KR20180029293A - 흡습 발열 섬유 및 이를 사용하여 제조되는 흡습 발열 원단 - Google Patents

흡습 발열 섬유 및 이를 사용하여 제조되는 흡습 발열 원단 Download PDF

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Abstract

본 발명은 흡습 발열 섬유 및 이를 사용하여 제조되는 흡습 발열 원단에 관한 것으로, 본 발명에 따른 흡습 발열 섬유는 아크릴레이트 섬유 및 폴리프로필렌 섬유가 혼합된 방적사로 코어사를 커버링하여 제조되는 것을 특징으로 하는 것으로, 본 발명에 따른 흡습 발열 섬유는 발열 기능 및 강도가 우수한 것을 특징으로 한다.

Description

흡습 발열 섬유 및 이를 사용하여 제조되는 흡습 발열 원단{Hygroscopic heat-releasing fiber and fabric using the fiber}
본 발명은 흡습 발열 섬유 및 이를 사용하여 제조되는 흡습 발열 원단에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 발열 기능 및 강도가 우수한 흡습 발열 섬유 및 이를 사용하여 제조되는 흡습 발열 원단에 관한 것이다.
최근 의류용 섬유산업은 아웃 도어의 급속한 성장과 함께 고기능성에 중점을 두고 발전되고 있다. 특히 2000년대 이후에는 세계적으로 급격한 기후 변화를 겪으면서 극서 또는 극한의 환경에 대비하기 위한 의복의 기능성이 중요시되고 있다.
극한 환경을 대비하기 위한 초기 보온소재는 고밀도 직물이나 라미네이팅 기술을 포함하는 아웃 도어 의류에서 시작하였으며, 점차 이너웨어를 위한 보온 소재로 흘러가고 있다. 소비자들은 얇고 가벼우면서, 패션성을 잃지 않기 위하여 적극적 보온이 가능한 이너웨어를 찾고 있다. 이러한 적극적 보온 소재는 에너지를 절약하는 효과가 있어, 그 개발의 필요성이 더해지고 있다.
보온소재의 초기 개발형태는 함기량을 높이는 기모사나 공기층을 삽입한 보온메리야스 등을 예로 들 수 있으며, 다음으로 중공사 혹은 고밀도 직물 등이 포함된 보온섬유를 예로 들 수 있다. 이러한 보온 섬유는 의복 내 또는 의복과 신체사이의 정지 공기층을 이용하여 열의 전도나 대류 등을 최소화하여 외부 환경으로부터 체온의 손실을 줄이는 것으로, 소극적 보온소재로 분류된다.
섬유산업의 성숙기와 함께 원사 생산 및 가공기술의 고도화로 인하여 발열의 컨셉을 도입한 적극적 보온소재가 개발되고 있다. 적극적 보온소재는 단열과 함기량 측면에서 기존의 보온소재와 차별화되고 있는데, 적극적 보온소재인 발열 섬유는 크게 물리화학적 발열 섬유와 전기 발열 섬유로 나눌 수 있다. 물리화학적 발열 섬유는 원사 자체에 혼입된 발열체 또는 섬유의 흡습 발열을 응용한 소재이다. 물리화학적 발열 섬유에 사용되는 발열체로는 지르코늄과 같은 무기물이 있으며, 이는 섬유상에 존재하면서 태양의 가시광선을 흡수축열하여 원적외선의 형태로 방출하는 발열 메카니즘을 가지고 있다. 섬유의 흡습 발열을 응용한 소재는 수분을 흡수하고, 이에 따라 열을 발생시키는 메카니즘을 가지고 있다. 전기 발열 섬유는 섬유상에 배치한 금속 또는 전도성 물질을 선상 또는 면상의 발열체로 하여 전기적 외부 전원을 통해 발열하게 하는 원리를 갖는다.
이너웨어의 경우 착용자의 신체 가장 내측에 위치하기 때문에 인체에서 발생되는 수분을 흡수할 수 있어 흡습 발열 섬유가 주로 사용되고 있고, 아웃 도어의 경우 축열 발염섬유가 주로 사용되고 있으며, 일부 전기 발열소재가 소개되고 있다.
한국공개특허 제2014-0014636호는 항균성을 부여하는 항균성 온열 보존 섬유의 제조방법, 상기의 방법으로 제조되는 섬유 및 이를 사용하여 제조되는 원단에 관한 것으로, 섬유 방사액 중의 탄소입자와 무기입자를 메탈 알콕사이드 커플링제를 이용하여 수지에 분산시킴으로써 방사 중 섬유가 사절되는 것을 방지하고, 섬유에 함유되는 탄소입자 및 무기입자가 섬유의 보온기능과 항균기능을 부여하며, 상기 섬유로 제조되는 원단의 세탁 견뢰도가 저하되는 것을 방지하고 있다.
한국공개특허 제2013-0121261호는 원단의 표면에 열을 방사하는 기능을 갖는 나노탄소섬유를 코팅한 플리티드(Pleated) 원단 및 그 제조방법에 관한 것으로, 나노 탄소섬유 및 우레탄수지를 포함하는 배합액을 원단의 표면에 코팅하여 발열층을 형성하는 방법을 개시하고 있다.
한국공개특허 제2014-0014636호 한국공개특허 제2013-0121261호
본 발명에 따른 일 실시형태의 목적은 발열기능 및 강도가 우수한 흡습 발열 섬유를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시형태는 아크릴레이트 섬유 및 폴리프로필렌 섬유가 혼합된 방적사로 코어사를 커버링하여 제조되는 것을 특징으로 하는 흡습 발열 섬유를 제공한다.
상기 코어사는 스핀들의 일 방향에서 공급되고, 상기 아크릴레이트 섬유 및 폴리프로필렌 섬유가 혼합된 방적사는 스핀들의 타 방향에서 공급되어 상기 코어사를 중심으로 꼬이면서 커버링되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 코어사는 장섬유, 폴리프로필렌, 필라멘트사, 폴리우레탄 또는 나일론 중 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 아크릴레이트 섬유는 카르복실기 및 아미드기를 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 혼합 방적사는 아크릴레이트 섬유의 혼방률이 5 내지 95%인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 흡습 발열 섬유의 번수는 10 내지 120 Ne이고, 꼬임은 3.5 내지 4.2TM인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태는 상기의 흡습 발열 섬유로 제조되는 것을 특징으로 하는 흡습 발열 원단을 제공한다.
본 발명에 따른 흡습 발열 섬유는 다차원 메커니즘을 가지는 발열소재로써, 몸에서 발산되는 수증기를 흡수하여 열을 발생시키는 발열 기능이 있으며, 발열된 열이 밖으로 새어나가지 않도록 하는 보온 기능, 걱정이 되는 냄새를 줄이는 항균 기능, 착용감을 쾌적하게 하는 스트레치 기능, 우수한 강도로 인한 내구성, 몸에서 나오는 수분을 흡수하여 발산시키는 흡한 속건 기능을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 흡습 발열 섬유는 폴리프로필렌 섬유를 사용하나, 코어사를 중심에 삽입하여 흡습 발열 섬유의 강도를 증가시킬 수 있고, 흡습 발열 섬유를 보다 가늘고 길게 만들 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 흡습 발열 섬유는 우수한 염색성, 정전기 방지 특성 및 소취성을 가질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 흡습 발열 섬유로 직물, 편물 등의 원단을 직조하여 흡습 발열기능을 가지는 원단을 얻을 수 있으며, 상기 흡습 발열 섬유는 다른 섬유와 복합화가 가능하여 다양한 패턴의 실과 원단으로 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 흡습 발열 섬유의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 흡습 발열 섬유의 제조방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 본원의 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시형태를 들어 상세히 설명한다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명의 명세서 전체에서, 어떤 단계가 다른 단계와 “상에” 또는 “전에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 단계가 다른 단계와 직접적 시계열적인 관계에 있는 경우 뿐만 아니라, 각 단계 후의 혼합하는 단계와 같이 두 단계의 순서에 시계열적 순서가 바뀔 수 있는 간접적 시계열적 관계에 있는 경우와 동일한 권리를 포함할 수 있다.
본 발명의 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 용어 “~ (하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~를 위한 단계”를 의미하지 않는다.
본 발명은 흡습 발열 섬유 및 이를 사용하여 제조되는 흡습 발열 원단에 관한 것으로, 본 발명에 따른 흡습 발열 섬유는 아크릴레이트 섬유 및 폴리프로필렌 섬유가 혼합된 방적사로 코어사를 커버링하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 흡습 발열 섬유는 다차원 메커니즘을 가지는 발열소재로써, 몸에서 발산되는 수증기를 흡수하여 열을 발생시키는 발열 기능이 있으며, 발열된 열이 밖으로 새어나가지 않도록 하는 보온 기능, 걱정이 되는 냄새를 줄이는 항균 기능, 착용감을 쾌적하게 하는 스트레치 기능, 우수한 강도로 인한 내구성, 몸에서 나오는 수분을 흡수하여 발산시키는 흡한 속건 기능을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 흡습 발열 섬유는 아크릴레이트 섬유 및 폴리프로필렌 섬유가 혼합된 방적사로 코어사를 커버링하여 제조되는 것을 특징으로 하는 것으로, 커버링사로 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 흡습 발열 섬유의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 흡습 발열 섬유의 제조방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 코어사(10)를 중심으로 아크릴레이트 섬유 및 폴리프로필렌 섬유가 혼합된 방적사(20)를 꼬아서 흡습 발열 섬유를 제조할 수 있다. 즉, 아크릴레이트 섬유 및 폴리프로필렌 섬유가 혼합된 방적사(20)로 코어사(10)를 커버링하여 제조된 커버링사일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 스핀들(1)의 일 방향에서 코어사(10)를 중심에 공급하고, 스핀들(1)의 타 방향에서 아크릴레이트 섬유 및 폴리프로필렌 섬유가 혼합된 방적사(20)를 공급하여 코어사(10)를 중심으로 꼬이면서 커버링될 수 있다.
상기 코어사(10)는 흡습 발열 섬유의 강도를 높이는 역할을 하는 것으로, 섬유의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들면, 장섬유, 폴리프로필렌, 필라멘트사, 폴리우레탄 또는 나일론 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
코어사(10)는 탄성이 있는 나일론을 사용할 수 있으며, 코어사로 나일론을 사용하는 경우에는 나일론-6(Nylon-6), 나일론-66(Nylon-66) 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate) 중 어느 하나를 선택적으로 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 흡습 발열 섬유는 폴리프로필렌 섬유 및 아크릴레이트 섬유를 사용하나, 코어사를 중심에 삽입하여 흡습 발열 섬유의 강도를 증가시킬 수 있고, 흡습 발열 섬유를 보다 가늘고 길게 만들 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 아크릴레이트 섬유(Acrylate fiber)는 하기 [화학식 1]과 같이 카르복실기(Carboxylic acid) 및 아미드기(amide)를 가지는 것을 사용할 수 있다. 이와 같은 아크릴레이트 섬유는 섬유표면에 친수성기가 배치되어 수분 흡수율이 높으며, 이에 따라 흡습열의 발생이 높은 특징을 가질 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기와 같이 카르복실기 및 아미드기 를 가지는 아크릴레이트 섬유는 천연섬유인 울(wool) 및 면(Cotton)과 비교하여 높은 흡습열 및 발열 특성을 나타낼 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 아크릴레이트 섬유는 습윤열(25℃, 상대습도 80%)이 약 271 cal/g이고, 울(Wool)은 약 101 cal/g이며, 면(Cotton)은 약 44cal/g로 측정되어, 상기 아크릴레이트 섬유가 울(Wool)보다 약 2.7배, 면(Cotton) 보다 약 6배 높은 것으로 나타났다. 또한, 상기 아크릴레이트 섬유는 90% 상대습도 조건에서 약 7~8℃의 발열특성을 나타내는 것으로 측정되었으며, 토요보(Toyobo)의 발열특성(약 3~4℃)보다 약 2배의 높은 발열도를 가지며, 보온성이 우수한 울(Wool)보다 약 7℃의 높은 온도를 발현할 수 있다.
본 발명에 따른 흡습 발열 섬유를 형성하는 폴리프로필렌 섬유(Polypropylene fiber)는 보온성이 뛰어난 경량 섬유이며, 소수성을 가지는 특성으로 인하여 섬유 바깥쪽의 넓은 표면으로부터 피부 표면의 땀을 신속하게 섬유 표면으로 배출할 수 있다. 또한, 건조 속도가 다른 보온 소재에 비해 빠르기 때문에 항상 쾌적감을 느낄 수 있도록 해준다. 또한, 폴리프로필렌 섬유는 체열 반사기능을 가지며, 아크릴레이트 섬유에 의하여 발생되는 온열이 방출되지 않고, 오랫동안 유지될 수 있도록 하는 역할을 담당한다.
만약, 아크릴레이트 섬유의 흡습 발열성을 극대화하기 위하여 흡습성이 높은 천연섬유를 혼방하게 되면 천연섬유 특유의 무거운 느낌을 나타내는 단점이 있을 수 있다. 그러나 본 발명에서는 가벼우면서도 보온성이 뛰어난 폴리프로필렌 섬유를 혼방하여 아크릴레이트 섬유와 폴리프로필렌 섬유가 가지는 고유한 장점을 살림과 동시에 상호 보완작용을 그 장점을 향상시키고 있다.
또한, 폴리프로필렌의 경우 강도가 약하고 연신율이 약하여 순간 강도를 이기지 못하는 단점이 있어, 섬유의 내구성이 떨어질 수 있다. 그러나 본 발명의 일 실시형태에서는 코어사를 중심으로 하여 아크릴레이트 섬유 및 폴리프로필렌 섬유가 혼합된 방적사를 꼬아서 제조하였기 때문에 강도가 향상되고, 섬유의 내구성이 증가될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 흡습 발열 섬유를 구성하는 아크릴레이트 섬유 및 폴리프로필렌 섬유가 혼합된 방적사에서, 아크릴레이트 섬유의 혼방률은 5 내지 95%일 수 있다. 상기 아크릴레이트 섬유의 혼방률이 5% 미만이면 발열 기능성이 저하될 우려가 있고, 95%를 초과하면 생산성이 저하될 우려가 있다. 또한, 상기 흡습 발열 섬유의 번수는 10 내지 120Ne일 수 있고, 꼬임은 3.5 내지 4.2TM일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 흡습 발열 섬유는 우수한 정전기 방지 특성을 가질 수 있다. 아크릴섬유의 경우 정전기 발생률이 높은 것으로 알려져 있으나, 본 발명에 따른 흡습 발열 섬유는 아크릴레이트에 친수성기가 있어 정전기가 거의 발생하지 않을 수 있다. 이에 따라, 겨울철 의류용으로 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 흡습 발열 섬유는 우수한 소취성을 가질 수 있다. 이론적으로 소취 성능을 발현하는 메카니즘(Mechanism)은 명확하지 않다. 그러나 실험적으로 본 발명에 따른 흡습 발열 섬유는 암모니아 가스인 경우 2시간 경과 후 100%의 소취율을 보였고, 아민류인 경우 2시간 경과 후 약 90%의 우수한 소취율을 나타내었다. 기타 메르캅탄(Mercaptan)류에 대해서도 약 60% 정도의 소취율을 나타내었다. 이에 따라 본 발명에 따른 흡습 발열 섬유를 의류제품에 적용하는 경우 소취소재로서의 특성을 충분히 발현할 것으로 예상된다.
또한, 본 발명의 다른 실시형태는 상기 흡습 발열 섬유로 제조되는 흡습 발열 원단을 제공한다.
상기 흡습 발열 섬유로 직물, 편물 등의 원단을 직조하여 흡습 발열기능을 가지는 원단을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 흡습 발열 섬유는 다른 섬유와 복합화가 가능하며, 이를 통해 다양한 패턴의 실과 원단으로 제조가 가능하여 최종 의류 제품을 다양화를 시도할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 흡습 발열 섬유는 하나 이상의 다른 섬유와 혼합될 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니나, 합성섬유, 천연섬유, 재생섬유 또는 반합성 섬유와 혼합되어 편직될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 합성섬유는 폴리 우레탄, 폴리에스테르, 폴리아마이드, 폴리올레핀, 아크릴, 레이온(텐셀 포함), 또는 아세테이트(디아세테이트)일 수 있다. 상기 천연섬유는 면, 양모, 마, 카폭, 견, PLA(Poly Lactic Acid) 섬유, 또는 죽 섬유(Bamboo fiber) 등의 천연섬유계일 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시형태에 따라 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하나, 이들이 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
[실시예]
제조예
폴리프로필렌 섬유(Polypropylene fiber) 80%와 아크릴레이트 섬유(Acrylate fiber) 20%가 혼합되도록 혼합 방적하고, 이를 폴리 우레탄 코어사를 중심으로 꼬아서 흡습 발열 섬유를 제조하였다. 이로 편직원단을 제조하고, 하기와 같은 실험을 수행하였다.
1. 흡습 발열성 테스트
상기에서 제조된 편직 원단의 흡습 발열성을 측정하였다. 테스트는 실온(room temperature) 34±2℃에서, 측정시간은 30분으로 하여 수행하였다. 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
blank 실시예
최초온도(℃) 34.0 34.0
최대상승온도(℃) 34.4 41.3
온도상승폭(℃) 0.4 7.3
흡습발열성(절대발열) - 6.9
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 실시형태에 따른 흡습 발열 섬유는 6.9의 흡습 발열성을 나타내는 것으로 나타났다. 이는 시중의 다른 흡습 발열 섬유와 비교하여 현저히 높은 발열량을 나타내는 것으로 평가된다.
2. 인장강신도 테스트
상기에서 제조된 편직 원단의 인장강신도를 시험하였다. 인장강신도 시험은 KS K 0475:2011을 사용하였다.
비교예는 코어사를 사용하지 않고, 아크릴레이트와 폴리프로필렌의 혼합 방적사로 제조한 원단이다.
실시예 1은 폴리프로필렌 섬유(Polypropylene fiber) 80%와 아크릴레이트 섬유(Acrylate fiber) 20%가 혼합되도록 혼합 방적하고, 이를 폴리 우레탄 코어사를 중심으로 꼬아서 흡습 발열 섬유를 제조하되, 30‘S를 3합한 10‘S이다.
실시예 2는 폴리프로필렌 섬유(Polypropylene fiber) 80%와 아크릴레이트 섬유(Acrylate fiber) 20%가 혼합되도록 혼합 방적하고, 이를 폴리 우레탄 코어사를 중심으로 꼬아서 흡습 발열 섬유를 제조하되, 30‘S를 2합한 15‘S이다.
항목 비교예 실시예 1 실시예 2
인장강도(cN) 321.4 1170 829
인장신도(%) - 26.2 21.5
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 흡습 발열 섬유로 제조된 원단은 인장강신도에서 비교예에 비하여 월등히 향상된 수치를 나타내었다. 이는 코어사를 중심으로한 커버링 공정에 기인한 것으로 판단되며, 이로 인하여 원단의 내구성이 향상될 것으로 기대된다.
이상, 구현예 및 실시예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 구현예들에 한정되지 않으며, 여러 가지 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함이 명백하다. 또한, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
1: 스핀들
10: 코어사
20: 아크릴레이트 섬유 및 폴리프로필렌 섬유가 혼합된 방적사

Claims (7)

  1. 아크릴레이트 섬유 및 폴리프로필렌 섬유가 혼합된 방적사로 코어사를 커버링하여 제조되는 것을 특징으로 하는 흡습 발열 섬유.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코어사는 스핀들의 일 방향에서 공급되고, 상기 아크릴레이트 섬유 및 폴리프로필렌 섬유가 혼합된 방적사는 스핀들의 타 방향에서 공급되어 상기 코어사를 중심으로 꼬이면서 커버링되는 것을 특징으로 하는 흡습 발열 섬유.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 코어사는 장섬유, 폴리프로필렌, 필라멘트사, 폴리우레탄 또는 나일론 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 흡습 발열 섬유.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 아크릴레이트 섬유는 카르복실기 및 아미드기를 가지는 것을 특징으로 하는 흡습 발열 섬유.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 혼합 방적사는 아크릴레이트 섬유의 혼방률이 5 내지 95%인 것을 특징으로 하는 흡습 발열 섬유.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 흡습 발열 섬유의 번수는 10 내지 120 Ne이고, 꼬임은 3.5 내지 4.2TM인 것을 특징으로 하는 흡습 발열 섬유.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 흡습 발열 섬유로 제조되는 것을 특징으로 하는 흡습 발열 원단.
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