TWI760130B - 高染色牢度雙組份複合纖維、紗線及該紗線所製得之織物 - Google Patents
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Abstract
本發明係提供一種具有高染色牢度、高捲縮性及優良的回彈性之雙組份複合纖維、使用該雙組份複合纖維所製得之紗線、以及包含有該雙組份複合纖維或該紗線所製得之織物。
一種高染色牢度雙組份複合纖維,係由陽離子可染熱塑性聚酯彈性體及聚酯聚合物所構成。
Description
本發明係關於一種具捲縮性且具高染色牢度之雙組份複合纖維、使用該雙組份複合纖維所製得之紗線、以及包含有該雙組份複合纖維或該紗線所製得之織物。
雙組份複合纖維係採用兩種化學或物理性質不同,但化學組成屬於同一種屬的聚合物透過複合紡絲技術所製得之複合纖維。複合纖維中所含兩種組份相互補充,因此複合纖維的性能通常優於一般的合成纖維,具有多方面的用途。依各組份在纖維中的分佈形式,可分為並列型(Side by side)、皮蕊型(sheath-core)、多層型(multi-layer)、分割型(segment pie)和海島型(Sea & Islands)等。
複合纖維的自發捲縮性,係以製造並列型雙組份複合纖維時產生的為主,其以二聚合體相異的極限黏度為基礎,因二聚合體具有不同之收縮量而使纖維產生立體捲曲(crimp)。自發捲縮性的先決條件乃是由二聚合體之收縮量、收縮程度及彈性模數的差異所產生之必然的潛在捲曲性。除了收縮差為必要條件外,該二成分間還必須要有良好的黏著性,但不一定要使用不同的聚合物。因為收縮差亦可由分子順向、結晶度或相對黏度的差異而產生。
然而一般而言,同材質之纖維材料所能產生的收縮差異較小,因而不易產生滿足高彈性訴求所需要的高收縮差。
例如日本特許公開第2001-226832號中揭示一種使用黏度不同之2種成分的聚酯(極限黏度0.76之聚對苯二甲酸乙二酯(PET)與極限黏度0.53之聚對苯二甲酸乙二酯(PET))所複合製得之並列型高捲縮雙組份複合纖維,然而其捲縮指標CI(即彈性衡量指標)卻不甚理想。
另外,熱塑性聚酯彈性體(TPEE)因具有低玻璃轉移溫度,染料雖然容易擴散至纖維內部,但染料也會容易從纖維內部擴散出來,導致嚴重掉色,因此多用於分散性染,且色牢度亦不佳。
因此,為解決上述習知技術的缺點,本發明之目的在於提供一種具有高染色牢度、高捲縮性及優良的回彈性之雙組份複合纖維、使用該雙組份複合纖維所製得之紗線、以及包含有該雙組份複合纖維或該紗線所製得之織物。
本發明一實施型態之高染色牢度雙組份複合纖維係由為第一組份之陽離子可染熱塑性聚酯彈性體及為第二組份之聚酯聚合物所構成。
在本發明一具體實例中,該第一組份為以聚對苯二甲酸丁二酯或聚對苯二甲酸乙二酯作為硬鏈段之聚酯彈性體。
在本發明一具體實例中,該第一組份之極限黏度係介於0.5dl/g至2.4dl/g之間。
在本發明一具體實例中,該第一組份為加入苯磺酸金屬鹽所形成之共聚物。
在本發明一具體實例中,該第二組份之極限黏度係介於0.45dl/g至1.2dl/g之間。
在本發明一具體實例中,該第二組份係選自聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚間苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯/聚間苯二甲酸乙二醇酯共聚物、聚對苯二甲酸丁二醇酯、陽離子可染聚酯、聚丁二酸丁二醇酯、環保回收聚酯、生質聚酯以及熱塑性聚酯彈性體所構成之群中任一者。
在本發明一具體實例中,該第一組份與該第二組份之重量比為20:80~80:20。
在本發明一具體實例中,該高染色牢度雙組份複合纖維為斷面並列型之雙組份複合纖維。
在本發明一具體實例中,該高染色牢度雙組份複合纖維為全延伸絲(FDY)、高順向絲(HOY)、一般假撚加工絲(DTY)或空氣假撚加工絲(ATY)。
在本發明一具體實例中,該高染色牢度雙組份複合纖維為長纖維或短纖維。
本發明一實施型態之紗線係使用上述高染色牢度雙組份複合纖維所單獨構成,或使用上述高染色牢度雙組份複合纖維與其他纖維所複合構成。
本發明一實施型態之織物係包含有上述高染色牢度雙組份複合纖維或上述紗線所製得之織物。
依據本發明,便可提供一種具有高染色牢度、高捲縮性及優良的回彈性之雙組份複合纖維、使用該雙組份複合纖維所製得之紗線、以及包含有該雙組份複合纖維或該紗線所製得之織物。
以下,針對本發明之雙組份複合纖維詳細說明。
本發明之雙組份複合纖維係由作為第一組分之陽離子可染熱塑性聚酯彈性體(CD-TPEE),以及作為第二組分之聚酯聚合物所構成。其中陽離子可染熱塑性聚酯彈性體與聚酯聚合物的重量比為20:80~80:20,較佳為30:70~70:30,更佳為40:60~60:40。
<陽離子可染熱塑性聚酯彈性體>
一般來說,熱塑性聚酯彈性體(Thermoplastic Polyester Elastomers;TPEE)是由短的硬鏈段(結晶相)和長的軟鏈段所構成之嵌段式共聚高分子,因特殊的化學結構,使得TPEE同時具有橡膠的彈性、柔軟性和熱塑性樹脂的剛硬性和易加工性。
因此,本發明之陽離子可染熱塑性聚酯彈性體(CD-TPEE)係採用以聚對苯二甲酸丁二醇酯(Poly Butylene Terephthalate;PBT)作為硬鏈段之熱塑性聚酯彈性體(以下亦稱作「PBT-BASE TPEE」),或以聚對苯二甲酸乙二醇酯(Poly Ethylene Terephthalate;PET)作為硬鏈段之熱塑性聚酯彈性體(以下亦稱作「PET-BASE TPEE」),且以聚醚(Polytetramethylene Ether Glycol:PTMEG)作為軟鏈段所複合製得。其中硬鏈段與軟鏈段的重量比為80:20~20:80,聚醚的數目平均分子量為500~5000。
有關PET-BASE TPEE及PBT-BASE TPEE的製備及分子結構示意如下:
TPA+EG+PTMEG→PET-BASE TPEE
TPA+1,4-BDO+PTMEG→PBT-BASE TPEE
本發明所使用之陽離子可染熱塑性聚酯彈性體(CD-TPEE)可依下述方式製得。首先,取對750g的苯二甲酸二甲酯、660g的1,4-丁二醇、150g的聚四亞甲基醚二醇(分子量1000)、2.5g的鈦酸四丁酯及0.5g的偏苯三酸酐於反應釜中。升溫至220℃後,進行酯交換反應330分鐘。反應完成後加入1.5g的鈦酸四丁酯、3g的IR1098及40.4g的間苯二甲酸-5磺酸鈉溶液於反應釜中。開啟抽真空系統,將聚合溫度設定為245℃,反應達終點後吐出酯粒。
如前述,本發明所使用之陽離子可染熱塑性聚酯彈性體係在TPEE聚合過程中加入間苯二甲酸-5磺酸金屬鹽之溶液,由於磺酸金屬鹽基團可與陽離子染料
發生化學反應,具有親和性,故會使染料易於固定在纖維上,使得染色後的織物色澤鮮亮,且上染率高,洗滌後不易褪色或掉色。該磺酸金屬鹽可為鈉鹽、鉀鹽或鋰鹽。
此外,前述陽離子可染熱塑性聚酯彈性體亦可為回收用TPEE經熔融降解後之重製物。
抑或,前述陽離子可染熱塑性聚酯彈性體亦可依下述方式製得。在TPEE中加入高濃度苯磺酸金屬鹽母粒,其中該高濃度苯磺酸金屬鹽母粒可至少含有TPEE或PBT。
本發明所使用之陽離子可染熱塑性聚酯彈性體的極限黏度係介於0.5~2.4dl/g之範圍。若陽離子可染熱塑性聚酯彈性體的極限黏度小於0.5dl/g,則纖維的生產良率不佳且物性差。若陽離子可染熱塑性聚酯彈性體的極限黏度大於2.4dl/g,則聚合物的流動性差,需提高熔融溫度而會導致聚合物容易降解,故生產良率不佳。因此,本發明所使用之陽離子可染熱塑性聚酯彈性體的極限黏度係介於0.5~2.4dl/g之範圍,較佳介於0.8~2.2dl/g之範圍,更佳介於1.1~1.9dl/g之範圍。
<聚酯聚合物>
本發明所使用之聚酯聚合物可為選自聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚間苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯/聚間苯二甲酸乙二醇酯共聚物、聚對苯二甲酸丁二醇酯、陽離子可染聚酯、聚丁二酸丁二醇酯、環保回收聚酯、生質聚酯以及熱塑性聚酯彈性體所構成之群中任一者。
前述聚酯聚合物的極限黏度係介於0.45~1.2dl/g之範圍。若聚酯聚合物的極限黏度小於0.45dl/g,則其纖維生產良率不佳,且物性差。若聚酯聚合物的極限
黏度大於1.2dl/g,則聚合物的流動性差,需提高熔融溫度而會導致聚合物容易降解,故生產良率不佳。因此,本發明所使用之聚酯聚合物的極限黏度係介於0.45~1.2dl/g之範圍,較佳介於0.45~0.85dl/g之範圍,更佳介於0.45~0.70dl/g之範圍。
<雙組份複合纖維之製造方法>
以下說明本發明之雙組份複合纖維之製造方法。
本發明之雙組份複合纖維可採用一段式直接紡絲延伸製程來製造。具體而言,係使紡絲原料(即構成本發明之雙組份複合纖維而為第一組分之陽離子可染熱塑性聚酯彈性體(CD-TPEE),以及構成本發明之雙組份複合纖維而為第二組分之聚酯聚合物)在熔壓機受熱成為熔融狀態之情況下,自並列型紡嘴定量吐出,經冷卻與上油後,以紡速1000~6000m/min、延伸倍率1.0~10倍、延伸溫度20~100℃及定型溫度20~200℃進行紡絲延伸來製得高捲縮雙組份之全延伸絲(FDY)或高順向絲(HOY)。
本發明之雙組份複合纖維亦可採用多段式紡絲、延伸、假撚製程來製造。具體而言,係使前述紡絲原料在熔壓機受熱成為熔融狀態之情況下,自並列型紡嘴定量吐出,經冷卻與上油後,以紡速500~6000m/min進行捲取,再經由加工速度100~1200m/min、熱板溫度70~220℃、延伸倍率1~10倍之延伸製程,或DTY假撚加工製程,或ATY空氣假撚加工製程,來製作高捲縮雙組份之全延伸絲(FDY)或假撚加工絲(DTY(一般假撚加工絲)、ATY(空氣假撚加工絲))。
另外,本發明之雙組份複合纖維的製造過程中,亦可因應需求添加其他機能性添加劑,例如耐燃劑、蓄熱保溫劑、抗紫外線劑、抗靜電劑、螢光增白劑、抗菌劑、消光劑等。
依據上述製造方法所製得之本發明之雙組份複合纖維可為圓形斷面或非圓形斷面。
依據上述製造方法所製得之本發明之雙組份複合纖維可為長纖維或短纖維。
<雙組份複合纖維之物性的測定>
以下針對本發明之並列型雙組份複合纖維之物性的測定方式詳加敘述。
1.極限黏度(Intrinsic Viscosity;IV)
極限黏度IV係以ASTM D2857-87法做測試。具體而言,將以下所述之各實施例及各比較例的紡絲原料溶解成待測液,計算不同濃度(0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%)之待測液與純溶劑在作為毛細管度計之Ubbelohde黏度計中分別的流動時間,並測出各待測液之固有黏度,再以固有黏度對濃度作圖,而以外插法算出當濃度趨於0%時之黏度作為極限黏度。極限黏度的單位為(dl/g)。
2.纖維強伸度
以自動拉伸試驗儀(STATIMAT M)測量纖維之斷裂強度與斷裂伸度。
3.捲縮指標(Crimp Index;CI),即彈性衡量指標
依下述方式測量捲縮指標CI。
(1)樣品準備:將使用本發明之雙組份複合纖維所製得的紗線,以1m或1.125m/圈的捲尺機捲繞。繞紗的圈數如下:
圈數=(3500)/(纖度)
(2)將烘箱設定為120℃,先恆溫30分鐘後再進行試驗。
(3)將繞取之紗樣懸掛後,於紗樣末端掛上10.5g,再掛上700g的荷重,經過10秒後測量此時的長度為L1。
(4)取下紗樣上700g的荷重,放入烘箱溫度達120℃時開始計時烘烤5分鐘。
(5)將紗樣由烘箱取出(此時仍掛著10.5g的荷重),於常溫冷卻並懸掛2小時後測量此時的長度為L2。
(6)加掛700g的荷重10秒後,測量此時的長度為L3。
(7)捲縮指標CI的計算:
CI%=((L3-L2)/(L2))×100%
依據本發明之雙組份複合纖維,便可依需要來製造出具有高捲縮性之長纖製品或短纖製品。
可單獨利用前述製得之雙組份複合纖維或包含前述製得之雙組份複合纖維進而與其他纖維來複合形成紗線,並以業界眾知之紡織技術來製造出相關織物。
以下藉由評估試驗,可得知本發明之雙組份複合纖維具有優良的纖維強度、纖維伸度及捲縮指標CI。
<評估試驗1>
[實施例1~3]
實施例1~3中,係以陽離子可染熱塑性聚酯彈性體(CD-TPEE)作為第一組份,以聚對苯二甲酸乙二酯(PET)作為第二組份,來構成本發明之雙組份複合纖維。該陽離子可染熱塑性聚酯彈性體為PBT-BASE TPEE。該陽離子可染熱塑性聚酯彈性體(CD-TPEE)之極限黏度為1.8dl/g。該聚對苯二甲酸乙二酯(PET)之極限黏度為0.45dl/g。
分別使用螺桿擠壓機,將前述第一組份之以熔融溫度200~290℃熔融,將第二組份以熔融溫度280~300℃熔融。然後,分別經過計量吐出後,分別將
作為紡絲原料之該第一組份與該第二組份以既定的重量比(實施例1中第一組份與第二組份的重量比為20:80,實施例2中第一組份與第二組份的重量比為50:50,實施例3中第一組份與第二組份的重量比為80:50)送進紡絲箱紡溫285℃,再從複合並列紡絲噴絲孔組件擠出並經過冷卻風冷卻後,以紡絲速度4000m/min、延伸溫度80℃、定型溫度140℃及延伸倍率2.1,而製得75D/24F雙組份全延伸絲(FDY)。將其物性的測量結果顯示於表1。
[實施例4]
實施例4相較於實施例2之相異點為以CD-PET(陽離子可染聚酯)作為第二組份,其極限黏度為0.56dl/g。其餘製造方法及製程條件皆與實施例2相同。將所製得之75D/24F雙組份全延伸絲之物性的測量結果顯示於表1。
[比較例1]
比較例1相較於實施例2之相異點為以高極限黏度(極限黏度0.75dl/g)之聚對苯二甲酸乙二酯(PET)作為第一組份,且以低極限黏度(極限黏度0.53dl/g)之聚對苯二甲酸乙二酯(PET)作為第二組份。其餘製造方法及製程條件皆與實施例2相同。將所製得之75D/24F之雙組份全延伸絲之物性的測量結果顯示於表1。
<評估試驗2>
[實施例5~6]
實施例5~6相較於實施例2雖同樣以PBT-BASE TPEE之陽離子可染熱塑性聚酯彈性體(CD-TPEE)作為第一組份,以聚對苯二甲酸乙二酯(PET)作為第二組份,但實施例5中,第一組份之極限黏度為0.5dl/g,實施例6中,第一組份之極限黏度為2.4dl/g。其餘製造方法及製程條件皆與實施例2相同。將所製得之75D/24F雙組份全延伸絲之物性的測量結果顯示於表2。
[比較例2~3]
比較例2~3相較於實施例2雖同樣以PBT-BASE TPEE之陽離子可染熱塑性聚酯彈性體(CD-TPEE)作為第一組份,以聚對苯二甲酸乙二酯(PET)作為第二組份,但比較例2中,第一組份之極限黏度為0.45dl/g,比較例3中,第一組份之極限黏度為2.5dl/g。其餘製造方法及製程條件皆與實施例2相同。
將所製得之75D/24F雙組份全延伸絲之物性的測量結果顯示於表2。
*比較例2之生產良率不佳,且物性差
**比較例3之生產良率不佳
<評估試驗3>
[實施例7~8]
實施例7~8相較於實施例2雖同樣以PBT-BASE TPEE之陽離子可染熱塑性聚酯彈性體(CD-TPEE)作為第一組份,以聚對苯二甲酸乙二酯(PET)作為第二組份,但實施例7中,第二組份之極限黏度為0.76dl/g,實施例8中,第二組份之極限黏度為1.0dl/g。其餘製造方法及製程條件皆與實施例2相同。將所製得之75D/24F雙組份全延伸絲之物性的測量結果顯示於表3。
[比較例4]
比較例4相較於實施例2雖同樣以PBT-BASE TPEE之陽離子可染熱塑性聚酯彈性體(CD-TPEE)作為第一組份,以聚對苯二甲酸乙二酯(PET)作為第二組份,但比較例4中,第二組份之極限黏度為1.30dl/g。其餘製造方法及製程條件皆與實施例2相同。將所製得之75D/24F雙組份全延伸絲之物性的測量結果顯示於表3。
*比較例4之生產良率不佳
<評估試驗5>
[實施例9~11]
實施例9~11相較於實施例2之相異點為以不同的製造方法來製造雙組份複合纖維。
同實施例2,實施例9~11中係以PBT-BASE TPEE之陽離子可染熱塑性聚酯彈性體(CD-TPEE)作為第一組份,以聚對苯二甲酸乙二酯(PET)作為第二組份,來構成本發明之雙組份複合纖維。實施例9~11中,第一組份之極限黏度為1.8dl/g,第二組份之極限黏度為0.45dl/g。
分別使用螺桿擠壓機,將前述第一組份之以熔融溫度200~290℃熔融,將前述第二組份以熔融溫度280~300℃熔融。然後,分別經過計量吐出後,分別將作為紡絲原料之該第一組份與該第二組份以50:50之重量比送進紡絲箱紡溫285℃,再從複合並列紡絲噴絲孔組件擠出並經冷卻風冷卻後,以紡絲速度3000m/min捲取,然後再進行加工速度500m/min、延伸倍率1.8之FDY延伸製程(實施例9),或DTY假撚加工製程(實施例10),或ATY空氣假撚加工製程(實施例11)來製作具高捲縮雙組份之全延伸絲(FDY)或假撚加工絲(DTY或ATY)。將其物性的測量結果顯示於表4。
<評估試驗5>
[實施例12~14]
實施例12、13相較於實施例2之相異點為改變第一組份之硬鏈段成分及極限黏度,實施例14相較於實施例2之相異點為改變第一組份之硬鏈段成分。
不同於實施例2係以PBT作為第一組份的硬鏈段成分,實施例12~14中係以PET作為第一組份的硬鏈段成分,亦即,以PET-BASE TPEE之陽離子可染熱塑性聚酯彈性體(CD-TPEE)來作為第一組份。此外,實施例12中,第一組份之極限黏度為1.1dl/g,實施例13中,第一組份之極限黏度為1.5dl/g,實施例14中,第一組份之極限黏度為1.8dl/g。其餘製造方法及製程條件皆與實施例2相同。將所製得之75D/24F雙組份全延伸絲之物性的測量結果顯示於表5。
<評估試驗6>
[實施例15~17]
實施例15~17相較於實施例2之相異點為改變第二組份的紡絲原料及其極限黏度。詳細而言,實施例15~17相較於實施例2雖同樣以PBT-BASE TPEE之陽離子可染熱塑性聚酯彈性體(CD-TPEE)作為第一組份,但也是以同樣的PBT-BASE TPEE之陽離子可染熱塑性聚酯彈性體(CD-TPEE)作為第二組份,來構成本發明之雙組份複合纖維。實施例15~17中,第一組份之極限黏度為1.8dl/g,第二組份之極限黏度1.2dl/g。
分別使用螺桿擠壓機,將前述第一組份之以熔融溫度200~290℃熔融,將前述第二組份以熔融溫度200~290℃熔融後,以相同於實施例2之製造方法
及製程條件而製得75D/24F雙組份全延伸絲(FDY)。將其物性的測量結果顯示於表6。
<評估試驗7>
[實施例18]
實施例18相較於實施例2之相異點為改變第二組份的紡絲原料及其極限黏度。詳細而言,實施例18相較於實施例2雖同樣以PBT-BASE TPEE之陽離子可染熱塑性聚酯彈性體(CD-TPEE)作為第一組份,但以回收聚酯作為第二組份,來構成本發明之雙組份複合纖維。實施例8中,第一組份之極限黏度為1.8dl/g,第二組份之極限黏度0.55dl/g。
分別使用螺桿擠壓機,將前述第一組份之以熔融溫度200~290℃熔融,將前述第二組份以熔融溫度280~300℃熔融後,以相同於實施例2之製造方法及製程條件而製得75D/24F雙組份全延伸絲(FDY)。將其物性的測量結果顯示於表7。
<評估試驗1~6的結果>
由表1可得知:使用PET作為第一組份之比較例1所測得的捲縮指標CI不佳。
由表2可得知:使用極限黏度0.45dl/g之CD-TPEE作為第一組份之比較例2所測得的纖維強度及捲縮指標CI均不佳,使用極限黏度2.5dl/g之CD-TPEE作為第一組份之比較例3所測得的纖維強度、纖維伸度及捲縮指標雖與實施2、5、6為同等級,但生產良率不佳。
由表3可得知:使用極限黏度1.30dl/g之PET作為第二組份之比較例4所測得的捲縮指標CI不佳,且生產良率不佳。
進而,由表1~7可得知即便是採用不同的製造方法及紡絲原料,實施例1~18均可獲得具有高染色牢度、高捲縮性及優良的回彈性之雙組份複合纖維。
Claims (10)
- 一種高染色牢度雙組份複合纖維,係由為第一組份之陽離子可染熱塑性聚酯彈性體及為第二組份之聚酯聚合物所構成,該第一組份之極限黏度係介於0.5dl/g至2.4dl/g之間,該第二組份之極限黏度係介於0.45dl/g至1.2dl/g之間。
- 如申請專利範圍第1項之高染色牢度雙組份複合纖維,其中該第一組份為以聚對苯二甲酸丁二酯或聚對苯二甲酸乙二酯作為硬鏈段之聚酯彈性體。
- 如申請專利範圍第1或2項之高染色牢度雙組份複合纖維,其中該第一組份為加入苯磺酸金屬鹽所形成之共聚物。
- 如申請專利範圍第1項之高染色牢度雙組份複合纖維,其中該第二組份係選自聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚間苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯/聚間苯二甲酸乙二醇酯共聚物、聚對苯二甲酸丁二醇酯、陽離子可染聚酯、聚丁二酸丁二醇酯、環保回收聚酯、生質聚酯以及熱塑性聚酯彈性體所構成之群中任一者。
- 如申請專利範圍第1或2項之高染色牢度雙組份複合纖維,其中該第一組份與該第二組份之重量比為20:80~80:20。
- 如申請專利範圍第1項之高染色牢度雙組份複合纖維,其中該高染色牢度雙組份複合纖維為斷面並列型之雙組份複合纖維。
- 如申請專利範圍第1項之高染色牢度雙組份複合纖維,其中該高染色牢度雙組份複合纖維為全延伸絲(FDY)、高順向絲(HOY)、一般假撚加工絲(DTY)或空氣假撚加工絲(ATY)。
- 如申請專利範圍第1項之高染色牢度雙組份複合纖維,其中該高染色牢度雙組份複合纖維為長纖維或短纖維。
- 一種紗線,係使用如申請專利範圍第1至8項中任一項之高染色牢度雙組份複合纖維所單獨構成,或使用該高染色牢度雙組份複合纖維與其他纖維所複合構成。
- 一種織物,係包含有如申請專利範圍第1至8項中任一項之高染色牢度雙組份複合纖維或如申請專利範圍第9項之紗線所製得之織物。
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