KR20180067167A - 수용성 세정제 및 이를 이용한 세정방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수용성 세정제 및 이를 이용한 세정방법에 관한 것이다. 본 발명은 금속 소재나 세라믹 소재를 세정하기 위한 수용성 세정제로서 물, 알콜, 계면활성제, 및 유기산을 포함하는 수용성 세정제를 제공한다. 또한, 본 발명은 수용성 세정제를 물에 희석하는 단계, 상기 희석된 세정액을 60℃ ~ 80℃의 온도로 가온시키는 단계, 및 상기 가온된 세정액을 이용하여 금속 소재나 세라믹 소재를 세정하는 단계를 포함하는 금속 및 세라믹 소재의 세정방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 금속 소재나 세라믹 소재에 대해 우수한 세정력을 가지면서 소재의 부식이 없고, 인체 및 환경에 무해하다.

Description

수용성 세정제 및 이를 이용한 세정방법 {WATER-SOLUBLE CLEANING COMPOSITION AND METHOD FOR CLEANING}
본 발명은 수용성 세정제 및 이를 이용한 세정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속 소재나 세라믹 소재에 대해 우수한 세정력을 가지면서 소재의 부식이 없고, 인체 및 환경에 무해한 수용성 세정제 및 이를 이용한 세정방법에 관한 것이다.
일반적으로, 금속 소재는 공기 중의 노출에 의하거나 가공 처리 등의 과정에서 오염된다. 예를 들어, 알루미늄(Al) 등의 금속 소재는 장시간 공기 중에 노출되면 그 표면이 산화되어 산화물 피막층이 형성되고, 이물질과의 접촉에 의해 변색되거나 오염되어 본연의 광택이나 질감이 떨어진다. 또한, 금속 소재는 열처리나 압연, 성형, 절단 등의 가공 과정에서도 산화물 피막층이 형성되거나 유분, 그리스 및 전해질 등에 의해 오염된다.
이에 따라, 대부분의 금속 소재는 세정된다. 금속 소재는 세정에 의해 오염물질이 제거되어 본연의 광택과 질감을 가지며, 또한 구리(Cu)나 니켈(Ni) 등의 도금에 유리한 표면을 가질 수 있다.
일반적으로, 금속 소재의 세정에는 트리클로로에틸렌(TCE), 퍼클로로에틸렌(PCE) 및 메틸 클로라이드(MC) 등의 클로로화합물이나, 방향족 탄화수소계를 이용한 세정제가 주로 사용되고 있다. 그러나 이러한 세정제는 금속을 부식시키는 단점이 있으며, 무엇보다 인체 및 환경에 유해하고 화재의 위험성이 매우 높다. 예를 들어, 트리클로로에틸렌(TCE)과 메틸 클로라이드(MC) 등의 경우에는 발암성이 있고 오존층을 파괴시키며 냄새가 강하다. 그리고 방향족 탄화수소계의 경우에는 독성이 화재 위험성이 높으며, 이 또한 냄새가 강하여 작업자가 기피하고 있다.
또한, 금속 소재의 세정과 관련하여, 계면활성제나 알칼리 금속염 등을 이용한 알칼리 세정제가 제안되었다. 예를 들어, 한국 공개특허공보 제10-2002-0045548호 및 한국 공개특허공보 제10-2002-0025618호 등에는 위와 관련한 기술이 제시되어 있다.
그러나 종래기술에 따른 세정제는 여전히 인체 및 환경에 유해하거나, 금속 소재의 부식을 발생시키고 있으며, 무엇보다 유분이나 유기물 등에 대한 세정력이 부족한 문제점이 있다.
한국 공개특허공보 제10-2002-0045548호 한국 공개특허공보 제10-2002-0025618호
이에, 본 발명은 금속 소재에는 물론 세라믹 소재 등에 대해 우수한 세정력을 가지면서 소재의 부식이 없고, 인체 및 환경에 무해한 수용성 세정제 및 이를 이용한 세정방법을 제공하는 데에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
금속 소재 및 세라믹 소재를 세정하기 위한 수용성 세정제로서 물, 알콜, 계면활성제, 및 유기산을 포함하는 수용성 세정제를 제공한다. 하나의 실시 형태에 따라서, 본 발명에 따른 수용성 세정제는 물 25 ~ 45중량%, 알콜 20 ~ 40중량%, 계면활성제 15 ~ 30중량%, 및 유기산 5 ~ 15중량%를 포함한다.
또한, 본 발명은 금속 및 세라믹 소재를 세정하는 세정방법으로서, 상기 본 발명에 따른 수용성 세정제를 물에 희석하는 단계와, 상기 희석된 세정액을 60℃ ~ 80℃의 온도로 가온시키는 단계와, 상기 가온된 세정액을 이용하여 금속 소재나 세라믹 소재를 세정하는 단계를 포함하는 금속 및 세라믹 소재의 세정방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 개선된 수용성 세정제 및 세정방법이 제공된다. 구체적으로, 본 발명에 따르면, 약산성으로서 금속 소재에 대한 부식이 없고, 인체 및 환경에 무해하며, 금속 소재에는 물론 세라믹 소재 등에 대해 우수한 세정력을 가지는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수용성 세정제를 이용하여 세정 전/후의 알루미늄 시편에 대한 젖음성(wetting) 평가한 결과를 보인(물방울 드롭(drop) 후 사진)이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수용성 세정제를 이용하여 세정 전/후 후의 알루미늄 시편에 대한 EDS 분석 결과이다.
본 발명에서 사용되는 용어 "및/또는"은 전후에 나열한 구성요소들 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 의미로 사용된다. 본 발명에서 사용되는 용어 "하나 이상"은 하나 또는 둘 이상의 복수를 의미한다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지의 범용적인 기능 및/또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 금속 소재 및 세라믹 소재의 표면을 세정하기 위한 수용성 세정제를 제공한다. 또한, 본 발명은, 본 발명에 따른 수용성 세정제의 바람직한 사용방법으로서, 상기 본 발명에 따른 수용성 세정제를 이용하여 금속 소재 및 세라믹 소재의 표면을 효과적으로 세정할 수 있는 세정방법을 제공한다.
먼저, 본 발명에서, 세정의 대상이 되는 소재는 금속 소재 및 세라믹 소재로부터 선택되며, 이들 소재의 형상이나 구체적인 종류(재질)는 특별히 제한되지 않는다. 소재는, 예를 들어 반제품, 완제품, 및 상기 반/완제품의 제작을 위한 부품 소재 등을 포함하며, 압출 성형품 및/또는 사출 성형품 등으로부터 선택될 수 있다. 소재는, 구체적인 예를 들어 LCD 등의 전자제품이나 자동차 부품 등을 들 수 있다. 또한, 소재는 금속 소재의 예로서, 알루미늄(Al) 소재를 들 수 있다. 이때, 상기 알루미늄 소재는 알루미늄(Al) 단일 금속, 또는 알루미늄(Al) 이외의 다른 금속이나 비금속 원소를 포함하는 알루미늄 합금이 될 수 있다. 상기 알루미늄 소재는, 구체적인 예를 들어 마그네슘(Mg), 규소(Si), 티나늄(Ti), 나트륨(Na), 칼슘(Ca), 철(Fe) 및 구리(Cu) 등으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는 알루미늄 합금일 수 있다.
본 발명은 트리클로로에틸렌(TCE) 및 메틸 클로라이드(MC) 등의 클로로화합물이나 방향족 탄화수소계 등을 포함하지 않는 조성물로서, 인체 및 환경에 무해한 수용성 세정제를 제공한다. 본 발명에 따른 수용성 세정제는 물, 알콜, 계면활성제, 및 유기산을 포함한다.
상기 물은 수용성 세정제 내에서 액상을 유지하기 위한 액상 매체로서 작용하며, 이는 예를 들어 증류수, 탈이온수 및/또는 정제수 등으로부터 선택된다. 이러한 물은 본 발명의 수용성 세정제 전체 중량 기준으로 25 ~ 45중량%로 포함되는 것이 좋다.
상기 알콜은 세정력 개선과 계면활성제의 희석 등을 위해 사용된다. 상기 알콜은, 예를 들어 탄소수 1 ~ 10의 알콜류로부터 선택된 하나 이상이 사용될 수 있다. 상기 알콜은, 구체적인 예를 들어 메탄올, 에탄올, 프로판올 및/또는 부탄올 등으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 상기 알콜은, 예를 들어 60 ~ 95중량%의 수용액 상태로 본 발명에 따른 수용성 세정제에 첨가될 수 있다. 이러한 알콜은 본 발명의 수용성 세정제 전체 중량 기준으로 20 ~ 40중량%로 포함되는 것이 좋다.
상기 계면활성제는 세정력 강화를 위해 사용되며, 이는 비이온성, 음이온성, 양이온성 및 양쪽이온성 계면활성제 등으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 이러한 계면활성제는 본 발명의 수용성 세정제 전체 중량 기준으로 15 ~ 30중량%로 포함되는 것이 좋다. 이때, 계면활성제의 함량이 15중량% 미만인 경우 세정력이 미미할 수 있다. 그리고 계면활성제의 함량이 30중량%를 초과하여 너무 많은 경우, 과잉 사용에 따른 상승효과가 그다지 크지 않고 환경적인 면에서 바람직하지 않을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 따라서, 상기 계면활성제는 비이온성, 음이온성, 양이온성 및 양쪽이온성 계면활성제 중에서도 비이온성 계면활성제와 음이온성 계면활성제의 혼합을 사용하는 것이 좋다. 이와 같이, 계면활성제를 비이온성과 음이온성 계면활성제의 혼합으로 사용하는 경우, 계면활성제의 동일 사용량 대비 세정력이 향상될 수 있으며, 특히 유분이나 유기물의 제거(세정)에 매우 효과적이다. 이때, 본 발명의 수용성 세정제 전체 중량 기준으로, 상기 비이온성 계면활성제는 10 ~ 25중량%로 포함되고, 상기 음이온성 계면활성제는 5 ~ 20중량%로 포함될 수 있다.
또한, 위와 같이 비이온성과 음이온성 계면활성제의 2종류를 혼합하여 사용하되, 비이온 계면활성제를 음이온 계면활성제보다 상대적으로 높은 비율로 사용하는 것이 좋다. 구체적으로, 본 발명에 따른 수용성 세정제는 계면활성제로서 비이온성 계면활성제와 음이온성 계면활성제의 혼합을 포함하되, 본 발명의 수용성 세정제 전체 중량 기준으로 비이온성 계면활성제는 10 ~ 25중량%로 포함되고, 음이온성 계면활성제는 5 ~ 20중량%로 포함되며, 비이온성 계면활성제가 음이온성 계면활성제보다 높은 함량으로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 비이온 계면활성제는 솔비탄류, 아미드류, 아민류 및/또는 이들의 유도체 등으로부터 선택될 수 있다. 상기 비이온 계면활성제는, 구체적인 예를 들어 솔비탄 지방산 에스테르, 라우린산 디에탄올 아미드, 라우릴 디에틸 아민 옥사이드, 알킬디메틸아민 옥사이드, 지방산 모노에탄올 아미드 및/또는 지방산 디에탄올 아미드 등으로부터 선택될 수 있다. 상기 비이온성 계면활성제는, 보다 바람직하게는 상기 나열한 것들 중에서도 솔비탄 지방산 에스테르를 사용하는 것이 세정력 및 환경적인 측면에서 좋다. 이러한 솔비탄 지방산 에스테르는 d-솔비톨과 천연 지방산을 반응시켜 제조한 친환경성의 천연 계면활성제로서, 이는 친환경적이면서 매우 우수한 기포력을 나타내어 본 발명에 바람직하다. 이때, 상기 d-솔비톨은 라우린산 솔비탄, 팔미트산 솔비탄, 스테아린산 솔비탄 및 오레인산 솔비탄-포도당 중에서 선택된 하나 이상을 환원시켜 얻어진 것을 사용할 수 있다.
또한, 상기 음이온성 계면활성제는 탄소수 약 10 ~ 22개를 함유하는 소디움 알킬설페이트, 트리에탄올아민 알킬설페이트, 암모늄 알킬설페이트, 에톡시기를 함유한 암모늄 알킬에테르설페이트, 소디움 알킬에테르설페이트 및/또는 이들의 유도체 등으로부터 선택될 수 있다. 상기 음이온성 계면활성제는, 바람직하게는 암모늄 라우릴 설페이트를 사용하는 것이 좋다.
상기 유기산은 세정에 유리한 pH를 조절하고, 계면활성제 등의 유리를 방지하기 위해 사용된다. 상기 유기산은 황산 등의 무기산에 비해 소재의 부식을 방지할 수 있으며, 이는 또한 안전한 작업환경을 유지하면서 황산 등의 무기산 대비 친환경적이라 할 수 있다. 상기 유기산은 구연산, 말론산, 말레산, 글루콘산, 글리콜산, 아세트산 및/또는 개미산(formic acid) 등으로부터 선택될 수 있으며, 이들 중에서 바람직하게는 구연산을 사용할 수 있다. 이러한 유기산에 의해, 본 발명에 따른 수용성 세정제는 약산성 내지 중성의 pH를 가질 수 있으며, 구체적인 예를 들어 pH 약 5.5 ~ 6.5의 약산성을 가질 수 있다. 상기 유기산은, 본 발명의 수용성 세정제 전체 중량 기준으로 5 ~ 15중량%로 포함될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 수용성 세정제는 상기와 같은 성분들 이외에 폴리에틸렌옥사이드를 더 포함할 수 있다. 이러한 폴리에틸렌옥사이드는 상기 비이온성 계면활성제로서 솔비탄 지방산 에스테르를 사용하는 경우에 솔비탄 지방산 에스테르의 안정제로 작용하여, 세정력을 개선함은 물론 저장 안정성을 향상시켜 본 발명에 바람직하다. 이때, 상기 폴리에틸렌옥사이드는 솔비탄 지방산 에스테르 100중량부에 대하여 0.2 내지 12중량부로 포함될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 세정방법은, 전술한 바와 같은 본 발명의 수용성 세정제를 이용하여 금속 소재나 세라믹 소재를 세정하는 단계를 포함한다. 구체적으로, 본 발명에 따른 세정방법은, 상기 본 발명의 수용성 세정제를 물에 희석하는 제1단계와, 상기 희석된 세정액을 60℃ ~ 80℃의 온도로 가온시키는 제2단계와, 상기 가온된 세정액을 이용하여 금속 소재나 세라믹 소재를 세정하는 제3단계를 포함한다.
이때, 상기 제1단계는 본 발명의 수용성 세정제를 물에 희석하되, 10 ~ 30중량%로 물에 희석할 수 있다. 즉, 제1단계에서는 본 발명의 수용성 세정제 : 물 = 1 ~ 3 : 7 ~ 9의 중량비로 혼합한 세정액을 얻는다. 그리고 상기 제2단계에서는 물에 희석된 세정액을 60℃ ~ 80℃의 온도로 가온시킨다. 이와 같이 가온시켜 사용하는 경우, 세정력이 현저히 개선될 수 있다. 이때, 온도가 60℃ 미만인 경우에는 가온에 따른 세정력 개선 효과가 다소 미미할 수 있으며, 80℃를 초과하는 경우에는 증발되어 손실량이 많아질 수 있다. 또한, 상기 제3단계에서는 가온된 세정액에 금속 소재나 세라믹 소재를 함침이나 분사하는 방법으로 세정할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따르면, 유화, 분산, 침투 및 세정에 의한 메카니즘(Mechanism)을 가져 금속 소재나 세라믹 소재에 대해 우수한 세정력을 가지면서 pH 약산성으로서 소재의 부식이 없고 화재의 위험성이 없다. 또한, 냄새가 없고, 인체 및 환경에 무해하며, 폐수 처리시에 유해물질을 포함하지 않아 친환경적이다. 아래의 표 1은 종래 기술에 따른 세정제와 본 발명에 따른 수용성 세정제를 비교한 것이다.
< 종래의 세정제와 본 발명의 수용성 세정제의 특성 비교 >
구 분 종래 1
(TCE/MC)
종래 2
(방향족 탄화수소계)
본 발명
(수용성 세정제)
사용 방법
원액 사용 원액 사용 물에 희석사용
증 발 성
증발 손실 높음 증발 손실 높음 없 음
화재 위험성
없 음 있 음 없 음
인체/환경
유해성
발암성, 오존층 파괴,
근로자 작업기피
독성이 있음
근로자 작업기피
없 음
작업 환경
강한 냄새 강한 냄새 냄새 없음
법적 규제 현황 사용금지 예정 인화 , 폭발위험 및
배출 가스 규제
없 음
사용 온도
상온 상온 60 ~ 80℃
세정 Mechanism 용 해 용 해 유화, 분산,
침투, 세정
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 예시한다. 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕도록 하기 위해 예시적으로 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1 내지 4]
하기 [표 2]에 보인 성분 및 함량으로 각 실시예에 따른 수용성 세정제를 제조하였다. 이때, 각 실시예에 따라 계면활성제의 종류 및 함량을 달리하였으며, 유기산(구연산)의 첨가를 통해 pH를 약 6.3 ~ 6.5 범위 내의 약산성이 되도록 하였다. 하기 [표 2]에서, 각 성분의 함량(중량%)은 수용성 세정제 전체 중량을 기준으로 한 것이다.
< 수용성 세정제의 성분 및 함량, 중량% >
성 분
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
알콜
에탄올 32.4 32.4 32.4 32.4
비이온성 계면활성제
솔비탄 지방산 에스테르 13.5 14.5 22.0 -
음이온성 계면활성제
암모늄 라우릴 설페이트 7.5 7.5 - 15.5
안정제
폴리에틸렌옥사이드 0.4 - - -
유기산
구연산 5.8 5.8 5.8 5.8

탈이온수 잔량 잔량 잔량 잔량
상기 각 실시예에 따른 수용성 세정제에 대하여, 다음과 같이 세정력과 저장 안정성을 평가하고, 그 결과를 하기 [표 3]에 나타내었다. 하기 [표 3]에서, 비교예 1은 종래의 방향족 탄소수소계 세정제를 이용한 시편의 결과이고, 비교예 2는 종래의 트리클로로에틸렌(TCE) 세정제를 이용한 시편의 결과이다.
< 세정력 평가 >
먼저, 용기에 각 실시예에 따른 수용성 세정제를 넣고, 여기에 알루미늄 시편을 함침하는 방법으로 세정하였다. 이때, 각 실시예에 따라 알루미늄 시편의 함침 시 수용성 세정제의 온도(세정 온도)를 달리하였다. 이후, 세정력의 평가 시에 당업계에서 통상적으로 사용되는 SEM/EDS 분석을 통해 잔탄함량(㎛2/㎟)을 평가하였다. 즉, 세정 후, SEM/EDS 분석을 통하여 알루미늄 시편 표면 1 ㎟ 면적에 잔존하는 탄소의 양(㎛2)을 평가하였다.
< 저장 안정성 평가 >
각 실시예에 따른 수용성 세정제를 오븐(oven)에 넣고, 60℃에서 7일 동안 보관 후, 침전 발생 여부를 평가하였다.
< 세정력 및 저장 안정성 평가 결과 >
비 고 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1
(방향족)
비교예 2
(TCE)
세정 온도
68℃ 상온 상온 상온 상온 상온
SEM/EDS 분석
(탄소함량 : ㎛2/㎟)
0.0 78 147 581 3,406 2,428
저장 안정성
(60℃, 7일 후)
없음 발생 발생 발생 - -
상기 [표 3]에 보인 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 수용성 세정제는 종래의 방향족 탄소수소계 세정제(비교예 1)나 트리클로로에틸렌(TCE) 세정제(비교예 2)에 비하여 우수한 세정력을 가짐을 알 수 있었다.
또한, 실시예 1 ~ 4를 대비해 보면, 계면활성제로서 비이온성과 음이온성을 혼합 사용한 경우(실시예 1 및 2)가 단독으로 사용한 경우(실시예 3 및 4)보다 향상된 세정력을 보임을 알 수 있었다. 아울러, 안정제로서 폴리에틸렌옥사이드를 더 첨가한 경우(실시예 1), 세정력은 물론이고 저장 안정성이 향상됨을 알 수 있었다. 이와 함께, 실시예 1에서와 같이 약 68℃로 가온시켜 사용하는 경우에 상온(약 20℃)에서 진행한 경우보다 세정력이 우수함을 알 수 있었다.
한편, 첨부된 도 1은 알루미늄 시편에 대한 젖음성(wetting) 평가 결과로서, 세정 전의 시편에 대한 물방울 드롭(drop) 후 사진과, 실시예 1에 따른 수용성 세정제를 사용하여 세정한 후의 시편에 대한 물방울 드롭(drop) 후 사진이다. 또한, 첨부된 도 2는 알루미늄 시편에 대한 세정 전의 EDS 분석 결과와, 실시예 1에 따른 수용성 세정제를 이용하여 세정한 후의 시편에 대한 EDS 분석 결과이다. 도 1 및 도 2에 보인 바와 같이, 실시예 1에 따른 수용성 세정제는 우수한 세정력을 보임을 알 수 있었다.

Claims (5)

  1. 금속 소재 및 세라믹 소재를 세정하기 위한 수용성 세정제이고,
    물;
    알콜;
    계면활성제; 및
    유기산을 포함하는 것을 특징으로 하는, 금속 소재 및 세라믹 소재를 세정하기 위한 수용성 세정제.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수용성 세정제는,
    물 25 ~ 45중량%;
    알콜 20 ~ 40중량%;
    계면활성제 15 ~ 30중량%; 및
    유기산 5 ~ 15중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는, 금속 소재 및 세라믹 소재를 세정하기 위한 수용성 세정제.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 계면활성제는 비이온성 계면활성제와 음이온성 계면활성제의 혼합을 포함하되,
    상기 비이온성 계면활성제는 10 ~ 25중량%로 포함되고, 상기 음이온성 계면활성제는 5 ~ 20중량%로 포함되며,
    상기 비이온성 계면활성제가 음이온성 계면활성제보다 높은 함량으로 포함되는 것을 특징으로 하는, 금속 소재 및 세라믹 소재를 세정하기 위한 수용성 세정제.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 계면활성제는 비이온성 계면활성제와 음이온성 계면활성제의 혼합을 포함하되,
    상기 비이온성 계면활성제는 10 ~ 25중량%로 포함되고, 상기 음이온성 계면활성제는 5 ~ 20중량%로 포함되며,
    상기 비이온성 계면활성제가 음이온성 계면활성제보다 높은 함량으로 포함되고,
    상기 비이온성 계면활성제는 솔비탄 지방산 에스테르를 포함하며,
    상기 수용성 세정제는 솔비탄 지방산 에스테르 100중량부에 대하여 폴리에틸렌옥사이드 0.2 내지 12중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 금속 소재 및 세라믹 소재를 세정하기 위한 수용성 세정제.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 따른 수용성 세정제를 물에 희석하는 단계;
    상기 희석된 세정액을 60℃ ~ 80℃의 온도로 가온시키는 단계; 및
    상기 가온된 세정액을 이용하여 금속 소재나 세라믹 소재를 세정하는 단계를 포함하는 금속 및 세라믹 소재의 세정방법.
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