TWI476275B - Coolant - Google Patents
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Description
本發明是關於蓄冷劑,特別是關於全由天然素材所組成,可在短時間內就凍結而可發揮很長的保冷效果之蓄冷劑。
蓄冷劑的用途是使用於將生鮮食品之類的製品維持在低溫下進行運送。使用在生鮮食品之類的製品的運送用途的蓄冷劑,係必須配合運送行程而要在5~8小時/4個(在通常的使用態樣中,係將複數個蓄冷劑同時進行冷凍。這種情況下,必須讓所有的蓄冷劑都完成凍結。通常最短為5小時,最長為8小時,在冷凍庫中被冷凍起來)的短時間內加以凍結,以謀求在長距離運送、長時間的保管中,也不至於降低保冷效果,但是目前市面上的蓄冷劑中,尚未有能夠符合這種要件的。
習知的蓄冷劑,係使用:氯化鈉、氯化胺、氯化鎂等的無機鹽的水溶液、或乙二醇、丙二醇等的多元醇來當作寒劑;而且係使用:羧甲基纖維素、聚乙烯醇、聚丙烯酸鈉、聚丙烯醯胺之類的親水性高分子聚合物來當作凝膠化劑,針對於蓄冷劑之每100份重量部,添加入0.01~10份重量部,並且添加入碘化銀、硫化銅、黃原膠(Xanthan Gum)、α-吩哚、焦磷酸鈉等來當作可令蓄冷劑凍結的核劑(請參考專利文獻1)。但是,這些蓄冷劑係有:凍結所需時間很長,保冷效果卻在短時間內就降低之缺點。
為了解決上述問題,本發明人等曾經提出一種方案,係將水溶性的羧甲基纖維素作成軟膏狀之後,照射放射線使其產生架橋作用而成為凝膠,將這個凝膠以1~5%的比例混合到1~5%的食鹽水中而形成保冷用蓄冷劑;以及將該凝膠以1~5%的比例混合到5~15%的食鹽水中,並且添加丙二醇1~20%來當作寒劑而組成的冷凍用蓄冷材(請參考專利文獻2)。這種冷凍用蓄冷材係可達成-27℃的凝固點。但是,近年來基於安全性、環境保護的觀點,開始謀求:在廢棄處分之後還能夠作為資源予以再利用的循環型的製品。本發明者先前所提案的冷凍用蓄冷材,雖然是具有:可在短時間就凍結且可維持長時間保冷效果之優點,但是,其中係含有丙二醇來當作寒劑,並非完全的天然素材製品。此外,已經確認出專利文獻2所記載的蓄冷劑,在將羧甲基纖維素製作成軟膏狀的時候,係在大氣狀態中進行的,因此,如果照射放射線時的程度有不一致的話,將會因此而產生氣泡,無法成為充分均勻的凝膠,在吸水性方面將會產生不一致的現象,凍結以及保冷性能並不充分。
[專利文獻1]日本特開平11-293234號公報
[專利文獻2]日本特開2007-238735號公報
本發明之目的係要提供一種蓄冷劑,這種蓄冷劑係:在廢棄時無需特別的化學處理之完全由天然物素材所組成,可在短時間內就凍結且可發揮長時間的保冷效果。
根據本發明所提供的蓄冷劑,是由:將15~25wt%的纖維素與水在真空下進行混練而成的軟膏狀纖維素混練物加以照射電子線而得的乾燥架橋纖維素凝膠2~4wt%、1~21wt%的岩鹽以及水所組成的。
本發明中所採用的架橋纖維素凝膠係以:將已經吸水達24小時的凝膠除以吸水前的乾燥架橋纖維素凝膠的初期重量所得的吸水倍率為150~250倍者為宜,更好的是150~200倍的乾燥凝膠。藉由採用這種具有高吸水倍率的乾燥架橋纖維素凝膠,能夠在架橋纖維素凝膠中保持大量的水。被保持在架橋纖維素凝膠中的大量的水一旦被冷凍之後,需要較長時間才會解凍,因此可延長保冷時間。但是,吸水倍率如果太高的話,冷凍所需的時間會變得很長,凝膠本身的強度也會變差,因此還是上述的範圍為宜。
本發明中所使用的纖維素是羧甲基纖維素鈉,較佳的是即使在食鹽水中其黏度也不會降低的羧甲基纖維素鈉。最好的是:即使在1~5%食鹽水中仍可呈現出2600mPa‧s以上的黏度(根據B型黏度計所測得的黏度),而且在10%食鹽水中仍可呈現出4600mPa‧s以上的黏度(根據B型黏度計所測得的黏度)之羧甲基纖維素鈉。本發明的蓄冷劑的構成方式係將乾燥架橋纖維素凝膠存在於食鹽水中。如果架橋纖維素在食鹽水中的黏度降低的話,就無法發揮作為凝膠化劑的功能,架橋凝膠構造內的保水力將會降低,因此作為原料來使用的纖維素係具有上述範圍的黏度為佳。
本發明中所使用的乾燥架橋纖維素凝膠,係以可使得上述纖維素的含量趨於15~25wt%,較佳的含量為趨於15~20wt%的方式添加到水中,在真空下進行混練而得的軟膏狀纖維素混練物,並且對於這種軟膏狀纖維素混練物,以8~16kGy的強度,較佳是以9~14kGy的強度來照射電子線而製得的。
在調製軟膏狀的纖維素混練物時所使用的水係不含鹽分為宜,因此係以離子交換水為佳。此外,必須在真空下進行混練。藉由在真空下進行混練的做法,不會有氣泡混入,可在纖維素粉末均勻地分散於離子交換水中的狀態下,充分地進行混練。
纖維素混練物中的纖維素的含量與電子線照射量都會影響到因照射電子線而形成的架橋構造。為了達成作為蓄冷劑所需的吸水性以及保水性而實施各種實驗的結果,發現了上述範圍的纖維素含量與電子線照射量係最佳的。電子線照射量太多的話,架橋構造的網目變小。網目係可用來保持水分子,因此一個網目所保持的水分子愈少的話,就可以縮短凍結所需的時間,而且網目形成較密,所以解凍時間會變長,可以延長保冷時間。但是,如果網目是小到無法保持住水分子程度的微小程度的話,就無法使用。本發明人等已經確認出:只要是在上述照射量範圍的話,即可製得既可縮短凍結時間而且又可維持較長的保冷時間之適合作為本發明的蓄冷劑之網目構造。根據上述照射條件所製得的架橋纖維素凝膠,乾燥時的吸水倍率為150~200倍,非常適合當作本發明的蓄冷劑。
本發明的蓄冷劑係以上述乾燥架橋纖維素凝膠的含量趨於2~4wt%,較佳是趨於2.5~3.5wt%的方式添加到含有1~21wt%岩鹽的食鹽水中,充分地攪拌混合之後,充填到容器或由薄膜、不織布等所做的袋子而製造出來的。
在本發明中,食鹽水係具有寒劑的作用。本發明所使用的食鹽水,並不是精製鹽,而是使用天然的岩鹽。天然的岩鹽係與精製鹽(依據財團法人日本鹽事業中心的品質規格:氯化鈉99 wt%以上、鈣0.02wt%以下、鎂0.02wt%以下、鉀0.25wt%以下)不同,因為含有豐富的礦物質,所以可發揮優異的寒劑作用。本發明所使用的岩鹽係NaCl含量99wt%以上,Na+
及Mg2+
的總含量係大於0且0.3wt%以下的岩鹽為宜,尤其是中國湖北省所產的岩鹽特別適合。
食鹽水濃度則是依據蓄冷劑所被要求的溫度範圍而異,作為0℃~-17℃的冷藏範圍用蓄冷劑來使用的情況下,岩鹽的含量係1~17wt%;作為-18℃以下的冷凍範圍用蓄冷劑來使用的情況下,岩鹽的含量係18~21wt%為宜。想要使蓄冷劑的凝固點將低1℃的話,只要多添加岩鹽1wt%即可。
根據本發明,係可提供:短時間即可結凍而且保冷效果的維持時間很長的蓄冷劑。
又,本發明的蓄冷劑因為是由:乾燥架橋纖維素凝膠、食鹽、水所組成之具有天然分解性之完全天然素材的製品,所以蓄冷劑本身無須做廢棄處理,即使不小心發生了洩漏,也是安全的,因此不僅極為容易運用,也最適合運用在:生鮮食品或醫藥品之類的特別要求安全性的製品的保管、運送方面。
茲佐以實施例及比較例來詳細說明本發明如下。
[製造例1]<冷藏範圍用蓄冷劑>
將離子交換水12公升注入到真空混練裝置的混練鍋槽(內容量為60公升)內,再添加粉末羧甲基纖維素鈉(日本製紙株式會社製的「SUNROSE系列商品型號F350HC-4」)3公斤,水與羧甲基纖維素的總量共計置入15公升。此時,為了抑制粉末羧甲基纖維素鈉的粉末上飄,一邊從粉末的上方噴水霧一邊進行添加。原料添加後,將真空混練裝置的蓋子關閉,一邊進行真空吸引,一邊在真空混練裝置內進行攪拌40分鐘而調製成纖維素混練物。
接下來,在真空下將纖維素混練物成形,並照射電子線14kGy,以調製成架橋纖維素凝膠。再將架橋纖維素凝膠移置到乾燥機內以大約70℃進行乾燥。
將中國湖北省產的岩鹽55公克(總量1,100公克的5%)溶解到離子交換水中以調製成5%的食鹽水。在這個5%的食鹽水中添加入乾燥架橋纖維素凝膠27.5公克(總量1,100公克的2.5wt%),進行50分鐘的攪拌,5分鐘的靜置,然後再進行10分鐘的攪拌使其均勻地混合而調製成蓄冷劑。
[比較製造例1]
除了所使用的乾燥架橋纖維素凝膠係採用本案申請人的先前申請案之日本特開2007-238735號公報的實施例所記載的乾燥架橋纖維素凝膠之外,其他的條件都與製造例1相同來調製出蓄冷劑。亦即,對於使用開放型的混練鍋槽進行混練而成的軟膏狀羧甲基纖維素,照射鈷60γ射線5kGy之後,令其乾燥後而成的乾燥架橋纖維素凝膠的添加量為27.5公克以及添加5%食鹽水,進行攪拌而調製成蓄冷劑。(總量1100公克,凝膠2.5%〈27.5公克〉、食鹽5%〈55公克〉、水1017.5cc)
[實施例1]
將製造例1所調製的蓄冷劑1100公克充填到蓄冷劑保存盒(橫19.5公分×縱26公分×厚度3.5公分)內,並且測定了凍結時間及保冷時間。
<凍結時間的測定>
先將蓄冷劑保存盒放置成室溫之後,再放入-35℃的無風扇冷凍庫內進行24小時的冷卻,並且測定其完全凍結為止所需的時間。將結果顯示於第1圖。
蓄冷劑的初期溫度為10.4℃,放入冷凍庫之後大約1小時10分鐘的程度,蓄冷劑的溫度急遽地降低到-10℃,大約2小時20分鐘的程度,完全地凍結,6小時之後,達到-17.6℃。
<保冷時間的測定>
將已經在-35℃的冷凍庫內冷卻了24小時後的蓄冷劑保存盒,靜置在保利龍製的箱子(橫32公分×縱51公分×高15公分)內,將保利龍製的箱子放置在室溫下,進行測定保利龍製的箱子內的溫度。將結果顯示於第2圖。
將蓄冷劑剛放入保利龍製的箱子內時的初期溫度為-12.5℃,約8.5小時後,上昇至0℃,約9.5小時後,上昇至3.1℃。
[比較例1]
使用比較製造例1所製造的蓄冷劑,執行了與實施例1相同的實驗。將結果顯示於第1圖及第2圖。
<凍結時間的測定>
初期溫度為11.8℃,放進冷凍庫之後大約1小時10分鐘後,變成-5℃,約4小時後完成凍結,約6小時後,變成-13.9℃。
<保冷時間的測定>
初期溫度為-11.1℃,放進保利龍製的箱子之後大約7.5小時後,變成0℃,約9.5小時後,上昇至10.1℃。
<實施例1與比較例1之比較>
本發明的蓄冷劑至完全凍結為止所需的時間只要2小時的程度,非常地短,只需6小時的冷凍即可達到-17.6℃,只要極短的時間就可達成凍結。而比較例1至完全凍結為止需要大約4小時,6小時之後也只能達到-13.9℃而已。
又,本發明的蓄冷劑上昇至0℃為止大約需要8.5小時,即使是9.5小時之後還是停留在3.1℃,相對地,比較例1是在大約7.5小時就上昇至0℃,在9.5小時之後就達到10.1℃。蓄冷劑只要超過10℃的話,就喪失了保冷性,因此,比較例1可以說是只能夠當作大約9小時的蓄冷劑來使用。相對地,本發明的蓄冷劑在到達3.1℃之後的溫度上昇的坡度係較之比較例1更為趨緩,可以說是具有長時間的保冷性。
[實施例2]
將製造例1所調製的蓄冷劑650公克充填到蓄冷劑保存盒(橫15公分×縱26.5公分×厚度2公分),並測定其凍結時間及保冷時間。
<凍結時間的測定>
將蓄冷劑保存盒放置成室溫之後,放進-35℃的無風扇冷凍庫內冷卻24小時並且測定其至凍結為止的時間。將結果顯示於第3圖。
蓄冷劑的初期溫度為13℃,放進冷凍庫之後約50分鐘的程度,蓄冷劑的溫度急遽降低到-5℃,3小時10分鐘的程度就完全凍結,6小時後,達到-27.1℃。
<保冷時間的測定>
將已經在-35℃的冷凍庫內冷卻達24小時後的蓄冷劑保存盒靜置在保利龍製的箱子(橫32公分×縱51公分×高15公分)內,再將保利龍製的箱子放置於室溫內,並且測定了保利龍製的箱子內的溫度。將結果顯示於第4圖。
將蓄冷劑剛放進保利龍製的箱子內時的初期溫度為-17℃,約6小時後,上昇為0℃,約6.5小時之後,上昇為2.9℃。
[比較例2]
除了使用市售的蓄冷劑(凝膠化劑:高分子聚合物、寒劑:丙二醇)的這個條件不同之外,其餘條件均與實施例2相同,並且測定了凍結時間及保冷時間。將結果顯示於第3圖及第4圖。
<實施例2與比較例2之比較>
本發明的蓄冷劑至完全凍結為止所需的時間只要3小時的程度非常地短,經過6小時的冷凍即可達到-27.1℃,在極短的時間內即可達成凍結。市售的蓄冷劑則需要約4小時才會完全凍結,即使約6小時後,也只能夠達到-25.1℃而已。
又,本發明的蓄冷劑上昇至0℃為止大約需要6小時,6.5小時之後溫度還是停留在2.9℃,相對地,市售的蓄冷劑,約5小時就上昇至0℃,經過6小時後溫度就急遽地上昇,6.5小時之後就達到9.1℃。冷藏範圍用的蓄冷劑,只要超過10℃的話,就喪失了保冷性,因此,比較例可以說是只能夠當作約6.5小時的蓄冷劑來使用。相對地,本發明的蓄冷劑在到達2.9℃之後的溫度上昇的坡度是較之市售的蓄冷劑更為趨緩,可以說是具有長時間的保冷性。
[製造例2]<冷凍範圍用蓄冷劑>
將12公升的離子交換水注入到真空混練裝置的混練鍋槽(內容量60公升)內,添加入3公斤的粉末羧甲基纖維素鈉(日本製紙株式會社製「SUNROSE系列商品型號F350HC-4」),水與羧甲基纖維素的總量共計置入15公升。此時,為了抑制粉末羧甲基纖維素鈉的粉末上飄,一邊從粉末的上方噴水霧一邊進行添加。原料添加後,將真空混練裝置的蓋子關閉,一邊進行真空吸引,一邊在真空混練裝置內進行攪拌40分鐘而調製成纖維素混練物。
接下來,在真空下將纖維素混練物成形,並照射電子線14kGy,以調製成架橋纖維素凝膠。再將架橋纖維素凝膠移置到乾燥機內以大約70℃進行乾燥。
將中國湖北省產的岩鹽130公克(總量650公克的20%)溶解到離子交換水中以調製成20%的食鹽水。在這個20%的食鹽水中添加入乾燥架橋纖維素凝膠19.5公克(總量650公克的3wt%),進行50分鐘的攪拌,5分鐘的靜置,然後再進行10分鐘的攪拌使其均勻地混合而調製成蓄冷劑。
[實施例3]
將製造例2所調製的蓄冷劑650公克充填到蓄冷劑保存盒(橫15公分×縱26.5公分×厚度2公分)內,並且測定其凍結時間及保冷時間。
<凍結時間的測定>
將蓄冷劑保存盒放置於室溫之後,放進-35℃的無風扇冷凍庫冷卻24小時,測定其至凍結為止的時間。將結果顯示於第5圖。
蓄冷劑的初期溫度為7.9℃,放進冷凍庫之後1小時30分鐘的程度,蓄冷劑的溫度急遽地降低至-20℃,2小時30分鐘的程度就完全凍結,4小時之後,溫度達到-23.9℃。
<保冷時間的測定>
將已經在-35℃的冷凍庫內冷卻達24小時後的蓄冷劑保存盒靜置在保利龍製的箱子(橫32公分×縱51公分×高15公分)內,再將保利龍製的箱子放置於室溫內,並且測定了保利龍製的箱子內的溫度。將結果顯示於第6圖。
蓄冷劑剛放進保利龍製的箱子內時的初期溫度為-21.7℃,約3小時半後,溫度上昇至0℃。
[比較例3]
除了使用市售的蓄冷劑(凝膠化劑:高分子聚合物、寒劑:丙二醇)的這個條件不同之外,其餘條件均與實施例3相同,並且測定了凍結時間及保冷時間。將結果顯示於第5圖及第6圖。
<實施例3與比較例3之比較>
本發明的蓄冷劑至完全凍結為止所需的時間只要2小時30分鐘的程度非常地短,經過4小時的冷凍即可達到-23.9℃,在極短的時間內即可達成凍結。市售的蓄冷劑則需要約3小時才會完全凍結,即使約4小時後,也只能夠達到-22.8℃而已。
又,本發明的蓄冷劑上昇至0℃為止大約需要約3小時30分鐘,相對地,市售的蓄冷劑,約2小時40分鐘就上昇至0℃,經過4小時後溫度就達到8.2℃。冷凍範圍用的蓄冷劑,只要超過0℃的話,就喪失了保冷性,因此,比較例可以說是只能夠當作約2小時40分鐘程度的蓄冷劑來使用。相對地,本發明的蓄冷劑在到達0℃之前的溫度上昇的坡度是較之市售的蓄冷劑更為趨緩,可以說是具有長時間的保冷性。
[製造例3]<冷凍用蓄冷劑>
將12公升的離子交換水注入到真空混練裝置的混練鍋槽(內容量60公升)內,添加入3公斤的粉末羧甲基纖維素鈉(日本製紙株式會社製「SUNROSE系列商品型號F350HC-4」),水與羧甲基纖維素的總量共計置入15公升。此時,為了抑制粉末羧甲基纖維素鈉的粉末上飄,一邊從粉末的上方噴水霧一邊進行添加。原料添加後,將真空混練裝置的蓋子關閉,一邊進行真空吸引,一邊在真空混練裝置內進行攪拌40分鐘而調製成纖維素混練物。
接下來,在真空下將纖維素混練物成形,並照射電子線14kGy,以調製成架橋纖維素凝膠。再將架橋纖維素凝膠移置到乾燥機內以大約70℃進行乾燥。
將中國湖北省產的岩鹽100公克(總量500公克的20%)溶解到離子交換水中以調製成20%的食鹽水。在這個20%的食鹽水中添加入乾燥架橋纖維素凝膠15公克(總量500公克的3wt%),進行50分鐘的攪拌,5分鐘的靜置,然後再進行10分鐘的攪拌使其均勻地混合而調製成蓄冷劑。
[實施例4]
將製造例3所調製的蓄冷劑500公克充填到蓄冷劑保存盒(橫14公分×縱20公分×厚度2.3公分)內,並且測定其凍結時間及保冷時間。
<凍結時間的測定>
將蓄冷劑保存盒放置於室溫之後,放進-35℃的無風扇冷凍庫冷卻24小時,測定其至凍結為止的時間。將結果顯示於第7圖。
蓄冷劑的初期溫度為2.7℃,放進冷凍庫之後大約1小時50分鐘的程度,就完全凍結,4小時之後,溫度達到-23.0℃。
<保冷時間的測定>
將已經在-35℃的冷凍庫內冷卻達24小時後的蓄冷劑保存盒靜置在保利龍製的箱子(橫32公分×縱51公分×高15公分)內,再將保利龍製的箱子放置於室溫內,並且測定了保利龍製的箱子內的溫度。將結果顯示於第8圖。
蓄冷劑剛放進保利龍製的箱子內時的初期溫度為-23.4℃,即使經過約6小時之後,溫度還是停留在-9.0℃。
[比較例4]
除了使用比較製造例1所製造的乾燥架橋纖維素凝膠的這個條件不同之外,其餘的條件都與製造例4相同,來調製出蓄冷劑。亦即,係添加了比較製造例1的乾燥架橋纖維素凝膠15公克及20%食鹽水來進行攪拌,以調製成蓄冷劑。除了使用以這種方式調製出來的蓄冷劑之外,其餘條件都與實施例4相同,並且測定了凍結時間及保冷時間。將其結果顯示於第7圖及第8圖。
<實施例4與比較例4之比較>
本發明的蓄冷劑至完全凍結為止所需的時間只要1小時50分鐘的程度非常地短,經過4小時的冷凍即可達到-23.0℃,在極短的時間內即可達成凍結。比較例4的蓄冷劑則需要約2小時50分鐘才會完全凍結,即使約4小時後,也只能夠達到-22.9℃而已。
又,本發明的蓄冷劑約6小時之後,依舊可維持在-9.0℃,相對地,比較例4的蓄冷劑,約6小時後就上昇至-4.0℃。又,本發明的蓄冷劑在6小時之前的溫度上昇的坡度係較之比較例4的蓄冷劑更為趨緩,因此可以說是具有長時間的保冷性。
<總結>
由以上的比較結果可知本發明的蓄冷劑與習知的蓄冷劑比較之下,具有極優異的凍結性及保冷性。在上述實施例及比較例中,雖然是針對一個蓄冷劑的凍結時間及保冷時間進行測定,但是通常都是將複數個同時進行凍結。要將複數個同時進行凍結時,所需的時間會較之上述實施例更長的時間,但是本發明的蓄冷劑即使是在一般的使用態樣之4個同時進行凍結的情況下,也是在5小時以內即可完成凍結。
[產業上的利用性]
本發明的蓄冷劑係由:可自然分解的天然素材所組成,可在極短的凍結時間內就凍結,並且保冷時間很長,對於生鮮食料品或醫藥品的長距離運送或保管等方面非常有效。
第1圖係顯示實施例1及比較例1的凍結時間的測定結果之圖表。
第2圖係顯示實施例1及比較例1的保冷時間的測定結果之圖表。
第3圖係顯示實施例2及比較例2的凍結時間的測定結果之圖表。
第4圖係顯示實施例2及比較例2的保冷時間的測定結果之圖表。
第5圖係顯示實施例3及比較例3的凍結時間的測定結果之圖表。
第6圖係顯示實施例3及比較例3的保冷時間的測定結果之圖表。
第7圖係顯示實施例4及比較例4的凍結時間的測定結果之圖表。
第8圖係顯示實施例4及比較例4的保冷時間的測定結果之圖表。
Claims (5)
- 一種蓄冷劑,係由:將15~25wt%的纖維素與水在真空下進行混練而成的軟膏狀纖維素混練物加以照射電子線而得的乾燥架橋纖維素凝膠2~4wt%、1~21wt%的岩鹽以及水所組成的。
- 如申請專利範圍第1項所述的蓄冷劑,其中,前述乾燥架橋纖維素凝膠係:將吸水24小時後的凝膠除以吸水前的初期重量所計算出來的吸水倍率為150~200倍的乾燥凝膠。
- 如申請專利範圍第1或2項所述的蓄冷劑,其中,前述纖維素係:在1~5%食鹽水中呈現出2600mPa‧s以上的黏度(依據B型黏度計所測得的黏度)並且在10%食鹽水中呈現出4600mPa‧s以上的黏度(依據B型黏度計所測得的黏度)之羧甲基纖維素鈉。
- 如申請專利範圍第1或2項所述的蓄冷劑,其中,前述電子線的照射量係9~14kGy。
- 如申請專利範圍第1或2項所述的蓄冷劑,其中,前述岩鹽係NaCl含量99wt%以上,Na+ 及Mg2+ 的總含量係大於0且0.3wt%以下的岩鹽。
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