ES2272638T3 - Mezcla de caucho y cubierta neumatica. - Google Patents

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Abstract

Mezcla no vulcanizada de caucho y otros varios ingredientes que comprende: una carga mixta que comprende negro de carbón y sílice; un componente de caucho que comprende caucho de copolímero de estireno-butadieno y no menos de un 40% en peso del componente de caucho de caucho de butadieno; y una resina; caracterizada por el hecho de que la resina es incorporada a la mezcla en el componente de caucho en una cantidad de 4 a 10 partes en peso sobre la base de 100 partes en peso del componente de caucho.

Description

Mezcla de caucho y cubierta neumática.
Esta invención se refiere a una mezcla no vulcanizada de caucho y otros varios ingredientes que comprende una mezcla de caucho de butadieno y caucho de copolímero de estireno-butadieno y contiene una mezcla de negro de carbón y sílice como carga, y a una cubierta neumática en la que se usa una mezcla no vulcanizada de caucho y otros varios ingredientes de este tipo en la parte que constituye la banda de rodadura para mejorar simultáneamente las características funcionales sobre piso mojado y la resistencia al desgaste.
Con respecto a las mezclas no vulcanizadas de caucho y otros varios ingredientes que se usan en artículos de caucho tales como mangueras, cintas transportadoras, cubiertas y artículos similares, se han hecho varios estudios para el desarrollo de una mezcla no vulcanizada que satisfaga las necesidades relativas a las propiedades que se requieren para el artículo de caucho.
En particular, de una mezcla no vulcanizada de caucho y otros varios ingredientes aplicada a la parte que constituye la banda de rodadura de una cubierta neumática se requiere que satisfaga simultáneamente las necesidades relativas a las características funcionales sobre piso mojado y a la resistencia al desgaste a más altos niveles desde el punto de vista de la seguridad y la durabilidad.
Habitualmente se usa en la parte que constituye la banda de rodadura de una cubierta de un automóvil de turismo una mezcla no vulcanizada de caucho y otros varios ingredientes que como componente de caucho comprende una mezcla de caucho de butadieno y caucho de copolímero de estireno-butadieno. En una mezcla no vulcanizada de caucho y otros varios ingredientes, sin embargo, es difícil establecer simultáneamente las características funcionales sobre piso mojado y la resistencia al desgaste porque estas características funcionales están en conflicto entre sí. Esto quiere decir que si se intenta incrementar la proporción de mezcla del caucho de copolímero de estireno-butadieno para mejorar las características funcionales sobre piso mojado, empeora la resistencia al desgaste, mientras que si se intenta incrementar la proporción de mezcla del caucho de butadieno para mejorar la resistencia al desgaste, empeoran las características funcionales sobre piso mojado.
Asimismo, se considera que la influencia del caucho de copolímero de estireno-butadieno en estas características funcionales está principalmente controlada por el contenido de estireno combinado en el caucho de copolímero.
Se llama asimismo la atención acerca de las descripciones de los documentos EP-1000971A y EP-0899297A.
Es por consiguiente un objetivo de la invención el de mejorar simultáneamente las características funcionales sobre piso mojado y la resistencia al desgaste en una mezcla no vulcanizada de caucho y otros varios ingredientes que comprende una mezcla de caucho de butadieno y caucho de copolímero de estireno-butadieno a base de ajustar la proporción de mezcla del caucho de butadieno y el contenido de estireno combinado en el caucho de copolímero de estireno-butadieno, considerando al mismo tiempo la influencia en las otras características funcionales que va acompañada por ello.
Según un primer aspecto de la invención, se aporta una mezcla no vulcanizada de caucho y otros varios ingredientes que contiene una carga mixta de negro de carbón y sílice y está caracterizada por el hecho de que se incorpora a la mezcla una resina en una cantidad de no menos de 4 partes en peso y no más de 10 partes en peso sobre la base de 100 partes en peso de un componente de caucho que contiene no menos de un 40% en peso de caucho de butadieno y caucho de copolímero de estireno-butadieno.
En una realización preferible del primer aspecto, la cantidad de caucho de butadieno en el componente de caucho es de no más de un 60% en peso.
En otra realización preferible del primero aspecto, el caucho de copolímero de estireno-butadieno tiene un contenido de estireno combinado de no más de un 40% en peso.
En otra realización preferible del primer aspecto, la cantidad del caucho de copolímero de estireno-butadieno en el componente de caucho es de un 40 a un 60% en peso.
En una realización aún más preferible del primer aspecto, la relación de mezcla de negro de carbón a sílice en la carga mixta es de 45/20 a 30/35.
En una realización aún más preferible del primer aspecto, es adicionalmente incorporado a la mezcla un acelerador de la vulcanización basado en tiouram en una cantidad de no menos de 0,5 partes en peso sobre la base de 100 partes en peso del componente de caucho.
En una realización más preferible del primer aspecto, la cantidad de acelerador de la vulcanización basado en tiouram que es incorporada a la mezcla es de no más de 3,0 partes en peso del componente de caucho.
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Según un segundo aspecto de la invención, se aporta una cubierta neumática que comprende una parte que constituye la banda de rodadura y está hecha a base de una mezcla no vulcanizada de caucho y otros varios ingredientes como la definida en el primer aspecto de la invención.
En la mezcla no vulcanizada de caucho y otros varios ingredientes según la invención, la cantidad de caucho de butadieno que se incorpora a la mezcla en el componente de caucho es de no menos de un 40% en peso porque cuando la cantidad es de menos de un 40% en peso, no se obtiene la deseada resistencia al desgaste. Asimismo, la cantidad del caucho de butadieno es preferiblemente de no más de un 60% en peso. Si la cantidad es de más de un 60% en peso, empeora la trabajabilidad, y en particular la trabajabilidad durante la amasadura y la extrusión de la mezcla no vulcanizada de caucho y otros varios ingredientes. Preferiblemente, la cantidad de butadieno es de un 40-50% en peso. En calidad del caucho de butadieno, desde el punto de vista de la resistencia al desgaste es preferible un polibutadieno que tenga un elevado contenido de enlaces cis.
En el caucho de copolímero de estireno-butadieno, no está particularmente limitado el contenido de estireno combinado. Las propiedades de fractura de un vulcanizado pueden mejorar al devenir más alto el contenido de estireno combinado, y las características funcionales en materia de agarre de una cubierta pueden ser mejoradas cuando se aplica a la banda de rodadura de una cubierta neumática una mezcla no vulcanizada de caucho y otros varios ingredientes que contiene un caucho de copolímero de estireno-butadieno con un más alto contenido de estireno combinado. Sin embargo, cuando el contenido de estireno combinado deviene demasiado grande, empeora la resistencia al desgaste, por lo cual el contenido de estireno combinado es preferiblemente de no más de un 40% en peso en la invención cuando se requiere una excelente resistencia al desgaste.
En la invención, una resina que sirve de agente suavizador es incorporada a la mezcla en una cantidad de no menos de 4 partes en peso sobre la base de 100 partes en peso del componente de caucho porque cuando la cantidad que se incorpora a la mezcla es de menos de 4 partes en peso, no se obtiene el efecto de mezcla de la resina. Además, la cantidad de resina que se incorpora a la mezcla es de no más de 10 partes en peso. Cuando la cantidad que se incorpora a la mezcla es grande, la mezcla no vulcanizada de caucho y otros varios ingredientes tiende a adherirse mucho a la máquina mezcladora tal como una mezcladora de rodillos, una mezcladora Banbury o una mezcladora similar, y por consiguiente puede empeorar la trabajabilidad.
La razón por la cual la resina es incorporada a la mezcla en el componente de caucho es la siguiente: Concretamente, al ser la proporción de mezcla del caucho de butadieno incrementada en el componente de caucho que contiene una mezcla de caucho de butadieno y caucho de copolímero de estireno-butadieno mientras se mantiene a un nivel constante la cantidad de estireno en el componente de caucho, empeora la elaborabilidad de la mezcla no vulcanizada de caucho y otros varios ingredientes resultante. A este respecto, hasta ahora el mejoramiento de la elaborabilidad ha venido siendo llevado a cabo a base de incrementar la cantidad de un aceite incorporado a la mezcla no vulcanizada de caucho y otros varios ingredientes. En este caso, sin embargo, disminuye la dureza dentro de la gama de bajos valores de los esfuerzos de deformación, y cuando una mezcla no vulcanizada de caucho y otros varios ingredientes de este tipo es aplicada a la banda de rodadura de una cubierta disminuye la rigidez de los tacos formados en la superficie de la banda de rodadura, y empeora la resistencia al desgaste. En la invención, por consiguiente, se incorpora la resina a la mezcla en lugar de incrementar la cantidad de aceite, con lo cual se evita el deterioro de la elaborabilidad, mientras que se mantiene a un nivel determinado la dureza dentro de la gama de bajos valores de los esfuerzos de deformación.
En calidad de la resina que se usa en la invención, puede hacerse mención de una resina de diciclopentadieno, una resina de petróleo C5, etc.
En la invención, puede ser incorporado a la mezcla un aceite aromático además de la resina, con lo cual puede obtenerse el efecto de mejorar las características funcionales sobre piso mojado y la elaborabilidad. En este caso, la cantidad de aceite aromático que se incorpora a la mezcla es preferiblemente de no más de 8 partes en peso sobre la base de 100 partes en peso del componente de caucho.
En la mezcla no vulcanizada de caucho y otros varios ingredientes según la invención, la carga contiene tanto negro de carbón como sílice porque el uso de sílice como carga es preferible con vistas al mejoramiento de las características funcionales sobre piso mojado, pero al devenir mayor la cantidad de sílice, tiende a disminuir la resistencia al desgaste dentro de gama de altos niveles de carga. A este respecto, la relación de mezcla de negro de carbón a sílice es preferiblemente de 45/20 a 30/35.
En la mezcla no vulcanizada de caucho y otros varios ingredientes según la invención, la cantidad de carga que se incorpora a la mezcla no está particularmente limitada, pero desde el punto de vista de las propiedades del vulcanizado y de las características funcionales de la cubierta es preferible que dicha cantidad esté dentro de la gama de valores que va desde 45 hasta 80 partes en peso sobre la base de 100 partes en peso del componente de caucho.
Además, una parte de la carga que se usa en la invención puede ser sustituida por una carga inorgánica representada por la fórmula (I):
.....(I)mM \cdot xSiO_{y} \cdot zH_{2}O
en la que M es un metal seleccionado de entre los miembros del grupo que consta de aluminio, magnesio, titanio y calcio, un óxido o un hidróxido de dicho metal o un hidrato del mismo, y m es un entero de 1 a 5, x es un entero de 0 a 10, y es un entero de 2 a 5, y z es un entero de 0 a 10. Además, la fórmula (I) puede contener un metal tal como potasio, sodio, hierro, magnesio o un metal similar, un elemento tal como flúor o un elemento similar, y un grupo tal como NH_{4}- o un grupo similar.
Específicamente, la carga inorgánica incluye alúmina (Al_{2}O_{3}) tal como alúmina \gamma, alúmina \alpha o alúminas similares; monohidrato de alúmina (Al_{2}O_{3}\cdotH_{2}O) tal como boehmita, diasporo o un material similar; dihidrato de alúmina (Al_{2}O_{3}\cdot2H_{2}O); hidróxido de aluminio [Al(OH)_{3}] tal como gibbsita, bayerita o un material similar; hidróxido de magnesio [Mg(OH)_{2}], óxido de magnesio (MgO), talco (3MgO\cdot4SiO_{2}\cdot2H_{2}O), attapulgita (5MgO\cdot8SiO_{2}\cdot9H_{2}O), blanco de titanio (TiO_{2}), negro de titanio (TiO_{2n-1}), óxido de calcio (CaO), hidróxido cálcico [Ca(OH)_{2}], óxido de magnesio y aluminio (MgO\cdotAl_{2}\cdotO_{3}), arcilla (Al_{2}O_{3}\cdot2SiO_{2}), caolín (Al_{2}O_{3}\cdot2SiO_{2}\cdot2H_{2}O), pirofilita (Al_{2}O_{3}\cdot4SiO_{2}\cdotH_{2}O), bentonita (Al_{2}O_{3}\cdot4SiO_{2}\cdot2H_{2}O), silicato de aluminio (Al_{2}SiO_{5}, Al_{4}\cdot3SiO_{4}\cdot5H_{2}O o un material similar), silicato magnésico (Mg_{2}SiO_{4}, MgSiO_{3} o un material similar), silicato cálcico (Ca_{2}\cdotSiO_{4} o un material similar), silicato de calcio y aluminio (Al_{2}O_{3}\cdotCaO\cdot2SiO_{2} o un material similar), silicato de calcio y magnesio (CaMgSiO_{4}), y un aluminosilicato cristalino que contiene un hidrógeno o un metal alcalino o un metal alcalinotérreo para corregir una carga eléctrica, tal como varias zeolitas; feldespato, mica, montmorillonita y materiales similares. Es preferible que M en la fórmula (I) sea aluminio. En este caso, las cargas inorgánicas pueden ser usadas en solitario o bien en forma de una combinación de dos o más.
De entre las susodichas cargas inorgánicas, son preferibles la alúmina representada por una fórmula Al_{2}O_{3}\cdotnH_{2}O (en la que n es de 0 a 3) y las arcillas. Las arcillas incluyen arcilla, caolín, pirofilita, bentonita, montmorillonita y materiales similares.
Además, la invención incluye una mezcla no vulcanizada de caucho y otros varios ingredientes en la que está incorporado a la mezcla como acelerador de la vulcanización un acelerador de la vulcanización basado en tiouram para evitar el empeoramiento de las características funcionales sobre piso mojado debido al largo tiempo de servicio de un artículo de caucho. Por ejemplo, cuando una cubierta es usada por espacio de un largo periodo de tiempo, la pérdida por histéresis disminuye debido a una acción de curado del caucho, y como acompañamiento a ello empeoran las características funcionales sobre piso mojado. A este respecto, se incorpora a la mezcla el acelerador de la vulcanización basado en tiouram para impedir el empeoramiento de las características funcionales sobre piso mojado y mantener el efecto de establecer simultáneamente las características funcionales sobre piso mojado y la resistencia al desgaste. La cantidad que del acelerador de la vulcanización basado en tiouram se incorpora a la mezcla es preferiblemente de no menos de 0,5 partes en peso sobre la base de 100 partes en peso del componente de caucho. Cuando la cantidad que se incorpora a la mezcla es de menos de 0,5 partes en peso, no se obtiene suficientemente el efecto de mezcla. Asimismo, la cantidad que se incorpora a la mezcla es preferiblemente de no más de 3,0 partes en peso para reprimir suficientemente la aparición de grietas durante la rodadura, que se considera que es el resultado del incremento de monosulfuro en una forma reticulante.
De entre los aceleradores de la vulcanización basados en tiouram, es preferible un sulfuro de tetraalquiltiouram, lo cual incluye el disulfuro de tetrametiltiouram (TMTD), el disulfuro de tetraetiltiouram (TETD), el disulfuro de tetrabutiltiouram (TBTD), el monosulfuro de tetrametiltiouram (TMTM), el sulfuro de tetraoctiltiouram (TOT), etc. De entre ellos, es particularmente preferible el sulfuro de tetraoctiltiouram.
La mezcla no vulcanizada de caucho y otros ingredientes según la invención puede ser convenientemente mezclada con varios aditivos de los que se usan habitualmente en la industria del caucho, además de los componentes que han sido mencionados anteriormente.
La mezcla no vulcanizada de caucho y otros varios ingredientes según la invención es adecuada para la parte que constituye la banda de rodadura de una cubierta neumática destinada a ser usada en un automóvil de turismo o en una camioneta, y es particularmente adecuada para las cubiertas que se usan a una presión interna de 4,0-5,5 kp/cm^{2} y bajo un elevado nivel de carga.
Los ejemplos siguientes se dan para ilustrar la invención y no pretenden constituir limitaciones de la misma.
Se preparan varias mezclas no vulcanizas de caucho y otros varios ingredientes según la formulación de mezcla que se indica en la Tabla 1. Entonces, dichas mezclas no vulcanizadas son vulcanizadas a 150ºC por espacio de 30 minutos. Se fabrica asimismo una cubierta neumática que tiene unas dimensiones de la cubierta de 195/70R14 aplicando cada una de estas mezclas no vulcanizadas de caucho y otros varios ingredientes a la banda de rodadura de la cubierta. Se miden las propiedades de cada una de estas mezclas no vulcanizadas de caucho y otros varios ingredientes antes y después de la vulcanización, siendo así obtenidos los resultados que se indican en la Tabla 1. Además, las mediciones de las propiedades son efectuadas por los métodos que se indican a continuación.
(1) Elaborabilidad
Está representada por una viscosidad Mooney medida a 130ºC según un método de ensayo de la norma JIS K6300-1994 (JIS = Normas Industriales Japonesas). Cuanto menor es el valor numérico, tanto mejor es la elaborabilidad.
(2) Características funcionales sobre piso mojado
La cubierta que debe ser sometida a ensayo es montada en un vehículo y se hace que el vehículo marche en condiciones reales de marcha por sobre una superficie de carretera mojada (sobre la que hay una película de agua que tiene un espesor de 1,0-2,0 mm), y se efectúan rápidos frenados a una velocidad de 60 km/h para así medir la distancia recorrida después del frenado. Las características funcionales sobre piso mojado son representadas mediante un índice sobre la base de que es de 100 el índice correspondiente a la distancia recorrida por la cubierta del Ejemplo Comparativo 1. Cuanto mayor es el índice, tanto mejores son las características funcionales sobre piso mojado.
(3) Resistencia al desgaste
Después de haber hecho que la cubierta a probar recorra en condiciones reales de marcha una distancia de 20.000 km, se mide la profundidad de acanaladura restante en la banda de rodadura y se la representa mediante un índice sobre la base de que es de 100 el índice del valor medido en el caso del Ejemplo Comparativo 1. Cuanto mayor es el índice, tanto mejor es la resistencia al desgaste.
(4) Dureza a bajo nivel de esfuerzos de deformación
Se la representa mediante un módulo de almacenamiento dinámico E' medido según un método de ensayo de la norma JIS K7198-1991. Cuanto mayor es valor medido, tanto más alta es la dureza.
(5) Características funcionales sobre piso mojado tras la rodadura
Se las evalúa de la misma manera como en el anterior punto (2), después de haber hecho que la cubierta a probar recorra una distancia de 2.000 km.
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Nota
*1 marca de fábrica de un caucho de copolímero de estireno-butadieno extendido con 37,5 partes de un aceite por cada 100 partes de componente de caucho y que tiene un contenido de estireno combinado de un 35% en peso, y es fabricado por la JSR Corporation. Además se indica entre paréntesis la cantidad de caucho excluyendo el aceite.
*2 marca de fábrica de un caucho de copolímero de estireno-butadieno que no está extendido con un aceite y tiene un contenido de estireno combinado de un 23,5% en peso, y es fabricado por la JSR Corporation.
*3 marca de fábrica de un caucho de butadieno que tiene un contenido de enlaces cis de un 97% y es fabricado por la Ube Industries, Ltd.
*4 marca de fábrica, fabricada por la Nippon Silica Industrial Co., Ltd.
*5 marca de fábrica, fabricada por la Tonex Co., Ltd.
*6 Santite A, marca de fábrica, fabricado por la Seiko Kagaku Co., Ltd.
*7 Noclac 6c, marca de fábrica, fabricado por la Ohuchi Shinko Chemical Industrial Co., Ltd.
*8 Noclac 224, marca de fábrica, fabricado por la Ohuchi Shinko Chemical Industrial Co., Ltd.
*9 difenilguanidina
*10 N-ciclohexil-2-benzotiacilsulfenamida
*11 disulfuro de dibenzotiacilo
*12 sulfuro de tetraoctiltiouram
*13 cantidad total de un aceite incluido en el SBR1, un aceite usado como aceite de mezcla y un aceite aromático.
*14 la relación de la suma del contenido de estireno combinado en los componentes de caucho a la cantidad total de componentes de caucho (expresada en % en peso).
Como se ve por la comparación entre los Ejemplos Comparativos 1 y 2, la resistencia al desgaste se ve acrecentada al incrementarse la cantidad de caucho de butadieno que se incorpora a la mezcla, pero las propiedades mejoran en escasa medida porque es pequeño el incremento de la cantidad que se incorpora a la mezcla.
Como se ve por la comparación entre los Ejemplos Comparativos 2 y 3, las características funcionales sobre piso mojado y la resistencia al desgaste mejoran al incrementarse la cantidad de mezcla de SBR1, siendo con ello incrementado el contenido de estireno combinado, y al ser incrementada adicionalmente la cantidad de caucho de butadieno que se incorpora a la mezcla. Sin embargo, la cantidad de caucho de butadieno es incrementada al mismo nivel que el contenido de aceite total, de manera que empeora la elaborabilidad.
Como se ve por la comparación entre los Ejemplos Comparativos 3 y 4, la elaborabilidad mejora al ser incrementada la cantidad de un aceite usado como agente suavizador, pero disminuye la dureza dentro de la gama de bajos niveles de esfuerzos de deformación.
Como se ve por la comparación entre el Ejemplo Comparativo 4 y el Ejemplo 1, la dureza dentro de la gama de bajos valores de los esfuerzos de deformación mejora al ser una parte del agente suavizador sustituida por una resina.
Como se ve por la comparación entre los Ejemplos 1 y 2, incorporando a la mezcla sulfuro de tetraoctiltiouram se hace que sea muy ligero el empeoramiento de las características funcionales sobre piso mojado tras la rodadura.
Según la invención, en la mezcla no vulcanizada de caucho y otros varios ingredientes que comprende una mezcla de caucho de butadieno y caucho de copolímero de estireno-butadieno se ajustan adecuadamente la cantidad de mezcla de caucho de butadieno y el contenido de estireno combinado en el caucho de copolímero de estireno-butadieno, con lo cual pueden mejorarse simultáneamente la resistencia al desgaste y las características funcionales sobre piso mojado sin perjuicio para la elaborabilidad y la dureza dentro de la gama de bajos niveles de los esfuerzos de deformación. Además, el empeoramiento de las características funcionales sobre piso mojado tras un largo periodo de tiempo de servicio puede ser reprimido incorporando a la mezcla un acelerador de la vulcanización basado en tiouram.

Claims (8)

1. Mezcla no vulcanizada de caucho y otros varios ingredientes que comprende:
una carga mixta que comprende negro de carbón y sílice;
un componente de caucho que comprende caucho de copolímero de estireno-butadieno y no menos de un 40% en peso del componente de caucho de caucho de butadieno; y
una resina;
caracterizada por el hecho de que la resina es incorporada a la mezcla en el componente de caucho en una cantidad de 4 a 10 partes en peso sobre la base de 100 partes en peso del componente de caucho.
2. Mezcla no vulcanizada de caucho y otros varios ingredientes como la reivindicada en la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que la cantidad de caucho de butadieno en el componente de caucho es de no más de un 60% en peso.
3. Mezcla no vulcanizada de caucho y otros varios ingredientes como la reivindicada en la reivindicación 1 o 2, caracterizada por el hecho de que el caucho de copolímero de estireno-butadieno tiene un contenido de estireno combinado de no más de un 40% en peso.
4. Mezcla no vulcanizada de caucho y otros varios ingredientes como la reivindicada en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por el hecho de que la cantidad de caucho de copolímero de estireno-butadieno en el componente de caucho es de un 40 a un 60% en peso.
5. Mezcla no vulcanizada de caucho y otros varios ingredientes como la reivindicada en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada por el hecho de que la relación de mezcla de negro de carbón a sílice en la carga mixta es de 45/20 a 30/35.
6. Mezcla no vulcanizada de caucho y otros varios ingredientes como la reivindicada en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por el hecho de que es adicionalmente incorporado a la mezcla un acelerador de la vulcanización basado en tiouram en una cantidad de no menos de 0,5 partes en peso sobre la base de 100 partes en peso del componente de caucho.
7. Mezcla no vulcanizada de caucho y otros varios ingredientes como la reivindicada en la reivindicación 6, caracterizada por el hecho de que la cantidad de acelerador de la vulcanización basado en tiouram que es incorporada a la mezcla es de no más de 3,0 partes en peso del componente de caucho.
8. Cubierta neumática que comprende una parte que constituye la banda de rodadura y está hecha a base de una mezcla no vulcanizada de caucho y otros varios ingredientes como la reivindicada en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.
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