DE2052169A1 - - Google Patents

Description

' Patentanwälte *-~

Xerox Corporation Dipl.Ing.F.Weickmann, " _z#482

Rochester, Hew York 14603 DlpUnQ.H.Welckroann,DIpI Ph^r-R- _(xD/l6/;₅₎

Oiol Ina F. A. Weickmann, Dipl. Cham. B. hudbf 8 München 27, Höhlstr. 22

Verfahren zur Herstellung von kugeligen Glasperlen sowie deren Verwendung als Träger für elektrostatographische Entwickler

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Elektrostatographie und betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von kugeligen Glas-Perlen, die als Träger für elektrostatographische Entwickler geeignet sind.

Die Xerographie ist ein Beispiel für ein elektrostatographisches Verfahren. Der grundlegende xerographische Prozeß, wie er von G. F. Carlson im US-Patent Nr. 2 297 691 beschrieben wurde, besteht darin, daß man eine gleichmäßige elektrostatische Ladung auf eine photo-leitende Isolierschicht aufbringt und die Schicht einem Licht-und-Echatteri-Bild aussetzt, wodurch die Ladung auf die belichteten Steiler.' der Schicht verteilt v/ird; das erhaltene latente elektrostatische Bild wird dann entwickelt, ' indem man ein fein-verteilte?, elektroskopisches Material (den sog. "toner") darauf niederschlägt. Der "toner" wird normalerv/ei.se von belaclonen Teilen der Schicht angezogen, wodurch ein dem latenten-elektrostatischen Bild entsprechendes Bild entsteht, welches ,dann auf einen Träger, v/ie Papier, übertragen werden kann. Das übertragen*:! Bild v/ird üblicherweise durch Wärme auf der Trüge ro be rf lache fixiert; dieser Schritt kann aber faioh durch andere Fixiermittel, wie z.B. Behind lung mit Iiösun.;;c;mit teln oder Ü, ersetzt worden.

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Es sind viele Methoden bekannt, um die elektroskopischen Teilchen auf das z:i entwickelnde, latente elektrostatische Bild aufzubringen. Eine Entwicklungsmethode, wie sie von E. N. '»Vise im US-Patent Nr. 2 618 552 beschrieben wurde, ist die sog. "cascade"-Eritwicklurig. Hierbei besteht das Entwickler-Material aus relativ großen Träger-Teilchen, welche fein-verteilte "toner"-Teilchen an ihrer Oberfläche haftend enthalten. Die Aufbringung dieses Entwicklers auf die das latente elektrostatische Bild tragende Oberfläche erfolgt durch kaskaden-artiges Rollen. Die Zusammensetzung der "toner"-Teilchen wird so gewählt, daß sie eine den Träger-Teilchen entgegengesetzte triboelektrische Polarität aufweisen. Y/ern man also ein negativ beladenes%fextfostatisches Bild entwickeln will, muß man eine elektroskopisohe Pulver- und Träger-Kombination wählen, bei der das Pulver triboelektrisch positiv in Bezug auf den Träger ist. Umgekehrt muß man zur Entwicklung eines positiv beladenen latenten elektrostatischen Bildes solche elektroskopischen Pulver und Träger wählen, bei denen das Pulver triboelektrisch negativ in Bezug auf den Träger ist. Diese triboelektrischen Beziehungen zwischen Pulver und Träger hängen von ihren relativen Stellungen in der triboelektrischen Reihe ab; dort sind die Materialien so angeordnet, daß jeder Stoff positiv elektrisch geladen wird, wenn er mit einem in der Reihe unter ihm stehenden Stoff in Berührung kommt - und umgekehrt negativ elektrisch beladen, wenn er mit einem in der Reihe über ihm stehenden Stoff Kontakt hat. Wem der Entwickler über die das Bild trager.de Oberfläche gerollt wird, werden die "toner"-Teilchen elektrostatisch niedergeschlagen und festgehalten von den beladenen Teilen dos latenten Bilder», während sie auf den Tiicht-beladenen, sog. "background"- Teilen des Bildes nicht niedergeschlagen werden. Die meisten "tpner"-Teilchen, welche sich zufällig auf dem "background" befinden, werden durch den rollendem Träger entfernt; dies beruht offensichtlich auf der grüiior\!n elektrostatischen Anziehung zwischen dom "toner" und dem Trngor (im Vergleich zu der Anziehung zwitnchen "toner" und unbelaifmorn "background"). Die Trägor-Teilchon und die nicht-

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benutzten "toner"-Teilchen werden dann im Kreislauf zurückgeführt. Diese Technik eignet sich .besonders gut für die Entwicklung von Strich-Kopien. Die sog. "cascade"-Entwicklung ist die am meisten benutze xerographische Entwicklungstechnik des Handels; ein Mehrzweck- Büro-Kopiergerät auf dieser Basis ist 'in dem US-Patent Nr. 3 099 943 beschrieben.

Bei der "cascade"-Entwicklungstechnik läßt man die Träger-Teilchen über die Bild-tragende Oberfläche rollen, sodaß ihre Schwerkraft bzw. Schwung-kraft größer ist als die Anziehungskraft des "toner's" in den Bild-tragenden Oberflächeteilen, welche den "toner" zurückhalten; hierdurch .wird verhindert, daß die Träger-Teilchen an den zurückgehaltenen "toner"-Teilchen haften bleiben. So sollten die Trägerteilchen leicht über die Bild-tragende Oberfläche fließen können, ohne daß man spezielle Mittel ergreifen muß, um das Träger-Material von der Bildtragenden Oberfläche zu entfernen.

Glasperlen werden üblicherweise bei elektrostatographischen Entwicklungsträgern verwendet; um das Rollen der Träger auf der Bild-tragenden Oberfläche zu erleichtern, sollten diese Pgrlen möglichst kugelig sein.

Gegenstand .der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von kugeligen Glasperlen zur Verwendung in elektrostatographischen Entwicklern.

Ein weiterer Gegenstand ist ein verbessertes Verfahren zur Gewinnung eines elektrostatographischen Entwicklungsträgers.

Ein weiterer Gegenstand ist die Erzielung einer einheitlicheren Größe bei kugeligen Glasperlen.

Schließlich ist es noch Ziel der vorliegenden Erfindung, die Entwicklung eines latenten elektrostatographischon Bildes zu verbessern.

BADOR₁Q₁NAl.

Diese und andere Erfindungsgegenstände werden in der folgenden Beschreibung näher erläutert.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird fein-verteiltes Glas derart auf einen nicht-benetzenden keramischen Träger aufgebracht, daß die einzelnen Glas-Teilehen voneinander isoliert sind, worauf man das Glas auf eine Temperatur erhitzt, bei der die Teilchen irifo'lge ihrer Oberflächenspannung als praktisch kugelige Perlen hochgezogen werden. Diese kugeligen Glasperlen werden dann bei einem elektrostatographischen Entwicklungsträger verwendet.

Das erfindungsgemäß als Ausgangsmaterial verwendete Glas kann eines aus der großen Anzahl von Glassorten sein; z.B. lassen sich Gläser auf Basis Soda-Kalk-Kieselsäure, Blei- oder Bariumgläser etc. verwenden, und zwar sowohl in fester als auch in geschmolzener Form. Geht man von festem Glas aus, so muß es durch Sieben auf die gewünschte Größe gebracht werden. Bei geschmolzenem Glas erhält man die gewünschte Größe durch gleichmäßiges- Abschneiden eines kontrollierten geschmolzenen Glasstroms, der aus einem kontinuierlich arbeitenden Glasschmelzofens herauskommt. Durch Auswahl einer geeigneten Öffnungsgröße beim Glasschmelzofen kam man ^ hierbei ebenfalls die Größe der geschmolzenen Glasteilchen be-einflussen.

Von der Teilchengröße des festen oder geschmolzenen Glases, welches als Ausgangsmaterial benutzt wird, hängt die Teilchengröße der daraus hergestellten kugeligen Glasperlen ab. Üblicherweise sollte das Trägermaterial für xerographische Entwickler eine Teilchengröße von ca. 30 - 1000 Mikron haben; deshalb wird die Teilchengröße des als"Ausgangsmaterial verwendeten Glases so eingestellt, daß das Endprodukt eine für xerographische Entwickler-Träger geeignete Teilchengröße hat

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Das als Ausgangsmaterial verwendete, feste oder geschmolzene Glas, welches die geeignete Teilchengröße hat, wird dann auf einen nicht-benetuenden keramischen Block aufgebracht, d.h. auf einen keramischen Träger, auf dem Glas nicht haften bleibt, und zwar "derart, daß die einzelnen Teilchen sich nicht berühren; hierdurch wird verhindert, daß zwei oder mehr Teilchen verschmelzen, was die Ausbeute an einzelnen kugeligen Teilchen vermindern würde. Als nicht-benetzendes keramisches Material für die Herstellung einen solchen Blockes kann man z.B. Graphit, Chromoxid, Eisenoxid, Zirkonoxid, Aluminiumoxid, sowie Tone verwenden. . (

Hach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden

Erfindung enthält die Oberfläche des keramischen Blocks, auf den die Glasteilchen aufgebracht werden sollen, viele kleine Eindrücke, die so groß sind, daß sie ein einzelnes Glasteilchen aufnehmen können; hierdurch wird jedes einzelne Teilchen am besten von den benachbarten Teilchen getrennt. Diese Eindrücke haben vorzugsweise eine konische Form, sodaß die Herstellung von kugeligen Perlen erleichtert wird; sie können auf der Oberfläche des Blocks in beliebiger Form angeordnet sein, vorausgesetzt, daß sie voneinander einen genügenden Abstand haben, sodaß die einzelnen Glasteilchen getrennt sind. Die Herstellung . i von geeigneten Eindrücken auf dem Block zur Isolierung der einzelnen Glasteilchen dürfte für den Fachmann aufgrund der hier gegebenen Erläuterungen ohne weiteres möglich sein; zum vollen Verständnis der vorliegerden Erfindung brauchen daher keine weiteren Angaben mehr gemacht zu werden.

Die voneinander getrennten Gla3teilchen auf dem nichtbenetzenden keramischen Block werden nun auf eine Tonperatur erhitzt, bei der die Viskosität des Glases ausreichend reduziert ' ist, sodaß die Oberflächenspannung die Glasteilchen in kugelige Perlenform ziehen kann. Die hierzu erforderliche Temperatur

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hängt von der benutzten Glassorte ab; es dürfte auch hier im Rahmen des fachmännischen Können liegen, eine geeignete Temperatur auszuwählen, die das Glas als kugelige Perlen hochziehen läßt. Üblicherweise, erhitzt man die Glasteilchen auf Temperaturen von ca. 65O⁰C - ca. 1200⁰C, vorzugsweise ca. 900 - 1000⁰C, Bei diesen Temperaturen bilden die Glasteilchen schnell kugelige Perlen, üblicherweise in ca. 2-5 Minuten.

Das Erhitzen der Glasteilchen kann in einem der vielen Arten von Öfen erfolgen, wobei beliebige Wärmequellen verv/endet werden " können; die Auswahl eines geeigneten Apaarates dürfte für den Fachmann ohne weiteres möglich sein. Vorzugsweise wird die Spherodisierung im kontinuierlichen Verfahren u.nter Verwendung eines kontrollierten Tunnel-Ofens durchgeführt; die üblichen Typen enthalten eine Vorheizungs-, Spherodisierungs-, Temper- und Abkühl-Zone. Der nicht-benetzende keramische Block, welcher die Glasteilchen geeigneter Größe enthält, wird der Reihe nach durch die einzelnen Zonen des Ofens befördert, wobei der ganze Prozeß kontrolliert wird.

Nachdem die Glasperlen auf dem keramischen Block sich¹ gebildet haben, läßt man die Perlen noch auf dem Block auf eine P Temperatur abkühlen, bei der sie sich verfestigen; d.h. die Perlen dürfen keine Temperatur haben, bei der sie aneinander oder an anderen Teilchen kleben. Üblicherweise läßt man die Perlen zunächst auf eine Temperatur von ca. 1000 - 300⁰C oder niedriger abkühlen, worauf man sie in geeignete Behälter für die nachfolgende Klassifikation nach der Größe überführt.

Die wie oben beschrieben hergestellten kugeligen Glasperlen können dann in üblicher Weise als Kernmaterial für einen elektrostatographischen Entwickler-Träger verwendet werden. So können die Ginsperlen mit einem geeigneten Überzug umhüllt

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werden, der die für einen elektrostatographischen Entwickler-Träger, erforderlichen triboelektrischen Eigenschaften verleiht; d.h. der Träger lädt den "toner" richtig auf, wenn er mit ihm vermischt wird. Als Überzugsmaterial für die Glasperlen verwendet man irgendeines aus der großen Zahl der Überzugsmittel, wie sie bei elektrostatographischen Entwickler-Trägern verwendet werden, üblicherweise Kunststoffe, z.B. Polyolefine, wie Polyäthylen, Polypropylen etc., Vinyl- und Vinyliden--Harze, wie Styrol-, Vinylchlorid-, Vinylacetat-, Acrylnitril-, Methyl-methacrylat-Harze, phenolische Kunststoffe, wie Phenol-Formaldehyd etc., Amin-Harze, wie Melamin-Formaldehyd usw.. (

Das Überziehen erfolgt nach einem der bekannten Verfahren, z.B. durch Sprühen, Eintauchen, im Wirbelbett, durch Schleudern,. Bürsten etc./Nach einem Verfahren werden die Glasperlen mit einer bindenden Zwischenschicht überzogen und der überzogene Kern dann zu dem trockenen Kunstharz gegeben, mit dem die Glasperlen überzogen werden sollen; hierbei haftet das harzige Überzugsmaterial an der überzogenen Glasperle und bildet so einen Überzug, die mit dem Karnmaterial verschmolzen oder irgendwie verklebt ist. Die Herstellung von elektrostatographischen Trägern ist ausführlicher beschrieben im US-Patent Kr. 2 618 551 (Walkup).,

Die erfindungsgemäß hergestellten Glasperlen können auch als nicht-überzogene elektrostatographische Entwickler-Träger verwendet werden. So können z.B. die in der US-Anmeldung Ko. 17 877/68 beschriebenen Glas-Kompositionen, die für die Herstellung nicht-überzogener Träger geeignet sind, nach eiern erfindungsgemüßen Verfahren in kugelige Glasperlen überführt '.verden.

Als "toner"-Teilchen des Entwicklers kann man irgendeines aus der großen Zahl der "toner"-Katerialien verwenden, die üblicherweise in Entwickler-Kompositionen benutzt v/erden.

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Als repräsentative Beispiele von typischen "toner"-Materialien seien genannt: Kopal-Gummi, Sandarac-Gummi, Kunstharze, Cumaron-Inden-Harze, Asphalt, Gilsonit, Phenol-Formaldehyd-Harze, kunstharz-beschichtete Phenol-Formaldehyd-Harze, Methacrylharze , Polystyrol-Harze, Polypropylen-Harze, Epoxy-IIarze, Polyäthylen-Harzp und deren Mischungen. Es wird in diesem Zusammenhang auf die US-Patente Nr. 2 659 670 (Copley), 2 753 308 (Landrigan), 3 079 342 (Insalaco), Re issue-Kr. 25 136 (Carlson") und 2 788 (Rheinfrank et al.) verwiesen.

Der ⁿ⁴".on3r" enthält ein Pigment oder einen Farbstoff, und zwar in in einer solchen Menge, daß sie für die Färbung des "toner's" ausreichend ist; üblicherweise genügen etwa 1 - 10 GeW-fo bezogen auf den "toner". Es kann irgendein Pigment oder Farbstoff avs der großen Zahl der hierfür brauchbaren Stoffe verwendet werden; Voraussetzung ist lediglich, daß er die Eigenschaften des "toner's" nicht negativ beeinflußt. Brauchbar sind z.B. Kohlenstoff, handelsübliche rote, blaue oder gelbe Farbstoffe. Da diese Farbstoffe und/oder Pigmente in der Technik der Xerographie bekannt sind, erübrigt sinh eine ausführliche Aufzählung solcher Farbstoffe oder Pigmente. Der "toner" wird hergestellt, indem man die verschiedenen Komponenten gründlich vermischt, bis eine einheitliche Dispersion des Farbstoffs bzw. Pigments im "toner"-Material entstanden ist. Dann wird das "toner"-Materxal fein verteilt, z.B. bis zu einer Partikelgrcße von unter 30 Mikron, vorzugsweise etwa 2-10 Mikron durchschnittliche Teilchengröße. Die Herstellung von "toner'^Kompositionea ist dem Fachmann wohlbekannt, sodaß sich im Rahmen der

vorliegenden Anmeldung eine ausführliche Beschreibung erübrigt. \.

φ <

Die ^tftoner"~Teilchen werden mit dem Träger vermischt, wobei diecer eine Ladung erhält, die der Polarität des Trägers entgegengesetzt ist; dadurch haften die "toner"-Partikel am Träger und umhüllen ihn.Das Ausmaß des Kontrastes sowie andere

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photographisohe Eigenschaften des fertigen Bildes können z.T. verändert v/erden, indem man die Mengenverhältnisse von Trägermaterial und "toner" verändert, wobei die Auswahl optimaler Verhältnisse dem Fachmann geläufig ist. Üblicherweise beträgt das· Verhältnis von Träger zu "toner" etwa 250 : 1 bis 25 : 1, je nach dem Material.

Der nach dem erfindur.gsgernäßen Verfahren hergestellte elektrostatische Entwickler kann zur Entv/icklung eines latenten elektrostatischen Bildes benutzt werden, wobei ebenfalls die üblichen Methoden zur Anwendung,gelangen. So sind diese neuen Entwickler insbesondere bei der "cascade"-Sntwicklungsteehnik des xerographischen Verfahrens brauchbar, wie sie oben beschrieben wurde.

Die Erfindung ist in den folgenden Beispielen näher beschrieben; diese Beispiele erläutern bevorziigte Ausführur.gsformen und sollen den Schutzumfang der Erfindung nicht einschränken.

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B e i s ρ i e 1

Zerkleinertes Soda-Kalk-Glas mit einer Teilchengröße von 20 - 35 Mesh wird auf einen nicht-benetzenden Keramik-Block aus Chromoxid aufgebracht, und zwar derart, daß die einzelnen Teilchen sich nicht berühren. Der Block wird in einen
kontrollierten Muffelofen von 1010⁰C gestellt und 5 Minuten darin belassen, bis die Glasteilchen sich soweit erweicht
haben, daß die Oberflächenspannung die Glasteilchen zwingt, eine kugelige Gestalt anzunehmen.

Die kugeligen Glasperlen werden aus dem Ofen entfernt, abgekühlt und mit einem Harzüberzug versehen, wobei die im
Beispiel 1 des US-Patents Nr.-2 613 551 (V/alkup) beschriebenen Methoden zur Anwendung gelangen.

Der überzogeneyi Träger wird dann mit einem "toner"
vermischt, der aus einem Styrol-(η-Butyl)-methacrylat-Copolymeren, Polyvinylbutyral und Kohlenstoff besteht (vgl. hierzii Beispiel 1 des US-Patents Nr. 3 079 342 (Insalaco). Die erhaltene
Komposition enthält ca. 1 Gew.-$ "toner". Läßt man diesen
Entwickler nach dem "cascade"-Verfahren über ein latentelektrostatisches Bild rollen, welches sich auf einer xerographischen Platte befindet, so erhält man eine gute Entwicklung mit minimalem Niederschlag im "background".

Beispiel 2

Zerkleinertes Flint-Glas mit einer Teilchengröße vor.
20 - 25 Mesh wird auf einen nicht-benetzenden Keramik--Block aus Graphit aufgebracht, unrl zwar derart, dnß die einzelnen TeilchoM uich nicht berühren. Der Block wird in einen kontrol

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lierten Muffelofen von 732⁰C gestellt und 4 Minuten darin belasset, bis'die Glasteilcher. soweit erweicht sind, daß die Oberflächenspannung die Glasteilchen in eine kugelige Gestalt zwingt. Die kugeligen Glasperlen werden darm aus dem Ofen entfernt und abgekühlt.

Nun mischt man die Glasperlen mit einem "torier" aus einen Styrol-(η-Butyl)-methacrylat-Copolymeren, Polyvinylbutyral und Kohlenstoff (vgl. Beispiel 1 des US-ratents Kr. 3 079 342 (Insalaco); die erhaltene Konpsition enthält ca. 0,5 Gew.-fo "toner". Läßt man diesen Entwickler nach de.m "Cascade"-Verfahron über ein latent-elektrostatisches Bild rollen, v/elches sich auf einer xerographischen Platte befindet, so erhält man eine gute Entwicklung mit minimalem Niederschlag im "background".

Die erfindungsgemäß hergestellten Glasperlen sind sauber und haben eine einheitlichere Größe als die nach dem üblichen Verfahren hergestellten. Infolge dieser einheitlicheren Größe und der größeren Annäherung an die Kugelgestalt wird bei Verwendung der überzogenen oder nicht-überzogenen Glasperlen als elektrostatographische Entwickler-Träger ein leichteres Rollen des Entwicklers über die Bild-tragende Oberfläche erzielt, wodurch eine wirkungsvolle Übertragung des "toner's" auf die Bild-tragende Oberfläche erleichtert wird.

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Claims (1)

1. P a t e η t η η s ρ r ii c h e

   IiJ) Verfahren zur Herstellung von Kugeligen Glasperlen, ~ . dadurch gekennzeichnet, daß mau Glasteilchen isoliert voneinander auf einem nicht-benctzenden !keramischen Träger auf eine Tomperatur erhitzt, bei der .die Glas-Teilchen aiii kugelige Per] en hoehgezogen werden, worauf man die Perlen abkühlen läßt und dem Ofen entnimmt.

   2.) Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch cc Kennzeichnet., daß " die Glasteilchen in fester Form vorliegen.

   3.) Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasteilchen in geschmolzener Form vorliegen.

   A.) Verfahren gemäß Ansprüchen 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß der keramische Träger viele kleine Eindrücke enthält, wobei jeweils ein Glasteilchen in einen EMruck gelegt wird

   ¹J.) Verfahren gemäß Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasteilchen eine Größe von JO - 1000 Mikron haben,

   fc 6.) Verfahren gernäß Ansprüchen 1 - ί?, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasteilchen auf eine Temperatur von ca. 650 C bis ca. 1200 C erhitzt werden.

   a fi

   7.) vör-f^hren zur Herstellung eines eüektrostatographischen - Entwicklere,, dadurch gekennzeichnet, daß man die nach ~ dem Verfahren gefnäß.. Ansprüchen 1 - ,6 erhaltenen Glasperlen mit einem "toner" kombirilrii^y-iwabei letzterer die Glas-' perlen umhüllt. ,,.-■"""

   8.) Verfahren, giimüß Anspruch 7, dadurch gekonr.zoicTtiWi^. daß

   mar*·-die Glasperlen vor dem Vermischen mit der "toner* .*^ mit einem Harz-Überzug versieht.

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   7·) Verwendung dor Glasperlen nach. AnopLUioh 1 bis 6 zusammen mit einöw !'einer zur Ilenatollung eine« elektrostatographi-. sehen Sir&wi ekler s,

   8.) Verv/enduiiK goicäß Aticyruch 7, dadurch gekennzeichnet,

   daß man vor dein Vermischen mit dom Toner mit einem Harzüberzug versehene Glasperlen verwendet.

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