KR102593203B1 - 바이오 매스를 활용한 목재 플라스틱 대체재 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 합성수지를 포함하여 이루어지고 건자재로 사용되어 왔던 목재 플라스틱 복합재를 대체할 수 있도록 하는 것으로, 목분 50 내지 60 중량부와, 바이오 매스 플라스틱 25 내지 30 중량부와, 보조재 10 내지 15 중량부를 포함하여 이루어지고, 상기 바이오 매스 플라스틱은, PLA, PTT, PET, PBS, PBAT, PCL, PGA, Bio-PE, Bio-PET, Bio-PP 및 Bio-PA 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 바이오 매스를 활용한 목재 플라스틱 대체재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존의 목재 플라스틱 복합재가 가지는 성능을 구현 가능하면서 그 목재 플라스틱 복합재를 대체할 수 있는, 바이오 매스를 활용한 목재 플라스틱 대체재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 목재는 천연 재료로서 널리 사용되고 있는 건자재이지만 수분에 약하고, 시간이 지남에 따라 갈라짐 및 터짐 등으로 인해 유지보수에 많은 비용이 요구된다. 이러한 목재의 단점을 보완한 것이 목재 플라스틱 복합재(WPC; Wood Polymer/Plastic Composite)이다. 목재 플라스틱 복합재는 일반 목재의 단점인 탈색, 갈라짐, 터짐 등의 변형이 거의 없다. 특히 천연목재와 달리 수분에 강하기 때문에 외장재 용도로 사용할 경우에도 쉽게 썩지 않는다. 목재 플라스틱 복합재는 이와 같은 장점 때문에 천연목재와 방부목재를 대체해나가고 있으며, 시장 규모가 점차 커지고 있는 추세이다.
이러한 목재 플라스틱 복합재는 주원료로 목분(Wood flour)과 합성수지 등을 혼합하여 제조하게 된다. 이 경우 상기 합성수지는 PP, PE, PVC, ABS 등을 사용하고 있다. 합성수지 등을 이용하여 제조한 목재 플라스틱 복합재는 그 합성수지가 가지는 난분해성, 미세 플라스틱 유발에 따른 문제로 인해 환경을 오염시킬 수 있고, 재활용이 불가능하며 생산 과정에서 탄소 발생량을 증가시키면서 산업용 쓰레기를 늘리는 문제점을 가진다.
종래기술로는 공개특허공보 제10-2012-0051834호가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 본 발명의 목적은, 기존의 목재 플라스틱 복합재가 가지는 성능을 구현 가능하면서 그 목재 플라스틱 복합재를 대체할 수 있고, 높은 바이오 탄소 저장량을 지니며 제조 과정에서 탄소 발생량과 미세 플라스틱의 양을 줄이면서 환경 오염을 최소화시킬 수 있으며, 재활용이 가능할뿐만 아니라 산업용 쓰레기를 줄일 수 있게 하는, 바이오 매스를 활용한 목재 플라스틱 대체재 및 이의 제조방법를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 바이오 매스를 활용한 목재 플라스틱 대체재는, 합성수지를 포함하여 이루어지고 건자재로 사용되어 왔던 목재 플라스틱 복합재를 대체할 수 있도록 하는 것으로, 목분 50 내지 60 중량부와, 바이오 매스 플라스틱 25 내지 30 중량부와, 보조재 10 내지 15 중량부를 포함하여 이루어진다.
상기 바이오 매스 플라스틱은, PLA, PTT, PET, PBS, PBAT, PCL, PGA, Bio-PE, Bio-PET, Bio-PP 및 Bio-PA 중 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기 보조재는, 자외선 차단 성능, 착색 성능, 난연 성능, 이종 물질 간의 결합을 가능하게 하는 성능 및 항산화 성능 중 적어도 어느 하나의 성능을 가진 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 목분은, 입자 크기가 20 내지 120mesh 범위로 이루어지고, 길이 대 직경의 비율이 3:1 내지 5:1로 이루어질 수 있다.
본 발명에 의한 바이오 매스를 활용한 목재 플라스틱 대체재의 제조방법은, 혼합부가 목분 50 내지 60 중량부와, 바이오 매스 플라스틱 25 내지 30 중량부와, 보조재 10 내지 15 중량부를 혼합시키는 혼합단계; 성형부가 상기 혼합단계에서 생성된 혼합물을 압출하여 복합물로 가공하고, 상기 복합물을 압출 또는 사출시켜 대체재를 제조하는 성형단계; 및, 후처리부가 상기 대체재를 냉각시킨 후 건조하는 후가공 단계;를 포함하여 이루어진다.
상기 성형단계는, 설정부가, 상기 복합물을 압출 또는 사출시키기 위한 성형부의 성형 온도를 150℃ 내지 250℃의 온도로 유지시키고, 기 설정된 기간에 상기 성형 온도의 유지를 위한 온도 데이터를 수집하는 데이터 수집 단계를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 후가공 단계는, 2℃ 내지 35℃의 온도조건을 가지는 상기 후처리부의 냉각수조에서 상기 대체재를 냉각시키고, 10℃ 내지 35℃의 온도조건을 가지는 상기 후처리부의 건조기에서 상기 냉각된 대체재를 건조시킬 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 바이오 매스를 활용한 목재 플라스틱 대체재 및 이의 제조방법은, 목분 50 내지 60 중량부와, 바이오 매스 플라스틱 25 내지 30 중량부와, 보조재 10 내지 15 중량부를 포함하여 이루어지고, 여기서 상기 바이오 매스 플라스틱이 비식용 작물에 포함된 물질, Bio-PE, Bio-PP, Bio-PET 또는 Bio-PA 등으로 이루어져서 기존의 플라스틱 물성과 대응되는 물성을 가질 수 있음으로써, 기존의 목재 플라스틱 복합재가 가지는 성능을 구현 가능하면서 그 목재 플라스틱 복합재를 대체할 수 있고, 높은 바이오 탄소 저장량을 지니며 제조 과정에서 탄소 발생량과 미세 플라스틱의 양을 줄이면서 환경 오염을 최소화시키며, 재활용이 가능할뿐만 아니라 산업용 쓰레기를 줄이는 효과를 가진다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 바이오 매스를 활용한 목재 플라스틱 대체재의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명 일실시예의 제조 방법에서 각 단계를 수행하는 장치들의 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명 일실시예의 제조 방법에서 각 단계를 수행하는 장치들의 구성을 도시한 도면.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 의한 바이오 매스를 활용한 목재 플라스틱 대체재 및 이의 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 의한 바이오 매스를 활용한 목재 플라스틱 대체재는 기존에 다양한 건자재로 사용되어 왔으고 합성수지를 포함하여 이루어진 목재 플라스틱 복합재를 대체할 수 있게 하는 것으로, 목분과 바이오 매스 플라스틱 및 보조재들을 포함하여 이루어진다.
상기 목분(wood flour)은 목질재료이고 목재가 잘게 분쇄된 상태로 이루어지며, 전체 100 중량부를 기준으로 50 중량부 내지 60 중량부가 포함된다. 상기 목분은 기존의 합성목재의 제조를 위해 사용되는 목분으로 이루어질 수 있고, 바이오 매스 플라스틱 및 보조재들과 혼합되어서 본 실시예에 의한 목재 플라스틱 대체재를 구현한다.
상기 바이오 매스 플라스틱은, 전체 100 중량부를 기준으로 25 중량부 내지 30 중량부가 포함되고 사탕수수, 옥수수 이외의 비식용 작물들로부터 취득한 물질로 제조될 수 있다. 또한 상기 바이오 매스 플라스틱은 PLA(Polylactic acid), PTT(Polytrimethyleneterephthalate), PET(Polyethyleneterephthalate), PBS (Polybutylenesuccinate), PBAT(polybutylene adipate-co-terephthalate), PCL(polycaprolactone), PGA(polyglycolic acid), Bio-PE(PolyethylEne), Bio-PET(Polyethyleneterephthalate), Bio-PP(polypropylene) 및 Bio-PA(Polyamide) 중 적어도 어느 하나로 이루어지고, 목분 및 보조재들과 혼합된다.
상기 보조재는 목분 및 바이오 매스 플라스틱과 혼합되어서 상기 목재 플라스틱 대체재를 구현하고, 전체 100 중량부를 기준으로 10 중량부 내지 15 중량부가 포함된다. 상기 보조재는 목분과 바이오 매스 플라스틱 간의 결합을 가능하게 하며 그 바이오 매스 플라스틱의 물성을 향상시키는 다양한 물질로 이루어진다.
이러한 구성을 가지는 본 발명의 일실시예에 의한 바이오 매스를 활용한 목재 플라스틱 대체재는, 목분 50 내지 60 중량부와, 바이오 매스 플라스틱 25 내지 30 중량부와, 보조재 10 내지 15 중량부를 포함하여 이루어지고, 여기서 상기 바이오 매스 플라스틱이 비식용 작물에 포함된 물질, Bio-PE, Bio-PP, Bio-PET 또는 Bio-PA 등으로 이루어져서 기존의 플라스틱 물성과 대응되는 물성을 가질 수 있음으로써, 기존의 목재 플라스틱 복합재가 가지는 성능을 구현 가능하면서 그 목재 플라스틱 복합재를 대체할 수 있고, 높은 바이오 탄소 저장량을 지니며 제조 과정에서 탄소 발생량과 미세 플라스틱의 양을 줄이면서 환경 오염을 최소화시키며, 재활용이 가능할뿐만 아니라 산업용 쓰레기를 줄이는 효과를 가진다.
한편 상기 보조재는 자외선을 차단 성능, 착색 성능, 난연 성능, 이종 물질 간의 결합을 가능하게 하는 성능 및 항산화 성능 중 적어도 어느 하나의 성능을 가진 물질들로 이루어지는 것이 바람직하다. 즉 상기 보조재는 UV 차단제, 착색제, 난연제, 상용화제 및 항산화제 중 하나 이상으로 이루어질 수 있다.
상기 UV 차단제로는 헤미셀룰로오스(hemicellulose)로 이루어지는 것이 바람직하다. 여기서 헤미세룰로오스는 식물 세포벽을 이루는 셀룰로스 섬유의 다당류 중 펙틴질을 뺀 것으로 주로 뿌리·뿌리줄기·씨·열매의 세포를 이루는 물질이다.
상기 보조재에서 착색제는 통상적인 무기안료와 유기안료 물질들로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한 상기 보조재에서 난연제는 팽창흑연분말 및 질석분말 등으로 이루어질 수 있다.
상기 보조재에서 상용화제는 PETA(Pentaerythritol tetraacrylate), TMPTA(Trimethylolpropane triacrylate), TAIC(Triallyl isocyanurate), PBQ(1,4-Benzoquinone), DPHA(Dipentaerythritol hexaacrylate), TPGDA(Tripropylene glycol diacrylate) 및 HDDA(1,6-Hexanediol diacrylate)로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 상기 보조재에서 항산화재는 포스페트(PHOSPHATE) 계통의 산화 방지제 0.1 ~ 0.5 중량% 및 칼슘 스테아린산염 0.1 ~ 2 중량%로 이루어질 수 있다.
본 실시예에 포함된 상기 목분은, 입자 크기가 20 내지 120mesh 범위로 이루어지고, 길이 대 직경의 비율이 3:1 내지 5:1로 이루어져서 상기 바이오 매스 플라스틱과 혼합됨으로써, 본 실시예에 의한 목재 플라스틱 대체재가 높은 바이오 탄소 저장량을 가질 수 있게 하고 제조 과정에서 탄소 발생량과 미세 플라스틱의 양을 줄일 수 있게 하며, 기존의 목재 플라스틱 복합재와 대응되는 수준의 성능을 가질 수 있게 한다.
이상 본 발명의 일실시예에 의한 바이오 매스를 활용한 목재 플라스틱 대체재를 설명하였다. 이하에서는 본 발명의 일실시예에 의한 바이오 매스를 활용한 목재 플라스틱 대체재의 제조 방법을 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 바이오 매스를 활용한 목재 플라스틱 대체재의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명 일실시예의 제조 방법에서 각 단계를 수행하는 장치들의 구성을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명 일실시예에 의한 바이오 매스를 활용한 목재 플라스틱 대체재의 제조 방법은 혼합단계(S1 단계), 성형단계(S2 단계) 및 후가공단계(S3 단계)를 포함하여 이루어진다.
상기 혼합단계(이하, 'S1 단계'라 함)는 혼합부가 목분 50 내지 60 중량부와, 바이오 매스 플라스틱 25 내지 30 중량부와, 보조재 10 내지 15 중량부를 혼합시킨다. 상기 S1 단계는 분쇄부에서 목분의 입자 크기를 앞서 설명한 범위와 직경 비율로 분쇄시키는 분쇄단계(S1-1)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 S1-1 단계는 목분을 기 설정된 범위의 크기와 직경 비율로 분쇄시킴으로써 상기 목분을 바이오 매스 플라스틱 및 보조재와 균일하게 혼합될 수 있게 한다.
상기 성형단계(이하, 'S2 단계'라 함)는 성형부가 상기 S1 단계에서 생성된 혼합물(목분, 바이오 매스 플라스틱 및 보조재가 혼합된 혼합물)을 압출하여 복합물(컴파운드)로 가공한 후, 그 복합물을 압출 또는 사출시켜 대체재를 제조할 수 있게 한다. 상기 S2 단계를 수행하는 성형부는 압출기 및 사출기를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 후가공 단계(이하, 'S3 단계'라 함)는 후처리부가 상기 S2 단계에서 제조된 대체재를 냉각시킨 후 건조하여, 그 대체재에 함유된 수분을 제거한 후 고객에게 인도될 수 있게 한다. 상기 후처리부는 대체재의 냉각을 위한 냉각수조로 구현될 수 있고, 냉각된 대체재의 건조를 위한 건조기를 포함하여 이루어질 수 있다.
이러한 단계들을 포함하는 본 발명의 일실시예에 의한 바이오 매스를 활용한 목재 플라스틱 대체재의 제조 방법은, 혼합단계에서 목분과 바이오 매스 플라스틱 및 보조재를 기 설정된 비율로 혼합시키고, 그 혼합단계에서 생성된 혼합물을 성형단계에서 압출하여 복합물로 가공한 후 압출 또는 사출시켜 대체재를 제고하며, 후가공 단계에서 그 대체재를 냉각 및 건조되게 함으로써, 상기 대체재가 기존의 목재 플라스틱 복합재가 가지는 성능을 구현 가능하면서 그 목재 플라스틱 복합재를 대체할 수 있게 하고, 높은 바이오 탄소 저장량을 지니며 제조 과정에서 탄소 발생량과 미세 플라스틱의 양을 줄이면서 환경 오염을 최소화시키며, 재활용이 가능할뿐만 아니라 산업용 쓰레기를 줄이는 효과를 가진다.
한편 상기 성형단계 즉 S2 단계는, 데이터 수집 단계(이하, 'S2-2 단계'라 함)는 설정부가, 상기 복합물을 압출 또는 사출시키기 위한 성형기의 성형 온도를 150℃ 내지 250℃의 온도로 유지시키고, 기 설정된 기간에 상기 성형 온도의 유지를 위한 온도 데이터를 수집하게 한다. 여기서 설정부는 제어장치를 포함한 솔루션 시스템으로 구현될 수 있고 그 수집된 온도 데이터를 기초로 하여 자동으로 성형 온도를 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 관리자로부터 입력받은 입력 정보에 기초하여 그 성형 온도를 유지시킬 수 있도록 한다.
상기 S2-2 단계에서 설정부는 오전과 오후 2차례에 걸쳐 각각 한번 씩 압출기 및 사출기를 포함한 성형부의 성형 온도에 관한 온도 데이터를 수집하고, 그 수집된 온도 데이터를 기초로 성형 온도를 설정할 수 있다. 예를 들어 상기 S2-2 단계에서 설정부가 온도 데이터를 수집하는 시간은 오전 9시에서 11시 사이와 오후 2시에서 5시 사이일 수 있고 상기 시간은 어느 하나에 고정되지 않을 것이다.
한편 상기 후가공 단계 즉 S3 단계는, 2℃ 내지 35℃의 온도조건을 가지는 상기 후처리부의 냉각수조에서 상기 대체재를 냉각시키고, 10℃ 내지 35℃의 온도조건을 가지는 상기 후처리부의 건조기에서 상기 냉각된 대체재를 건조시킴으로써, 상기 대체재의 품질을 균일화될 수 있게 하고 형태 변형을 방지할 수 있게 한다.
앞서 설명한 각 단계를 수행하는 각각의 수행주체는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 혼합부(100), 분쇄부(110), 성형부(200), 설정부(210) 및 후처리부(300)로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 혼합부(100)는 S1 단계를 수행하고 다양한 형태의 혼합기로 구현될 수 있다. 또한 분쇄부(110)는 S1-1 단계를 수행하고 목분을 분쇄시킬 수 있는 분쇄기로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한 상기 성형부(200)는 S2 단계를 수행하고 다양한 형태의 압출기 및 사출기를 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 설정부(210)는 S2-2 단계를 수행하고 집적회로 형태의 제어장치가 포함된 솔루션 시스템 형태로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한 상기 후처리부(300)는 상기 S3 단계를 수행하고 냉각수를 이용하여 상기 대체재를 냉각시키는 냉각수조 및 그 대체재의 건조를 위한 건조기로 구현될 수 있다.
이상, 본 발명에 대한 바람직한 실시예를 설명하였으나 본 발명은, 위에서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며 본 발명이 속하는 기술분야에서 다양한 변형과 개발을 할 수 있음은 자명하다.
100: 혼합부
110: 분쇄부
200: 성형부
210: 설정부
300: 후처리부
110: 분쇄부
200: 성형부
210: 설정부
300: 후처리부
Claims (6)
- 합성수지를 포함하여 이루어지고 건자재로 사용되어 왔던 목재 플라스틱 복합재를 대체할 수 있도록 하는 것으로,
목분 50 내지 60 중량부와, 바이오 매스 플라스틱 25 내지 30 중량부와, 보조재 10 내지 15 중량부를 포함하여 이루어지고,
상기 바이오 매스 플라스틱은, 폴리락틱애씨드(Polylactic acid;PLA), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(Polytrimethyleneterephthalate;PTT), 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate;PET), 폴리부틸렌석시네이트(Polybutylenesuccinate;PBS), 폴리부틸렌아디페이트코테레프탈레이트(polybutyleneadipatecoterephthalate;PBAT), 폴리카프로락톤(polycaprolactone;PCL), 폴리글리콜산(polyglycolic acid;PGA), 바이오-폴리에틸렌(Bio-PolyethylEne;Bio-PE), 바이오-폴리에틸렌테레프탈레이트(Bio-Polyethyleneterephthalate; Bio-PET), 바이오-폴리프로필렌(Bio-polypropylene;Bio-PP) 및 바이오-폴리아미드(Bio-Polyamide;Bio-PA) 중 적어도 어느 하나이며,
상기 보조재는, 자외선 차단 성능, 착색 성능, 난연 성능, 이종 물질 간의 결합을 가능하게 하는 성능 및 항산화 성능 중 적어도 어느 하나의 성능을 가진 물질로 이루어지며,
상기 목분은, 입자 크기가 20 내지 120mesh 범위로 이루어지고, 길이 대 직경의 비율이 3:1 내지 5:1로 이루어지며,
상기 보조재는, 포스페트 계통의 산화 방지제 0.1 내지 0.5 중량% 및 칼슘 스테아린산염 0.1 내지 2 중량%를 포함하여 이루어지며,
상기 보조재는,
자외선 차단 성능의 제공을 위해 헤미셀룰로오스로 이루어지고,
이종 물질 간 결합을 가능하게 하는 성능의 제공을 위해, PETA(Pentaerythritol tetraacrylate), TMPTA(Trimethylolpropane triacrylate), TAIC(Triallyl isocyanurate), PBQ(1,4-Benzoquinone), DPHA(Dipentaerythritol hexaacrylate), TPGDA(Tripropyleneglycol diacrylate) 및 HDDA(1,6-Hexanediol diacrylate)로 이루어진 군으로부터 적어도 하나가 선택되는 것을 특징으로 하는 바이오 매스를 활용한 목재 플라스틱 대체재.
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- 혼합부가 목분 50 내지 60 중량부와, 바이오 매스 플라스틱 25 내지 30 중량부와, 보조재 10 내지 15 중량부를 혼합시키는 혼합단계;
성형부가 상기 혼합단계에서 생성된 혼합물을 압출하여 복합물로 가공하고, 상기 복합물을 압출 또는 사출시켜 대체재를 제조하는 성형단계; 및,
후처리부가 상기 대체재를 냉각시킨 후 건조하는 후가공 단계;를 포함하고,
상기 후가공 단계는, 2℃ 내지 35℃의 온도조건을 가지는 상기 후처리부의 냉각수조에서 상기 대체재를 냉각시키고, 10℃ 내지 35℃의 온도조건을 가지는 상기 후처리부의 건조기에서 상기 냉각된 대체재를 건조시키며,
상기 보조재는, 포스페트 계통의 산화 방지제 0.1 내지 0.5 중량% 및 칼슘 스테아린산염 0.1 내지 2 중량%를 포함하여 이루어지며,
상기 성형단계는, 설정부가, 상기 복합물을 압출 또는 사출시키기 위한 성형부의 성형 온도를 150℃ 내지 250℃의 온도로 유지시키고, 기 설정된 시간에 상기 성형 온도의 유지를 위한 온도 데이터를 수집하는 데이터 수집 단계를 더 포함하여 이루어지며,
상기 보조재는,
자외선 차단 성능의 제공을 위해 헤미셀룰로오스로 이루어지고,
이종 물질 간 결합을 가능하게 하는 성능의 제공을 위해, PETA(Pentaerythritol tetraacrylate), TMPTA(Trimethylolpropane triacrylate), TAIC(Triallyl isocyanurate), PBQ(1,4-Benzoquinone), DPHA(Dipentaerythritol hexaacrylate), TPGDA(Tripropyleneglycol diacrylate) 및 HDDA(1,6-Hexanediol diacrylate)로 이루어진 군으로부터 적어도 하나가 선택되는 것을 특징으로 하는 바이오 매스를 활용한 목재 플라스틱 대체재 제조방법. - 삭제
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| JP2015086242A (ja) * | 2013-10-28 | 2015-05-07 | 帝人株式会社 | ポリ乳酸樹脂組成物および成形品 |
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