KR20010099704A - 절삭 유제 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 용해성, 윤활성, 절삭성, 방청성, 안전성, 저기포성 및 세정성이 우수한 절삭 유제 조성물을 제공하는 것이며, 이러한 목적을 달성하기에 적합한 수단으로서 절삭 유제 조성물의 유효 성분으로서 장쇄의 아실기를 갖는 N-아실아미노산 및/또는 이의 염 또는 직쇄 알킬기를 갖는 N-알킬아미노산 및/또는 이의 염과 알킬알킬렌옥사이드 및/또는 아실알킬렌옥사이드를 병용한다.

Description

절삭 유제 조성물{Cutting fluid composition}
종래부터 수용성 절삭 유제로서 수용성 계면활성제가 많이 사용되고 있지만 이의 본래 성질로부터 수용액에서는 발포가 생기기 쉽다. 따라서, 발포를 피하지 않으면 안되는 절삭, 연삭 용도에는 문제를 발생시키는 경우가 많다. 이러한 발포를 억제하기 위해, 탄화수소, 동식물유, 지방산 에스테르, 장쇄 알콜류, 지방산의 칼슘염, 실리콘유 등을 첨가하는 것을 실시하고 있지만, 이들 첨가제가 피절삭물 표면에 잔류하는 등의 문제가 있다.
즉, 일본 공개특허공보 제(평)6-330098호에는 지방산 또는 지방산 비누가, 일본 공개특허공보 제(평)10-15305호에는 혼합 지방산 아실알킬렌옥사이드가 소포제로서 개시되어 있지만, 이들은 계면활성제 수용액에 불용성이고, 절삭기 또는 피절삭물의 표면에 잔류하며, 금속 부식의 원인이 될 우려가 있다. 또한, 일본 공개특허공보 제(소)51-151284호와 같이 실리콘유가 가용화되어 있는 경우에도 Si 이온의 부착성이 높으므로, 세정 후에 이들을 완전하게 제거하기 어려우며, 다른 가공을 할 때에 악영향을 미치거나 녹의 발생 등의 품질의 악화로 연결된다는 문제점이 있다.
소포성이 있는 수용성 절삭 연삭 유제로서는 일본 공개특허공보 제(평)2-119925호에 피마자유 지방산염과 카복실산염을 병용하는 수용성 계면활성제 조성물이, 일본 공개특허공보 제(평)2-277536호에 옥시카복실산의 축합물의 염이 개시되어 있지만, 이들은 수용액으로 하기 위해 pH를 극단적으로 높게 할 필요가 있으며, 금속, 프린트 기판 등에 알칼리 부식을 일으킨다는 문제점이 있으며, 또한 지방산은 내경수(硬水)성이 낮으며, 지방산 칼슘염이 절삭기나 피절삭물에 잔류하는 경우도 있다. 또한, 이들은 악취나 피부의 염증 등의 취급상의 결점도 포함하고 있다.
우수한 금속 부식 억제효과를 갖는 수용성 절삭 연삭 유제로서는 일본 공개특허공보 제(소)49-90645호, 일본 특허공보 제(소)51-46745호에 아실글루타민산염 등의 아실아미노산염이 개시되어 있으며, 윤활성, 세정성, 용해성을 가지며, 피부 자극성이 우수하지만, 소포성은 불충분하다는 문제가 있다. 일본 공개특허공보 제(소)57-39177호에는 측쇄 아실아미노산을 사용하여 소포성를 높이고자 하는 시도가 행해지고 있지만, 반드시 만족할 만한 결과는 수득되지 않고 있다.
일본 공개특허공보 제(평)9-59696호에는 황산에스테르형, 카복실산형 등의 음이온 계면활성제와 플루노닉형 폴리에테르계 등의 비이온 계면활성제의 계면활성제 조성물이 절삭액으로서 개시되어 있지만, 소포성이 불충분하며, 또한 실시예에서 음이온 계면활성제로서 유일하게 개시되어 있는 황산에스테르형 음이온 계면활성제 배합의 절삭제 조성물은 방청성이 낮으며, 방청제의 첨가가 필요하다고 되어 있다.
발명의 개시
본 발명의 목적은 소포성, 용해성, 윤활성, 방청성(rust-preventive property) 및 세정성을 가지며, 또한 안전성, 생분해성이 우수하고, 취급이 용이한 절삭 유제 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명자는 이러한 실상을 감안하여 예의 연구한 결과, 장쇄의 아실기를 갖는 N-아실아미노산 및/또는 이의 염 또는 장쇄의 알킬기를 갖는 N-알킬아미노산 및/또는 이의 염(성분 A)과 아실알킬렌옥사이드 및/또는 알킬알킬렌옥사이드(성분 B)를 병용함으로써, 상기한 목적이 달성되는 것을 밝혀내고, 본 발명을 완성했다.
즉, 본 발명은 장쇄의 아실기를 갖는 N-아실아미노산 및/또는 이의 염, 및 장쇄의 알킬기를 갖는 N-알킬아미노산 및/또는 이의 염으로부터 선택된 하나 이상의 성분(A) 및 아실알킬렌옥사이드 및/또는 알킬알킬렌옥사이드인 성분(B)를 함유함을 특징으로 하는 절삭 유제 조성물에 관한 것이다.
하기에, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에서 사용하는 성분(A)인 장쇄의 아실기를 갖는 N-아실아미노산으로서는 N-아실글루탐산, N-아실아스파라긴산, N-아실호모시스테인산 등의 N-아실산성아미노산; N-아실글리신, N-아실알라닌, N-아실-β-알라닌, N-아실트레오닌, N-아실세린, N-아실페닐알라닌 등의 N-아실 중성 아미노산; N-아실-N-메틸글루탐산, N-아실-N-메틸아스파라긴산, N-아실-N-메틸호모시스테인산 등의 N-아실-N-알킬 산성아미노산; N-아실-N-메틸-β-알라닌, N-아실사르코신 등의 N-아실-N-알킬 중성 아미노산; 디아실라이신, 디아실오르니틴 등의 디아실 염기성 아미노산 등을 들 수 있으며, 이들은 광학이성에 관계없이 사용할 수 있다.
이들 아실아미노산 중에서 N-아실글루탐산, N-아실아스파라긴산, N-아실글리신, N-아실알라닌, N-아실-β-알라닌, N-아실-N-메틸-β-알라닌이 안전성 및 용해성의 관점에서 바람직하다. 또한, 소포성 및 세정성의 관점에서 N-아실글루탐산, N-아실아스파라긴산이 바람직하며, N-아실글루탐산이 가장 우수하다. 세정성에 있어서, 이들 아실 산성 아미노산이 특히 우수한 것은 산성 아미노산의 2개의 카복실산의 킬레이트 효과에 의해 절삭된 미세한 금속 분말이 포착되며, 피절삭물 표면에 잔류하지 않고, 절삭 유제중에 용이하게 분산되어 사용 후에 물 등으로 간단히 세정하여 흘려 버릴 수 있기 때문이라고 생각된다.
본 발명에서 성분(A)인 장쇄의 아실기를 갖는 N-아실아미노산의 아실기의 탄소수는 8 내지 18이 바람직하며, 보다 바람직하게는 10 내지 14이다. 탄소수가 8미만이면 세정성 및 안전성이 저하되며, 탄소수가 18보다 크면 용해성이 저하되어, 세정제 조성물로 할 때의 저온 안정성이 저하되는 경우가 있다. 특히 바람직한 것은 탄소수 12의 라우로일기 및 이를 주성분으로 하는 야자유지방산아실기이다.
또한, 본 발명에서 사용되는 성분(A)인 장쇄의 알킬기를 갖는 N-알킬아미노산으로서는 N-알킬글루탐산, N-알킬아스파라긴산, N-알킬호모시스테인산 등의 N-알킬 산성 아미노산; N-알킬글리신, N-알킬알라닌, N-알킬-β-알라닌, N-알킬트레오닌, N-알킬세린, N-알킬페닐알라닌 등의 N-알킬 중성 아미노산; N-디알킬글루탐산,N-디알킬아스파라긴산, N-디알킬호모시스테인산 등의 N-디알킬 산성 아미노산; N-디알킬-β-알라닌, N-디알킬글리신 등의 N-디알킬 중성 아미노산; 디알킬라이신, 디알킬오르니틴 등의 디알킬 염기성 아미노산 등을 들 수 있으며, 이들은 광학이성에 관계없이 사용할 수 있다.
본 발명에서 성분(A)인 알킬기를 갖는 N-알킬아미노산의 알킬기의 탄소수는 8 내지 18이 바람직하며, 보다 바람직하게는 10 내지 14이다. 탄소수가 8 미만이면 세정성 및 안전성이 저하되며, 탄소수가 18보다 크면 용해성이 저하되어, 절삭 유제 조성물로 할 때의 저온 안정성이 저하되는 경우가 있다. 특히 바람직한 것은 탄소수 12의 라우릴기이다.
본 발명에서 성분(A)인 장쇄의 알킬기를 갖는 N-알킬아미노산의 알킬기의 탄소수는 8 내지 18이 바람직하며, 보다 바람직하게는 10 내지 14이다. 탄소수가 8미만이면 세정성 및 안전성이 저하되며, 탄소수가 18보다 크면 용해성이 저하되어, 절삭 유제 조성물로 할 때의 저온 안정성이 저하되는 경우가 있다. 특히 바람직한 것은 탄소수 12의 라우릴기이다.
또한, 본 발명에서는 N-아실아미노산이 N-알킬아미노산에 비해 방청성, 윤활성의 관점에서 보다 바람직하다.
본 발명에서 성분(A)의 염으로서는 나트륨염, 칼륨염, 마그네슘염, 암모늄염 등의 무기염, 아르기닌염, 라이신염, 히스티딘염, 오르니틴염, 트리에탄올아민염 등의 유기염을 들 수 있다. 이들 염중에서 용해성의 관점에서 나트륨염, 칼륨염, 트리에탄올아민염이 바람직하며, 보다 바람직하게는 칼륨염 및 트리에탄올아민염이며, 특히 바람직하게는 트리에탄올아민염이다.
본 발명에 있어서 아실알킬렌옥사이드 및 알킬알킬렌옥사이드인 성분(B)는 하기 화학식 1에 상응한다.
RO(X)nH
상기 화학식 1에서,
X는 알킬렌옥사이드이고,
n은 정수이며,
R은 아실기 또는 알킬기이다.
본 발명의 아실알킬렌옥사이드의 아실기의 탄소수는 14 내지 24가 바람직하며, 예시하면 미리스토일기, 팔미토일기, 스테아로일기, 이소세타노일기, 이소스테아로일기, 옥틸도데카노일기, 데실테트라데카노일기 등을 들 수 있다. 이들 중에서 소포성 및 용해성의 관점에서 탄소수 18 내지 24인 경우가 보다 바람직하며, 특히 바람직하게는 18 내지 20이다. 탄소수가 14 미만이면 소포성이 저하되며, 탄소수가 24보다 크면 용해성이 저하되어, 절삭 유제 조성물로 할 때의 저온 안정성이 저하되는 경우가 있다. 또한, 직쇄보다 측쇄가 소포성 및 용해성의 관점에서 바람직하다.
또한, 본 발명의 아실알킬렌옥사이드의 옥사이드기로서는 에틸렌옥사이드, 프로필렌옥사이드, 이소프로폭사이드 등을 들 수 있으며, n은 1 내지 30이 바람직하며, 보다 바람직하게는 5 내지 20, 더욱 바람직하게는 5 내지 10이다. n이 3O보다 크면 기포성이 너무 높은 경우가 있으며, n이 0이면 용해성이 저하되어, 절삭 유제 조성물로 할 때의 저온 안정성이 저하되는 경우가 있다.
본 발명의 알킬알킬렌옥사이드의 알킬기의 탄소수는 14 내지 24가 바람직하며, 예시하면 미리스틸기, 스테아릴기, 이소세틸기, 이소스테아릴기, 옥틸도데실기, 데실테트라데실기 등을 들 수 있다. 이들 중에서 소포성 및 용해성의 관점에서 탄소수 18 내지 24인 것이 보다 바람직하며, 특히 바람직하게는 18 내지 20이다. 탄소수가 14 미만이면 소포성이 저하되며, 탄소수가 24보다 크면 용해성이 저하되어, 절삭 유제 조성물로 할 때의 저온 안정성이 저하되는 경우가 있다. 또한, 직쇄보다 측쇄가 소포성 및 용해성의 관점에서 바람직하다.
또한, 본 발명의 알킬알킬렌옥사이드의 옥사이드기로서는 에틸렌옥사이드, 프로필렌옥사이드, 이소프로폭사이드 등을 들 수 있으며, n은 1 내지 30이 바람직하며, 보다 바람직하게는 5 내지 20, 더욱 바람직하게는 5 내지 10이다. n이 30보다 크면 기포성이 너무 높은 경우가 있으며, n이 0이면 용해성이 저하되어, 수용성 절삭 연삭 유제로 할 때의 저온 안정성이 저하되는 경우가 있다.
또한, 본 발명에서는 소포성의 관점에서 알킬알킬렌옥사이드가 아실알킬렌옥사이드에 비해 보다 바람직하다.
또한, 본 발명의 성분(B)로서 화학식 1의 화합물을 단독으로 사용할 수 있으며, 2종 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다.
본 발명의 수용성 계면활성제 조성물로서는 성분(A)과 성분(B)의 배합 비율은 중량비로 통상적으로 99:1 내지 1:99의 범위로 사용할 수 있지만, 절삭 유제 조성물로 할 때의 저온 안정성, 방청성, 윤활성, 세정성 및 소포성의 관점에서 99:1 내지 50:50이 바람직하며, 보다 바람직하게는 95:5 내지 85:15이다.
또한, 절삭 유제 조성물에 사용하는 본 발명의 수용성 계면활성제의 함량은 사용하는 형태에 따라 적절하게 선택되지만, 본 발명의 효과인 윤활성, 방청성, 세정성을 충분하게 발휘시키기 위해서는 성분(A)의 중량이 조성물 중의 계면활성제의 총 중량의 50% 이상인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 60% 이상, 더욱 바람직하게는 70% 이상, 특히 바람직하게는 80% 이상이다.
또한, 본 발명의 절삭 유제 조성물에는 통상적으로 사용되는 각종 첨가제를 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위로 첨가할 수 있다. 예로서는, 지방산 및 이의 염; 프로필렌글리콜, 글리세린, 부틸렌글리콜 등의 다가 알콜; 음이온 계면활성제, 양쪽성 계면활성제, 비이온성 계면활성제 등의 계면활성제; 유제; 중합체 물질, 알콜류, 소염제, 살균제, 방부제, 산화방지제, 에데트산염 등의 킬레이트제, pH 조정제 등을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 절삭 유제 조성물은 용해성 및 방청성의 관점에서 pH는 6 이상이 바람직하다.
본 발명은 주로 금속의 절삭 가공 및 연삭 가공에 관한 절삭 연삭 유제 중에서 수용성 절삭 유제에 관한 것이다.
이하, 실시예에 따라 본 발명을 보다 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
시험예 1: 소포성의 평가
하기 표 1a 및 1b에 기재된 조성의 절삭 유제 조성물에 관해 실온하에 하기의 방법을 사용하여 소포성을 평가한다. 즉, 시판되고 있는 가정용 믹서[이와타니산교(주)]에 규정 농도의 절삭 유제 조성물 50ml를 투입하고, 30℃ 이하에서 5초 동안 교반하고, 교반 종료 직후로부터 1분 후 및 5분 후의 기포량(ml)을 판독한다. 다음에, 소포성에 관하여 하기 판정 기준에 따라 평가한다.
<소포성 판정기준>
◎: 소포성이 대단히 양호(5분 후의 기포량 90ml 이하);
○: 소포성 양호(5분 후의 기포량 105ml 이하);
△: 소포성 보통(5분 후의 기포량 140ml 미만);
×: 소포성 불량(5분 후의 기포량 140ml 이상).
실시예
1 2 3 4 5 6 7 8 9
N-코코일글루타민산모노TEA염N-코코일글루타민산디나트륨염POE알킬에테르황산나트륨염라우르산나트륨염POE(12)모노이소스테아레이트POE(10)이소스테아릴 에테르POE(10)옥틸도데실 에테르POE(10)모노스테아레이트POE(10)스테아릴 에테르POE(15)라우릴 에테르트리에탄올아민물 0.450.050.14잔량 0.450.050.14잔량 0.450.050.14잔량 0.450.050.14잔량 0.450.050.14잔량 0.350.150.11잔량 0.450.05잔량 0.450.05잔량 0.450.05잔량
pH 6.7 6.7 6.8 6.8 6.8 6.8 6.1 6.1 6.1
0분 후의 기포량(ml)1분 후의 기포량(ml)5분 후의 기포량(ml) 150120105 12510090 13010080 14011095 1209080 1006560 13010090 14011090 140120105
소포성 ○ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ○
비교 실시예
1 2 3 4 5 6 7 8 9
N-코코일글루타민산모노TEA염N-코코일글루타민산디나트륨염POE알킬에테르황산나트륨염라우르산나트륨염POE(12)모노이소스테아레이트POE(10)이소스테아릴 에테르POE(10)옥틸도데실 에테르POE(10)모노스테아레이트POE(10)스테아릴 에테르POE(15)라우릴 에테르트리에탄올아민물 0.5잔량 0.50.16잔량 0.450.050.14잔량 0.450.05잔량 0.450.05잔량 0.450.05잔량 0.450.05잔량 0.5잔량 0.450.05잔량
pH 6.0 6.7 6.8 4.5 5.0 5.7 5.7 5.8 9.59
0분 후의 기포량(ml)1분 후의 기포량(ml)5분 후의 기포량(ml) 210195160 170150130 160145115 200180150 200190140 210190160 210180140 230215170 275270240
소포성 × △ △ × × × × × ×
시험예 2: 용액상(溶狀) 안정성의 측정
하기 표 2에 기재된 조성의 절삭 유제 조성물에 관해서 25℃ 및 5℃에서 용액상 안정성을 측정한다. 또한, 용액상 안정성은 하기 판정 기준에 따라 평가한다.
이로부터, 본 발명의 제품은 용액상 안정성이 우수하며 또한, 절삭된 미세 금속 분말 등이 절삭 유제중에 용이하게 분산되며, 피절삭물에 잔류하지 않고, 사용 후에 간단하게 물 등으로 세정하여 흘려버릴 수 있는 양호한 세정성을 갖는다.
<용액상 안정성 판정기준>
○: 25℃, 5℃ 모두 1주간 안정;
△: 25℃×1주간에 안정, 5℃×1주간에 분리되거나 침강함;
×: 25℃×1주간에 분리되거나 침강함.
실시예 비교 실시예
10 11 12 13 14 15 16 17 18 10 11 12
N-코코일글루타민산모노TEA염N-코코일글루타민산디나트륨염라우르산나트륨염POE(12)모노이소스테아레이트POE(10)이소스테아릴 에테르POE(10)옥틸도데실 에테르POE(10)모노스테아레이트POE(10)스테아릴 에테르트리에탄올아민물 1825.6잔량 1825.6잔량 1825.6잔량 1825.6잔량 1825.6잔량 10103.1잔량 182잔량 182잔량 182잔량 182잔량 20잔량 20잔량
pH 7.0 7.0 7.1 6.9 7.1 7.1 6.7 6.7 6.8 10.0 2.6 4.0
용액상 안정성 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ △ × ×
시험예 3: 윤활성의 평가
하기 표 3에 기재된 조성의 절삭 유제 조성물에 관해 일본규격협회(JIS) 규정의 4구(球)식 윤활유 시험법[3/4in 강구(鋼球) Cr강 JIS, SUJ-2]에 의해 3.0중량%의 농도로 내하중능을 측정하여, 하기 판정 기준에 따라 윤활성을 평가한다.
<윤활성 판정 기준>
○: 내하중능이 4.5kg/cm2를 초과한다.
△: 내하중능이 3.5kg/cm2를 초과한다.
×: 내하중능이 3.0kg/cm2이하이다.
실시예 비교 실시예
19 13 14 15
N-코코일글루타민산모노TEA염POE알킬에테르황산나트륨염라우르산나트륨염POE알킬에테르아세트산나트륨염POE(10)옥틸도데실 에테르트리에탄올아민물 2.70.30.84잔량 2.70.3잔량 2.70.3잔량 2.70.3잔량
윤활성 ○ × ○ △
시험예 4: 방청성의 평가
하기 표 4에 기재된 조성의 절삭 유제 조성물에 관해 일본규격협회(JIS) 규정의 녹 방지성능 시험 방법에 따라 0.1중량%의 농도, JIS.K. 2510 시험편을 사용하여, 하기 판정 기준에 따라 방청성을 평가한다.
<방청성 판정 기준>
○: 60℃, 1시간 동안 교반할 때에 시험편의 어떤 것도 녹이 슬지 않는 경우;
△: 60℃, 1시간 동안 교반할 때에 시험편 표면의 0% 내지 5%가 녹으로 피복된 경우;
×: 60℃, 1시간 동안 교반할 때에 시험편 표면의 5% 이상이 녹으로 피복되는 경우.
실시예 비교 실시예
20 21 16 17 18
N-코코일글루타민산모노TEA염N-코코일글루타민산나트륨염POE알킬에테르황산나트륨염라우르산나트륨염POE알킬에테르아세트산나트륨염POE(10)옥틸도데실에테르트리에탄올아민물 0.090.010.028잔량 0.090.01잔량 0.090.01잔량 0.090.01잔량 0.090.01잔량
pH 6.86 6.34 7.12 7.88 7.02
방청성 ○ ○ × ○ ○
상기 시험예 1 내지 4로부터, 본 발명의 제품은 소포성, 용액상 안정성, 윤활성, 방청성의 전반적인 성능이 우수하다는 것을 알 수 있다.
본 발명에 따르면 저온으로부터 상온에 걸쳐 용액상 안정성, 용해성, 절삭된 금속 분말의 분산성, 사용 후에 세정하여 흘려버릴 때의 세정성, 윤활성, 절삭성, 방청성, 안전성, 저기포성이 우수하며, 피절삭물 표면에의 잔류가 적은 절삭 유제 조성물을 제공할 수 있다.

Claims (9)

  1. 장쇄의 아실기를 갖는 N-아실아미노산 및/또는 이의 염, 및 장쇄의 알킬기를 갖는 N-알킬아미노산 및/또는 이의 염으로부터 선택된 하나 이상의 성분(A) 및
    아실알킬렌옥사이드 및/또는 알킬알킬렌옥사이드인 성분(B)를 함유함을 특징으로 하는 절삭 유제 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 성분(A)가 N-아실아미노산 및/또는 이의 염임을 특징으로 하는 절삭 유제 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 성분(A)의 아미노산이 산성 아미노산임을 특징으로 하는 절삭 유제 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 성분(B)가 측쇄 알킬알킬렌옥사이드 및/또는 측쇄 아실알킬렌옥사이드임을 특징으로 하는 절삭 유제 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 성분(B)가 측쇄 알킬알킬렌옥사이드임을 특징으로 하는 절삭 유제 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 성분(A)의 아실기 또는 알킬기의 탄소수가 8 내지 18임을 특징으로 하는 절삭 유제 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 성분(B)의 아실기 또는 알킬기의 탄소수가 14 내지 24임을 특징으로 하는 절삭 유제 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 성분(A)와 성분(B)의 중량비가 99/1 내지 50/50이며, 또한 성분(A)의 중량이 절삭 유제 조성물 중의 계면활성제의 총 중량의 50% 이상임을 특징으로 하는 절삭 유제 조성물.
  9. 제1항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 있어서, pH가 6 이상임을 특징으로 하는 절삭 유제 조성물.
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