JPH07115470B2 - 溶融熱可塑性組成物及び該組成物の基質への適用方法 - Google Patents

溶融熱可塑性組成物及び該組成物の基質への適用方法

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JPH07115470B2
JPH07115470B2 JP60099430A JP9943085A JPH07115470B2 JP H07115470 B2 JPH07115470 B2 JP H07115470B2 JP 60099430 A JP60099430 A JP 60099430A JP 9943085 A JP9943085 A JP 9943085A JP H07115470 B2 JPH07115470 B2 JP H07115470B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は印刷装置に対して移動する基質の上に一連の不
連続小滴として非接触インキジェト印刷機によって適用
するのに適した溶融熱可塑性組成物及び該組成物を基質
上に適用する方法に関する。
インキが印刷機のノズルを介して溶融して適用されるワ
ツクスベース組成物の形であるインキジエツト印刷機に
よつてインキを適用することは提案されている。
上昇温度で操作することを試みる際に予想される問題を
減ずるために（例えば組成物の劣化）従来の提案は比較
的低い融点の組成物と低い操作温度の使用を必要とし
た。かくして、例えば米国特許第3,653,932号ではこの
組成物は51℃を越えない融点を有することを必要とし、
かつ極めて粘稠な物質であるジドデシルセバケートを含
有する。この調合品に関する問題に打勝つために米国特
許体4390369号は天然ろうを含みかつ約75℃以下の融点
を有する組成物の使用を提案する。天然ろうの使用はヨ
ーロツパ特許出願第097823号でも提案され、ここではこ
の組成物はパラフインろうとステアリン酸の混合物を含
む。しかしながら、この組成物はプラスチツク基質に満
足に接着せず、汚れで悩まされ、合成材料を使用する場
合成分の高い粘度による問題が生ずる。
この従来提案の教示とは対照的に、本出願人は100゜か
ら160℃までの温度でホツトメルトインギジエツト印刷
機を操作することが有用であることを見出した。この上
昇温度では、従来提案のろうはしばしば分解するのに対
して、本発明では改良された鮮明度の像を生じ、これは
汚れに耐え、かつまた高粘度材料の使用に関した問題を
減ずる。
米国特許第3,369,253号はペン型チヤートレコーダーに
使用のため多くの組成物を開示し、そのインキは移動す
る基質の上にノズルから連続的に流動してその上に線を
引く。インキ組成物を介してノズルと基質の間に直接接
触があり、一連の個々の小滴としてでなく連続した流れ
としてノズルから引出されるためにこの組成物は操作の
温度で十分に高い表面張力を有しなければならない。こ
の要件は印刷機と基質の間に直接接触がなくかつインキ
が一連の不連続小滴として出るインキジエツト印刷機に
おいて全面的に必要とされるものの反対である。更に、
この米国特許では、溶融組成物が基質中で認め得る寸法
変化を引起こさないためにこの基質は必須の表面層を有
する特定型式のものでなければならない。基質上に特別
の表面が必要であることはこの技術を使用する分野の可
能性がかなり限定される。
従って本発明の課題は前記欠点を回避する溶融熱可塑性
組成物を見出しかつ該組成物を基質上に適用する方法を
提供することである。前記課題は、可融性キャリア媒体
中に少なくとも一つの油混和性又は油溶性像形成成分を
含有し、100℃から160℃までの適用温度で熱安定性であ
り、実質的に固体粒子を含有せず、適用温度で120cp
（センチポアズ）以下の粘度を有しかつ60℃以上の軟化
点を有する、非接触インキジェット印刷装置のノズルに
よって一連の不連続小滴として基質上に適用するのに適
した溶融熱可塑性組成物であって、可融性キャリア媒体
が微結晶性ろう、炭化水素樹脂及びこれらの混合物から
選択された少なくとも一つの成分を含む溶融熱可塑性組
成物によって解決される。
また本発明は、前記溶融熱可塑性組成物の基質上への適
用方法において、基質と印刷装置とを相互に相対運動さ
せ、該組成物を液状で一連の不連続小滴として100℃か
ら160℃までの温度で基質に適用し、基質に適用された
小滴を軟化点以下に冷却することによって凝固させるこ
とを特徴とする方法を提供する。
60℃以上の軟化点を有するインキ（溶融熱可塑性組成
物）は、基質に衝突して任意の周囲温度で急速に冷却し
て凝固するので、基質上のインキ画像の汚れる危険や多
孔質基質における液滴の拡散の危険が減少される。60℃
未満の軟化点を有するインキの場合にはこのような急速
な凝固は起こらず、インキ画像は周囲温度で汚れやすく
なりかつ多孔質基質における液滴の拡散が過度になるよ
うな軟らかさになる。
本発明方法により、インキ小滴を100℃から160℃までの
温度で適用すると、次の利点が得られる。
１） インキ小滴とこのものの適用される基質との間に
高い温度差を生じる。この温度差のために小滴が基質に
衝突すると急速に冷却され、その軟化点以下になって凝
固する。こうして小滴が溶融しているか又は軟化状態で
ある時間が最小になり、印刷された基質を印刷直後に取
り扱うことが可能になる。従って、インキが低温で適用
される場合に通常必要なようにインキが冷却して凝固す
るのを待つ必要がない。
２） 小滴の急速な凝固によって鮮明な像を形成するこ
とができる。小滴の溶融している時間が短くなるので、
凝固のために比較的長時間を要するインキの場合のよう
に、小滴は基質上に拡がらない。これは特に、液状イン
キを基質中に吸収する吸収性基質上に印刷された小滴の
場合についていえる。
３） 上記の適用温度の使用は、小滴を熱可塑性樹脂、
例えばポリエチレン又はPVCから成る基質に融着させ
る。従って印刷された小滴はこのような基質に有利に付
着する。
本発明方法を100℃未満で操作する場合には、小滴が基
質に衝突する際の衝撃冷却が小さくなる。小滴は基質に
融着せず、容易によごれたり、落滴したりする。熱小滴
が基質に融着する能力は約90℃でなくなる。
また120cp未満の粘度の場合には、有利な不連続小滴が
得られない。本発明方法はオン−デマンド（on−deman
d）又は連続非接触インキジェット適用技術を使用して
種々の基質に溶融組成物を適用するため使用できる。し
かしながら、本発明方法はオン−デマンドインキジェッ
ト印刷機を使用して基質へ熱可塑性インキの適用に特に
使用されるものである。
オン−デマンドインキジエツト印刷機では、インキは圧
力下、代表的には0.5から20psig（プサイグ）で供給さ
れるが、溜めから各ノズルを通してインキの流れを制御
する弁装置を介して一連のノズルへ、所望に応じてより
高い圧力を使用してもよい。この弁装置は代表的には電
磁作動弁、特にソレノイド弁である。インキはノズルを
介して所望の順序で不連続小滴として放出されて基質上
に必要な像を形成する。通常には、このノズルは基質の
移動のラインに横に一つ又は複数のシリーズで配列され
る。代表的には、この印刷機は0.01から0.45mmの内直径
と3:1から1:2、特に2:1から1:1の内径長さ対直径比を有
するオリフイスと共に、１から５ミリ秒の供給ノズルの
操作サイクル時間で急速作動弁を有する。
本発明の熱可塑性組成物は可融性キャリア媒体中に一つ
又はそれ以上の油混和性又は油溶性像形成成分を含有す
る。この像形成性物質は基質上に可視像を形成するもの
でよく、例えば染料又は他の装置で検出できるものでよ
く、例えば適当なリーダーで走査される磁性材料であ
り、又はけい光物質、例えば紫外線又は放射線スキヤン
ナーで検出されるものである。便宜上、本発明を可視的
に検出できる染料を含む組成物に関して記述する。
本発明の組成物は好ましくはキヤリア媒体中の染料の溶
液又は懸濁液であり、即ち組成物が放出されるノズルを
ふさぐ粒子を全く含まない。必要に応じて、実質上均質
な組成物の形成を助けるためこの組成物は共溶媒又はブ
リツジング流体を含むことができる。
この組成物の本発明の方法で出会う温度で溶融される可
融性キヤリア媒体を含む。本願使用のこの可融性キヤリ
ア媒体は適用の温度で熱安定性でありそしてそれによつ
て適用されるインキジエツト印刷機の表面張力と粘度の
要件を満足させる。一般に、このキヤリアは160℃まで
の温度で熱で劣化され又は分解されるべきでなく、かつ
適用の温度で120cp以下の粘度を有すべきである。これ
らはインキのための操作温度で十分に低い表面張力を有
してノズルと基質の間にブリツジを形成する連続ジエツ
トよりむしろ不連続小滴を形成する。上昇温度で表面張
力を測定することが困難な点から、本発明の組成物の適
合性について最も好都合な試験はそれが使用されるイン
キジエツト印刷機によつて組成物をランさせてこれが操
作温度で連続ジエツト又は不連続小滴の何れを形成する
かを確認することである。多くの場合25℃で表面張力を
測定すると、本願使用の組成物の適合性又は不適合性に
関して一見したところでの指示が与えられる。この組成
物の試料が公知の表面張力の一連の流体によつてぬれて
いるか否かを確定することによつて表面張力を測定す
る。固体組成物がぬれている場合には、これはこの流体
より高い表面張力を有し、この流体が組成物の表面上に
安定な小滴を形成する場合には、この組成物はより低い
表面張力を有する。一般に、この組成物が前記の試験で
cm当り50ダイン又はそれ以下の表面張力を有する場合に
は、本願の使用に適している。
本願使用のキヤリア媒体は所望の性質を有する天然ろう
の中から選択できるが合成物質を使用することが好まし
い。微結晶性ろう、特にこのろうの合成型、及び／又は
炭化水素樹脂はこれらが代表的に110から160℃、特に12
5から150℃である高い操作温度で劣化のおそれのない極
めて可動性の溶融組成物を供する点で特に有益なキヤリ
ア媒体を供することが判明した。更に、この組成物が60
℃以上の軟化点を有する場合には、組成物の小滴が基質
に衝突するとこれが急速に冷却しそしてプラスチツク基
質の場合には熱い小滴の下方の基質が一部溶融して汚れ
に耐える像を形成する。
それ故に本発明はまた合成微結晶性ろう及び／又は炭化
水素樹脂を含むキヤリア媒体中の、一つの又はそれ以上
の油溶性又は油混和性指示薬物質、特に染料を含み、12
0cp以下の粘度、25℃でcm当り50ダイン以下の表面張力
（前記の方法により測定した）及び60から110℃の軟化
点を有する組成物を供する。
本願使用の微結晶性ろうは市販の広い範囲のろうから選
択できる。代表的には、このろうは石油又はナフサの処
理から得られる合成炭化水素ろう、特に60から110℃、
特に70から90℃の範囲内の軟化点を有するナフテン系、
ポリエチレン又はポリプロピレンろうである。他の好適
なろうはFischer Tropsch法によつて得られたもの、代
表的には300から1500の分子量と80から110℃の範囲内の
軟化点を有する長直鎖パラフインからなるものを含む。
本願使用の好適な合成微結晶性ろうはスラツクろう及び
ナフサと石油のクラツキングの軽い画分から得られたポ
リエチレンろうを含む。所望に応じて、この微結晶性ろ
うをその誘導体の形で、例えば酸化した又はマレイン酸
結合した誘導体として使用できる。
本願使用の炭化水素樹脂は好ましくは結晶性樹脂、特に
90℃以上、代表的には90から110℃の軟化点及び110℃以
上、好ましくは140から160℃の範囲内の軟化点を有する
C5からC9の鎖長の脂肪族ろう及びポリオレフインであ
る。代表的には、このポリエチレン樹脂は1500以下、例
えば500から1200の平均分子量と１以下の酸価（mgKOH/g
として表わす）を有する。かくして本願使用の好適な炭
化水素樹脂はポリオレフイン、特にポリエチレン、ポリ
プロピレン又はポリブチレン;C5からC9鎖脂肪族樹脂、
例えばナフサの蒸気クラツキングにより得られたもの；
ポリテルペン、特に木材ロジン、トール油又はバルサム
樹脂（これらは所望に応じてエステル化又は水素添加で
きる）；及び芳香族化合物、例えばメチルスチレンのよ
うなスチレンを含む。
炭化水素樹脂がしばしば微結晶性物質である一方、本出
願人は炭化水素樹脂と前記のような微結晶性ろうの両方
の混合物の使用が特に有益な利点を示し、その理由はこ
の炭化水素樹脂が非多孔性基質、特にプラスチツクシー
ト基質へろうベース組成物の接着を高めるためであるこ
とを見出した。更に、樹脂とろうの比率を変えることに
よつて、組成物の性質、例えば粘度を広い範囲の操作条
件に適合するように注文通り作ることができる。
本発明の組成物は微結晶性ろう、樹脂及び像形成性物質
の外に他の成分を含むことができる。かくして、この組
成物は組成物の成分の劣化を減ずるため熱及び／又はUV
安定化物質；及び実質上均質な混合物として組成物の調
合を助けるため成分のために少ない比率の一つ又はそれ
以上の溶媒又は共溶媒を含むことができる。
本発明の組成物の組成物は好ましくは印刷機の操作の温
度、代表的に120から160℃で２から120、特に３から20c
pの粘度；及び前記の試験法を使用して25℃でcm当り40
ダイン以下、特に30ダイン以下の表面張力を有する。
特定の印刷機の最適操作に対する実際の操作温度での所
望の粘度及び／又は表面張力を得るために組成物中に一
つ又はそれ以上の粘度及び／又は表面張力変性剤を含む
ことが望ましい。しかしながら、前記のように、粘度と
表面張力は組成物中の微結晶性ろうと炭化水素樹脂の相
対比により影響されることそして単にこれらの二つの成
分の相対比を変えることにより粘度と表面張力がしばし
ば所望の数値に調節できることを本出願人は見出した。
連続ジエツトインキ印刷機を使用して組成物を適用すべ
き場合には、この組成物は電荷を受容できるものである
ことが必要である。これは組成物に一つ又はそれ以上の
イオン性又は極性物質、例えばカリウムイソチアシアネ
ートを含有させることにより都合良く得られる。この組
成物からこれらの物質が分離するおそれを減ずるため
に、ブリジング化合物、例えばアルキルエーテルサルフ
エート又はスルホネート又はアルキルベンゼンスルホネ
ート型の湿潤剤を組成物に配合することが望ましい。代
表的には連続ジエツト印刷機によつて適用のための組成
物は少なくとも1000、好ましくは1500から2500マイクロ
シーメンスの伝導率を有する。
本発明の組成物は成分の性質、適用されるべき基質の性
質及びその下で適用される操作条件を考慮して任意の好
適な比率で微結晶性ろう、炭化水素樹脂及び像形成性物
質を含む。代表的には、この組成物は微結晶性ろうが9
9.9％まで、特に40から99.5％で存在し；炭化水素樹脂
が０から65％、特に25から55％で存在し；そして像形成
性物質が0.05から５％、好ましくは0.1から２％で存在
し、すべての百分率は活性物質のものでありかつ全組成
物の重量に基づく重量によるもので、微結晶性ろう又は
炭化水素樹脂から選択された少なくとも一つを含む。
本願使用のため特に好適な組成物は40から99重量部の微
結晶性ポリエチレンろう、０から60重量部の、分子量50
0から1200のポリエチレン又はスチレン炭化水素樹脂及
び0.1から1.5重量部の油溶性染料を含む。
任意の適当な技術、例えばろう及び／又は樹脂成分をそ
の中に融解させることによつて本発明の組成物を製造で
きる。
ボイド容器の中に成分の溶融混合物を噴霧することによ
つて粉末又は粒子の形でこの組成物を提供することがで
きる。別法として、好適なダイスを通して押出して融解
と使用のため印刷機中の適当に形成した容器内に挿入の
ため組成物の成形プラグを作ることができる。
前記のように、本発明の組成物を上昇温度でインキジエ
ツト印刷機のノズル又はノズルのアレーに通過させるこ
とによりこれを基質に適用する。この装置は従来設計の
ものでよいが、ただし溶融組成物が通して流れる装置の
部分は組成物が装置内で固化するおそれを減ずるように
加熱され又は絶縁される。任意の好適な装置、例えば適
当な管又は容器の周りの電気加熱要素又は装置上で作動
する赤外線又は他の放射加熱器によりこの加熱が得られ
る。代表的に、この装置は125から150℃、例えば約140
℃の温度で通して流れる組成物で操作される。
固体形で、例えばチツプ又は粒子又は前記の成形したプ
ラグで装置に組成物を供給し、そして印刷機装置に結合
した又は一体部分を形成する適当な容器内で融解させ
る。所望に応じて、この組成物を分離した組成物のため
に貯蔵し、加熱した又は絶縁したラインを介して一つ又
はそれ以上の別別の印刷機に供給する。
驚くべきことには、微結晶性ろう又は炭化水素樹脂、特
にこれらの組合わせの存在はこれまで提案されたセバケ
ートろうの場合のように組成物の粘度の急激に増加する
ことの有害な効果を持たない。それ故にこの印刷機装置
は従来のインキ調合品に関して同様の圧力と流速の下で
かつ10から450ミクロンの直径内のノズルオリフイスを
使用して操作できる。
本発明の組成物を広範囲の多孔性及び比多孔性基質、例
えば紙、金属、木材、プラスチツク又はガラスに基質上
の何ら特別の表面層を形成する必要もなく適用できる。
しかしながら、本発明は非多孔性物質、例えばプラスチ
ツク、プラスチツク塗被物質、ガラス及び金属の上に像
を形成することに特に使用されるものである。プラスチ
ツク基質上に組成物が付着するにつれて組成物の高温に
よつて基質との一部融解により組成物の接着が高められ
る。多孔性基質の場合には、組成物は冷却するにつれて
基質の中に侵入する。両方の場合で、本発明の組成物は
基質上で迅速に固化して汚れに耐性の鮮明な像を生ず
る。
本発明をインキ型組成物の適用に関して上記に記述し
た。しかしながら、接着組成物、例えばポリアクリルア
ミド又は類似の重合体を含有するものにも適用できる。
基質上に溶融接着剤を押出すガン又は他のアプリケータ
からホツトメルト接着剤を適用することは公知である一
方、小滴がノズルから秒当り100滴以上の頻度で放出さ
れるインキジエツト印刷機から放出される小滴としてホ
ツトメルト接着剤を適用することは新規であると思われ
る。
それ故に本発明は接着組成物がノズルを介して100℃か
ら160℃までの温度で分配されて基質に適用される一連
の小滴を形成し、この小滴が秒当り100以上の割合でノ
ズルで形成されることを特徴とする基質へ溶融接着組成
物を適用する方法をまた供する。
本発明をここで下記の例により説明し、ここではすべて
の部と百分率は重量により示される。
例１ かきまぜ機を備付けた加熱容器で市販のシエルクリスタ
リンろうMMP（商品名）（54部）の微結晶性ポリエチレ
ンろうを融解することによつてインキ調合品を製造し
た。この溶融ろうに油溶性染料セレスブルー（１部）と
商品名エスコレツズ5300として販売される炭化水素樹脂
45部を加えた。結果の混合物は環球試験で測定して85℃
の軟化点と90℃の融点そして前記の試験法で測定してcm
当り40ダイン以下の表面張力を有した。インキのため、
インキライン及び印刷ヘツドを140℃±５℃に保つ電気
加熱コイルを有するドロツプ・オン・デマンドインキジ
エツト印刷機にこの組成物を供給した。このためを2psi
gに加圧しそして0.225mm孔オリフイスを使用して印刷ヘ
ツドを通して溶融組成物を印刷して一連の別々の小滴を
製造し、これは印刷ヘツド下方に置かれた紙又はポリエ
チレンシートターゲツト上に不連続点像を形成した。こ
の点は鮮明に形成され、基質に十分に定着しそして汚れ
に耐性である。
対照として、微結晶性ろうと炭化水素樹脂の代りに天然
のカルナバろうを使用した時に、この組成物は50℃の軟
化点を有しそして炭化により証拠立られるように１時間
120℃に保つた時に劣化し始めた。この組成物を80℃で
紙基質に適用した時に、像は軟くかつ汚れを受け易かつ
た。基質としてポリエチレンシートを使用した時に、こ
の像はシートに接着せず、かつふいて容易にとれた。
例２ 一定範囲の異なる樹脂とろうを用いて例１の工程を繰返
してガラス、金属、ポリエチレン、ポリプロピレン、PV
C、ポリスチレン、ろう、プラスチツク塗被紙及びカー
ドを含む異なるターゲツト基質上に適用した。この組成
物を調合品Ａ、Ｂ及びＣとして下記に示しそしてすべて
の場合で組成物を例１におけるように適用して良好な点
像を得た。
組成物を従来の溶媒ベース調合品又は低温ろう調合品と
取換えそして非多孔性基質に適用した時に、結果の点は
迅速に乾燥せずかつ流れ易い像を生じ（溶媒インキの場
合）又は軟くかつ容易に汚れた（低温ろうの場合）。
調合品Ａ 54.7％ 木材ロジン炭化水素樹脂 45.0％ 低融点微結晶性ポリエチレンろう 0.3％ 油溶性染料 調合品Ｂ 70.0％ 中融点微結晶性ポリエチレンろう 29.5％ 市販のC5−C9脂肪族炭化水素樹脂 0.5％ 油溶性染料 調合品Ｃ 55％ 市販のウオーターホワイトグレードアルフアメチ
ルスチレン炭化水素樹脂 44.9％ 市販の微結晶性及びパラフインろう混合物 0.1％ 油溶性染料
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−113472（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−208062（ＪＰ，Ａ)

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】可融性キャリア媒体中に少なくとも一つの
    油混和性又は油溶性像形成成分を含有し、100℃から160
    ℃までの適用温度で熱安定性であり、実質的に固体粒子
    を含有せず、適用温度で120cp以下の粘度を有しかつ60
    ℃以上の軟化点を有する、非接触インキジェット印刷装
    置のノズルによって一連の不連続小滴として基質上に適
    用するのに適した溶融熱可塑性組成物であって、可融性
    キャリア媒体が微結晶性ろう、炭化水素樹脂及びこれら
    の混合物から選択された少なくとも一つの成分を含む溶
    融熱可塑性組成物。
  2. 【請求項２】炭化水素樹脂が（１）C5〜C9の鎖長の脂肪
    族ろう又はポリオレフィン、（２）ポリテルペン、木材
    ロジン、トール油又はバルサム樹脂及び（３）スチレン
    樹脂から選択される、特許請求の範囲第１項記載の組成
    物。
  3. 【請求項３】微結晶性ろうがポリエチレンろうであっ
    て、40から99重量部で存在し、炭化水素樹脂がC5〜C9脂
    肪族樹脂、500から1200の分子量を有するポリエチレン
    樹脂及び500から1200の分子量を有するスチレン樹脂か
    ら選択されていて、０から60重量部で存在し、油溶性染
    料0.1から1.5重量部を含む、特許請求の範囲第１項記載
    の組成物。
  4. 【請求項４】可融性キャリア媒体中に少なくとも一つの
    油混和性又は油溶性像形成成分を含有し、100℃から160
    ℃までの適用温度で熱安定性であり、実質的に固体粒子
    を含有せず、適用温度で120cp以下の粘度を有しかつ60
    ℃以上の軟化点を有する、非接触インキジェット印刷装
    置のノズルによって一連の不連続小滴として基質上に適
    用するのに適した溶融熱可塑性組成物であって、可融性
    キャリア媒体が微結晶性ろう、炭化水素樹脂及びこれら
    の混合物から選択された少なくとも一つの成分を含む溶
    融熱可塑性組成物の基質への適用方法において、基質と
    印刷装置とを相互に相対運動させ、該組成物を液状で一
    連の不連続小滴として100℃から160℃までの温度で基質
    に適用し、基質に適用された小滴を軟化点以下に冷却す
    ることによって凝固させることを特徴とする、溶融熱可
    塑性組成物の基質への適用方法。
  5. 【請求項５】炭化水素樹脂が（１）C5〜C9の鎖長の脂肪
    族ろう又はポリオレフィン、（２）ポリテルペン、木材
    ロジン、トール油又はバルサム樹脂及び（３）スチレン
    樹脂から選択される、特許請求の範囲第４項記載の方
    法。
  6. 【請求項６】溶融組成物を、各ノズルを通して該組成物
    の流れを制御する弁装置を介して、溜めから一連のノズ
    ルへ0.5から20psigの圧力下に供給する、特許請求の範
    囲第４項又は第５項記載の方法。
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