DE4446054A1 - Hochfester Faden aus nachwachsenden Rohstoffen - Google Patents
Hochfester Faden aus nachwachsenden RohstoffenInfo
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- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
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- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
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Description
Die Erfindung betrifft hochfeste Fäden bzw. Fasern, wie sie
beispielsweise für besonders haltbare Gewebe, Seile oder
Netze verwendet werden, sowie ein Verfahren zu deren Her
stellung.
Bei der Herstellung z. B. von Chemiefasern ist es bekannt,
diese direkt aus einer Schmelze oder über mehrere Zwischen
schritte zu Fäden zu verspinnen und anschließend zur Erhö
hung der Festigkeit zu verstrecken. Aus der Kunststoffindu
strie ist ferner das Recken von synthetischen thermoplasti
schen Werkstoffen bekannt. Alle diese Kunststoffasern ent
halten jedoch wesentliche Anteile nicht vollständig biolo
gisch abbaubarer Bestandteile, die zur Erzielung bestimmter
Eigenschaften beigefügt werden.
Aus der WO 90/05161 ist es bekannt, eine thermoplastisch
verarbeitbare Stärke mit Hilfe üblicher Kunststoffverarbei
tungsverfahren zu verarbeiten, sowie aus einer derartigen
Stärke Fasern herzustellen, wobei die Fasern jedoch eben
falls nicht oder nicht vollständig biologisch abbaubare Be
standteile enthalten.
Aufgabe der Erfindung ist es, vollständig biologisch abbau
bare Fäden bzw. Fasern mit sehr guter mechanischer Belast
barkeit herzustellen.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche ge
löst.
Bei der Lösung geht die Erfindung von dem Grundgedanken aus,
hochfeste Fäden bzw. Fasern aus einem Extrudat einer thermo
plastisch verarbeitbaren Stärke und gegebenenfalls einer
biologisch abbaubaren Polymermischung auf Basis einer ther
moplastischen Stärke herzustellen. Ein erfindungsgemäßer
hochfester Faden ist somit vollständig biologisch abbaubar.
Die in einem Extruder modifizierten Ausgangsstoffe werden
als Folie ausgetragen und in Fäden geschnitten oder direkt
als Fäden ausgetragen, zur Erhöhung ihrer Festigkeit ver
streckt und anschließend aufgespult oder in einem In-Line-
Verfahren direkt zu Geweben oder dgl. weiterverarbeitet. Die
optimalen Verarbeitungstemperaturen der erfindungsgemäßen
Fäden, insbesondere während dem Verstrecken liegen bei ca.
30 bis 40°C und sind damit wesentlich niedriger als die von
synthetischen thermoplastischen Werkstoffen, deren Verarbei
tungstemperatur üblicherweise bei 100°C liegt. Während dem
Verstrecken bei ca. 30 bis 40°C erhalten die Makromoleküle
eine Orientierung, die eine Erhöhung der Reißfestigkeit, Zu
nahme der Transparenz und eine Erhöhung der Stabilität gegen
Einwirkung von Wasser und Wasserdampf bewirkt. Überraschenderweise
nimmt durch diese Behandlung die maximale Reißkraft
des Fadens um etwa eine Zehnerpotenz zu im Vergleich zu
einem ungereckten Faden mit gleichem Querschnitt. Ebenfalls
überraschenderweise nimmt die Dehnfähigkeit des Fadens aus
nachwachsenden Rohstoffen nach dem Reckvorgang um ca. eine
Zehnerpotenz ab. Vorteilhaft ist ferner, daß derartige Fo
lien und Fäden antistatische Eigenschaften besitzen und
leitfähig sind.
Nachfolgend soll die Erfindung näher erläutert werden: Die
in einem Extruder modifizierte Mischung der Ausgangsstoffe
aus thermoplastisch verarbeitbarer Stärke und einer biolo
gisch abbaubaren Polymermischung auf Basis einer thermopla
stischen Stärke kann zunächst zu einer Folie verarbeitet,
wie beispielsweise in DE-B-42 28 016 beschrieben, und an
schließend in Fäden geschnitten und verstreckt werden, oder
direkt in einem In-Line-Verfahren über eine Mehrlochdüse als
Einzelfäden extrudiert, wie in DE-C-43 17 696 beschrieben,
und direkt anschließend verstreckt werden. Das Verstrecken
der Fäden erfolgt monoaxial bei Raumtemperatur oder bei Tem
peraturen bis maximal 60°C, vorzugsweise jedoch bei 30 bis
40°C an der Luft oder in einem anderen Medium, z. B. in einem
Streckbad aus Wasser und/oder Lösungsmittel oder auch in
einem anderen gasförmigen Medium. Das Verstreckungs- bzw.
Reckverhältnis liegt im wesentlichen zwischen 1 : 4 und 1 : 20,
vorzugsweise bei 1 : 8.
Bei der Extrusion der Ausgangsstoffmischung als Folie bieten
sich folgende Möglichkeiten der Weiterverarbeitung an: Di
rekt hinter einer Folienextrusionsanlage (Blas- oder Flach
folie) wird die Folie kontinuierlich In-Line in einzelne Fä
den geschnitten, die entstehenden Fäden anschließend nach
den obigen Verfahrensparametern In-Line verstreckt und ein
zeln als reißfeste Bändchen auf Spulen aufgewickelt. Die so
entstandenen biologisch abbaubaren Bändchen können in Bänd
chenform direkt eingesetzt werden, oder aber auf einer wei
teren Maschine ausgehend von den gewickelten Einzelspulen
einstufig zu Geweben, Netzen, Textilien oder Seilen weiter
verarbeitet werden. Außerdem lassen sich aus den entstan
denen Einzelspulen in einem zweistufigen Verfahren über den
Zwischenschritt des Bäumvorganges besagte Gewebe, Netze,
Textilien oder Seile herstellen.
Weiterhin kann das Folienausgangsmaterial als Rollenware in
einem Arbeitsgang zu Fäden geschnitten, diese In-Line nach
obigen Verfahrensparametern verstreckt und zusammen aufge
bäumt werden. Die entstehenden Kettbäume, bestehend aus
einer Vielzahl von reißfesten Einzelfäden, lassen sich dann
in einem weiteren Arbeitsgang zu Geweben, Netzen, Textilien
oder Seilen verarbeiten.
Ebenso kann eine nach obigen Verfahrensparametern monoaxial
verstreckte Folie als Ausgangsmaterial (als Rollenware) ver
wendet werden. Diese Folie wird auf einer Maschine in einem
Arbeitsgang zu einzelnen reißfesten Fäden geschnitten und zu
Geweben, Netzen, Textilien oder Seilen verarbeitet oder als
Bändchen einzeln aufgespult.
Nach einer weiteren Verarbeitungsmöglichkeit wird das Fo
lienausgangsmaterial in Rollenform in einem Arbeitsgang zu
Fäden geschnitten, nach obigen Verfahrensparametern ver
streckt und anschließend In-Line auf der gleichen Maschine
zu Geweben, Netzen, Textilien oder Seilen verarbeitet oder
als Bändchen einzeln aufgespult.
Die vorteilhaften Eigenschaften der erfindungsgemäßen Fäden
sollen zunächst anhand von durchgeführten Folienzugversuchen
verdeutlicht werden. Ein Folienstreifen, hergestellt aus
einem biologisch abbaubarem Werkstoff aus einer thermopla
stischen Stärke und einem abbaubaren aliphatischen Polyester
(BIOFLEX BF 102) mit den Abmessungen Länge/Breite/Dicke von
50 mm/2 mm/0,025 mm wurde im Verhältnis 1 : 8 bei einer Tempe
ratur von 35°C verstreckt. Während mehrerer Zugversuche
wurde festgestellt, daß die Reißfestigkeit bzw. Zugfestig
keit dieses Folienstreifens bei einer aufgebrachten Reiß
kraft von 12,8 bis 14,8 N zwischen 216 und 250 N pro mm²
liegt. Demgegenüber beträgt die Reißfestigkeit eines ver
gleichsweise getesteten nicht verstreckten Folienstreifens
bei einer Reißkraft von 1,3 bis 1,9 N. nur ca. 25,1 bis 38,1
N pro mm². Folgende durchgeführte Folienzugversuche 1 und 2
verdeutlichen diese Ergebnisse anhand der jeweils dazugehö
rigen Fig. 1 und 2 für verstreckte Fäden, wobei h die
Probendicke, AO die Probenquerschnittsfläche, Fmax die maxi
male Reißkraft des Probenstreifens, δmax die maximale Reiß
festigkeit bezogen auf die Probenquerschnittsfläche,
S-(Fmax) der Dehnungsbetrag der Probe in mm und ε-(Fmax) die
Dehnung in % der ursprünglichen Meßlänge sind. Der Ver
gleichsversuch 3 zeigt anhand der Fig. 3 die Ergebnisse bei
Zugbeanspruchung nicht verstreckter Fäden, wobei zusätzlich
die Zugkraft, bei der die Dehnung beginnt (FDehnung) und die
dabei wirkende Streckspannung ermittelt wurden.
Probenbreite 2 mm
Meßlänge 50 mm (entspricht Abstand der Druckplatten)
Vorkraft bei Beginn der Messung 0,2 N
Bruchkriterium 2 N
Geschwindigkeit bis Vorkraft 500 mm/min
Prüfgeschwindigkeit 500 mm/min
Alle drei Proben wurden bei einer Temperatur von 35°C im Verhältnis 1 : 8 verstreckt.
Meßlänge 50 mm (entspricht Abstand der Druckplatten)
Vorkraft bei Beginn der Messung 0,2 N
Bruchkriterium 2 N
Geschwindigkeit bis Vorkraft 500 mm/min
Prüfgeschwindigkeit 500 mm/min
Alle drei Proben wurden bei einer Temperatur von 35°C im Verhältnis 1 : 8 verstreckt.
Die Versuchsparameter entsprechen denen des 1. Folienzugver
suchs.
Die Versuchsparameter entsprechen denen des 1. Folienzugver
suches.
Wie die Versuche zeigen, können die erfindungsgemäßen Fasern
bzw. Fäden mit Hilfe eines sonst bei der Herstellung von
Chemiefasern üblichen Streckverfahrens bearbeitet werden.
Das Verstrecken der Fäden ist bereits bei 35°C sehr effektiv
und verbessert die Reißfestigkeit beträchtlich. Ferner kann
die gesamte Herstellung der Fäden einschließlich des Ver
streckens in einem kontinuierlichen und einstufig ablaufen
den Verfahren erfolgen. Die erfindungsgemäßen Fäden bzw. Fa
sern aus vollständig biologisch abbaubaren Werkstoffen eig
nen sich beispielsweise bei deren Herstellung als Bändchen
und/oder Monofile als Endprodukt für Anwendungen in Land
schafts- und Gartenbau (Pflanzenbändchen o. ä.), als Ver
packungsmaterial (Verpackungsschnüre und -bänder o.a.) oder
als Zwischenprodukt auf Kettbäumen oder Einzelspulen zur
Weiterverarbeitung zu vollständig biologisch abbaubaren Net
zen, Geweben, Textilien oder Seilen. Ferner können besonders
feste, vollständig biologisch abbaubare Fasern und/oder
Seile durch Verdrillen oder Flechten der Bändchen/Monofilen
hergestellt werden. Diese besonders festen Bänder und/oder
Seile lassen sich zu Netzen, Geweben und Textilien aller Art
weiterverarbeiten.
Anwendungen für Produkte dieser Art sind beispielsweise:
- - Verpackungssäcke (Raschel- bzw. Netzsäcke usw.) mit offe nen oder halbdichten oder dichten Strukturen für z. B. Kar toffeln, Zitrusfrüchte, Zwiebeln, usw., Spielzeug, Haus haltwaren sowie andere Produkte aller Art,
- - Leichtschutzzäune für Bäume oder Pflanzen aller Art bei Aufforstungen/Neupflanzungen im Forstbereich oder Garten bau, z. B. gegen Wildverbiß oder als Erosionsschutz,
- - Fliegenschutznetze für Türen und Fenster oder Moskito netze,
- - Baumverpackungen (z. B. Tannenbäume usw.) und Netze für Wurzelballen im Garten- und Landschaftsbau,
- - reißfeste Abfallsäcke,
- - Filtergewebe aller Art,
- - schweißbare Banderolierungen in Form von Aufreißbandero len, Umreifungsbanderolen o.a.,
- - Netze im Sportbereich (Badminton, Tischtennis, Volleyball o. ä.),
- - Gittergewebe für Heimtierhaltung, z. B. Kaninchenställe, Taubenverschläge usw.,
- - Schutznetze aller Art, z. B. für Personenschutz, Stein schlagschutz, Erosionsschutz, auch im Weinbergbau, in der Landwirtschaft und im Gartenbau,
- - Netzrollenware für Baumärkte usw. (Heimwerkerbedarf),
- - Produkte für Fischzucht und Fischerei/Binnenfischerei,
- - Textilien aller Art z. B. Tischdecken, Windschutz, Sonnen schutz, Abdeckplanen, Markisen, usw.
- - Agrotextilien, z. B. Bodenabdeckungen zur Ernteverfrühung, Wind- und Sonnenschutz,
- - Fasern als Trockenvlies (air layed paper),
- - Thermobonded Vliesstoffe,
- - textiles Verpackungsband z. B. für Kartonumreifung, Palet tenumreifung usw.,
- - Schutzkleidung oder Einwegkleidung in Reinsträumen, z. B. Hauben, Handschuhe, Schuhüberzüge, Overals und Kittel.
Weitere Vorteile von Folien und Fäden aus nachwachsenden
Rohstoffen insbesondere aus thermoplastischer Stärke und ab
baubaren Polymermischungen auf Basis thermoplastischer
Stärke sind deren antistatische Eigenschaften und Leitfähig
keit. Dies soll anhand von Messungen des Oberflächenwider
standes verdeutlicht werden. Als Erfahrungswert gilt, daß
Werkstoffe mit einem Oberflächenwiderstand unter 10¹¹ Ω, ge
messen nach DIN 53482, keine störenden oder gefährlichen
elektrostatischen Aufladungen erfahren.
Gemessen wurde der Oberflächenwiderstand nach DIN 53482 mit
dem Hochohm-Meßgerät Typ HM 307, Hersteller FETRONIC, Lan
genfeld.
Meßergebnisse:
bei 50% relativer Feuchtigkeit und 20°C:
BIOFLEX BF 102: 3 × 10⁸ Ω
BIOFLEX BF 102: 6 × 10⁸ Ω
bei 30% relativer Feuchtigkeit und 20°C:
BIOFLEX BF 102: 10 × 10⁹ Ω
BIOFLEX BF 102: 10 × 10⁹ Ω
bei 50% relativer Feuchtigkeit und 20°C:
BIOFLEX BF 102: 3 × 10⁸ Ω
BIOFLEX BF 102: 6 × 10⁸ Ω
bei 30% relativer Feuchtigkeit und 20°C:
BIOFLEX BF 102: 10 × 10⁹ Ω
BIOFLEX BF 102: 10 × 10⁹ Ω
Eine handelsübliche antistatische Folie, die vergleichsweise
geprüft wurde, erreichte folgende Oberflächenwiderstands
werte:
bei 50% relativer Feuchtigkeit und 20°C: 3 × 10⁸ Ω
bei 30% relativer Feuchtigkeit und 20°C: 10 × 10⁹ Ω
bei 30% relativer Feuchtigkeit und 20°C: 10 × 10⁹ Ω
Durch diese besonderen antistatischen Materialeigenschaften
sind Erzeugnisse auf Basis thermoplastischer Stärken beson
ders geeignet für nachfolgend aufgeführte Anwendungen:
- - als Verpackungsmaterial und Werkstoff zur Verhinderung von statischen Aufladungen,
- - bei elektrischen und elektronischen Geräten, Erzeugnissen und Bauteilen,
- - bei explosiven, leichtentzündlichen und brennbaren Mate rialien und Erzeugnisse z. B. Big bag-Folieninnensäcken für pulverförmige Produkte, um Staubexplosionen beim Befüllen und Entleeren zu verhindern und
- - Packstoffe und Werkstoffe für Feuerwerkskörper und Spreng stoffe.
Ein weiteres Anwendungsbeispiel für die erfindungsgemäßen
Fäden im textilen Bereich ist deren Verarbeitung zu Windel
produkten. Eine solche vollständig biologisch abbaubare Win
del kann wie folgt aufgebaut sein.
Die äußere Hülle bildet eine biologisch abbaubare Folie, wie
sie beispielsweise in DE-B-42 28 016 beschrieben ist, die
auf eine weiche Zellstoffschicht aufkaschiert ist. Weitere
weiche Zellstoffschichten, die SAP-Produkte (Superabsorber
als Stärkepfropfpolymere) enthalten und stark wasserauf
saugend eingestellt sind, werden eingebracht. Der Innenkern
besteht aus einem Vlies aus bioabbaubarem Material. Die Win
del in dem vorbezeichneten Aufbau kann mit hoher Produk
tionsgeschwindigkeit hergestellt werden, weil die Vorproduk
te als Rollenware vorliegen und das Zusammenbringen der ein
zelnen Schichten durch Siegelvorgänge erfolgt. Durch z. B.
Stanzen wird die Windelform und -größe aus dem Rollenmate
rial hergestellt. Die Fixierung der Ränder und der Gummifä
den am elastischen Bein- und Bauchabschluß erfolgt durch
eine Heißsiegelung. Haftklebestreifen oder Klettverschlüsse
werden zur Befestigung des Windelvorderteils mit dem Rücken
teil verwendet.
Die erfindungsgemäßen Fäden bzw. Fasern können auch selbst
als lockere Materialien wie Spinnfasern oder Filamantfasern
hergestellt und zu Vliesstoffen, Filzen und Textilverbunden
verarbeitet werden. Die Verfestigung der Faservliese erfolgt
durch Vernadeln, Vermaschen, Verwirbeln, Schmelzen oder Sie
geln der Fasern. Die Vliese können auch durch zusätzliche
Fäden, Gewebe oder Gewirke verstärkt werden, z. B. gleichar
tigen oder ungleichartigen abbaubaren Materialien, wie z. B.
Cellulosefasern, Pflanzenfasern aus Baumwolle, Kapok, Sisal,
Flachs, Hanf, Jute, Kenaf, Ramie, Kokos und Fasern aus Wolle
oder Seide. Diese vorgenannten Vliese, Filze und Textilver
bunde können verwendet werden zur Herstellung von Filtern,
Kunstleder, Wegwerfartikeln wie Staubtücher, Putztücher,
Windeln, als Isoliermaterial für technische oder Konfek
tionstextilien wie z. B. Schutzkleidung.
Weitere Textilien, textile Halb- und Fertigfabrikate und
daraus hergestellte Fertigwaren sind beispielsweise linien
förmige Gebilde wie Garne, Leinen, Bindfäden, Schnüre,
Seile, Zwirne; flächenförmige Gebilde wie Klebewaren, Filze,
Nadelfilze, Wirk- und Strickwaren oder voluminöse Gebilde
wie Flocken, Watten, Filtermatten und Polierwatten.
Claims (11)
1. Hochfester Faden aus nachwachsenden Rohstoffen, her
stellbar aus einem Extrudat einer thermoplastisch verar
beitbaren Stärke und gegebenenfalls einer biologisch ab
baubaren Polymermischung auf Basis thermoplastischer
Stärke und durch Verstrecken.
2. Hochfester Faden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß das Extrudat eine Folie ist, die in Fäden ge
schnitten wird.
3. Verfahren zur Herstellung hochfester Fäden aus nachwach
senden Rohstoffen nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet
durch die Verfahrensschritte:
- a) kontinuierliches Extrudieren einer thermoplastisch verarbeitbaren Stärke und gegebenenfalls einer bio logisch abbaubaren Polymermischung auf Basis thermo plastischer Stärke als Folie,
- b) Zerschneiden der Folie in Fäden,
- c) Verstrecken der Fäden mit einem Streckverhältnis von 1 : 4 bis 1 : 20 und
- d) Aufspulen der Fäden und gegebenenfalls Weiterverar beitung zu Geweben oder dergleichen.
4. Verfahren zur Herstellung hochfester Fäden aus nachwach
senden Rohstoffen nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet
durch die Verfahrensschritte:
- a) kontinuierliches Extrudieren einer thermoplastisch verarbeitbaren Stärke und gegebenenfalls einer bio logisch abbaubaren Polymermischung auf Basis thermo plastischer Stärke als Faden
- b) Verstrecken der Fäden mit einem Streckverhältnis von 1 : 4 bis 1 : 20 und
- c) Aufspulen der Fäden und gegebenenfalls Weiterverar beitung zu Geweben oder dergleichen.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich
net, daß das Verstrecken bei Temperaturen unter 60°C
vorzugsweise bei 30 bis 40°C erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Verstrecken in einem gasförmigen oder
flüssigen Medium erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Fäden in Luft oder Wasser verstreckt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Verstreckung monoaxial erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Verfahrensschritte a) bis d) bzw.
a) bis c) kontinuierlich und einstufig ablaufen.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Fäden nach dem Verstrecken konti
nuierlich und einstufig direkt zu Geweben oder derglei
chen weiterverarbeitet werden.
11. Verwendung hochfester Fäden nach einem der Ansprüche 1
bis 10 als Endprodukt im Landschafts- und Gartenbau
und/oder als Verpackungsmaterial oder zur Herstellung
vollständig biologisch abbaubarer Netze, Gewebe, Filze,
Vliese, Flocken, Watten, Textilien oder Seile mit offe
nen, halbdichten oder dichten Strukturen.
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DK95938581T DK0799335T3 (da) | 1994-12-22 | 1995-12-20 | Tekniske og ikke-tekniske tekstilprodukter og emballagematerialer |
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CN95197700A CN1175289A (zh) | 1994-12-22 | 1995-12-20 | 工业与非工业用纺织品以及包装材料 |
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EP19950938581 EP0799335B1 (de) | 1994-12-22 | 1995-12-20 | Technische und nichttechnische textile erzeugnisse sowie verpackungsmaterialien |
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GR990402547T GR3031457T3 (en) | 1994-12-22 | 1999-10-07 | Technical and non-technical textile products and packaging materials |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944446054 DE4446054A1 (de) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | Hochfester Faden aus nachwachsenden Rohstoffen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4446054A1 true DE4446054A1 (de) | 1996-06-27 |
Family
ID=6536768
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19944446054 Ceased DE4446054A1 (de) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | Hochfester Faden aus nachwachsenden Rohstoffen |
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---|---|
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