TWI393592B - 用於以組成物處理材料的裝置及方法(二) - Google Patents

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Description

用於以組成物處理材料的裝置及方法(二) 發明領域
本發明大致有關處理材料,且更詳言之為有關以組成物處理材料的裝置及方法。
發明背景
特定材料為易於由例如水、火、及/或昆蟲(例如,白蟻、特定種的螞蟻及其他令人生厭的昆蟲)造成損害。例如,曝露於水,基本上造成許多材料破裂、彎曲、格化,或褪色,如不同木材製品、紙、纖維素材料、絕緣物、新聞用紙、石牆、織物及石磚。曝露於水亦造成發霉及黴菌在材料上生長。曝露於火基本上造成此些材料燒焦、烤焦及/或炭化,特別是于可自燃的材料。此外,水、火及/或昆蟲損害通常造成此些材料的破壞及腐爛。基本上,水、火及/或昆蟲損害損害導致損害區段之材料替換的高成本、人力及不方便性。
在市面下有數種處理產品,其被認為可預防或減少施用此處理產品之材料可能受水、發霉、火及/或昆蟲的損害。此些產品可人工施用。然而,此些處理產品並不能完全令人滿意,特別是有效性、成本考量、處理難易度、處理時間長短,及提供的保護期限。
因此,期待提供一以組成物處理不同材料的裝置。亦期待提供一以組成物處理不同材料的方法。再者,期待提供一組成物,其處理不同材料以防水侵入、昆蟲侵入、發霉及黴菌生長及/或火損害。此外,期待提供一組成物,其可處理不同材料以安定材料如紙。再者,期待提供一裝置及方法,其可以組成物處理紙並由處理中回收副產物如氫氯酸(HCl)。亦期待提供一裝置及方法,其以組成物處理紙並在以組成物處理後中和紙的酸度。再者,期待提供一裝置及方法,其以組成物處理紙並增加反應的完成度。因此,在此技術領域中需要提供一裝置及方法以滿足此些期待之至少之一者。
發明概要
因此,本發明之目的為提供一以組成物處理不同材料的新穎裝置及方法。
本發明之另一目的為提供一以組成物處理不同材料的新穎裝置及方法,以使該材料抗水、發霉、黴菌、火及/或昆蟲損害。
為獲得前述目的,本發明為以組成物處理標的材料的裝置。此裝置包括一材料處理區段以使用一組成物處理一標的材料以形成一被處理材料,該組成物包含矽烷材料及一烴溶劑。此裝置亦包括一中和區段以中和被處理之材料,故使被處理之材料具有約7至約8範圍間之pH。
此外,本發明為一以組成物處理標的材料的方法。此方法包括步驟:提供一具有材料處理區段及一中和區段的裝置。此方法亦包括步驟:在材料處理區段以一組成物處理一標的材料並形成一被處理材料,該組成物具有含矽烷材料及一烴溶劑。此方法亦包括步驟:在中和區段中,中和被處理材料以使被處理材料具有約7至約8範圍間之pH。
本發明之一優點為提供一可以組成物處理不同材料之裝置及方法。本發明之另一優點為此組成物可有效地處理不同材料對抗水入侵及損害,發霉及黴菌,昆蟲侵入,及/或火損害。本發明之另一優點為此裝置及方法處理不同材料如紙並由處理中回收副產物如HCL。本發明之再一優點為此裝置及方法處理不同材料如紙並在以組成物處理後中和紙的酸度。本發明之再又一優點為此裝置及方法以組成物處理不同材料如紙並增加組成物在被處理材料上的反應完全性。本發明之又一優點為此裝置及方法以組成物處理不同材料且相對不昂貴。本發明之仍又一優點為此裝置及方法以組成物處理不同材料且相對易於實施。本發明之又一優點為此裝置及方法以組成物處理不同材料且具有相對短處理時間。
本發明之其他目的、特徵及優點可易於瞭解,且其等在閱讀本發明之下文描述並配合附圖後可有一更佳之瞭解。
圖式簡單說明
第1圖為本發明之以組成物處理不同材料的裝置之示意圖。
較佳實施例之詳細說明
參考圖式且特別是第1圖,依本發明,顯示一以組成物處理不同材料的裝置10的實施例。本發明之組成物為用於處理被處理材料以賦予安定性及/或保護以免於不同損害源,包括但未限制為水、黴菌、發霉、火、及/或昆蟲。使用之"處理"一詞為意指處理被處理材料之安定化及/或保護被處理材料免於任何來源之損害,包括但未限制為水、黴菌、發霉、火、及/或昆蟲。本文使用之“被處理材料”為意指包括任何可以本發明組成物處理之材料或標的物,其包括但未限制為,木製品(亦即,含有任何量之木材的產品)、纖維材料(例如,紡織品、棉花、布織物、等)、紙(例如,紙板、屋頂用紙、用於塗覆絕緣作用之紙、石膏板紙、新聞用紙、紙巾等)、絕緣物、石牆、岩石、石造工程(例如,磚塊),及糖。需瞭解此組成物可穿透標的材料。
依本發明之一實施例,此組成物包括至少一含矽烷材料及一載劑如一烴溶劑。此含矽烷材料可防止濕氣侵入以防水。為防止昆蟲侵入,此組成物可包括一含硼材料。為防止燃燒,此組成物可包括一防火材料。
含硼材料較佳為硼酸酐形式(化學式:B2 O3 ),雖然其他形式之含硼材料為可接受的。藉由非限制的範例,亦可使用硼砂(化學式:Na2 B4 O7 ‧10H2 O)及八硼酸鈉四水合物(化學式:Na2 B8 O13 ‧4H2 O)。基於被處理材料總重之0.1重量百分比的硼載入可獲得有效之抗真菌性及防火性。然而,為了防止穿孔性昆蟲侵擾(例如,螞蟻及白蟻),通常需要1--2重量百分比之硼載入。對更麻煩的昆蟲,如台灣家白蟻,通常需要7重量百分比之硼載入。因此,本發明提供組成物以將硼於至少約0.1至至少約7重量百分比的量導入材料中並密封以防止環境因子(例如,雨)將其由被處理材料之內部中溶濾出。
矽烷通常定義為矽基材料類,類似於烷類,亦即具有通式SiN H2N+2 之長鏈飽和石腊烴,其中N為等於1或更大的整數。此含矽烷材料較佳為三氯甲基矽烷(化學式:CH3 Cl3 Si)形式,雖然其他形式的含矽烷材料為可接受的。可用於實施本發明之其他含矽烷材料的範例包括,但未限制為:(氯甲基)三氯矽烷;[3-(庚氟異丙氧)丙基]三氯矽烷([3-(Heptafluoroisoproxy)Propyl]Trichlorosilane);1,6-雙(三氯矽甲)己烷;3-溴丙基三氯矽烷;烯丙基溴二甲基矽烷;烯丙基三氯矽烷;溴甲基氯二甲基矽烷;溴三甲基矽烷;氯(氯甲基)二甲基矽烷;氯二異丙基辛基矽烷;氯二異丙基矽烷;氯二甲基乙基矽烷;氯二甲基苯基矽烷;氯二甲基矽烷;氯二苯基甲基矽烷;氯三乙基矽烷;氯三甲基矽烷;二氯二甲基矽烷;二氯甲基矽烷;二氯甲基乙烯矽烷;二苯基二氯矽烷;二-t-丁基氯矽烷;乙基三氯矽烷;碘三甲基矽烷;戊基三氯矽烷;苯基三氯矽烷;三氯(3,3,3-三氟丙基)矽烷;三氯(二氯甲基)矽烷;及三氯乙烯矽烷。
載劑可為烴溶劑形式,較佳為一烴烷,雖然其他烴溶劑為可接受的。例如,在室温為液態的烴為可接受的。此些烴的範圍包括,但未限制為戊烷、己烷及庚烷。此外,在某些應用中可使用低級碳烴類。
在一實施例中,含矽烷材料及烴溶劑為具有不同沸點或不同範圍之沸點的液體以形成液體組成物。此為液體形式之組成物接著施用以處理材料。在另一實施例中,含矽烷材料及烴溶劑具有相同或在相同範圍的沸點。在此實施例中,含矽烷材料及烴溶劑蒸氣化或成為一氣體或蒸氣形式。此為蒸氣形式之組成物接著施用以處理材料。
參考第1圖,裝置10之一實施例包括一組成物區段12、一餵入區段14、一材料處理區段16、一移除區段18、一中和區段20、一乾燥區段22及一收集區段24。在組成物區段12,裝置10包括至少一槽。此至少一槽可容納施用至標的材料之組成物或容納組成物之一組份。在說明的實施例中,裝置10包括一第一槽25以容納組成物之一組份如一含矽烷材料及一第二槽26以容納組成物之另一組份如一烴溶劑。在一實施例中,含矽烷材料為甲基三氯矽烷(MTS)而烴溶劑為戊烷。裝置10亦包括一控制器27,如一温度控制器電連接至第二槽26以控制在第二槽26中烴溶劑之温度。需瞭解組成物由至少含矽烷材料及烴溶劑形成。亦需瞭解槽包括裝置(未顯示)如加熱器以改變槽的温度。
在組成物區段12中,裝置10包括流體連接至第一槽25之流量控制閥28。此流量控制閥28可設定至一預定流量如0-5GPM。在組成物區段12中,此裝置10包括流體連接至第二槽26之流量控制閥29。此流量控制閥29可設定至一預定流量如0-5GPM。此裝置10亦包括一控制器30如一流量控制器,其電連接至流量控制閥28及流量控制閥29以設定一預期之組份百分比。此裝置10更包括在流量控制閥28下游之混合器32以將烴溶劑及含矽烷材料混合一起而形式該組成物。此混合器32為一靜態型式。需瞭解,一旦組成物形成,此組成物接著傳送至裝置10之材料處理區段16。
在餵入區段14中,此裝置10包括一餵入器34以餵入標的材料至材料處理區段16。在說明之實施例中,標的材料為紙且餵入器34為一具有制動器之構架。餵入速度由描述之收集器62如一重繞機而控制。此裝置10包括一加熱器36以加熱材料至一預定温度。在一實施例中,加熱器36為至少一加熱之滾筒,在其上該紙被加熱至一接近烴溶劑沸點之温度。需瞭解加熱器36為連接至控制器30以控制加熱器36。
在材料處理區段16中,裝置10包括至少一施用器38以施用組成物至標的材料。在一實施例中,組成物為一液體型式且施用器38為一液體型式如一浸漬槽,其容納及含有被施用至標的材料的液體組成物。在此實施例中,加熱之標的被處理材料通過一具有恒定量組成物之浸漬槽。此恒定量藉由標的材料通過裝置10之速度及組成物至浸漬槽之流量控制。在另一使用液體組成物之實施例中,施用器38為一流體狹縫模,其容納及施用組成物。加熱之標的材料在通過該狹縫模且材料的飽和度藉由狹縫寬度及組成物壓力控制。在另一實施例中,組成物為一氣體或蒸氣形式且施用器38為蒸氣型式以施用蒸氣組成物至標材料。需瞭解該標的材料必須完全以組成物充滿。亦需瞭解材料處理區段16可包括一或一以上之滾筒39以引導標的材料通過施用器38。亦需瞭解浸漬槽及狹縫模為習知且可商業取得。
在材料處理區段16,裝置10包括一處理室40。此處理室40由一殼體形成。此處理室40必須保持乾燥氛圍。在一實施例中,此處理室40藉由使用一乾燥惰性氣體如氮及/或乾空氣以保持乾燥。在說明之實施例中,處理室40連接至一源41如氮。對於此一實施例,此氮具有一3SCFH流量。此裝置10在處理室40下游亦包括一真空室42。此真空室42由一殼體形成。在真空室42中,被處理材料通過以確定組成物已穿透標的材料並除去組成物之過量組份及/或副產物,分別如烴溶劑蒸氣及/或氫氯酸(HCL)蒸氣。HCL蒸氣藉由鼓風機49清除至一描述之HCL洗氣器50。需瞭解,在標的材料被飽和後,此被處理材料餵入通過真空室42以確定該組成物已完全穿透標的材料並幫助烴溶劑與氫氯酸(HCL)之去除。
在移除區段18中,被處理材料必須閃蒸出烴溶劑且在被處理材料中減少濕氣。裝置10包括至少一乾燥室44。在乾燥室44中,被處理材料之温度上升至烴溶劑之沸點。此乾燥室44由一殼體形成且包括一乾燥器區段46及一烘箱區段48。在一實施例中,裝置10在該乾燥器區段46中包括至少一蒸氣滾筒,較佳為多數個蒸氣滾筒50。此蒸氣滾筒50由管線連接至一飽和蒸氣源52。在一實施例中,源52為一蒸氣產生器如一蒸氣鍋爐且由控制器53如一蒸氣壓力控制器控制。需瞭解此蒸氣滾筒50為連接至一飽和蒸氣或熱水源以產生蒸氣滾筒50需要的熱。
在乾燥室44中,乾燥器區段46必須具有一惰性氛圍。此可藉由在開始及關閉期間使用一惰性氣體之組合如氮及藉由在操作期間維持烴溶劑之蒸氣量高於爆炸上限(UEL)而達到。在烘箱區段48中,加熱之乾燥空氣減少在被處理材料中的濕度。此烘箱區段48由管線連接至一熱乾空氣源54及一空氣加熱器55以加熱此熱乾燥空氣。在一實施例中,空氣加熱器55由一控制器56如一空氣温度控制器控制。需瞭解此乾燥室44可包括一或一以上的滾筒50以引導被處理材料通過移除區段18。
在移除區段18中,HCL蒸氣以一反應副產物形成。過量烴溶劑及/或HCL藉由在乾燥室44及/或真空室42保留之些微負壓而移除。此移除之烴溶劑及HCL經由管線餵入至一HCL洗氣器57以由蒸氣流中去除HCL。HCL由HCL洗氣器57回收並濃縮以利於後續傳輸。烴溶劑由一溶劑回收系統58餵入以由蒸氣流中除去烴溶劑。由一溶劑回收系統58回收烴溶劑並用於製造組成物。
在中和區段20,被處理材料無烴溶劑,但可含有一些液體形式之HCL及/或包覆在被處理材料中的氯以及未反應之含矽烷材料。在一實施例中,裝置10包括一中和室60。此中和室60由一殼體形成且連接至加熱乾空氣源52。在中和室60中,被處理材料進一步以至少一階段,較佳為多數個階段處理。在第一階段,被處理材料以由源52之蒸氣水合而去除任何潛在的含矽烷材料且加熱被處理材料而驅動反應完成。在裝置10中,蒸氣以施用器62施用至被處理材料。在第二階段,被處理材料被中和。在說明之實施例中,此被處理材料以一由源64之含鹼材料中和。較佳地,此含鹼材料為一苛性液體或氣體(強度依殘留在材料中的HCL/氯而定)。在此裝置10,含鹼材料為經由施用器66直接接觸或由施用器62在蒸氣流中傳送而施用至被處理材料。在一實施例中,含鹼材料為加至蒸氣流中的氨(NH3 )以在中和室60中傳送一氨化蒸氣至被處理材料。此過量之含鹼蒸氣由一鼓風機68排放至大氣中。需瞭解此中和區段20可包括一或一以上之滾筒70以導引標的材料通過中和室60。亦需瞭解,除了水合被處理材料並將蒸氣與任何在被處理材料中潛在的含矽烷材料反應外,蒸氣將提昇被處理材料的温度並增加反應完成的速率。需瞭解含鹼材料將中和在被處理材料中之任何潛在的HCL並將被處理材料之pH值帶至介於約7至約8間。更需瞭解被處理材料接著將進入裝置10之乾燥區段22且濕氣將減少至客戶之規格。仍更需瞭解,在乾燥區段22後,被處理材料在收集區段24收集,測試並準備運輸至客戶。
在乾燥區段22,裝置10包括一由殼體形成之乾燥室72。在一實施例中,裝置10在乾燥室72中包括至少一蒸氣滾筒,較佳為多個蒸氣滾筒74。此蒸氣滾筒74由管線連接至一飽和蒸氣源52。需瞭解此蒸氣滾筒74為連接至一飽和蒸氣或熱水源以產生蒸氣滾筒74需要的熱。亦需瞭解乾燥區段22可包括至少一滾筒76以引導標的材料通過乾燥室72。
在收集區段24中,裝置10包括一收集器78以收集被處理材料。在一實施例中,此收集器78為一重繞器。此收集器78為連接至一控制器80如一餵入速率控制器以控制餵入速率。需瞭解此被處理材料由收集器78移除並測試,且準備運送至客戶。
此裝置10及裝置10的操作條件為經由控制器27、30、53、56及80控制。在一實施例中,該標的材料為紙。製程條件及範圍如下:
製程設定
材料速度 10-200英尺/分鐘
組成物流量 1-4加侖/分鐘
蒸壓力 20-150PSIG
泵速度 0-60Hz
組成物壓力 0-60PSIG
洗氣器鼓風機設定點 0-60Hz
加熱室真空 0-2In W.C.
熱空氣温度SP/PV 100-300/100-300
熱空氣鼓風機設定點 0-60Hz
飽和真空室SP 0-2In W.C.
裝置温度 100-250℉
組成物温度TK/PM 0-110/0-110℉
水合蒸氣PSI 0-150PSIG
水合空氣PSI 0-50PSIG
水合/中性真空 0-30SCFH
真空(最後) 0-30In W.C.
温度最後真空室 100-250℉
紙濕度(最初) 0-12%
紙濕度(最終) 0-10%
在操作中,烴溶劑載入至第二槽26並以加熱器(未顯示)加熱至一剛好低於溶劑沸點之預定温度。在第二槽26中之烴溶劑的壓力設定至一預定壓力。在一實施例中,烴溶劑為戊烷且戊烷載入至第二槽26並加熱至低於沸點之5-10℉(在大氣壓力的温度)。在第二槽26中之戊烷壓力設定為15-40PSIG。流量控制閥29設定至0-5GPM(依標的材料而定)。控制器30設定至標的材料要求之所期待的含矽烷材料如(MTS)百分比(0.1-30體積%)。MTS流量由控制器30及控制閥28控制並摻合入戊烷流中且通過靜態混合器32以形成組成物。組成物然後傳送至裝置10之材料處理區段16的施用器38。
標的材料載入餵入器34。在說明之實施例中,標的材料為紙且一捲紙載入在餵入器34上並餵入通過裝置10至收集器78。控制器80連接至收集器78且餵入器34在一所預期的速度餵入紙經過施用器38。施用器38在當紙行經材料處理區段16至移除區段18時,施用組成物至紙。在材料處理區段16中的過量之戊烷及反應HCL的副產物流至HCL洗氣器57及溶劑回收系統58以回收。
被處理之紙行經至移除區段18。在移除區段18,使用來自源54之熱乾燥空氣加熱乾燥區段,而來自源52之熱水或蒸氣施用至蒸氣滾筒50以產生熱,其通過紙。當此發生時,在移除區段18之過量戊烷及副產物HCL分別流至HCL洗氣器57及溶劑回收系統58以回收。紙行經至中和區段20。
在中和區段20中,紙直接以蒸氣加熱。此蒸氣亦可包括一中和劑(鹼/苛性液體或氣體)。由源52之熱乾燥空氣、水及氨施用至中和室60以產生蒸氣,其通過紙以中和或減少紙的酸度並恢復pH值至介於約7至約8間。除了水合該紙及蒸氣與在被處理材料中任何潛在的含矽烷材料反應,此蒸氣將提昇紙的温度並增加反應完成的速率。需瞭解此蒸氣將提昇紙的温度並增加反應速率以及水合紙,因此與在被處理之紙中任何潛在的含矽烷材料反應。亦需瞭解中和劑亦可施用至中和區段20中的分離蒸氣中。更需瞭解中和的紙可恢復其pH值至介於約7至約8間。
在乾燥區段22中,紙再次加熱。可施用由源52之熱乾燥空氣及水以產生通過紙的蒸氣。此紙接著在收集器78於一滾筒上收集。需瞭解此裝置10之乾燥室72可減少在被處理材料中的濕度至客戶的規格。亦需瞭解,在乾燥室72後,此被處理材料在收集區段24之收集器78上收集,測試及準備用於運輸至客戶。更需要瞭解此製程參數(例如,速度、流量速率)可依製程的量增加至量產等級而增加。
在另一實施例中,在第一槽25中的含矽烷材料及在第二槽26中的烴溶劑具有相同或在相同範圍之點。在此實施例中,含矽烷材料及烴溶劑藉由槽25及26的加熱器(未顯示)蒸氣化或成為氣體或蒸氣形式。為蒸氣形式之組成物接著以施用器38施用以處理材料。需瞭解使用組成物之蒸氣形式相對於組成物之液體形式可有效的穿透材料如紙、布料等。
本發明以一說明方式描述。需要瞭解所用的詞彙為以文字本質達成描述說明,而非用以限制。
本發明之許多潤飾及變化基於前述教示為可行的。因此,本發明可非如前述方述實施。
10...裝置
12...組成物區段
14...餵入區段
16...材料處理區段
18...移除區段
20...中和區段
22...乾燥區段
24...收集區段
25、26...槽
27、56、80...控制器
28、29...流量控制閥
30、53...控制器
32...混合器
34...餵入器
36...加熱器
38、62、66...施用器
39、70、76...滾筒
40...處理室
41、64...源
42...真空室
44、72...乾燥室
46...乾燥器區段
48...烘箱區段
49、68...鼓風機
50、57...HCL洗氣器
52...飽和蒸氣源
54...熱乾空氣源
55...空氣加熱器
58...溶劑回收系統
60...中和室
62、78...收集器
74...蒸氣滾筒
第1圖為本發明之以組成物處理不同材料的裝置之示意圖。
10...裝置
12...組成物區段
14...餵入區段
16...材料處理區段
18...移除區段
20...中和區段
22...乾燥區段
24...收集區段
25、26...槽
27、56、80...控制器
28、29...流量控制閥
30、53...控制器
32...混合器
34...餵入器
36...加熱器
38、62、66...施用器
39、70、76...滾筒
40...處理室
41、64...源
42...真空室
44、72...乾燥室
46...乾燥器區段
48...烘箱區段
49、68...鼓風機
50、57...HCL洗氣器
52...飽和蒸氣源
54...熱乾空氣源
55...空氣加熱器
58...溶劑回收系統
60...中和室
62、78...收集器
74...蒸氣滾筒

Claims (15)

  1. 一種用於以組成物處理纖維素材料的方法,該方法包括以下步驟:提供一具有材料處理區段及一中和區段的裝置;在該材料處理區段以一組成物處理一纖維素材料並形成一經處理材料,該組成物具有含矽烷材料及一烴溶劑,其中HCl係以該處理之副產物存在於經處理材料中;及在該中和區段中,中和在該經處理材料中之HCl以致使該經處理材料具有在約7至約8範圍內之pH。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其包括以下步驟:在裝置移除區段中從該經處理材料除去濕氣、烴溶劑及反應副產物中之至少一者。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其包括以下步驟:對於該裝置提供一饋料區段,並將該纖維素材料饋入至該材料處理區段。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其包括以下步驟:對於該裝置提供一收集區段,並收集該經處理材料。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其包括以下步驟:對於裝置提供一乾燥區段,並乾燥該經處理材料。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其包括以下步驟:對於裝置提供一組成物區段,並形成該組成物。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其包括以下步驟:在該材料處理區段中以一施用器將該組成物施用至該 纖維素材料。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之方法,其中該施用步驟包含以一液體施用器將一液體組成物施用至該纖維素材料。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之方法,其中該施用步驟包含以一蒸氣施用器將一蒸氣組成物施用至該纖維素材料。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中該中和步驟包括在中和區段之中和室施用水汽至該被處理材料。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中該中和步驟包括在中和區段之中和室中將一含鹼材料施用至該經處理材料以中和該經處理材料。
  12. 如申請專利範圍第3項所述之方法,其中該餽料區段包含一饋入器以饋入一卷該纖維素材料至該材料處理區段。
  13. 如申請專利範圍第4項所述之方法,其包括在收集區段以一收集器收集該經處理材料之步驟。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其包括在裝置之移除區段中將對該經處理材料除去過量之烴溶劑之步驟。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其包括在裝置之移除區段中對該經處理材料除去反應副產物之步驟。
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