KR102446253B1 - 차단열 방수 도장방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 차열, 단열 및 방수 기능을 가지는 도막의 형성을 위한 도장 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 차열, 단열 및 방수 기능을 가지는 도막의 형성을 위한 도장 방법에 관한 것이다.
기후의 온난화에 따라 태양광 및 열에너지로 인해 실내의 온도가 높아지고, 이에 따라 여름철 냉방에 의한 에너지 전력 사용량이 급증하여 최근 에너지 전력 문제가 급부상하고 있다. 전력 소비가 최근 10 년간 60% 넘게 증가하고, 한국이 세계 8위의 전력소비국이 되면서 산유국의 정책적 수급 조절 및 지속적인 가격 인상으로 인해 에너지 수급에 문제가 발생하고 있다. 또한 최근 원전의 문제로 인하여 전력 사정이 나빠져 에너지 절약의 필요성은 절대적이다.
현재 에너지 절감을 위하여 건축물 등에서 다양한 단열재를 사용하고 있다. 열류의 차단을 주목적으로 하는 단열재는 크게 나누어 충진형 단열재와 반사형 단열재로 나눌 수 있는데, 충진형 단열재의 특징은 보통 내부에 미세한 공기포를 형성시켜 열의 전도를 억제하는 효과를 가지고 있고, 반사형 단열재는 물체의 표면에 도달된 태양광을 반사시켜 열에너지로의 전환을 억제시키는 효과를 가지고 있다. 그러나 상기 단열재는 비용 및 공간효율이 저하되기 때문에 최종 마감재나 방수재로 사용하기 어려운 현실이다. 더욱이, 국내의 경우 지붕에는 에너지 절감이 목적이 아닌 방수의 목적으로 일반 방수재를 사용하고 있다. 또한, 종래의 차단열 도료의 대부분은 상도로 국한되어있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 한국공개특허 제2003-0059851호에서 비오염성 태양열 차단 단열 도료 조성물 등을 개시하고 있으나, 종래의 도료 시스템은 차단열 기능과 동시에 방수기능을 가지지는 않으므로, 차단열과 동시에 방수 기능을 가지는 도료 시스템의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 종래에 최종 마감재 및 방수 목적으로 사용하기 어려웠던 단열재를 대신하여, 차단열 효과와 방수 효과를 동시에 가지는 차단열 방수 도장 방법을 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.
본 발명은, (1) 경화제, 주제로서 유성 또는 수용성 우레탄 수지, 및 중공을 포함하는 평균 입경 40 내지 300 ㎛의 무기 분말 입자를 포함하는 하도 조성물을 기재상에 코팅하여 하도층을 형성하는 단계; (2) 상기 하도층 위에, 경화제, 주제로서 유성 또는 수용성 우레탄 수지, 및 중공을 포함하는 평균 입경 40 내지 300 ㎛의 무기 분말 입자를 포함하는 중도 조성물을 코팅하여 중도층을 형성하는 단계; 및 (3) 상기 중도층 위에, 경화제, 주제로서 유성 아크릴 우레탄 수지, 분산제, 차열안료, 희석제, 침강방지제, 및 논슬립(Non-slip)성 부여를 위한 폴리에틸렌 분말 또는 규사를 포함하는 상도 조성물을 코팅하여 상도층을 형성하는 단계를 포함하는 차단열 방수 도장 방법을 제공한다.
본 발명의 차단열 방수 도장 방법에 의해 형성되는 도장은 하도와 중도 도막이 단열도막으로 형성되기 때문에 단열성이 뛰어나고, 상도 도막의 표면에서 열이 반사되기 때문에 특히 태양열의 복사열에 의한 온도 상승이 방지되며, 외부 또는 내부의 열이 상호 전달되지 못하도록 차열성을 부여할 수 있다. 또한, 본 발명의 차단열 방수 도장 방법은 방수기능을 가지며 동시에 미끄럼 방지를 위해 NON-SLIP 성이 부여된다.
또한, 본 발명의 차단열 방수 도장 방법은 건물에 적용시 건물의 내구성을 향상시킬 수 있고, 동시에 유지관리비를 절감하고 이산화탄소의 발생을 줄일 수 있기 때문에 더욱 유용하다.
본 발명은 (1) 경화제, 주제로서 유성 또는 수용성 우레탄 수지, 및 중공을 포함하는 평균 입경 40 내지 300 ㎛의 무기 분말 입자를 포함하는 하도 조성물을 기재상에 코팅하여 하도층을 형성하는 단계; (2) 상기 하도층 위에, 경화제, 주제로서 유성 또는 수용성 우레탄 수지, 및 중공을 포함하는 평균 입경 40 내지 300 ㎛의 무기 분말 입자를 포함하는 중도 조성물을 코팅하여 중도층을 형성하는 단계; 및 (3) 상기 중도층 위에, 경화제, 주제로서 유성 아크릴 우레탄 수지, 분산제, 차열안료, 희석제, 침강방지제, 및 논슬립(Non-slip)성 부여를 위한 폴리에틸렌 분말 또는 규사를 포함하는 상도 조성물을 코팅하여 상도층을 형성하는 단계를 포함하는, 차단열 방수 도장 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 차단열 방수 도장 방법에 따르면 하도 및 중도에 포함되는 유성 또는 수용성 우레탄 수지는 서로 같거나 다를 수 있으며, 바람직하게는 분자량 500 내지 5,000의 다가 알코올을 사용한 유성 또는 수용성 우레탄 수지일 수 있다.
본 발명의 차단열 방수 도장 방법에 따르면 중공을 포함하는 무기 분말 입자가 하도층 및 중도층 내에 포함되어 복층 구조를 가짐으로써 2 중의 단열효과를 얻을 수 있다. 또한, 하도층 침투형의 경우 하도층이 얇게 도장되면 상기 무기 분말 입자가 핀홀 부분에 침투하여 콘크리트에 대한 단열 효과가 우수해질 수 있으며, 후도막의 경우 도막을 형성하여 단열효과를 가질 수도 있다. 상기 무기 분말 입자의 재료는 통상적으로 단열, 도장, 또는 건축 재료에 포함되는 중공을 포함하는 무기 분말 또는 중공을 포함하는 무기 분말들의 조합으로부터 당업자가 적절하게 선택하여 사용할 수 있으며, 예컨대, 알루미노실리케이트(aluminosilicate), 붕규산 유리(borosilicate glass)에서 선택되는 1 종 이상을 포함할 수 있다.
상기 중도층 및 하도층에 포함되는 무기 분말 입자의 크기가 40 ㎛보다 작으면 파괴강도가 10,000 psi보다 작아져 도막의 경도가 저하되기 때문에 외력에 의하여 도막의 표면이 쉽게 손상될 수 있고 비오염성 효과가 저하될 수 있으며, 무기 분말 입자의 크기가 300 ㎛보다 크면 체적 증가로 인하여 도막 물성의 저하, 저장 안정성의 저하 및 뭉침성의 증가로 인하여 도막의 미려한 외관이 저하될 수 있다.
예를 들어, 상기 하도 조성물은 부풀음 방지제, 촉매, 용제 및 이들의 조 합들로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 더 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
예를 들어, 상기 중도 조성물은 가소제, 부풀음 방지제, 안료, 희석제, 용제 및 이들의 조합들로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 더 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
예를 들어, 상기 상도 조성물은 촉매, 레벨링제, 용제, 및 이들의 조합들로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 더 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본 발명의 단열 방수 도장 방법에 따르면, 보다 높은 태양열 반사효과 및 단열효과를 얻기 위해 서로 상이한 입자 크기 분포를 가지는 무기 분말 입자를 일정 함량비로 혼합하여 사용할 수 있다. 이와 같이 서로 상이한 입자 크기 분포를 가지는 무기 분말 입자를 함께 사용하는 경우, 서로 다른 크기의 중공을 가지는 무기 분말 입자가 도막 내에 조밀하게 분포됨으로써 도막 내부에 더욱 많은 기공이 확보될 수 있다. 또한, 도막 표면의 요철과 기공이 제거되고, 비중에 의해 표면 배열로 인하여 더욱 우수한 단열효과를 얻을 수 있다는 장점이 있다.
.상기 평균 입자 크기가 서로 상이한 무기 분말 입자의 혼합 비율은 약 1 : 5 내지 5 : 1 의 중량 비율의 범위 내로 유지할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 바람직하게는 30 내지 90 ㎛의 크기를 가지는 입자와 95 내지 150 ㎛의 크기를 가지는 입자의 혼합 비율을 1 : 5 내지 5 : 1 의 중량 비율의 범위 내로 유지할 수 있다. 더 바람직하게는 40 내지 85 ㎛의 크기를 가지는 입자와 95 내지 120 ㎛의 크기를 가지는 입자의 혼합 비율을 1 : 5 내지 5 : 1 의 중량 비율의 범위 내로 유지할 수 있다. 평균 입자 크기가 작은 무기 분말 입자의 함량이 상대적으로 많아지면 반사효과가 증가될 수 있으며, 입자 크기가 큰 무기 분말 입자의 함량이 상대적으로 많아지면 도막의 단열성이 향상되고 도막이 경량화될 수 있다. 따라서, 무기 분말 입자의 혼합 비율은 도막의 목적 및 기능에 따라 당업자가 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.
예를 들어, 상기 상도는 약 3 내지 20 중량%의 차열 유색 안료를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리에틸렌 분말은 약 3 내지 8 중량% 포함될 수 있으며, 상기 규사는 약 5 내지 15 중량% 포함될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 폴리에틸렌 분말 또는 규사는 상도 배합시에 첨가되거나 또는 시공시에 후 첨가될 수 있다.
상기 하도 및 중도 조성물의 유성 또는 수용성 우레탄 수지는 각각 고형분 약 30 내지 100%의 바인더를 포함할 수 있다.
본 발명의 단열 방수 도장 방법에 따르면, 상기 (1) 단계에서 상기 하도층은 약 50 내지 1,000 ㎛의 두께로 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본 발명의 단열 방수 도장 방법에 따르면, 상기 (1) 단계에서 상기 무기 분말 입자는 주제부 100 중량부에 대하여 약 1 내지 10 중량부 포함될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 무기 분말 입자는 코어 부분에 중공을 포함하는 비드 형태일 수 있다. 상기 무기 분말 입자는 부피 체적량이 전체 중도 조성물의 부피를 기준으로 약 10 내지 20 %일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 무기 분말 입자의 부피 체적이 10% 미만일 경우 단열성이 저하될 수 있고, 20%을 초과하면 신장률 및 인장강도 등의 전반적인 도료 물성이 저하될 수 있으며, 도료의 안전성이 떨어질 수 있다.
본 발명의 단열 방수 도장 방법에 따르면, 상기 (2) 단계에서 상기 중도층은 약 1,000 내지 5,000 ㎛의 두께로 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본 발명의 단열 방수 도장 방법에 따르면, 상기 (2) 단계에서 상기 무기 분말 입자는 주제부 100 중량부에 대하여 약 1 내지 10 중량부 포함될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본 발명의 단열 방수 도장 방법에 따르면, 상기 (3) 단계에서 상기 상도층은 약 10 내지 300 ㎛의 두께로 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 어떠한 의미로든 본 발명의 범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
1. 제조예 - 상도 조성물
헥사메틸렌 디이소시아네이트(DURANATE 24A-100, ASAHI KASEI CHEMICAL사) 40 중량%, 희석제로 이염기성 에스테르(Dibasic ester) 10 중량%와 디메틸 카보네이트(Dimethyl carbonate) 20 중량%와 자일렌 30 중량%를 교반기에서 1,000 rpm으로 약 30 분 동안 교반하여 상도의 경화제부를 제조하였다.
Tg 값이 각각 20.0과 4.65인 아크릴수지(KCC 제조)를 혼용한 혼합물 64 중량%와 분산제(NUSPER-657) 0.04 중량%을 투입하여 교반기에서 20 분간 1,000 rpm으로 교반하고, 백색 차열안료인 이산화 타이타늄(R-706, DUPONT사) 20 중량%, 흑색 차열안료인 크로뮴 아이언 옥사이드(BASF사) 1.0 중량%, 황색 차열안료인 크롬 안티몬 티타늄 루틸 버프(BASF사) 0.5 중량%, 희석제로 자일렌 1.0 중량%, 침강방지제로 벤톤 1.0 중량%를 추가하고, 이를 연화기로 투입하여 안료 입자 크기가 20 ㎛ 이내가 되도록 연화시켰다. 이후, 촉매로 디부틸주석디라우르산(DBTDL) 0.01 중량%, 레벨링제로 폴리에스테르 변성실록산(BYK-320, BYK사) 0.05 중량%, 용제로 이염기성 에스테르(Dibasic ester) 2.0 중량%와 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트(PMA) 2.4 중량% 및 논슬립(NON-SLIP)성을 위해 폴리에틸렌 파우더 8.0 중량%를 첨가하여 교반기에서 1,000 내지 1,500 rpm으로 약 20 분간 교반하여 상도의 주제부를 제조하였다.
2. 제조예 - 중도 조성물
톨루엔 디이소시아네이트(OCI사) 22 중량%, 프로필렌 글리콜 (분자량 2,000 내지 3,000, KPX사) 65.98 중량%, 1,3 부틸렌글리콜 2 중량%를 투입하여 교반기에서 약 200 내지 300 rpm, 80℃로 교반하여 4 시간 동안 합성하였다. 합성물은 60℃로 냉각시켜 폴리디메틸 실리콘 플루이드(Polydimethyl Silicon Fluid) 0.02 중량%, 가소제로 수소화 탄화수소 (Hydrogenated hydrocarbons) 폴리머 10 중량%을 첨가하여 교반기에서 약 100 rpm 으로 30 분 동안 교반하여 중도의 경화제부를 제조하였다.
폴리에스테르 폴리올(분자량 2,000 내지 4,000, KPX사) 40 중량%, 평균입도 5 ㎛의 탄산칼슘 체질안료(오미야카보5) 40 중량%, 분산제(NUSPER-657) 0.5 중량%, 코어 부분에 중공구 형태를 가지는 무기 분말 입자(구성성분 Borosilicate glass 및 Aluminosilicate, 입자 크기별 혼합비 60 ㎛ : 85 ㎛ : 120 ㎛ = 1 : 3 : 2) 4.8 중량%, 가소제로 수소화 탄화수소 (Hydrogenated hydrocarbons) 폴리머 6.2 중량% 첨가하여 교반기에서 2,000 내지 3,000 rpm으로 30 분 동안 고속 교반하였다. 교반 후 분산된 제품에 조색안료 2.5 중량%, 부풀음 방지제로 폴리옥시프로필알디민 1.0 중량%, 희석제로 자일렌 5.0 중량%를 첨가하고 교반기에서 1,000 rpm으로 20 분간 교반하여 중도의 주제부를 제조하였다.
3. 제조예 - 하도 조성물
폴리머릭 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(M200, 금호미쓰이사) 40 중량%, 프로필렌 글리콜 (분자량 1,000 내지 2,000, KPX사) 45 중량%, 트리메틸올프로판 (Trimethylolpropane) 10 중량%, 다이에틸렌 글리콜 5 중량%를 투입한 후, 교반기에서 약 200 내지 300 rpm, 80℃로 4 시간 동안 교반하여 하도의 경화제부를 제조하였다.
프로필렌 글리콜 (분자량 1000 내지 2000, KPX사) 34 중량%, 피마자유(Dehydrated Castor Oil Fatty Acid) 60 중량%, 코어 부분에 중공구 형태를 가지는 무기 분말 입자(구성성분 Borosilicate glass 및 Aluminosilicate, 입자 크기별 혼합비 60 ㎛ : 85 ㎛ : 120 ㎛ = 1 : 3 : 2) 4.9 중량%을 함유하는 혼합물을 교반기에서 약 2,000 rpm으로 20 분간 교반하여 분산시킨 후에 부풀음 방지제로 폴리옥시프로필알디민 1 중량%, 촉매로 디부틸주석디라우르산(DBTDL) 0.1 중량%를 첨가하고 교반기에서 10 분간 1,000 rpm으로 교반하여 하도의 주제부를 제조하였다.
4. 비교 제조예 - 하도 조성물
폴리머릭 메틸렌 디페닐 이소시아네이트(M200, 금호미쓰이사) 18.99 중량%, 프로필렌 글리콜 (분자량 1,000 내지 2,000, KPX사) 13 중량%, 트리메틸올프로판 (TRIMETHYLOLPROPANE) 10 중량%, 다이에틸렌 글리콜 5 중량%를 투입하여 교반기에서 약 200 내지 300 rpm, 80℃로 교반하여 4 시간 동안 합성하였다. 합성물은 60℃로 냉각시켜 희석제로 자일렌 53 중량%를 투입하여 30분동안 교반한 후, 40℃ 이하에서 경화 촉매로 디부틸주석디라우르산(DBTDL) 0.01 중량%를 투입하여 30분동안 교반하여 제조하였다.
5. 비교 제조예 - 중도 조성물
톨루엔 디이소시아네이트(OCI사) 22 중량%, 프로필렌 글리콜(분자량 1,000 내지 2,000, KPX사) 67.98 중량%을 투입하여 교반기에서 약 200 내지 300 rpm, 80℃로 교반하여 4 시간 동안 합성하였다. 합성물은 60℃로 냉각시킨 후 폴리디메틸 실리콘 플루이드(Polydimethyl Silicon Fluid) 0.02 중량%, 수소화 탄화수소(Hydrogenated hydrocarbons) 폴리머 10 중량%을 투입하여 교반기에서 200 rpm으로 30 분간 교반하여 중도의 경화제부를 제조하였다.
폴리에스테르 폴리올(분자량 2,000 내지 4,000, KPX사) 26 중량%, 평균입도 5 ㎛의 탄산칼슘 체질안료(오미야카보5) 60 중량%, 분산제(NUSPER-657) 0.5 중량%, 수소화 탄화수소 (Hydrogenated hydrocarbons) 폴리머 5 중량%를 첨가하여 교반기에서 2,000 내지 3,000 rpm으로 30분 동안 교반하였다. 조색안료 2.5 중량%, 부풀음 방지제로 폴리옥시프로필알디민 1.0 중량%, 희석제로 자일렌 5.0 중량% 첨가하고 교반기에서 20분간 1,000 rpm으로 교반하여 중도의 주제부를 제조하였다.
6. 비교 제조예 - 상도 조성물
헥사메틸렌 디이소시아네이트(DURANATE N3300, ASAHI KASEI CHEMICAL사) 20.0 중량%, 톨루엔 디이소시아네이트 15 중량%, 희석제로 이염기성 에스테르(Dibasic ester) 15 중량%, 디메틸 카보네이트(Dimethyl carbonate) 20 중량%, 희석제로 자일렌 30 중량%를 교반기에서 1,000 rpm으로 약 30 분 동안 교반하여 상도의 경화제부를 제조하였다.
아크릴수지(KCC제조) 61.4 중량%, 분산제(NUSPER-657) 0.04 중량%, 희석제로 자일렌 7 중량%, 평균입도 5 ㎛의 탄산칼슘 체질안료(오미야카보5) 26.5 중량%, 조색안료 4중량%, 침강방지제로 벤톤 1.0 중량%, 촉매로 디부틸주석디라우르산(DBTDL) 0.01 중량%, 레벨링제로 폴리에스테르 변성실록산(BYK-320, BYK사) 0.05 중량%를 첨가하여 교반기에서 1,500 내지 2,000 rpm으로 약 20 분간 교반하여 상도의 주제부를 제조하였다.
단열 방수 도장의 물성 평가
본 발명의 제조예에 따라 제조된 단열 방수 도료 조성물만을 이용하여 형성된 도장 (실시예), 및 종래 사용되던 도료인 비교 제조예에 따라 제조된 도료 조성물만을 이용하거나 또는 상기 제조예 및 비교 제조예에 따라 제조된 도료 조성물들을 조합하여 형성된 도장 (비교예 1 내지 5)의 태양열 차단 효과 및 단열 효과를 비교하였다.
가로와 세로의 높이가 각각 30 cm 이고 상부가 개방된 단열 상자를 1 cm 두께의 석고보드로 제작하고, 상자 내부는 스티로폼으로 단열 기능을 부여하였다. 이 상자의 상부에 작성된 시편을 놓고 외부의 공기가 순환되지 않도록 밀봉하고 적외선 램프 4 개를 조사하여 시간 경과에 따른 시편 뒷면의 온도 변화를 측정하여 아래의 표 1에 나타내었다.
실시예의 하도는 300 ㎛, 중도는 3,000 ㎛, 상도는 100 ㎛의 두께를 적용하여 도막 두께에 대한 편차를 최소화 하였다.
표 1에 따르면, 종래의 방수 시스템에 따른 도장에 비해 본 발명의 방법에 의해 형성된 차단열 방수 도장이 우수한 단열 효과를 나타내었음을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 본 발명의 차단열 방수 도장이 상도의 차열 효과, 그리고 중도 및 하도의 이중 단열 도막으로 인해 뛰어난 단열 효과를 나타낸다는 것을 의미한다.
Claims (7)
- (1) 경화제, 주제로서 유성 또는 수용성 우레탄 수지, 중공을 포함하는 평균 입경 30 내지 90 ㎛의 제1 무기 분말 입자 및 중공을 포함하는 평균 입경 95 내지 150 ㎛의 제2 무기 분말 입자를 포함하는 하도 조성물을 기재상에 코팅하여 하도층을 형성하는 단계;
(2) 상기 하도층 위에, 경화제, 주제로서 유성 또는 수용성 우레탄 수지, 상기 제1 무기 분말 입자 및 상기 제2 무기 분말 입자를 포함하는 중도 조성물을 코팅하여 중도층을 형성하는 단계; 및
(3) 상기 중도층 위에, 경화제, 주제로서 유성 아크릴 우레탄 수지, 분산제, 차열안료, 희석제, 침강방지제, 및 논슬립(Non-slip)성 부여를 위한 폴리에틸렌 분말 또는 규사를 포함하는 상도 조성물을 코팅하여 상도층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 무기 분말 입자가 알루미노실리케이트(aluminosilicate) 및 붕규산 유리(borosilicate glass)이고,
상기 (1) 단계에서 상기 무기 분말 입자가 주제부 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부 포함되고,
상기 제1 무기 분말 입자와 상기 제2 무기 분말 입자의 혼합비가 1 : 5 내지 5 : 1의 중량비인 차단열 방수 도장 방법. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 (1) 단계에서 상기 하도층은 50 내지 1000 ㎛의 두께로 형성되는 것인, 차단열 방수 도장 방법. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 (2) 단계에서 상기 중도층은 1000 내지 5000 ㎛의 두께로 형성되는 것인, 차단열 방수 도장 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 (2) 단계에서 상기 무기 분말 입자는 주제부 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부 포함되는 것인, 차단열 방수 도장 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 (3) 단계에서 상기 상도층은 10 내지 300 ㎛의 두께로 형성되는 것인, 차단열 방수 도장 방법.
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