KR20220051462A - 재생가능한 이형지의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종이 기재 위에 중간 개재층이 없이 직접 실리콘 이형제층이 도포된 친환경 이형지의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은, 종이 기재를 공급하는 단계; 상기 종이 기재에 수분을 공급하여 함수량이 4 ∼ 7% 범위가 되도록 한 상태에서 70 ∼ 140℃ 온도로 가열되고 25 ∼ 50 kg/㎠의 압력이 가해지는 다단 압착롤러를 통과시키는 카렌더링 단계; 코로나 처리기에서 20 ∼ 50KHz 발진주파수의 25Kv의 고주파로 30 ∼ 75dine 로 코로나 처리하는 단계; 리버스 5단롤 코팅기를 이용하여 종이 기재의 표면에 실리콘계 이형제층을 도포하되, 이때 종이 기재 통과 속도는 300 ∼ 1800 m/min이고, 이형제층의 도포량은 0.4 ∼ 3.0g/㎡이 되도록 하는 이형제층 도포 단계; 입구측 15m 구간이 180 ∼ 200 ℃인 건조로를 300 ∼ 1800 m/min의 속도로 통과시키는 성형 단계; 및 수분 함량이 4.0 ∼ 6.5% 범위가 되도록 재가습하는 단계로 이루어진다.
본 발명은 이형지 재활용에 장해 요인으로 작용하는 프라이머 코팅층이 없이 종이 기재의 표면에 직접 박막의 실리콘 이형제층이 코팅됨에 따라 사용된 이형지가 펄프가 쉽게 해리되고 극소량의 실리콘 점착제 성분과 분리되므로 거의 완벽하게 이형지의 재활용이 가능하여 친환경적이다.

Description

재생가능한 이형지의 제조 방법{PROCESS FOR MAKING A RENEWABLE RELEASE PAPER}

본 발명은 종이 기재의 이형지 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 종이 기재 위에 중간 개재층이 없이 직접 실리콘 이형제층의 도포가 이루어지도록 하여 사용된 이형지의 재활용이 가능하도록 한 친환경 이형지의 제조 방법에 관한 것이다.

이형지(release paper, '박리지'라고도 불리워짐)는 대상물에 부착되어 그 대상물의 부착 표면을 보호함과 아울러 표면의 성질을 유지시키는 역할을 하는 것으로 원지의 일면 또는 양면에 점착층을 형성하여 점착층을 통해서 대상물의 표면에 부착되었다가 대상물의 사용 시점에 벗겨져서 분리가 된다.

이와 같은 이형지는 산업 전반에 걸쳐서 다양하게 사용되고 있는바, 대표적인 용도를 나열하자면, 포장용 테이프, 스티커 라벨, 합성피혁, 각종 전자 부품 등을 들 수 있다. 한편 이형지의 단면 구조는 대개 합성수지 필름이나 종이 기재의 일면 또는 양면에 프라이머 코팅층(또는 '중간층', '방지층'도 동일한 의미임)을 개재하여 그 위에 주로 실리콘 계통의 이형제층이 도포되는 것이 일반적이다.

상기 종이 기재의 원지 상에 도포되는 프라이머 코팅층을 이루는 대표적인 물질로는 폴리에틸렌(polyethylene: PE) 수지를 들 수 있으며, 이는 종이 기재의 수분 침투를 방지하여 수분 침투에 기인하는 기재의 변형을 방지하고, 종이 기재의 거친 상면을 눈메꿈하여 표면의 평탄화와 광택도 향상 및 인장강도의 형상을 도모하며, 또한 그 위에 도포되는 실리콘 점착층의 기재 내부로의 침투를 방지함과 동시에 평활한 도막 형성이 가능하게 하는 등의 역할을 하는 것으로 알려져 있다.

이형지의 실리콘층 점착 특성 개선을 통한 박리력 조절이나 밀착성 향상을 도모한 종래 기술로서 등록특허 제10-1708509호에는 알케닐기를 포함하는 치환기가 규소 원자에 결합한 실록산을 밀착성 향상 성분으로 포함하는 실리콘 조성물층을 포함하는 이형지가 개시되고 있다.

그리고, 공개특허 제10-2018-0062352호에는 종이 기재의 일면에 형성된 코팅층 위에 실리콘계 화합물이 포함되지 않는 아미노 알키드 수지 및 에폭시 수지로 이루어진 혼합물로 박리제층을 형성하여 기존의 실리콘 박리제층에 비해서 향상된 특성을 발휘하는 표면 상태를 얻으려는 시도가 개시되고 있다.

또한 공개특허 제10-2011-0016443호에는 박리제층을 구성하는 실리콘 조성물 중의 히드록실화 촉매에 대해 접촉 독제로 처리하여 박리력의 조절을 도모한 발명이 개시되고 있다.

한편, 이형지의 박리제층이 아닌 프라이머 코팅층에 대한 변화 내지는 개선 을 시도한 기술로서 등록특허 제10-1879816호에는 프라이머 코팅층 조성물로 이전부터 사용되어 오던 PE에 대신하여 PVA에 접착성 비닐 수지 등이 포함되어진 PVA 수지를 이용하여 수분침투 방지 및 컬링(curling)재현 방지 특성이 발휘되도록 한 이형지가 개시되어 있다.

또한, 등록특허 제10-0315994호에는 프라이머 코팅층 조성으로 옥수수 전분(corn starch)이나 덱스트린(dextrin) 등의 수용성 고분자 물질을 이용해서 사용 후 분리된 이형지를 물에 넣으면 종이 기재와 이형제층 사이의 수용성 고분자 물질층이 물에 녹아서 실리콘 이형제층과 종이 기재(펄프, 셀룰로우스)를 분리시켜서 종이 기재를 재생펄프로 활용하려는 발명이 개시되고 있다.

이상에서와 같이 기존의 이형지는 거의 대부분이 종이 기재와 이형제층 사이에 중간층으로서의 PE, PVA, PP 등의 수지 조성물로 이루어진 프라이머 코팅층이 개재되고 그 위에 실리콘계 또는 그 외의 이형제층이 형성된 구성으로 이루어져 있다.

그런데, 상기의 프라이머 코팅층을 포함하는 종래 이형지에서는 PE나 PP 등의 고체 원료를 단시간에 고열로 용융시켜서 종이 기재에 코팅하기 위한 별도의 제조 공정과 그에 따는 설비 및 에너지의 수반을 필요로 하고, 이러한 프라이머 코팅층은 점, 접착층 생성시에 고온에 취약하여 박리 트러블을 유발할 수 있다.

그리고 보다 심각한 문제는 상기 종래의 이형지는 합성수지 재질의 프라이머 코팅층의 존재로 말미암아 재생 또는 재활용을 위해 물에 녹이더라도 종이 기재(펄프)를 분리해 내기가 현실적으로 불가능하기 때문에 거의 전량이 폐기되어 소각되고 있으며, 소각시 이형지 표면에 포함된 수지의 연소로 대기 환경에 유해하게 작용하며, 자원 재활용 측면에서 불리하기에 환경적인 측면에서도 바람직하지 못한 것으로 지적되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기 종래의 이형지 내지는 이형지 제조방법에서 지적되고 있는 단점과 문제점의 주된 요인으로 작용하고 있는 종이 기재와 이형제층 사이의 프라이머 코팅층이 형성되지 않고 종이 기재 위에 곧바로 기존의 이형제층의 도포가 이루어지도록 한 이형지 제조방법과 동 방법에 의해 얻어진 이형지를 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 프라이머 코팅층을 형성하지 않는 가운데 종이 기재에의 이형제층 형성 전,후의 종이 기재에 대한 전처리와 개선된 이형제층 경화 처리 공정을 수행하여 기존의 프라이머 코팅층이 개재된 이형지와 동등한 수준의 품질 특성을 나타내면서도 재활용이 가능한 친환경 이형지의 제조 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 상기 목적들은 공급롤로부터 공급되는 종이 기재의 적어도 일면에 대하여 캘린더링과 코로나 처리를 행한 후에 이형제층을 도포하고, 고온으로 유지된 건조기를 고속으로 통과시켜서 이형제층의 성형이 이루어지도록 한 후 권취하는 일련의 연속적인 단계로 이루어진 이형지 제조 방법에 의해서 달성된다.

이하, 상기 제조 방법의 각 단계를 자세하게 설명한다.

[종이 기재]

본 발명에서 사용되는 종이 기재는 일반 크라프트지와 신장 크라프트지 및 새미신장 크라프트지를 비롯한 모든 크라프트지, 백상지, 백색 박리지, 황색 박리지, 단/양면 아트지, 롤지 및 식품용 용지 등을 포함하는 펄프로 이루어진 종이 원지를 포함한다.

종이 원지는 포장지를 해체하여 제조 장치의 공급롤에 장착하기 전에 원지롤 외부의 각종 이물질을 제거하는 것이 바람직하다.

[카렌더링]

본 발명에서의 카렌더링은 기존의 이형지에서 종이 기재와 이형제층 사이에 개재되는 프라이머 코팅층이 수행하는 기능을 대신하여 행하도록 하는 공정의 ㅇlf환이다.

카렌더링은 먼저 종이 기재에 수분을 공급하여 함수량이 4 ∼ 7% 범위가 되도록 한 상태에서 70 ∼ 140℃ 온도로 가열된 다단 압착롤을 통과시키게 된다. 이때, 상기 압착롤은 금속(철)롤과 고무나 테프론 롤이 교대로 배치된 상태에서 25 ∼ 50kg/㎠의 압력(압착력)이 가해지도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같이 가열된 상태의 다단 압착롤을 통과하는 과정에서 종이 기재는 다림질 효과가 나타나게 되어 종이 기재 자체의 밀도가 높아지게 되고, 두께 편차가 줄어들며, 광택도와 표면 평활도가 높아지게 된다. 이에 따라 이후 공정에서 도포되는 이형제층의 균일한 도포가 가능해지게 되어 원료의 소모량 절감을 도모할 수가 있게 된다.

상기 카렌더링시에 종이 기재의 압착롤 통과 속도는 300 ∼ 1800m/min 범위로 유지하는 것이 바람직하며, 압착롤의 온도는 종이 기재의 평량에 따라 상이하게 적용하는바, 35 ∼ 60g/㎡의 저평량인 경우는 70 ∼ 80℃, 70 ∼ 100g/㎡의 중평량인 경우는 90 ∼ 110℃, 110g/㎡ 이상의 고평량인 경우는 110 ∼ 140℃ 범위가 적정하다. 상기 평량별 적정 온도 범위를 벗어나게 되면 광택도와 평활도가 떨어지게 되어 원료의 사용량이 증가하게 되고, 소정의 박리력을 얻기가 어려워질 수가 있다.

[코로나 처리]

본 발명에서 코로나 처리는 종이 기재의 표면에너지를 증가시켜 그 위에 도포되는 이형제층(실리콘)의 접착력을 증대시키고 이형지 표면의 럽오프(rub off) 발생을 방지하는 한편 경화 성능의 개선이 이루어지도록 하는 기능을 한다.

상기 코로나 처리는 종이 기재의 표면에 고전압의 전자를 투과시켜서 표면상에 수십 나노(nano)의 거친 정도를 만들어서 그 위에 도포되는 실리콘 이형제층과 종이 기재와의 결합력이 강화되어 이형지의 표면에 외력이 작용하더라도(예를 들면, 문지름이나 유기 용제와의 접촉 등) 실리콘 이형제층이 종이 기재로부터 벗겨져 분리되는 이른바 럽오프 현상이 방지되도록 하는 역할을 한다.

이와 같은 코로나 처리기는 바스테이션, 프레임 실리콘 롤 및 롤 감지센서로 구성되어 20 ∼ 50KHz의 발진주파수에서 25Kv의 고주파를 출력하는바 종이 기재 평량별 바람직한 코로나 처리 범위는, 35 ∼ 60g/㎡인 경우는 30 ∼ 40dine, 70 ∼ 100g/㎡인 경우는 45 ∼ 60dine, 110g/㎡인 경우는 60 ∼ 75dine이다.

[이형제층 도포]

본 발명에서의 이형제층 조성은 실리콘계를 비롯한 기존의 모든 조성이 사용될 수 있다. 바람직한 이형제층 조성의 일예로 폴리디메틸실록산 (polydimethylsiloxane, PDMS)에 가교제와 촉매 및 이형력 조절제가 첨가되어진 실리콘 이형제층 조성을 들 수 있으며, 그 외의 실리콘계를 비롯한 여타의 종래 이형제용 이형제층 조성이 적용되어질 수 있다.

상기의 카렌더링과 코로나 처리가 완료되어 공급되는 종이 기재는 바람직하기로는 리버스 5단롤 장치를 통하여 이형제층의 코팅이 이루어질 수 있을 것이다. 상기 리버스 5단롤은 액상의 이형제층 조성의 도포량 조절이 용이하고 특히 고속운전에 적합하다.

그리고, 최종적으로 얻어진 박리지의 이형제층 도포 두께와 점착력 및 박리력의 조절은 상기 리버스 5단롤의 운전제어 및 이형제층 조성, 특히 이형력 조절제의 함량 조절 등을 통해서 이루어질 수 있다.

본 발명의 실리콘 코팅 공정에서 기존의 코팅 공정에 비해서 차이를 보이는 구성은 코팅 스피드 즉 상기 리버스 5단롤을 통과하는 종이 기재의 이동속도가 종래에 비해서 상대적으로 고속이라는 점을 들 수 있다. 이를 좀 더 상세하게 설명하자면, 기존의 이형지 제조 공정에서 이형제층의 코팅 스피드는 40 ∼ 250 m/min임에 비해서 본 발명에서는 이보다 훨씬 빠른 300 ∼ 1800 m/min가 바람직하다. 이와 같이 코팅 스피드(또는 종이 기재 통과 속도)를 고속으로 하는 이유와 효과는 연계된 후속 공정으로서의 성형 단계에서 설명될 것이다.

상기 이형제층의 도포량은 기존의 이형지에서와 동일한 범위로서의 0.4 ∼ 3.0g/㎡로서 이형지가 사용되는 점/점착 테이프의 사용처와 점/점착제와 합지된 소재 및 용도에 따라서 달라지게 된다.

[큐어링]

상기 이형제층 도포가 완료되면 곧 바로 첨착제층의 경화 및 건조를 위하여 종이 기재의 이동로 중에 설치된 건조로를 통과하에 된다. 상기 건조로는 길이가 40 ∼ 50 m의 LNG 연소로 가열되는 방식으로서, 특히 입구측 20m 구간에는 원적외선 히터를 병행설치하여 180 ∼ 200 ℃의 고온으로 유지되도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 건조로를 통과하는 이형제층이 도포된 종이 기재의 이동 속도는 이전 단계엔 이형제층 도포, 즉 실리콘 코팅 속도와 동일한 속도(300 ∼ 1800 m/min)를 유지하게 되며, 이와 같이 고속으로 건조로의 입구측 고온부를 통과함으로써 종이 기재에 도포된 실리콘액이 종이 기재 쪽으로 침투되는 것이 방지된다.

[재가습]

본 발명의 재가습 공정은 상기 큐어링 공정에서의 건조로를 지나면서 고온에 노출되면서 종이 기재 속의 수분이 증발이 이루어져서 건조해짐에 따라 이를 원래의 수분함량치로 환원시키기 위한 공정이다. 재가습 공정 후 종이 기재의 수분 함량은 종이 종류에 따라 다소 차이가 있긴 하나 4.0 ∼ 6.5% 범위가 바람직하다.

이와 같이 재가습 공정을 거친 이형지는 지폭으로 분포된 불균형의 개선과 함께 인장력의 증가와 함께 점/접착 작업시 컬링(말림) 현상이 방지되어 이형지 자체의 품질이 향상된다.

한편, 도1은 상기 본 발명의 각 단계별 공정을 종합해서 종이 기재의 공급에서부터 제작이 완료된 이형지의 권취 단계까지의 전체 공정을 보여주는 제조공정도이다.

공급롤(1)로부터 연속적으로 공급되는 종이 기재(2)는 수분공급기(3)를 거쳐 서로 압력이 가해진 상태로 맞물려 회전하는 철롤(4a)과 고무롤(4b) 사이를 지나면서 압착에 의한 카렌더링이 이루어지게 된다. 이때의 상기 롤(4a, 4b) 중에서 적어도 어느 한 쪽은 고온으로 유지된 상태가 되어 이들 압착접촉된 가열 상태의 롤을 지나는 과정에서 종이 기재(2)에는 다림질 효과에 의한 기재 표면의 평활화, 두께 편차의 감소 및 광택도의 증가가 이루어지게 된다.

이어서, 상기 카렌더링이 이루어진 종이 기재(2)는 코로나 처리기(5)를 지나면서 인가된 고주파에 의해서 표면에 수십 나노 직경의 홈이 형성되는 결과롤 미세한 표면거칠기가 형성되어 이후에 도포되는 실리콘 이형제층의 결합력 강화에 기여하게 된다.

상기 코로나 처리기(5)를 빠져 나온 종이 기재(2)는 실리콘 이형제층 코팅을 위한 리버스 5단롤(6)에 의해서 카렌더링과 코로나 처리과 완료된 종이 기재(2)의 일면에 실리콘 이형제층의 도포가 이루어지게 된다. 이때, 이형제층의 도포량 조절은 상기 리버스 5단롤(6) 제어와 실리콘 조성액의 점도 조절 등를 통해서 이루어지게 된다.

실리콘 이형제층이 도포된 종이 기재(2)는 인접한 후속 이동로 상에 설치된 건조로(7)를 고속을 통과하면서 이형제층의 건조 및 성형이 행해진다. 이때 상기 건조로(7)의 입구측 구간에는 원적외선 히터(7a)가 설치되어 원래의 LNG 연소에 의한 가열에 부가하여 입구측 내부 온도가 상대적으로 높게 유지되도록 해서 건조로 (7) 내부로 인입되는 종이 기재(2)의 이형제층을 순간적으로 가열시켜 종이 기재 내부로의 이형제층이 침투함이 없이 순간적으로 성형이 이루어지게 유도된다.

이어서 건조로(7)를 빠져 나온 이형제층이 형성된 종이 기재(2)는 가습기(8)를 거치면서 적정한 수준의 수분함량 범위(4.0 ∼ 6.5%)로 재가습이 이루어진 다음 최종적으로 권취롤(9)에 감기게 된다.

본 발명은 프라이머 코팅층을 형성하지 않는 가운데 종이 기재에의 이형제층 형성 전,후의 종이 기재에 대한 전처리와 개선된 이형제층 경화 처리 공정의 수행을 통해서 기존의 프라이머 코팅층이 개재된 이형지와 동등한 수준의 품질 특성을 나타낸다.

그리고 본 발명은 이형지 재활용에 장해 요인으로 작용하는 프라이머 코팅층이 없이 종이 기재의 표면에 직접 박막의 실리콘 이형제층이 코팅됨에 따라 사용된 이형지가 펄프가 쉽게 해리되고 극소량의 실리콘 점착제 성분과 분리되므로 거의 완벽하게 이형지의 재활용이 가능하여 친환경적이라는 이점이 있다.

이에 더하여, 본 발명의 방법에 의해 제조된 이형지는 물에 녹여서 다시금 종이로 재생되어 활용되므로, 종래의 프라이머 코팅층이 포함된 이형지가 폐기 소각처리되어 대기환경에 악영향을 미치고 펄프용 산림자원의 낭비 요인으로 작용하던 문제점이 일거에 해소될 수 있는 유용한 발명으로 기대된다.

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 이형지 제조 공정도.

본 발명의 방법에 의거하여 아래와 같이 실시예 이형지를 제작하였다.

먼저, 종이 기재로는 접착 테이프 용도의 이형지 제작을 위해서 평량 70g/㎡의 일반 크라프트지를 사용하였다. 제조 장치 투입 전에 상기 종이 기재의 함수율을 측정하여 본 바 6%로 나타났다.

권취롤로부터 공급되어 나온 종이 기재가 카렌더링 공정으로 투입되기 직전에 수분 공급이 이루어지도록 해서 함수율이 1% 상승된 7%의 함수율을 유지한 채로 카렌더링 공정이 수행되도록 하였다.

카렌더링에 이용된 압착롤은 110℃ 온도가 유지된 상태에서 40kg/㎠의 압력(압착력)이 가해지도록 한 상태에서 종이 기재를 통과시켰다. 종이 기재의 압착롤 통과 속도는 350m/min 가 되도록 하였다.

이어서 40KHz의 발진주파수의 25Kv의 고주파를 출력하는바 코로나 처리기를 이용하여 종이 기재에 50dine이 되도록 코로나 처리를 하였다.

다음, 폴리디메틸실록산(PDMS)에 가교제와 촉매 및 이형력 조절제가 첨가되어진 실리콘 이형제층 조성으로서 400cps 점도의 실리콘액을 리버스 5단롤 코팅기를 이용하여 종이 기재 위에 1.0㎛의 도포 두께로 코팅하였다.

이형제층이 도포된 종이 기재는 건조로를 통과시켜 이형제층의 성형이 이루어지도록 하였다. 이때 원적외선 히터가 병행설치된 건조로의 입구측 온도는 185℃였다.

마지막으로, 재가습을 통해서 종이 기재의 수분 함량은 최초의 공정 수행 전 상태인 6%가 되도록 수분을 공급하여 본 발명의 이형지 시편을 제작하였다.

[평가]

상기의 본 발명의 방법에 따라 제작된 1.0㎛의 점착 두께를 갖는 실시예 시편에 대하여 이형력(tesa 7475, g/25mm)를 측정하여 본 바 8g/25mm의 경박리 수준이었다.

[럽오프]

본 발명의 이형지는 종이 기재와 이형제층 사이에 개재되어 이들을 결합시키는 중간층으로서의 프라이머 코팅층이 존재하지 않음에 따라 표면 실리콘 이형제층이 외력에 의해 종이 기재의 표면으로부터 분리되는 럽오프 현상이 관건인 것으로 판단되어 아래와 같은 시험을 하였다.

본 발명의 방법에 의해 동일한 재지로가 평량으로서 실리콘 이형제층의 도포두께가 동일한 본 발명 시편과 프라이머 코팅층이 개재된 비교예 시편의 표면을 문질러서 실리콘 이형제층의 벗겨짐 여부를 살펴보았던바, 본 발명의 시편의 비교예 시편에 비해서 럽오프에 취약하지는 않은 것으로 관찰되었다.

Claims (5)

1. 종이 기재를 공급하는 단계;
   상기 종이 기재에 수분을 공급하여 함수량이 4 ∼ 7% 범위가 되도록 한 상태에서 70 ∼ 140℃ 온도로 가열되고 25 ∼ 50kg/㎠의 압력이 가해지는 다단 압착롤을 통과시키는 카렌더링 단계;
   코로나 처리기에서 20 ∼ 50KHz 발진주파수의 25Kv의 고주파로 30 ∼ 75dine 으로 코로나 처리하는 단계;
   리버스 5단롤 코팅기를 이용하여 종이 기재의 표면에 실리콘계 이형제층을 도포하되, 이때 종이 기재 통과 속도는 300 ∼ 1800 m/min이고, 이형제층의 도포량은 0.4 ∼ 3.0g/㎡이 되도록 하는 이형제층 도포 단계;
   입구측 20m 구간이 180 ∼ 200 ℃인 건조로를 300 ∼ 1800 m/min의 속도로 통과시키는 성형 단계; 및
   수분 함량이 4.0 ∼ 6.5% 범위가 되도록 재가습하는 단계;
   로 이루어짐을 특징으로 하는 재생가능한 이형지의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 압착롤은 금속롤과 고무나 테프론 롤이 교대로 배치된 것을 특징으로 하는 재생가능한 이형지의 제조 방법.
3. 제1항에 있어서, 압착롤의 온도는 종이 기재의 평량이 35 ∼ 60g/㎡이면 70 ∼ 80℃, 70 ∼ 100g/㎡이면 90 ∼ 110℃, 110g/㎡ 이상이면 110 ∼ 140℃인 것을 특징으로 하는 재생가능한 이형지의 제조 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 건조로는 길이가 40 ∼ 50 m의 LNG 연소로 가열되되, 입구측 20m 구간에는 원적외선 히터를 병행설치됨을 특징으로 하는 재생가능한 이형지의 제조 방법.
5. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 의해 제조된 재생가능한 이형지.
   
   

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