상의 응집효과를 통해서 거대화된 후 중력에 의해서 제거되는 공정을 거칠 때 가스중의 액상의 응집효과 구현하기 위해서는 섬유상여재의 표면에너지를 감소해야 하며 발수표면으로 표면개질된 필터 여재를 사용이 필요하고, 기존에 사용되는 붕규산유리섬유(Borosilicate glass fiber) 소수성과 내유성이 약하여 아민가스(amine gas)등을 비롯한 화학 플랜트에 발생하는 가스중의 액체를 제거하지 못하는 문제점 이 있다.

미국 공개특허 US 2012-0144595

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 기존 섬유여재는 소수성과 내유성이 약하여 화학 플랜트에 발생하는 가스중의 액체를 제거하지 못하는 문제점을 해결하기 위해 플라즈마 전처리로 섬유여재의 표면을 활성화하고 불소실란계 발수제로 초발수 코팅한 후 멀티엑폭시를 코팅하여 섬유여재를 제공하는 것이다.

보다 구체적으로는 가스중의 액상 응집효과를 구현하기 위해 섬유상 여재의 표면에너지를 감소시키고 내유성을 증가시키고자 한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 내유성 및 응집효과를 위한 유수분리 필터의 제조방법을 제공한다. 이러한 필터여재 제조방법은 섬유상 여재를 플라즈마에 노출시켜 상기 섬유상 여재 표면을 하이드록실기로 활성화 하는 단계, 상기 하이드록실기로 활성화된 섬유상 여재 상에 불소 실란계 발수제로 코팅하여 초발수층을 형성하는 단계 및 상기 초발수층 상에 에폭시 고분자로 코팅하여 내유성층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 섬유상 여재는 붕규산유리섬유, 폴리프로필렌, 셀루로스 디아세테이트, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 나일론, 폴리비닐 클로라이드, 모다크릴 또는 아크릴을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 플라즈마에 노출 하는 단계는 10 W내지 500 W 전력에서 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 플라즈마에 노출 하는 단계는 0.1초 내지 300초에서 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 불소실란계 발수제는 플루오로알킬실란, 트리클로로실란, 트리메톡시실란 및 트리에톡시실란으로 이루어진 군에서 선택되는 1종이상을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 초발수층이 코팅된 필수여재를 제조하는 단계는 상기 하이드록실기 및 상기 불소 실란계 발수제 간의 축합반응으로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 에폭시 고분자는 디글리시딜에틸렌 글리콜(Diglycidylethylene glycol), 소르비톨글리시딜에터(Sorbitol glycidyl Ether) 또는 에폭시 프로폭시 프로판디올을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 필터여재의 구조를 제공한다. 이러한 필터여재의 구조는 섬유상 여재, 상기 섬유상 여재 상에 위치하는 초발수층 및 상기 초발수층 상에 위치하는 내유성층을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 플라즈마 전처리를 통해 표면을 활성화 하여 상기 섬유상여재 표면의 큰 접촉각을 갖는 초발수 섬유상 여재를 제조하여 소수성 및 내유성을 가진 초발수 필터여재를 통해 화학플랜트에 발생하는 가수중의 액체를 제거하는 효과를 제공할 수 있다.

또한, 플라즈마 전처리를 이용하여 저비용의 표면개질이 가능한 이점이 있다.

또한, 불소 실란계 발수제가 하이드록실기로 활성화된 섬유상 여재 표면과 축합반응을 하여 공정을 단순하게 하는 이점이 있다.

또한, 불소 실란계 발수제상에 에폭시 고분자 수지 코팅층으로 인해 내유성 증가 및 액상의 응집효과 증가 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 필터여재 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 제조방법 과정 중의 한 단계를 나타낸 필터여재 단층 모식도이다.
도 3은 본 발명의 에폭시 고분자 수지에 함유된 물질 예를 나타낸 화학 구조식이다.
도 4는 본 발명의 필터여제 단층 모식도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 필터여재 제조방법을 나타낸 순서도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 필터여재 제조방법은 섬유상 여재를 플라즈마에 노출시켜 상기 섬유상 여재 표면을 하이드록실기로 활성화 하는 단계(S100), 상기 하이드록실기로 활성화된 섬유상 여재 상에 불소 실란계 발수제로 코팅하여 초발수층을 형성하는 단계(S200) 및 상기 초발수층 상에 에폭시 고분자로 코팅하여 내유성층을 형성하는 단계(S300)를 포함할 수 있다.

먼저, 섬유상 여재를 플라즈마에 노출시켜 상기 섬유상 여재 표면을 하이드록실기로 활성화 한다(S100).

예를 들어, 상기 섬유상 여재는 붕규산유리섬유, 폴리프로필렌, 셀루로스 디아세테이트, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 나일론, 폴리비닐 클로라이드, 모다크릴 또는 아크릴을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 플라즈마에 노출 하는 단계는 10 W내지 500 W 전력에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 플라즈마에 노출 하는 단계는 0.1초 내지 300초에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.

따라서, 상기 플라즈마에 노출하는 단계에서 0.1초 미만 노출 또는10 W 미만의 전력에서 이루어질 경우 섬유상 여재 표면의 하이드록실기 활성도가 낮아 불소 실란계의 코팅이 이루어지지 않을 수 있고, 플라즈마 노출시간이300초 초과 또는 전력이 500W 초과할 경우 노란색으로 변하고 표면의 거칠기가 증가하며 섬유상 여재가 표면 활성화가 심하여 초발수 층을 형성하기 어려울 수 있다.

또한, 상기 플라즈마를 발생시켜 상기 섬유상여재 표면을 하이드록실기(-OH)로 활성화 하면 축합중합반응을 일으킬 수 있는 환경을 조성할 수 있다.

그 다음에, 상기 하이드록실기로 활성화된 섬유상 여재 상에 불소 실란계 발수제로 코팅하여 초발수층을 형성한다(S200).

예를 들어, 상기 불소실란계 발수제는 플루오로알킬실란, 트리클로로실란, 트리메톡시실란 및 트리에톡시실란으로 이루어진 군에서 선택되는 1종이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 초발수층이 코팅된 필수여재를 제조하는 단계는 상기 하이드록실기 및 상기 불소 실란계 발수제 간의 축합반응으로 형성된 것을 특징으로 한다.

예를 들어, 상기 하이드록실기(-OH)는 상기 불소실란계 발수제의 Si-O-R기와 축합반응 하여 앵커링 그룹(Anchoring group)을 형성한다 앵커링 그룹(Anchoring group)은 다 모양으로 섬유상여재상에 단단하게 결합되어 코팅될 수 있다.

또한, 상기 초발수층에 포함된 불소 실란계의 불소(F)부분은 표면에너지가 매우 작기 때문에 불소로 코팅되면서 초발수 역할을 할 수 있다.

그러므로, 상기 섬유상 여재 표면에 소수성을 부여하고 소수성이 부여된 필터여재는 기체 및 액체, 액체 및 액체 분리용 코아레서 필터에 필터여재로 쓰여 종래보다 더 높은 분리력을 갖고, 석유정제 및 화학플랜트 등에 사용될 수 있다.

그 다음에, 상기 초발수층 상에 에폭시 고분자로 코팅하여 내유성층을 형성한다(S300).

예를 들어, 상기 에폭시 고분자는 디글리시딜에틸렌 글리콜(Diglycidylethylene glycol), 소르비톨글리시딜에터(Sorbitol glycidyl Ether) 또는 에폭시 프로폭시 프로판디올을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 섬유상 여재는 초발수층 및 내유성층을 포함하여 다층구조로 형성된 것을 특징으로 한다.

따라서, 상기 초발수층에 포함된 불소 실란계의 불소(F)부분과 상기 에폭시 고분자에 포함된 에폭시기 간의 화학반응을 통해 초발수층 상에 내유성층이 형성될 수 있고, 상기 섬유상 여재는 초발수 층 상에 내유성 층이 형성된 다층구조로 형성될 수 있다.

또한, 상기 내유성층의 형성으로 필터여재는 내유성 증가뿐만 아니라 액상의 응집효과를 증가시킬 수 있다.

상기 상술된 본 발명의 필터여재 제조방법으로 제조된 필터여재의 구조는 섬유상 여재, 상기 섬유상 여재 상에 위치하는 초발수층 및 상기 초발수층 상에 위치하는 내유성층; 을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 섬유상 여재와 상기 초발수층사이에 중합반응으로 앵커링 그룹(Anchoring group)이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

예를 들어, 상기 앵커링 그룹(Anchoring group)은 섬유상 여재를 플라즈마에 노출시켜 하이드록실기로 표면이 개질되면 하이드록실기로 표면개질된 섬유상 여재에 불소실란계 발수제를 도포하여 하이드록실기-OH와 불소실란계에 포함된 -Si-O-CH₃가 중합반응을 통해 결합하여 앵커링 그룹(Anchoring group)을 형성할 수 있다.

예를 들어, 이러한 구조의 필터여재는 종래보다 코아레서 필터로 사용시 내유성 및 액상응집효과 증가로 가스내 오일의 흡착을 최소화 할 수 있다.

따라서, 본 발명의 필터여재는 초발수 성질을 유지하며 내유성 및 응집효과의 증가로 석유정제 및 화학플랜트에 적용이 가능한 유수분리필터 여재로 사용할 수 있다.

제조예

초발수 코팅된 필터여재

1) 섬유상 여재 표면을 200 W의 플라즈마를 가하여 표면을 하이드록실기로 개질 시켰다.

2) 상기 하이드록실기로 표면개질된 섬유상 여재에 불소실란계 플루오로알킬실란 (fluoroalkylsilanes)을 포함한 발수제를 첨가해 플루오로알킬실란 으로 형성된 초발수층을 형성하였다.

3) 상기 초발수층 상에 디글리시딜에틸렌 글리콜(Diglycidylethylene glycol)을 물을 용매로 하여 3wt% 코팅액을 제조하여 초발수층 상에 내유성층을 형성하였다.

4) 상기 섬유상 여재를 60℃ 온도에서 경화 하였다.

4) 상기 섬유상 여재를 물로 세척하였다.

5) 상기 세척된 섬유상 여재를 60℃ 온도에서 건조시켰다.

도 2는 본 발명의 제조방법 과정 중의 한 단계를 나타낸 필터여재 단층 모식도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제조방법에서 초발수층을 형성하는 단계(S200)까지 제조된 단층을 보여주는 모식도이다.

따라서, 도 2의 100은 플라즈마에 노출되어 하이드록실기로 활성화된 섬유상 여재 상에 불소 실란계의SiO₃와 결합을 이루는 층, 도 2의 200은 불소 실란계 발수제의 불소가 초발수 역할을 하여 초발수 특징을 나타낸 초발수층을 확인 할 수 있다.

도 3은 본 발명의 에폭시 고분자 수지에 함유된 물질 예를 나타낸 화학 구조식이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 사용되는 에폭시 고분자 화합물 예인 디글리시딜에틸렌 글리콜(Diglycidylethylene glycol), 소르비톨글리시딜에터(Sorbitol glycidyl Ether), 에폭시 프로폭시 프로판디올을 나타낸 화학 구조식이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 도2 의 초발수층 형성하는 단계(S200) 후 도 3의 에폭시 고분자 화합물을 코팅하면 내유성층 형성할 수 있다.

도 4는 본 발명의 필터여제 단층 모식도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 필터여재 모식도를 확인할 수 있다.

상기 섬유상 여재(Substrate) 상에 플라즈마에 노출되어 하이드록실기로 활성화된 앵커링 그룹(Anchoring group) 도 4의(100), 앵커링 그룹(Anchoring group) 상에 불소 실란계 발수제로 코팅된 초발수층(Hydrophobic layer)도 4의 (200), 상기 초발수층(Hydrophobic layer)상에 에폭시 고분자로 코팅된 내유성층(Epoxy polymer adhesion) 도 4의(300); 을 포함하는 필터여재를 화학 구조식 및 단층을 확인 할 수 있다.

상기 앵커링 그룹(Anchoring group)은 실란계 발수제와 플라즈마로 인해 하이드록실기로 표면개질된 섬유상여재간의 결합을 보여주고, 초발수층은 초발수 역할을 하고 내유성층은 내유성 및 응집효과를 증가시키는 역할을 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 플라즈마 전처리를 통해 표면을 활성화 하여 상기 섬유상여재 표면의 큰 접촉각을 갖는 초발수 섬유상 여재를 제조하여 소수성 및 내유성을 가진 초발수 필터여재를 통해 화학플랜트에 발생하는 가수중의 액체를 제거하는 효과를 제공할 수 있다.

또한, 플라즈마 전처리를 이용하여 저비용의 표면개질이 가능한 이점이 있다.

또한, 불소 실란계 발수제가 하이드록실기로 활성화된 섬유상 여재 표면과 축합반응을 하여 공정을 단순하게 하는 이점이 있다.

또한, 불소 실란계 발수제상에 에폭시 고분자로 코팅한 내유성층으로 인해 내유성 증가 및 액상의 응집효과 증가 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (12)

1. 섬유상 여재를 플라즈마에 노출시켜 상기 섬유상 여재 표면을 하이드록실기로 활성화 하는 단계;
   상기 하이드록실기로 활성화된 섬유상 여재 상에 불소 실란계 발수제로 코팅하여 초발수층을 형성하는 단계; 및
   상기 초발수층 상에 에폭시 고분자로 코팅하여 내유성층을 형성하는 단계; 를 포함하고,
   상기 불소실란계 발수제는 플루오로알킬실란, 트리클로로실란, 트리메톡시실란 및 트리에톡시실란으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하고,
   상기 에폭시 고분자는 디글리시딜에틸렌 글리콜(Diglycidylethylene glycol), 소르비톨글리시딜에터(Sorbitol glycidyl Ether) 또는 에폭시 프로폭시 프로판디올을 포함하는 것을 특징으로 하는 필터여재 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 섬유상 여재는 붕규산유리섬유, 폴리프로필렌, 셀루로스 디아세테이트, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 나일론, 폴리비닐 클로라이드, 모다크릴 또는 아크릴을 포함하는 것을 특징으로 하는 필터여재 제조방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 플라즈마에 노출 하는 단계는 10 W내지 500 W 전력에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 필터여재 제조방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 플라즈마에 노출 하는 단계는 0.1초 내지 300초에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 필터여재 제조방법.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 초발수층이 코팅된 필수여재를 제조하는 단계는 상기 하이드록실기 및 상기 불소 실란계 발수제 간의 축합반응으로 형성된 것을 특징으로 하는 필터여재 제조방법.
7. 삭제
8. 섬유상 여재;
   상기 섬유상 여재 상에 위치하는 초발수층; 및
   상기 초발수층 상에 위치하는 내유성층; 을 포함하고,
   상기 초발수 층은 플루오로알킬실란, 트리클로로실란, 트리메톡시실란 및 트리에톡시실란으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하고,
   상기 내유성층은 디글리시딜에틸렌 글리콜(Diglycidylethylene glycol), 소르비톨글리시딜에터(Sorbitol glycidyl Ether) 또는 에폭시 프로폭시 프로판디올을 포함하는 것을 특징으로 하는 필터여재.
9. 제8항에 있어서,
   상기 섬유상 여재와 상기 초발수층 사이에 중합반응으로 앵커링 그룹(Anchoring group)이 형성되는 것을 특징으로 하는 필터여재.
10. 제8항에 있어서,
    상기 섬유상 여재는 붕규산유리섬유, 폴리프로필렌, 셀루로스 디아세테이트, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 나일론, 폴리비닐 클로라이드, 모다크릴 또는 아크릴을 포함하는 것을 특징으로 하는 필터여재.
11. 삭제
12. 삭제

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