CH183466A - Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Kunstharzes. - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Kunstharzes.Info
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Description
Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Kunstharzes. Es ist bekannt, dass man aus Harnstoff und Formaldehyd in wässriger Lösung bei Anwesenheit geringer Mengen eines Alkalis und Temperaturen unterhalb 40' C Mono- und Dimethylolharnstoff erhält. Durch Ein wirkung weiterer Mengen Formaldehyd auf diese ersten Reaktionsprodukte erhält man harzartige Körper, welche durch Hitze un löslich werden (Pollopas). Unter den oben angeführten, zum Zwecke der Kondensation verwendeten Basen sind auch Ammoniak und Hexamethylentetramin vorgeschlagen wor den.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich nein auf die Herstellung eines gehärteten, unlöslichen und kochfesten Kunstharzes un ter Verwendung von Harnstoff und Hega- methylentetramin. Diese beiden Verbindun gen zeigen eine andere Reaktionsfähigkeit und führen zu andern neuartigen Produkten als Harnstoff und Formaldehyd.
Infolge der grösseren Reaktionsfähigkeit von Form- aldehyd und Harnstoff im Vergleiche zu Hexamethylentetramin wird bei Anwesen heit von Harnstoff, Formaldehyd und Hexa- methylentetramin zuerst der Formaldehyd mit dem Harnstoff reagieren, weshalb bei Gegenwart von im Vergleich zum Formal dehyd geringen Mengen von Hexamethylen- tetramin bezw. Ammoniak eine Reaktion zwischen Harnstoff und Ilexamethylentetra- min nicht in Erscheinung tritt.
Ist jedoch neben Hexamethylentetramin freier Form aldehyd vorhanden, so leiden darunter die guten Eigenschaften des im nachstehenden beschriebenen Produktes. Werden Hexamethylentetramin und Harn stoff bei Gegenwart oder Abwesenheit eines Lösungsmittels erhitzt, so tritt alsbald eine heftige Entwicklung von Ammoniak auf, welche während der. ganzen Reaktionsdauer anhält.
Hierbei gehen Methylengruppen in das Molekül des Harnstoffes ein. und es tritt zunächst ein kristallisierender Körper vom Schmelzpunkt 225 bis 226 auf, dessen Ana- lyse auf ein Dimethylentricarbamid von der Formel
EMI0002.0005
NH2 <SEP> . <SEP> CO <SEP> . <SEP> NH <SEP> . <SEP> CH,NH <SEP> . <SEP> CO <SEP> . <SEP> NH <SEP> .. <SEP> CH@NH <SEP> . <SEP> CO <SEP> .
<SEP> hTHZ hinweist. Bei der weiteren Einwirkung des Hexa- methylentetramins bilden sich harzige, noch immer wasserlösliche Stoffe, wobei die nie drige Viskosität ihrer Lösungen auf einen geringen Polymerisationsgrad hinweist. Diese Reaktion ist bei Anwendung wässriger Lö sungen in 40 bis 50 Stunden abgeschlossen. Im Gegensatz zu den golloidlösungen der sogenannten löslichen Pollopasharze ist selbst die 30 % ige wässrige Lösung noch immer ganz dünnflüssig.
Auch bei weitgehender Verdünnung treten keine Fällungsreaktionen auf. Diese Harze sind sehr instabil, zerfal len beispielsweise in feuchtem Zustande, all mählich in der gälte, rascher in der Wärme, unter Abspaltung von Ammoniak und Methylamin in Ammoniumcarbonat, Formal dehyd und Methylenharnstoff.
Diese instabilen weichharzigen, Konden sationsprodukte gehen auch durch weiteres Erhitzen im Gegensatz zu den Zwischenpro dukten der Pollopasreihe nicht in unlösliche Harze über. Doch können aus diesen Weich harzen unter bestimmten Bedingungen lös liche Hartharze entstehen, welche als Aus gangsmaterial für die Herstellung hochwer tiger unlöslicher Produkte glasartigen Cha rakters dienen.
Ehe nun das weichbarzige Kondensations produkt in das lösliche Hartharz verwandelt wird, empfiehlt sich ein Reinigungsprozess, da sich trotz der langen Kochdauer in der Lösung noch immer gelegentlich Teile un verbrauchter Ausgangsmaterialien vorfinden. Diese Verunreinigungen könnten die spätere Reaktion stören. Die Reinigung geschieht mit Hilfe von organischen Lösungen, wie aliphatischen Alkoholen, Tetrachloracetylen, Chlorform etc., welche die Verunreinigungen herauslösen.
Durch Behandlung mit Alko hol wird beispielsweise die für die Weiter bearbeitung wertvolle Hauptmasse nur ge quollen, während die entstehenden Neben produkte in Lösung gehen. Die so gereinigte, noch klebrige Hasse wird nunmehr durch längere Zeit auf Tem peraturen über<B>100',</B> vorteilhaft 110 bis<B>130'</B> erhitzt. An Stelle dieser Erhitzung kann auch eine Behandlung mit wasserentziehen den Mitteln treten. Wird hierfür ein geeig netes organisches Lösungsmittel, wie zum Beispiel 96 % Alkohol verwendet, so hat dies den Vorteil, dass der oben beschriebene Rei- nigungsprozess gleichzeitig vonstatten gehen kann.
Die Masse hat hierbei ihre Hygros- kopizität verloren und stellt ein pulverisier- bares Handelsprodukt dar, das nunmehr für eine Weiterverarbeitung in ein unlösliches Produkt geeignet ist. Auch dieses Produkt ist in feuchtem Zustande noch nicht völlig stabil und fällt auch bei weitgehender Ver dünnung der wässrigen Lösung nicht aus. Die wässrige Lösung kann jedoch binnen kurzem auch bei niederen Temperaturen wieder ein getrocknet werden.
Dieses lösliche Hartharz kann beispielsweise als Vulkanisationsbe- schleuniger oder Düngemittel von hohem Stickstoffgehalt Verwendung finden.
Die eingangs geschilderte Reaktion zwi schen Harnstoff und Hexamethylentetramin kann nun auch in Gegenwart eines organi schen Lösungsmittels oder bei Abwesenheit eines Lösungsmittels durchgeführt werden. Harnstoff und Hexamethylentetramin können beispielsweise miteinander gut vermengt und dieses Gemisch verschmolzen werden. Die Reaktionstemperatur soll hierbei so niedrig angesetzt werden, dass kein Biuret entsteht.
Die Durchführung des Verfahrens im Schmelzprozess bietet unter anderem infolge der grösseren Raschheit Vorteile, doch hat die völlige Abwesenheit von Wasser den Nachteil, dass die notwendigen Methylolgrup- pen nicht entstehen können. Das in der Schmelze gebildete Harzprodukt ist sohin verschieden von dem Produkt, welches in wä.ssriger Lösung erhalten wurde.
Es besitzt einen höheren Stickstoffgehalt und muss einige Stunden mit Wasser umgekocht wer- den, nm es unter Ammoniakabspaltung in ein Produkt überzuführen, das dieselben Eigen schaften besitzt, wie das in wässriger Lösung erhaltene Produkt. Ähnlich muss bei Arbei ten mit einem organischen Lösungsmittel das nach Ablauf der Reaktion erhaltene Pro dukt mit Wasser aufgenommen und erhitzt werden, um zu einer Masse zu gelangen, welche so wie das beim Kochprozess in wässri ger Lösung erhaltene Weichharz aufgear beitet werden kann.
\'eitere Versuche, welche angestellt wur den. haben nun ergeben, dass der Verlauf des ganzen Prozesses erheblich einfacher gestal tet wird, wenn man den ammoniakalischen Kondensationsprozess bei Gegenwart sehr ge ringer Mengen an Säure vornimmt. Infolge dieses Zusatzes geht die Kondensationsreak tion, welche zu dem instabilen, weichharzigen Produkt führt. viel rascher vonstatten. Bei Arbeiten in wässriger Lösung kann der Kon- densationsprozess in 18 bis 24 Stunden been det sein.
Es entstehen ausserdem keinerlei scli,iclliehe Nebenprodukte, so dass die oben beschriebene Behandlung mit organischen Losungsmitteln entfallen kann. Bei Arbei ten im Schmelzprozess wird während des fol genden Kochprozesses in wä.ssriger Lösung die I-zethylolgruppenbildung vervollständigt und beschleunigt. Auch der Wasserentzug melingt unter Anwendung tieferer Tempera turen und innerhalb kürzerer Zeit, so dass auch während dieser Stufe des Herstellungs verfahrens geringe Mengen wasserunlöslicher Nebenprodukte gebildet werden.
Bei diesen ,_ei in-en Zusätzen an Säuren ist die Flüssig keit. oder Schmelze vom ersten Augenblick an aminoniakalisch und bleibt es bis zur Be endigung des Kondensationsprozesses, da die Saure durch das sich bildende Ammoniak und die sonstigen vorhandenen Stickstoff basen sofort neutralisiert wird.
Die Zusätze können sein: freie Säuren, wie Salzsäure, Salpetersäure, Schwefelsäure, Pbo.:phorsäure, aber auch Essigsäure. Amei- sens'iure usw. Neben den freien Säuren kön nen selbstredend auch deren leicht lösliche Salze verwendet werden.
Denn bei den gro- ssen Mengen an freiem Ammoniak und Harn stoff, welche in der Lösung vorhanden sind, spielt es keine besondere Rolle, ob durch den Zusatz der Säure in der Form eines Salzes die alkalischen Bestandteile etwas vermehrt werden oder nicht. Ammonsalze und Harn stoffsalze, aber auch zum Beispiel Metall salze können an Stelle der Säure zugesetzt werden.
Es hat sich herausgestellt, dass bei spielsweise bei Verwendung von Salzsäure oder deren Ammonsalzen etwa 1,3 Gewichts teile wasserfreie Säure auf 1000 Gewichts teile des verwendeten Harnstoffes am gün stigsten sind, bei Verwendung von Salpeter säure 2 Gewichtsteile, bei Verwendung von Phosphorsäure 5 Gewichtsteile auf je 1000 Gewichtsteile Harnstoff anzuwenden sind. Die zweckmässig anzuwendenden Zusätze müssen bei jeder einzelnen Säure durch Ver suche ermittelt werden und stehen nicht in direkter Beziehung zur Stärke der Säure.
Die oben angegebenen Säuremengen haben besonders günstige Ergebnisse gezeigt, doch treten die Vorteile auch schon ein, wenn die Zusätze in wesentlich geringerem Umfange erfolgen. Die Beschleunigung des Prozesses ist beispielsweise schon bei '/io der angeführ ten Mengen zu erkennen.
Die im vorstehenden beschriebenen lös lichen Hartharze können nun mittels Formal dehyd in ein unlösliches, glasklares Harz von überraschender Härte und Widerstands fähigkeit verwandelt werden. Der Zusatz an Formaldehyd erfolgt nach Entfernung der -wasserunlöslichen Anteile vorteilhaft in sol chen Mengen, dass auf 6 Mol des ursprüng lich verwendeten Harnstoffes zirka 3 Mol Formaldehyd entfallen. Nach Einengung der Lösung bis zur Giessfähigkeit wird der Här- tungsprozess in schwach saurer Lösung durchgeführt.
Der bei zirka<B>50'</B> einsetzende Gelatinierungs- und Härtungsprozess kann nun allmählich bis zu einer Temperatur von zirka 135 gesteigert werden. Dieser Pro zess ist überraschender Weise in kürzester Zeit (24 bis 48 Stunden) abgeschlossen, während er doch bei .den bekannten Harn- stoffkondensationsprodukten mehrere Wochen in Anspruch nimmt. Dies kann vielleicht durch die niedrige Viskosität der für den Härtungsprozess verwendeten Lösungen er klärt werden, die nur geringe Mengen an Wasser zurückhalten.
Bei der Herstellung eines glashellen, un löslichen Endproduktes in fester Form unter Verwendung jener Reaktionsprodukte, welche bei Gegenwart von Säuren oder Salzen ent standen sind, empfiehlt es sich, die Mengen an Säuren bezw. Salzen gleich so niedrig zu bemessen, dass sie gerade noch den Übergang des löslichen festen Zwischenproduktes in das unlösliche Harz herbeiführen. Wenn nämlich zu grosse Säuremengen von Anfang an zugesetzt werden, so muss man vor Durch führung des Härtungsprozesses einen etwai gen Überschuss an freier Säure neutralisie ren, um ein durchsichtiges, unlösliches Harz im Stück zu erzielen.
Das durch den Härtungsprozess erhaltene neuartige Endprodukt ist in allen Lösungs mitteln unlöslich und wird selbst durch Wasser bei Kochtemperaturen nicht angegrif fen. Letzteres ist eine Eigenschaft, welche kein einziges bisher erhaltenes Konden sationsprodukt besitzt, bei welchem von Harnstoff und Formaldehyd ausgegangen worden ist.
Es verdient noch hervorgehoben zu wer den, dass die guten Eigenschaften und die Ausbeute sowohl an löslichem Zwischenpro dukt, als auch an unlöslichem Endprodukt durchaus von den Mengenverhältnissen der beiden anfangs zugesetzten Komponenten ab hängen. Es hat sich herausgestellt, dass. die besten Resultate bei Anwendung von 6 Mol Harnstoff und 8 Methylengruppen oder etwas darüber zu erzielen sind. Werden grössere Mengen an Hexamethylentetramin angewen det, so wird dasselbe nicht vollständig ver braucht und es ist noch in den Endproduk ten nachweisbar.
Bei Anwendung geringerer Mengen an Hexamethylentetramin leidet die Klarheit und Reinheit des Produktes; ferner sind Blasenbildungen nicht zu vermeiden. Bei Durchführung des Verfahrens in wässri ger Lösung kann man an Stelle von Hexa- methylentetramin auch von Formaldehyd und Ammoniak im Verhältnis von 6 : 4 aus gehen, wobei intermediär Hexamethylente- tra.min entsteht. Überschüssiges Formaldehyd ist hierbei aber zu vermeiden, da sonst die Kochfestigkeit des unlöslichen Endproduktes leidet.
Unterbricht man den Härtungsprozess vor Erreichung des unlöslichen Endzustandes, so ist die Masse noch spröde und kann demnach leicht gepulvert und für eine weitere Ver wendung zurückgestellt werden. Man kann sie eventuell für sich oder gemischt mit Füll materialien in der Heisspresse zu Formstük- ken pressen.
Die Lösung des Zwischenproduktes lässt sich auch als Harzlösung zur Herstellung unlöslicher Kunstharze innerhalb poröser oder faseriger Materialien oder auf Unter lagen aller Art für Lacküberzüge verwenden. Um bei Imprägnierungen den Härtungspro- zess möglichst zu beschleunigen, kann man sich von Anfang an eines grösseren Säurezu satzes bedienen. Es ist ferner selbstver ständlich, dass sich die Masse in jedem Sta dium mit Füll- und Farbstoffen vermischen lässt, und dass es in dieser Weise gelingt. bunte Effekte aller Art zu erzielen.
Das Verfahren kann beispielsweise wie folgt durchgeführt werden: <I>Beispiel 1:</I> 36 g Harnstoff und<B>18,67</B> g Hexamethy- lentetramin werden mit 30 g Wasser 48 Stünden lang unter Rückfluss gekocht. Nun fügt man 60g Wasser hinzu, kühlt ab und schüttelt die Lösung zwei 14'!a1 mit 30 g Tetrachloracetylen durch. Hierauf trennt man vom Lösungsmittel ab und dampft die wässrige Lösung in einem offe nen Gefäss ein bis sie sich nur schlecht durch rühren lässt, wobei eine Temperatur von etwa 120' erreicht wird.
Das zurückblei bende Produkt, welches auch in der Kälte noch eine hochviskose Masse darstellt, wird hierauf längere Zeit auf Temperaturen von 110 bis<B>130'</B> erhitzt. Hierbei wird die Masse allmählich fester und zeigt schliesslich in der Wärme eine schaumige, harte Beschaffenheit. Während des Erhitzungsprozesses gibt das Produkt fortdauernd Feuchtigkeit und Am moniak ab. Die fertig erhitzte Masse stellt ein lösliches Hartharz dar. Sie lässt sich nun pulvern und in trockener Form lange unver ändert aufheben.
Das Produkt wird pulverisiert, mit 240 cm' Wasser kalt oder warm gelöst und die kalte Lösung filtriert. Hierbei bleibt ein kleiner Teil der Masse (etwa 5 bis<B>10%)</B> un gelöst. Nach Filtration wird die Lösung bei einer Temperatur unterhalb <B>50'</B> bis zur sirupösen Konsistenz eingedampft.
Man setzt nun 25,2 cm3 Formaldehyd von 40 % zu und destilliert weiter im Vakuum, bis die Masse Bussfähig ist, worauf sie nach Zusatz von 0,25 cm' 10% Ameisensäure und 6 cm' n/5 Chlorammonlösung im Ofen bei 50 zur Ge- latinierung gebracht wird; hierbei entsteht ein vollkommen glashelles Formstück, das durch allmähliche Steigerung der Tempera tur auf<B>130'</B> C -im Laufe weniger Stunden rasch gehärtet werden kann. Das Produkt ist nun unlöslich.
Beispiel <I>2:</I> 36 g Harnstoff werden mit 18,67 g Hexamethylentetramin gut vermischt und hierauf bei einer Temperatur von 90 bis 128 C so lange erhitzt, bis die ursprünglich zusammengeschmolzene Masse eine zähe Be schaffenheit annimmt und die Ammoniakent- wieklung nachlässt. Nun wird die Masse mit 80 g Wasser heiss aufgenommen, 4 bis 6 Stun den unter Rüekfluss erhitzt und hierauf zur vollständigen Entfernung des Wassers auf dem Wasserbad bis zur Gewichtskonstanz ein gedampft. Es hinterbleibt eine weichharzige hygroskopische Masse, welche abgekühlt und drei Mal mit je 80 cm' 96 % Alkohols behan delt wird.
Hierbei geht nur ein relativ gerin ger Teil in Lösung, während der grösste Teil der Masse als etwas dickflüssigeres Harz zuriickbleibt. Der Rückstand wird nun mit Aceton angerieben, um den -Alkohol gänzlich zu entfernen. Bei dieser Behandlung mit or ganischen Lösungsmitteln hat das Harz Wasser abgespalten und sich in eine pul verige Masse umgewandelt. Nach Abdunsten des Acetons wird dieses Produkt zum Zwecke der Härtung, wie in Beispiel 1 beschrieben, von wasserunlöslichen Anteilen gereinigt und hierauf gehärtet.
<I>Beispiel 3:</I> 59,9 g Harnstoff, 31,12g Hexamethylente- tramin, 100 cm' Wasser und 0,25g Harnstoff nitrat werden unter Rückfluss.zirka 20 Stun den lang erhitzt. Hierauf wird die Masse eingedampft, und sobald der Siedepunkt der Lösung auf 12.0' gestiegen ist, in Bleche überleert und 12 bis 14 Stunden im Ofen auf 115 bis 120\ erhitzt, wobei Wasser abgespal ten wird. Hierauf wird in Wasser gelöst, von dem Ungelösten abfiltriert und im Va kuum bis zur Gussfähigkeit eingedampft. Hierauf werden 30 cmg Formaldehyd 40 zugesetzt und im Ofen bei Temperaturen von 50 bis 135 das unlösliche glashelle End produkt erzielt.
<I>Beispiel</I> 60 g Harnstoff, 31,12 g Hexamethylen- tetramin und 0,1 g Ammonehlorid werden zusammengeschmolzen und bei einer Tempe ratur von 90 bis 128 C gehalten, bis die ur sprünglich dünnflüssige Schmelze allmählich ein zähes Aussehen annimmt. Hierauf wird dieselbe aufgearbeitet wie in Beispiel 2 be schrieben. Das erhaltene Produkt ist in sei nen Eigenschaften dem in Beispiel 3 angege benen gleichartig.
<I>Beispiel 5:</I> 60 g Harnstoff, 31,1 g Hexamethylente- tramin, 120 cm' normal Propylalkohol, 0,25g Harnstoffnitrat werden unter Rück- fluss im Ölbad 12 Stunden erhitzt. Hierbei entwickelt sich stark Ammoniak und be ginnt schon nach wenigen Stunden in eine har zige Masse auszufallen. Die Reaktion ist je doch erst nach zirka 12 Stunden beendet. Nun wird abgekühlt, wobei das abgesetzte Harz fest wird und die Lösung sich daher leicht abschütten lässt. Die Propylalkohol- lösung wird wieder verwendet.
Das Harz wird mit 120 cm' Wasser gelöst und ein geengt, bis der Rest des Propylalkohols ver- schwungen ist, dann auf freier Flamme bis <B>130'</B> erhitzt, wobei alles Wasser entfernt wird. Das Harz bleibt hierbei dünnflüssig. Dann wird es im Ofen bei.120 bis<B>130'</B> wei tererhitzt bis es in der Hitze stark verdickt und nahezu fest wird; hierzu waren 7 Stun den nötig. Hierbei ist es unter Wasserab spaltung in ein lösliches Hartharz übergegan gen. Die Aufarbeitung erfolgt wie in Bei spiel 3 beschrieben.
Claims (1)
- PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung eines gehärte ten unlöslichen und kochfesten Kunstharzes, dadurch gekennzeichnet, dass man durch Aufeinanderwirkenlassen von Harnstoff, Hexamethylentetramin und Wasser in der Hitze ein weichharziges Kondensationspro dukt herstellt, die vorhandene Flüssigkeit entfernt, das so erhaltene Weichharz durch Wasserabspaltung in ein lösliches Hartharz verwandelt und dieses mit Formaldehyd härtet. UNTERA.INTSPRUCHE 1.Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Harnstoff und Hexa- methylentetramin unter Zusatz sehr ge ringer Mengen an Säure zur Reaktion ge bracht werden. 2. Verfahren nach Patentanspruch und Un teranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das lösliche Weichharz vor der Was serabspaltung zwecks Entfernung vorhan- dener Nebenprodukte und Verunreinigun gen mit einem organischen Lösungsmittel behandelt wird, in welchem das Weich harz nicht löslich ist. B. Verfahren nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, dass die Reinigung mit einem organischen Lösungsmittel vorge nommen wird, welches gleichzeitig eine Wasserabspaltung bewirkt. 4.Verfahren nach Patentanspruch und Un teransprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, dass Harnstoff und Hexamethy- lentetramin in einem Verhältnis angewen det werden, dass auf 6 Hol Harnstoff 8 Methylengruppen entfallen. 5. Verfahren nach Patentanspruch und Un teransprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, dass die Härtungstemperatur all mählich bis zirka<B>130'</B> gesteigert wird. 6. Verfahren nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, dass Formaldehyd in Mengen von etwa 3 Hol auf 6 Hol des anfangs verwendeten Harnstoffes verwendet wird. 7.Verfahren nach Patentanspruch und Un teransprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, dass die anfangs verwendete Säuremenge gerade so gross ist, dass der Härtungsprozess ohne weiteren Säurezu satz durchgeführt werden kann. B. Verfahren nach Patentanspruch und Un teransprüchen 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, dass die Härtung unterbrochen und die sich ergebende spröde Masse pul verisiert und zu Formstücken verpresst wird.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| AT183466X | 1934-02-19 | ||
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|---|---|
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ID=25607295
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CH183466D CH183466A (de) | 1934-02-19 | 1935-02-18 | Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Kunstharzes. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CH (1) | CH183466A (de) |
-
1935
- 1935-02-18 CH CH183466D patent/CH183466A/de unknown
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