JPH05170848A - 吸水性樹脂の製造方法 - Google Patents

吸水性樹脂の製造方法

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JPH05170848A
JPH05170848A JP3335335A JP33533591A JPH05170848A JP H05170848 A JPH05170848 A JP H05170848A JP 3335335 A JP3335335 A JP 3335335A JP 33533591 A JP33533591 A JP 33533591A JP H05170848 A JPH05170848 A JP H05170848A
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 吸収倍率が高く、かつ、水可溶成分量の少な
い吸水性樹脂を従来と同様の工程で作る。 【構成】 水溶性モノエチレン性不飽和単量体を架橋剤
の存在下に重合するにあたり、前記架橋剤として、下記
一般式で表される二官能性化合物を用いる。 〔一般式中、R1およびR2はそれぞれ独立に水素ま
たはメチル基であり、−(X)−は1〜5個の−(CO
−CH=CH−CO−O)−で表される構造単位(A、
2〜100個の−CH2CH2O−で表される構造単位
(B)および0〜20個の−R3O−(ここにR3は炭
素数3〜4のアルキレン基である。)で表される構造単
位(C)が任意の配列で直鎖状に結合した2価の有機基
である。〕

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、吸水性樹脂の製造方
法に関する。さらに詳しくは、この発明は、吸収倍率が
高く、水可溶成分量の少ない吸水性樹脂の製造方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】吸水性樹脂は、従来から、紙おむつ(ま
たは使い捨ておむつ)、生理用品、土壌保水剤をはじめ
とする各種吸水材料に利用されている。このような吸水
性樹脂としてはデンプン−アクリロニトリルグラフト共
重合体の加水分解物、デンプン−アクリル酸グラフト共
重合体の中和物、アクリル酸またはアクリル酸塩重合体
の架橋体、ポリエチレンオキシドの部分架橋物、カルボ
キシメチルセルロースの架橋体等が知られている。吸水
性樹脂として架橋重合体が使用されるのは、吸水して膨
潤したときに無限に膨潤してゾルになるのを防ぐためで
ある。
【0003】上記架橋重合体の中では、現在、アクリル
酸をはじめとする水溶性モノエチレン不飽和単量体を架
橋剤の存在下に共重合することにより得られる架橋重合
体が原料的にも安価で、吸水特性に優れ、かつ、腐敗の
心配もないことから吸水性樹脂の主流となっている。架
橋剤としては、N,N−メチレンビス(メタ)アクリル
アミド、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、(ポ
リ)エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、(ポ
リ)プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、グ
リセリントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプ
ロパントリ(メタ)アクリレート、トリアリルアミン、
トリアリルシアヌレート、トリアリルフォスフェート、
グリシジル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコ
ールジグリシジルエーテル、グリセリン等が知られてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上に挙げた架橋剤を用
いて製造される従来の吸水性樹脂は、通常、吸収倍率が
高くなるにつれて水可溶成分(水に溶けうる成分)の量
が多くなるのが実情である。このような水可溶成分の多
い吸水性樹脂をたとえばおむつ等に長時間使用すると、
おむつ表面にぬめりが生じるという問題、または、通液
性が悪くなって実用上の吸水能力や液の拡散性を低下さ
せるため、もれを生じ易いという問題等がある。逆に吸
水性樹脂中の水可溶成分を減らすために架橋剤の使用量
を増やすと、吸収倍率が低下し、吸水性樹脂の使用範囲
が制限されることになる。
【0005】この発明は、上記実情に鑑み、吸収倍率が
高く、かつ、水可溶成分量の少ない吸水性樹脂を従来と
同様の工程で作ることができる製造方法を提供すること
を課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】発明者らは、上記課題を
解決するために鋭意検討を重ねた結果、従来の吸水性樹
脂の製造に用いたことのない特定構造を持つ架橋剤の存
在下に水溶性エチレン性不飽和単量体を共重合させるこ
とにより吸収倍率が高く、かつ、水可溶成分が少ない吸
水性樹脂が得られることを見いだし、この発明を完成さ
せた。
【0007】したがって、この発明は、水溶性モノエチ
レン性不飽和単量体を架橋剤の存在下に重合する吸水性
樹脂の製造方法であって、前記架橋剤として、下記一般
式で表される架橋剤(I)を用いることを特徴とする
吸水性樹脂の製造方法を提供する。
【0008】
【化2】
【0009】この発明で用いられる水溶性モノエチレン
性不飽和単量体としては、1個のエチレン性不飽和基を
有し、水に溶解性の単量体であれば特に制限されず、た
とえば、(メタ)アクリル酸、イタコン酸、2−(メ
タ)アクリロイルエタンスルホン酸、2−(メタ)アク
リロイルプロパンスルホン酸、2−(メタ)アクリルア
ミド−2−メチルプロパンスルホン酸、ビニルスルホン
酸、スチレンスルホン酸等の酸基含有単量体;該酸基含
有単量体の金属塩、アンモニウム塩またはアミン塩;
(メタ)アクリルアミド、2−ヒドロキシエチル(メ
タ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)ア
クリレート、ポリエチレングリコール(メタ)アクリレ
ート、アルコキシポリエチレングリコール(メタ)アク
リレート等のノニオン性親水基含有単量体;ジエチルア
ミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノプロ
ピル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノプロピル
(メタ)アクリルアミド等のアミノ基含有単量体;該ア
ミノ基含有単量体の4級化物等を挙げることができ、こ
れらの群から選ばれる1種または2種以上を用いること
ができる。
【0010】好ましい水溶性モノエチレン性不飽和単量
体は酸基含有単量体であり、特に好ましくは、アクリル
酸およびメタクリル酸、ならびに、それらのアルカリ金
属塩、アンモニウム塩およびアミン塩から選ばれる少な
くとも1種である。ここで塩としては、中和率30〜8
0%が好ましい。中和は重合後に行ってもよい。この発
明において得られる吸水性樹脂の性能を著しく損なわな
い範囲で他の単量体を併用してもよく、また、デンプ
ン、セルロース等の天然高分子や合成高分子をグラフト
化成分として水溶性モノエチレン性不飽和単量体に加え
て重合させてもよい。水溶性モノエチレン性不飽和単量
体と併用されうる他の単量体としては、たとえば、メチ
ル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレー
ト、ブチル(メタ)アクリレート、酢酸ビニル、プロピ
オン酸ビニルなどが挙げられ、それぞれ、単独で使用さ
れたり、または、2種以上併用されたりする。
【0011】この発明に用いられる架橋剤(I)は、上
記一般式で表される化合物である。一般式中、構造
単位(A)の数が5より多い場合、構造単位(B)の数
が2より少ない場合、(B)の数が100より多い場
合、構造単位(C)の数が20より多い場合は、いずれ
も、得られる吸水性樹脂の吸水倍率に対する水可溶成分
が増加する。構造単位(B)と(C)の合計数は2〜6
0が好ましく、2〜40がさらに好ましい。また、構造
単位(A)はシス型(マレエート構造単位)でもトラン
ス型(フマレート構造単位)でもよい。
【0012】架橋剤(I)としては、たとえば、下記化
学式(1−a)〜(1−h)で表されるようなものなど
が挙げられ、それぞれ、単独でまたは2種以上で使用さ
れる。ただし、化学式(1−e)および(1−h)で表
される架橋剤において、−CH2 CH2 O−で表される
単位と−CH2 CH(CH3)O−または−CH2 CH 2
CH2 O−で表される単位とはブロック状に結合してい
る必要はなく、任意の配列で結合したものも等価の架橋
剤として用いることができる。
【0013】
【化3】
【0014】
【化4】
【0015】
【化5】
【0016】
【化6】
【0017】
【化7】
【0018】
【化8】
【0019】
【化9】
【0020】
【化10】
【0021】この発明に用いられる架橋剤(I)は、た
とえば、フマル酸またはマレイン酸に酸触媒下、(ポ
リ)アルキレングリコール(アルキレン単位がC2 〜C
4 のもの)を脱水縮合させ、ついで、(メタ)アクリル
酸を同様に脱水縮合することによって容易に得られる。
この発明では、架橋剤(I)に合わせて従来通常に知ら
れている架橋剤(II)を少量であれば使用してもよい。
その使用量は好ましくは架橋剤(I)の使用量に対して
20モル%以下である。架橋剤(II)としては、たとえ
ば、従来の技術の項で挙げたものが挙げられ、1種以上
が使用される。
【0022】架橋剤(I)の使用量は特に制限はない
が、得られる吸水性樹脂の吸収倍率を考慮すると、水溶
性モノエチレン性不飽和単量体に対して0.01〜1モ
ル%の割合で使用されるのが好ましい。該架橋剤の使用
量が0.01モル%未満では、得られる吸水性樹脂の水
可溶成分が多くなる場合があり、また、1モル%を越え
ると、吸水能力が低下しすぎる場合がある。
【0023】この発明では、水溶性モノエチレン性不飽
和単量体を架橋剤の存在下に重合させるにはどのような
方法を採ってもよいが、水溶性モノエチレン性不飽和単
量体を含む単量体成分の水溶液を架橋剤の存在下で重合
させる方法をとるのがよい。この方法によれば、従来の
製造方法において架橋剤を架橋剤(I)に置き換えるだ
けですみ、従来の設備を利用できる。重合方法として
は、たとえば、水溶液重合、逆相懸濁重合、沈澱重合等
の各種の方法を採用することができる。中でも、重合時
の作業性や得られる吸水性樹脂の吸水特性の点からは水
溶液重合法または逆相懸濁重合法が好ましい。
【0024】また、重合開始の際にはラジカル重合開始
剤を用いて重合させる方法;放射線、電子線、紫外線を
照射して重合させる方法(紫外線照射の場合には、光重
合開始剤が使用されることもある)など通常の方法が採
用できる。ラジカル重合開始剤としては、一般に使用さ
れる水溶性ラジカル重合開始剤である過硫酸カリウム、
過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩;
過酸化水素、t−ブチルハイドロパーオキシド、クメン
ハイドロパーオキシド等のハイドロパーオキシド;2,
2’−アゾビス−2−アミジノプロパン塩酸塩等のアゾ
化合物などが挙げられる。これらのラジカル重合開始剤
は1種単独で使用してもよいし、2種類以上混合して使
用することも可能であり、更には亜硫酸塩、L−アスコ
ルビン酸、第1鉄塩等の還元剤との組み合わせによりレ
ドックス開始剤系も用いることができる。ラジカル重合
開始剤の使用量は、単量体に対して0.001〜1.0
重量%の割合が好ましく、0.005〜0.5重量%の
割合がより好ましい。
【0025】吸水性樹脂を水溶液重合法や逆相懸濁重合
法で合成する際には、一般に単量体の水溶液とするのが
好ましい。その単量体水溶液中の単量体濃度は、広い範
囲にわたって選択が可能であるが、一般に20重量%以
上、好ましくは25重量%以上から飽和濃度までであ
る。必要があれば、このときに有機溶剤を存在させても
よい。このような有機溶剤としては、たとえば、メタノ
ール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどの水
と相溶性のあるアルコール類;テトラヒドロフラン、ジ
オキサンなどの水と相溶性のあるエーテル類;アセト
ン、メチルエチルケトンなどの水と相溶性のあるケトン
類;アセトニトリルなどの水と相溶性のあるニトリル
類;N,N−ジブチルホルムアミドなどの水と相溶性の
あるアミド類等が挙げられる。
【0026】重合時に連鎖移動剤を存在させて、得られ
る吸水性樹脂の架橋密度を調節することもできる。この
場合の連鎖移動剤としては、たとえば、メルカプトエタ
ノール、メルカプトプロパノール、ドデシルメルカプタ
ン、チオグリコール酸、チオリンゴ酸、3−メルカプト
プロピオン酸、イソプロパノール、次亜リン酸ナトリウ
ム、蟻酸または蟻酸塩等のチオール類、チオール酸類、
2級アルコール類、次亜リン酸塩類、カルボン酸類等を
挙げることができる。
【0027】重合の温度は、使用するラジカル重合開始
剤の種類等によって種々変えることができるが、通常0
〜150℃、好ましくは10〜100℃である。重合時
の雰囲気圧力は、減圧下〜加圧下の範囲で適宜設定する
ことができる。使用するラジカル重合開始剤の種類、量
および雰囲気圧力のうちの少なくとも2つの組み合わせ
により重合温度をコントロールしてもよい。
【0028】重合により吸水性樹脂の含水ゲル(含水状
態の架橋重合体)が得られ、これを細分化した後、通常
の方法で乾燥し、必要により粉砕、分級し、製品とする
ことができる。乾燥方法としては、通常の乾燥器や加熱
炉を用いることができ、たとえば、溝型攪拌乾燥器、回
転乾燥器、円盤乾燥器、捏和乾燥器、熱風乾燥器、流動
層乾燥器、気流乾燥器、赤外線乾燥器、誘電加熱乾燥器
等が例示できる。また、有機溶剤と共沸させることによ
り乾燥を行ってもよい。
【0029】このように乾燥された吸水性樹脂は、必要
により、粉砕、分級して所望の粒度分布を有するように
調整される。得られた吸水性樹脂は、さらに、吸水性樹
脂の有する官能基と反応しうる官能基を2以上有する架
橋剤(III) と混合し、その表面部分において反応させる
ことにより、樹脂表面近傍の架橋密度を高めて吸収諸特
性を改善させることもできる。この場合使用される架橋
剤(III) としては、たとえば、吸水性樹脂がカルボキシ
ル基を有する場合には、多価アルコール類、多価グリシ
ジルエーテル類、多価アミン類、多価アジリジン類、多
価イソシアネート類、多価金属塩類等を挙げることがで
きる。
【0030】この発明の製造方法により得られた吸水性
樹脂は、従来の吸水性樹脂に比べて吸収倍率が高く、か
つ、水可溶成分が少ないので、膨潤時のゲルのベトつき
感が少なく、通液性が良い。よって、衛生材料、土木、
農園芸用などの分野に幅広く利用できる。
【0031】
【作用】水溶性モノエチレン性不飽和単量体と架橋剤と
を共重合させて吸水性樹脂を得るにあたり、架橋剤とし
て上記架橋剤(I)を用いることにより、吸収倍率が高
く、かつ、水可溶成分の少ない吸水性樹脂が得られる。
【0032】
【実施例】以下に、この発明の具体的な実施例および比
較例を示すが、この発明は下記実施例に限定されない。
なお、実施例および比較例で得られた吸水性樹脂の吸収
倍率と水可溶成分量は次のようにして求めた。(a)
吸収倍率 得られた吸水性樹脂粉体約0.200gを精秤して不織
布製のティーバッグ式袋(40mm×50mm)に均一に入
れ、0.9%の食塩水に浸漬し、30分後の重量を測定
した。ティーバッグ式袋のみの吸液重量をブランクとし
て、下記数1に従って吸水性樹脂の吸収倍率を算出し
た。
【0033】
【数1】
【0034】(b) 水可溶成分量 吸水性樹脂粉体0.500gを1000mlの脱イオン水
中に分散させ、12時間攪拌した後、濾紙で濾過し、濾
液の固形分を測定して下記数2に従って水可溶成分量を
求めた。
【0035】
【数2】
【0036】−実施例1− 内容積10リットル、シグマ(Σ)型羽根が2本設けら
れた、ジャケット付きステンレス製双腕型ニーダーに、
アクリル酸ナトリウム75モル%とアクリル酸25モル
%からなるアクリル酸塩系単量体の水溶液5500g
(モノマー濃度30重量%)と、下記化学式で示され
る架橋剤(I)(重量平均分子量:577)5.37g
(対単量体0.05モル%)とを加え、窒素ガスを吹き
込み、反応系内を窒素置換した。ジャケットに35℃の
温水を通じて加熱しながら、重合開始剤として過硫酸ア
ンモニウム2.5gと亜硫酸水素ナトリウム2.5gを
添加し、ニーダー内のシグマ型羽根を65rpm で攪拌さ
せながら重合を開始させた。重合反応は1時間行った。
反応終了後、細分化された含水ゲルを50メッシュ(タ
イラーの標準ふるい)の金網上に置き、150℃の温度
で2時間熱風乾燥した。この乾燥物をハンマーミルを用
いて粉砕し、吸水性樹脂を得た。
【0037】
【化11】
【0038】−実施例2− 実施例1において、架橋剤(I)として下記化学式で
示される化合物(重量平均分子量:1458)を13.
58g(対単量体0.05モル%)用いたこと以外は実
施例1と同様に行い、吸水性樹脂を得た。
【0039】
【化12】
【0040】−実施例3− 実施例1において、架橋剤(I)として下記化学式で
示される化合物(重量平均分子量:773)を7.20
g(対単量体0.05モル%)用いたこと以外は実施例
1と同様に行い、吸水性樹脂を得た。
【0041】
【化13】
【0042】−比較例1− 実施例1において、架橋剤(I)の代わりにトリメチロ
ールプロパントリアクリル酸1.65g(対単量体0.
03モル%)としたこと以外は実施例1と同様に行い、
吸水性樹脂を得た。 −比較例2− 実施例1において、架橋剤(I)の代わりにポリエチレ
ングリコールジアクリル酸(エチレンオキシド平均単位
数9)4.87g(対単量体0.05モル%)としたこ
と以外は実施例1と同様に行い、吸水性樹脂を得た。
【0043】上記実施例および比較例で得られた吸水性
樹脂の吸収倍率と水可溶成分量を求めて表1に示した。
【0044】
【表1】 ――――――――――――――――――――――――――― 吸水性樹脂の評価結果 吸収倍率〔g/g〕 水可溶成分〔重量%〕 ―――――――――――――――――――――――――――― 実施例1 59.7 11.4 実施例2 55.3 12.0 実施例3 57.4 10.5 比較例1 58.3 19.7 比較例2 43.2 12.1 ―――――――――――――――――――――――――――― −実施例4− 攪拌機、還流冷却器、温度計、窒素ガス導入管、滴下ろ
うとを付した500mlの四つ口セパラブルフラスコにシ
クロヘキサン250mlおよび分散剤としてのソルビタン
モノステアレート20gを仕込んで溶解させた後、窒素
ガスを吹き込み反応系内を窒素置換した。別のフラスコ
内において、アクリル酸ナトリウム28.2g、アクリ
ル酸7.21g、下記化学式で示される架橋剤(I)
(重量平均分子量:1246)0.498g(対単量体
0.1モル%)をイオン交換水65.8gに溶解し、つ
いで過硫酸カリウム0.05gを加えて溶解させた後、
窒素ガスを吹き込みフラスコ内を窒素置換した。この
際、水溶液中の単量体濃度は35重量%となった。この
フラスコ内の重合性単量体水溶液を上記セパラブルフラ
スコに加えて、250rpm で攪拌することにより、シク
ロヘキサン中に分散した後、液温を60℃に昇温して重
合反応を開始させ、更に2時間この温度で熟成して重合
物の分散液を得た。
【0045】その後、共沸脱水で重合物中に含まれる水
の大部分を取り除いた後、さらにシクロヘキサンを除去
し、80℃の減圧下で乾燥し、吸水性樹脂を得た。
【0046】
【化14】
【0047】−実施例5− 実施例4において、架橋剤(I)を下記化学式で示さ
れる化合物(重量平均分子量:753)0.306g
(対単量体0.1モル%)としたこと以外は実施例4と
同様に行い、吸水性樹脂を得た。
【0048】
【化15】
【0049】−比較例3− 実施例4において、架橋剤(I)の代わりにN,N’−
メチレンビスアクリルアミド0.0309g(対単量体
0.05モル%)としたこと以外は実施例4と同様に行
い、吸水性樹脂を得た。 −比較例4− 実施例4において、架橋剤(I)の代わりにポリエチレ
ングリコールアクリレート(エチレンオキシド平均単位
数14)0.308g(対単量体0.1モル%)とした
こと以外は実施例4と同様に行い、吸水性樹脂を得た。
【0050】上記実施例および比較例で得られた吸水性
樹脂の吸収倍率と水可溶成分量を求めて表2に示した。
【0051】
【表2】 ――――――――――――――――――――――――――― 吸水性樹脂の評価結果 吸収倍率〔g/g〕 水可溶成分〔重量%〕 ――――――――――――――――――――――――――― 実施例4 49.5 9.0 実施例5 44.4 7.1 比較例3 43.9 16.5 比較例4 34.2 8.4 ―――――――――――――――――――――――――――― 表1および2にみるように、実施例で得られた吸水性樹
脂は、吸収倍率が高く、かつ、水可溶成分量少ない。こ
れに対し、比較例で得られた吸水性樹脂は、吸収倍率を
高くすると水可溶成分量が多くなり、水可溶成分量を少
なくすると吸収倍率が低くなっている。
【0052】
【発明の効果】この発明の吸水性樹脂の製造方法は、上
記特定の構造を持つ架橋剤(I)の存在下で水溶性モノ
エチレン性不飽和単量体の共重合を行うので、この方法
によれば、吸収倍率が高く、かつ、水可溶成分の少ない
吸水性樹脂が得られる。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年2月25日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0042
【補正方法】変更
【補正内容】
【0042】−比較例1− 実施例1において、架橋剤(I)の代わりにトリメチロ
ールプロパントリアクリレート1.65g(対単量体
0.03モル%)としたこと以外は実施例1と同様に行
い、吸水性樹脂を得た。 −比較例2− 実施例1において、架橋剤(I)の代わりにポリエチレ
ングリコールジアクリレート(エチレンオキシド平均単
位数9)4.87g(対単量体0.05モル%)とした
こと以外は実施例1と同様に行い、吸水性樹脂を得た。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0049
【補正方法】変更
【補正内容】
【0049】−比較例3− 実施例4において、架橋剤(I)の代わりにN,N’−
メチレンビスアクリルアミド0.0309g(対単量体
0.05モル%)としたこと以外は実施例4と同様に行
い、吸水性樹脂を得た。 −比較例4− 実施例4において、架橋剤(I)の代わりにポリエチレ
ングリコールジアクリレート(エチレンオキシド平均単
位数14)0.308g(対単量体0.1モル%)とし
たこと以外は実施例4と同様に行い、吸水性樹脂を得
た。
【手続補正書】
【提出日】平成5年1月18日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0012
【補正方法】変更
【補正内容】
【0012】架橋剤(I)としては、たとえば、下記化
学式(1−a)〜(1−h)で表されるようなものなど
が挙げられ、それぞれ、単独でまたは2種以上で使用さ
れる。ただし、化学式(1−e)および(1−h)で表
される架橋剤において、−CH2CH2O−で表される
単位と−CH2CH(CH3)O−または−CH2CH
2CH 2CH2 O−で表される単位とはブロック状に結
合している必要はなく、任意の配列で結合したものも等
価の架橋剤として用いることができる。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水溶性モノエチレン性不飽和単量体を架
    橋剤の存在下に重合する吸水性樹脂の製造方法であっ
    て、前記架橋剤として、下記一般式で表される架橋剤
    (I)を用いることを特徴とする吸水性樹脂の製造方
    法。 【化1】
  2. 【請求項2】 架橋剤(I)を水溶性モノエチレン性不
    飽和単量体に対して0.01〜1モル%の割合で使用す
    る請求項1記載の吸水性樹脂の製造方法。
  3. 【請求項3】 水溶性モノエチレン性不飽和単量体を主
    成分として含む単量体水溶液を用いて重合を行う請求項
    1または2記載の吸水性樹脂の製造方法。
  4. 【請求項4】 単量体水溶液中の水溶性モノエチレン性
    不飽和単量体の濃度が20重量%以上、飽和濃度以下で
    ある請求項3記載の吸水性樹脂の製造方法。
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