JPS5962601A - 水性媒体中に分散可能なアルキルヒドロキシアルキル―及び/又はヒドロキシアルキルセルロースエーテルの製法 - Google Patents

水性媒体中に分散可能なアルキルヒドロキシアルキル―及び/又はヒドロキシアルキルセルロースエーテルの製法

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JPS5962601A
JPS5962601A JP58157271A JP15727183A JPS5962601A JP S5962601 A JPS5962601 A JP S5962601A JP 58157271 A JP58157271 A JP 58157271A JP 15727183 A JP15727183 A JP 15727183A JP S5962601 A JPS5962601 A JP S5962601A
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08BPOLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B11/00Preparation of cellulose ethers
    • C08B11/20Post-etherification treatments of chemical or physical type, e.g. mixed etherification in two steps, including purification
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08BPOLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B15/00Preparation of other cellulose derivatives or modified cellulose, e.g. complexes
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、水溶性セルロースエーテルと変性剤を反応さ
せることにより水性媒体中に分散可能なセルロースエー
テルを製造する方法に関する。
水溶性セルロースエーテル、例えばナトリウムカルボキ
シメチルセルロース(Na[、’MO)、 )チル−ヒ
ドロキシエチルセルロース(MHEO)、メチル−ヒド
ロキンプロピルセルロース(MHPO)、エチルヒドロ
キシエチルセルロース(EHEO)。
ヒドロキシエチルセルロース(I−Igc)tりUヒド
ロキシゾロビルセルロース(HPO)は粘度上昇物質(
例えば増粘剤、接着剤、バインダーまたは分数助剤)と
して広範に使用されている。しかしこれらは水または水
系に面別するのが屡々必要であシ、その際これらのセル
ロースエーテルを塊を形成せずに分散または溶解し、そ
うして最終粘度に到達するまでに急速がっ9−な溶解を
達成する点に困難が起ることがある。公知技術文献によ
り種々の方法が提案さ2また、とfLらは原則的に水分
子の作用によるセルロースエーテル粒子(粉末、顆粒、
凝集物)の表面の当初の膨潤を少なくとも粒子が含水媒
体中に均一に分配されるまで防止するかまたは遅延させ
ることを提案する。
セルロースエーテル分の可逆的な架橋を惹起するために
例えばセルロースエーテル全ジアルデヒド、例えばグリ
オキサールで処理することが公知であり、これは製造工
程の間寸たけ後に行なうことができる(米国特許第28
79268号明細宵;西ドイツ国特許出願公告f212
73810号明細−再(米国!1ヲ許第3297583
号に相当);西ドイツ国特許出願公告第2415556
号明h111 s’t (米国時2fi3997508
号に相当)参照)。しかしこのタイプの架橋(は、これ
が架橋したセルロースエーテルを中和点に近いpl−1
値を持つ水性媒体中で使用する場ひにのみ効果的である
、すなわち塊のない添加がOT能である欠点金持つ。こ
の理由からこうして架橋さ扛たセルロースエーテルは、
水性媒体のpH値が高い酸性かまたは、萌い塩基性範囲
内にある適用の分野ではきわめて限定された程度で使用
し得るにすぎない。特に相対的に、痛い塩基性範囲内で
一般にセミアセタール結合である架橋は急速に分解され
、そのためにこの可逆的な架橋の結果粒子表面と水分子
の開の急速すぎる相互作用により塊が形成される。
可逆的な架橋はま/こセルロースエーテルをΔ1+6イ
オンと反応させること1Cよっても得られ(西ドイツ国
特許出願公開第1668854号1す1層fj書−英国
特許第1224390号;またはヨーロッパ特許出願公
開第0038107号明則与)、このタイプの架イ喬は
tbろんアニオンノ+’= k 4寺つセルロースエー
テル、例えばNaCMO(r(−限定される。
西ドイツ国特許第2556754号明細書によればヒド
ロキシアルキル基金有するセルロースエーテルをクロル
蟻酸エステルと反応させ、その際セルロースエーテル1
モルに対してクロル蟻酸エステル金約0.2〜0.6モ
ル使用する。
このようにして変性されたヒドロキシアルキルセルロー
スは、これを添加した後の水性媒体を(分散後として)
少なくともpI−(12に調節することにより溶解する
ことができる。反応自体も塩基の存在で行なわなければ
ならない。したがってこの方法は既に製造されたセルロ
ースエーテルの141理には余り好適ではない、それと
いうのも比較的大量の変性剤を使用しなければならない
からである。その上にpH値12以上の使用は一定の水
系には問題がないとはいえない。
硼酸マたはボレートで力性したセルロースエーテルをセ
ルロースエーテルの塊状化を起サスにpH10以上の水
性媒体中に混入し得る。西ドイツ国特許出願公開第25
35311号明細書(=英国特許第1465934号)
によれば場合により既にグリオキザールで架橋さぜたセ
ルロースエーテルをボレートイオンで処理してもよく、
その際変性は有機溶剤1例えばアセトン中のセルロース
エーテルからJ戊るスラリ中で行なわれる。ボレートイ
オン最大添加量は5重量係である。しかしこの方法は実
地での使用Vこはそれ程有利ではない、それというのも
大散の有機溶剤を必要とし、これをスラリから除かなけ
ればならないからである。更にこれらの変性セルロース
ニーデルはpTlloを下回る場合には分散l−ること
かできないかまたは少なくともpH10を上回る場合の
ようには容易に分散することができない。ヨーロッパ特
許出願公開第004、1364号、および同第0055
820号明細書はNaOMCまたはHE Oの溶解特性
を変性するためにボレートイオンの使用を記載している
が、こ才しらの場合にはボレートイオンは既にアルカリ
セルロース製造の間で使用される。特定OpH値におけ
る改善された分散性についでは例も記載がない。
セルロースおよびセルロース誘導体は無機または有機ケ
イ素化付物と反応させられた、例えば:西ドイツ国特許
第842044号明細書(米国特許第5532622号
に相当)によればDS(lt換+ff)1〜2.75の
セルロースエステルまたはセルロースエーテルをハロゲ
ン化水素受容体、例えばピリジンまたはアンモニアの存
在でトリアリール−またはジアリールモノアルキルシリ
ルノ・リドと反応させる:得られた生成物はエーテル置
換基として有機シリル基を持ち、かつ大きな熱安定性お
よび増大した疎水性を持ち、かつフィルムの製造に好適
である;MCを基礎としたセルロース混合エーテルの置
換度の分析はDSMl、7およびDSs、 1.3を与
えた;米国特許42562955号明細書によればセル
ロース、セルロースエステルまたはセルロースエーテル
を酸結合剤、例えばピリジンの存在で七ノー、ジーまた
はトリアルキルシリルクロリドまたは−シリルアセテー
トと反応させる;得られた生成物はエーテル置換基とし
て有機シリル基を有し、かつこれらはセルロースエーテ
ル化学の分野で常用の溶剤および溶剤混什物に不溶であ
る;精確に記載されている。唯一のMO全基礎とするセ
ルロース混合エーテルはDSMl、8およびDSs: 
0.24を持つ、この生成物は疎水性であり、かつ有機
溶剤に不溶である;西ドイツ特許出願公開第16681
29号明月11書(=米国特許第3418312号)に
よればD82〜3のトリメチルシリル基を有するセルロ
ースエーテルが、トリメチルシリルクロリド、モノ−ま
たはジザツカリド、有機溶剤、第3アミンおよびセルロ
ースを互いに反応させることにより製造される;得られ
た生成物は有機溶剤、例えばクロロホルムまたはベンゼ
ンに可溶である; 西ドイツ国特許出願公告第2521946号明細書(−
米国特許第3961976号)によりアルカリ金属セル
ロース、メタケイ酸ナトリウムおよびモノクロ酢酸ナト
リウム”、H2O2およびF2+イオンの存在で互いに
反応させ、その際未確定の化学1・d造イ有するケイ素
変性Na0M0が形成され、これは水に易溶である; 西ドイツ国特許出願公開第2725764号明細+J:
(−米国特ifl′第4106948号)によれは改善
さfLだ耐水性を有する表面塗膜用水性組成物が水、H
EOおよび一般式:此’ Si (0[1,2) 3(
式中比1はメチル、エチルまたはビニル基であシ、かつ
F(2はメチル、エチルまたはメトキシエチル基である
)の有機ケイ累化合物から製造される、特にこのケイ素
化合物はメチルトリメトキシシランである:σ4@物中
にHgO1重針部当り有機ケイ素化合物1〜30重量部
官有される;pi43〜5.5で組成物は透明溶液であ
る;および西ドイツ国特許出願公開第3104530号
明all (=英国iI4+’許出Mm 207061
3 M)および西ドイツ国特許出願公開第310453
1号明、f411書(英国特許出願第2070612号
)によればトリメチルシリルセルロースが有機溶剤中で
Na2003の存在でまたは液体アンモニア中で製造さ
れ、その際得られる置換度は一般に1.3〜2.7で変
化する;生成物は水に不溶であるが、特定の溶剤、例え
ば炭化水素またはエーテルには可溶である場合がある。
しかしこれらの公知方法は依然として特定の欠点を有し
、こA’tは大ていの場合にシランの反応祇がきわめて
高いことにより、したがって得られるセルロース混合エ
ーテルは一般に種々のpH値で長期の処理実施後も可溶
ではないかまたは完全には可溶ではない。更に無水有機
溶剤。
例えばピリジンまたはトルエンまたは液体アンモニア中
での反応の方法条件がセルロースエーテルの大規模な工
業的製造に好適ではない、それというのもこれらは大量
生産をするには高価すぎるからである。セルロースエー
テルと反応し得る唯一の基を有するシラン(例えばトリ
メチルシリルクロリド)の反応がOH基の単官能性置換
基金倉して混合エーテルの形成をもたらすことは正しい
が、しかし分子間の2官能性または3官能性置換反応(
すなわち架橋)はこのタイプのシランでは得ることがで
きない。
本発明の目的は、広いpH値範囲(強酸性から強アルカ
リ性まで)の水性媒体中に塊状化なしに混入することが
でき、分散する混入期中の。
かつその後の粘度上昇を簡単な技術的手段によって精確
に調N自かつ制御することができ、かつ好適な変性剤の
少量の添加で可逆的なタイプの変性に変えることができ
る変性されたセルロースエーテルを製造する方法を提供
することである。更に提案さした方法は多大な装置およ
び方法1に衛士の経費を用いずにセルロースエーテル#
造の公知プラントおよび工程に統什可能でなけり、ばな
らない。
この目的は水性媒体中に分散し得るセルロースエーテル
ヲ、水溶性セルロースエーテルヲ変性剤と反応させるこ
とにより製造する方法によって達成される。本発明の方
法は使用される変性剤が一般式: %式% 〔式中141はアルキル基、アルケニル基または場合に
よジ置換されたアリール基忙表わし B2およびR6は
同じかまたは異なっており、かつ水素、アルキル基、ア
ルケニル基、場&によジ置換されたアリール基、場8に
よジ置換されたアルコキシ基、場8−により置換された
アリールオキシ基、アシルオキシ基、0−シリル基また
はN−シリル基を表わし、かつR4は場合により置換さ
れたアルコキシ基、場合により置換された了り−ルオキ
シ基、アシルオキシ基、0−シリル基またはN−シリル
基を表わす〕のシランであり、変性剤の量がセルロース
1モル当りo、o o o i〜0.12モルで変化す
ることより成る。
前記の置換された基がアルキルまたはアルケニル置換基
を含む場合にはそれはC−原子数1〜4から成9、アリ
ール置換基は特にC−原子数15ま(゛である。セルロ
ース1モルとは1個の無水−D−グルコース単位の分子
量を1で表わしたものである。電置換された〃なる用語
はアリール基では塩素、臭素、アルコ千シ、アIJ −
ルオキシまたはフェニル11換基を包含し、かつアルコ
キシまたはアリールオキシ基の場合にはアルコキシまた
はアリールオキシ置換基金包含する。
本発明の万−法の1憂れた実施形では前記の一般式にお
いてFLlはアルキル基を表わし、かつR3およびFL
4は同じであり、場合によジ置換さiしたアルコキシま
たはアルカノイルオキシ基を表わし、かつ特に前記のシ
ランの一般式においてtlはアルキル基(clまたはC
2)を表わし、かつRぺR3およびR4は同じであり、
アルカノイルオキシ基(C1または02)−1:たは場
合によジアルコキ7基(clまたは02)によって置換
されたアルコキシ基(01またはR2)&表わす。シラ
ンは有利にセルロース1モル当り帆0005〜0,10
モルの量で使用さ几る。好適なシランの例はエチル−ト
リアセトキシシラン(Rj=C2t15、[(,2=(
L3=l(,4=Q−co−at13 )、メチル−ト
リ(2−メトキシ−エトキシ−)シラン(Ft’=01
−16. a2=+ts=rt’=o−o2H4−o−
cI(3)、 メチル−トリメトキシシラン(FL1=OH3,R2=
EL3=n4=0−OH3)、 メチル−トリエトキシシラン(R’=oi−i3、R2
=FL5−=EL4=O−02H5)、 ヘキサメチル−ジシラザン(FL1=ル2=R’=01
(3゜FL4=N H−Si (OHs ) s )。
異なるタイプのシロキサン、例えば1つはR1がOH3
を表わし、R,2= R,3は0−02H5を表わし、
かつR4がCO5i(OH3)(002H5))n 0
−02H5を表わすもの、もう1つはR1= R2= 
ojが01−(3r表わし、かつ凡4が(0−8iH(
OH3))m−(0−8i (OH3)2)e−8i(
OH5)3を表わすものを使用してもよい。置換基12
〜R4において分離し得る基を1個だけでなく、少なく
とも2個を有するシランを有利に使用する。それという
のもこれらは真の架橋反応をすることができるからであ
る;これらのシランによって得られる利点の1つは既に
少量のシランで効果的な変性を達成するのに十分である
ことである。シランは通常無色から僅かに黄色の液体で
あり、常用の有機溶剤に可溶である;一部は水にも可溶
であるが、水に添加した後に加水分解が屡々起りそうで
ある。
ボリマータイゾ(」既に多少は強い粘度を示す。
個々置換JWを有するシランが文献公昶であり、かつ市
販されている。
セルロースエーテルの実地製造で本発明の方法を、既に
乾いた、または未だ湿っているセルロースエーテルを有
利に有機水溶性溶剤、例えばイソゾロパノールまたはア
セトンの存在でおよび水の存在で常用の混合機(例えば
攪拌釜、ニーダ−または高速混合機)中でシランと反応
させるようにして適用する。水および/または有機溶剤
の存在は必ずしも必要ではない。好適な水溶性セルロー
スエーテルは例えば前記のものを包含するが、特に01
〜2−アルキル基および02〜4−ヒドロキシアルキル
基を有するヒドロキシアルキルセルロースまたはアルキ
ル−ヒドロキシアルキルセルロースであり、ヒドロキシ
エチルセルロースが水溶性セルロースエーテルとして有
利に使用される。セルロースニー7−ルとシランとの変
性反応の量温度は一30℃〜+130℃、有利に+30
℃〜+120℃で変動してよい。十分な反応時間は10
〜180分である。方法は例えば製造工程からの溶剤で
未り湿っているセルロースエーテルを回転流動、混曾ま
たは滴下によって有機溶剤に溶かしたシランと反応させ
るようにして実施する。次いで乾燥期が続く。例えば基
R4(またはR,2および/またはR5)としてアルカ
ノイルオキシ基を有するシランは通常困難なくセルロー
スエーテルと反応させることができ、それに対してアル
コキシ基を有するシランの場合には酸(例えば酢酸)を
添加することが屡々推奨される。
本発明の方法を使用して製造される生成物および方法自
体は次の利点を提供する: 変性セルロースエーテルは塊状化を起こさずに広いp 
)(範囲5例えばpl(1tたはpH13の水性媒体に
添加することができる; 変性セルロースエーテルの当初の膨潤または溶解の防止
をシランの添加敏、方法条件およびシランのタイプを介
して制御することができる;若干の変性セルロースエー
テルでは粘度が上昇し始める時点を予め制御することが
可能である。
例えば水系が中性のpH値を持つ場合にこれらのセルロ
ースエーテルは塊状化せずに添加することができ、かつ
不溶のままである。しかし簡単な技術的手段5例えば温
度上昇またはpH値変動を適用することにより溶解し始
め、かつ粘度を上昇させ始める。このことは特に多成分
(例えば分散液、例えば分散塗料の韓造で)の良好な混
合性を達成するために良好な分散特性が必要であるが、
最初は高い粘度が好ましくない適用の分野で有利である
; シランの使用着はセルロース1モル当すo、i 2モル
よりも少ない、すなわち少朧のシランの添加によって利
点が達成される; 本発明の方法は不連続的に実施し得るが、現代的な連1
溌的方法において別個の部分工程として実施例 以下の実施例において、1重敞部」対「谷量部」の関係
は2と洲の間抜に相当する。溶解開始時間および完了時
間の測定は粘度自動記録装置を用いて神々のpH値の水
中で行なった。溶解開始時間とは測定開始後全粘度5係
に達するまでに経過した時間(分)として定義し、かつ
溶解開始時間とは最大粘度に達する捷でに経過した時間
として定義する。MSはモル置換度、すなわちセルロー
ス1モルに対して反応したエーテル化剤(例えばエチレ
ンオキシド)のモル量を表わす。これは3(DSの最大
値)を越えてもよい。
例  1 インプロパツールと水で湿っており、かつ固体含量20
%を有するヒドロキシエチルセルロース(1,9%−水
溶液中で20℃でヘプラー(Hoeppler )によ
り測定した粘度約70000mPa−5)3150重量
部をニーダ−中で製造したての100係−イソヲ′ロノ
ξノール200容量部中のエチル−トリアセトキシシラ
ン6.3重量部(セルロース1モル当ジシラン0.01
2モル)の溶液と一緒に室温で混合する。30分間混合
後反応混合物をニーダ−から取り出し、かつ流動乾燥器
中で温度80℃で50分間乾かした。
最後に乾いた変性HEOをミル内で粉砕し、かつ篩分け
して160μmを下回る粒度を持つ粒子が得られる。こ
のようにして製造された微粉末は攪拌により塊状化なく
中性の水中に分散させることができ、しかもこのpH値
では溶解しない。
粘度特性のpH値変化に対する依存性を下−記の表1に
示す。溶解開始時間から分るように生成物を酸中に同様
にアルカリ媒体中に攪拌によって分散させることができ
る。
表  1 比較例01 シランを用いての変性を行なわずに例1に記載の方法(
il−繰返す。乾燥および粉砕した未変性生成物を酸性
、中性またはアルカリ性の水性媒体中に攪拌混入する際
に塊状化する。分散攪拌混入は可能ではなく、完全な溶
解は数時間後に達成されるにすぎない。
比較例02 グリオキサールで可逆的に架橋され、かつ中性の水中で
約30分の溶解開始時間を持つ市販のHE Oをアルカ
リ性のpH値を持つ水性媒体中に攪拌混入する。その際
直ちに塊状化が認められる。完全な溶解には数時間がか
る。アルカリ性媒体中への分散攪拌混入は可能ではない
例  2 例1と同じ方法を繰返すが、インプロパツール50容を
部中のエチル−トリアセトキシシラン帆63ii部(セ
ルロース1モル当ジシラン0.0012モル)から成る
溶液を用いる。乾燥f:60分間行なう。pH値変動に
対する粘度特性の依存性を下記の表2に示す。
表  2 水不溶性生成物はpH値を約pH11〜12に調節する
と数分内に溶解するが、それにもかかわらず溶解開始時
間から分るようにこのpH値で攪拌混入する間分散させ
ることができる。
例  3 例1と同じ方法を繰返すが、固体含敏30チを持つHE
o3o、oit部およびイソプロパツール50容量部中
のメチル−トリ(2−メトキシ−エトキシ)−シランO
,t Mis <セルロース1モル当りシラン0.00
11モル)および氷酢酸1重数部の溶液を用いる。pH
値変動に対する粘度の依存性を下記の衣3に示す。
表  3 例  4 例1と同じ方法を繰返すが、インプロパノール50容量
部中のエチル−トリアセトキシシラン帆ositi(セ
ルロース1モルに対してシラン帆00065モル)の溶
液を用いる。得られる生成物は中性の水中では溶解開始
時間10分を持ち、かつ溶解終了時間60分を持つ。
例  5 例1と同じ方法を繰返すが、無水HEO(粘度5000
0 mPa、s、 MB2.5 ) 10 ONN郡部
よびインプロパツール50容緻部中のメチル−トリ(2
−メトキシ−エトキシ)シラン0−IM量部(セルロー
ス1モルにつきシランo、o o iモル)および氷酢
酸1重機部の溶液を用いる。得られる生成物は中性の水
中で溶解開始時間20分および溶解完了時間93分を持
つ。
例  6 インプロパノール50容試部中のメチルトリメトキシシ
ラン帆lit部(セルロース1モルにつきシラン0.0
022モル)および氷酢酸1重量部の溶液を用いて例3
と同じ方法を繰返す。
得らルる生成物は中性の水中で溶解開始時間17分およ
び溶解完了時間85分を持つ。
例  7 例3と同じ方法を繰返すが、ただしインゾロパノール5
0容量部中メチルトリエトキシシラン帆i 重tM (
セルロース1モルにつきシラン0.0017モル)の溶
液を用いる。得られる生成物は中性の水中で溶解開始時
間1.5分および溶解完了時間10分を持つ。
例  8

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 水溶性セルロースエーテルを変性剤と反応させるこ
    とにより水性媒体中に分散可能なセルロースエーテルを
    輿造するための方法において、変性剤として一般式: %式% 〔式中R1は01〜4−アルキル基、アルケニル基また
    は置換されていてもよい了り−ル基を表わし R2およ
    びR3は同じかまたは異なっており、水素、アルキル基
    、アルケニル基、置換されていてもよいアリール基、置
    換されていてもよいアルコキシ基、置換されていてもよ
    いアリールオキシ基、アルコキシ基、O−シリル基また
    はN−シリル基を表わし、かつR4は置換されていても
    よいアルコキシ基、置換されていてもよいアリールオキ
    シ基、アンルオキシ基、0−シリル基またはN−シリル
    基を表わす〕のシランを使用し、変性剤の量はセルロー
    ス1モルに対シて0..9001〜0.12モルで変動
    することを特徴とする、水性媒体中に分散可能なセルロ
    ースエーテルの製法。 2一般式Qておいてf%’がアルキル4を表わし、かつ
    FL5およびR4が同じであり、かつ置換されていても
    よいアルコキシまたはアルカノイルオキ7基を表わす、
    特許請求の範囲第1項記、戒の方法。 3一般式において、此1がアルキル基を表わし。 かつB2.r(3およびR4が同じでラシ、かつアルカ
    ノイルオキシ基、またはアルコキシ基によって置換され
    ていてもよいアルコキシ基を表わし、ここですべてのア
    ルキル基<−J−Q−原子1〜2個を有する、特許請求
    の範囲第1項または第2項記載の方法。 4 シランを0.0005〜0.1モルの量で使用する
    、特許請求の範囲第1項〜第3項のいずれか1項記載の
    方法。 5 シランを水溶性有機溶剤および水の存在でセルロー
    スエーテルと反応させる、%許請求の範囲第1項〜第4
    項のいずれか1項記載の方法。 6、 使用される水溶性セルロースエーテルがヒドロキ
    シアルキルセルロースまたはアルキル−ヒドロキシアル
    キルセルロースであす、ソの際アルキル基tま〇一原子
    1〜2個を含有し、かつヒドロキシアルキル基はC−原
    子2〜417i1金庁有する、特許請求の馳1■第1項
    〜第5項のいずれか1項記載の方法。 7、 使用される水溶性セルロースエーテルがヒドロキ
    シエチルセルロースである、% i+F Bf# 求の
    範囲第1項〜第6項のいずれか1項記載の方法。
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