TWI429718B - 用於改良高有機性噴墨墨水中顆粒穩定度之非離子性界面活性劑添加劑 - Google Patents
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Description
本發明係有關於用於改良高有機性噴墨墨水中顆粒穩定度之非離子性界面活性劑添加劑。
具有良好列印耐久性效能之水性噴墨顏料含有大量活性材料諸如膠乳聚合物或膠乳分散液、溶劑之界面活性劑。當靜電排斥為主要活性膠體穩定化機轉時,顏料顆粒之儲存壽命可能不良。於高度有機環境下諸如噴墨墨水,缺乏進一步穩定化可能導致顆粒沉降、顆粒長大或墨水黏度增高。如此不穩定之墨水可能堵塞列印頭中之流體通道,降低列印系統之可靠度,結果導致儲存壽命減低及列印系統之維修增加。
結果需要有可改良高度有機性噴墨墨水中之顆粒穩定度之組成物及方法。
依據本發明之一實施例,係特地提出一種噴墨墨水組成物,包含:一第二醇乙氧基化物(secondary alcohol ethoxylate)及一含氟界面活性劑於可有效提高該噴墨墨水組成物之顆粒穩定度之濃度比,其中該噴墨墨水組成物為實質上靜電分散;及一膠乳分散液。
依據本發明之一實施例,係特地提出一種於噴墨墨水組成物提高穩定度之方法,包含:以可有效提高顆粒穩定度之濃度比添加一第二醇乙氧基化物及一含氟界面活性劑至一噴墨墨水組成物,其中該噴墨墨水組成物包含一膠乳分散液且為實質上靜電分散。
有關本發明之較佳實施例之細節說明,現在將參考附圖,附圖中:
第1圖為多種噴墨墨水組成物之初黏度及黏度隨著時間之增高之作圖;
第2圖為多種噴墨墨水組成物之初顆粒大小及隨時間顆粒大小之增加之作圖;
第3圖顯示多種噴墨墨水組成物之黏度增高速率作為水移除之函數;及
第4圖為多種噴墨墨水組成物之顆粒沉降隨時間之作圖。
後文詳細說明部分及申請專利範圍中使用某些術語來表示特定系統組件。如熟諳技藝人士瞭解,電腦公司可能以不同名稱來指稱該等組件。本文件並非意圖以名稱之不同來區別各種組件反而係以功能區別。於後文討論及申請專利範圍中,以開放末端方式使用之「包括」及「包含」等詞須解譯為表示「包括但非限於...」。
如此處使用,「非離子性界面活性劑」一詞係指於水中不會解離之任何兩親媒性界面活性劑或濕潤劑。
如此處使用,「噴墨墨水」一詞係指包含液體載媒劑及著色劑之任何液態溶液或分散液組成物。
如此處使用,「著色劑」一詞係指用於噴墨墨水之一種或多種染料,用於噴墨墨水之一種或多種顏料或其組合物。
如此處使用,「顏料」係指實質上不溶於其使用之液體載媒劑之著色劑顆粒。有用的顏料包括自行分散的顏料及非自行分散的顏料。自行分散的顏料包括具有以電荷或聚合基團進行化學表面改性之顏料。此種化學修飾可協助顏料變成及/或實質上維持分散於液體載媒劑。顏料也可為非自行分散的顏料,其利用分開的且未附接的分散劑(例如可為聚合物、寡聚物或界面活性劑)於該液體載媒劑或實體上塗覆於該顏料表面上。
如此處使用,「膠乳」及「膠乳分散液」等詞係指膠乳微粒以及膠乳微粒分散於其中之水性介質。特定言之,膠乳為包含液體(諸如水及/或其他液體)及聚合物微粒之液體懸浮液。典型地,聚合物微粒可以由約0.5wt% %至約15wt%範圍之濃度存在於該液體。此種聚合物微粒可包含典型地隨機聚合之多種單體,也可為交聯。
此處說明具有增高的顆粒穩定度之噴墨墨水組成物及提高噴墨墨水之顆粒穩定度之方法。結果可延長組成物之儲存壽命。大致上,該方法之實施例包含以有效提高顆粒穩定度之濃度比將至少兩種非離子性界面活性劑添加至噴墨墨水組成物。更特定言之,該至少兩種非離子性界面活性劑包含至少一種第二醇乙氧基化物(secondary alcohol ethoxylate)及至少一種含氟界面活性劑。第二醇乙氧基化物與含氟界面活性劑之組合物出乎意外地發現可提高含膠乳噴墨墨水組成物之顆粒穩定度。該方法也包含添加具有低導電率至膠乳分散液之該噴墨墨水組成物來提高顆粒穩定度。
任一種噴墨墨水組成物皆可使用此處所述方法及組成物穩定化。根據一個具體實施例,噴墨墨水組成物為包含膠乳分散液之高度有機噴墨墨水組成物。此外,噴墨墨水組成物可為實質上靜電分散。如此處使用,「實質上靜電分散」一詞係指其中顏料顆粒係主要經由靜電交互作用分散之噴墨墨水組成物。換言之,噴墨墨水組成物不含額外成分來穩定化顏料顆粒。但「實質上靜電分散的」組成物可經由其他非加成交互作用諸如立體交互作用或顆粒交互作用而分散。
噴墨墨水組成物也包含一種或多種有機溶劑。可存在於噴墨墨水組成物之有機溶劑之實例包括脂肪族醇類、芳香族醇類、二醇類、二醇醚類、聚(二醇)醚類、己內醯胺類、內酯類、甲醯胺類、乙醯胺類及長鏈醇類。此外,有機溶劑包括含30個碳或以下之第一脂肪醇類、含30個碳或以下之第一芳香醇類、含30個碳或以下之第二脂肪醇類、含30個碳或以下之第二芳香醇類、含30個碳或以下之1,2-醇類、含30個碳或以下之1,3-醇類、含30個碳或以下之1,5-醇類、乙二醇烷基醚類、丙二醇烷基醚類、聚(乙二醇)烷基醚類、聚(乙二醇)烷基醚之高碳同系物、聚(丙二醇)烷基醚類、聚(丙二醇)烷基醚之高碳同系物、N-烷基己內醯胺類、不飽和己內醯胺類、經取代之甲醯胺類、未經取代之甲醯胺類、經取代之乙醯胺類、未經取代之乙醯胺類。較佳用於本發明之實務之助溶劑之特例包括但非限於1,5-戊二醇、2-吡咯啶酮、2-乙基-2-羥基甲基-1,3-丙二醇、二乙二醇、3-甲氧基丁醇及1,3-二甲基-2-咪唑啶酮、3-甲基-1,5-戊二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、2,4-庚二醇、2-甲基-1,3-戊二醇、2-甲基戊酸、2-乙基-3-甲基-1,3-戊二醇、2-乙基-1,3-甲基-1,5-戊二醇、2-乙基-3-丙基丙烯酸、2-乙基-己酸、3-乙氧基丙酸或其組合物。
溶劑可以任一種濃度存在於噴墨墨水組成物。特定言之,溶劑諸如2-吡咯啶酮及其衍生物之濃度可扮演一種角色,當結合至少一種第二醇乙氧基化物及至少一種含氟界面活性劑使用時,可協助膠乳於乙烯系介質上形成耐用薄膜。但特定言之,噴墨墨水組成物中存在之溶劑之重量百分比係於由約2wt%至約40wt%之範圍,另外由約5wt%至約35wt%之範圍,另外由約10wt%至約25wt%之範圍。於一個實施例中,噴墨墨水組成物包含2-吡咯啶酮或其組合物或其衍生物組合濕潤劑溶劑。於一個實施例中,濕潤劑溶劑可為2-甲基-1,3-丙二醇。
顏料或任何數目之顏料摻合物可提供於該噴墨墨水組成物來對所得墨水賦與色彩。於一個實例面相中,顏料可為分散遍布所得噴墨墨水之任何數目所期望的顏料。更特定言之,於本噴墨墨水中所含之顏料可包括自行分散的(表面改性的)顏料或靜電分散的顏料。
可含括於噴墨墨水之適當顏料可為黑顏料、白顏料、青顏料、洋紅顏料、黃顏料等。此外,如技藝界眾所周知,顏料可為有機顆粒或無機顆粒。適當無機顏料例如包括碳黑。但其他無機顏料也適合諸如氧化鈦、鈷藍(CoO-Al2
O3
)、鉻黃(PbCrO4
)及氧化鐵。適當有機顏料例如包括偶氮顏料包括重氮顏料及單偶氮顏料、多環顏料(例如酞花青顏料諸如酞花青藍及酞花青綠、花顏料、花酮顏料、蒽醌顏料、喹吖啶酮顏料、二顏料、硫靛青顏料、異吲哚啉酮顏料、哌蒽酮顏料及喹酞酮顏料)、不溶性染料螯合物(例如鹼性染料型螯合物及酸性染料型螯合物)、硝基顏料、亞硝基顏料、蒽酮顏料諸如PR168等。酞花青藍及酞花青綠之代表性實例包括銅酞花青藍、銅酞花青綠及其衍生物(顏料藍15及顏料綠36)。喹吖啶酮之代表性實例包括顏料橙48、顏料橙49、顏料紅122、顏料紅192、顏料紅202、顏料紅206、顏料紅207、顏料紅209、顏料紫19及顏料紫42。蒽醌類之代表性實例包括顏料紅43、顏料紅194、顏料紅177、顏料紅216及顏料紅226。花類之代表性實例包括顏料紅123、顏料紅149、顏料紅149、顏料紅149、顏料紅179、顏料紅190、顏料紅189及顏料紅224。硫靛青類之代表性實例包括顏料紅86、顏料紅87、顏料紅88、顏料紅181、顏料紅198、顏料紫36及顏料紫38。雜環黃之代表性實例包括顏料黃1、顏料黃3、顏料黃12、顏料黃13、顏料黃14、顏料黃17、顏料黃65、顏料黃73、顏料黃74、顏料黃90、顏料黃110、顏料黃117、顏料黃120、顏料黃128、顏料黃138、顏料黃150、顏料黃151、顏料黃155及顏料黃213。此等顏料於市面上可呈粉末形式或壓縮餅形式得自多個來源包括巴斯夫公司(BASF Corporation)、英哈得公司(Engelhard Corporation)及尚化學公司(Sun Chemical Corporation)。
可使用之黑色顏料之實例包括碳顏料。碳顏料幾乎可為任一種市面上可得之可提供可接受的光密度及印刷特性之碳顏料。適合用於本系統及方法之碳顏料包括但非限於碳黑、石墨、玻璃碳、木炭及其組合。適當碳顏料可藉多種已知方法製造諸如隧道法、接觸法、火爐法、乙炔法或熱法,市面上可得自卡玻公司(Cabot Corporation)、哥倫布化學公司(Columbian Chemicals Company)、伊瓦尼克(Evonik)及杜邦公司(E.l. DuPont de Nemours and Company)等供應商。適當碳黑顏料包括但非限於卡玻顏料諸如莫那克(MONARCH)1400、莫那克1300、莫那克1100、莫那克1000、莫那克900、莫那克880、莫那克800、莫那克700、卡玻捷特(CAB-O-JET)200、卡玻捷特300、麗哥(REGAL)、布雷克波斯(BLACK PEARLS)、伊夫特斯(ELFTEX)、莫辜(MOGUL)及瓦坎(VULCAN)顏料;哥倫布顏料諸如瑞文(RAVEN)5000及瑞文3500;伊瓦尼克顏料諸如色彩黑FW 200、FW2、FW 2V、FX 1、FW 18、FW S160、FW S170、特殊黑6、特殊黑5、特殊黑4A、特殊黑4、普林特斯(PRINTEX)U、普林特斯140U、普林特斯V及普林特斯140U、140V。前述顏料表單包括未改性之顏料微粒、小分子附著之顏料微粒及聚合物分散的顏料微粒。
如前文說明,噴墨墨水組成物包括呈膠乳分散液形式之多種膠乳聚合物微粒。含括膠乳可提高隨後所形成之影像之耐用性。根據一個具體實施例,多種不同類型聚合物分散液中之一者或多者可用於本噴墨墨水。此外,可使用特別適合用於噴墨架構之膠乳。
根據一個實施例,具有低導電度之膠乳分散液可添加至噴墨墨水。大致上,注入螯合劑或界面活性劑等鹽及其他離子性組分可添加至噴墨墨水來增加墨水功能,但可能降低靜電粒子安定性。但也出乎意外地發現使用低導電度膠乳分散液可增加含膠乳噴墨墨水組成物之顆粒穩定度。如此處使用,低導電度係指膠乳分散液具有不大於約1.5mS/cm(毫西門子/厘米)之導電度。於另一個實施例中,膠乳分散液具有不大於約5mS/cm之導電度,另外不大於約7mS/cm之導電度。此外,低導電度膠乳分散液可以任一種適當濃度存在於或添加至噴墨墨水組成物。特別,低導電度膠乳分散液可以由約3wt%至約9wt%,另外由約4wt%至約8wt%,另外由約5wt%至約7wt%之濃度存在於噴墨墨水組成物。
當使用低導電度膠乳分散液時,噴墨墨水組成物之總導電度比較由具有中至高導電度之膠乳分散液所製成之墨水可降低。如此,所揭示之噴墨墨水組成物之實施例具有不大於約600μS/cm,另外不大於約50μS/cm,另外不大於約400μS/cm之總導電度。
如前文說明,所揭示之噴墨墨水組成物及方法之實施例涉及於可有效提高粒子穩定度之濃度比添加或存在有兩種或多種非離子性界面活性劑。任一種適當非離子性界面活性劑皆可添加至噴墨墨水。更特定言之,可添加之適當界面活性劑之實例包括烷基聚環氧乙烷類、醇乙氧基化物類、壬基苯基乙氧基化物類、炔屬二醇類、乙氧化炔屬二醇類、萘磺酸縮合產物之鈉鹽類或其組合。於一個實施例中,該非離子界面活性劑包含至少一種第二醇乙氧基化物及至少一種含氟界面活性劑。該第二醇乙氧基化物具有下式:
Ca
Hb
O(CH2
CH2
O)n
-H
此處a為由11至14之範圍之整數,b為由23至31之範圍之整數及n為由4至20之範圍之整數。適當第二醇乙氧基化物之實例為市售特吉托(Tergitol)系列(陶氏化學公司(Dow Chemical))界面活性劑包括但非限於特吉托15-s-7、特吉托15-s-9、特吉托15-s-12、特吉托15-s-20或其組合。
此外,第二醇乙氧基化物可以任一種適當濃度添加至該噴墨墨水組成物。特定言之,該第二醇乙氧基化物可以由約0.25wt%至約2wt%,另外由約0.35wt%至約1wt%,另外由約0.5wt%至約0.75wt%之濃度添加至噴墨墨水。
此外,第二醇乙氧基化物可組合含氟界面活性劑來提高噴墨墨水組成物之顆粒穩定度。
如此處使用,「含氟界面活性」一詞為含有至少一個氟(F)原子之任一種界面活性劑。於一個實施例中,該含氟界面活性劑具有下式:
F(CF2
CF2
)n
-CH2
CH2
-O-(CH2
CH2
O)x
-H
此處n為由6至12之整數及x為具有不大於20之值之整數。含氟界面活性劑可為稱作為鍾尼爾(Zonyl)FSO杜邦公司之任何市售界面活性劑系列。
於另一個實施例中,含氟界面活性劑可為氟化聚呾-聚酯。以羥基為端基之聚呾預聚物包含由具有氟化支鏈之呾單體聚合所製成之旁出的-CH2
-O-(CH2
)n
-Rf基之呾單體的聚合重複單元。此等聚呾可以後文陳述之方式製備,也須根據美國專利案第5,650,483;5,668,250;5,688,251;及5,663,289號之教示製備。呾單體具有下列結構式:
其中n為1至5較佳1至3之整數,及另外,各個單體上之Rf為含約1至約20,較佳約2至約10個碳原子之線性或分支且較佳為飽和烷基,至少25%、50%、75%、85%、或95%氟化或較佳100%全氟化,該Rf
之H原子由F所置換,R為H或含1至6個碳原子之烷基。聚呾預聚物可為寡聚物、均聚物或共聚物。
得自該呾單體之重複單元期望具有如下結構式:
此處n、Rf及R係如前文說明。氟化呾之聚合度可由6至100,較佳由10至50,且較佳為15至25來製造部分氟化聚呾預聚物。氟化聚呾-聚酯可於市面上以波麗弗斯(Polyfox)之商品名獲得(歐諾瓦溶液公司(OMNOVA Solutions,Inc.))。
此外,含氟界面活性劑可以任一種適當濃度添加。特定言之,含氟界面活性劑可以由約0.01wt%至約2wt%,另外由約0.2wt%至約1wt%,另外由約0.2wt%至約0.5wt%之濃度添加至該噴墨墨水。
根據一個實施例,至少一種第二醇乙氧基化物及一種含氟界面活性劑可以可有效提高顆粒穩定度之濃度添加至該噴墨墨水組成物。第二醇乙氧基化物及含氟界面活性劑可以任一種適當重量比存在於或添加至該噴墨墨水組成物。特定言之,第二醇乙氧基化物及含氟界面活性劑可以由約1:10至約2:1,另外由約1:4至約1:2之範圍之濃度比添加至該噴墨墨水組成物。
當添加或使用帶有含氟界面活性劑之第二醇乙氧基化物時,該噴墨墨水組成物之總導電率可不大於約800μS/cm,另外不大於約700μS/cm,另外不大於約600μS/cm。
於其他實施例中,非離子性界面活性劑可結合如前文說明之低導電率膠乳分散液使用。特定言之,非離子性界面活性劑可為含氟界面活性劑諸如但非限於鍾尼爾FSO。含氟界面活性劑及低導電率膠乳分散液可以含氟界面活性劑對低導電率膠乳分散液之莫耳比由約1:100至約1:5,另外由約1:50至約1:8之範圍,另外由約1:40至約1:16之範圍存在於或添加至該噴墨墨水組成物。
測試若干不同墨水試樣。各墨水試樣含有定量之一種或多種非離子性界面活性劑。測定各種試樣之多種墨水性質。特定言之,測定下列性質:1)黏度及隨著時間之黏度增高,2)水移除之百分比之黏度增高,3)粒徑及隨著時間之粒徑增加,4)pH及5)表面張力。表1顯示測試之不同墨水試樣之組成。所顯示之百分比皆為重量百分比。
全部實驗皆係於室溫進行。黏度係使用布魯克菲爾(Brookfield)錐及板黏度劑於15 RPM及60 RPM測定。粒徑係使用動態光散射(於奈諾特克(Nanotrac)機器)測定及毛細流體動力分選器(CHDF)測定。表面張力係使用張力計測定,沉降研究係使用注射器進行。
第1圖顯示初黏度及隨著時間之黏度增高實驗結果。試樣黏度係以1週時間間隔測定經歷2週時間。出乎意外地含特吉托及鍾尼爾之試樣比較其他界面活性劑諸如塔莫或塞菲諾顯示最小量濃度增高。比較不含特吉托之對照組,添加特吉托及鍾尼爾顯示黏度顯著增高。特別,於1週後,含特吉特及含鍾尼爾之試樣顯示比較對照組增高42%更增高由約13%至約30%。此外,含其他界面活性劑之試樣實際上造成黏度增加的惡化。舉例言之,含0.5wt%塞菲諾CT151之試樣於2週後之黏度幾乎增高70%。
第2圖顯示粒徑實驗結果。如同黏度實驗,特吉托與鍾尼爾之組合經2週後比較對照組獲得優異的粒徑縮小。特定言之,於全部含特吉托及鍾尼爾之試樣中,粒徑(藉奈諾特克機器測定)平均質改變約10%。比較上,不含特吉托之對照試樣顯示粒徑增加約26%。
第3圖顯示試樣黏度增高作為水移除之百分比之函數。於本實驗中,約30%以下之使用來調配噴墨墨水試樣然後測定試樣之黏度。類似前述黏度測試結果,全部試樣中含特吉托試樣顯示黏度增高最少。特別,含特吉托試樣顯示平均黏度增高約0.22cP/%水移除。另一方面,對照試樣具有黏度增高0.29cP/%水移除。
第4圖顯示墨水沉降實驗結果。含特吉托及鍾尼爾之墨水調配物於一週後比較不含特吉托之對照組,顯示極少沉降或減少沉降。特別,比較不含特吉托之對照其於底部具有約10.2%固體,含特吉托之噴墨墨水組成物於底部平均具有約8.9%固體。含有其他界面活性劑之試樣比較對照組及含特吉托之試樣顯示於底部之固體增加。
測試若干不同墨水試樣。感興趣之墨水試樣含有低導電率膠乳分散液。經2週時間測定黏度及黏度的增高。表2顯示所測試之不同噴墨墨水組成物。所顯示之百分比皆為重量百分比。
表3顯示實驗結果。「-」表示黏度過高而無法藉錐與板黏度計測定黏度之試樣。大致上,含有低導電率膠乳分散液添加劑之噴墨墨水組成物比較具有正常導電率之組成物顯示隨著時間之黏度增高減少。實際上,含有低導電率膠乳分散液及0.1%非離子性界面活性劑之試樣中之一者,黏度之增高小於10%。比較上,不含低導電率膠乳分散液之三種試樣中之兩者,噴墨墨水變太黏而無法測定。此外,含有低導電率膠乳分散液添加劑之噴墨墨水組成物比較對照組可維持其低導電率程度。
雖然已經顯示及說明本發明之實施例,但熟諳技藝人士未悖離本發明之精髓及教示可作出修改。此處所述之實施例及所提供之實例僅供說明之用,而非意圖為限制性。此處揭示之發明之多項變化及修改皆屬可能且係屬於本發明之範圍。如此,保護範圍並未受前文說明所限,只由如下申請專利範圍所限,該範圍包括申請專利範圍之主旨之全部相當物。
於發明背景中之參考文獻的討論並未承認該參考文獻為本發明之先前技術,特別具有公開日期於本案之優先申請日之後之任何參考文獻尤為如此。
第1圖為多種噴墨墨水組成物之初黏度及黏度隨著時間之增高之作圖;
第2圖為多種噴墨墨水組成物之初顆粒大小及隨時間顆粒大小之增加之作圖;
第3圖顯示多種噴墨墨水組成物之黏度增高速率作為水移除之函數;及
第4圖為多種噴墨墨水組成物之顆粒沉降隨時間之作圖。
Claims (10)
- 一種噴墨墨水組成物,包含:一第二醇乙氧基化物及一含氟界面活性劑於可有效提高該噴墨墨水組成物之顆粒穩定度之濃度比,其中該噴墨墨水組成物為實質上靜電分散;及一膠乳分散液。
- 如申請專利範圍第1項之噴墨墨水組成物,其中該第二醇乙氧基化物具有下式:Ca Hb O(CH2 CH2 O)n -H此處a為由11至14之範圍之整數,b為由23至31之範圍之整數且n為由4至20之範圍之整數。
- 如申請專利範圍第1項之噴墨墨水組成物,其中該含氟界面活性劑具有下式:F(CF2 CF2 )n -CH2 CH2 -O-(CH2 CH2 O)x -H此處n為由6至12之範圍整數且x為具有不大於20之數值之整數。
- 一種提高噴墨墨水組成物中穩定度之方法,包含:以可有效提高顆粒穩定度之濃度比添加一第二醇乙氧基化物及一含氟界面活性劑至一噴墨墨水組成物,其中該噴墨墨水組成物包含一膠乳分散液且為實質上靜電分散。
- 如申請專利範圍第4項之方法,其中該第二醇乙氧基化物具有下式:Ca Hb O(CH2 CH2 O)n -H此處a為由11至14之範圍之整數,b為由23至31之範圍之整數且n為由4至20之範圍之整數。
- 如申請專利範圍第4項之方法,其中該第二醇乙氧基化物係以由約0.25wt%至約1wt%之範圍之濃度添加。
- 如申請專利範圍第4項之方法,其中該含氟界面活性劑具有下式:F(CF2 CF2 )n -CH2 CH2 -O-(CH2 CH2 O)x -H此處n為由6至12之範圍之整數且x為具有不大於20之數值之整數。
- 如申請專利範圍第4項之方法,其中該第二醇乙氧基化物對該含氟界面活性劑之重量百分比比例係由約1:4至約1:2。
- 如申請專利範圍第4項之方法,進一步包含添加溶劑至該噴墨墨水組成物,其中該溶劑係選自於由2-吡咯啶酮、2-吡咯啶酮衍生物、濕潤劑溶劑及其組合物所組成之組群。
- 如申請專利範圍第9項之方法,其中添加該溶劑至該噴墨墨水組成物包含以由約10wt%至約25wt%之範圍之濃度添加該溶劑。
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