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        防寒滌綸面料堿減量處理影響因素及對(duì)面料后整理效果的影響研究

        2010-04-05 01:57:14黃志向馬幫奎劉小云
        合成技術(shù)及應(yīng)用 2010年1期
        關(guān)鍵詞:促進(jìn)劑透氣性滌綸

        黃志向,馬幫奎,劉小云

        (1.志向集團(tuán)向興紡織事業(yè)部,江蘇蘇州215288;2.特種功能高分子材料及其相關(guān)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,華東理工大學(xué),上海200237)

        防寒滌綸面料堿減量處理影響因素及對(duì)面料后整理效果的影響研究

        黃志向1,馬幫奎1,劉小云2

        (1.志向集團(tuán)向興紡織事業(yè)部,江蘇蘇州215288;2.特種功能高分子材料及其相關(guān)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,華東理工大學(xué),上海200237)

        研究了堿減量處理中堿液濃度、處理溫度、處理時(shí)間以及促進(jìn)劑等工藝條件對(duì)防寒滌綸面料減量率的影響。同時(shí),還研究了堿減量處理對(duì)面料透氣性的影響,以及對(duì)其后的拒水拒油整理效果及耐洗滌性的影響。結(jié)果表明,隨堿液濃度提高、處理溫度增加、處理時(shí)間延長(zhǎng),面料的減量率和透氣性隨之提高,面料表面親水性和表面粗糙度增加,使織物在后整理中可獲得更好的拒水拒油性能和耐水洗性;但減量率不宜太高,在4%~6%左右較為合適;另外,使用陽(yáng)離子表面活性劑作為堿減量處理的促進(jìn)助劑,可降低堿的用量,達(dá)到既提高處理效率又降低成本的目的。

        滌綸;織物;堿減量;透氣;后整理;耐洗滌性

        堿減量處理是指使用氫氧化鈉等堿溶液來處理聚酯纖維面料,使之質(zhì)量減輕。滌綸堿減量處理是一個(gè)復(fù)雜的反應(yīng)過程,主要反應(yīng)為聚酯分子在堿催化下的多相水解反應(yīng),導(dǎo)致大分子鏈酯鍵斷裂,形成不同聚合度的水解產(chǎn)物。在堿減量處理過程中,面料表面的聚酯纖維因酯鍵水解而發(fā)生溶蝕,其結(jié)果導(dǎo)致面料中纖維及紗線間空隙增大,面料質(zhì)量減輕,從而獲得良好的透氣性、形變恢復(fù)性和柔軟性[1]。堿減量處理主要被用于仿真絲綢整理,以滌綸長(zhǎng)絲為原料經(jīng)過堿減量處理和其它相應(yīng)的加工,可達(dá)到仿真絲的手感、光澤、服用性能等各項(xiàng)指標(biāo)要求,獲得酷似真絲綢的仿真效果[2]。

        除了用于仿真絲綢整理外,堿減量處理也被用于對(duì)面料進(jìn)行預(yù)整理,以獲得某些特別的表面效果。例如滌綸面料的吸濕性較差,堿減量處理可以賦予面料良好的透氣性,可以在一定程度上改善滌綸面料的穿著舒適性。

        針對(duì)志向集團(tuán)公司防寒面料研發(fā)中所要求的既具有良好的防寒效果,又有良好的透氣、透濕性能的面料特點(diǎn),筆者研究了堿減量處理的工藝條件,及其對(duì)面料透氣性和隨后的拒水拒油整理效果的影響,為該種新型舒適防寒面料提供了依據(jù)。

        1 實(shí) 驗(yàn)

        1.1 原料

        面料:滌綸面料,經(jīng)絲為55 dtex/96 f,緯絲為55 dtex/144 f,F(xiàn)DY,組織結(jié)構(gòu)為破斜紋;

        藥品:氫氧化鈉,分析純,購(gòu)自上海凌峰化學(xué)試劑有限公司;

        堿減量處理助劑A~C均為市售工業(yè)級(jí)產(chǎn)品,使用前在實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過提純處理,其中助劑A為烷基型季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑,助劑B為環(huán)氧型季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑,助劑C為雙烷基型雙季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑;

        所使用的拒水拒油整理劑為RUCO-GUARD AFR(以下簡(jiǎn)稱RGA)也為市售工業(yè)級(jí)產(chǎn)品。

        1.2 實(shí)驗(yàn)方法

        堿減量處理:準(zhǔn)確稱取一定量的面料,按指定浴比配制處理液,并加入堿達(dá)到所需要的濃度,將處理液缸放入恒溫油浴中,加熱至所需要的溫度,平衡30 min,使處理液內(nèi)各處溫度均勻,然后放入面料進(jìn)行一定時(shí)間的處理,取出面料后用80℃熱水淋洗除去表面附著的堿液和水解產(chǎn)物,再用60℃熱水洗10 min,最后用冷水洗至中性,晾干。上述過程中,處理液中堿的濃度、處理溫度及時(shí)間均根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求而確定,另外,如果文中沒有特別指出,筆者所使用的處理液的浴比均為1∶50。

        拒水拒油整理:整理工藝流程為二浸二軋工藝,干燥與焙烘工藝為170℃時(shí)2 min,醋酸用量為7.5 g/L。

        1.3 測(cè)試方法

        減量率測(cè)定:

        將減量處理前后的面料在110℃烘箱中干燥1.5 h,然后在硅膠干燥器中放置待其降至常溫后稱重,由處理前后的面料的質(zhì)量差計(jì)算減量率:

        減量率(%)=(面料失重/面料初始質(zhì)量)×l00%

        透氣性測(cè)定:

        使用YG-461E(南通宏大實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)數(shù)字式織物透氣性試驗(yàn)儀測(cè)試。

        拒水拒油性測(cè)定:

        按4M-II-1988方法測(cè)定面料的拒水效果,一共分為10個(gè)級(jí)別,測(cè)試得到的級(jí)別越高說明拒水效果越好[3];

        按AATCC-118-1987標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定面料的拒油效果,一共分為8個(gè)級(jí)別,測(cè)試得到的級(jí)別越高說明拒油效果越好[4]。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 堿減量處理工藝條件對(duì)減量率的影響

        2.1.1 堿濃度的影響

        由于堿減量處理是利用堿與滌綸面料中聚酯發(fā)生水解作用,因此堿的濃度與減量率直接相關(guān)。圖1為當(dāng)處理溫度為90℃,時(shí)間為1.5 h時(shí),處理液中堿的濃度與面料減量率的關(guān)系。從圖1可以看到,在處理溫度和時(shí)間都固定的情況下,增加堿液濃度可導(dǎo)致減量率提高,堿液濃度比較低的時(shí)候減量率的提高比較緩慢,堿液濃度超過4 g/L后基本上呈線性關(guān)系。因此在實(shí)際生產(chǎn)中,可以很方便地根據(jù)實(shí)際減量率來調(diào)整堿液濃度,得到所需要的減量率。但堿液濃度過大時(shí),對(duì)設(shè)備有一定的腐蝕性,在操作過程中的勞動(dòng)保護(hù)也容易成為問題,因此在工業(yè)生產(chǎn)中不常選用過高的堿濃度,多通過提高溫度或者加入促進(jìn)助劑的方法來提高堿減量處理效率。

        另外,浴比的大小也影響到堿的用量。一般來說,若浴比過大,要保持處理液達(dá)到所需要的濃度就必須用到更多的堿;反之,浴比減少,要達(dá)到同樣的堿濃度時(shí)所需要的堿的量也較少,經(jīng)濟(jì)上較合算。但是在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn),過小的浴比容易使堿減量處理不均勻,使織物出現(xiàn)表面性能和透氣性能不均勻的現(xiàn)象。因此需要維持適當(dāng)?shù)脑”群瓦m當(dāng)?shù)膲A濃度,以利于堿減量的均勻性。

        圖1 堿濃度對(duì)面料減量率的影響

        2.1.2 處理溫度的影響

        溫度是影響聚酯面料堿性環(huán)境下的水解性能的重要因素。常溫下滌綸在堿液中十分穩(wěn)定,只有達(dá)到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上時(shí),水解反應(yīng)才開始明顯。與大部分化學(xué)反應(yīng)一樣,聚酯的水解反應(yīng)對(duì)溫度也比較敏感,反應(yīng)溫度升高必然會(huì)使得反應(yīng)加快,導(dǎo)致面料減量率增加。筆者在固定堿濃度及時(shí)間的前提下,對(duì)不同溫度下的面料的堿減量處理溫度和減量率的關(guān)系進(jìn)行了研究,試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。圖2中堿濃度為2 g/L,處理時(shí)間為1.5 h。可以見到在溫度較低的時(shí)候,水解反應(yīng)非常緩慢,減量率很低;隨溫度升高超過90℃時(shí),反應(yīng)加快,減量率急劇增大,在溫度升到110℃時(shí),相同時(shí)間內(nèi)減量率可達(dá)到48%。可見,溫度對(duì)堿減量影響很大。當(dāng)然,對(duì)于不同的堿液濃度,其曲線上升的速率不同,但筆者發(fā)現(xiàn)其趨勢(shì)和形狀幾乎都一樣。而且一般來說,當(dāng)處理溫度在90℃以上,減量率上升開始加快,即使是2~3℃的溫度差別,減量率也有明顯差異,而且這種差異在處理溫度越高時(shí)越明顯。因此在溫度較高時(shí),如果溫度控制不準(zhǔn)確,波動(dòng)幅度大,則容易產(chǎn)生減量不勻,當(dāng)溫度升至140℃以上時(shí),水解反應(yīng)幾乎可達(dá)到90%以上,面料已不再能保持原有的形狀和強(qiáng)度。因此在實(shí)踐中,既要適當(dāng)提高溫度以提高生產(chǎn)效率,又要注意溫度的平穩(wěn)性,不讓溫度波動(dòng)幅度過大??傊?,溫度控制是十分重要的一環(huán)。

        2.1.3 處理時(shí)間的影響

        堿減量處理時(shí),如果保持堿液濃度8 g/L,溫度為90℃不變,那么滌綸面料經(jīng)堿減量處理的時(shí)間與減量率的關(guān)系見圖3所示。

        從圖3可以看到,在處理初期,隨時(shí)間的增加,減量率的變化比較大,之后增長(zhǎng)斜率趨于緩和,但基本上還是呈現(xiàn)正比關(guān)系。同時(shí),筆者預(yù)計(jì),由于在堿性水解過程中,一方面隨水解的進(jìn)行堿和滌綸發(fā)生了反應(yīng),導(dǎo)致堿濃度降低;另一方面,由于攪拌和擴(kuò)散的原因,反應(yīng)后形成的水解產(chǎn)物容易堆積在織物上而不是馬上擴(kuò)散出去,因此隨時(shí)間的延長(zhǎng),反應(yīng)速度會(huì)減慢,導(dǎo)致減量率變化緩慢。這種減慢,既有化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的因素,即反應(yīng)物濃度的降低,也有擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)的因素,即水解產(chǎn)物來不及擴(kuò)散,反應(yīng)表面更新緩慢,造成反應(yīng)速度降低。

        圖2 處理溫度對(duì)面料減量率的影響

        圖3 處理時(shí)間對(duì)面料減量率的影響

        在實(shí)際生產(chǎn)中為提高設(shè)備使用效率,往往是同時(shí)將幾種面料一起進(jìn)行堿減量處理,而不同的面料風(fēng)格要求有不同的減量率,通過控制處理時(shí)間的不同來達(dá)到預(yù)期的減量效果。因此時(shí)間控制非常重要,否則容易因?yàn)闇p量不足或過頭而造成損失。

        2.2 促進(jìn)劑對(duì)堿減量處理的影響

        在滌綸堿減量處理中,常使用陽(yáng)離子表面活性劑作為堿減量處理的助劑。陽(yáng)離子表面活性劑多數(shù)都具有長(zhǎng)碳鏈烷基的季銨化合物,在高溫狀態(tài)下,可以很快吸附在滌綸面料表面,并滲透進(jìn)入到纖維表層分子鏈間的空隙處。滌綸分子的堿水解是一種液-固相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng),季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑在滌綸表面的吸附可降低面料的表面張力;另外季銨鹽分子中的鹵素負(fù)離子與處理浴中的氫氧根負(fù)離子發(fā)生離子交換反應(yīng),使處理液中的氫氧根負(fù)離子轉(zhuǎn)移并富集在纖維表面,使氫氧根負(fù)離子更容易進(jìn)攻滌綸分子鄰近的酯鍵羰基碳原子,完成水解反應(yīng)[5]。

        實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用這一特性,加入陽(yáng)離子表面活性劑,可降低堿用量,達(dá)到既提高處理效率又降低成本的目的。促進(jìn)劑的種類很多,筆者在該研究中主要選用了3種進(jìn)行比較,其中助劑A為烷基型季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑,助劑B為環(huán)氧型季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑,助劑C為雙烷基型雙季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑。

        當(dāng)固定處理溫度為90℃,處理時(shí)間為90 min,堿液濃度為2 g/L時(shí),促進(jìn)劑種類及濃度對(duì)減量率的影響如圖4所示。

        圖4 促進(jìn)劑濃對(duì)面料減量率的影響

        由圖4可見,不管對(duì)于哪種促進(jìn)劑,其濃度與減量率都有一個(gè)共同的規(guī)律:當(dāng)促進(jìn)劑濃度較低時(shí)(低于4 g/L),增加促進(jìn)劑濃度,減量率正比提高;當(dāng)促進(jìn)劑超過一定的濃度以后,再繼續(xù)增加促進(jìn)劑,減量率的增加就很慢,幾乎處于停滯狀態(tài)。因此,為了達(dá)到最佳的使用效率和成本,不應(yīng)該一味地提高促進(jìn)劑的濃度。

        從圖4還可以看到,促進(jìn)劑的種類不同,對(duì)面料減量率的影響效果也不一樣,其中促進(jìn)劑B的效果最明顯,而促進(jìn)劑A的效率就比較低。

        從結(jié)構(gòu)上分析,促進(jìn)劑C為雙烷基雙季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑,其吸附在滌綸纖維表面的能力和降低纖維表面張力的能力更強(qiáng);另外,其分子中具有兩個(gè)季銨鹽正離子,更能使處理液中的氫氧根負(fù)離子轉(zhuǎn)移并富集在纖維表面提高水解反應(yīng)效率。而促進(jìn)劑A為烷基型單季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑,其效果就比不上帶雙季銨基團(tuán)的促進(jìn)劑C。

        值得注意的是,筆者發(fā)現(xiàn)一側(cè)端基為環(huán)氧基的季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑B具有最為顯著的促進(jìn)作用,其面料表面凹凸不平的地方少,坑也淺,減量均勻性比較好。這可能是由于分子中環(huán)氧基的存在影響了促進(jìn)作用,對(duì)此還需進(jìn)一步的研究。

        2.3 減量率對(duì)面料透氣性的影響

        滌綸面料經(jīng)堿減量處理后,由于堿對(duì)滌綸纖維表面的剝蝕降解作用,導(dǎo)致纖維變細(xì),纖維間、紗線中排列變松,產(chǎn)生凹坑,面料結(jié)構(gòu)疏松,因此面料的透氣性顯著提高,織物手感也變得更柔軟。筆者選用同一種面料,在堿減量處理中固定其它條件,僅改變處理時(shí)間來得到不同的堿減量率,測(cè)得了面料減量率和面料透氣性的關(guān)系,見圖5??梢钥闯?,隨減量率提高,織物的透氣率也隨之提高,但兩者似乎并不呈線性關(guān)系。

        圖5 減量率對(duì)面料透氣性的影響

        值得指出的是,堿減量處理的實(shí)質(zhì)是聚酯的水解反應(yīng),而這種水解必然會(huì)導(dǎo)致纖維強(qiáng)度的降低,對(duì)面料的使用性能有影響。因此堿減量有一個(gè)最佳的濃度范圍,既要考慮到堿減量處理對(duì)面料透氣性和后整理所帶來的好處,又要考慮到不過分降低面料的強(qiáng)度。在向興公司的防寒面料研發(fā)中,發(fā)現(xiàn)堿減量處理一般以5%~15%為宜,此時(shí)面料透氣率提高1.5~2.8倍,穿著舒適性可得到很大改善。

        2.4 減量率對(duì)面料拒水拒油后整理的影響

        面料的拒水拒油整理一般采用有機(jī)氟類的整理劑,這是因?yàn)榉谋砻婺芊浅5?,水和油不?huì)在面料表面鋪展,反而在面料表面形成球狀,進(jìn)而從表面滑落,因此使得面料具有既拒水又拒油的效果。另外最重要的是,這種整理并不會(huì)損害面料已經(jīng)具備的透氣性和手感,因此多被用于開發(fā)具有特殊功能的高檔面料[6]。

        一般來說,如果將有機(jī)氟整理劑直接對(duì)面料進(jìn)行表面整理,面料的拒水拒油性能并不理想,而且耐水洗持久性不好。為此,筆者采用堿減量的方法對(duì)滌綸面料進(jìn)行表面預(yù)處理,提高面料表面的親水性和表面粗糙度,提高滌綸面料和有機(jī)氟整理劑的粘接性,以得到更好的拒水性能和耐水洗性。

        筆者研究了未經(jīng)過堿減量處理的面料與經(jīng)過堿減量處理的面料的拒水拒油整理效果。其中,對(duì)未經(jīng)堿減量處理和對(duì)經(jīng)過堿減量處理的滌綸織物,整理劑RGA的濃度均采用80 g/L,對(duì)經(jīng)過堿減量處理的滌綸織物,還分別選用了不同的減量率(處理液溫度、濃度均固定,調(diào)節(jié)處理時(shí)間來得到不同的減量率)來研究拒水拒油的整理效果。

        表1 堿減量處理對(duì)拒水拒油整理效果的影響

        從表1可以看到,未經(jīng)過整理劑RGA處理的滌綸面料,其拒水拒油等級(jí)均為0級(jí),而經(jīng)過整理劑RGA處理后,面料的拒水拒油等級(jí)有不同程度的提高,提高幅度與面料的減量率有關(guān);而在同樣經(jīng)過整理劑RGA處理的滌綸面料中,經(jīng)過堿減量處理的面料,其拒水拒油效果明顯優(yōu)于沒有經(jīng)過堿減量處理的面料。這主要是因?yàn)槲唇?jīng)減量的織物,纖維表面光滑,結(jié)構(gòu)致密,整理劑不易吸附上去;經(jīng)過堿減量處理后,堿液對(duì)滌綸表面纖維的刻蝕作用導(dǎo)致面料表面的親水基團(tuán)例如羧基和羰基增多,另外由于滌綸大分子的斷裂也增加了纖維表面的微觀粗糙度,在物理和化學(xué)的共同作用下,使得面料與整理劑的粘接性能得以提高,因此拒水拒油整理效果明顯改觀。

        另一方面,也可以看到,減量率對(duì)拒水拒油整理效果的影響也并不全是正面的,只有當(dāng)減量率在4%~6%左右時(shí),織物的拒水拒油整理效果最好。這主要是因?yàn)閴A在表面的刻蝕作用而形成凹坑,使纖維粗糙。這種效果使得在纖維表面結(jié)合的整理劑增多,拒水拒油效果增強(qiáng),減量率進(jìn)一步提高,雖然纖維的粗糙度繼續(xù)增加,但織物的結(jié)構(gòu)變得更加疏松,縫隙增大,水和油可以進(jìn)入縫隙中,使拒水拒油效果下降。

        此外,作為面料開發(fā)來說,面料的拒水拒油整理效果的耐水洗性也非常重要,筆者也對(duì)此進(jìn)行了研究。圖6是沒有經(jīng)過堿減量處理的面料與經(jīng)過堿減量處理的面料(減量率4%)的拒油整理效果,分別經(jīng)過洗滌5次、10次、15次和20次。

        圖6 拒油效果的耐洗滌性

        通過有機(jī)氟聚合物RGA整理,可以使面料獲得很好的拒水拒油性,但是這種拒水拒油性能都隨著水洗次數(shù)的增多而下降,無(wú)論面料在拒水拒油整理之前是否預(yù)先經(jīng)過堿減量處理。從圖6來看,未經(jīng)過堿減量處理的滌綸織物,其拒油性能下降得更為迅速,僅僅經(jīng)過不到10次的水洗,其拒油性能就下降至零,相當(dāng)于完全沒有經(jīng)過拒水拒油整理。而對(duì)于經(jīng)過堿減量處理的滌綸織物來說,在經(jīng)過大約10次的水洗后其拒油等級(jí)雖也下降了兩個(gè)等級(jí),但仍然具有可以接受的拒油效果。另外值得一提的是,對(duì)于經(jīng)過堿減量處理的滌綸織物來說,當(dāng)多次水洗后,經(jīng)過熨燙整理后織物的拒油性能可得到部分或全部的恢復(fù),其中10次水洗后再經(jīng)過熨燙,其拒油性能可以完全恢復(fù)到7級(jí)。

        3 結(jié) 論

        a)研究了堿減量處理工藝對(duì)滌綸面料減量率的影響,發(fā)現(xiàn)隨堿液濃度的提高、處理溫度的增加、處理時(shí)間的延長(zhǎng),減量率提高。

        b)研究了促進(jìn)劑對(duì)堿減量處理的影響,發(fā)現(xiàn)使用陽(yáng)離子表面活性劑作為堿減量處理的助劑可降低堿的用量,達(dá)到既提高處理效率又降低成本的目的。在該研究使用的3種促進(jìn)劑中,環(huán)氧型季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑具有最為顯著的促進(jìn)作用。

        c)研究了堿減量處理對(duì)面料透氣性的影響,發(fā)現(xiàn)滌綸面料經(jīng)堿減量處理后,面料的透氣性顯著提高,織物手感也變得更柔軟,穿著舒適性得到改善。但考慮到堿減量處理會(huì)降低面料的強(qiáng)度,減量率不宜太高。

        d)研究了減量率對(duì)面料拒水拒油后整理的影響,發(fā)現(xiàn)堿減量處理可提高面料表面的親水性和表面粗糙度,使織物獲得更好的拒水性能和耐水洗性。其中,減量率為4%~6%左右時(shí)織物的拒水拒油整理效果最好。

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        6 劉艷春,等.滌棉織物拒水拒油多功能整理的研究[J].印染,2002(2):9~11

        Study on alkali deweighting processing and functional Finishing of cold-proof garment fabrics

        Huang Zhixiang1,Ma Bangkui1,Liu Xiaoyun2

        (1.Zhixiang Group,Xiangxin Textile Department,Suzhou Jiangsu 215288,China;2.Key Laboratory for Specially Functional Polymeric Materials and Related Technology of the Ministry of Education,East China University of Science and Technology,Shanghai 200237,China.)

        In this paper,the effect of processing parameter,such as alkali concentration,temperature and process time on the alkali deweighting rate and alkali deweighting eficiency of cold-proof garment fabrics was studied.It found that with the increase of alkali concentration,temperature and process time,the alkali deweightingrate and the air permeability of fabrics increased.Meanwhile,it could obtain better effect on the following functional finishing and washing resistance.The best alkali deweighting rate is in the range of 4%to 6%.It also found that the using of cationic surfactant could accelerate the alkali deweighting finishing.

        polyester;fabrics;alkali deweighting;air permeability;functional finishing;washing resistance

        TQ342.2

        :B

        :1006-334X(2010)01-0044-06

        2010-03-11

        蘇州科技基金計(jì)劃(SGZD-090032)

        黃志向(1975-),男,福建人,高級(jí)經(jīng)濟(jì)師,研究方向?yàn)榉篮媪显O(shè)計(jì)及開發(fā)。

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