DE69033936T2 - Wasserlösliche oder wasserdispergierbare Polyester-Schlichtemittel - Google Patents
Wasserlösliche oder wasserdispergierbare Polyester-SchlichtemittelInfo
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Description
- Die Erfindung betrifft wasserlösliche oder wasserdispergierbare Polyester- Schlichtemittel und eine wässrige Lösung oder Dispersion eines wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren Polyesterharzes und eine Faser, Gewirk oder Papier, die mit einem wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren Harz beschichtet sind.
- Date et al., im U.S.-Patent 4,104,222, haben die Herstellung einer Dispersion eines linearen Polyesterharzes vorgeschlagen, durch Mischen von linearem Polyesterharz mit einem oberflächenaktiven Agens des hohen Alkohol/Ethylenoxid Additions-Typs, durch Schmelzen der Mischung und durch Dispergieren der resultierenden Schmelze in einer wässrigen Alkalilösung. Die Produkte werden als Beschichtungs- und Imprägnier-Agens verwendet.
- Altenberg, im U.S.-Patent 4,604,410, hat die Herstellung eines verätherten modifizierten aromatischen Polyols vorgeschlagen mittels Digestion von eines Abfall- bzw. Ausschuss-Polyalkylen-Terephtalats mit einer Polyhydroxy- Verbindung niederen Molekulargewichts, die 3 bis 8 Hydroxylgruppen aufweist. Ein resultierendes Zwischenprodukt wird mit 1 bis 4 Mol Ethylenoxid und/oder Propylenoxid alkoxyliert. Das Endprodukt ist zur Herstellung von Polyurethan- und Polyisocyanurat-Schäumen verwendbar.
- Sperenza et al. (U.S.-Patent 4,485,196) haben das Reagieren von recycelten Polyethylen-Terephthalat-Abfall mit einem Alkylenglycol beschrieben, um ein Zwischenprodukt herzustellen, das mit einem Alkylenoxid, wie z. B. Propylenoxid, reagiert. Das Produkt kann für die Herstellung von Hartschäumen verwendet werden.
- Andere Reaktionsverfahren von Abfall-Polyalkylenterephthalaten mit Glykolen oder Polyolen werden bei Svoboda et al. (U.S.-Patent 4,048,104) und bei Altenberg et al. (U.S.-Patent 4,701,477) vorgeschlagen.
- Dokumente, die die Verwendung von Terephtal-Einheiten beinhaltenden Copolymeren und von aus Alkylen- und Polyoxyalkylen-Glykolen abgeleiteten Einheiten für eine Faser- oder Gewirkbehandlung vorschlagen, sind Hayes (U.S. 3,959,230), Nicol et al. (U.S.-Patent 3,962,152), Wada et al. (U.S.-Patent 4,027,346), Nicol (U.S.-Patent 4,152,370) und Bauer (U.S.-Patent 4,370,143).
- Marshall et al., im U.S.-Patent 3,814,627, haben vorgeschlagen, ein Ester, basierend auf Polyethylenglykol, auf Polyestergarn aufzubringen.
- EP-A-0 152 915 als nächstliegender Stand der Technik bezieht sich auf Polyester-Polyole, die die hydroxylendigen Digestionsprodukte von (A) Polyalkylen- Terephthalat-Polymeren und (B) polycarboxylsäurehaltigen Polyolen sind. Diese hydroxylendigen Polyole sind nützlich in der Vorbereitung von zelligen Schaummaterialien, insbesonders für Polyisocyanurat- und Polyurethanschäume. Diese Schäume können durch Zusammenmischen von organischen Polyisocyanaten mit den obigen Polyol-Mischungen (und optional weiterem Polyol), Katalysator und Treibmittel hergestellt werden. Abgesehen vom Recyceln von Polyalkylen-Terephthalat-Abfall und einer Energieeinsparung, zielt die EP-A-0 152 915 auf verbesserte zellige Schäume ab, die eine Kombination von vorteilhaften Eigenschaften aufweisen, einschließlich einer reduzierten Sprödigkeit und einer hohen thermischer Stabilität und Druckfestigkeit. Ferner soll ebenso ein verbessertes Verfahren zur Herstellung dieser Schäume definiert werden. Schlichteeigenschaften sind nicht erwähnt.
- BE-A-730 200 zielt ab auf das Vorsehen eines Startmaterials für feste Polymere durch Recycling von Polyesterharzen durch Depolymerisation in einem Extruder mittels 0,015 bis 0,047 Mol einer vom Wasser selektierten Substanz und einer Startverbindung des Polyesters pro Mol der Dicarboxylsäureteile im Polyester. Das Material kann anschließend mit anderen Säuren oder Glykolen polymerisiert werden zu neuen und unterschiedlichen Polyesterharzen. Oxyalkylierte Polyole sind nicht erwähnt. Ein wässriges Medium, um das Harz zu lösen oder zu dispergieren ist ebenfalls nicht erwähnt.
- GB-A-1 146 641 bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Polyesterharzen, die zur Verwendung in der Herstellung von Schutzschichten, die verbesserte chemische und thermische Widerstandsfähigkeit aufweisen, geeignet sind. Die Harze sind als Pulver auf Substrate, wie z. B. Metalloberflächen, mit dem Fließverfahren, mittels elektrostatischem Sprühen oder mit mittels irgendeinem anderen Bestäubungsverfahren mit verbesserten Ausbreitungseigenschaften auftragbar. Deshalb werden Polyterephthalat-Harze der Alkoholyse mit einem Glykol und einem Triwasserstoffalkohol unterworfen. Das so erhaltene Produkt weist hauptsächlich Hydroxylgruppen an den Enden der Partikel auf, und es kann bei hohen Temperaturen mit Hilfe von Härtern und mit, wenn möglich, der Zugabe von Beschleunigern gehärtet werden. Isophthalsäure und oxyalkylierte Polyole sind nicht erwähnt.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein für die Beschichtung von Fasern, Gewirken oder Papier geeignetes Material auf der Basis von Abfallmaterial vorzusehen, das in einer geeigneten und umweltfreundlichen Art recycelt werden kann, wie z. B. Abfall-Terephthalat-Plastikmaterial.
- Gemäß Anspruch 1 kann ein wasserlösliches oder wasserdispergierbares Polyesterharz in einem Zwei-Stufen-Prozess erhalten werden, der eine Depolymerisation von Terephthalat-Polymer durch Erhitzen mit Glykolen und oxyalkylierten Polyolen gefolgt von einer Modifikation des so erhaltenen Zwischenprodukts mit Isophthalsäure innerhalb spezifischer Gewichtsprozente und unter bestimmten Temperaturbedingungen umfasst.
- Die Wasserlöslichkeit oder die Wasserdispergierbarkeit basiert auf der Bildung von Harzen, die eine Carboxylfunktion aufweisen, so dass die erhaltenen Harze einfach in einer wässrigen Lösung oder Dispersion gelöst oder dispergiert werden können. Deshalb können Abfall-Plastikmaterialien, welche ansonsten in einer Müllhalde oder anderen Festkörperabfallentsorgungsmöglichkeiten entsorgt werden, billig und einfach in einer umweltfreundlichen Art recycelt werden.
- Gemäß den nachfolgend beschriebenen Beispielen 1 bis 4 werden wasserlösliche oder wasserdispergierbare Schlichtemittel von einer Mehrzahl solcher Terephthalat-Harze erhalten, die die Glätte und die Elongation bzw. Dehnung der Zellstoff-, Polyester-, Polyamid- und Acrylfasern und -gewirke verbessern. Folglich werden die unterschiedlichen Aspekte der oben definierten Aufgabe effektiv durch den in Anspruch 1 definierten Gegenstand, gelöst.
- Die wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren Harze werden bevorzugt aus Abfall-Terephthalat-Polymeren hergestellt, die Flaschen, Plattenmaterial, textile Abfälle und ähnliches umfassen. Die Abfall-Terephthalat-Kunststoffe können von einem Recyclingbetrieb gekauft werden und umfassen, sind aber nicht beschränkt darauf, Material, das als "PET rock" identifiziert ist. Das Abfall-Terephthalat kann gekennzeichnet werden durch das Formelzeichen
- wobei R der Rest eines aliphatischen oder cycloaliphatischen Glykols mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen oder eines oxygenierten Glykols mit der Formel
- HO(CxHzxO)nCxH2xOH,
- ist, wobei x eine ganze Zahl von 2 bis 4 und n gleich 1 bis 10 ist.
- Das Abfall-Terephthalat-Polymer ist bevorzugt Polyethylen-Terephthalat, Polybutylen-Terephthalat, Poly(Cyclohexandimethanol-Terephthalat) oder eine Mischung davon.
- Das Glykol, mit dem das Rein- und/oder Abfall-Terephthalat-Polymer reagiert, kann unter einer Vielzahl von bekannten dihydrierten Alkoholen gewählt werden. Bevorzugte Glykole umfassen, sind aber nicht eingeschränkt darauf, Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Cyclohexan-Dimethanol, Propylenglykol, Butylenglykol, Neopentylglykol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol oder Mischungen davon. Höchst bevorzugt ist das Glykol eine Mischung aus Diethylenglykol und Neopentylglykol.
- Das oxyalkylierte Polyol ist aus jedem Polyol erhaltbar, das drei oder mehr alkoholische Funktionen aufweist. Polyole umfassen Glycerin, Trimethylol-Propan, Trimethylol-Ethan, Pentaerythrit, Erythrit, Sorbit, Mannit, andere Zuckeralkohole oder Monosaccharide. Die Polyole sind oxyalkyliert mit einem Alkylenoxid, das umfasst, aber nicht eingeschränkt ist, auf Ethylenoxid, Propylenoxid, Butylenoxid, Amylenoxid, etc.
- Bevorzugt ist das oxyalkylierte Polyol Glycerin, Trimethylol-Propan, Trimethylol-Ethan, Pentaerythrit, Erythrit oder ein Monosaccharid, das mit 5 bis 30 Mol Ethylenoxid, Propylenoxid oder einer Mischung davon pro Hydroxyl des Polyols oxyalkyliert ist.
- Die wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren Polyesterharze können weiter mit 3 bis 15 Gewichts-% Trimellitsäure oder Trimellit-Anhydrid zur Reaktion gebracht werden.
- Zur Herstellung der wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren Polyester werden das Abfall-Terephthalat-Polymer, das Glykol und das oxyalkylierte Polyol über in etwa 150ºC erhitzt, um das Terephthalat teilweise aufzubrechen, um dann das so erhaltene Zwischenprodukt mit Isophthalsäure unter ähnlichen Temperaturbedingungen zu erhitzen.
- Ein bevorzugtes Produkt ist das durch Erhitzen von Abfall-Terephthalat-Polymer, Glykol und oxyalkyliertem Polyol über in etwa 150ºC erhaltene, um ein Zwischenprodukt herzustellen, gekennzeichnet durch eine 15-Minuten-Klärung (clear peel), und Erhitzen des so erhaltenen Zwischenprodukts mit Isophthalsäure bei einer Temperatur von wenigstens 150ºC.
- Ein besonders bevorzugtes wasserlösliches oder wasserdispergierbares Polyesterharz wird durch die Reaktion von 20 bis 50 Gewichts-% Polyethylen-Terephthalat, 10 bis 30 Gewichts-% Diethylenglykol, 1 bis 10 Gewichts-% Pentaerythrit, 5 bis 25 Gewichts-% oxyalkyliertem Glycerin mit 5 bis 30 Oxyalkyleinheiten pro Hydroxyl, 20 bis 50 Gewichts-% Isophthalsäure und 3 bis 15 Gewichts-% Trimellitsäure oder Trimellit-Anhydrid erhalten.
- Ein höchst bevorzugtes wasserlösliches oder wasserdispergierbares Polyesterharz wird durch die Reaktion von 25 bis 40 Gewichts-% Polyethylen-Terephthalat, 20 bis 30 Gewichts-% Diethylenglykol, 1 bis 10 Gewichts-% Pentaerythrit, 5 bis 15 Gewichts-% oxyethyliertem Glycerin, das 5 bis 30 Oxyethyleneinheiten pro Hydroxyl aufweist, 20 bis 30 Gewichts-% Isophthalsäure und 5 bis 10 Gewichts-% Trimellitsäure oder Trimellit-Anhydrid erhalten.
- Die Polyesterharze werden gewöhnlich und bevorzugt unter Verwendung eines Ester-Austauschkatalysators hergestellt. Diese Katalysatoren sind allgemein bekannte metallorganische Verbindungen, speziell Verbindungen aus Zinn oder Titan. Bevorzugte Katalysatoren umfassen Tetraalkyltitanate, in denen das Alkyl aus bis zu 8 Kohlenstoffatomen besteht, ebenso wie Alkyl-Zinnsäuren oder Dialkyl-Zinnoxide, wie z. B. Monobutyl-Zinnsäure oder Dioktyl-Zinnoxid. Bevorzugte Katalysatoren umfassen Monobutyl-Zinnsäure und Tetrapropyl- oder Tetrabutyltitanat oder eine Mischung davon.
- Die erhaltenen harzhaltigen Produkte können in Wasser mit einem Alkalimetall oder Ammoniumhydroxid oder -carbonat zu der gewünschten Konzentration gelöst oder dispergiert werden. Die Konzentration des Materials, das auf die Faser, das Gewirk oder das Papier aufgebracht werden soll, kann leicht durch routinemäßige Experimente bestimmt werden. Wie auch immer, vorzugsweise enthält die Lösung oder Dispersion des wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren sowie aufzubringenden Harzes 0,5 bis 5% Harzfeststoffe.
- Die Verbindungen dieser Erfindung werden als Beschichtungsmaterialien für Fasern, Gewirke oder Papier verwendet. In der Textilindustrie werden Garne bzw. Fäden oft vor der Verarbeitung zu gewobenen oder nicht gewobenen Gewirken beschichtet. Das Beschichten umfasst die Ablagerung einer gewünschten Menge des Beschichtungsmaterials auf dem Garn. Das Beschichten erhöht die Zugfestigkeit der Garne und, in einigen Fällen, reduziert den Garn-zu-Metall-Reibungskoeffizienten der. Verstärkter Garn ist wünschenswert, um das Abreißen in nachfolgenden Operationen, wie z. B. dem Weben, zu minimieren. Ein niedriger Garn-zu-Metall-Reibungskoeffizient vermindert die Garn- und Maschinen-Abnutzung.
- Beschichtungsmaterialien können ebenso auf Gewirke aufgebracht werden. Diese Gewirke sind als webstuhlgefertigte Waren bekannt. Die behandelten Gewirke weisen nach dem Entfernen vom Webstuhl, und vor irgendwelchen weiteren Waschschritten, eine Ausführung auf, die durch die Charakteristika der Faser, des Gewirks und durch den Typ und die Menge der Beschichtung auf dem Gewirk beeinflusst wird. Die Produkte dieser Erfindung sind verwendbar, wenn eine wasserlösliche Beschichtung akzeptiert werden kann.
- Beschichtungsverbindungen werden normalerweise in einer Beschichtungspresse auf Papier aufgebracht. Das Papierblatt ist halb trocken und läuft mit Hochgeschwindigkeit durch den Damm (dam) einer Beschichtungslösung. Das Papier läuft dann durch Pressrollen unter einem hohen Spalten- bzw. Anpressdruck und das behandelte Blatt wird unter einem Trockner getrocknet. Oberflächenbeschichtung wird oftmals für besser als eine innere Beschichtung erachtet, weil das meiste der Beschichtungslösung auf dem Papier zurückgehalten wird.
- In den folgenden Beispielen sind die Temperaturen unkorrigiert in ºC angegeben. Soweit nichts anderes angezeigt ist, sind alle Mengen- und Prozentangaben Gewichtsangaben.
- Die folgenden Bestandteile werden verwendet:
- 19,05 Diethylenglykol
- 5,04 Neopentylglykol
- 2,18 Pentaerythrit
- 11,01 Ethoxyliertes Glycerin (17-19 mol Ethylenoxid, Molekulargewicht 850, Witco Chemical Co., Witconol 4073)
- 0,08 Monobutyl-Zinnsäure
- 30,47 Abfall-Polyethylen-Terephthalat
- 25,87 Isophtalsäure
- 6,2 Trimellit-Anhydrid
- 0,1 Tetrapropyltitanat
- Die Alkohole werden in ein Reaktionsgefäß gegeben und auf 200ºC erhitzt, um Wasser zu entfernen. Ein Titanatkatalysator wird der heißen Alkoholmischung zugegeben, danach wird PET in drei Chargen hinzugegeben. Das anfängliche Drittel des PET wird den Alkoholen bei 200ºC zugegeben, woraufhin die Temperatur im Reaktor auf 240ºC erhöht und für 15 Minuten bei 240ºC gehalten wird. Die Hälfte des restlichen PET's wird zugegeben und die Temperatur wird für weitere 15 Minuten bei 240ºC gehalten, danach wird das restliche Drittel des PET zugegeben. Die Temperatur in dem Reaktor wird bei 240ºC gehalten, bis eine 15-Minuten-Klärung erhalten ist.
- Die Klärungszeit wird durch das Platzieren eines Tropfens des Reaktionsgemisches auf eine Petrischale und dem Starten einer Stoppuhr bestimmt. Die Zeit, bei der der Tropfen trüb wird, ist die Grenze der Klärung.
- Wenn die 15-Minuten-Klärung erhalten ist, wird die Temperatur in dem Reaktor auf 185ºC gesenkt und Monobutyl-Zinnsäure und anschließend Isophthalsäure werden in den Reaktor zugegeben. Das erhaltene Gemisch wird erhitzt, bis eine Säurezahl von 15 bis 20 erhalten wird. Das erhaltene Gemisch wird auf 180ºC abgekühlt und das Trimellit-Anhydrid wird dem Reaktor zugegeben. Am Ende von 30 Minuten hat sämtliches Trimellit-Anhydrid reagiert. Die erhaltene harzhaltige Mischung wird zu einem Feststoffgehalt von 25% in einer wässrigen Ammoniumlösung gelöst.
- Die folgenden Materialien werden verwendet:
- 20,0 Triethylenglykol
- 5,0 Neopentylglykol
- 2,5 Trimethylolpropan
- 11,5 Ethoxyliertes Trimethylolpropan (10 mol Ethylenoxid)
- 0,1 Monohexyl-Zinnsäure
- 29,5 Abfall-Polybutylen-Terephthalat
- 30,0 Isophtalsäure
- 1,0 Tetra(isopropyl)titanat
- Das PBT wird wie in Beispiel 1 gebrochen, um ein harzhaltiges Material herzustellen, das in einer verdünnten Natriumhydroxidlösung aufgenommen wird, um eine stabile Dispersion herzustellen.
- Die folgenden Bestandteile werden verwendet:
- 25,0 Ethylenglykol
- 20,0 Ethoxyliertes Pentaerythrit (15 mol Ethylenoxid)
- 30,0 Abfall-Poly(cyclohexandimethanol-Terephthalat)
- 24,8 Isophtalsäure
- 0,2 Tetrabutyltitanat
- Die Vorgehensweise von Beispiel 1 wird befolgt. Das erhaltene harzhaltige Produkt wird in einer wässrigen KOH-Lösung gelöst, bis zu einem Feststoffgehalt von 20%.
- Die Produkte der Beispiele 1 bis 3 werden mit Wasser bis zu einem Feststoffgehalt von 1 bis 3 Gewichts-% verdünnt. Die verdünnten Dispersionen werden verwendet, um Zellstoff-, Polyester-, Polyamid- und Acrylfasern und -gewirke zu beschichten. Die Verbindungen haften an den behandelten Fasern oder Gewirken. Glätte und Dehnung werden verbessert.
- Die verdünnten Materialien werden ebenso für die Beschichtung von Papierprodukten verwendet.
- Die folgenden Bestandteile werden verwendet:
- 11,0 Diethylenglykol
- 21,55 Cyclohexandimethanol
- 30,0 Abfall-Polyethylen-Terephthalat
- 0,08 Monobutyl-Zinnsäure
- 3,91 Polyethylenglykol (Pluracol PEG 4000)
- 0,1 Tetrapropyltitanat
- 23,36 Isophtalsäure
- 10,0 Trimellit-Anhydrid
- Die Glykole werden in einen Reaktor gegeben und auf 200ºC erhitzt, um Wasser zu entfernen. Ein Titanatkatalysator wird in den Reaktor gegeben, danach wird ein Drittel des PET hinzugefügt und die Temperatur in dem Reaktor wird auf 240ºC erhöht. Nach 15 Minuten des Erhitzens bei dieser Temperatur wird die Hälfte des verbleibenden PET in den Reaktor gegeben. Nach weiteren 15 Minuten wird der Rest des PET hinzugegeben. Die Temperatur im Reaktor wird bei 240ºC gehalten, bis eine 15-Minuten-Klärung erhalten ist.
- Die Temperatur in dem Reaktor wird auf 185ºC abgesenkt. Monobutyl-Zinnsäure wird in den Reaktor gegeben, gefolgt von Isophthalsäure. Die Mischung in dem Reaktor wird gekocht, bis ein Säurewert von 15 bis 20 erhalten wird. Die Temperatur kann während dieses Schrittes auf 220ºC erhöht werden. Das erhaltene Produkt wird auf 180ºC abgekühlt und das Trimellit-Anhydrid wird hinzugegeben. Nach einer Stunde hat bei dieser Temperatur sämtliches Trimellit-Anhydrid reagiert. Das erhaltene Harz wird zu einem grobkörnigen Pulver vermahlen, das mit Natriumcarbonat vermischt wird.
- Das Produkt von Beispiel 5 wird in Wasser aufgenommen, um Lösungen/Dispersionen mit einem Harzfeststoffgehalt von 1 bis 3 Gewichts-% herzustellen. Die erhaltenen Lösungen/Dispersionen werden als Beschichtungsmaterialien für Fasern, Gewirke oder Papier verwendet. Die Ergebnisse sind ähnlich denen von Beispiel 4.
- Die voranstehenden Beispiele können mit ähnlichem Erfolg wiederholt werden durch Ersetzen der generell oder spezifisch beschriebenen Reaktanten und/oder Prozessbedingungen dieser Erfindung für diese, die in den vorangegangenen Beispielen verwendet werden.
Claims (6)
1. Ein wasserlösliches oder wasserdispergierbares Polyesterharz,
erhaltbar durch
Reagieren von
a) 20-50 Gewichts-% von Rein- und/oder Abfall-
Terephthalat-Polymer,
b) 10-40 Gewichts-% wenigstens eines Glykols,
c) 5-25 Gewichts-% wenigstens eines oxyalkylierten Polyols, und
d) 20-50 Gewichts-% Isophthalsäure
auf eine solche Weise, dass die Bestandteile a), b) und c) über in etwa
150ºC erhitzt werden, und
dass das so erhaltene Zwischenprodukt ferner mit dem Bestandteil d) bei
einer Temperatur von wenigstens 150ºC erhitzt wird.
2. Ein wasserlösliches oder wasserdispergierbares Polyesterharz nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyesterharz weiter mit 3-15
Gewichts-% Trimellitsäure oder Trimellit-Anhydrid zur Reaktion gebracht
wird.
3. Ein wasserlösliches oder wasserdispergierbares Polyesterharz nach
Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion in der
Anwesenheit von Monobutyl-Zinnsäure oder eines Tetraalkyl-Titanats oder einer
Mischung davon durchgeführt wurde.
4. Eine wässrige Lösung oder Dispersion eines wasserlöslichen oder
wasserdispergierbaren Polyesterharzes nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass das Polyesterharz in Wasser mit einem
Alkalimetall oder Ammoniumhydroxid oder Carbonat gelöst oder dispergiert ist.
5. Eine wässrige Lösung oder Dispersion eines wasserlöslichen oder
wasserdispergierbaren Polyesterharzes nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, dass das Polyesterharz zu einem Harzfestgehalt von 0,5-5%
verdünnt ist.
6. Faser, Gewirk oder Papier überzogen mit dem wasserlöslichen oder
wasserdispergierbaren Harz nach einem der Ansprüche 1 bis 3.
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