KR20230060168A - 화제 소화약제 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소화약제 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리머를 기반으로 하는 소화약제 조성물을 제공하는 것으로, 금속화재에 있어서 안정적으로 금속화재를 진화시킬 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 화제 소화약제 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리머를 기반으로 하여 화재 진압에 용이한 소화약제 조성물에 관한 것이다.
일반적인 금속재료들은 표면이 불연성 금속산화물로 덮여 있고 또한 열전도율과 열용량이 커서 그 일부가 가열되어도 산소 등의 지연성 가스 중이 아니면 발화하는 경우는 없으나, 일부 금속은 미분말(finepowder) 상태에서는 공기 중에서 가연성이 된다.
일반적으로 금속화재는 가연성 금속인 알류미늄(Al), 마그네슘(Mg), 나트륨(Na), 칼륨(K), 리튬(Li) 등이 연소하여 화재가 발생하여 발생하는 것으로, 금속화재의 경우 지속되는 반응 및 물과의 상성으로 인하여 일반적인 방식으로 화재를 진압하기는 어려움이 존재한다.
금속화재를 진화하기 위해서는 금속화재용 소화약제(dry powder)를 사용해야 하며, 분말(dry chemical powder), 할론(halon), 물(water), 이산화탄소(carbon dioxide) 등의 소화약제는 금속화재의 적응성이 없다. 또한, 화재 발생 초기 화재 진화가 이루어지지 않을 경우 높은 화염 온도로 인해 접근이 어려워 화재 진화가 매우 어렵다. 특히, 물(water)계 소화약제 및 이산화탄소 소화약제는 연소 확대 및 폭발로 이어질 수 있어 사용을 금지하고 있다.
금속화재에 사용되는 분말 소화약제(Dry Powder)는 도포 시 금속 표면을 덮어서 산소의 공급을 차단하거나 온도를 낮추는 원리이다. 이러한 소화 원리를 만족시키기 위해서 금속화재용 소화약제는 고온에 견딜 수 있으면서도 냉각 효과가 있어야 하며, 요철 있는 금속 표면을 피복할 수 있어야 한다.
본 발명의 목적은 소화약제 조성물을 제공하는 것으로, 보다 상세하게는, 폴리머를 기반으로 하는 소화약제 조성물을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 소화약제 조성물은 수용액; 및 고분자 중합체를 포함한다.
상기 고분자 중합체는 수용성 고분자를 포함할 수 있으며, 상기 고분자 중합체는 수용성 고분자를 기반으로 하여 망상 구조를 갖는 가교 결합된 폴리머일 수 있다.
상기 수용액은 상기 고분자 중합체 상에 흡수된 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 소화약제 조성물은 고체 분말 소화약제를 더 포함하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 소화약제 조성물은 열전도성 소재를 더 포함하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 소화약제 조성물은 첨가제를 더 포함하는 것일 수 있으며, 상기 첨가제는 가교제(corss-linking agent), 활성화제, 수분증발억제제 및 분사제 중 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 소화약제 조성물은 폴리머를 기반으로 하며, 화재진압에 이용가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 금속화재에 있어서, 안정적으로 금속화재를 진화시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 소화약제 조성물의 개략도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 소화약제 조성물을 이용한 금속 화재 진압 과정을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 소화약제 조성물의 금속 화재 진압 사진 이미지를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 소화약제 조성물에 금속을 침지하였을 때의 사진 이미지를 도시한 것이다.
도 5a는 본 발명의 대조군으로서 어떠한 처리도 하지 않은 일반 종이에 대한 화염방사에 따른 결과 사진 이미지를 도시한 것이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 소화약제 조성물을 코팅한 종이에 대한 화염방사에 따른 결과 사진 이미지를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 소화약제 조성물의 배터리 화재 모사 시험에서의 진압 결과 사진 이미지를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 소화약제 조성물을 이용한 금속 화재 진압 과정을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 소화약제 조성물의 금속 화재 진압 사진 이미지를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 소화약제 조성물에 금속을 침지하였을 때의 사진 이미지를 도시한 것이다.
도 5a는 본 발명의 대조군으로서 어떠한 처리도 하지 않은 일반 종이에 대한 화염방사에 따른 결과 사진 이미지를 도시한 것이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 소화약제 조성물을 코팅한 종이에 대한 화염방사에 따른 결과 사진 이미지를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 소화약제 조성물의 배터리 화재 모사 시험에서의 진압 결과 사진 이미지를 도시한 것이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화재 소화약제 조성물은 수용액; 및 고분자 중합체를 포함한다.
상기 수용액은 상기 고분자 중합체에 흡수되는 것일 수 있으며, 상기 고분자 중합체의 망상 구조 상에 위치하는 것일 수 있다. 상기 수용액은 상기 고분자 중합체의 고분자 사슬의 친수성 작용기와 결합되는 것일 수 있으며, 일례로서, 상기 고분자 사슬의 친수성 작용기와 수소 결합하는 것일 수 있다.
상기 수용액은 물(water)을 기반으로 하는 용액일 수 있으며, 보다 구체적으로 상기 수용액은 증류수(DI water), 해수, 소금물 또는 식염수일 수 있으며, 상기 수용액은 높은 비열로 인하여 냉각 효과를 제공하여 화재 진압을 용이하게 하며, 본 발명의 화재 소화약제 조성물의 다른 구성요소(고분자 중합체, 분말소화약제, 첨가제 등) 들이 화재에 의하여 타는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 수용액은 연소물(ex: 금속 등)과의 높은 반응성으로 인하여 연소에 필요한 물질을 제거할 수 있다.
특히, 상기 수용액으로 물(water)(증류수(DI water), 해수, 소금물 또는 식염수)은 상온에서 끓는점까지 도달 시, 온도변화에 필요한 열에너지(418 J/g)뿐 아니라 상변이에 필요한 에너지(2,257 J/g) 또한 매우 커 냉각제로서의 효과가 뛰어나다.
상기 고분자 중합체는 연소물(화재 발생 물질)에 대하여 피복을 형성하며, 연소에 필요한 외부 산소를 차단시키는 것과 동시에, 상기 수용액의 침투를 지연시켜 연소물의 폭발 속도를 완화시킬 수 있다.
상기 고분자 중합체는 수용성 고분자를 포함할 수 있으며, 상기 수용성 고분자는 상기 수용성 고분자는 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 폴리아크릴산나트륨(Sodium polyacrylate), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리비닐아세테이트(PVAc), 폴리아크릴아마이드(polyacrylamide), 폴리(에틸렌 말레산 무수물)(Poly(ethylene maleic anhydride)), 폴리에닐렌글리콜(polyethylene oxide) 및 폴리아크릴로나이트릴(polyacrylonitrile) 중 어느 하나 이상일 수 있다.
상기 고분자 중합체는 가교 결합된 폴리머(crosslink polymer)일 수 있으며, 보다 상세하게는 상기 수용성 고분자를 기반으로 하는 망상 구조를 갖는 가교 결합된 폴리머일 수 있다.
상기 고분자 중합체는 망상 구조(network structure)를 가지는 것일 수 있으며, 상기 망상 구조는 상기 수용액과 같은 극성 용액(용매)(ex: 증류수)을 흡수할 수 있는 구조일 수 있다. 상기 망상 구조는 빈 공간(empty)을 형성하여 상기 수용액이 빈 공간에 위치하도록 하는 것일 수 있다.
이를 통하여, 상기 고분자 중합체는 연소물에 피복을 코팅하여 연소에 필요한 외부 산소를 차단함과 동시에, 수용액의 침부 속도를 지연시켜서 연소물과의 반응속도를 완화시킬 수 있다.
상기 고분자 중합체는 고분자 사슬 및 가교분자에 의하여 상기 망상 구조를 형성하는 것일 수 있으며, 상기 고분자 사슬은 친수성 작용기(functional group)를 포함하는 것일 수 있다. 일례로서, 상기 친수성 작용기는 물(water)과의 수소 결합(hydrogen bonding)를 형성하는 것일 수 있으며, 상기 친수성 작용기는 -CN, -COOH 또는 -OH일 수 있다. 상기 고분자 사슬은 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 폴리아크릴산나트륨(Sodium polyacrylate), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리비닐아세테이트(PVAc), 폴리아크릴아마이드(polyacrylamide), 폴리(에틸렌 말레산 무수물)(Poly(ethylene maleic anhydride)), 폴리에닐렌글리콜(polyethylene oxide) 및 폴리아크릴로나이트릴(polyacrylonitrile) 중 어느 하나 이상일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 소화약제 조성물의 개략도를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 소화약제 조성물(100)은 고분자 중합체(110)가 가교 결합된 폴리머(crosslink polymer)로서 구성되며, 고분자 중합체(110) 내 망상 구조의 빈 공간에 수용액(ex: 물)(120)이 존재하는 것일 수 있다. 고분자 중합체(110)는 복수 개의 고분자 사슬(111)과 가교 분자(112)에 의하여 가교 결합을 형성하며, 이를 통하여 망상 구조를 형성하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 소화약제 조성물은 분말소화약제를 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 분말소화약제는 높은 중량으로 외부의 산소 차단 및 냉각이 가능하며, 녹는점이 높으므로 상기 고분자 중합체 대비 연소물 표면에 흡착되는 것이 용이하다. 이를 통하여, 고온에서 융용되어 연소물에 피막을 형성하여 산소를 차단시킬 수 있다.
상기 분말소화약제는 고체 분말 소화약제일 수 있으며, 상기 고체 분말 소화약제는 흄드 실리카(Fuemd Silica) 분말, 질석(vermiculite) 분말, 팽창 글라스 분말 또는 염화소듐(NaCl) 분말일 수 있다. 상기 흄드 실리카는 친수성(Hydrophilic) 흄드 실리카 또는 소수성(Hydrophobic) 흄드 실리카일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 소화약제 조성물은 열전도성 소재를 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 열전도성 소재는 흑연(graphite) 또는 염화나트륨(NaCl)을 포함하는 것일 수 있다. 상기 열전도성 소재는 화재 소화약제 조성물의 열전도성을 높여 온도 감소에 유리하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 소화약제 조성물은 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 가교제(corss-linking agent), 활성화제, 수분증발억제제 및 분사제중 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
상기 가교제는 화재 진압시 폭발의 규모를 감소시킴과 동시에, 상기 고분자 중합체의 고정하는 것일 수 있으며, 상기 가교제는 붕산(Boric Acid) 또는 붕사(Borax)일 수 있다.
상기 활성화제는 상기 가교제의 가교역할을 촉진하는 것으로, 상기 활성화제는 탄산수소나트륨(Sodium Hydrogen Carbonate)일 수 있다.
상기 수분증발억제제는 수용액(증류수, 소금물 또는 식염수)의 기화를 억제하는 것으로, 상기 수분증발억제제는 글리세린(Glycerin)일 수 있다.
상기 분사제는 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 소화약제 조성물을 폼(foam) 형태로 분사하기 위한 것으로, 상기 분사제는 비활성 물질일 수 있으며, 상기 분사제는 Ar2 및/또는 N2 일 수 있다.
일례로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 소화약제 조성물을 이용한 화재 진압 모식도를 도 2에 도시하였다.
도 2를 참조하면, 금속 물질(10) 표면에서 화재(20)가 발생(S100)된 이후, 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 소화약제 조성물(100)을 발생된 화재(20) 위에 분사시킨다(S200).
이후, 화재 소화약제 조성물(100)의 상의 고분자 중합체(110) 내 망상 구조의 빈 공간에 위치하는 수용액(ex: 물)(120) 중 화재(20)와 가까운 쪽에 위치하는 수용액(120)은 화재(20)의 열기에 의하여 증발된다(S300).
수용액(120)의 증발에 따라 화재(20)와 가까운 쪽의 고분자 중합체(110)의 고분자 사슬(111)은 화재(20) 상부를 덮어 산소의 접촉을 차단시킨다(S400).
고분자 중합체(110) 내 잔류하고 있는 수용액(120)은 화재(20) 상부를 덮고있는 고분자 사슬(111) 쪽으로 이동하여 고분자 사슬(111)이 연소되는 것을 방지하고 동시에 화재(20)의 온도를 낮추는 역할을 한다(S500).
이후 최종적으로, 고분자 중합체(110) 내 수용액(120)이 모두 증발되면 화재(20)는 모두 진압되고, 고분자 중합체(110)가 금속(10) 표면 상부에 피복형태로 코팅되어 잔류한다(S600).
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 본 실시예는 본 발명의 이해를 위한 하나의 실시예일 뿐이며, 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
실시예 1. 화재 소화약제 조성물의 제조방법
증류수(Distilled Water) 4.25 g(4.25 mL, 밀도 1 g/mL 기준)에 폴리비닐알코올(PVA) 분말 0.75 g을 투입하여 50 ℃에서 6 시간(hr) 이상 교반시켜 제1 용액을 제조한다.
증류수(Distilled Water) 25 g(25 mL, 밀도 1 g/mL 기준)에 탄산수소나트륨(Sodium Bicarbonate) 0.1 g, 흄드 실리카(Fumed Silica; SiO2)(Hydrophilic) 1 g, 붕산(Boric Acid) 0.1 g을 투입하여 혼합한 제2 용액을 제조한다.
제1 용액과 제2 용액을 혼합하여 2 분(min) 동안 교반하여 화재 소화약제 조성물을 제조한다.
실험예 1. 화재 소화약제 조성물의 분무 시험
리튬 금속(Li Metal)에 화재를 발생시킨 후, 리튬 금속 상에 상기 실시예 1에 따른 화재 소화약제 조성물을 분무하였을 때, 화재가 진압된 결과를 확인하였으며, 확인 결과를 도 3에 도시하였다.
도 3의 (a)를 참조하면, 화재 진압 직후의 사진 이미지이며, 리튬 금속(Li Metal) 상에 상기 실시예 1에 따른 화재 소화약제 조성물의 고분자 중합체인 PVA가 고분자 코팅층(Polymer Coating)을 형성하였을 확인할 수 있으며, 리튬 금속(Li Metal) 표면에 고분자 코팅층(하얀색)이 형성되어 산소를 차단하여 화재 및 격렬한 반응을 억제시키는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 3의 (a)를 참조하면, 리튬 금속(Li Metal) 주변으로 상기 실시예 1에 따른 화재 소화약제 조성물의 물(Water)(증류수)이 존재하는 것을 확인할 수 있으며, 고분자 중합체의 유동성을 제공하고 동시에 고분자 중합체의 온도를 낮추어 고분자 중합체가 연소되는 것을 방지할 수 있음을 확인할 수 있다.
도 3의 (b)를 참조하면, 화재 진압 이후 소정의 시간이 경과한 이후의 사진 이미지이며, 리튬 금속(Li Metal)이 천천히 물과 반응하여, 모든 물이 증발하였을 때 리튬 금속 전체가 반응되어 없어지며, 코팅된 고분자만 잔류하게 되는 것을 확인할 수 있다.
실험예 2. 소화약제 침지 시험
대조군으로서 일반적인 물(증류수)과, 상기 실시예 1에 따른 화재 소화약제 조성물 각각에 대하여 리튬(Li) 금속을 침지하였을 때의 반응 결과를 확인하였으며, 반응 결과를 도 4에 도시하였다.
도 4의 (a)는 대조군으로서 일반적인 물(증류수)에 리튬(Li) 금속을 침지한 경우이며, 도 4의 (b)는 상기 실시예 1에 따른 화재 소화약제 조성물 각각에 대하여 리튬(Li) 금속을 침지한 경우이다.
도 4의 (a)를 참조하면, 리튬(Li) 금속을 물(증류수)에 침지하는 즉시 격렬히 반응하는 것을 확인할 수 있다.
이에 비하여, 도 4의 (b)를 참조하면, 리튬(Li) 금속을 상기 실시예 1에 따른 화재 소화약제 조성물에 침지하는 경우, 리튬(Li) 금속 표면에 폴리머와 세라믹(SiO2)이 피막이 코팅(형성)되어 반응이 저하됨(도 4의 (b) 삽도)을 확인할 수 있으며, 이를 일반적인 물(증류수)에 침지시에도 형성된 피막에 의하여 격렬한 반응이 발생되지 않는다.
실험예 3. 화재 소화약제 조성물 코팅에 따른 화재 시험
대조군으로 어떠한 처리도 하지 않은 일반 종이와, 상기 실시예 1에 따른 화재 소화약제 조성물을 코팅한 종이에 대하여 화염방사에 따른 화재 발생여부를 확인하였으며, 확인 결과를 도 5a 및 도 5b에 도시하였다.
도 5a는 대조군으로서 어떠한 처리도 하지 않은 일반 종이에 대한 화염방사에 따른 결과 사진 이미지이며, 도 5b는 상기 실시예 1에 따른 화재 소화약제 조성물을 코팅한 종이에 대한 화염방사에 따른 결과 사진 이미지이다.
도 5a를 참조하면, 화염 방사 즉시 화재가 발생되며, 종이 모양이 변형되며 검정색의 그을림(scorch) 또는 재(ashes)가 발생되고 주변 영역으로 화재가 전이되는 것을 확인할 수 있다(도 5a의 오른쪽 이미지).
도 5b를 참조하면, 상기 실시예 1에 따른 화재 소화약제 조성물을 코팅 내지 도포함에 따라 화재가 발생이 잘 일어나지 않으며, 주변 영역으로 화재가 전이되지 않고 진화되는 것을 확인할 수 있으며, 연소 반응속도가 현저히 저하됨을 확인할 수 있다(도 5b의 오른쪽 이미지 빨간 원).
실험예 4. 금속 화재진압 시험
전해액(1.2M LiPF6 in DEGDME 3mL), 분리막(PP Separator 0.1g), 금속(Li Metal 0.12g)으로 배터리(battery) 화재 상황를 모사하였으며, 이에 대하여 각각 일반적인 물(증류수)와 상기 실시예 1에 따른 화재 소화약제 조성물을 분사하여 화재진압을 확인하였으며, 확인 결과를 도 6에 도시하였다.
도 6의 (a)는 배터리 화재 상황을 모사하여 화재를 발생시킨 이미지이며, 도 6의 (b)는 일반적인 물(증류수) 5 mL 분사(왼쪽 시료)하고 상기 실시예 1에 따른 소화약제 조성물 5 mL(오른쪽 시료)를 분사하는 이미지이며, 도 6의 (c)는 일반적인 물(증류수)의 분사후 화재 진압정도(왼쪽 시료)와 상기 실시예 1에 따른 소화약제 조성물의 분사후 화재 진압정도(오른쪽 시료)를 도시한 이미지이다.
도 6을 참조하면, 일반적인 물(증류수)를 분사하는 경우 화재가 더 크게 발생되었으며(도 6의 (c) 왼쪽 시료), 상기 실시예 1에 따른 소화약제 조성물을 분사하는 경우 화재가 즉시 진압되는 것(도 6의 (c) 오른쪽 시료)을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100 : 화재 소화약제 조성물
110 : 고분자 중합체
120 : 수용액
110 : 고분자 중합체
120 : 수용액
Claims (8)
- 수용액; 및 고분자 중합체를 포함하는
화재 소화약제 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 고분자 중합체는 수용성 고분자를 포함하는 것인,
화재 소화약제 조성물.
- 제2항에 있어서,
상기 고분자 중합체는 수용성 고분자를 기반으로 하여 망상 구조를 갖는 가교 결합된 폴리머인 것인,
화재 소화약제 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 수용액은 상기 고분자 중합체 상에 흡수된 것인,
화재 소화약제 조성물.
- 제1항에 있어서,
고체 분말 소화약제를 더 포함하는 것인,
화재 소화약제 조성물.
- 제1항에 있어서,
열전도성 소재를 더 포함하는 것인,
화재 소화약제 조성물.
- 제1항에 있어서,
첨가제를 더 포함하는 것인,
화재 소화약제 조성물.
- 제7항에 있어서,
상기 첨가제는 가교제(corss-linking agent), 활성화제, 수분증발억제제 및 분사제 중 어느 하나 이상을 포함하는 것인,
화재 소화약제 조성물.
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| KR1020210144563A KR20230060168A (ko) | 2021-10-27 | 2021-10-27 | 화제 소화약제 조성물 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020210144563A KR20230060168A (ko) | 2021-10-27 | 2021-10-27 | 화제 소화약제 조성물 |
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| KR20230060168A true KR20230060168A (ko) | 2023-05-04 |
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| KR1020210144563A KR20230060168A (ko) | 2021-10-27 | 2021-10-27 | 화제 소화약제 조성물 |
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|---|---|
| KR (1) | KR20230060168A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200119548A (ko) | 2019-04-10 | 2020-10-20 | 에이치앤피엔지니어링 (주) | 금속화재용 소화장치 |
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2021
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