KR102199984B1 - 우수한 표면 특성을 갖는 폴리카보네이트 수지 조성물 및 그로부터 제조되는 성형품 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리카보네이트 수지 조성물 및 그로부터 제조되는 성형품에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 폴리카보네이트 수지에 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 및 인계 난연제를 특정 조성비로 첨가함으로써, 폴리카보네이트를 강화하여 치수 안정성 및 강성을 부여하며, 동시에 우수한 표면 특성을 갖는 폴리카보네이트 수지 조성물 및 그로부터 제조되는 성형품에 관한 것이다.

Description

우수한 표면 특성을 갖는 폴리카보네이트 수지 조성물 및 그로부터 제조되는 성형품{Polycarbonate resin composition having excellent surface properties and molded article produced therefrom}
본 발명은 폴리카보네이트 수지 조성물 및 그로부터 제조되는 성형품에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 폴리카보네이트 수지에 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 및 인계 난연제를 특정 조성비로 첨가함으로써, 폴리카보네이트를 강화하여 치수 안정성 및 강성을 부여하며, 동시에 우수한 표면 특성을 갖는 폴리카보네이트 수지 조성물 및 그로부터 제조되는 성형품에 관한 것이다.
폴리카보네이트 수지는 우수한 기계적 특성, 열적 특성 및 치수 안정성을 지닌 엔지니어링 플라스틱으로 다양한 산업 분야에서 활용되고 있다.
합성 수지는 다양한 색상 및 외관의 구현이 용이한 장점이 있어, 가구 및 가전 제품 등의 외장재로 널리 사용되고 있다. 그러나, 실제 직물 등과 같은 자연스럽고 복잡한 패턴 등의 표현이 어려운 문제가 있었다.
따라서 종래에는, 합성 수지 성형품을 제조한 후에 도장 공정 내지는 표면에 필름을 붙이는 공정을 추가로 도입하여 성형품에 원하는 외관을 부여해 왔으나, 이러한 추가 공정의 도입은 공정 복잡성 및 비용 상승을 초래하며, 시간이 지남에 따라 도장된 표면 내지 부착된 필름이 손상되어 외관이 열악해지는 문제가 있다.
이에, 도장 내지 필름 부착을 위한 추가 공정 없이도 성형품에 직물 느낌의 외관을 부여하고자 셀룰로오스 섬유와 같은 천연섬유를 합성 수지 조성물에 부가하는 방법이 제안된 바 있다(대한민국공개특허 제10-2017-0093094호).
그러나 상기 방법에서 사용되는 셀룰로오스 섬유는 200℃부터 열분해가 일어나기 때문에 상대적으로 가공 온도가 높은 폴리카보네이트 수지 조성물에는 적용하기 어려운 문제가 있으며, 셀룰로오스 섬유와 같은 천연섬유를 포함하는 폴리카보네이트 수지 조성물을 200℃ 이상의 온도에서 성형할 경우, 성형품에 전체적인 황변 현상이 일어나는 문제가 있다.
또한, 전기/전자 제품에 사용되는 폴리카보네이트 수지들은 휨 등의 변형을 방지하기 위해서 유리섬유 등의 무기 충진제를 도입하는 방안이 사용되고 있다. 하지만 유리 섬유를 도입할 경우 충격강도가 매우 저하되고, 충진제가 표면으로 올라와 광택이 사라지고 표면이 거칠어져서 외관이 불량해지는 단점이 있다.
따라서, 폴리카보네이트를 강화하여 치수 안정성 및 강성을 부여하면서, 동시에 우수한 표면 특성을 갖는 폴리카보네이트 수지 조성물의 개발이 요청되고 있다.
본 발명의 목적은, 치수 안정성 및 강성을 부여하면서, 동시에 우수한 표면 특성을 갖는 폴리카보네이트 수지 조성물을 제공하는 것이다.
상기한 기술적 과제를 해결하고자 본 발명은, 조성물 총 100 중량부에 대하여, (1) 폴리카보네이트 수지 50 내지 80 중량부; (2) 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 8 내지 35 중량부; 및 (3) 인계 난연제 10 내지 20 중량부;를 포함하는, 폴리카보네이트 수지 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 본 발명의 폴리카보네이트 수지 조성물로부터 제조되는 성형품이 제공된다.
본 발명의 폴리카보네이트 수지 조성물은, 폴리카보네이트를 고강도 PET 섬유로 보강함으로써 유리 섬유를 도입한 경우와 다르게 우수한 표면 및 외관이 얻을 수 있으며, 동시에 치수 안정성 및 강성을 확보할 수 있고, 인계 난연제를 통해 난연성 및 가공 온도를 조절할 수 있어, 치수 안정성, 강성 및 난연성이 뛰어나고, 우수한 표면 특성이 요구되는 성형품(예컨대, 전기/전자 제품 등)의 제조에 특히 적합하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 폴리카보네이트 수지 조성물은 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 수지를 포함한다.
본 발명의 수지 조성물에 포함 가능한 폴리카보네이트 수지로는 방향족 폴리카보네이트 수지가 바람직하나, 본 발명의 기술적 사상을 구현할 수 있는 것이라면, 그 종류가 이에 특별히 제한되지 않으며, 당 분야에서 통상적으로 사용되는 열가소성 방향족 폴리카보네이트 수지를 사용할 수 있다.
일 구체예에서, 상기 방향족 폴리카보네이트 수지는 디히드릭 페놀, 카보네이트 전구체(precursor) 및 분자량 조절제 등으로부터 제조될 수 있다. 상기 디히드릭 페놀은 방향족 폴리카보네이트 수지를 구성하는 모노머 중 하나로서, 하기 화학식으로 표시되는 것일 수 있다.
Figure 112018112811221-pat00001
상기 화학식에서,
X는 작용기를 갖지 않는 직선형, 분지형 또는 환형 알킬렌기; 또는 설파이드, 에테르, 설폭사이드, 설폰, 케톤, 나프틸 또는 이소부틸페닐로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 작용기를 포함하는 직선형, 분지형 또는 환형 알킬렌기를 나타낸다. 바람직하게는, X는 탄소수 1 내지 10의 직선형 알킬렌기 또는 탄소수 3 내지 10의 분지형 알킬렌기이거나, 또는 탄소수 3 내지 6의 환형 알킬렌기일 수 있고,
R1 및 R2는 독립적으로, 할로겐 원자, 또는 알킬기, 예컨대 탄소수 1-20의 직선형, 탄소수 3-20의 분지형 또는 탄소수 3-20(바람직하게는, 3-6)의 환형 알킬기를 나타내며,
n 및 m은 독립적으로, 0 내지 4의 정수를 나타낸다.
상기 디히드릭 페놀의 비제한적인 예시로는 비스페놀(보다 구체적으로는2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판(=비스페놀 A)), 히드로퀴논, 4,4'-디히드록시디페닐, 비스(4-히드록시페닐)메탄, 1,1-비스(4-히드록시페닐)시클로헥산, 2,2-비스(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)프로판, 비스(4-히드록시페닐)설파이드, 비스(4-히드록시페닐)술폰, 비스(4-히드록시페닐)술폭사이드, 비스(4-히드록시페닐)케톤, 비스(4-히드록시페닐)에테르, 2,2-비스(3,5-디브로모-4-히드록시페닐)프로판 등의 할로겐화 비스페놀, 비스(4-히드록시페닐)페닐메탄, 비스(4-히드록시페닐)나프틸메탄, 비스(4-히드록시페닐)-(4-이소부틸페닐)메탄, 1,1-비스(4-히드록시페닐)에탄, 1-에틸-1,1-비스(4-히드록시페닐)프로판, 1-페닐-1,1-비스(4-히드록시페닐)에탄, 1-나프틸-1,1-비스(4-히드록시페닐)에탄, 1,2-비스(4-히드록시페닐)에탄, 1,10-비스(4-히드록시페닐)데칸, 2-메틸-1,1-비스(4-히드록시페닐)프로판 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 비스페놀 A를 사용할 수 있다.
상기 카보네이트 전구체는 방향족 폴리카보네이트 수지를 구성하는 또 다른 모노머로서, 그 비제한적인 예시로는 카보닐 클로라이드(포스겐), 카보닐 브로마이드, 비스할로포르메이트, 디페닐 카보네이트, 디메틸 카보네이트 등을 들 수 있다. 바람직하게는, 카보닐 클로라이드(포스겐)를 사용할 수 있다.
상기 분자량 조절제로는 당 분야에 이미 공지되어 있는 물질, 즉 열가소성 방향족 폴리카보네이트 수지 제조에 사용되는 모노머와 유사한 단일작용성 물질(monofunctional compound)을 사용할 수 있다. 상기 분자량 조절제의 비제한적인 예시로는 페놀을 기본으로 하는 유도체들(예컨대, 파라-이소프로필페놀, 파라-터트-부틸페놀(PTBP), 파라-큐밀(cumyl)페놀, 파라-이소옥틸페놀, 파라-이소노닐페놀 등), 지방족 알콜류 등을 들 수 있다. 바람직하게는, 파라-터트-부틸페놀(PTBP)을 사용할 수 있다.
이와 같은 디히드릭 페놀, 카보네이트 전구체 및 분자량 조절제로부터 제조되는 방향족 폴리카보네이트 수지로는, 예를 들어, 선형 폴리카보네이트 수지, 분지화된 폴리카보네이트 수지, 코폴리카보네이트 수지, 폴리에스테르카보네이트 수지, 실리콘 공중합 폴리카보네이트 등을 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 방향족 폴리카보네이트 수지의 바람직한 점도평균분자량(Mv, 메틸렌클로라이드 용액에서 측정시)은 15,000 내지 40,000, 더욱 바람직하게는 17,000 내지 30,000, 가장 바람직하게는 20,000 내지 30,000일 수 있다. 상기 방향족 폴리카보네이트 수지의 점도평균분자량이 15,000 미만이면 충격강도 및 인장강도 등의 기계적 물성이 크게 저하될 수 있으며, 40,000을 초과하면 용융 점도의 상승으로 수지의 가공에 문제가 생길 수 있다.
본 발명의 수지 조성물은, 조성물 총 100중량부를 기준으로, 폴리카보네이트 수지 50 내지 80 중량부, 예컨대, 52 내지 80 중량부, 또는 55 내지 78 중량부의 양으로 포함할 수 있다. 조성물 내 폴리카보네이트 수지가 50 중량부 미만이면 본 발명에서 요구되는 강성 및 치수안정성을 얻을 수 없고, 80 중량부를 초과하면 PET 및 인계 난연제의 상대적 함량이 낮아져 강성 및 난연성이 열악해질 수 있다.
본 발명의 수지 조성물은 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate, PET) 섬유를 또한 포함한다.
일 구체예에서, 상기 PET 섬유의 평균 직경은, 예컨대, 10 내지 50 μm, 10 내지 40 μm, 또는 10 내지 30 μm 있으나, 이에 한정되지는 않는다. PET 섬유의 평균 직경이 상기 수준보다 너무 작으면 함량에 관계없이 본 발명에서 요구되는 치수 안정성을 충족시키지 못하고, 반대로 상기 수준보다 너무 크면 섬유가 성형품 표면상에 크게 나타나 표면 특성이 열악해진다.
또한 일 구체예에서, 상기 PET 섬유의 평균 길이는, 예컨대, 0.05 내지 4mm 일 수 있고, 보다 구체적으로는 0.1 내지 4mm, 0.5 내지 3.5mm 또는 1 내지 3mm 일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. PET 섬유의 평균 길이가 상기 수준보다 너무 짧으면 본 발명에서 요구하는 강성을 충족시킬 수 없고, 반대로 상기 수준보다 너무 길면 표면 특성이 열악해진다.
본 발명의 수지 조성물은, 조성물 총 10 중량부를 기준으로, PET 섬유를 8 내지 35 중량부의 양으로 포함한다. 조성물 내 폴리카보네이트 수지 100중량부당 PET 섬유 함량이 8 중량부 미만이면 본 발명에서 요구되는 강성이 낮아질 수 있고, 35 중량부를 초과하면 추가적인 강성 증가 효과를 얻을 수 없으며, 표면 특성이 열악해질 수 있다.
일 구체예에서, 본 발명의 수지 조성물 총 100중량부당 PET 섬유 함량은, 8 중량부 이상, 9 중량부 이상 또는 10 중량부 이상일 수 있으며, 또한 35 중량부 이하, 33 중량부 이하, 32 중량부 이하 또는 30 중량부 이하일 수 있다.
본 발명의 수지 조성물은 인계 난연제를 또한 포함한다.
본 발명의 수지 조성물에 사용 가능한 인계 난연제의 비제한적인 예시로는 인산 에스테르 화합물을 들 수 있으며, 보다 구체적으로는 하기 화학식 1로 표시되는 인산 에스테르 화합물을 들 수 있다:
[화학식 1]
Figure 112018112811221-pat00002
상기 식 1에서, R1, R2, R3 및 R4는 각각 서로 독립적으로 C1-C8 알킬, C5-C6 시클로알킬, C6-C20 아릴 또는 C7-C20 아르알킬이다. 특히 바람직한 아릴기는 크레실, 페닐, 크실레닐, 프로필페틸 또는 부틸페닐이다. n은 서로 독립적으로 0 또는 1일 수 있고, 바람직하게는 1이다. N은 0~10이고, 바람직하게는 0.3~8이고, 더욱 바람직하게는 0.5~ 5이다. X는 탄소수 6~30의 단핵 방향족 또는 다핵 방향족기로서, 바람직하게는 디페닐페놀, 비스페놀 A, 레소시놀 또는 하이드로퀴논일 수 있다.
상기 인산 에스테르 화합물은 또한 바람직하게는 하기 화학식 2의 인산 에스테르 화합물이다:
[화학식 2]
Figure 112018112811221-pat00003
상기 식 2에서, R1, R2, R3, R4, n 및 N은 상기 식 1에서 정의된 바와 같고, Y는 C1-C7 알킬리덴, C1-C7 알킬렌, C5-C12 시클로알킬렌, C5-C12 시클로알킬리덴, -O-, -S-, -SO-, -SO2- 또는-CO-를 나타내고, a는 0~2의 정수를 나타낸다. 바람직하게는, Y는 C1-C7 알킬리덴이고, 더욱 바람직하게는 이소프로필리덴 또는 메틸렌이다.
본 발명에서 인계 난연제로서 사용 가능한 인산 에스테르 화합물은, 모노포스페이트(N=0), 올리고포스페이트(N=1~10) 또는 모노포스페이트 및 올리고포스페이트의 혼합물일 수 있다.
일 구체예에서, 인계 난연제로는 레소르시놀 비스(디페닐 포스페이트), 비스페놀 A 비스(디페닐 포스페이트) 또는 N,N'-비스[디-(2,6-자이릴)포스포릴]-피페라진 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 수지 조성물은, 조성물 총 100중량부를 기준으로, 인계 난연제를 10 내지 20 중량부의 양으로 포함한다. 조성물 내 인계 난연제 함량이 10 중량부 미만이면 가공온도가 높아 PET 섬유가 Fiber 형태를 유지하지 못하고 폴리카보네이트 수지와 혼합되므로 본 발명에서 요구되는 물성을 얻을 수 없고, 20 중량부를 초과하면 인계 난연제가 물성을 저해하여 원하는 강성을 충족시키지 못 할 수 있다.
일 구체예에서, 본 발명의 수지 조성물 총 100중량부당 인계 난연제 함량은, 10 중량부 이상, 11 중량부 이상 또는 12 중량부 이상일 수 있으며, 또한 20 중량부 이하, 18 중량부 이하 또는 16 중량부 이하일 수 있다.
본　발명의 수지 조성물은,　전술한　성분들　이외에도　사출 성형 또는 압출　성형용　열가소성　수지　조성물에　통상적으로　첨가되는　기타 첨가제를　하나　이상　추가로　포함할　수　있다. 예를 들어,　가소제, 커플링제, 열안정제, 광안정제, 이형제, 활제, 분산제, 적하 방지제, 소광제, 내후 안정제 또는 이들 중 2종 이상의　혼합물로　이루어진　군으로부터　선택되는　하나 이상의 기타 첨가제를　추가로 포함할 수 있다.
상기 기타 첨가제의 함량은 특별히 제한되지 않고, 본 발명의 수지 조성물의 목적하는 물성을 해치지 않는 범위에서 추가의 기능을 부가하기 위해 사용될 수 있는 정도의 양이다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 기타 첨가제의 함량은, 조성물 총 100 중량부 기준으로, 0.1 내지 20 중량부일 수 있고, 보다 구체적으로는 0.1 내지 10 중량부일 수 있다. 기타 첨가제의 함량이 지나치게 적으면 그 사용에 따른 각종 기능의 개선 효과가 미미할 수 있고, 반대로 지나치게 많으면 조성물의 기계적 물성이 열악해질 수 있다.
본 발명의 폴리카보네이트 수지 조성물은, 폴리카보네이트를 고강도 PET 섬유로 보강함으로써 유리 섬유를 도입한 경우와 다르게 우수한 표면 및 외관이 얻을 수 있으며, 동시에 치수 안정성 및 강성을 확보할 수 있고, 인계 난연제를 통해 난연성 및 가공 온도를 조절할 수 있어, 치수 안정성, 강성 및 난연성이 뛰어나고, 우수한 표면 특성이 요구되는 성형품의 제조에 특히 적합하게 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 본 발명의 폴리카보네이트 수지 조성물로부터 제조되는 성형품이 제공된다.
상기 성형품은, 폴리카보네이트 수지 조성물을 압출 또는 사출 성형하여 제조될 수 있다.
일 구체예에 따르면, 상기 성형품은 전기/전자 제품 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위는 이들 실시예로 한정되지 않는다.
[ 실시예 ]
실시예 및 비교예에서 사용된 성분
(A) PC 수지: 용융지수가 30g/10분인 폴리카보네이트 수지(TRIREX 3017PJ, 삼양사)
(B) 인계 난연제: 올리고머형 포스페이트(DAIHACHI사의 CR-741)
(C) PET 섬유: 평균직경이 20μm이고, 길이가 3mm인 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유(휴비스 사)
(D) 유리섬유: 섬유 길이가 3mm이고, 필라멘트 직경이 13um인 유리섬유(CS321, KCC사)
(E) 활제: 펜타에리쓰리톨 테트라스테아레이트 화합물(PETS-AHS, Faci사)
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 7
하기 표 1의 조성 및 함량에 따라, 상기 구성 성분을 텀블러 믹서로 10분 동안 혼합한 후, 이축(twin screw type) 압출기에 첨가하고, 실린더온도 230℃ 및 교반 속도 200 rpm 조건에서 용융 및 압출하여 펠렛을 제조하였다. 제조된 펠렛은 80℃에서 4시간 이상 건조한 후, 230℃의 사출기(제조사: LG전선, 제품명: LGH-200N)에서 사출하여 시편을 제조하였다. 제조된 시편에 대하여 하기의 방법으로 물성을 평가하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
<물성 측정/평가 방법>
(1) 아이조드(IZOD) 충격 강도(단위: kgf·cm/cm): ASTM D256에 규정된 평가방법에 의거하여, 1/8" 두께의 아이조드 시편에 노치(Notch)를 만들어 평가하였다.
(2) 굴곡강도 및 굴곡탄성률 (단위: kgf/cm2): ASTM D790에 규정된 평가방법에 의거하여, 2.8mm/min 조건하에서 측정하였다.
(3) 성형수축률: 폭 50mm x 길이 100mm x 두께 3mm 의 시편을 동일 조건에서 사출 성형하여 23℃, 상대 습도 50% 분위기에서 24 시간 방치시킨 후, 시편을 3차원 측정기로 측정하여 성형 수축률을 산출하였다.
(4) 표면 특성: 폭 100mm x 길이 100mm x 두께 3mm 의 시편을 동일 조건에서 사출 성형하여, 육안으로는 표면 이상을 전혀 느낄 수 없으나, 3차원 측정기로 측정하여 시편의 표면을 관찰하였을 때 무기물 및 이물이 전혀 보이지 않으면 아주 좋음, 3차원 측정기로 무기물의 흔적이 매우 드물게 보이지만 겉으로 드러나지 않으면 좋음, 3차원 측정기로 시편 표면의 무기물 흔적이 관찰되면 보통으로 간주하였다 (◎: 매우 좋음, ○: 좋음, △: 보통).
Figure 112018112811221-pat00004
상기 표 1에 기재된 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 4의 폴라카보네이트 수지 조성물은 충진제가 표면으로 올라와 광택이 사라지거나 표면이 거칠어져서 외관이 불량해지는 등의 문제가 발생하지 않아 우수한 표면 특성을 나타내었으며, 치수안정성 및 강성도 높은 수치를 나타내는 등, 상기 물성 평가 항목들 모두에서 우수한 결과를 나타내었다.
반면, 비교예 조성물들은 상기 물성 평가 항목들 중 하나 이상이 열악하였다. 비교예 1및 2는 PET 섬유가 포함되지 않거나 소량으로 포함되어 굴곡강도와 탄성률이 낮아지고, 성형 수축률이 큰 수치를 나타나 치수안정성이 떨어짐을 알 수 있었다. 비교예 3은 액상 인계 난연제가 너무 적게 포함된 경우로서, 가공온도가 높아 PET 섬유가 Fiber 형태를 유지하지 못하여 전반적으로 열악한 물성을 나타내었다. 비교예 4는 액상 인계 난연제가 과량으로 포함되는 경우 물성 저하, 특히 강성의 저하가 나타남을 알 수 있다. 비교예 5는 PET 섬유가 과량으로 포함되는 경우 강성이 추가적으로 향상되지 않으나, 표면 특성에 악영향을 주는 것을 알 수 있다. 또한, 비교예 6 내지 7은 종래 기술과 같이 유리섬유를 포함하는 경우에 우수한 성형수축률과 강성을 나타내지만, 표면 특성이 열악함을 알 수 있다.

Claims (6)

  1. 조성물 총 100 중량부에 대하여,
    (1) 폴리카보네이트 수지 55 내지 78 중량부;
    (2) 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 10 내지 30 중량부; 및
    (3) 인계 난연제 12 내지 16 중량부;를 포함하는,
    폴리카보네이트 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 폴리카보네이트 수지가 방향족 폴리카보네이트 수지인, 폴리카보네이트 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유의 평균 직경이 10 내지 50 μm이고, 평균 길이가 0.05 내지 4mm인, 폴리카보네이트 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 인계 난연제가 하기 화학식 1로 표시되는 인산 에스테르 화합물인, 폴리카보네이트 수지 조성물:
    [화학식 1]
    Figure 112018112811221-pat00005

    상기 화학식 1에서,
    R1, R2, R3 및 R4는 각각 서로 독립적으로 C1-C8 알킬, C5-C6 시클로알킬, C6-C20 아릴 또는 C7-C20 아르알킬이고,
    n은 서로 독립적으로 0 또는 1이고,
    N은 0~10이고,
    X는 탄소수 6~30의 단핵 방향족 또는 다핵 방향족기이다
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 폴리카보네이트 수지 조성물로부터 제조되는 성형품.
  6. 제5항에 있어서, 전기 제품 또는 전자 제품인 성형품.
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