KR100655532B1 - Flame retardant resin composition for covering material of cable with improved whitening resistance inbending deformation - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전선 피복재료 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 조성물은 조성물 총 중량을 기준으로, 폴리프로필렌계 수지 20 내지 30중량%; 무수 말레산이 그래프트된 폴리올레핀 엘라스토머 수지 10 내지 20중량 %; 및 무기 난연제 50 내지 70중량%;를 포함한다. 본 발명에 따른 전선 피복재료 조성물은 인장강도, 인장신율 등의 기계적 물성이 저하되지 않으면서도 굽힘 변형시 백화현상이 최소화된다.The present invention relates to a wire coating material composition. The composition of the present invention, based on the total weight of the composition, 20 to 30% by weight of a polypropylene resin; 10 to 20% by weight of polyolefin elastomer resin grafted maleic anhydride; And 50 to 70 wt% of an inorganic flame retardant. The wire coating material composition according to the present invention minimizes the whitening phenomenon during bending deformation without deteriorating mechanical properties such as tensile strength and tensile elongation.
폴리프로필렌, 무수 말레산, 폴리올레핀 엘라스토머 수지, 무기 난연제, 백화현상, 전선피복 Polypropylene, maleic anhydride, polyolefin elastomer resin, inorganic flame retardant, bleaching, wire coating
Description
본 발명은 각종 전선의 피복재료로 사용될 수 있는 수지 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a resin composition that can be used as a coating material for various electric wires.
일반적으로 전선은 난연성 피복층을 구비하고 있다. 종래에는 주로 난연성 피복층을 형성하는 재료로서 PVC와 같은 할로겐을 포함하는 수지가 사용되어 왔는데, 이들은 우수한 난연성에도 불구하고 연소시 발생하는 유독가스 등으로 인한 안전성과 환경상의 이유로 이를 대체하고자 하는 노력이 시도되어 왔다.Generally, an electric wire has a flame-retardant coating layer. Conventionally, resins containing halogen, such as PVC, have been mainly used as a material for forming a flame retardant coating layer. However, despite excellent flame retardancy, efforts have been made to replace them for safety and environmental reasons due to toxic gases generated during combustion. Has been.
이러한 시도 가운데, 할로겐을 포함하지 않는 수지로서 폴리프로필렌계 수지에 대한 관심이 증대되고 있다. 폴리프로필렌계 수지는 우수한 가공특성, 내약품성, 내후성, 기계적 강도로 인해 가정용 전기제품, 건축자재, 내부 장식재, 자동차 부품 등의 분야에서 폭넓게 사용되고 있으며, 전선의 피복재료로서도 점차 그 응용범위가 확대되고 있는 것이다.Among these attempts, interest in polypropylene resins is increasing as a resin that does not contain halogen. Polypropylene-based resins are widely used in household electrical appliances, building materials, interior decoration materials, and automotive parts due to their excellent processing characteristics, chemical resistance, weather resistance, and mechanical strength. It is.
그런데, 폴리프로필렌계 수지는 난연성이 매우 취약한 문제점이 있기 때문에 이를 개선하고자 각종 난연제가 첨가제로서 사용되어 왔다. 종래에는 주로 염소 또는 브롬과 같은 할로겐을 함유하는 난연제가 이용되어 왔는데, 이 경우 우수한 난연성을 얻을 수 있었다. 그러나, 할로겐을 함유하는 난연제는 연소시 인체에 유해하고 설비의 부식을 초래하는 독성가스를 발생시켜 사용에 대한 규제를 받고 있는 실정이다.However, polypropylene-based resins have a problem in that the flame retardancy is very weak, and various flame retardants have been used as additives to improve them. Conventionally, flame retardants mainly containing halogen such as chlorine or bromine have been used, in which case excellent flame retardancy was obtained. However, halogen-containing flame retardants are regulated for use by generating toxic gases that are harmful to humans upon combustion and cause corrosion of equipment.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 최근에는 연소 과정중에 독성가스의 배출이 없는 금속 수산화물과 같은 무기 난연제를 사용하게 되었다. 그러나, 폴리프로필렌계 수지에 대해 산업적으로 만족할만한 난연성을 얻기 위해서는 다량의 무기 난연제가 사용되어야 하는데, 무기 난연제의 함량이 높아질수록 이를 포함하는 피복재료의 성형성 및 인장 물성 등 기계적 물성이 저하되는 단점이 있다. 또한, 이렇게 무기 난연제의 함량이 높은 전선 피복재료는 전선의 굽힘 변형시 백화현상이 발생한다는 문제점이 있다.In order to solve this problem, recently, inorganic flame retardants such as metal hydroxides which do not emit toxic gas during combustion have been used. However, in order to obtain industrially satisfactory flame retardancy with respect to polypropylene resin, a large amount of inorganic flame retardant should be used, and as the content of the inorganic flame retardant increases, mechanical properties such as formability and tensile properties of the coating material including the same decrease. There is this. In addition, the wire coating material having a high content of the inorganic flame retardant has a problem that whitening phenomenon occurs when bending the wire.
따라서, 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 인장강도, 인장신율 등의 기계적 물성이 저하되지 않으면서도 굽힘 변형시 백화현상이 최소화된 난연성 폴리프로필렌 복합수지 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the technical problem to be achieved by the present invention is to solve the above problems, to provide a flame-retardant polypropylene composite resin composition is minimized whitening phenomenon during bending deformation without deterioration of mechanical properties such as tensile strength, tensile elongation. Its purpose is to.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 조성물 총 중량을 기준으로, 폴리프로필렌 수지 20 내지 30중량%; 무수 말레산이 그래프트된 폴리올레핀 엘라스 토머 수지 10 내지 20중량%; 및 무기 난연제 50 내지 70중량%;를 포함하는 것을 특징으로 하는 난연성 폴리프로필렌 수지 조성물을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention is based on the total weight of the composition, 20 to 30% by weight polypropylene resin; 10 to 20% by weight of a polyolefin elastomer elastomer grafted with maleic anhydride; And 50 to 70% by weight of inorganic flame retardant; provides a flame retardant polypropylene resin composition comprising a.
이 때, 무기 난연제는 수산화 마그네슘과 수산화 알루미늄을 각각 단독으로 또는 이들을 혼합하여 사용하는 것이 바람직한데, 무기 난연제는 그 표면을 처리하지 않거나, 비닐실란, 아미노실란, 스테아르산 및 실록산계 폴리머로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나로 표면처리한 것을 사용할 수 있다.At this time, the inorganic flame retardant is preferably used alone or a mixture of magnesium hydroxide and aluminum hydroxide, respectively, the inorganic flame retardant does not treat the surface, or group consisting of vinylsilane, aminosilane, stearic acid and siloxane-based polymer Surface treated with any one selected from can be used.
또한, 무수 말레산이 그래프트된 폴리올레핀 엘라스토머 수지는 무수 말레산이 그래프트된 폴리올레핀 엘라스토머 수지 총 중량을 기준으로 0.3 내지 0.7중량%의 무수 말레산을 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the polyolefin elastomer resin grafted maleic anhydride preferably includes 0.3 to 0.7 wt% maleic anhydride based on the total weight of the polyolefin elastomer resin grafted maleic anhydride.
여기서, 무수 말레산이 그래프트된 폴리올레핀 엘라스토머 수지는 에틸렌-옥텐 공중합체, 에틸렌-헥센 공중합체 또는 에틸렌-부텐 공중합체등이 바람직한데, 이 때 무수 말레산이 그래프트된 폴리올레핀 엘라스토머 수지는 무수 말레산이 그래프트된 폴리올레핀 엘라스토머 수지 총 중량을 기준으로 65 내지 75중량% 이상의 에틸렌 중합단위를 포함하는 것이 바람직하고, 그 용융지수가 190℃, 2.19㎏ 조건 하에서 0.5 ~ 1.0g/10min 인 것이 바람직하다.Here, the maleic anhydride-grafted polyolefin elastomer resin is preferably an ethylene-octene copolymer, an ethylene-hexene copolymer or an ethylene-butene copolymer, and at this time, the maleic anhydride-grafted polyolefin elastomer resin is a polyolefin in which maleic anhydride is grafted. It is preferable to include 65-75 weight% or more of ethylene polymerized units based on the total weight of an elastomer resin, and it is preferable that the melt index is 0.5-1.0 g / 10min under 190 degreeC and 2.19 kg conditions.
이하에서는 본 발명에 따른 난연성 폴리프로필렌 수지 조성물을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a flame retardant polypropylene resin composition according to the present invention will be described in detail.
본 발명자들은 폴리프로필렌계 수지와 무수 말레산이 그래프트된 폴리올레핀계 엘라스토머 수지를 적절한 함량으로 혼합하여 베이스 수지로 하고, 여기에 적절한 함량의 무기 난연제를 혼합함으로써 굽힘 변형시에도 백화현상을 억제할 뿐만 아니라 무기 난연제의 혼합에 따른 수지 조성물의 기계적 물성 저하를 최소화한 난연성 전선 피복재료 조성물을 제조하엿다.The present inventors mix the polypropylene resin and the polyolefin-based elastomer resin grafted with maleic anhydride in an appropriate amount to form a base resin, and by mixing an appropriate amount of an inorganic flame retardant, it is possible to suppress the whitening phenomenon even when bending deformation. A flame retardant wire coating material composition was prepared in which the mechanical properties of the resin composition were minimized due to the mixing of the flame retardant.
본 발명의 전선 피복재료 조성물에는 폴리프로필렌계 수지가 조성물 총 중량을 기준으로 20 내지 30중량% 포함된다. 이것은 다른 첨가 성분과의 상용성, 얻어진 조성물의 성형성과 기계적 물성등을 고려한 것으로서, 그 용융지수(Melt Index)가 0.5 ~ 5g/10min (190℃, 2.19kg 조건)인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 폴리프로필렌계 수지는 당업계에 잘 알려진 것으로서, 호모폴리머일 수도 있으며, 예를 들어 에틸렌 단량체 등과 함께 블록 공중합체, 랜덤 공중합체 등의 공중합체를 형성한 형태일 수도 있는데, 이에 한정되는 것은 아니다.The wire coating material composition of the present invention contains 20 to 30% by weight of polypropylene resin based on the total weight of the composition. This is in consideration of compatibility with other additive components, moldability and mechanical properties of the obtained composition, it is preferable to use a melt index (Melt Index) of 0.5 ~ 5g / 10min (190 ℃, 2.19kg conditions). Such polypropylene-based resins are well known in the art, and may be homopolymers, for example, may be in the form of a copolymer such as a block copolymer or a random copolymer together with an ethylene monomer, but is not limited thereto. .
본 발명의 전선 피복재료 조성물에는 무수 말레산이 그래프트된 폴리올레핀 엘라스토머 수지가 조성물 총 중량을 기준으로 10 내지 20중량% 포함되는데, 이는 다른 첨가 성분과의 상용성, 얻어진 조성물의 성형성과 기계적 물성 등을 고려한 것이다.The wire coating material composition of the present invention includes 10 to 20% by weight of a polyolefin elastomer resin grafted maleic anhydride based on the total weight of the composition, which takes into account compatibility with other additives, the formability and mechanical properties of the obtained composition, etc. will be.
극성기인 무수 말레산은 폴리올레핀 엘라스토머 수지의 주사슬에 대한 곁가지로 도입되어 있는데, 이러한 극성기는 무기 난연제의 표면과 상호작용하여 폴리올레핀 엘라스토머 수지가 무기 난연제의 표면을 둘러싸을 수 있도록 해 줌으로써 무기 난연제의 상용성을 높여준다. 또한, 이에 의해 조성물 내에서의 무기 난연제와 베이스 수지 간의 계면탈착으로 인한 공극발생 현상(소위 dewetting 현상)이 억제된다. 이로써 본 발명에 따른 전선 피복재료로 형성된 피복층을 구비하는 전선은 굽힘 변형시에도 백화현상이 최소화될 수 있는 것이다.Maleic anhydride, a polar group, is introduced to the main chain of the polyolefin elastomer resin, which interacts with the surface of the inorganic flame retardant to allow the polyolefin elastomer resin to surround the surface of the inorganic flame retardant, thereby making it compatible with the inorganic flame retardant. Increase it. In addition, voiding phenomenon (so-called dewetting phenomenon) due to interfacial desorption between the inorganic flame retardant and the base resin in the composition is thereby suppressed. As a result, the wire having the coating layer formed of the wire coating material according to the present invention can minimize whitening even when bending deformation.
이러한 효과를 최적화하기 위하여 무수 말레산의 함량은 무수 말레산이 그래프트된 폴리올레핀 엘라스토머 수지 총 중량을 기준으로 0.3 내지 0.7 중량% 정도 포함되는 것이 바람직하며, 본 발명에 사용되는 무수 말레산이 그래프트된 폴리올레핀 엘라스토머 수지의 용융지수는 190℃, 2.19㎏ 조건 하에서 0.5 내지 1.0 g/10min인 것이 바람직하다.In order to optimize this effect, the content of maleic anhydride is preferably included in an amount of about 0.3 to 0.7% by weight based on the total weight of the maleic anhydride-grafted polyolefin elastomer resin, and the maleic anhydride-grafted polyolefin elastomer resin used in the present invention. The melt index is preferably 0.5 to 1.0 g / 10min under conditions of 190 ° C and 2.19 kg.
이러한 폴리올레핀 엘라스토머 수지는 예를 들면 에틸렌-옥텐 공중합체, 에틸렌-헥센 공중합체, 에틸렌-부텐 공중합체 등인 것이 바람직하며, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 공중합체 형태인 경우, 에틸렌 반복단위의 함량은 무수 말레산이 그래프트된 폴리올레핀 엘라스토머 수지 총 중량을 기준으로 65 내지 75중량%인 것이 바람직하다.Such polyolefin elastomer resin is preferably, for example, an ethylene-octene copolymer, an ethylene-hexene copolymer, an ethylene-butene copolymer, or the like, but is not limited thereto. In the form of such a copolymer, the content of the ethylene repeating unit is preferably 65 to 75% by weight based on the total weight of the polyolefin elastomer resin grafted with maleic anhydride.
본 발명에 따른 복합수지 조성물에 사용되는 폴리프로필렌계 수지와 무수 말레산이 그래프트된 폴리올레핀 엘라스토머 수지는 당업계에 널리 알려진 방법으로 제조될 수 있으며, 그 제조방법에 있어서 특별히 제한되지는 않는다.The polypropylene resin and the maleic anhydride-grafted polyolefin elastomer resin used in the composite resin composition according to the present invention may be prepared by a method well known in the art, and are not particularly limited in the preparation method.
본 발명의 전선 피복재료 조성물에는 무기 난연제가 조성물 총 중량을 기준으로 50 내지 70중량% 포함되는데, 이는 조성물의 우수한 난연성, 기계적 물성 및 다른 성분과의 상용성 등을 고려한 것이다. 이러한 무기 난연제로서는 예를 들어 수산화 마그네슘 또는 수산화 알루미늄을 단독으로 혹은 이들을 혼합하여 사용할 수 있는데 이에 한정되는 것은 아니다.The wire coating material composition of the present invention includes an inorganic flame retardant 50 to 70% by weight based on the total weight of the composition, taking into account the excellent flame retardancy, mechanical properties and compatibility with other components. As the inorganic flame retardant, for example, magnesium hydroxide or aluminum hydroxide may be used alone or in combination thereof, but is not limited thereto.
이러한 무기 난연제는 그 표면을 처리하지 않고 사용할 수 있으며, 또한 여러 물질을 이용하여 표면처리하여 사용할 수 있다. 이 때 표면처리 물질로서는 예 를 들면 비닐실란, 아미노실란, 스테아르산, 실록산계 폴리머 등을 이용할 수 있는데 이에 한정되는 것은 아니다.Such inorganic flame retardants may be used without treating the surface thereof, and may also be used by surface treatment using various materials. At this time, for example, vinylsilane, aminosilane, stearic acid, siloxane polymer, or the like may be used as the surface treatment material, but is not limited thereto.
이 외에도, 본 발명에 따른 조성물에는 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위 내에서 전선 피복재료 조성물에 통상적으로 사용되는 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이러한 첨가제로서는 예를 들면 산화방지제, UV방지제, 열안정제, 윤활제, 항블록킹제, 정전기 방지제, 왁스, 커플링제, 안료, 가공 보조제 등이 있으며 이에 한정되지는 않는다.In addition, the composition according to the present invention may further include an additive commonly used in the wire coating material composition within a range that does not impair the effects of the present invention. Such additives include, but are not limited to, antioxidants, UV inhibitors, thermal stabilizers, lubricants, antiblocking agents, antistatic agents, waxes, coupling agents, pigments, processing aids and the like.
이와 같이, 본 발명에 따른 조성물은 백화현상이 최소화될 뿐만 아니라, 높은 난연성을 유지하면서도 인장강도나 신율과 같은 기계적 물성의 저하가 발생하지 않으므로, 각종 전선의 피복재료로 유용하게 사용될 수 있다.As such, the composition according to the present invention not only minimizes whitening, but also maintains high flame retardancy and does not cause deterioration of mechanical properties such as tensile strength and elongation, and thus may be usefully used as a coating material for various electric wires.
본 발명에 따른 전선 피복재료 조성물은 당업계에 알려진 방법에 의해 제조될 수 있는데, 그 방법에 특별히 제한되는 것은 아니다.The wire coating material composition according to the present invention may be prepared by a method known in the art, but is not particularly limited thereto.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되어 지는 것이다.Hereinafter, examples will be described in detail to help understand the present invention. However, embodiments according to the present invention can be modified in many different forms, the scope of the invention should not be construed as limited to the following examples. Embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.
실시예 및 비교예Examples and Comparative Examples
하기 표 1 및 표 2에 기재된 바에 따른 구성성분을 혼련 설비로 이축압출기 를 사용하여 약 160 ~ 170℃의 온도에서 10 ~ 20분간 혼련한 다음, 시트 상태로 만들어 전기가열방식의 프레스로 170℃에서 10분간 가압성형 및 냉각하여 시편을 제작하였다. 표 1 및 표 2에서 단위는 중량%이다.The components according to Table 1 and Table 2 were kneaded with a twin screw extruder at a temperature of about 160 to 170 ° C. for 10 to 20 minutes, and then made into a sheet state at 170 ° C. by an electric heating press. The specimen was prepared by pressing and cooling for 10 minutes. In Tables 1 and 2 the units are weight percent.
상기 표 1과 2에서, 성분 A는 프로필렌의 랜덤 공중합 수지로서, LG-Caltex사에서 제조한 R724J를 사용하였고, 성분 B-1은 폴리올레핀 엘라스토머 수지로서 미국 Dupont Dow Elastomer사에서 제조한 Engage 8150을 사용하였다. 또한, 성분 B-2는 무수 말레산이 그래프트된 폴리올레핀 엘라스토머 수지로서 미국 Dupont사에서 제조한 Fusabond MN 493D를 사용하였고, 성분 C는 무기 난연제인 수산화 마그네슘 입자로서 독일 Albemarle사에서 제조한 Magnifin H5를 사용하였다. In Tables 1 and 2, Component A was used as a random copolymer of propylene, R724J manufactured by LG-Caltex, and Component B-1 was used as Engage 8150 manufactured by Dupont Dow Elastomer, USA as a polyolefin elastomer resin. It was. As component B-2, Fusabond MN 493D manufactured by Dupont, USA, was used as maleic anhydride-grafted polyolefin elastomer, and Component C used Magnifin H5, manufactured by Albemarle, Germany, as an inorganic flame retardant. .
제조된 조성물에 대하여 인장물성, 신율 및 백화현상을 다음과 같이 평가하였다.Tensile properties, elongation and whitening of the prepared composition were evaluated as follows.
인장특성 측정Tensile Properties Measurement
ASTM D 638 (Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics)에 의거하여 측정용 시편을 만들어 만능시험기를 사용, 인장강도(Tensile Strength) 및 신율(Elongation@Break) 값을 측정하였다. (인장강도 [Pa] = 최대 load [N] / 초기 시료의 단면적 [m2], 신율 [%] = 파단점까지의 늘어난 길이 / 초기 길이). 이에 대한 평가 결과를 하기 표 3에 정리하였다.Measurement specimens were made according to ASTM D 638 (Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics), and the tensile test (tensile strength) and elongation (Elongation @ Break) values were measured using a universal testing machine. Tensile strength [Pa] = maximum load [N] / cross sectional area of initial sample [m 2 ], elongation [%] = extended length to break point / initial length). The evaluation results for this are summarized in Table 3 below.
굽힘변형시 백화현상 측정Whitening phenomenon at bending deformation
실제 전선 절연재료의 경우 수지 두께 1 mm, 곡률반경 5 mm 조건에서 굽힘변형을 주었을 때 백화현상 발생여부를 육안으로 판단할 수 있다. 이와 동일한 조건으로 평가하기 위하여 제조된 피복재료 조성물을 1 mm 두께의 시편으로 압출 몰딩하여 제조한 후 굴곡반경 5 mm 조건으로 굽혀서 백화현상의 발생여부를 육안으로 판단하였다. 이와 병행하여 모세관 점도계를 사용하여 직경 2 mm 두께의 원통형 시편을 제조하여 동일한 곡률반경에서 백화현상 발생여부를 육안으로 판단하였다. 이에 대한 평가결과를 하기 표 3에 정리하였다.In the case of wire insulation materials, it is possible to visually determine whether bleaching occurs when bending deformation is applied under conditions of a resin thickness of 1 mm and a curvature radius of 5 mm. In order to evaluate under the same conditions, the prepared coating material composition was prepared by extrusion molding into specimens having a thickness of 1 mm, and then bent under a bending radius of 5 mm to determine whether whitening occurred. In parallel, a cylindrical specimen with a diameter of 2 mm was prepared using a capillary viscometer to visually determine whether bleaching occurred at the same radius of curvature. The evaluation results are summarized in Table 3 below.
상기 표 3에서 볼 수 있듯이, 본 발명에 따라 제조된 실시예 1 내지 4의 전선 피복재료 조성물은 비교예에서 제조된 조성물과는 달리 백화현상이 나타나지 않았다. 또한, 인장강도와 신율과 같은 기계적 물성도 저하됨이 없이 우수함을 알 수 있다. 한편 비교예 7,8 에서 보는 바와 같이 조성물 내에 무수 말레산이 그래프트된 폴리올레핀 엘라스토머 수지성분이 포함되더라도 그 함량이 10중량% 이하로 내려가면 백화현상이 발생하며, 20중량% 이상으로 증가되면 백화현상은 발생하지 않으나 기계적 물성이 저하되는 것을 알 수 있다.As can be seen in Table 3, the wire coating material composition of Examples 1 to 4 prepared in accordance with the present invention, unlike the composition prepared in the comparative example did not appear whitening phenomenon. In addition, it can be seen that the mechanical properties such as tensile strength and elongation are also excellent without deterioration. On the other hand, as shown in Comparative Examples 7,8, even though the polyolefin elastomer resin component grafted with maleic anhydride is contained in the composition, when the content is lower than 10% by weight, whitening occurs. It does not occur, but it can be seen that the mechanical properties are reduced.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 전선 피복재료 조성물은 인장강도, 인장신율 등의 기계적 물성이 저하되지 않으면서도 굽힘 변형시 백화현상이 최소화된다.As described above, the wire coating material composition according to the present invention minimizes whitening during bending deformation without deteriorating mechanical properties such as tensile strength and tensile elongation.
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