CN116589843A - 一种阻燃和抗冲性能相协调的pc/abs复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阻燃和抗冲性能相协调的PC/ABS复合材料及其制备方法，PC树脂55‑75份、ABS树脂25‑45份、阻燃剂2‑8份、阻燃助剂1‑5份、增韧剂1‑5份、抗滴落剂0.05‑0.15份、相容剂0.5‑1份、其他助剂0.1‑5份；其中所述PC树脂为光气界面缩聚法合成的树脂，所述ABS树脂为本体聚合法制备而成树脂。本发明的一种阻燃和抗冲性能相协调的PC/ABS复合材料，采用特定的阻燃剂和阻燃助剂能够获得良好的阻燃效果，同时协同增韧剂、相容剂和抗滴落助剂以及其他助剂能够提高复合材料热稳定性、力学性能等，制备得到各项性能优异的阻燃复合材料，并赋予了复合材料较佳的刚性、韧性，拉伸强度、缺口冲击强度等性能。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种阻燃和抗冲性能相协调的PC/ABS复合材料及其制备方法。
背景技术
PC是一种性能优异的工程塑料，具有突出的冲击韧性、较宽的使用温度范围、良好的电绝缘性和尺寸稳定性等优点，已经在汽车和电子电器工业领域得到了广泛应用。但PC熔体粘度大、加工成型困难，特别是大型制品容易产生应力开裂，耐化学药品性差，而且价格较高，这些不足使PC的应用受到了一定限制；ABS树脂的性能介于工程塑料和通用塑料之间，具有良好的耐冲击性能和加工性能，价格也比较便宜，因而得到了广泛应用，但其耐热性、耐候性差，力学性能不够理想。
PC/ABS合金材料兼具PC的优异的机械性、优良的抗冲击性和耐温、抗紫外线(UV)和ABS的优良成型性，在汽车功能件、工业电子、家用电器等领域有着广泛的应用；然而由于PC/ABS合金材料自身的结构，其氧指数低，易燃烧、燃烧速度快、并伴有滴落现象，容易发生火灾且不易熄灭，这使其应用领域受到了极大地限制，尤其是在汽车功能件、家用电器方面，要求材料具备严格的阻燃防火性能(UL94V0)，常规的的PC/ABS合金材料很难满足这一要求，在PC/ABS复合材料中常用的阻燃剂为磷酸酯类，其虽然具有相容性好及阻燃效率高等优点，但不可避免的会导致材料韧性、抗冲击性大幅下降。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种阻燃和抗冲性能相协调的PC/ABS复合材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明提供了一种阻燃和抗冲性能相协调的PC/ABS复合材料，包括以下重量份的原料：
PC树脂55-75份、ABS树脂25-45份、阻燃剂2-8份、阻燃助剂1-5份、增韧剂1-5份、抗滴落剂0.05-0.15份、相容剂0.5-1份、其他助剂0.1-5份；
其中所述PC树脂为光气界面缩聚法合成的树脂，所述ABS树脂为本体聚合法制备而成树脂。
优选地，所述PC树脂为20000-30000的双酚A型树脂。
优选地，所述ABS树脂的粘均分子量为8000-150000，所述ABS树脂中丁二烯形成的橡胶的含量为5-30wt.％，丙烯腈形成的链段含量为10-30wt.％，苯乙烯形成的链段含量为40-70wt.％，且ABS树脂中丁二烯形成的橡胶的数均粒径为100-1200nm。
优选地，所述阻燃剂为卤系阻燃剂或无卤阻燃剂。
更为优选地，所述卤系阻燃剂为氯化石蜡、四氯邻苯二甲酸酐、三(三溴苯氧基)三嗪、四溴乙烷、十溴二苯醚、十溴二苯乙烷、十溴代联苯、溴化聚碳酸酯、全溴三环十五烷、四溴双酚A、八溴醚、八溴S醚、溴化聚苯乙烯、溴化苯氧基树脂、溴化苯乙烯-马来酸酐共聚物或溴化环氧树脂中的一种或多种。
更为优选地，所述无卤阻燃剂为磷酸三苯基酯、磷酸三甲苯基酯、磷酸甲苯基二苯基酯、磷酸三二甲苯基酯、磷酸三(2，4，6-三甲基苯基)酯、磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯、磷酸三(2，6-二叔丁基苯基)酯、间苯二酚双(磷酸二苯基酯)、对苯二酚双(磷酸二苯基酯)、双酚A-双(磷酸二苯基酯)、间苯二酚双(2，6-二叔丁基苯基磷酸酯)或对苯二酚双(2，6-二甲基苯基磷酸酯)中的一种或多种。
优选地，所述阻燃助剂为质量分数2-8％的N-苯基马来酰亚胺。
优选地，所述增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物、马来酸酐功能化的乙烯-醋酸乙烯共聚物、丙烯酸类增韧剂和丙烯酸-硅橡胶类增韧剂中的一种或多种，且增韧剂的粒径为100-800nm。
优选地，所述抗滴落剂为聚四氟乙烯，且聚四氟乙烯的分子量为600万-700万。
优选地，所述相容剂为丙烯腈/丁二烯/苯乙烯接枝共聚物或苯乙烯-马来酸酐共聚物中的任意一种。
优选地，所述其它助剂为热稳定剂、抗氧剂、润滑剂、填料和着色剂中的一种或多种。
更为优选地，所述热稳定剂为亚磷酸三苯酯、亚磷酸三-(2，6-二甲基苯基)酯、亚磷酸三-壬基苯基酯、二甲基苯膦酸酯和磷酸三甲酯中的一种或多种，热稳定剂的加入可赋予材料更高的耐热性，其重量份为0.05-1份。
更为优选地，所述抗氧化剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂，抗氧剂的加入可赋予材料更高的抗氧化性，其重量份为0.05-1份。
更为优选地，所述润滑剂为酰胺类润滑剂、硬脂酸盐类润滑剂、酯类润滑剂和硅酮类润滑剂中的一种或多种，润滑剂的加入可减小各组分在混合过程中的摩擦，其重量份为0.5-2份。
更为优选地，所述填料为钛白粉、滑石粉、云母、硫酸钡中的一种或多种，填料的加入不仅可以节省成本，而且能够改善复合材料的力学性能，其添加量为1-5份。
更为优选地，所述着色剂为各种颜料、染料。
本申请还提供了一种阻燃和抗冲性能相协调的PC/ABS复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将PC树脂在鼓风干燥箱中于90-110℃温度下干燥5-10h，ABS树脂在80-100℃下干燥4-8小时，备用。
步骤二、将干燥后的PC树脂、ABS树脂以其他重量份的原料，混合均匀，得到混合原料；
步骤三、将混合原料置于双螺杆挤出机的主喂料仓，经喂料螺杆加入到挤出机的主机筒内，螺杆直径35mm，长径比L/D＝36，主机筒各分段的控制温度从加料口到机头出口依次为：225℃、230℃、230℃、230℃、230℃、230℃，主机转速为300转/分钟，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等工序后得阻燃和抗冲性能相协调的PC/ABS复合材料。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明的一种阻燃和抗冲性能相协调的PC/ABS复合材料，采用特定的阻燃剂和阻燃助剂能够获得良好的阻燃效果，同时协同增韧剂、相容剂和抗滴落助剂以及其他助剂能够提高复合材料热稳定性、力学性能等，制备得到各项性能优异的阻燃复合材料，并赋予了复合材料较佳的刚性、韧性，拉伸强度、缺口冲击强度等性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例的一种阻燃和抗冲性能相协调的PC/ABS复合材料及其制备方法，包括以下重量份的原料：
PC树脂55-75份、ABS树脂25-45份、阻燃剂2-8份、阻燃助剂1-5份、增韧剂1-5份、抗滴落剂0.05-0.15份、相容剂0.5-1份、其他助剂0.1-5份；
其中PC树脂为光气界面缩聚法合成的树脂，ABS树脂为本体聚合法制备而成树脂。
本实施例的PC树脂为20000-30000的双酚A型树脂。
本实施例的ABS树脂的粘均分子量为8000-150000，ABS树脂中丁二烯形成的橡胶的含量为5-30wt.％，丙烯腈形成的链段含量为10-30wt.％，苯乙烯形成的链段含量为40-70wt.％，且ABS树脂中丁二烯形成的橡胶的数均粒径为100-1200nm。
本实施例的阻燃剂为卤系阻燃剂或无卤阻燃剂。
本实施例的阻燃助剂为质量分数2-8％的N-苯基马来酰亚胺。
本实施例的增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物、马来酸酐功能化的乙烯-醋酸乙烯共聚物、丙烯酸类增韧剂和丙烯酸-硅橡胶类增韧剂中的一种或多种，且增韧剂的粒径为100-800nm。
本实施例的抗滴落剂为聚四氟乙烯，且聚四氟乙烯的分子量为600万-700万。
本实施例的相容剂为丙烯腈/丁二烯/苯乙烯接枝共聚物或苯乙烯-马来酸酐共聚物中的任意一种。
本实施例的其它助剂为热稳定剂、抗氧剂、润滑剂、填料和着色剂中的一种或多种。
本实施例的一种阻燃和抗冲性能相协调的PC/ABS复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将PC树脂在鼓风干燥箱中于90-110℃温度下干燥5-10h，ABS树脂在80-100℃下干燥4-8小时，备用。
步骤二、将干燥后的PC树脂、ABS树脂以其他重量份的原料，混合均匀，得到混合原料；
步骤三、将混合原料置于双螺杆挤出机的主喂料仓，经喂料螺杆加入到挤出机的主机筒内，螺杆直径35mm，长径比L/D＝36，主机筒各分段的控制温度从加料口到机头出口依次为：225℃、230℃、230℃、230℃、230℃、230℃，主机转速为300转/分钟，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等工序后得阻燃和抗冲性能相协调的PC/ABS复合材料。
实施例1.
本实施例的一种阻燃和抗冲性能相协调的PC/ABS复合材料及其制备方法，包括以下重量份的原料：
PC树脂55份、ABS树脂25份、阻燃剂2份、阻燃助剂1份、增韧剂1份、抗滴落剂0.05份、相容剂0.5份、其他助剂0.1份；
其中PC树脂为光气界面缩聚法合成的树脂，ABS树脂为本体聚合法制备而成树脂。
本实施例的PC树脂为20000的双酚A型树脂。
本实施例的ABS树脂的粘均分子量为8000，ABS树脂中丁二烯形成的橡胶的含量为5wt.％，丙烯腈形成的链段含量为10wt.％，苯乙烯形成的链段含量为40wt.％，且ABS树脂中丁二烯形成的橡胶的数均粒径为100nm。
本实施例的阻燃剂为卤系阻燃剂，且卤系阻燃剂为氯化石蜡、四氯邻苯二甲酸酐、三(三溴苯氧基)三嗪、四溴乙烷、十溴二苯醚、十溴二苯乙烷。
本实施例的阻燃助剂为质量分数2％的N-苯基马来酰亚胺。
本实施例的增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物，且增韧剂的粒径为100nm。
本实施例的抗滴落剂为聚四氟乙烯，且聚四氟乙烯的分子量为600万万。
本实施例的相容剂为丙烯腈/丁二烯/苯乙烯接枝共聚物。
本实施例的其它助剂包括热稳定剂0.05份、抗氧剂0.05份，且热稳定剂为亚磷酸三苯酯、亚磷酸三-(2，6-二甲基苯基)酯、亚磷酸三-壬基苯基酯；抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂。
本实施例的一种阻燃和抗冲性能相协调的PC/ABS复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将PC树脂在鼓风干燥箱中于90℃温度下干燥5h，ABS树脂在80℃下干燥4小时，备用。
步骤二、将干燥后的PC树脂、ABS树脂以其他重量份的原料，混合均匀，得到混合原料；
步骤三、将混合原料置于双螺杆挤出机的主喂料仓，经喂料螺杆加入到挤出机的主机筒内，螺杆直径35mm，长径比L/D＝36，主机筒各分段的控制温度从加料口到机头出口依次为：225℃、230℃、230℃、230℃、230℃、230℃，主机转速为300转/分钟，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等工序后得阻燃和抗冲性能相协调的PC/ABS复合材料。
实施例2.
本实施例的一种阻燃和抗冲性能相协调的PC/ABS复合材料及其制备方法，包括以下重量份的原料：
PC树脂75份、ABS树脂45份、阻燃剂8份、阻燃助剂5份、增韧剂5份、抗滴落剂0.15份、相容剂1份、其他助剂5份；
其中PC树脂为光气界面缩聚法合成的树脂，ABS树脂为本体聚合法制备而成树脂。
本实施例的PC树脂为30000的双酚A型树脂。
本实施例的ABS树脂的粘均分子量为150000，ABS树脂中丁二烯形成的橡胶的含量为30wt.％，丙烯腈形成的链段含量为30wt.％，苯乙烯形成的链段含量为70wt.％，且ABS树脂中丁二烯形成的橡胶的数均粒径为1200nm。
本实施例的阻燃剂为磷酸三苯基酯、磷酸三甲苯基酯、磷酸甲苯基二苯基酯、磷酸三二甲苯基酯、磷酸三(2，4，6-三甲基苯基)酯、磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯、磷酸三(2，6-二叔丁基苯基)酯、间苯二酚双(磷酸二苯基酯)。
本实施例的阻燃助剂为质量分数8％的N-苯基马来酰亚胺。
本实施例的增韧剂为乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物，且增韧剂的粒径为800nm。
本实施例的抗滴落剂为聚四氟乙烯，且聚四氟乙烯的分子量为700万。
本实施例的相容剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物。
本实施例的其它助剂包括润滑剂1份、填料3份，且润滑剂为酰胺类润滑剂、硬脂酸盐类润滑剂；填料为钛白粉。
本实施例的一种阻燃和抗冲性能相协调的PC/ABS复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将PC树脂在鼓风干燥箱中于110℃温度下干燥10h，ABS树脂在100℃下干燥8小时，备用。
步骤二、将干燥后的PC树脂、ABS树脂以其他重量份的原料，混合均匀，得到混合原料；
步骤三、将混合原料置于双螺杆挤出机的主喂料仓，经喂料螺杆加入到挤出机的主机筒内，螺杆直径35mm，长径比L/D＝36，主机筒各分段的控制温度从加料口到机头出口依次为：225℃、230℃、230℃、230℃、230℃、230℃，主机转速为300转/分钟，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等工序后得阻燃和抗冲性能相协调的PC/ABS复合材料。
实施例3.
本实施例的一种阻燃和抗冲性能相协调的PC/ABS复合材料及其制备方法，包括以下重量份的原料：
PC树脂65份、ABS树脂35份、阻燃剂5份、阻燃助剂3份、增韧剂3份、抗滴落剂0.1份、相容剂0.8份、其他助剂3份；
其中PC树脂为光气界面缩聚法合成的树脂，ABS树脂为本体聚合法制备而成树脂。
本实施例的PC树脂为25000的双酚A型树脂。
本实施例的ABS树脂的粘均分子量为,79000，ABS树脂中丁二烯形成的橡胶的含量为18wt.％，丙烯腈形成的链段含量为20wt.％，苯乙烯形成的链段含量为55wt.％，且ABS树脂中丁二烯形成的橡胶的数均粒径为650nm。
本实施例的阻燃剂为双酚A-双(磷酸二苯基酯)、间苯二酚双(2，6-二叔丁基苯基磷酸酯)或对苯二酚双(2，6-二甲基苯基磷酸酯)。
本实施例的阻燃助剂为质量分数5％的N-苯基马来酰亚胺。
本实施例的增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸共聚物、丙烯酸类增韧剂和丙烯酸-硅橡胶类增韧剂，且增韧剂的粒径为450nm。
本实施例的抗滴落剂为聚四氟乙烯，且聚四氟乙烯的分子量为650万。
本实施例的相容剂为丙烯腈/丁二烯/苯乙烯接枝共聚物。
本实施例的其它助剂为热稳定剂0.5份、抗氧剂0.5份、润滑剂1.3份、填料3份，热稳定剂为亚磷酸三-(2，6-二甲基苯基)酯、亚磷酸三-壬基苯基酯、二甲基苯膦酸酯和磷酸三甲酯，抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂，润滑剂为酯类润滑剂和硅酮类润滑剂，填料为滑石粉。
本实施例的一种阻燃和抗冲性能相协调的PC/ABS复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将PC树脂在鼓风干燥箱中于100℃温度下干燥7.5h，ABS树脂在90℃下干燥6小时，备用。
步骤二、将干燥后的PC树脂、ABS树脂以其他重量份的原料，混合均匀，得到混合原料；
步骤三、将混合原料置于双螺杆挤出机的主喂料仓，经喂料螺杆加入到挤出机的主机筒内，螺杆直径35mm，长径比L/D＝36，主机筒各分段的控制温度从加料口到机头出口依次为：225℃、230℃、230℃、230℃、230℃、230℃，主机转速为300转/分钟，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等工序后得阻燃和抗冲性能相协调的PC/ABS复合材料。
对比例1.
与实施例3不同是未添加阻燃剂。
对比例2.
与实施例3不同是未添加增韧剂。
对比例3.
与实施例3不同是未添加其他助剂。
实施例1-3及对比例1-3制得的阻燃和抗冲性能相协调的PC/ABS复合材料性能测试如下：
从实施例1-3及对比例1-3可看出，采用本发明制备的阻燃和抗冲性能相协调的PC/ABS复合材料的拉伸强度、弯曲强度、阻燃等级和缺口冲击强度数据稳定；其中对比例1未添加阻燃剂，虽然其力学性能与实施例1-3差别不大，但是从阻燃等级可以看出，本发明制备的产品的阻燃性能明显优于对比例制备的产品的阻燃性能，同时增韧剂的加入能够大大提高本发明制备产品的拉伸强度、弯曲强度和缺口冲击强度。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种阻燃和抗冲性能相协调的PC/ABS复合材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：
PC树脂55-75份、ABS树脂25-45份、阻燃剂2-8份、阻燃助剂1-5份、增韧剂1-5份、抗滴落剂0.05-0.15份、相容剂0.5-1份、其他助剂0.1-5份；
其中所述PC树脂为光气界面缩聚法合成的树脂，所述ABS树脂为本体聚合法制备而成树脂。
2.根据权利要求1所述一种阻燃和抗冲性能相协调的PC/ABS复合材料，其特征在于，所述PC树脂为20000-30000的双酚A型树脂。
3.根据权利要求1所述一种阻燃和抗冲性能相协调的PC/ABS复合材料，其特征在于，所述ABS树脂的粘均分子量为8000-150000，所述ABS树脂中丁二烯形成的橡胶的含量为5-30wt.％，丙烯腈形成的链段含量为10-30wt.％，苯乙烯形成的链段含量为40-70wt.％，且ABS树脂中丁二烯形成的橡胶的数均粒径为100-1200nm。
4.根据权利要求1所述一种阻燃和抗冲性能相协调的PC/ABS复合材料，其特征在于，所述阻燃剂为卤系阻燃剂或无卤阻燃剂。
5.根据权利要求1所述一种阻燃和抗冲性能相协调的PC/ABS复合材料，其特征在，所述阻燃助剂为质量分数2-8％的N-苯基马来酰亚胺。
6.根据权利要求1所述一种阻燃和抗冲性能相协调的PC/ABS复合材料，其特征在于，所述增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物、马来酸酐功能化的乙烯-醋酸乙烯共聚物、丙烯酸类增韧剂和丙烯酸-硅橡胶类增韧剂中的一种或多种，且增韧剂的粒径为100-800nm。
7.根据权利要求1所述一种阻燃和抗冲性能相协调的PC/ABS复合材料，其特征在于，所述抗滴落剂为聚四氟乙烯，且聚四氟乙烯的分子量为600万-700万。
8.根据权利要求1所述一种阻燃和抗冲性能相协调的PC/ABS复合材料，其特征在于，所述相容剂为丙烯腈/丁二烯/苯乙烯接枝共聚物或苯乙烯-马来酸酐共聚物中的任意一种。
9.根据权利要求1所述一种阻燃和抗冲性能相协调的PC/ABS复合材料，其特征在于，所述其它助剂为热稳定剂、抗氧剂、润滑剂、填料和着色剂中的一种或多种。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的阻燃和抗冲性能相协调的PC/ABS复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将PC树脂在鼓风干燥箱中于90-110℃温度下干燥5-10h，ABS树脂在80-100℃下干燥4-8小时，备用。
步骤二、将干燥后的PC树脂、ABS树脂以其他重量份的原料，混合均匀，得到混合原料；
步骤三、将混合原料置于双螺杆挤出机的主喂料仓，经喂料螺杆加入到挤出机的主机筒内，螺杆直径35mm，长径比L/D＝36，主机筒各分段的控制温度从加料口到机头出口依次为：225℃、230℃、230℃、230℃、230℃、230℃，主机转速为300转/分钟，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等工序后得阻燃和抗冲性能相协调的PC/ABS复合材料。
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