KR101628303B1

KR101628303B1 - 전자부품 재생용 블랙잉크 제거 조성물

Info

Publication number: KR101628303B1
Application number: KR1020140130268A
Authority: KR
Inventors: 김영호; 임승수
Original assignee: 한경대학교 산학협력단
Priority date: 2014-09-29
Filing date: 2014-09-29
Publication date: 2016-06-09
Also published as: KR20160038166A

Abstract

폐전자장비로부터 전자부품을 재생하기 위하여, 전자부품에 코팅된 블랙 잉크를 제거하기 위한 조성물이 개시된다. 상기 전자부품 재생용 블랙잉크 제거 조성물은, 0.5 내지 1.5 중량%의 알칼리금속 히드록시드; 10 내지 35 중량%의 테트라알킬아민(여기서, 알킬은 탄소수 2 내지 8의 알킬기를 나타낸다); 5 내지 30 중량%의 알킬카비톨(carbitol, 여기서, 알킬은 탄소수 2 내지 8의 알킬기를 나타낸다); 1 내지 10 중량%의 탄소수 1 내지 5의 알코올; 및 나머지 물을 포함한다.

Description

전자부품 재생용 블랙잉크 제거 조성물{Composition for removing black ink for recycling electronic part}

본 발명은 전자부품 재생용 블랙 잉크 제거 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폐전자장비로부터 전자부품을 재생하기 위하여, 전자부품에 코팅된 블랙 잉크를 제거하기 위한 조성물에 관한 것이다.

블랙 잉크(black ink)는 전자부품에 코팅되는 전도성 합성수지층을 말한다. 예를 들면, 소형 디스플레이의 강화유리 가장자리 테두리에는 블랙 잉크가 인쇄 또는 코팅되어 있는데, 상기 블랙 잉크는 정전기를 방지하여, 디스플레이 화면의 왜곡을 방지할 뿐만 아니라, 내부 투명 인쇄회로에 전류를 공급하는 역할을 한다. 블랙 잉크는 폴리아닐린(Polyaniline, PANI), 폴리이미드(polyimide) 등의 전도성 합성수지로 이루어지거나, 카본 블랙, 나노 실버 등의 전도성 물질이 분산된 합성수지로 이루어질 수 있다. 상기 블랙 잉크의 모재로 사용되는 합성수지로는 폴리우레탄, 폴리에스테르, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 에폭시아크릴레이드, 우레탄아크릴레이트 등의 복합수지 등을 사용할 수 있으며, 통상적으로 UV 경화형 합성수지가 사용되고 있다.

폐휴대폰 등의 폐전자장비로부터 강화유리 등의 전자부품을 재생(recycle)하거나, 재작업(rework)하기 위해서는, 전자부품에 코팅된 블랙 잉크를 용해시켜 제거할 필요가 있다. 그러나, 블랙잉크의 용해에 사용되는 통상의 블랙잉크 제거제는 대부분 강알칼리성 유기 용제이고, 블랙잉크의 용해도를 높이기 위하여 용해 작업을 고온에서 수행하거나, 블랙잉크의 용해에 장시간이 소요되므로, 작업 환경이 열악한 단점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 블랙잉크의 박리 및 용해 속도를 증가시켜, 전자부품의 재생 또는 재작업 속도를 향상시킬 수 있는 블랙 잉크 제거 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 수계 조성물이며, 보다 낮은 온도에서 블랙잉크를 박리 및 용해시킬 수 있는 블랙 잉크 제거 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 작업 환경이 온화하고 환경 친화적인 블랙 잉크 제거 조성물을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 0.5 내지 1.5 중량%의 알칼리금속 히드록시드; 10 내지 35 중량%의 테트라알킬아민(여기서, 알킬은 탄소수 2 내지 8의 알킬기를 나타낸다); 5 내지 30 중량%의 알킬카비톨(carbitol, 여기서, 알킬은 탄소수 2 내지 8의 알킬기를 나타낸다); 1 내지 10 중량%의 탄소수 1 내지 5의 알코올; 및 나머지 물을 포함하는 전자부품 재생용 블랙잉크 제거 조성물을 제공한다. 여기서, 상기 블랙잉크 제거 조성물은 0.1 내지 5 중량%의 계면활성제를 더욱 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 블랙 잉크 제거 조성물은, 블랙잉크의 용해속도를 증가시켜, 전자부품의 재생 또는 재작업 속도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 수계 조성물이며, 보다 낮은 온도에서 블랙잉크를 용해시킬 수 있으므로, 작업 환경이 온화하고 환경 친화적인 장점이 있다.

도 1은 테트라부틸아민 및 부틸카비톨의 함량을 변화시키면서, 블랙잉크 제거 조성물의 흡수도를 평가한 결과를 보여주는 그래프.
도 2는 메탄올의 함량에 따른 블랙잉크 제거 조성물의 흡수도를 평가한 결과를 보여주는 그래프.
도 3은 메탄올의 함량에 따른 블랙잉크 제거 조성물의 표면장력을 평가한 결과를 보여주는 그래프.
도 4는 온도에 따른 블랙잉크 제거 조성물의 흡수성을 평가한 결과를 보여주는 그래프.
도 5는 블랙잉크 제거 조성물을 사용하여 블랙잉크를 제거한 시료의 상태를 보여주는 사진.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 조성물은 블랙잉크를 용해 및 박리시켜 제거하는 조성물로서, 수계(水系) 또는 준수계 조성물이므로, 블랙잉크의 박리 및 용해 성분들을 물에 용해시키는 것이 매우 중요하다. 본 발명에 있어서는, 블랙잉크의 박리 및 용해 성분들을 물에 용해시킬 수 있도록, 블랙잉크 제거 조성물의 각 성분 및 함량이 선택되었다. 본 발명의 블랙잉크 제거 조성물은 알칼리금속 히드록시드, 테트라알킬아민(여기서, 알킬은 탄소수 3 내지 8의 알킬기를 나타낸다), 알킬카비톨(carbitol, 여기서, 알킬은 탄소수 3 내지 8의 알킬기를 나타낸다), 탄소수 1 내지 5의 알코올 및 필요에 따라 계면활성제(Surfactant)가 물(water)에 용해된 수계(水系) 또는 준수계 조성물이다. 여기서, 상기 테트라알킬아민 및 알킬카비톨은 물에 불용성이므로, 이들을 물에 용해시키기 위하여, 알코올 및/또는 계면활성제 성분을 사용하고, 조성물의 pH를 적절히 조절할 필요가 있다.

본 발명의 블랙잉크 제거 조성물에 있어서, 상기 알칼리금속 히드록시드로는 NaOH, KOH 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 바람직하게는 pH의 조절이 용이하고 독성이 적은 KOH를 사용할 수 있다. 전체 블랙잉크 제거 조성물에 대하여, 상기 알칼리금속 히드록시드의 사용량은 0.5 내지 1.5 중량%, 바람직하게는 0.7 내지 1.3 중량%이다. 예를 들면, 5 중량% 알칼리금속 히드록시드 수용액을 10 내지 30 중량%, 바람직하게는 14 내지 26 중량%를 혼합하여, 상기 알칼리금속 히드록시드 함량을 포함시킬 수 있다. 여기서, 상기 알칼리금속 히드록시드의 함량이 상기 범위를 벗어나면, 조성물의 pH가 너무 높거나 낮아, 테트라알킬아민 및 알킬카비톨이 물에 충분히 용해되지 않고, 블랙잉크 제거 효율이 저하될 우려가 있다.

상기 테트라알킬아민(여기서, 알킬은 탄소수 2 내지 8의 알킬기를 나타낸다)은 용제의 역할을 하는 것으로서, 예를 들면, 테트라에틸아민, 테트라프로필아민, 테트라부틸아민(Tetrabutyl amine), 테트라펜틸아민 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 바람직하게는 테트라부틸아민을 사용할 수 있다. 전체 블랙잉크 제거 조성물에 대하여, 상기 테트라알킬아민의 함량은 10 내지 35 중량%, 바람직하게는 15 내지 35 중량%, 더욱 바람직하게는 20 내지 30 중량%이다. 상기 테트라알킬아민은 테트라알킬암모늄 히드록시드, 테트라알킬암모늄 브로마이드, 테트라알킬암모늄 클로라이드 등의 테트라알킬아민 이온을 포함하는 화합물을 테트라알킬아민 이온의 함량이 상기와 같이 되도록 물에 혼합시킬 수 있다. 상기 테트라알킬아민의 함량이 너무 작으면, 블랙잉크의 박리 또는 용해가 불충분해지며, 너무 많으면, 테트라알킬아민이 충분히 용해되지 않아, 수계 조성물을 유지하지 못할 우려가 있다.

상기 알킬카비톨(carbitol, 여기서, 알킬은 탄소수 2 내지 8의 알킬기를 나타낸다)도 용제의 역할을 하는 것으로서, 에틸카비톨, 프로필카비톨, 부틸카비톨(Butyl carbitol), 펜틸카비톨 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있고, 바람직하게는 부틸카비톨을 사용할 수 있다. 전체 블랙잉크 제거 조성물에 대하여, 상기 알킬카비톨의 함량은 5 내지 30 중량%, 바람직하게는 5 내지 20 중량%, 더욱 바람직하게는 7 내지 15 중량%이다. 상기 알킬카비톨의 함량이 너무 작으면, 블랙잉크의 박리 또는 용해가 불충분해지며, 너무 많으면, 블랙잉크 제거 조성물의 표면장력이 너무 높아져, 블랙잉크 박리 효율이 저하될 우려가 있다.

상기 탄소수 1 내지 5의 알코올은 용해제, 표면장력 저하제 및 유화제의 역할을 하는 것으로서, 메탄올(methanol), 에탄올, 프로탄올 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있고, 바람직하게는 메탄올을 사용할 수 있다. 전체 블랙잉크 제거 조성물에 대하여, 상기 알코올의 함량은 1 내지 10 중량%, 바람직하게는 3 내지 5 중량%이다. 여기서, 상기 알코올의 함량이 너무 작으면, 블랙잉크 제거 조성물의 표면장력이 너무 높아져, 블랙잉크 박리 효율이 저하될 우려가 있고, 상기 알코올의 함량이 너무 많으면, 블랙잉크 제거 조성물의 표면장력이 너무 높아지거나, 현장 작업 시 증발 등 유해 요인이 된다. 따라서, 메탄올 함량은 가급적 소량인 것이 바람직하고, 최적 함량은 4 중량% 정도이다.

본 발명에 사용될 수 있는 계면활성제(Surfactant)는 유화제의 역할을 하는 것으로서, pH 8 이상, 바람직하게는 pH 10 이상의 강알칼리에서 분해되지 않는 강염기용 계면활성제, 예를 들면, 폴리옥시에틸렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌지방산에스테르, 폴리옥시에틸렌알킬페놀에테르, 솔비탄지방산에스테르, 폴리옥시에틸렌솔비탄지방산에스테르 등의 소수성 단위체와 친수성 단위체가 블록 또는 그래프트 중합된 비이온계(nonionic) 계면활성제를 사용할 수 있고, 바람직하게는 Triton X-100 (polyoxyethylene octylphenyl ether, Dow chemical company 제품명)을 사용할 수 있다. 전체 블랙잉크 제거 조성물에 대하여, 상기 계면활성제의 함량은 0.1 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 2 중량%이다. 여기서, 상기 계면활성제의 함량이 너무 작으면, 테트라알킬아민 및 알킬카비톨이 물에 충분히 용해되지 않을 우려가 있고, 상기 계면활성제의 함량이 너무 많으면, 추가적인 장점이 없이, 환경적으로 바람직하지 않다.

본 발명의 블랙잉크 제거 조성물에 있어서, 나머지 성분은 물이다. 예를 들면, 상기 물의 함량은 20 내지 88 중량%, 바람직하게는 40 내지 80 중량%, 더욱 바람직하게는 50 내지 75 중량%이다. 본 발명의 블랙잉크 제거 조성물은, 호모게나이저를 이용하여 상기 각 성분을 물과 1차적으로 혼합한 후, 교반기를 이용하여 예를 들면 24시간 동안 교반하여, 각 성분을 물에 균일하게 용해시켜, 투명한 수계 제품으로 제조할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 블랙잉크 제거 조성물은 테트라부틸아민 28.5 중량%, 부틸카비톨 8.5 중량%, 메탄올 4.0 중량% 및 필요에 따라 극소량의 계면활성제를 혼합하고, 나머지 5중량% KOH 수용액을 혼합하여 제조할 수 있다.

본 발명의 대상이 되는 블랙 잉크는 전자부품에 코팅되는 전도성 합성수지층으로서, 폴리아닐린, 폴리이미드 등의 전도성 합성수지로 이루어지거나, 카본 블랙, 나노 실버 등의 전도성 물질이 분산되어 있으며, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 에폭시아크릴레이드, 우레탄아크릴레이트 등의 복합수지로 이루어진 합성수지일 수 있다. 본 발명의 조성물을 이용하여, 블랙잉크를 박리 또는 용해시키기 위해서는, 블랙잉크가 코팅된 전자부품을 본 발명의 조성물에 침지시킨 후, 블랙잉크가 박리 또는 용해될 때까지 유지한다. 여기서, 블랙잉크 제거 공정의 온도에 따라, 블랙잉크 제거 조성물의 표면 장력이 달라지며, 예를 들어, 블랙잉크 제거 공정의 온도를 30 내지 60 ℃, 바람직하게는 35 내지 55 ℃로 조절하면, 블랙잉크 제거 조성물의 표면장력 및 접촉각이 작아지며, 알코올 성분의 증발을 방지하여, 블랙잉크 제거 효율이 최대화된다. 본 발명의 블랙잉크 제거 조성물은 수계 또는 준수계 조성물로서, 종래의 유기계 조성물보다 친환경적일 뿐만 아니라, 월등히 우수한 블랙잉크 제거 효율을 나타낸다.

이하, 구체적인 실험예 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 하기 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로서, 본 발명이 하기 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실험예 1] 블랙잉크 제거 조성물의 조성에 따른 블랙잉크 흡수도 평가

블랙잉크의 흡수도는 블랙잉크의 용해 속도와 비례하므로, 블랙잉크 제거 조성물의 조성에 따른 블랙잉크의 흡수도를 평가하기 위하여, 시편을 직접 조성물에 침지시킨 후, 발란스를 이용하여 시편의 무게 변화를 관찰하였다. 시료 용기로서, 직경과 높이가 각각 1cm x 1cm 이고, 한쪽 면이 열린 원통형 스테인레스 그물망 구조의 용기를 사용하였다. 상기 시료 용기에 블랙잉크가 코팅된 유리 시료들을 잘게 분쇄하여 0.5 g을 정량하여 넣고, 이를 하부 용제 용기 속의 블랙잉크 제거 조성물에 완전히 담그고, 시간에 따른 무게 변화를 관찰하였다. 블랙잉크 제거 조성물의 사용량은 50 g으로 유지하였으며, 자석식 교반기로 일정 속도로 교반하였다(교반 조건 및 속도는 시료마다 모두 동일하게 유지함).

25 ℃에서, 5 중량% 농도의 KOH 수용액 20 중량%(즉, KOH 1 중량%)를 사용하고, 테트라부틸아민(TBA) 및 부틸카비톨(BC)의 함량(각각 10~30 중량%)을 변화시키면서, 블랙잉크의 흡수도를 평가하였으며, 그 결과를 도 1에 나타내었다. 도 1에서 가로축은 용해 시간, 세로축은 블랙잉크 흡수량을 나타낸다. 도 1에 도시된 바와 같이, 테트라부틸아민 및 부틸카비톨 함량에 따라 블랙잉크 흡수도가 크게 달라지며, 흡수도를 증가시키기 위해서는 테트라부틸아민의 함량을 증가시켜야 한다. 그러나 테트라부틸아민의 함량이 너무 많으면 용해도가 저하되므로, 수계 용해제를 유지하기 위해서는, 테트라부틸아민의 함량을 최대 30 중량%로 유지하는 것이 바람직하다.

또한, 25 ℃에서, 5 중량% 농도의 KOH 수용액 20 중량%(즉, KOH 1 중량%), 테트라부틸아민(TBA) 30 중량% 및 부틸카비톨(BC) 10 중량%를 사용하고, 메탄올의 함량에 따른 블랙잉크의 흡수도를 평가하였으며, 그 결과를 도 2에 나타내었다. 도 2에서 가로축은 용해 시간, 세로축은 블랙잉크 흡수량을 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 메탄올을 소량 첨가하면, 흡수도(즉, 용해 속도)가 크게 향상됨을 알 수 있다. 이는 메탄올이 비수용성인 테트라부틸아민 및 부틸카비톨의 물에 대한 용해도로 증가시켜, 블랙잉크 제거 조성물과 블랙잉크의 계면 접촉을 촉진시키기 때문으로 추정된다. 한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 시간이 경과하면, 시료 무게가 감소하는데, 이는 시료에서 블랙잉크가 용해되어 수용액으로 용출되기 때문이다.

[실험예 2] 블랙잉크 제거 조성물의 조성에 따른 표면장력 평가

25 ℃에서, 5 중량% 농도의 KOH 수용액 20 중량%(즉, KOH 1 중량%), 테트라부틸아민(TBA) 30 중량% 및 부틸카비톨(BC) 10 중량%를 사용하고, 메탄올의 함량에 따른 블랙잉크 제거 조성물의 표면장력을 평가하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3에서 가로축은 메탄올 함량(중량%), 세로축은 조성물의 표면장력을 나타낸다. 도 3에 도시된 바와 같이, 메탄올 첨가에 따라, 조성물의 표면장력이 감소 후 증가하는데, 메탄올 함량이 3 ~ 5 중량%인 경우에 조성물의 표면장력 값이 가장 낮게 나타났다. 이론적으로, 블랙잉크 제거 조성물의 표면장력이 낮아야, 고체 표면에 대한 젖음성이 커지므로, 침투성과 용해성이 극대화된다. 또한, 메탄올 함량에 따른 흡수도 및 용해속도를 측정한 결과, 메탄올이 약 3 중량% 첨가된 경우, 가장 높은 흡수도 및 용해성을 보였으며, 과량의 메탄올이 사용되면, 오히려 흡수력이 저하되었다.

[실험예 3] 블랙잉크 제거 조성물의 온도에 따른 블랙잉크 흡수도 평가

블랙잉크는 매우 고형화된 물질이므로, 현장 적용 시에는 조성물의 온도를 높여 사용한다. 5 중량% 농도의 KOH 수용액 20 중량%(즉, KOH 1 중량%), 테트라부틸아민(TBA) 30 중량%, 부틸카비톨(BC) 10 중량% 및 메탄올 4.0 중량%을 포함하는 블랙잉크 제거 조성물을 제조하고, 상기 조성물의 온도에 따른 블랙잉크 흡수성을 평가하였으며, 그 결과를 도 4에 나타내었다. 도 4에서 가로축은 용해 시간, 세로축은 블랙잉크 흡수량을 나타낸다. 도 4에 도시된 바와 같이, 공정 온도에 따라, 블랙잉크 흡수도 및 용해도가 크게 달라진다. 즉 온도가 높아짐에 따라 블랙잉크 흡수도가 상승하며, 공정 온도 60 ℃에서 가장 흡수도가 높다. 그러나 용해속도는 45 ℃인 경우가 더 높은데, 이는 60℃의 고온에서는 메탄올이 증발하여 소멸되기 때문으로 보인다. 따라서 본 발명의 조성물은 온도가 너무 높지 않는 약 45 ℃ 정도에서 운전하는 것이 바람직하지만, 메탄올의 증발을 억제할 수 있는 밀폐 공간에서 작업하는 경우에는, 더 높은 온도에서의 운전도 가능하다. 현재 시판되는 통상의 블랙잉크 제거 조성물은 작업 온도가 약 90℃로 높으므로, 수용액의 증발 손실뿐만 아니라, 독성 약품들의 증발로 인하여 작업자의 안전 및 환경재해 문제가 발생하는 반면, 본 발명의 조성물은 상대적으로 낮은 온도에서 사용되므로, 작업 환경이 온화하고, 각 성분의 증발 손실이 작은 장점이 있다.

[실험예 4] 디스플레이 강화유리의 재작업 공정 평가

재작업(rework) 공정의 시료로서, 블랙잉크가 코팅되어 있으며 불량품으로 버려진 디스플레이 강화유리 시료를 사용하였다. 또한, 블랙잉크 제거 조성물로서, 5 중량% 농도의 KOH 수용액 20 중량%(즉, KOH 1 중량%), 테트라부틸아민(TBA) 30 중량%, 부틸카비톨(BC) 10 중량% 및 다양한 함량(0, 1, 2, 3 및 10 중량%)의 메탄올을 함유하는 조성물을 사용하였다. 재작업 공정은 45 ℃에서 수행되었고, 조성물 침지 후 10 분 및 30분 경과 후 메탄올 함량에 따른 시료의 사진을 도 5에 나타내었다((a)는 0 중량%, (b)는 1 중량%, (c)는 2 중량%, (d)는 3 중량%, (e)는 10 중량%). 도 5에 나타낸 바와 같이, 온도 45 ℃이고, 메탄올 함량 3 중량%인 경우, 30분 이내로 블랙잉크가 저절로 박리되어 블랙잉크 제거율이 가장 우수하였다. 이러한 박리 제거는 실제 공정에서는 기계적인 와류를 가미할 경우, 더욱 제거 속도가 빨라질 것으로 보인다. 따라서, 본 발명의 블랙잉크 제거 조성물은, 기존 제품에 비하여 블랙잉크 제거 성능을 유지하면서, 보다 저온(45 ℃)에서 운전 가능하므로, 기존 제품 운전 조건(약 90℃)에 비하여, 안정하고 환경 친화적인 제품이다.

Claims

0.5 내지 1.5 중량%의 알칼리금속 히드록시드;
10 내지 35 중량%의 테트라알킬아민(여기서, 알킬은 탄소수 2 내지 8의 알킬기를 나타낸다);
5 내지 30 중량%의 알킬카비톨(carbitol, 여기서, 알킬은 탄소수 2 내지 8의 알킬기를 나타낸다);
1 내지 5 중량%의 탄소수 1 내지 5의 알코올; 및
나머지 물을 포함하며,
전자부품에 코팅되는 전도성 합성수지층인 블랙 잉크를 용해시켜 제거하는 것인, 전자부품 재생용 블랙잉크 제거 조성물.
청구항 1에 있어서, 0.1 내지 5 중량%의 계면활성제를 더욱 포함하는 것인, 전자부품 재생용 블랙잉크 제거 조성물.
청구항 1에 있어서, 상기 알칼리금속 히드록시드는 NaOH, KOH 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 테트라알킬아민은 테트라에틸아민, 테트라프로필아민, 테트라부틸아민, 테트라펜틸아민 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 알킬카비톨은 에틸카비톨, 프로필카비톨, 부틸카비톨, 펜틸카비톨 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되며, 상기 탄소수 1 내지 5의 알코올은 메탄올, 에탄올, 프로탄올 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 전자부품 재생용 블랙잉크 제거 조성물.
청구항 2에 있어서, 상기 계면활성제는 pH 10 이상의 강알칼리에서 분해되지 않는 비이온계(nonionic) 계면활성제인 것인, 전자부품 재생용 블랙잉크 제거 조성물.
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