JPH0476338B2 - - Google Patents
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Description
本発明はガラス繊維を製造する方法および特に
連続したフイラメントガラス繊維をストランドに
集束する為にのり剤を適用することに関する。 ガラス繊維は溶融したガラス組成物を小さいオ
レフイスにまたは加熱された白金ブラシ装置中の
チツプに通して流動させるかまたは引つ張る。
個々のガラス−フイラメントをのり剤浴に通し、
ストランドに集束し、次いで高速回転集束管に巻
き取る。のり剤はフイラメントに塗布され、該フ
イラメントを互いに結合させ、巻き取りおよび解
く間にストランドの保全状態を維持し並びに最終
的加工を容易にする。その後に集束管のストラン
ドを乾燥する為に炉に置くかまたはストランドの
湿分含有量を減らす為に空気乾燥することができ
る。 ガラス集束用のり剤として用いられてきた沢山
の種類の組成物がある。代表的なノリは、種々の
変性−または未変性澱粉および油類の水性分散物
より成る。次の各特許はかゝる組成物を目指して
いる: 米国特許第3227192号明細書は、約50〜60%の
アミロース含有量の高アミロース澱粉成分および
約20〜30%のアミロース含有量の低アミロース澱
粉成分を互いにほゞ等しい割合で含有するアミロ
ース澱粉混合物を含有する水性集束用のり剤が開
示されている。 米国特許第3167468号明細書には、澱粉と第三
−または第四−アミンとの反応生成物である澱粉
エーテルまたは−エステルを含有する水性集束用
組成物が開示されている。 米国特許第3481771号明細書には、抑制された
(架橋した)または抑制されていない澱粉エーテ
ル−または−エステル誘導体を使用している低い
金属イオン含有量の集束用のり剤水性分散物が開
示されている。挙げられた適用可能な澱粉エステ
ルの中にはアセテート類、プロピオナート類、ブ
チラート類、ラウレート類、ステアレート類およ
びオレエート類がある。挙げられた適する架橋剤
は脂肪族ジハロゲン化物、エーテル形成性エポキ
シハロゲン化化合物(即ち、エピクロルヒドリ
ン)、多官能性薬品(即ち、塩化ホスホリル、酸
無水物混合物および無水コハク酸がある。 米国特許第3615311号明細書には、カチオン系
澱粉エーテルまたは−エステルおよび特に高度に
アミロース状態にある非誘導澱粉を含有する集束
用のり剤が開示されている。 米国特許第3664855号明細書および同第3793065
号明細書では、ガラス集束用のり剤組成物におい
て置換または無置換の単環の炭化水素5または6
員環の澱粉エーテルおよび−エステルが用いられ
ている。 米国特許第3928666号明細書ではガラス集束用
のり剤組成物において、炭素原子数4〜6のイソ
アルカノイツク酸の澱粉エステルが用いられてい
る。 米国特許第4166872号明細書は、特に高アミロ
ース−コーン−ハイブリツドから得られる膨張し
ていが破裂していない部分的に煮込んだ澱粉顆粒
の成分を含有する移動安定性集束用のり剤を教示
している。 米国特許第4168345号明細書は、低い粘度の変
性澱粉およびアクリル系重合体フイルム形成剤の
両方を含有しているガラス形成用のり剤組成物を
教示されている。有用な澱粉は、エーテル化、エ
ステル化、カチオン化または酸性加水分解を含む
処理によつて変性される。 上述の沢山の特許によつて扱われている問題の
一つは、集束用管に巻きつける間にストランドに
現れる現象であるのり剤の移動の問題である。ス
トランドを乾燥する時、水が集束用管の内部から
外に移動し、のり剤の若干の澱粉および油を一緒
に運搬する。繊維への澱粉の不均一な付着が子ワ
ラの後続の加工時に沢山の問題を引き起こす。子
ワラを色々な工程の間に巻きつけたりおよび解い
たりしている時に、ストランドの緊張を比較的に
一定に保持するべきである。一様でないのり剤の
分布によつて引き起こされる不均一な緊張は、ス
トランドの個々のガラス−フイラメントをバラバ
ラにすることに成り、結果として加工装置を動か
なくし得る毛羽だつたストランドをもたらす。更
に、加工の後の繊維の熱処理、特にのり剤の固体
を揮発させる為に約650℃の温度で行う熱処理が、
のり剤除去にムラがあり不満足な結果をもたら
す。熱的な脱のり剤処理の残留物は加工されたも
のの誘電的性質を変えるしまた縞むらまたは局所
的変色を生じさせる。 高速で加工される繊維の能力を含めてのり付け
したガラス繊維の取扱特性は、ガラス−ストラン
ドの保全性にある。優れた保全状態のガラス−ス
トランドは、バラけたフイラメントの数が最小限
であり、集束の巻きつけおよび捩じり加工工程の
後の主要なストランドから分離するフイラメント
が最小限である。良好なストランド保全性を有す
るガラス−ストランドを製造する為には、良好な
造膜特性を持つのり剤調製物を用いるのが有利で
ある。ガラス用のり剤調製物中に非イオン系油が
多量に含有されていることが、集束操作の間を滑
らかにする為に重要であるが、澱粉のり剤の造膜
性に有害な作用を示すことは公知である。例えば
ガラス繊維を経済的に製造する為に澱粉フイルム
の保全が一般に断念されている。 ガラス製造工業は最小限ののり剤移動およびス
トランドの保全性の改善を示すのり剤ガラス繊維
を提供する手段がなお探究されている。 それ故に、集束時にガラス繊維に適用すること
ができそして乾燥時に固体状のり剤の移動が最小
限である水性のり剤を提供することが必要とされ
ている。また、良好なガラス−ストランドの保全
性を提供するガラス集束用水性のり剤が必要とさ
れている。 上記の何れの引例も本発明のガラス集束用のり
剤組成物を開示または示唆するものはない。 本発明は、a)1〜12重量%の式 〔式中、Rはジメチレンまたはトリメチレンで
あり、R′は炭素原子数8〜18のアルキル基また
はアルケニル基でありそしてAは水素原子または
一価のカチオンである。〕 で表される半酸エステル澱粉誘導体、 b 0.5〜8重量%の非イオン系油、 c 0.05〜2重量%の乳化剤および d 0〜2重量%のカチオン系潤滑剤 より成る水性分散物より成ることを特徴とする、
ガラス集束用のり剤組成物に関する。 本発明はまた、上記組成物を繊維に適用して集
束することより成るガラス繊維ののり付け方法に
関する。 本発明で有利に用いられる澱粉誘導体は、炭素
原子数8〜18のアルケニル基で置換された無水コ
ハク酸にてエステル化された約50〜70%のアミロ
ース含有量の高アミロース−コーン澱粉ベースの
ものである。 のり剤用組成物において上記澱粉誘導体を用い
ることによつて、該組成物でのり付けして集束し
たガラス繊維は改善された移動安定性および/ま
たは改善されたガラス−ストランド保全性を示
す。 本発明において有用な澱粉半酸エステルは式 〔式中、Rはジメチレンまたはトリメチレンで
あり、R′は炭素原子数8〜18のアルキル基また
はアルケニル基でありそしてAは水素原子または
一価のカチオン、例えばナトリウムまたはカリウ
ムである。〕で表すことができる。ガラス集束用
のり剤組成物において本発明の特別な半エステル
を用いることによつて、移動安定性および/また
はフイルム保全性における改善が炭素原子数8〜
18のアルキル−またはアルケニル−半酸エステル
置換基を有さない同じ澱粉ベースを用いるガラス
集束用のり剤組成物に比較してもたらされること
を見い出した。炭素原子数8〜18の置換基はいく
つかの分岐を有していてもよいが、直線状炭化水
素鎖が特に有利である。特に有利な澱粉誘導体は
上記の式においてRがジメチレンでありそして
R′が炭素原子数8〜18のアルキル−またはアル
ケニル基であるものである。 半酸エステルの製造で用いることのできる適す
る澱粉ベースには、ガラス集束用のり剤調製物お
いて一般的に用いられるもの、例えばコーン、高
アミロース−コーン、ポテト、小麦、サゴ、米、
タピオカおよびアロールートがある。 米国特許第4166872号明細書(前出)に記載さ
れているように、移動安定性のガラス集束用のり
剤は、特別に煮込まれた澱粉を調製物において用
いると、大部分の澱粉が膨張し且つ破裂していな
い顆粒状態で存在している。破裂していない顆粒
は巻き付けられたガラスフイラメント相互間の距
離より大きくそしてその顆粒として溶解澱粉の移
動を乾燥の間妨害する助けをする。この理由の為
に、澱粉ベースとして約50〜70%のアミロース含
有量の煮込安定性の高アミロース−コーン澱粉ま
たは集束および適用温度に対する若干の熱抵抗の
ある澱粉顆粒を提供する為に慣用の技術によつて
抑制された(架橋された)澱粉ベースを用いるの
が有利である。有用な架橋剤には例えばエピクロ
ルヒドリンおよび塩化ホスホリルがある。 また澱粉ベースは通例の酸、酵素または酸化処
理によつて僅かに変性されているのが有利であり
得る。僅かな変性が改善された移動安定性の有る
澱粉含有のり剤を提供するが、一方多すぎる変性
は移動に不利な影響を及ぼす。適する量の抑制剤
および変性剤は澱粉ベースおよびのり剤調製剤に
依存して変化し、当業者によつて容易に決めるこ
とができる。 半酸澱粉を製造する為の適当な種類の反応剤に
は、置換された環状ジカルボン酸無水物、例えば
米国特許第2661349号明細書に記載されている次
の構造式で表されるもの: 〔式中、Rはジメチレンまたはトリメチレンで
ありそしてR′は炭素原子数8〜18のアルキル基
またはアルケニル基である。〕 が含まれる。上記の構造式に当たる置換された環
状ジカルボン酸無水物は置換無水コハク酸および
置換無水グルタル酸がある。また酸無水物環を形
成するジカルボン酸の塩化物も置換ジカルボン酸
の一つである。澱粉分子の遊離カルボキシル基は
ジカルボン酸の一つだけのカルボキシル基のエス
テル化で得られる。 澱粉のエステル化反応は当業者に知られており
そして文献で報告されている沢山の技術、例えば
水性反応媒体、有機溶媒または乾燥加熱反応技術
によつて行うことができる。かゝる技術の考察は
R.L.Wistler,Methods in Carbohyd−rate
Chemistry,第巻、1964、第279〜311頁;R.L.
Wistler等、Starch:Chemistry and
Technology、第二版、1984、第311〜366頁およ
びR.DavidsonおよびN.Sittig,Water−Soluble
Resins、第二版、1968、第2章に在る。 環状ジカルボン酸無水物反応剤を用いた場合に
は、澱粉を一般に7より低くなく11より高くない
PH値でアルカリ水性媒体中で反応剤にて処理する
のが有利である。これは澱粉を水に懸濁させ、そ
れに(澱粉の添加前または後で)充分な塩基、例
えばアルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水
酸化物、四級アンモニウム水酸化物またこれらの
類似物を添加して混合物を反応の間アルカリ状態
に維持することによつて行うことができる。次い
で反応剤の必要量を添加し、所望の反応が完結す
るまで撹拌を継続する。反応速度を早める為にも
し必要ならば熱を掛けてもよい。しかしながら熱
を掛ける場合には、約45℃より低い温度を維持す
るべきである。好ましい方法では、アルカリ反応
剤および無水物反応剤を澱粉懸濁液に同時に添加
し、これらの各剤の流速を調整して懸濁液のPHを
好ましくは8〜11に維持する。 本発明で用いるある種の置換環状ジカルボン酸
無水物(即ち、炭素原子数10以上の置換基を持つ
もの)の疎水性が高まるので、かゝる反応剤を澱
粉と僅かな量でのみ標準的水性反応において反応
させる。澱粉の反応効率を改善する為には、澱粉
を疎水性反応剤と標準的水性条件の下で少なくと
も5%の、好ましくは7〜15%(反応剤の重量を
基準とする)の相転化剤の存在下に反応させる。
適する相転化剤には有機系四級塩(トリオクチル
メチル−アンモニウム−クロライドおよびトリカ
プリルメチル−アンモニウム−クロライド)、第
三アミン類およびポリアルキレンオキサイドエー
テル類また−エステル類がある。 反応剤の割合は選択される個々の反応剤−これ
らは当然に反応性および反応効率において異なる
ので−および所望の置換度にて変化する。それ故
に、のり付けにおける本質的改善は、澱粉の重量
を基準として2%の反応剤を用いて製造された澱
粉誘導体を用いることによつて達成される。好ま
しい処理水準は約2〜10%の反応剤を用いたもの
である。 本発明の水性のり剤組成物は一般には約2〜20
重量%の固形分含有量を有し、半酸エステル澱粉
誘導体がのり剤組成の全量の約1〜12%、好まし
くは2〜6%の範囲の量で存在している。のり剤
組成物が特に約2〜10%の固形分含有量で含まれ
るのが有利である。全固形分含有量は、のり剤分
散剤の粘度がガラス繊維に適用し得る−40〜50℃
で100センチポイズを超えない−水準であるべき
である。 繊維用のり剤組成物で有用な非イオン系油は植
物油、動物油または鉱油から選択することがで
き、流動性を低下させる為に水素化されているも
のが有利である。かゝる油は脂肪トリグリセリド
類、例えば水素化大豆油、水素化コーン油、グリ
セロールトリステアレート、水素化グリセロール
トリオレエート等が好ましい。この油は一般に組
成物全量の約0.5〜8.0%の範囲の量でのり剤調製
物中に存在しており、澱粉濃縮物全量を基準とし
てとして25〜75%の範囲の量で用いるのが特に有
利である。 またのり剤組成物は好ましくは乳化剤を含有し
ており、一般にのり剤組成物の全体量を基準とし
てとして約0.05〜2.0%の範囲の量で存在してい
る。約3〜16のHLB−値が最も適しており、ポ
リオキシアルキレンソルビタンが有利である。
かゝる乳化剤は市販されており、ソルビタン−モ
ノオレエートのポリエチレン誘導体であるトイー
ン(TWEEN:商標)81(製造元:ICI
Americas,Inc.)がこれに属する。また、ロー
ム・アンド・ハス(Rohm and Haas)社から入
手されるトリトン(TRITON:商標)乳化剤−
アルキル置換フエノール類のポリオキシエチレン
誘導体−が本発明では有用である。 のり付けした繊維を乾燥する前に主として潤滑
剤として役立つ業界で用いられるカチオン系ガラ
ス繊維用潤滑剤も場合によつては本発明の組成物
中にのり剤組成物を基準として約2%より少ない
量で用いることができる。適する潤滑剤には例え
ばアルキル−イミダゾーリン誘導体(即ち、テト
ラエチレン−ペンタミンとステアリン酸との反応
生成物)および第四ピリジニウム化合物がある。 他の通例に用いられるガラス集束用のり剤添加
物には、例えば固体状の油質物質、例えばワツク
ス、脂肪または適用温度で流動性のないゲル化し
た油;第二番目の造膜剤、例えばゼラチン、ポリ
ビニルアルコールおよびポリアクリレート類;シ
ラン結合剤;かび止め剤;および殺真菌剤も本発
明の組成物中に通例の量で用いることができる。 本発明ののり剤組成物は通例の方法で製造しそ
してガラス繊維の集束に適用できる。澱粉誘導体
の水性懸濁液は、膨潤した破裂していない顆粒状
態の澱粉の量(少なくとも20%、好ましくは少な
くとも50%)を維持するのと同時に澱粉の一部分
をゲル化させる期間の為に煮込むのが有利であ
る。その後に非イオン系油のエマルジヨンを位澱
粉スラリーに、一般に適用前にあらゆるのり剤用
添加成分と一緒に添加する。のり付け剤組成物は
高温のもとで(一般に55〜65℃)適当な適用方
法、例えばパツダーまたはロール装置、浸漬式装
置またはスプレー式手段またはジエツト式手段を
含めたアプロン(apron)−タイプのアプリケー
ターまたは他の通例の手段――これらは当業者が
周知のものである――を用いることによつて適用
する。 以下の実施例において、全ての部および%は重
量に関しそして全ての温度は℃である。 ここでのり剤の移動性は以下の試験方法に従つ
て定量的に評価した。 この方法においては、1cm当たり56×41の末端
本数(1インチ当たり22×16の末端本数)のフア
イバーグラス織物構造の27cm×45cmの切れ端を60
℃(140〓)でのり剤分散物に浸漬させ、次いで
30回転/分で20の圧縮目盛にて絞り出す為に実験
室用パツド〔サウス・カロライナ州のロツク・ヒ
ル(Rock Hill)のL&Wマシン・ワーカーズ
(L&W Machine Works)によつて製造され
たもの〕に通す。次にのり付けしたフアイバー・
グラスで4cmの直径のガラス製シリンダーを包
み、水平の状態に置きそして16時間空気乾燥す
る。乾燥した織物をその後に9cm×9cmの15個の
正方形に切断する。これらの各サンプルを、1時
間の間649℃(1200〓)の温度に委ね、その後に
得られる織物を消失したのり剤の量を測定する為
に秤量する。のり剤の移動定数は、最も内側に巻
きつけられた末端からの織物の位置と揮発される
のり剤の重量とが直線的に表される傾斜であり、
これを測定する。この係数は次の式によつて計算
される: 〔式中、Mは移動定数であり、Xは内部末端か
らの距離であり、Yは揮発したのり剤の重量であ
り、UXはXの標準偏差でありそしてnはサンプ
ルの数である。〕 より低い移動がより高い移動係数値をもたらす。 一連の類似ののり剤調製物のフイルム保全性の
傾向を観察する為に、各のり剤のフイルムを20ミ
ルのバード(Bird)・アプリケータにてガラス製
板上でカスチング集束する。これらのフイルムを
空気乾燥し、次いで造膜性について互いに定量的
に比較する。のり剤が造膜性を示さない場合に
は、0の評点を与える。あるフイルム形成安定性
を示すサンプルは、より高い評点がより良好な造
膜性を示す関係において1〜10の評点を与える。 実施例 1 この実施例は本発明において有用な半酸澱粉コ
ハク酸塩誘導体を製造する為の実験室操作を実証
している。この澱粉ベースは従来技術のガラス集
束用のり剤において用いられている。 約50%のアミロース含有量の高アミロース−コ
ーン澱粉(サンプルA)約100部を室温で150部の
水中に懸濁させる。この懸濁液のPHを水酸化ナト
リウム希釈液(3%)を添加することによつて
7.5に調整する。全部で3部のオクテニル無水物
コハク酸(OSAA)反応剤を、PHが水酸化ナト
リウム希釈液の配量供給によつて7.5に維持され
ている撹拌下の澱粉懸濁液にゆつくり添加する。
反応が完結した後にPHを希塩酸で約5.5に調整す
る(3:1)。その後に澱粉(サンプルB)を濾
過によつて回収し、水で三回洗浄しそして空気乾
燥する。上記の代表的方法で製造された澱粉は約
4.3%のカルボキシル基含有量を有している。 実施例 2 流動性の高アミロース澱粉は次の方法によつて
OSAAとの反応によつて製造する: 約50%のアミロース含有量の高アミロース−コ
ーン澱粉約100部を約150部の水に懸濁させ、次い
で1部の試薬品質の濃塩酸(37%)を添加する。
懸濁液の温度を52℃(125〓)に上昇させ、この
混合物を16時間の一定の撹拌下に反応させる。そ
の後に加水分解した澱粉懸濁液のPHを炭酸ナトリ
ウムにて4.5に調整する。室温に冷却した後に澱
粉懸濁液を7.5のPHに調整しそして実施例1にお
ける如く3部のOSAAと反応させる。その後に
サンプルCを回収する。 実施例 3 サンプルDを、3部の塩酸を用いて38の塩酸カ
ルシウム水流動度を持つ更に変性された生成物を
得ることを除いて実施例2における如く製造す
る。流動度の測定は、100gの20%濃度塩化カル
シウム溶液を100gの水の替わりに用いそしてス
テンレス製コツプを銅製コツプの替わりに用いる
ことを除いて、米国特許第4228199号明細書に説
明されている方法によつて測定する。 実施例 4 ガラス集束用のり剤組成物において用いられて
来た酸変性されそして抑制されたポテト澱粉(サ
ンプルE)を実施例1の方法によつて3%の
OSAAにて誘導する。回収される生成物をサン
プルFと称する。 実施例 5 約50%のアミロース含有量の非加水分解高アミ
ロース−コーン澱粉を、0.007部(澱粉固形分含
有量を基準として)のトリカプリル−メチルアン
モニウム−クロライド相転移剤の存在下に8のPH
にて2%のテトラデセニル−無水コハク酸
(TDSAA)と実施例1に記載されている如く反
応させる。濾過によつてサンプルGを回収する。 サンプルHを10%のTDSAAを用いて上記の如
く製造する。 実施例 6 この実施例は、本発明の半酸澱粉エステルを用
いるのり剤によつて示されるフイルム保全性の改
善を実証している。 以下の成分を用いる: 澱粉サンプル 3.4部 部分加水分解された大豆油 1.7部 トイーン(Tween)81 0.2部水 94.7部 集束用のり剤組成物を以下の如く製造する: 2部の蒸留水および乳化剤を60℃(140〓)に
加熱する。次いでこの混合物に室温で大豆油を添
加する。エマルジヨンをワーリング・ブレンダー
(Waring blender)を用いて製造する。 別の容器で澱粉および71.8部の蒸留水を懸濁液
にする。この懸濁液を次いで、圧力釜に移す前に
沸騰するウオーターバスに10分間入れて置き、次
いで108℃で30分間22.2N(5ポンド)の圧力の下
で煮込む。僅かに撹拌(100回転/分)しながら
煮込んだ分散物を20倍の冷たい蒸留水で希釈しそ
して60℃(140〓)に冷却する。その後に大豆油
エマルジヨンを添加する。 のり剤調製物を5分間混合し、上述のフアイバ
ー・グラス織物の切れ端に塗布する。サンプルの
移動性の結果およびフイルム保全性の評価を第
表に示す。
連続したフイラメントガラス繊維をストランドに
集束する為にのり剤を適用することに関する。 ガラス繊維は溶融したガラス組成物を小さいオ
レフイスにまたは加熱された白金ブラシ装置中の
チツプに通して流動させるかまたは引つ張る。
個々のガラス−フイラメントをのり剤浴に通し、
ストランドに集束し、次いで高速回転集束管に巻
き取る。のり剤はフイラメントに塗布され、該フ
イラメントを互いに結合させ、巻き取りおよび解
く間にストランドの保全状態を維持し並びに最終
的加工を容易にする。その後に集束管のストラン
ドを乾燥する為に炉に置くかまたはストランドの
湿分含有量を減らす為に空気乾燥することができ
る。 ガラス集束用のり剤として用いられてきた沢山
の種類の組成物がある。代表的なノリは、種々の
変性−または未変性澱粉および油類の水性分散物
より成る。次の各特許はかゝる組成物を目指して
いる: 米国特許第3227192号明細書は、約50〜60%の
アミロース含有量の高アミロース澱粉成分および
約20〜30%のアミロース含有量の低アミロース澱
粉成分を互いにほゞ等しい割合で含有するアミロ
ース澱粉混合物を含有する水性集束用のり剤が開
示されている。 米国特許第3167468号明細書には、澱粉と第三
−または第四−アミンとの反応生成物である澱粉
エーテルまたは−エステルを含有する水性集束用
組成物が開示されている。 米国特許第3481771号明細書には、抑制された
(架橋した)または抑制されていない澱粉エーテ
ル−または−エステル誘導体を使用している低い
金属イオン含有量の集束用のり剤水性分散物が開
示されている。挙げられた適用可能な澱粉エステ
ルの中にはアセテート類、プロピオナート類、ブ
チラート類、ラウレート類、ステアレート類およ
びオレエート類がある。挙げられた適する架橋剤
は脂肪族ジハロゲン化物、エーテル形成性エポキ
シハロゲン化化合物(即ち、エピクロルヒドリ
ン)、多官能性薬品(即ち、塩化ホスホリル、酸
無水物混合物および無水コハク酸がある。 米国特許第3615311号明細書には、カチオン系
澱粉エーテルまたは−エステルおよび特に高度に
アミロース状態にある非誘導澱粉を含有する集束
用のり剤が開示されている。 米国特許第3664855号明細書および同第3793065
号明細書では、ガラス集束用のり剤組成物におい
て置換または無置換の単環の炭化水素5または6
員環の澱粉エーテルおよび−エステルが用いられ
ている。 米国特許第3928666号明細書ではガラス集束用
のり剤組成物において、炭素原子数4〜6のイソ
アルカノイツク酸の澱粉エステルが用いられてい
る。 米国特許第4166872号明細書は、特に高アミロ
ース−コーン−ハイブリツドから得られる膨張し
ていが破裂していない部分的に煮込んだ澱粉顆粒
の成分を含有する移動安定性集束用のり剤を教示
している。 米国特許第4168345号明細書は、低い粘度の変
性澱粉およびアクリル系重合体フイルム形成剤の
両方を含有しているガラス形成用のり剤組成物を
教示されている。有用な澱粉は、エーテル化、エ
ステル化、カチオン化または酸性加水分解を含む
処理によつて変性される。 上述の沢山の特許によつて扱われている問題の
一つは、集束用管に巻きつける間にストランドに
現れる現象であるのり剤の移動の問題である。ス
トランドを乾燥する時、水が集束用管の内部から
外に移動し、のり剤の若干の澱粉および油を一緒
に運搬する。繊維への澱粉の不均一な付着が子ワ
ラの後続の加工時に沢山の問題を引き起こす。子
ワラを色々な工程の間に巻きつけたりおよび解い
たりしている時に、ストランドの緊張を比較的に
一定に保持するべきである。一様でないのり剤の
分布によつて引き起こされる不均一な緊張は、ス
トランドの個々のガラス−フイラメントをバラバ
ラにすることに成り、結果として加工装置を動か
なくし得る毛羽だつたストランドをもたらす。更
に、加工の後の繊維の熱処理、特にのり剤の固体
を揮発させる為に約650℃の温度で行う熱処理が、
のり剤除去にムラがあり不満足な結果をもたら
す。熱的な脱のり剤処理の残留物は加工されたも
のの誘電的性質を変えるしまた縞むらまたは局所
的変色を生じさせる。 高速で加工される繊維の能力を含めてのり付け
したガラス繊維の取扱特性は、ガラス−ストラン
ドの保全性にある。優れた保全状態のガラス−ス
トランドは、バラけたフイラメントの数が最小限
であり、集束の巻きつけおよび捩じり加工工程の
後の主要なストランドから分離するフイラメント
が最小限である。良好なストランド保全性を有す
るガラス−ストランドを製造する為には、良好な
造膜特性を持つのり剤調製物を用いるのが有利で
ある。ガラス用のり剤調製物中に非イオン系油が
多量に含有されていることが、集束操作の間を滑
らかにする為に重要であるが、澱粉のり剤の造膜
性に有害な作用を示すことは公知である。例えば
ガラス繊維を経済的に製造する為に澱粉フイルム
の保全が一般に断念されている。 ガラス製造工業は最小限ののり剤移動およびス
トランドの保全性の改善を示すのり剤ガラス繊維
を提供する手段がなお探究されている。 それ故に、集束時にガラス繊維に適用すること
ができそして乾燥時に固体状のり剤の移動が最小
限である水性のり剤を提供することが必要とされ
ている。また、良好なガラス−ストランドの保全
性を提供するガラス集束用水性のり剤が必要とさ
れている。 上記の何れの引例も本発明のガラス集束用のり
剤組成物を開示または示唆するものはない。 本発明は、a)1〜12重量%の式 〔式中、Rはジメチレンまたはトリメチレンで
あり、R′は炭素原子数8〜18のアルキル基また
はアルケニル基でありそしてAは水素原子または
一価のカチオンである。〕 で表される半酸エステル澱粉誘導体、 b 0.5〜8重量%の非イオン系油、 c 0.05〜2重量%の乳化剤および d 0〜2重量%のカチオン系潤滑剤 より成る水性分散物より成ることを特徴とする、
ガラス集束用のり剤組成物に関する。 本発明はまた、上記組成物を繊維に適用して集
束することより成るガラス繊維ののり付け方法に
関する。 本発明で有利に用いられる澱粉誘導体は、炭素
原子数8〜18のアルケニル基で置換された無水コ
ハク酸にてエステル化された約50〜70%のアミロ
ース含有量の高アミロース−コーン澱粉ベースの
ものである。 のり剤用組成物において上記澱粉誘導体を用い
ることによつて、該組成物でのり付けして集束し
たガラス繊維は改善された移動安定性および/ま
たは改善されたガラス−ストランド保全性を示
す。 本発明において有用な澱粉半酸エステルは式 〔式中、Rはジメチレンまたはトリメチレンで
あり、R′は炭素原子数8〜18のアルキル基また
はアルケニル基でありそしてAは水素原子または
一価のカチオン、例えばナトリウムまたはカリウ
ムである。〕で表すことができる。ガラス集束用
のり剤組成物において本発明の特別な半エステル
を用いることによつて、移動安定性および/また
はフイルム保全性における改善が炭素原子数8〜
18のアルキル−またはアルケニル−半酸エステル
置換基を有さない同じ澱粉ベースを用いるガラス
集束用のり剤組成物に比較してもたらされること
を見い出した。炭素原子数8〜18の置換基はいく
つかの分岐を有していてもよいが、直線状炭化水
素鎖が特に有利である。特に有利な澱粉誘導体は
上記の式においてRがジメチレンでありそして
R′が炭素原子数8〜18のアルキル−またはアル
ケニル基であるものである。 半酸エステルの製造で用いることのできる適す
る澱粉ベースには、ガラス集束用のり剤調製物お
いて一般的に用いられるもの、例えばコーン、高
アミロース−コーン、ポテト、小麦、サゴ、米、
タピオカおよびアロールートがある。 米国特許第4166872号明細書(前出)に記載さ
れているように、移動安定性のガラス集束用のり
剤は、特別に煮込まれた澱粉を調製物において用
いると、大部分の澱粉が膨張し且つ破裂していな
い顆粒状態で存在している。破裂していない顆粒
は巻き付けられたガラスフイラメント相互間の距
離より大きくそしてその顆粒として溶解澱粉の移
動を乾燥の間妨害する助けをする。この理由の為
に、澱粉ベースとして約50〜70%のアミロース含
有量の煮込安定性の高アミロース−コーン澱粉ま
たは集束および適用温度に対する若干の熱抵抗の
ある澱粉顆粒を提供する為に慣用の技術によつて
抑制された(架橋された)澱粉ベースを用いるの
が有利である。有用な架橋剤には例えばエピクロ
ルヒドリンおよび塩化ホスホリルがある。 また澱粉ベースは通例の酸、酵素または酸化処
理によつて僅かに変性されているのが有利であり
得る。僅かな変性が改善された移動安定性の有る
澱粉含有のり剤を提供するが、一方多すぎる変性
は移動に不利な影響を及ぼす。適する量の抑制剤
および変性剤は澱粉ベースおよびのり剤調製剤に
依存して変化し、当業者によつて容易に決めるこ
とができる。 半酸澱粉を製造する為の適当な種類の反応剤に
は、置換された環状ジカルボン酸無水物、例えば
米国特許第2661349号明細書に記載されている次
の構造式で表されるもの: 〔式中、Rはジメチレンまたはトリメチレンで
ありそしてR′は炭素原子数8〜18のアルキル基
またはアルケニル基である。〕 が含まれる。上記の構造式に当たる置換された環
状ジカルボン酸無水物は置換無水コハク酸および
置換無水グルタル酸がある。また酸無水物環を形
成するジカルボン酸の塩化物も置換ジカルボン酸
の一つである。澱粉分子の遊離カルボキシル基は
ジカルボン酸の一つだけのカルボキシル基のエス
テル化で得られる。 澱粉のエステル化反応は当業者に知られており
そして文献で報告されている沢山の技術、例えば
水性反応媒体、有機溶媒または乾燥加熱反応技術
によつて行うことができる。かゝる技術の考察は
R.L.Wistler,Methods in Carbohyd−rate
Chemistry,第巻、1964、第279〜311頁;R.L.
Wistler等、Starch:Chemistry and
Technology、第二版、1984、第311〜366頁およ
びR.DavidsonおよびN.Sittig,Water−Soluble
Resins、第二版、1968、第2章に在る。 環状ジカルボン酸無水物反応剤を用いた場合に
は、澱粉を一般に7より低くなく11より高くない
PH値でアルカリ水性媒体中で反応剤にて処理する
のが有利である。これは澱粉を水に懸濁させ、そ
れに(澱粉の添加前または後で)充分な塩基、例
えばアルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水
酸化物、四級アンモニウム水酸化物またこれらの
類似物を添加して混合物を反応の間アルカリ状態
に維持することによつて行うことができる。次い
で反応剤の必要量を添加し、所望の反応が完結す
るまで撹拌を継続する。反応速度を早める為にも
し必要ならば熱を掛けてもよい。しかしながら熱
を掛ける場合には、約45℃より低い温度を維持す
るべきである。好ましい方法では、アルカリ反応
剤および無水物反応剤を澱粉懸濁液に同時に添加
し、これらの各剤の流速を調整して懸濁液のPHを
好ましくは8〜11に維持する。 本発明で用いるある種の置換環状ジカルボン酸
無水物(即ち、炭素原子数10以上の置換基を持つ
もの)の疎水性が高まるので、かゝる反応剤を澱
粉と僅かな量でのみ標準的水性反応において反応
させる。澱粉の反応効率を改善する為には、澱粉
を疎水性反応剤と標準的水性条件の下で少なくと
も5%の、好ましくは7〜15%(反応剤の重量を
基準とする)の相転化剤の存在下に反応させる。
適する相転化剤には有機系四級塩(トリオクチル
メチル−アンモニウム−クロライドおよびトリカ
プリルメチル−アンモニウム−クロライド)、第
三アミン類およびポリアルキレンオキサイドエー
テル類また−エステル類がある。 反応剤の割合は選択される個々の反応剤−これ
らは当然に反応性および反応効率において異なる
ので−および所望の置換度にて変化する。それ故
に、のり付けにおける本質的改善は、澱粉の重量
を基準として2%の反応剤を用いて製造された澱
粉誘導体を用いることによつて達成される。好ま
しい処理水準は約2〜10%の反応剤を用いたもの
である。 本発明の水性のり剤組成物は一般には約2〜20
重量%の固形分含有量を有し、半酸エステル澱粉
誘導体がのり剤組成の全量の約1〜12%、好まし
くは2〜6%の範囲の量で存在している。のり剤
組成物が特に約2〜10%の固形分含有量で含まれ
るのが有利である。全固形分含有量は、のり剤分
散剤の粘度がガラス繊維に適用し得る−40〜50℃
で100センチポイズを超えない−水準であるべき
である。 繊維用のり剤組成物で有用な非イオン系油は植
物油、動物油または鉱油から選択することがで
き、流動性を低下させる為に水素化されているも
のが有利である。かゝる油は脂肪トリグリセリド
類、例えば水素化大豆油、水素化コーン油、グリ
セロールトリステアレート、水素化グリセロール
トリオレエート等が好ましい。この油は一般に組
成物全量の約0.5〜8.0%の範囲の量でのり剤調製
物中に存在しており、澱粉濃縮物全量を基準とし
てとして25〜75%の範囲の量で用いるのが特に有
利である。 またのり剤組成物は好ましくは乳化剤を含有し
ており、一般にのり剤組成物の全体量を基準とし
てとして約0.05〜2.0%の範囲の量で存在してい
る。約3〜16のHLB−値が最も適しており、ポ
リオキシアルキレンソルビタンが有利である。
かゝる乳化剤は市販されており、ソルビタン−モ
ノオレエートのポリエチレン誘導体であるトイー
ン(TWEEN:商標)81(製造元:ICI
Americas,Inc.)がこれに属する。また、ロー
ム・アンド・ハス(Rohm and Haas)社から入
手されるトリトン(TRITON:商標)乳化剤−
アルキル置換フエノール類のポリオキシエチレン
誘導体−が本発明では有用である。 のり付けした繊維を乾燥する前に主として潤滑
剤として役立つ業界で用いられるカチオン系ガラ
ス繊維用潤滑剤も場合によつては本発明の組成物
中にのり剤組成物を基準として約2%より少ない
量で用いることができる。適する潤滑剤には例え
ばアルキル−イミダゾーリン誘導体(即ち、テト
ラエチレン−ペンタミンとステアリン酸との反応
生成物)および第四ピリジニウム化合物がある。 他の通例に用いられるガラス集束用のり剤添加
物には、例えば固体状の油質物質、例えばワツク
ス、脂肪または適用温度で流動性のないゲル化し
た油;第二番目の造膜剤、例えばゼラチン、ポリ
ビニルアルコールおよびポリアクリレート類;シ
ラン結合剤;かび止め剤;および殺真菌剤も本発
明の組成物中に通例の量で用いることができる。 本発明ののり剤組成物は通例の方法で製造しそ
してガラス繊維の集束に適用できる。澱粉誘導体
の水性懸濁液は、膨潤した破裂していない顆粒状
態の澱粉の量(少なくとも20%、好ましくは少な
くとも50%)を維持するのと同時に澱粉の一部分
をゲル化させる期間の為に煮込むのが有利であ
る。その後に非イオン系油のエマルジヨンを位澱
粉スラリーに、一般に適用前にあらゆるのり剤用
添加成分と一緒に添加する。のり付け剤組成物は
高温のもとで(一般に55〜65℃)適当な適用方
法、例えばパツダーまたはロール装置、浸漬式装
置またはスプレー式手段またはジエツト式手段を
含めたアプロン(apron)−タイプのアプリケー
ターまたは他の通例の手段――これらは当業者が
周知のものである――を用いることによつて適用
する。 以下の実施例において、全ての部および%は重
量に関しそして全ての温度は℃である。 ここでのり剤の移動性は以下の試験方法に従つ
て定量的に評価した。 この方法においては、1cm当たり56×41の末端
本数(1インチ当たり22×16の末端本数)のフア
イバーグラス織物構造の27cm×45cmの切れ端を60
℃(140〓)でのり剤分散物に浸漬させ、次いで
30回転/分で20の圧縮目盛にて絞り出す為に実験
室用パツド〔サウス・カロライナ州のロツク・ヒ
ル(Rock Hill)のL&Wマシン・ワーカーズ
(L&W Machine Works)によつて製造され
たもの〕に通す。次にのり付けしたフアイバー・
グラスで4cmの直径のガラス製シリンダーを包
み、水平の状態に置きそして16時間空気乾燥す
る。乾燥した織物をその後に9cm×9cmの15個の
正方形に切断する。これらの各サンプルを、1時
間の間649℃(1200〓)の温度に委ね、その後に
得られる織物を消失したのり剤の量を測定する為
に秤量する。のり剤の移動定数は、最も内側に巻
きつけられた末端からの織物の位置と揮発される
のり剤の重量とが直線的に表される傾斜であり、
これを測定する。この係数は次の式によつて計算
される: 〔式中、Mは移動定数であり、Xは内部末端か
らの距離であり、Yは揮発したのり剤の重量であ
り、UXはXの標準偏差でありそしてnはサンプ
ルの数である。〕 より低い移動がより高い移動係数値をもたらす。 一連の類似ののり剤調製物のフイルム保全性の
傾向を観察する為に、各のり剤のフイルムを20ミ
ルのバード(Bird)・アプリケータにてガラス製
板上でカスチング集束する。これらのフイルムを
空気乾燥し、次いで造膜性について互いに定量的
に比較する。のり剤が造膜性を示さない場合に
は、0の評点を与える。あるフイルム形成安定性
を示すサンプルは、より高い評点がより良好な造
膜性を示す関係において1〜10の評点を与える。 実施例 1 この実施例は本発明において有用な半酸澱粉コ
ハク酸塩誘導体を製造する為の実験室操作を実証
している。この澱粉ベースは従来技術のガラス集
束用のり剤において用いられている。 約50%のアミロース含有量の高アミロース−コ
ーン澱粉(サンプルA)約100部を室温で150部の
水中に懸濁させる。この懸濁液のPHを水酸化ナト
リウム希釈液(3%)を添加することによつて
7.5に調整する。全部で3部のオクテニル無水物
コハク酸(OSAA)反応剤を、PHが水酸化ナト
リウム希釈液の配量供給によつて7.5に維持され
ている撹拌下の澱粉懸濁液にゆつくり添加する。
反応が完結した後にPHを希塩酸で約5.5に調整す
る(3:1)。その後に澱粉(サンプルB)を濾
過によつて回収し、水で三回洗浄しそして空気乾
燥する。上記の代表的方法で製造された澱粉は約
4.3%のカルボキシル基含有量を有している。 実施例 2 流動性の高アミロース澱粉は次の方法によつて
OSAAとの反応によつて製造する: 約50%のアミロース含有量の高アミロース−コ
ーン澱粉約100部を約150部の水に懸濁させ、次い
で1部の試薬品質の濃塩酸(37%)を添加する。
懸濁液の温度を52℃(125〓)に上昇させ、この
混合物を16時間の一定の撹拌下に反応させる。そ
の後に加水分解した澱粉懸濁液のPHを炭酸ナトリ
ウムにて4.5に調整する。室温に冷却した後に澱
粉懸濁液を7.5のPHに調整しそして実施例1にお
ける如く3部のOSAAと反応させる。その後に
サンプルCを回収する。 実施例 3 サンプルDを、3部の塩酸を用いて38の塩酸カ
ルシウム水流動度を持つ更に変性された生成物を
得ることを除いて実施例2における如く製造す
る。流動度の測定は、100gの20%濃度塩化カル
シウム溶液を100gの水の替わりに用いそしてス
テンレス製コツプを銅製コツプの替わりに用いる
ことを除いて、米国特許第4228199号明細書に説
明されている方法によつて測定する。 実施例 4 ガラス集束用のり剤組成物において用いられて
来た酸変性されそして抑制されたポテト澱粉(サ
ンプルE)を実施例1の方法によつて3%の
OSAAにて誘導する。回収される生成物をサン
プルFと称する。 実施例 5 約50%のアミロース含有量の非加水分解高アミ
ロース−コーン澱粉を、0.007部(澱粉固形分含
有量を基準として)のトリカプリル−メチルアン
モニウム−クロライド相転移剤の存在下に8のPH
にて2%のテトラデセニル−無水コハク酸
(TDSAA)と実施例1に記載されている如く反
応させる。濾過によつてサンプルGを回収する。 サンプルHを10%のTDSAAを用いて上記の如
く製造する。 実施例 6 この実施例は、本発明の半酸澱粉エステルを用
いるのり剤によつて示されるフイルム保全性の改
善を実証している。 以下の成分を用いる: 澱粉サンプル 3.4部 部分加水分解された大豆油 1.7部 トイーン(Tween)81 0.2部水 94.7部 集束用のり剤組成物を以下の如く製造する: 2部の蒸留水および乳化剤を60℃(140〓)に
加熱する。次いでこの混合物に室温で大豆油を添
加する。エマルジヨンをワーリング・ブレンダー
(Waring blender)を用いて製造する。 別の容器で澱粉および71.8部の蒸留水を懸濁液
にする。この懸濁液を次いで、圧力釜に移す前に
沸騰するウオーターバスに10分間入れて置き、次
いで108℃で30分間22.2N(5ポンド)の圧力の下
で煮込む。僅かに撹拌(100回転/分)しながら
煮込んだ分散物を20倍の冷たい蒸留水で希釈しそ
して60℃(140〓)に冷却する。その後に大豆油
エマルジヨンを添加する。 のり剤調製物を5分間混合し、上述のフアイバ
ー・グラス織物の切れ端に塗布する。サンプルの
移動性の結果およびフイルム保全性の評価を第
表に示す。
【表】
結果は、C8−アルケニル−コハク酸塩置換基
を持つ澱粉サンプルBおよび同じ置換基を持つ流
動性澱粉サンプルCが移動性が一定のままである
のにブランク試験よりもフイルム保全性において
著しい改善をもたらすことを示している。更に変
性した半酸エステルサンプルDがある程度のフイ
ルム保全性をもたらすが、のり剤の移動性が劇的
に増加することを示している。 実施例 7 のり剤調製物を実施例4のポテト澱粉サンプル
EおよびFを用いて実施例6における如く製造
し、移動性およびフイルム保全性を評価する。結
果を第表に示す。
を持つ澱粉サンプルBおよび同じ置換基を持つ流
動性澱粉サンプルCが移動性が一定のままである
のにブランク試験よりもフイルム保全性において
著しい改善をもたらすことを示している。更に変
性した半酸エステルサンプルDがある程度のフイ
ルム保全性をもたらすが、のり剤の移動性が劇的
に増加することを示している。 実施例 7 のり剤調製物を実施例4のポテト澱粉サンプル
EおよびFを用いて実施例6における如く製造
し、移動性およびフイルム保全性を評価する。結
果を第表に示す。
【表】
結果は、C8−アルケニル−コハク酸塩置換基
を持つポテト澱粉サンプルFが未だフイルム保全
性を持つているのにブランク試験よりも改善され
た移動性を持つのり剤組成物をもたらすことを示
している。 実施例 8 テトラデセニル澱粉コハク酸塩を用いて実施例
6における如く製造したのり剤調製物を移動性お
よびフイルム保全性について評価する。結果を第
表に示す。
を持つポテト澱粉サンプルFが未だフイルム保全
性を持つているのにブランク試験よりも改善され
た移動性を持つのり剤組成物をもたらすことを示
している。 実施例 8 テトラデセニル澱粉コハク酸塩を用いて実施例
6における如く製造したのり剤調製物を移動性お
よびフイルム保全性について評価する。結果を第
表に示す。
【表】
結果は、ブランク試験に比較してC14−アルケ
ニル−コハク酸塩サンプルGおよびHが移動性を
顕著に低下させることを示している。サンプルH
もフイルム保全性に若干の改善をもたらすことを
示している。 要約すれば、炭素原子数8〜18個のアルキル−
またはアルケニル−半酸エステル置換基を持つ澱
粉誘導体を有利に用いるガラス集束用のり剤組成
物を提供している。ここに記載した特別な澱粉誘
導体を用いることによつて、特別な半酸エステル
置換基を持たない同じ量の澱粉ベースを含有する
のり剤組成物に比較して改善された移動安定性お
よび/または改善されたフイルム保全性を示すガ
ラス集束用のり剤組成物が提供されている。本発
明ののり剤組成物を用いてガラスの改善されたの
り剤集束方法およびそれによつて製造されたのり
剤された繊維も提供されている。
ニル−コハク酸塩サンプルGおよびHが移動性を
顕著に低下させることを示している。サンプルH
もフイルム保全性に若干の改善をもたらすことを
示している。 要約すれば、炭素原子数8〜18個のアルキル−
またはアルケニル−半酸エステル置換基を持つ澱
粉誘導体を有利に用いるガラス集束用のり剤組成
物を提供している。ここに記載した特別な澱粉誘
導体を用いることによつて、特別な半酸エステル
置換基を持たない同じ量の澱粉ベースを含有する
のり剤組成物に比較して改善された移動安定性お
よび/または改善されたフイルム保全性を示すガ
ラス集束用のり剤組成物が提供されている。本発
明ののり剤組成物を用いてガラスの改善されたの
り剤集束方法およびそれによつて製造されたのり
剤された繊維も提供されている。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 a 1〜12重量%の式 〔式中、Rはジメチレンまたはトリメチレンで
あり、R′は炭素原子数8〜18のアルキル基また
はアルケニル基でありそしてAは水素原子または
一価のカチオンである。〕 で表される半酸エステル澱粉誘導体、 b 0.5〜8重量%の非イオン系油、 c 0.05〜2重量%の乳化剤および d 0〜2重量%のカチオン系潤滑剤 より成る水性分散物より成ることを特徴とす
る、移動安定性のガラス集束用のり剤組成物。 2 少なくとも20%の澱粉誘導体が膨潤した破裂
していない顆粒状態で存在する特許請求の範囲第
1項記載ののり剤組成物。 3 澱粉誘導体がジメチレンでありそしてR′が
炭素原子数8〜14のアルキル基またはアルケニル
基である特許請求の範囲第2項記載ののり剤組成
物。 4 澱粉誘導体が約50〜70%のアミロースを含有
する高アミロース−コーン澱粉の誘導体である特
許請求の範囲第3項記載ののり剤組成物。 5 澱粉誘導体が変性され抑制されたポテト澱粉
である特許請求の範囲第3項記載ののり剤組成
物。 6 澱粉誘導体が澱粉とオクチル無水コハク酸ま
たはテトラデシル無水物コハク酸とのエステル化
生成物である特許請求の範囲第3項記載ののり剤
組成物。 7 2〜6%の澱粉誘導体が組成物中に存在しそ
して非イオン系油が澱粉の濃度を基準として約25
〜75%の範囲内の量で存在している特許請求の範
囲第1項記載ののり剤組成物。 8 非イオン系油を植物油、動物油および鉱油の
群から選択する特許請求の範囲第1項記載ののり
剤組成物。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US89202486A | 1986-07-30 | 1986-07-30 | |
| US892024 | 1986-07-30 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6335439A JPS6335439A (ja) | 1988-02-16 |
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