JPH1081646A - エステル化法 - Google Patents
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- JPH1081646A JPH1081646A JP9152297A JP15229797A JPH1081646A JP H1081646 A JPH1081646 A JP H1081646A JP 9152297 A JP9152297 A JP 9152297A JP 15229797 A JP15229797 A JP 15229797A JP H1081646 A JPH1081646 A JP H1081646A
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Abstract
量が少ないエステルを経済速度で効果的に製造する方法
を提供する。 【解決手段】 温水にクエン酸・一水和物を溶解し、撹
拌下でチタンイソプロポキシドをゆっくり加え、加熱、
還流させる。イソプロパノール/水混合物を留去した
後、その生成物を70℃以下に冷却し、撹拌下でNaO
H水溶液をゆっくり加える。得られた生成物を濾過し、
次いでエチレングリコールと混合し、そして真空下で加
熱してイソプロパノール/水を除去すると、Ti触媒が
得られる。ジャケット付き反応器にエチレングリコール
とテレフタル酸を仕込み、これに上記Ti触媒と他の添
加剤を加え、226〜252℃に加熱して直接エステル
化反応を開始させる。反応終了後、反応器の内容物をオ
ートクレーブに移し、撹拌下で安定剤と触媒・Sb2 O
3 を加え、その混合物を真空下で290±2℃に加熱し
てエチレングリコールを除去すると、黄変のない透明な
ポリエチレンテレフタレートが得られる。
Description
タン触媒又は有機ジルコニウム触媒を利用するエステル
化法に関する。
シド又は同オルトエステルは、エステル化法の触媒とし
て公知である。これらの化合物は、エステル化中に曇っ
た生成物をもたらすチタンの高分子化合物に転化される
ことが多い。曇りの存在は、粘度及び/又は融点が高
く、従って濾過が困難なポリエステルの1つの著しい欠
点である。更に、ポリエチレンテレフタレートのような
ポリエステルの製造において有効な触媒である多くの有
機チタン化合物は、最終重合体に許容できない黄変現象
をもたらすことが知られている。
ルを製造する改良された方法を提供することである。
製造法は、エステル化反応を、チタン又はジルコニウム
のオルトエステル又は縮合(condensed)オル
トエステル、少なくとも2個のヒドロキシル基を含むア
ルコール、2−ヒドロキシカルボン酸及び塩基の反応生
成物から成る触媒の存在下で行うことから成る。
ルが生成されるものであればいかなる反応であってもよ
い。この反応はカルボン酸又はその無水物とアルコール
とが反応してエステルを形成する直接エステル化反応で
あってもよいし、又は第一のアルコールが第一のエステ
ルと反応してその第一アルコールのエステルと、その第
一エステルの開裂により生成する第二のアルコールとを
生成させるエステル交換反応(アルコリシス)であって
もよいし、或いは2種のエステルがアルコキシ基を交換
することにより反応して2種の異なるエステルを形成す
るエステル交換反応であってもよい。直接エステル化反
応又はエステル交換反応は高分子エステルの製造に使用
することができるが、本発明の好ましい方法はポリエス
テル化法から成る。
及び酸無水物が使用でき、これには次のものがある:ス
テアリン酸、イソステアリン酸、カプリン酸、カプロン
酸、パルミチン酸、オレイン酸、パルミトール酸、トリ
アコンタン酸、安息香酸、メチル安息香酸及びサリチル
酸のような飽和及び不飽和のモノカルボン酸、フタル
酸、イソフタル酸、テレフタル酸、セバシン酸、アジピ
ン酸、アゼライン酸、コハク酸、フマル酸、マレイン
酸、ナフタレンカルボン酸及びパモイン酸(pamoi
c acid)のようなジカルボン酸及びこれら酸の無
水物、並びにトリメリット酸、クエン酸、トリメシン
酸、ピロメリット酸のようなポリカルボン酸及びこれら
酸の無水物。直接エステル化反応にしばしば使用される
アルコールに、ブチル、ペンチル、ヘキシル、オクチル
及びステアリルアルコールのような脂肪族の直鎖状及び
分枝鎖状の一価アルコール、並びにグリセロール及びペ
ンタエリトリトールのような多価アルコールがある。本
発明の特に好ましい方法は、2−エチルヘキサノールを
無水フタル酸と反応させてビス(2−エチルヘキシル)
フタレートを形成することから成るものである。
は、そのエステル化反応中に、置換されたアルコールを
蒸留で取り除くのが通常のことであるから、一般に、メ
チルエステル、エチルエステル及びプロピルエステルの
ような低級同族体である。直接エステル化反応に適した
酸のそのようなエステルが本発明の方法で用いられる。
メチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルア
クリレート及びエチルメタクリレートのようなエステル
のアルコリシスにより、しばしば、長鎖アルコールの
(メタ)アクリレートエステルが生成される。アルコリ
シス反応で使用される典型的なアルコールに、ブチル、
ヘキシル、n−オクチル及び2−エチルヘキシルアルコ
ール、並びにジメチルアミノエタノールのような置換ア
ルコールがある。
テル交換反応である場合、それらエステルは、一般に、
蒸留で除去できる揮発性生成物のエステルを生成させる
ように選ばれる。
ステル交換反応を伴う方法により高分子エステルを製造
することができ、そして本発明の方法の特に好ましい態
様は前記触媒の存在下でのポリエステル化反応である。
あるポリエステル化反応では、高分子エステルを生成さ
せるために、通常、多塩基酸又は多塩基酸のエステルが
多価アルコールと反応せしめられる。前記のもののよう
な二塩基酸、又はそれら二塩基酸と二価アルコールとの
エステルからは、線状のポリエステルが生成する。本発
明による好ましいポリエステル化反応に、テレフタル酸
又はジメチルテレフタレートと1,2−エタンジオール
(エチレングリコール)とのポリエチレンテレフタレー
トを生成させる反応、又はテレフタル酸又はジメチルテ
レフタレートと1,4−ブタンジオール(ブチレングリ
コール)とのポリブチレンテレフタレートを生成させる
反応、或いはナフタレンジカルボン酸と1,2−エタン
ジオールとのポリエチレンナフタレートを生成させる反
応がある。1,3−プロパンジオール、1,6−ヘキサ
ンジオール、トリメチルプロパン及びペンタエリトリト
ールのような他のグリコールもポリエステルの製造に適
している。
的な方法は2段階から成る。第一段階では、テレフタル
酸又はジメチルテレフタレートが1,2−エタンジオー
ルと反応せしめられてプレポリマーを形成し、副生成物
の水又はメタノールが除去される。このプレポリマー
は、続いて、第二段階で加熱されて1,2−エタンジオ
ールを除去し、長鎖の重合体を形成する。これら段階の
いずれか一方又は両方が本発明による方法から成ること
ができる。
又はジルコニウムのオルトエステル又は縮合オルトエス
テル、少なくとも2個のヒドロキシル基を含むアルコー
ル、2−ヒドロキシカルボン酸及び塩基の反応生成物で
ある。オルトエステルは式M(OR)4 (式中、Mはチ
タン又はジルコニウムであり、そしてRはアルキル基で
ある)を有するものであるのが好ましい。Rは1乃至6
個の炭素原子を含むのが更に好ましく、そして特に適し
たオルトエステルにはテトライソプロポキシチタン、テ
トラ−n−ブトキシチタン、テトラ−n−プロポキシジ
ルコニウム及びテトラ−n−ブトキシジルコニウムがあ
る。
縮合オルトエステルは、典型的には、チタン又はジルコ
ニウムのオルトエステルを注意深く加水分解することに
より製造され、それはしばしば式:
あり、そしてMはチタン又はジルコニウムである。nは
20未満であるのが好ましく、10未満であるのが更に
好ましい。R1 は1乃至6個の炭素原子を含むのが好ま
しく、そして有用な縮合オルトエステルにはチタン酸ポ
リブチル、チタン酸ポリイソプロピル及びジルコン酸ポ
リブチルとして知られる化合物がある。
ルコールは二価のアルコールであるのが好ましく、それ
は1,2−エタンジオール、1,2−プロパンジオール
のような1,2−ジオール、1,3−プロパンジオール
のような1,3−ジオール、又はジエチレングリコール
若しくはポリエチレングリコールのような、長い鎖を含
む二価のアルコールであることができる。好ましい二価
アルコールは1,2−エタンジオール及びジエチレング
リコールである。この触媒はグリセロール、トリメチロ
ールプロパン又はペンタエリトリトールのような多価ア
ルコールから製造することもできる。
又は縮合オルトエステルと、チタン又はジルコニウムの
各モルに対して二価アルコール2乃至12モルの比率で
反応させることにより製造するのが好ましい。反応生成
物はチタン又はジルコニウム1モルにつき4乃至8モル
の二価アルコールを含んでいるのが更に好ましい。
酸、クエン酸、リンゴ酸及び酒石酸がある。ある種の適
した酸は水和物又は水性混合物として供給される。この
形の酸及び無水の酸が本発明で使用される触媒の製造に
適している。この反応生成物における酸対チタン又はジ
ルコニウムの好ましいモル比は、チタン又はジルコニウ
ム1モルにつき1乃至4モルである。触媒はチタン又は
ジルコニウム1モルにつき1.5乃至3.5モルの2−
ヒドロキシ酸を含んでいるのが更に好ましい。
生成物を製造する際に塩基も使用される。塩基は一般に
無機塩基であって、適した塩基に水酸化ナトリウム、水
酸化カリウム、水酸化アンモニウム、炭酸ナトリウム、
水酸化マグネシウム及びアンモニアがある。使用される
塩基の量は、しばしば、2−ヒドロキシカルボン酸を完
全に中和するのに十分な量であるが、その酸が完全に中
和されることは不可欠なことではない。従って、乳酸の
ような一塩基性の2−ヒドロキシ酸では、塩基の好まし
い量は2−ヒドロキシ酸1モルにつき0.8乃至1.2
モルの範囲である。クエン酸(三塩基酸)の場合、その
好ましい量は2−ヒドロキシ酸1モルにつき1乃至3モ
ルの範囲である。一般には、存在する塩基の量は、通
常、チタン又はジルコニウム1モルにつき1乃至12モ
ルの範囲であり、好ましくは塩基の量はチタン又はジル
コニウム1モルにつき1乃至4モルである。
る。触媒を製造するとき、塩基と一緒に水を加えること
がしばしば好都合である。水を含む生成物は6乃至8の
範囲のpHを有することが多い。
ルトエステル、二価アルコール、2−ヒドロキシ酸及び
塩基)を混合し、任意、適切な段階で副生成物(例え
ば、オルトエステルがテトライソプロポキシチタンであ
るときはイソプロピルアルコール)を全て除去すること
により製造することができる。1つの好ましい方法で
は、オルトエステル又は縮合オルトエステルと二価アル
コールとが混合され、続いて2−ヒドロキシ酸が、次い
で塩基が加えられるか、又は予め中和した2−ヒドロキ
シ酸の溶液が加えられる。もう1つ別の好ましい方法で
は、オルトエステル又は縮合オルトエステルが2−ヒド
ロキシ酸と反応せしめられ、そして副生成物のアルコー
ルが除去される。この反応生成物に、次いで、塩基を加
え、続いて二価アルコールを加えて本発明の方法の触媒
である反応生成物を生成させる。所望によっては、更な
る副生成物のアルコールを次いで蒸留で除去してもよ
い。
の任意、適切な、公知の方法を用いて行うことができ
る。
又は酸無水物と過剰のアルコールが触媒の存在下におい
て、必要ならば溶媒中で、加熱される。通常、水がこの
反応の副生成物であり、これは溶媒及び/又はアルコー
ルの沸騰混合物との共沸混合物として除去される。一般
的に言えば、凝縮されるその溶媒及び/又はアルコール
混合物は水とは不混和性であり、従って水は溶媒及び/
又はアルコールが反応容器に戻される前に分離される。
反応が完了したとき、過剰のアルコールと溶媒(使用さ
れた場合)が蒸発される。従来のエステル化法とは明白
に違って、反応混合物から触媒を除去することは一般に
必要ない。典型的な直接エステル化反応はビス(2−エ
チルヘキシル)フタレートの製造であって、それは無水
フタル酸と2−エチルヘキサノールとを混合することに
よって製造される。モノエステルを形成する初期反応は
速いが、それに続くそのモノエステルのジエステルへの
転化反応は、触媒の存在下において、180〜200℃
で、水が全て除去されてしまうまで還流させることによ
り行われる。続いて、過剰のアルコールが除去される。
アルコール及び触媒が混合され、そして、一般的には、
生成アルコール(第二のアルコール)が蒸留によりしば
しばエステルとの共沸混合物として除去される。生成エ
ステルと第一アルコールを有意に失わせずに第二アルコ
ールを確実かつ効果的に分離するために、そのアルコリ
シス反応で生成した蒸気の混合物を精留する必要がある
ことが多い。アルコリシス反応を行う条件は主にその反
応の成分に依存し、一般的にはそれらの成分は使用され
る混合物の沸点まで加熱される。
フタレートの製造である。ポリエチレンテレフタレート
の典型的なバッチ式製造は、反応容器にテレフタル酸と
エチレングリコールとを、所望によっては触媒と共に仕
込み、その内容物を約0.3MPaの圧力下で260〜
270℃まで加熱することによって行われる。反応は酸
が約230℃で溶け、そして水が除去されるにつれて開
始される。その生成物を第二のオートクレーブ反応器に
移し、そして必要ならば触媒を加える。その反応容器を
100Paの最終圧力において290〜300℃に加熱
して副生成物のエチレングリコールを除去する。反応容
器から溶融した生成エステルを排出し、冷却し、そして
切断する。
般に、Ti又はZrとして表される触媒のチタン又はジ
ルコニウムの含量に依存する。この量は、直接エステル
化反応又はエステル交換反応の場合、通常、生成エステ
ルの重量基準で100万部当たり30乃至1000部
(ppm)である。この量は生成エステルの重量基準で
30乃至450ppmであるのが好ましく、そして同基
準で50乃至450ppmであるのが更に好ましい。ポ
リエステル化反応では、その触媒使用量は、一般に、生
成ポリエステルの重量に対する割合として表され、それ
は、通常、生成ポリエステルに基づくTi又はZrとし
て表して5乃至500ppmである。この量はTi又は
Zrとして表して5乃至100ppmであるのが好まし
い。
て黄変量が少ないポリエステルを最終生成物に曇りをも
たらすことなく経済速度で効果的に製造する本発明の方
法を明らかにした。
型フラスコ中の撹拌されているチタンイソプロポキシド
(284.8g、1.00モル)に滴下漏斗からエチレ
ングリコール(217.85g、3.51モル)を加え
た。添加速度は、反応熱がフラスコ内容物を約50℃に
加温するように調節された。その反応混合物を15分間
撹拌し、そしてその反応フラスコに乳酸アンモニウム
(251.98g、2.00モル)の85重量/重量%
水溶液を加えると、透明な淡黄色の液体(Ti含量6.
54重量%)が生成した。
84.8g、1.0モル)にエチレングリコール(49
6.37g、8.0モル)を加え、続いて乳酸ナトリウ
ム(374.48g、2.0モル)の60重量/重量%
水溶液と反応させて淡黄色の液体(Ti含量4.13重
量%)を生成させた。
撹拌装置で撹拌されている1リットルの三角フラスコ中
のチタンイソプロポキシド(142.50g、0.50
モル)に滴下漏斗からエチレングリコール(248.2
5g、4.0モル)をゆっくり添加した。添加が完了し
たとき、その内容物を15分間撹拌し、その後に乳酸カ
リウム(213.03g、1.0モル)の60重量/重
量%水溶液を滴下漏斗により添加して透明な非常に淡い
黄色の生成物(Ti含量3.91重量%)を得た。
ル)のジルコニウム n−プロポキシド(n−プロパノ
ール中72.3重量/重量%)にジエチレングリコール
(127.58g、1.20モル)を加えた。この撹拌
されている生成物に乳酸ナトリウム(112.04g、
0.60モル)の60重量/重量%水溶液を加えて淡黄
色の生成物(Zr含量7.28重量%)を生成させた。
型フラスコ中の温水(92.8g)にクエン酸・一水和
物(132.5g、0.63モル)を溶解させた。この
撹拌されている溶液に滴下漏斗からチタンイソプロポキ
シド(72.0g、0.25モル)をゆっくり加えた。
この混合物を1時間加熱、還流させて曇った溶液を生成
させ、これよりイソプロパノール/水混合物を真空下で
蒸留した。その生成物を70℃より低い温度まで冷却
し、そしてその撹拌されている溶液にNaOH(94.
86g、0.76モル)の32重量/重量%水溶液を滴
下漏斗によりゆっくり加えた。得られた生成物を濾過
し、次いでエチレングリコール(125.54g、2.
0モル)と混合し、そして真空下で加熱してイソプロパ
ノール/水を除去し、わずかに曇った淡黄色の生成物
(Ti含量3.85重量%)を得た。
対する感受性を、この触媒とジエチルジヒドロキシテレ
フタレートのトルエン中希薄溶液(0.04g/mL)
とを混合することにより試験した。得られた溶液の色を
11mmの円筒状ガラスキュベットの中に入っているL
ICO200分光光度計で測定し、そしてテトライソプ
ロポキシチタン[Ti(Oi Pr)4 ]を含む溶液と比
較した。結果を以下に示す。
ルフタレート)の製造用触媒として当量の金属(Ti又
はZr)水準で試験した。比較触媒としてチタンテトラ
イソプロポキシド[Ti(Oi Pr)4 ]を用いた。
下に沈められているチューブ及びディーン・スターク
(Dean and Stark)装置を備えた1リッ
トルの4つ口丸底フラスコであった。この装置をそのデ
ィーン・スタークの上方に設けられている2本の水冷凝
縮器に接続されたオイル真空ポンプを用いて減圧下で運
転した。フラスコに沈められているチューブを、酸素を
含まない窒素の供給源に接続した。これにより窒素の放
出がもたらされ、反応中の水の除去が助長された。
2.42モル(315g)の2−エチルヘキサノールに
加えた。この混合物を加熱して無水フタル酸を溶解し、
そして窒素の流れを開始した。
ある量の触媒をゴムシールを介してシリンジで反応体表
面の下に加えた。その反応混合物を、加熱速度と真空を
適当に調整することにより200℃で激しい還流下に保
持した。生成した水を水が形成されるのと実質的に同じ
くらい速く除去し、それをディーン・スターク装置に採
集した。
30cmの針を備えたシリンジで色々な間隔で試料を抜
き取ることにより追跡した。各試料を既知重量(約10
0g)の冷アルコールに加えてその反応を停止させ、秤
量し、そして開始剤としてブロモフェノールブルーを用
いて水酸化カリウムのエタノール中標準溶液に対して滴
定した。それらの結果を用いて存在する未反応の半エス
テルの量を計算した。
の重量、ppm。 2.ハーゼン(Hazen)単位。最終反応混合物の
色。 3.Ti(Oi Pr)4 触媒は2−エチルヘキサノール
中10mL溶液として加えた。 4.160分の反応時間後。
レフタレート(PET)を製造した。ジャケット付き反
応器にエチレングリコール(26リットル)とテレフタ
ル酸(60.5kg)を仕込んだ。触媒と他の添加剤を
加え、そしてその反応器を226〜252℃に加熱して
第一段階直接エステル化(DE)プロセスを開始させ
た。DE反応が完了したら、反応器の内容物を撹拌され
ているオートクレーブに移した。安定剤と触媒(Sb2
O3 )を加え、その混合物を真空下で290±2℃に加
熱してエチレングリコールを除去し、ポリエチレンテレ
フタレートを得た。バッチの詳細は次のとおりであっ
た。
の重量、ppm。 2.CIE Lh 、ah 及びbh スケールでのb−値
(黄変度)。
れることが多いが、それら安定剤はチタン触媒を少なく
とも一部失活させることが知られている。次の実施例
は、本発明で使用される触媒はテトライソプロポキシチ
タンのような常用の触媒より失活に対して抵抗性である
ことを証明している。
えたことを除いて実施例6を繰り返した。
るバッチ式ルートを採用してポリエチレンテレフタレー
トを製造した。即ち、エステル化容器にテレフタル酸2
250kg、エチレングリコール1050リットル、N
aOH50ppm及び実施例5の触媒溶液1920pp
m(生成可能性のあるポリエステルに対してTi原子8
0ppm)を仕込んだ。この混合物を生成した水が全て
留去されてしまうまで265℃に加熱した。次に、リン
酸安定剤155ppmを加え、その反応混合物をオート
クレーブに移した。
え、その反応混合物を295℃に加熱すると、真空下で
の重合が始まった。最終ポリエステルは0.685の極
限粘度(ポリエステルのo−クロロフェノール中8%溶
液に基づく溶液粘度により25℃で測定)を有し、ガラ
スのように透明であり、そして触媒による曇りの徴候を
示さなかった。
ブを、冷却された回転ドラムの研磨表面の上にダイから
常用の方法で押し出した。その研磨表面上でウエッブは
そのポリエステルのガラス転移温度より低い温度に冷却
されて非晶質のフィルムを与えた。この冷却されたフィ
ルムを次に再加熱し、縦方向に原長の約3.2倍延伸
し、幅出機に通して進め、そしてその延伸されたシート
を横方向に原寸法の約3.8倍延伸し、続いてヒートセ
ットした。最終厚さは125マイクロメーターであっ
た。このフィルムの広角曇り度(wide angle
haze)は0.51%であった。
の触媒であるテトライソプロポキシチタン250ppm
(Ti原子40ppm)を用いて繰り返したときは、得
られたフィルムの広角曇り度は1.35%であった。
法を採用してポリエチレンテレフタレートを製造した。
得られた重合体は0.685の極限粘度(ポリエステル
のo−クロロフェノール中8%溶液に基づく溶液粘度に
より25℃で測定)を有し、透明であり、そして触媒に
よる曇りの徴候を示さなかった。
で、窒素の流れの下で213℃において固相で重合させ
て、溶融粘度測定法で測定して0.82の極限粘度を有
するポリエチレンテレフタレート重合体を得た。実施例
5の触媒を使用した固相重合速度は標準的な三酸化アン
チモン触媒を使用して達成された速度より有意に速かっ
た。即ち、極限粘度の増加率(重合速度を表す)は0.
027単位/時であったが、これに対して三酸化アンチ
モンによる場合その増加率は0.015単位/時であっ
た。
びんに転化した。
Claims (10)
- 【請求項1】 エステル化反応を、チタン又はジルコニ
ウムのオルトエステル又は縮合オルトエステル、少なく
とも2個のヒドロキシル基を含むアルコール、2−ヒド
ロキシカルボン酸及び塩基の反応生成物から成る触媒の
存在下で行うことから成る、エステルの製造法。 - 【請求項2】 少なくとも2個のヒドロキシル基を含む
アルコールが二価のアルコールである、請求項1に記載
の方法。 - 【請求項3】 触媒がチタン又はジルコニウム1モルに
つき2乃至12モルの二価アルコールを含んでいる、請
求項2に記載の方法。 - 【請求項4】 触媒がチタン又はジルコニウム1モルに
つき1乃至4モルの2−ヒドロキシ酸を含んでいる、請
求項1乃至3のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項5】 触媒が一塩基性の2−ヒドロキシカルボ
ン酸から製造され、そして塩基が2−ヒドロキシカルボ
ン酸1モルにつき0.8乃至1.2モルの範囲の量で使
用されている、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の
方法。 - 【請求項6】 触媒が三塩基性の2−ヒドロキシカルボ
ン酸から製造され、そして塩基が2−ヒドロキシカルボ
ン酸1モルにつき1乃至3モルの範囲の量で使用されて
いる、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項7】 触媒がチタン又はジルコニウム1モルに
つき1乃至12モルの塩基を含んでいる、請求項1乃至
6のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項8】 触媒が水を含み、かつ6乃至8のpHを
有している、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の方
法。 - 【請求項9】 エステル化反応が直接エステル化反応で
あるか、又はエステル交換反応であり、そして触媒が生
成エステルの重量に対するチタン又はジルコニウムの重
量部数として計算して100万部当たり30乃至100
0部の範囲の量で存在する、請求項1乃至8のいずれか
1項に記載の方法。 - 【請求項10】 エステル化反応がポリエステル化反応
であり、そして触媒が生成ポリエステルの重量に対する
チタン又はジルコニウムの重量部数として計算して10
0万部当たり5乃至500部の範囲の量で存在する、請
求項1乃至8のいずれか1項に記載の方法。
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