TW201730285A - 烘烤型水性有機矽含氟聚合物塗料、塗層、與其形成方法 - Google Patents
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Abstract
本揭露提供之烘烤型水性有機矽含氟聚合物塗料,包括:水性有機矽含氟聚合物分散體;以及固化劑,包括水性胺基樹脂、水性異氰酸酯樹脂、或上述之組合。此外,上述塗料可進一步包含輔助樹脂如水性聚酯樹脂、水性丙烯酸樹脂、水性環氧樹脂、水性苯氧基樹脂、或上述之組合。
Description
本揭露關於有機矽含氟聚合物塗料及塗層,更特別關於烘烤型水性有機矽含氟聚合物塗料及塗層。
聚偏氟乙烯(PVDF)樹脂塗料具有超常的耐候性、耐污染性、與耐化學性等優良特性。烘烤型PVDF塗料廣泛用於各種幕牆、機械、與建材等領域,市場需求巨大。目前習知的烘烤型PVDF塗料多以有機溶劑為載體,不符合環保塗料的發展趨勢。因此,當前亟需開發水性的烘烤型高耐候性塗料,來取代油性的PVDF塗料,以適應市場的需求。
本揭露一實施例提供之烘烤型水性有機矽含氟聚合物塗料,包括:水性有機矽含氟聚合物分散體;以及固化劑,包括水性胺基樹脂、水性異氰酸酯樹脂、或上述之組合。
本揭露一實施例提供之烘烤型水性有機矽含氟聚合物塗層,包括:底塗層;以及面塗層,位於底塗層上,其中底塗層包括:第一水性有機矽含氟聚合物分散體、第一固化劑、與輔
助樹脂之反應產物,其中第一固化劑包括水性胺基樹脂、水性異氰酸酯樹脂、或上述之組合,其中輔助樹脂包括水性聚酯樹脂、水性丙烯酸樹脂、水性環氧樹脂、水性苯氧基樹脂、或上述之組合;其中第一水性有機矽含氟聚合物分散體與第一固化劑之重量比介於100:6至100:10之間,且第一水性有機矽含氟聚合物分散體與輔助樹脂的重量比介於100:30至100:40之間;其中面塗層包括:第二水性有機矽含氟聚合物分散體與第二固化劑之反應產物,其中第二固化劑包括水性胺基樹脂、水性異氰酸酯樹脂、或上述之組合;其中第二水性有機矽含氟聚合物分散體與第二固化劑的重量比介於100:4至100:6之間。
本揭露一實施例提供之烘烤型水性有機矽含氟聚合物塗層的形成方法,包括:將第一塗料塗佈至基材上,再烘乾第一塗料以形成底塗層;以及將第二塗料塗佈至底塗層上,再烘乾第二塗料以形成面塗層,其中第一塗料包括:第一水性有機矽含氟聚合物分散體;第一固化劑,包括水性胺基樹脂、水性異氰酸酯樹脂、或上述之組合;以及輔助樹脂,包括水性聚酯樹脂、水性丙烯酸樹脂、水性環氧樹脂、水性苯氧基樹脂、或上述之組合;其中第一水性有機矽含氟聚合物分散體與第一固化劑之重量比介於100:6至100:10之間,且第一水性有機矽含氟聚合物分散體與輔助樹脂的重量比介於100:30至100:40之間;其中第二塗料包括:第二水性有機矽含氟聚合物分散體;以及第二固化劑,包括水性胺基樹脂、水性異氰酸酯樹脂、或上述之組合;其中第二水性有機矽含氟聚合物分散體與第二固化劑的重量比介於100:4至100:6之間。
本揭露一實施例提供之烘烤型水性有機矽含氟聚合物塗層的形成方法,包括:將第一塗料塗佈至基材上;將第二塗料塗佈至第一塗料上;以及烘乾第一塗料與第二塗料以形成底塗層與面塗層,其中第一塗料包括:第一水性有機矽含氟聚合物分散體;第一固化劑,包括水性胺基樹脂、水性異氰酸酯樹脂、或上述之組合;以及輔助樹脂,包括水性聚酯樹脂、水性丙烯酸樹脂、或上述之組合;其中第一水性有機矽含氟聚合物分散體與第一固化劑之重量比介於100:6至100:10之間,且第一水性有機矽含氟聚合物分散體與輔助樹脂的重量比介於100:30至100:40之間;其中第二塗料包括:第二水性有機矽含氟聚合物分散體;以及第二固化劑,包括水性胺基樹脂、水性異氰酸酯樹脂、或上述之組合;其中第二水性有機矽含氟聚合物分散體與第二固化劑的重量比介於100:4至100:6之間。
本揭露一實施例提供之烘烤型水性有機矽含氟聚合物塗料,包括水性有機矽含氟聚合物分散體以及固化劑。水性有機矽含氟聚合物分散體與固化劑的重量比介於100:4至100:6之間。上述塗料可作為雙層塗層之面塗層之塗料。若上述固化劑之比例過低,則塗層的耐溶劑性能降低。若上述固化劑之比例過高,則塗層的柔韌性,耐衝擊性能變差。上述固化劑可為水性胺基樹脂、水性異氰酸酯樹脂、或上述之組合。水性胺基樹脂可為水性
胺基樹脂可選完全甲醚化三聚氰胺甲醛樹脂(如Allnex的CYMEL 303LF、長春化工的MR-603 LF)、部分甲醚化三聚氰胺甲醛樹脂(如長興材料的ETERMINO 9603-80)、高NH型三聚氰胺甲醛樹脂(如長春化工的M-40WT或M-50WT)、混合醚化三聚氰胺甲醛樹脂如甲基醚化與正丁醇醚化的混合醚化三聚氰胺甲醛樹脂(如長春化工的MR-2130,其中甲基醚化與正丁醇醚化的比例為3比1;MR-2131,其中甲基醚化與正丁醇醚化的比例為2比1)或甲基醚化與異丁醇醚化的混合醚化三聚氰胺甲醛樹脂(如長春化工的MR-2161,其中甲基醚化與異丁醇醚化的比例為3比1)、或水性高度烷基醚化的苯代三聚氰胺樹脂(如Allnex公司所販售的CYMEL 1123、MYCOAT 137、或其組合)。在一實施例中,水性胺基樹脂為完全甲醚化三聚氰胺甲醛樹脂、水性高度烷基醚化苯代三聚氰胺樹脂、或上述之組合。上述水性異氰酸酯樹脂可為封閉型水性異氰酸酯樹脂或未封閉型水性異氰酸酯樹脂。在一實施例中,採用封閉型水性異氰酸酯樹脂。上述水性異氰酸酯樹脂可為耐候性的不黃變水性異氰酸酯樹脂,比如Perstorp公司的RhodocatTMWT-1000,或Baxenden Chemical的BI 200、BI 201、或BI 220。
在一實施例中,水性有機矽含氟聚合物分散體包括100重量份的偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(P(VDF-HFP))。相對於偏氟乙烯的均聚物(PVDF),P(VDF-HFP)具有較低的結晶度、較低的玻璃化轉變溫度、與較高的溶劑溶脹性。在一實施例中,P(VDF-HFP)中的HFP含量介於20wt%至50wt%之間。若HFP含量過高,則形成的皮膜會軟。若HFP含量過低,則影響反應體系的安定性。
上述水性有機矽含氟聚合物分散體亦包含10至30重量份的有機矽乳液。若有機矽乳液的比例過高,則導致反應過程中產生膠化粒子。若有機矽乳液的比例過低,則分散體達不到所需的性能。在一實施例中,有機矽乳液為甲基苯基有機矽樹脂乳液。甲基苯基有機矽樹脂兼具甲基矽氧鍵結和苯基矽氧鍵結。由於苯基矽氧鍵結的存在,甲基苯基有機矽樹脂在熱彈性、機械性能、黏結性、與光澤等方面明顯優於甲基有機矽樹脂。有機矽乳液能改善分散體的光澤度、耐酸性和抗裂性。
上述水性有機矽含氟聚合物分散體亦包含占偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物和有機矽乳液總重量的30wt%至50wt%的丙烯酸酯聚合物。若丙烯酸酯聚合物的比例過低,則反應過程不穩定而容易出現破乳現象,且反應完成後的產物易分層。若丙烯酸酯聚合物的比例過高,則會影響水性有機矽含氟聚合物分散體的耐候性及耐洗刷性。上述丙烯酸酯聚合物的單體包括合適的丙烯酸類、甲基丙烯酸類、或其他可共聚單體,包含但不限於:甲基丙烯酸甲酯(MMA),與丙烯酸乙酯(EA)、丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸丁酯(BMA)、丙烯酸異辛酯(2-EHA)、丙烯酸羥丙酯(HPA)、丙烯酸羥乙酯(HEA)、甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)中一或多者的混合物。在本發明一實施例中,單體為MMA與EA之混合物,或MMA、EA、與HEMA之混合物。
在本發明一實施例中,上述丙烯酸酯聚合物的單體可進一步包含1-10重量份的功能單體,包含但不限於:甲基丙烯酸(MAA)、N-羥甲基丙烯醯胺(NMA)、丙烯酸(AA)、丙烯醯胺(AM)、甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)、有機矽功能單體如乙烯基
三甲氧基矽烷、甲基乙烯基二甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、3-(甲基丙烯醯氧)丙基三甲氧基矽烷、(甲基丙烯醯氧基甲基)甲基二甲氧基矽烷、甲基丙烯醯氧甲基三甲氧基矽烷、雙丙酮丙烯醯胺(DAAM)、丙烯酸異冰片酯(IBOA)、或其組合。功能單體可提高與基材的附著力,增加樹脂成膜時的交聯密度,提高樹脂的耐水性、光澤、硬度及柔韌性。若功能單體的用量過高,則反應時易凝膠,生成的樹脂會變脆、耐水性變差,耐候性降低。
在一實施例中,上述水性有機矽含氟聚合物分散體的製備方法如下:(1)在一反應器中加入100重量份之偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、10至30重量份之有機矽乳液、0.3至0.9重量份之乳化劑、與0.02至0.12重量份之pH緩衝劑混合均勻。在本發明一實施例中,乳化劑可為陰離子乳化劑、非離子乳化劑、反應型乳化劑、複合型乳化劑、或上述之組合。陰離子乳化劑可為十二烷基磺酸鈉(SLS)。複合型乳化劑可為烷基酚醚磺基琥珀酸酯鈉鹽,比如乳化劑MS-1。非離子乳化劑可為聚氧乙烯月桂醚。反應型乳化劑可為烯丙氧基羥丙基磺酸鈉,比如市售的COPS-1。若此步驟之乳化劑用量過高,則聚合速率過快,易凝膠化;體系中會產生大量氣泡,不利於乳液穩定;聚合物成膜後耐水性等物化耐性顯著降低。若此步驟之乳化劑用量過低,則乳液穩定性差,聚合反應易凝聚,易造成抱軸及掛膠現象。在一實施例中,pH緩衝劑可為磷酸鹽、碳酸鹽、或上述之組合。若此步驟之pH緩衝劑用量過高,則會降低丙烯酸酯單體及功能單體的反應活性,聚合物成膜後耐水性等物化性能降低。若此步驟之pH緩衝劑用量過低,則體系不穩定,反應過程中易發生破乳。
接著(2)將0.06至0.1重量份之引發劑,與4wt%至7wt%之丙烯酸酯單體加入該反應器。在一實施例中,引發劑以低溫油溶性引發劑為宜,這是因為水溶性引發劑易於在水相中引發單體,對於溶脹到含氟和含矽體系中的單體引發速率低,不利於生成互穿聚合物網路結構(IPN)結構或半IPN結構。再者,含氟和含矽體系在較高溫度如大於85℃條件下極不穩定,易於破乳結團。引發劑可為偶氮二異丁腈(AIBN)或過氧化二苯甲醯(BPO)。在一實施例中,引發劑為AIBN。若引發劑之用量過高,則引發速率過快,易破乳、凝膠化。若引發劑之用量過低,則反應速率低。在此步驟中,若丙烯酸酯單體之用量過高,則體系不穩定,分散液易結團。若丙烯酸酯單體之用量過低,則不能較好的溶解引發劑。在一實施例中,更包括將1至10重量份之功能性單體加入步驟(2)之反應器。
接著(3)將0.3至0.9重量份之乳化劑、0.02至0.12重量份之pH緩衝劑、93wt%-96wt%之丙烯酸酯單體、及適量的水製成預乳化液。在一實施例中,步驟(2)與(3)之丙烯酸酯單體占偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物和有機矽乳液總重量的30wt%至50wt%。
接著(4)在室溫下攪拌條件下,將40至50wt%的上述預乳化液滴加到反應器中,並開始加熱升溫;將溫度保持在60-70℃範圍,持續0.5-1小時。在此步驟中,若預乳化液之用量過高,則反應初期單體濃度過高,反應速率快,易發生凝膠、破乳。若預乳化液之用量過低,則單體濃度過低,反應速率慢,反應時間會延長。在此步驟中,若溫度過高或持續時間過久,則乳化體系易破裂,且反應速率過快,易破乳、膠化,也會影響乳液的機械
穩定性,活性自由基減少,影響與後續反應的連續性。若溫度過低或持續時間過短,則反應速率低,殘留單體較多,影響後續反應。
接著(5)保持溫度60-70℃,將剩餘之預乳化液在30-90分鐘內滴加到反應器中。若預乳化液之添加時間過短,則單位時間內單體濃度過高,反應速率過快,易產生破乳、凝膠。若預乳化液之添加時間過長,則反應速率過低。之後升溫至75-80℃,並反應30-60分鐘。在此步驟中,若溫度過高或持續時間過久,則乳液體系不穩定,易破乳。若溫度過低或持續時間過短,則殘留單體過多,反應轉化率低。接著將溫度降至60-70℃後,將0.1至0.2重量份之終止劑加入反應器中,並保溫1-2.5小時,降溫冷卻過濾,即得水性有機矽含氟聚合物分散體。在此步驟中,若溫度過高或持續時間過久,則乳液體系不穩定,易破乳。若溫度過低或持續時間過短,則殘留單體過多,反應轉化率低。在一實施例中,終止劑可為水溶性終止劑如過硫酸鉀(KPS)、過硫酸銨(APS)、叔丁基過氧化氫(t-BPH)與甲醛和次硫酸鈉(SFS)組成的氧化還原體系終止劑(t-BPH/SFS)、或APS/FeSO4。在一實施例中,終止劑為氧化還原體系終止劑t-BPH/SFS。若終止劑之用量過高,則乳液體系不穩定,易破乳。若終止劑之用量過低,則殘留單體過多,反應轉化率低。
在一實施例中,可進一步將輔助樹脂如水性環氧樹脂、水性聚酯樹脂、水性丙烯酸樹脂、水性苯氧基樹脂、或上述之組合物添加至上述塗料中,並增加固化劑之用量以形成雙層塗層之底塗層之塗料。在此塗料中,水性有機矽含氟聚合物分散體
與固化劑的重量比介於100:6至100:10之間,而水性有機矽含氟聚合物分散體與輔助樹脂之重量比介於100:30至100:40之間。若固化劑之比例過低,則塗層的耐溶劑性能降低。若固化劑之比例過高,則塗層的柔韌性,耐衝擊性能變差。若輔助樹脂之比例過低,則塗層對基材的附著力降低。若輔助樹脂之比例過高,則塗層的物化性能變差,底漆與面漆之間因膨脹係數不同,面漆容易裂,產生裂紋。
上述水性丙烯酸樹脂包括水溶性丙烯酸樹脂多元醇、乳液型丙烯酸樹脂多元醇、水溶性苯乙烯與丙烯酸共聚物多元醇樹脂(如長興材料的ETERWAT 1611)、乳液型苯乙烯與丙烯酸共聚物多元醇樹脂、或上述之組合。上述水性聚酯樹脂包括水溶型聚酯多元醇樹脂(如上海鈞勝貿易公司的WP-536、長興材料的5050-B-75、或DSM的Uradil SZ-250-M1-40或Uradil SZ-251-G3Z-70)、乳液型聚酯多元醇樹脂(如上海鈞勝貿易公司的WP-850)、或水性丙烯酸酯改性聚酯樹脂(如DSM的Uradil SZ-260-G3-65)。上述水性環氧樹脂可為水性環氧樹脂乳液、水性雙酚A型環氧樹脂(如DOW CHEMICAL的DER 915)、或水性環氧酚醛樹脂(如DOW CHEMICAL的DER 916)。上述水性苯氧基(Phenoxy)樹脂可為美國Inchem公司的PKHW-34、PKHW-35、或PKHW-38。
在一實施例中,用於底塗層和面塗層之塗料可進一步添加無機色粉,例如但不限於白色粉如鈦白粉、珠光粉、或硫化鋅;黑色粉如鈷銅錳氧化物、銅錳氧化物、銅錳鐵氧化物、錳鐵氧化物或氧化鐵;黃色粉如鈦黃或鉍黃;綠色粉如鈷綠或氧化
鉻綠;或藍色粉如鈷鉻鋁氧化物或群青。色粉可單獨使用或混合使用以達所需顏色。
在一實施例中,用於底塗層和面塗層之塗料可進一步添加助劑。所述助劑沒有具體限制,只要不影響塗層所需功效即可。在一實施例中,助劑可為增稠劑、成膜助劑、分散劑、潤濕劑、消泡劑、或防腐蝕劑等。
在一實施例中,用於底塗層之塗料其製備方法如下。首先將固化劑、輔助樹脂、色粉(非必要)、助劑(非必要)、及水混合均勻,研磨2小時至粒徑小於10μm後,與水性有機矽含氟聚合物分散體、與助劑(非必要)混合均勻。
在一實施例中,用於面塗層之塗料其製備方法如下。首先將固化劑、助劑(非必要)、及水混合均勻,研磨2小時至粒徑小於10μm後,與水性有機矽含氟聚合物分散體與助劑(非必要)混合均勻。
本發明還提供了烘烤型水性有機矽含氟聚合物塗層的製備方法。首先在基材(比如鉻化處理的金屬板)上塗佈用於底塗層之塗料後,待塗料表面乾燥後置入烘箱(120-180℃)烘烤5-15分鐘,之後冷卻至室溫以形成底塗層。如此一來,用於底塗層之塗料中的水性有機矽含氟聚合物分散體、固化劑、與輔助樹脂將反應形成產物。接著將用於面塗層之塗料塗佈至底塗層上,待塗料表面乾燥後置入烘箱(175-210℃)烘烤10-15分鐘,之後冷卻至室溫以形成面塗層於底塗層上。如此一來,用於面塗層之塗料中的水性有機矽含氟聚合物分散體與固化劑將反應形成產物。上述底塗層厚度介於10-15μm之間,面塗層厚度介於15-25μm之間,且塗
層的總厚度介於25-40μm之間。
當上述輔助樹脂為水性聚酯樹脂或水性丙烯酸樹脂時,可省略中間的烘烤步驟。舉例來說,可在基材(比如鉻化處理的金屬板)上塗佈用於底塗層之塗料,間隔3-5分鐘後再塗佈用於面塗層之塗料,然後將金屬板放入烘箱(50-80℃)烘烤5分鐘,再加熱烘箱(175-210℃)烘烤15分鐘,之後冷卻至室溫,即形成面塗層於底塗層上的烘烤型水性有機矽含氟聚合物塗層。上述底塗層厚度介於10-15μm之間,面塗層厚度介於15-25μm之間,且塗層的總膜厚度介於25-40μm之間。若底塗層之厚度過薄,則塗層對基材的附着力降低。若底塗層之厚度過厚,則塗層表面在烘烤時易發生起泡現象,影響塗層外觀。若面塗層之厚度過薄,則塗層的物化性能降低。若面塗層之厚度過厚,則耐衝擊性會降低,烘烤時易發生起泡現象,且會增加塗裝成本。
在一實施例中,烘烤型水性有機矽含氟聚合物塗層,除了上述的底塗層與面塗層外,還進一步包含透明的罩面層於面塗層上以提供額外保護。
為了讓本揭露之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂,下文特舉數實施例配合所附圖示,作詳細說明如下:
實施例
下述實施例採用之藥品名稱及來源列舉如下:
偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物:中昊晨光化工研究院有限公司的氟橡膠F2601(VDF/HFP=80/20,固含量32%)、F2611L(HFP含量為20wt%,固含量28%)、與F2631L(HFP含量為50wt%,固含量30%)。
有機矽乳液:瓦克公司的水性含甲基苯基有機矽樹脂乳液SILRES®MP 50 E,固含量50%;SILRES®MPF 52 E,固含量60%;德國迪高公司的SILIKOPHEN®P 40/W,固含量50%。
成膜助劑:N-甲基吡咯烷酮(NMP)
分散劑:德國BYK公司所生產的DISPER BYK-190
消泡劑:台灣安鋒實業股份有限公司所販售的水性消泡劑AS-022
防腐蝕劑:美國HALOX公司所生產的磷酸鋅Z-Plex 111
潤濕劑:美國Momentive公司所生產的Coatosil 1211
增稠劑:海明斯德謙所生產的非離子型締合增黏劑Deurheo WT-108F
測試樣板:美國Q-Panel化鉻表面鋁板(AL型)
製備例1(水性有機矽含氟聚合物分散體WAFS-1)
在反應器中加入3125g含氟聚合物(F2601)、200g有機矽乳液(MP 50 E)、4g十二烷基磺酸鈉(SLS)、與1g的碳酸氫鈉後混合均勻。在攪拌條件下將0.8g之AIBN、6g之HEMA、17g之MMA、5g之2-EHA、5g之甲基丙烯酸(MAA)、及10g之AM加入反應器。
在另一容器中,將4g之SLS、1g之碳酸氫鈉、74g之HEMA、233g之MMA、65g之2-EHA、10g之MAA、及適量的水製成預乳化液。在室溫攪拌條件下,將40wt%的上述預乳化液滴加到反應器中,並開始加熱升溫,溫度保持在60℃持續1小時。然後將剩餘的預乳化液在30分鐘內滴加到反應器中,升溫至75℃並保溫反應60分鐘。然後將溫度降至60℃,加入1g終止劑
(t-BPH/SFS),並保溫1小時。最後降溫冷卻過濾,即得到水性有機矽含氟聚合物分散體。
製備例2(水性有機矽含氟聚合物分散體WAFS-2)
在反應器中加入3125g之含氟聚合物(F2601)、400g之有機矽乳液(P 40/W)、6g之SLS、1g之碳酸氫鈉並混合均勻。在攪拌條件下再加入0.7g之AIBN、5g之HEMA、13g之MMA、及10g之丙烯醯胺(AM)。
在另一容器中,將6g之SLS,1g之碳酸氫鈉、95g之HEMA、247g之MMA、10g之MAA、及適量的水製成預乳化液。在室溫攪拌條件下,將50wt%的上述預乳化液滴加到反應器中,並開始加熱升溫,溫度保持在70℃持續0.5小時。然後將剩餘的預乳化液在60分鐘內滴加到反應器中,升溫至80℃並保溫反應30分鐘。然後將溫度降至70℃,加入1g終止劑(t-BPH/SFS),並保溫2.5小時。最後降溫冷卻過濾,即得水性有機矽含氟聚合物分散體。
製備例3(水性有機矽含氟聚合物分散體WAFS-3)
在反應器中加入3571.4g之含氟聚合物(F2611L)、500g之有機矽乳液(MPF 52 E)、5g之SLS、與1g之碳酸氫鈉並混合均勻。在攪拌條件下再加入0.8g之AIBN、5g之HEMA、13g之MMA、6g之EA、及5g之AM。
在另一容器中,將5g之SLS,1g之碳酸氫鈉、85g之HEMA、217g之MMA、94g之EA、10g之AM及適量的水製成預乳化液。在室溫攪拌條件下,將50wt%的上述預乳化液滴加到反應器中,並開始加熱升溫,溫度保持在60℃持續1小時。然後將剩餘的預乳化液在90分鐘內滴加到反應器中,升溫至75℃並保溫反應
60分鐘。然後將溫度降至60℃,加入1g之終止劑(t-BPH/SFS),並保溫2.5小時。最後降溫冷卻過濾,即可得水性有機矽含氟聚合物分散體。
製備例4(水性有機矽含氟聚合物分散體WAFS-4)
在反應器中加入3333.3g之含氟聚合物(F2631L)、300g之有機矽乳液(MPF 52 E)、6g之SLS、與1g之碳酸氫鈉並混合均勻。在攪拌條件下再加入1g之AIBN與5g之HEMA、12g之MMA、5g之MAA與3g之2-EHA。
在另一容器中,將6g之SLS、1g之碳酸氫鈉、115g之HEMA、288g之MMA、77g之2-EHA、20g之MAA及適量的水製成預乳化液。在室溫攪拌條件下,將50wt%的上述預乳化液滴加到反應器中,並開始加熱升溫,溫度保持在70℃持續0.5小時。然後將剩餘的預乳化液在60分鐘內滴加到反應器中,升溫至80℃並保溫反應30分鐘。然後將溫度降至70℃,加入1g之終止劑(t-BPH/SFS),並保溫1.5小時。最後降溫冷卻過濾,即得水性有機矽含氟聚合物分散體。
製備例5(水性有機矽含氟聚合物分散體WAFS-5)
在反應器中加入3125g之含氟聚合物(F2601)、400g之有機矽乳液(MPF 52 E)、8g之SLS、與1g之碳酸氫鈉並混合均勻。在攪拌條件下再加入1.2g之AIBN、10g之HEMA、22g之MMA、8g之EA、及5g之AM。
在另一容器中,將8g之SLS,1g之碳酸氫鈉、140g之HEMA、328g之MMA、112g之EA、20g之MAA、及適量的水製成預乳化液。在室溫攪拌條件下,將50wt%的上述預乳化液滴加到
反應器中,並開始加熱升溫,溫度保持在70℃持續1小時。然後將剩餘的預乳化液在60分鐘內滴加到反應器中,升溫至80℃並保溫反應40分鐘。然後將溫度降至70℃,加入1g之終止劑(t-BPH/SFS),並保溫1小時。最後降溫冷卻過濾,即得水性有機矽含氟聚合物分散體。
實施例1
製備底塗層所用之塗料:將8g水性胺基樹脂CYMEL 303LF、
36g水性丙烯酸樹脂ETERWAT 1611、30g鈦白粉、5g成膜助劑、1g分散劑、0.7g消泡劑、1.5g防腐蝕劑、及適量水混合均勻,並研磨2小時,然後與100g水性有機矽含氟聚合物分散體WAFS-1、25g水、及1.6g增稠劑混合均勻後,用300目濾網過濾後使用。
製備面塗層所用之塗料:將4g水性胺基樹脂CYMEL 303LF、22g鈦白粉、18g成膜助劑、0.6g分散劑、0.8g潤濕劑、及0.3g消泡劑混合均勻,並研磨2小時,然後與100g水性有機矽含氟聚合物分散體WAFS-1、25g水、及1.5g增稠劑混合均勻後,用300目濾網過濾後使用。
製備塗層:先在測試樣板上噴塗底塗層所用之塗料,間隔3-5分鐘後再噴塗面塗層所用之塗料,然後將測試樣板放入烘箱(50℃)先烘烤5分鐘,再放入烘箱(200℃)並烘烤15分鐘,之後冷卻至室溫即得雙層塗層。
實施例2
製備底塗層所用之塗料:將8g水性異氰酸酯樹脂WT-1000、35g水性聚酯樹脂WP-536、30g鈦白粉、5g成膜助劑、1g分散劑、0.7g消泡劑、及1.5g防腐蝕劑混合均勻,並研磨2小時,然後與100g水性有機矽含氟聚合物分散體WAFS-2、25g水、及1.6g增稠劑混合均勻,用300目濾網過濾後使用。
製備面塗層所用之塗料:將5g水性異氰酸酯樹脂WT-1000、22g鈦白粉、18g成膜助劑、0.6g分散劑、0.8g潤濕劑、及0.3g消泡劑混合均勻,並研磨2小時,然後與100g水性有機矽含氟聚合物分散體WAFS-2、25g水、及1.5g增稠劑混合均勻,用300目濾網過濾後使用。
製備塗層:先在測試樣板上噴塗底塗層所用之塗料,間隔3-5分鐘後再噴塗面塗層所用之塗料,然後將樣板放入烘箱(80℃)烘烤5分鐘,再放入烘箱(175℃)烘烤15分鐘,之後冷卻至室溫即得雙層塗層。
實施例3
製備底塗層所用之塗料:將10g水性胺基樹脂CYMEL 1123、30g水性環氧樹脂DER915、30g鈦白粉、5g成膜助劑、1g分散劑、0.7g消泡劑、及1.5g防腐蝕劑混合均勻,並研磨2小時,然後與100g水性有機矽含氟聚合物分散體WAFS-3、25g水、及1.6g增稠劑混合均勻,用300目濾網過濾後使用。
製備面塗層所用之塗料:將6g水性胺基樹脂CYMEL 1123、22g鈷綠、18g成膜助劑、0.6g分散劑、0.8g潤濕劑、及0.3g消泡劑混合均勻,並研磨2小時,然後與100g水性有機矽含氟聚合物分散體WAFS-3、25g水、及1.5g增稠劑混合均勻,用300目濾網過濾後使用。
製備塗層:先在測試樣板上噴塗底塗層所用之塗料,待塗料表面乾燥後將樣板放入烘箱(120℃)烘烤15分鐘,待冷卻至室溫後再噴塗面塗層所用之塗料,待塗料表面乾燥後,再放入烘箱(175℃)烘烤15分鐘,之後冷卻至室溫即得雙層塗層。
實施例4
製備底塗層所用之塗料:將6g水性胺基樹脂CYMEL 303LF、40g水性丙烯酸樹脂ETERWAT 1611、30g鈦白粉、5g成膜助劑、1g分散劑、0.7g消泡劑、及1.5g防腐蝕劑混合均勻,
並研磨2小時,然後與100g水性有機矽含氟聚合物分散體WAFS-4、25g水、及1.6g增稠劑混合均勻,用300目濾網過濾後使用。
製備面塗層所用之塗料:將4g水性胺基樹脂CYMEL 303LF、22g鈦黃、18g成膜助劑、0.6g分散劑、0.8g潤濕劑、及0.3g消泡劑混合均勻,並研磨2小時,然後與100g水性有機矽含氟聚合物分散體WAFS-4、25g水、及1.5g增稠劑混合均勻,用300目濾網過濾後使用。
製備塗層:先在測試樣板上噴塗底塗層所用之塗料,間隔3-5分鐘後再噴塗面塗層所用之塗料,然後將樣板放入烘箱(50℃)烘烤5分鐘,再放入烘箱(210℃)烘烤15分鐘,之後冷卻至室溫即得雙層塗層。
實施例5
製備底塗層所用之塗料:將8g水性胺基樹脂CYMEL 303LF、40g水性苯氧基樹脂PKHW-34、30g鈦白粉、5g成膜助劑、1g分散劑、0.7g消泡劑、及1.5g防腐蝕劑混合均勻,並研磨2小時,然後與100g水性有機矽含氟聚合物分散體WAFS-5、25g水、及1.6g增稠劑混合均勻,用300目濾網過濾後使用。
製備面塗層所用之塗料:將5g水性胺基樹脂CYMEL 303LF、22g鈷藍、18g成膜助劑、0.6g分散劑、0.8g潤濕劑、及0.3g消泡劑混合均勻,並研磨2小時,然後與100g水性有機矽含氟聚合物分散體WAFS-5、25g水、及1.5g增稠劑混合均勻,用300目濾網過濾後使用。
製備塗層:先在測試樣板上噴塗底塗層所用之塗料,待塗料表面乾燥後將樣板放入烘箱(180℃)烘烤5分鐘,待冷卻至室溫後再噴塗面塗層所用之塗料,待塗料表面乾燥後,再放入烘箱(210℃)烘烤10分鐘,之後冷卻至室溫即得雙層塗層。
比較例1
製備底塗層所用之塗料:將下述配方中的組份研磨2小時製得研磨料。
依據以下配方,先用高速攪拌機攪拌1小時,再研磨2小時後,用300目濾網過濾,製得底塗層所用之塗料。
製備面塗層所用之塗料:將120g甲苯,10g B-44(丙烯酸酯樹脂)、和100g Ti-Pure R-960(鈦白粉)研磨2小時製得研磨料,然後依據以下配方,先用高速攪拌機攪拌1小時,再研磨2小時後,用300目濾網過濾,製得面塗層所用之塗料。
第6表
製備塗層:先在測試樣板上噴塗底塗層所用之塗料,間隔3-5分鐘後再噴塗面塗層所用之塗料,然後將樣板放入烘箱(50℃)烘烤5分鐘,再放入加熱烘箱(240℃)烘烤20分鐘,之後冷卻至室溫即得雙層塗層。
比較例2
製備底塗層所用之塗料:將36g水性丙烯酸樹脂ETERWAT 1611、30g鈦白粉、5g成膜助劑、1g分散劑、0.7g消泡劑、及1.5g防腐蝕劑混合均勻,並研磨2小時,然後與100g水性有機矽含氟聚合物分散體WAFS-1、25g水、及1.6g增稠劑混合均勻,用300目濾網過濾後使用。
製備面塗層所用之塗料:將22g鈦白粉、18g成膜助劑、0.6g分散劑、0.8g潤濕劑、及0.3g消泡劑混合均勻,並研磨2小時,然後與100g水性有機矽含氟聚合物分散體WAFS-1、25g水、及1.5g增稠劑混合均勻,用300目濾網過濾後使用。
製備塗層:先在測試樣板上噴塗底塗層所用之塗料,間隔3-5分鐘後再噴塗面塗層所用之塗料,然後將樣板放入烘
箱(50℃)烘烤5分鐘,再放入烘箱(200℃)烘烤15分鐘,之後冷卻至室溫即得雙層塗層。
比較例3
製備底塗層所用之塗料:將11g水性胺基樹脂CYMEL 303LF、36g水性丙烯酸樹脂ETERWAT 1611、30g鈦白粉、5g成膜助劑、1g分散劑、0.7g消泡劑、及1.5g防腐蝕劑混合均勻,並研磨2小時,然後與100g水性有機矽含氟聚合物分散體WAFS-1、25g水、及1.6g增稠劑混合均勻,用300目濾網過濾後使用。
製備面塗層所用之塗料:將7g水性胺基樹脂CYMEL 303LF、22g鈦白粉、18g成膜助劑、0.6g分散劑、0.8g潤濕劑、及0.3g消泡劑混合均勻,並研磨2小時,然後與100g水性有機矽含氟聚合物分散體WAFS-1、25g水、及1.5g增稠劑混合均勻,用300目濾網過濾後使用。
製備塗層:先在測試樣板上噴塗底塗層所用之塗料,間隔3-5分鐘後再噴塗面塗層所用之塗料,然後將樣板放入烘箱(50℃)烘烤5分鐘,再放入烘箱(200℃)烘烤15分鐘,之後冷卻至室溫即得雙層塗層。
比較例4
製備底塗層所用之塗料:將5g水性胺基樹脂CYMEL 303LF、36g水性丙烯酸樹脂ETERWAT 1611、30g鈦白粉、18g成膜助劑、1g分散劑、0.7g消泡劑、及1.5g防腐蝕劑混合均勻,並研磨2小時,然後與100g水性有機矽含氟聚合物分散體
WAFS-1、25g水、及1.6g增稠劑混合均勻,用300目濾網過濾後使用。
製備面塗層所用之塗料:將3g水性胺基樹脂CYMEL 303LF、22g鈦白粉、18g成膜助劑、0.6g分散劑、0.8g潤濕劑、及0.3g消泡劑混合均勻,並研磨2小時,然後與100g水性有機矽含氟聚合物分散體WAFS-1、25g水、及1.5g增稠劑混合均勻,用300目濾網過濾後使用。
製備塗層:先在測試樣板上噴塗底塗層所用之塗料,間隔3-5分鐘後再噴塗面塗層所用之塗料,然後將樣板放入烘箱(50℃)烘烤5分鐘,再放入烘箱(200℃)烘烤15分鐘,之後冷卻至室溫即得雙層塗層。
比較例5
製備底塗層所用之塗料:將8g水性胺基樹脂CYMEL 303LF、36g水性丙烯酸樹脂ETERWAT 1611、30g鈦白粉、5g成膜助劑、1g分散劑、0.7g消泡劑、及1.5g防腐蝕劑混合均勻,並研磨2小時,然後與100g水性有機矽含氟聚合物分散體WAFS-1、25g水、及1.6g增稠劑混合均勻,用300目濾網過濾後使用。
製備塗層:在測試樣板上噴塗底塗層所用之塗料,然後將樣板放入烘箱(50℃)烘烤5分鐘,再放入烘箱(200℃)烘烤15分鐘,之後冷卻至室溫即得單層塗層。
比較例6
製備面塗層所用之塗料:首先將4g水性胺基樹脂CYMEL 303LF、22g鈦白粉、18g成膜助劑、0.6g分散劑、0.8g潤濕劑、及0.3g消泡劑混合均勻,並研磨2小時,然後與100g水性有機矽含氟
聚合物分散體WAFS-1、25g水、及1.5g增稠劑混合均勻,用300目濾網過濾後使用。
製備塗層:在測試樣板上噴塗面塗層所用之塗料,然後將樣板放入烘箱(50℃)烘烤5分鐘,再加熱烘箱(200℃)烘烤15分鐘,之後冷卻至室溫即得單層塗層。
上述塗層之性能測試結果如第9與10表所示。在第9與10表中,測試方法按照下述標準。光澤:按照美國材料標準ASTM D523所述方法測定。硬度:按照美國材料標準ASTM D3363所述方法測定。耐鹽霧性:按照美國材料標準ASTM B117所述方法測定。耐候性:按照國際標準ISO 11507,選用UVb-313光源,依據8.2.2 Method B所述方法測定。耐酸性:按照美國建築製造商協會規範AAMA_2605-05所述方法測試。耐鹼性:配製5% NaOH溶液,將樣板用膠帶封邊後,浸泡時間24h,取出後用清水沖洗擦乾,觀察表面是否有起泡。耐MEK性:按照中國國家標準GB/T 23989-2009所述方法測定。抗衝擊性:按照美國建築製造商協會規範AAMA_2605-05所述方法測試。乾態、溼態、及煮沸水2小時後的附着力是依照美國建築製造商協會規範AAMA_2605-05所述方法測試,唯不同處是本發明進一步煮沸水2小時後來測附著力。
由第9與10表可知,本揭露實施例之烘烤型水性有機矽含氟聚合物塗料形成之塗層具有良好的耐鹽霧性、耐候性、耐酸性、耐鹼性、耐MEK性、抗衝擊性、及附著力。與比較例相較,
本揭露實施例之烘烤型水性有機矽含氟聚合物塗料已達到現有溶劑型PVDF塗料的性能水準,可替代溶劑型PVDF塗料。
雖然本揭露已以數個實施例揭露如上,然其並非用以限定本揭露,任何熟習此技藝者,在不脫離本揭露之精神和範圍內,當可作任意之更動與潤飾,因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
Claims (19)
- 一種烘烤型水性有機矽含氟聚合物塗料,包括:一水性有機矽含氟聚合物分散體;以及一固化劑,包括水性胺基樹脂、水性異氰酸酯樹脂、或上述之組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之烘烤型水性有機矽含氟聚合物塗料,其中該水性有機矽含氟聚合物分散體與該固化劑的重量比介於100:4至100:6之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之烘烤型水性有機矽含氟聚合物塗料,更包括一輔助樹脂,且該輔助樹脂包括水性聚酯樹脂、水性丙烯酸樹脂、水性環氧樹脂、水性苯氧基樹脂、或上述之組合,其中該水性有機矽含氟聚合物分散體與該固化劑的重量比介於100:6至100:10之間,且該水性有機矽含氟聚合物分散體與該輔助樹脂之重量比介於100:30至100:40之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之烘烤型水性有機矽含氟聚合物塗料,其中該水性有機矽含氟聚合物分散體包括:100重量份的偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物,其中該偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物中六氟丙烯的含量介於20wt%至50wt%之間;10至30重量份的有機矽乳液;以及占偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物和有機矽乳液總重量的 30wt%至50wt%的丙烯酸酯聚合物。
- 如申請專利範圍第4項所述之烘烤型水性有機矽含氟聚合物塗料,其中該有機矽乳液為甲基苯基有機矽樹脂乳液。
- 如申請專利範圍第4項所述之烘烤型水性有機矽含氟聚合物塗料,其中該丙烯酸酯聚合物之單體包括:(1)甲基丙烯酸甲酯(MMA)與(2)丙烯酸乙酯(EA)、丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸丁酯(BMA)、丙烯酸異辛酯(2-EHA)、丙烯酸羥丙酯(HPA)、丙烯酸羥乙酯(HEA)、與甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)中一或多者的組合的混合物。
- 如申請專利範圍第6項所述之烘烤型水性有機矽含氟聚合物塗料,其中該丙烯酸酯聚合物之單體更包括1-10重量份的功能單體,且該功能單體包括:甲基丙烯酸、N-羥甲基丙烯醯胺(NMA)、丙烯酸、丙烯醯胺(AM)、甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)、乙烯基三甲氧基矽烷、甲基乙烯基二甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、3-(甲基丙烯醯氧)丙基三甲氧基矽烷、(甲基丙烯醯氧基甲基)甲基二甲氧基矽烷、甲基丙烯醯氧甲基三甲氧基矽烷、雙丙酮丙烯醯胺(DAAM)、丙烯酸異冰片酯(IBOA)、或上述之組合。
- 一種烘烤型水性有機矽含氟聚合物塗層,包括:一底塗層;以及一面塗層,位於該底塗層上,其中該底塗層包括: 一第一水性有機矽含氟聚合物分散體、一第一固化劑、與一輔助樹脂之反應產物,其中該第一固化劑包括水性胺基樹脂、水性異氰酸酯樹脂、或上述之組合,其中該輔助樹脂包括水性聚酯樹脂、水性丙烯酸樹脂、水性環氧樹脂、水性苯氧基樹脂、或上述之組合,其中該第一水性有機矽含氟聚合物分散體與該第一固化劑之重量比介於100:6至100:10之間,且該第一水性有機矽含氟聚合物分散體與該輔助樹脂的重量比介於100:30至100:40之間;其中該面塗層包括:一第二水性有機矽含氟聚合物分散體與一第二固化劑之反應產物,其中該第二固化劑包括水性胺基樹脂、水性異氰酸酯樹脂、或上述之組合;其中該第二水性有機矽含氟聚合物分散體與該第二固化劑的重量比介於100:4至100:6之間。
- 如申請專利範圍第8項所述之烘烤型水性有機矽含氟聚合物塗層,其中該第一水性有機矽含氟聚合物分散體與該第二水性有機矽含氟聚合物分散體包括:100重量份的偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物,其中該偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物中六氟丙烯的含量介於20wt%至50wt%之 間;10至30重量份的有機矽乳液;以及占偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物和有機矽乳液總重量的30wt%至50wt%的丙烯酸酯聚合物。
- 如申請專利範圍第9項所述之烘烤型水性有機矽含氟聚合物塗層,其中該有機矽乳液為甲基苯基有機矽樹脂乳液。
- 如申請專利範圍第9項所述之烘烤型水性有機矽含氟聚合物塗層,其中該丙烯酸酯聚合物之單體包括:其中該丙烯酸酯聚合物之單體包括:(1)甲基丙烯酸甲酯(MMA)與(2)丙烯酸乙酯(EA)、丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸丁酯(BMA)、丙烯酸異辛酯(2-EHA)、丙烯酸羥丙酯(HPA)、丙烯酸羥乙酯(HEA)、與甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)中一或多者的組合的混合物。
- 如申請專利範圍第11項所述之烘烤型水性有機矽含氟聚合物塗層,其中該丙烯酸酯聚合物之單體更包括1-10重量份的功能單體,且該功能單體包括:甲基丙烯酸、N-羥甲基丙烯醯胺(NMA)、丙烯酸、丙烯醯胺(AM)、甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)、乙烯基三甲氧基矽烷、甲基乙烯基二甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、3-(甲基丙烯醯氧)丙基三甲氧基矽烷、(甲基丙烯醯氧基甲基)甲基二甲氧基矽烷、甲基丙烯醯氧甲基三甲氧基矽烷、雙丙酮丙烯醯胺(DAAM)、丙烯酸異冰 片酯(IBOA)、或上述之組合。
- 如申請專利範圍第8項所述之烘烤型水性有機矽含氟聚合物塗層,其中該底塗層之厚度介於10μm至15μm之間,且該面塗層之厚度介於15μm至25μm之間。
- 一種烘烤型水性有機矽含氟聚合物塗層的形成方法,包括:將一第一塗料塗佈至一基材上,再烘乾該第一塗料以形成一底塗層;以及將一第二塗料塗佈至該底塗層上,再烘乾該第二塗料以形成一面塗層,其中該第一塗料包括:一第一水性有機矽含氟聚合物分散體;一第一固化劑,包括水性胺基樹脂、水性異氰酸酯樹脂、或上述之組合;以及一輔助樹脂,包括水性聚酯樹脂、水性丙烯酸樹脂、水性環氧樹脂、水性苯氧基樹脂、或上述之組合;其中該第一水性有機矽含氟聚合物分散體與該第一固化劑之重量比介於100:6至100:10之間,且該第一水性有機矽含氟聚合物分散體與該輔助樹脂的重量比介於100:30至100:40之間;其中該第二塗料包括:一第二水性有機矽含氟聚合物分散體;以及 一第二固化劑,包括水性胺基樹脂、水性異氰酸酯樹脂、或上述之組合;其中該第二水性有機矽含氟聚合物分散體與該第二固化劑的重量比介於100:4至100:6之間。
- 如申請專利範圍第14項所述之烘烤型水性有機矽含氟聚合物塗層的形成方法,其中該第一水性有機矽含氟聚合物分散體與該第二水性有機矽含氟聚合物分散體包括:100重量份的偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物,其中該偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物中六氟丙烯的含量介於20wt%至50wt%之間;10至30重量份的有機矽乳液;以及占偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物和有機矽乳液總重量的30wt%至50wt%的丙烯酸酯聚合物。
- 如申請專利範圍第14項所述之烘烤型水性有機矽含氟聚合物塗層的形成方法,其中烘乾該第一塗料之溫度介於120℃至180℃之間,且烘乾該第二塗料之溫度介於175℃至210℃之間。
- 一種烘烤型水性有機矽含氟聚合物塗層的形成方法,包括:將一第一塗料塗佈至一基材上;將一第二塗料塗佈至該第一塗料上;以及烘乾該第一塗料與該第二塗料以形成一底塗層與一面塗 層,其中該第一塗料包括:一第一水性有機矽含氟聚合物分散體;一第一固化劑,包括水性胺基樹脂、水性異氰酸酯樹脂、或上述之組合;以及一輔助樹脂,包括水性聚酯樹脂、水性丙烯酸樹脂、或上述之組合;其中該第一水性有機矽含氟聚合物分散體與該第一固化劑之重量比介於100:6至100:10之間,且該第一水性有機矽含氟聚合物分散體與該輔助樹脂的重量比介於100:30至100:40之間;其中該第二塗料包括:一第二水性有機矽含氟聚合物分散體;以及一第二固化劑,包括水性胺基樹脂、水性異氰酸酯樹脂、或上述之組合;其中該第二水性有機矽含氟聚合物分散體與該第二固化劑的重量比介於100:4至100:6之間。
- 如申請專利範圍第17項所述之烘烤型水性有機矽含氟聚合物塗層的形成方法,其中該第一水性有機矽含氟聚合物分散體與該第二水性有機矽含氟聚合物分散體包括:100重量份的偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物,其中該偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物中六氟丙烯的含量介於20wt%至50wt%之 間;10至30重量份的有機矽乳液;以及占偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物和有機矽乳液總重量的30wt%至50wt%的丙烯酸酯聚合物。
- 如申請專利範圍第17項所述之烘烤型水性有機矽含氟聚合物塗層的形成方法,其中烘乾該第一塗料與該第二塗料之溫度介於175℃至210℃之間。
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