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Dokumentenidentifikation DE69307456T2 15.05.1997
EP-Veröffentlichungsnummer 0595157
Titel Multilobalfaser mit Projektionen in jedem Schenkel für Teppichgarne und Spinndüse zu ihrer Herstellung
Anmelder BASF Corp., Parsippany, N.J., US
Erfinder Warren, Elbert K., Candler, North Carolina 28715, US
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 69307456
Vertragsstaaten BE, CH, DE, FR, GB, IT, LI, NL
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 19.10.1993
EP-Aktenzeichen 931168264
EP-Offenlegungsdatum 04.05.1994
EP date of grant 15.01.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.05.1997
IPC-Hauptklasse D01D 5/253

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine lappige Faser, bei der die Lappen an ihren Konturen jeweils abwechselnd angeordnete Vorsprünge aufweisen, zum Einsatz in Teppichgarnen.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Spinndüsenplatte für die Herstellung lappiger Fasern mit mindestens einer Öffnung mit mehreren sich strahlenförmig nach außen erstreckenden Lappen, wobei die Lappen an ihren Konturen jeweils mehrere, abwechselnd angeordnete Vorsprünge aufweisen, die sich für die Herstellung der erfindungsgemäßen Faser eignet.

Lappige, insbesondere dreilappige, Fasern und Filamente sowie Spinndüsen für deren Herstellung sind an sich bekannt und üblich, insbesondere für Teppichgarne. Solche Fasern sind Fasern mit runden Querschnitten hinsichtlich Volumen und Deckungsvermögen überlegen.

Aus US-Patent Nr. 3 109 195 sind Filamente mit lappigen Querschnitten bekannt.

Aus US-Patent Nr. 3 194 002 ist ein Multifilamentgarn mit einem unregelmäßigen Y-förmigen Querschnitt bekannt.

Aus US-Patent Nr. 4 648 830 ist eine Spizindüse zur Herstellung von Hohlfasen mit dreilappigem Querschnitt bekannt.

Aus US-Patent Nr. 5 106 838 sind dreilapppige und vierlappige Filamente bekannt, die wenig Glitzer und hohes Volumen zeigen. Die Filamente haben zu einem sehr großen Anteil konvexe Kurven.

Nachteilig bei den vorbekannten Filamenten sind der Hochglanz und das Funkeln.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war, eine Faser mit einem einfachen Querschnitt zur Verfügung zu stellen, die sich durch gutes Volumen, gedeckten Glanz, eine unebene Oberfläche sowie gute schmutzdeckende Eigenschaften auszeichnet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war weiterhin, eine geometrisch einfache Spinndüsenplatte zur Verfügung zu stellen, die leicht herzustellen ist und sich für die Herstellung einer gutes Volumen, gedeckten Glanz, eine unebene Oberfläche sowie gute schmutzdeckende Eigenschaften zeigende Faser eignet.

Aufgabe war ferner die Bereitstellung eines Teppichs mit gedecktem Glanz und guten schmutzdeckenden Eigenschaften.

Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung konnten gelöst werden mit einer Synthesefaser mit lappigem Querschnitt, wobei die Lappen jeweils zweiendig sind, wobei das eine Ende mit einem anderen Lappen verbunden ist und das andere Ende sich strahlenförmig nach außen erstreckt, und an ihren Konturen jeweils mehrere, abwechselnd angeordnete Vorsprünge aufweisen, die sich bei jedem Lappen jeweils von dessen Hauptteil aus strahlenförmig nach außen erstrecken und am Hauptteil auf der gegenüberliegenden Seite des jeweiligen Lappens kein Gegenstück haben, sowie mit einer Spinndüsenplatte für die Herstellung lappiger Fasern mit mindestens einer Öffnung mit mehreren Lappen, wobei die Lappen jeweils zweiendig sind, wobei das eine Ende mit den anderen Lappen verbunden ist und das andere Ende sich strahlenförmig nach außen erstreckt, und an ihren Konturen jeweils mehrere, abwechselnd angeordnete Vorsprunge aufweisen, die sich bei jedem Lappen jeweils von dessen Hauptteil aus strahlenförmig nach außen erstrecken und am Hauptteil auf der gegenüberliegenden Seite des jeweiligen Lappens kein Gegenstück haben.

Figur 1 zeigt eine Vorderansicht einer dreilappigen Spinndüsenkapillare gemäß dem Stand der Technik.

Figur 1a zeigt eine Querschnittsdarstellung einer mittels der Spinndüse gemäß Figur 1 ersponnenen Faser.

Figur 2 zeigt eine Vorderansicht einer dreilappigen Spinndüsenkapillare gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der die Lappen an ihren Konturen jeweils drei abwechselnd angeordnete Vorsprünge aufweisen. Diese Vorsprünge können eine spezielle Form aufweisen und zum Beispiel rechteckig, viereckig, dreieckig oder rund geformt sein.

Figur 2a zeigt eine Querschnittsdarstellung einer mittels einer Spinndüse gemäß Figur 2 ersponnenen Faser gemäß der vorliegenden Erfindung.

Figur 3 zeigt eine Vorderansicht einer vierlappigen Spinndüsenkapillare gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der die Lappen an ihren Konturen jeweils drei abwechselnd angeordnete Vorsprünge aufweisen.

Figur 3a zeigt eine Querschnittsdarstellung einer mittels einer Spinndüse gemäß Figur 3 ersponnenen Faser gemäß der vorliegenden Erfindung.

Die erfindungsgemäßen Synthesefasern werden üblicherweise dadurch hergestellt, daß man ein fadenbildendes Polymer über eine erfindungsgemäße Spinndüse nach dem Schmelzspinnverfahren verspinnt.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Fasern geeignete Polymere sind alle fadenbildenden thermoplastischen Kunststoffe, insbesondere Polyamide, Polyester und Polyolefine. Geeignete Polyamide sind Nylon 6, Nylon 6/6, Nylon 6/9, Nylon 6/10, Nylon 6/12, Nylon 12, deren Copolymere und Mischungen davon.

Bevorzugte Polyamide sind Nylon 6 und Nylon 6/6.

Bevorzugt als Polyester sind Polyalkylenterephthalate und Polyalkylennapthalate, insbeondere Polyethylenterephthalat.

Geeignete Polyolefine sind Polymerisate von C&sub2;-C10α-Olefinen, insbesondere Polyethylen, Polypropylen und deren Copolymerisate.

Dem jeweiligen Polymer kann man verschiedene Zusatzstoffe zusetzen. Dazu gehören unter anderem Gleitmittel, Nukleiermittel, Antioxidantien, UV-Lichtschutzmittel, Pigmente, Farbstoffe, Antistatika, schmutz- bzw. fleckenabweisende Ausrüstungsmittel, mikrobiostatische Hilfsmittel und Flammschutzmittel. Das Polymer wird in der Regel einem Extruder in Form von Schnitzeln oder Granulat zugeführt, (indirekt) geschmolzen und über ummantelte, beheizte Polymerverteilungsleitungen (Dowtherm , Dow Chemical, Midland Michigan) dem Spinnkopf zugeführt. Die Polymerschmelze wird dann in der Regel mittels einer Hochleistungszahnradpumpe in den Spinnpack dosiert und über eine Spinndüse mit nachfolgend beschriebenen Kapillaren extrudiert.

Die erfindungsgemäße Spinndüsenplatte hat in der Regel mindestens eine lappige Öffnung, wie eine drei-, vier-, fünf- oder sechslappige Kapillare, bevorzugt eine drei- oder vierlappige Kapillare.

Die Kapillare der erfindungsgemäßen Spinndüsenplatte wird nun für eine dreilappige Öffnung anhand von Figur 2 erläutert:

Die Lappen (1), (2) und (3) haben jeweils zwei Enden, (4) und (5), (4) und (6) bzw. (4) und (7). An einem Ende (4) sind die Lappen mit den jeweils anderen Enden verbunden. Die Winkel zwischen den Lappen (1), (2) und (3) liegen bei etwa 100º bis etwa 140º, bevorzugt bei etwa 120º.

Die Vorsprünge (8), (9) und (10); (11), (12) und (13) bzw. (14), (15) und (16) sind an den Konturen der Lappen jeweils abwechselnd angeordnet. Die Anzahl der Vorsprünge pro Lappen liegt in der Regel im Bereich von 2 bis 6, bevorzugt bei 2 bis 4 und besonders bevorzugt bei 3.

Die Vorsprünge können gegebenenfalls von Lappen zu Lappen verschieden sein und nach verschiedenen Formtypen geformt sein, wie zum Beispiel rechteckig, viereckig, dreieckig oder rund. Bevorzugt ist ein Formtyp, bevorzugt rechteckig oder viereckig, pro Spinndüse.

Die vierlappige Öffnung (Kapillare) der Spinndüsenplatte gemäß Figur 3 hat vier Lappen (33), (34), (35) und (36). An einem Ende (37) sind die Lappen miteinander verbunden, wobei das andere Ende jedes Lappens (38), (39) (40) und (41) sich strahlenförmig nach außen erstreckt. Die Winkel zwischen den Lappen (38), (39), (40) und (41) liegen bei etwa 80º bis 100º, bevorzugt bei etwa 90º.

Die Vorsprünge (42), (43) und (44); (45), (46) und (47); (48), (49) und (50) bzw. (51), (52) und (53) sind an den Lappenkonturen jeweils abwechselnd angeordnet. Die Anzahl der Vorsprünge liegt in der Regel im Bereich von 2 bis 6, bevorzugt bei 2 bis 4, besonders bevorzugt bei 3.

Die Maße der verschiedenen Teile der Kapillare der erfindungsgemäßen Spinndüsenplatte und deren Beziehung untereinander lauten wie folgt:

A bedeutet die Lappenbreite,

B die Vorsprungsbreite,

C die Vorsprungslänge und

D die Lappenlänge.

Die Maße A, B, C und D erfüllen in der Regel folgende mathematische Beziehungen:

1,4 ≤ ((1,73 D) / A)S ≤ 49;

bevorzugt 6,3 ≤ ((1,73 D) / A) ≤ 30,3;

0,5A ≤ B ≤ 2A; und 0,5A ≤ C ≤ 2A.

Die Länge von A und B in mm erfüllt in der Regel folgende Beziehung:

0,04 mm ≤ A ≤ 0,15 mm, bevorzugt 0,06 mm ≤ A ≤ 0,12 mm und

0,06 mm ≤ D ≤ 3 mm, bevorzugt 0,08 mm ≤ D ≤ 2,7 mm.

Der Winkel Zeta zwischen den Lappen der dreilappigen Kapillare liegt in der Regel bei 70º bis 140º, bevorzugt bei 110 bis 130º, ganz besonders bevorzugt bei 115 bis 125º, insbesondere bei 120º.

Der Winkel Zeta zwischen den Lappen der vierlappigen Kapillare liegt in der Regel bei 70º bis 140º, bevorzugt bei 80º bis 100º, ganz besonders bevorzugt bei 85 bis 95º, insbesondere bei 90º.

Die beschriebenen Maße sind zum Beispiel in Abhängigkeit vom Polymertyp, der Spinntemperatur, der Schmelzviskosität des Polymers und dem Anblasmedium zu bemessen.

Ein weiterer wichtiger Bemessungsfaktor ist der für die herzustellenden Filamente erwünschte Modifizierungsquotient. Unter Modifizierungsquotient (MQ) ist der Quotient aus dem Radius eines den Filamentguerschnitt umschreibenden Kreises und dem Radius des größten im Filamentquerschnitt einschreibbaren Kreises zu verstehen.

Die beiden Kreise sind als gestrichelte Linien in Fig. 2a und Fig. 3a eingezeichnet. Bevorzugt wählt man für die Kapillaren der Spinndüsenplatte solche Maße, daß der MQ für den Querschnitt der sich ergebenden Faser bei 1,2 bis 7 liegt, bevorzugt bei 2,5 bis 5.

Das jeweilige über die Kapillare der Spinndüsenplatte gemäß Figur 2 bzw. Figur 3 extrudierte Polymer bildet eine Faser mit einem Querschnitt gemäß Figur 2a bzw. Figur 3a.

Der dreilappige Querschnitt der Faser gemäß Figur 2a hat drei Lappen (17), (18) und (19) mit jeweils zwei Enden (20) und (21); (20) und (22) bzw. (20) und (23).

An einem Ende (20) sind die Lappen miteinander verbunden, wobei sich das jeweils andere Ende (21), (22) und (23) strahlenförmig nach außen erstreckt.

Die Vorsprünge (24), (25) und (26); (27), (28) und (29) bzw. (30), (31) und (32) sind an den Lappenkonturen jweils abwechselnd angeordnet. Je nach der Spinndüsenform der Vorsprünge weichen die Vorsprünge des Faserquerschnitts ein wenig davon ab.

Der vierlappige Querschnitt der Faser gemäß Figur 3a hat vier Lappen (54), (55), (56) und (57) mit jeweils zwei Enden (58) und (59)1 (58) und (60), (58) und (61) bzw. (58) und (62).

An einem Ende (58) sind die Lappen miteinander verbunden, wobei sich das jeweils andere Ende (59), (60), (61) und (62) strahlenförmig nach außen erstreckt.

Die Lappen haben an ihren Konturen jeweils abwechselnd angeordnete Vorsprünge (63), (64) und (65); (66), (67) und (68); (69), (70) und (71) bzw. (72), (73) und (74). Je nach der Spinndüsenform der Vorsprünge weichen die Vorsprünge des Faserquerschnitts ein wenig davon ab.

Die Lappen und Durchmesser der erfindungsgemäßen Faser erfüllen in der Regel folgende mathematische Beziehungen:

L1 bedeutet die schmalste Lappenbreite,

L2 die größte Lappenbreite,

R1 den inneren Faserdurchmesser und

R2 den äußeren Faserdurchmesser.

Die Maße L1, L2, R1 und R2 erfüllen bevorzugt folgende Beziehung: 1,2 ≤ R2/R1 ≤ 7,0 bevorzugt 2,5 ≤ R2/R1 ≤ 5,0; 1,1 L1 ≤ L2 ≤ 5 L1 bevorzugt 1,3 ≤ 1 ≤ L2 ≤ 4L1, und L1 ≤ L2 ≤ R1.

Die erfindungsgemäße Spinndüsenplatte hat bevorzugt 5 bis 300 Öffnungen in Form von oben beschriebenen Kapillaren, - bevorzugt 10 bis 200 Öffnungen.

Die ausgeformten Fasern werden in der Regel durch Anblasung, zum Beispiel mit Luft, abgekühlt, wodurch sie erstarren, danach mit einem Präparationsmittel aus einem Gleitöl oder ölgemisch und Antistatika versehen und dann zu einem Garnbündel zusammengefaßt, das anschließend zu einem geeigneten Wickelkörper aufgewickelt wird.

In einem nachfolgenden Schritt kann man das Garn zu einem BCF-Garn verstrecken und texturieren, das sich zum Eintuf ten in Teppiche eignet. Bevorzugt ist es aber, die aus dem Extruder heraustretenden Spinnfilamente zu einem Garn zusammenzufassen und dann das Garn in einem Vorgang zu verstrecken, zu texturieren und auf zuwickeln. Dieses Einstufenverfahren zur Herstellung von BCF ist in der Technik als Spinnstrecktexturieren bekannt.

Von da können die BCF-Garne verschiedene, dem Fachmann geläufige Verfahrensschritte durchlaufen. Die erfindungsgemäßen Fasern eignen sich insbesondere zur Herstellung von Teppichböden.

Nylonfasern oder -filamente für die Teppichherstellung haben üblicherweise Einzeltiter in Bereich von etwa 3 bis 75 Denier (Denier, den = Gewicht eines Einzelfilaments der Länge 9000 Meter in Gramm). Bevorzugt liegt der Einzeltiter für Teppichfasern bei etwa 6 bis 35 den.

Zur Herstellung von Teppichböden bindet man die BCF-Garne üblicherweise durch Tuften in ein biegsames Trägermaterial ein. Als Trägermaterialien sind generell herkömmliche Jutegewebe, Polypropylengewebe, Vliesstoffe aus Cellulose sowie Vliesstoffe aus Nylon, Polyester und Polypropylen zu nennen. Auf den Träger wird dann ein geeignetes Latexmaterial wie herkömmlicher Styrol- Butadien-Latex, Polymer aus Vinylidenchlorid oder copolymer aus Vinylchlorid und Vinylidenchlorid aufgetragen. Gewöhnlich setzt man Füllstoffe wie Calciumcarbonat ein, um die Latexkosten zu drücken. Zuletzt erfolgt die Anbringung des Zweitrückens, in der Regel eines Jutegewebes oder eines Gewebes aus Synthesefaser wie Polypropylen.

Beispiel 1

Aus Nylon 6 wurden mit drei der Spinndüsen modifizierten Querschnitts Filamente ersponnen. Jede Spinndüse hatte 12 Kapillaren einer speziellen Konstruktion, wie zum Beispiel der gemäß Figur 2A, mit folgenden Maßen:

A = 0,08 mm

B = 0,08 mm

C = 0,08 mm

D = 0,96 mm.

Der Winkel Zeta betrug 120º.

Das eingesetzte Nylon-6-Polymer (relative Viskosität RV = 2,7) war ein Glanztyp und enthielt keine Mattierungsmittel. Die Polymertemperatur wurde am Pumpenblock auf etwa 265ºC ± 1º eingestellt, wobei der Spinndurchsatz pro Spinndüse bei 66,75 g/min lag.

Die schmelzflüssigen Fäden wurden im Blasschacht mit einem Luftstrom der Geschwindigkeit 80 Fuß/Minute abgekühlt. Die Filamente wurden mittels einer sich mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 865 m/min drehenden Lieferwalze aus der Kühlzone abgezogen und mit einem Gleitmittel für das Verstrecken und Kräuseln präpariert.

Die Fäden wurden zusammengeführt und mit 1600 m/min verstreckt und analog dem Verfahren gemäß US- Patent Nr. 4 095 317 gekräuselt, was ein Garn des Titers 1100 den f 60 ergab.

Die so erhaltenen BCF-Garne wurden auf einer Kabelzwirnmaschine mit 3,5 Drehungen pro Zoll (1,4 Drehungen pro cm) verzwirnt und auf einer Superba- Themofixiermaschine unter den für BCF-Garn aus Nylon 6 üblichen Bedingungen thermofixiert.

Die Prüfgarne wurden dann zu Schnittflorkonstruktionen des Flächengewichts 32 Unzen/Quadratyard (1081,6 g/m²) mit einer Teilung von 3/16 (4,67 mm) vertuf tet. Die Prüfteppiche wurden mit Teppichen aus betriebsmäßig einstufig und zweistufig hergestellten Nylon-6-BCF-Teppichgarnen verglichen.

Ein Sachverständigenteam bewertete die Teppicheigenschaften wie folgt:

Tabelle 1

MQ: Modifizierungsquotient

Beispiel 2

Aus Nylon 6 (RV = 2,7) wurden mit drei der Spinndüsen modifizierten Querschnitts nach dem obenbeschriebenen Verfahren für den Hauptextruder und mit einem an dem Hauptextruder seitlich angebrachten Nebenextruder Filamente ersponnen. Dabei wurden dem seitlich angebrachten Nebenextruder auf Nylon 6 basierende Farbkonzentrate zugeführt, um Garne mit roten, blauen und grünen Farbtönen herzustellen.

Die Polymertemperatur wurde am Pumpblock auf etwa 265ºC ± 1º eingestellt, wobei der Spinndurchsatz pro Spinndüse bei 55,0 g/min lag.

Die Filamente wurden auf einer Streckzwirnmaschine mit einem Verstreckverhältnis von 3:10 zu einem Endtiter von 220 den f 12 verstreckt und auf einer Lufttexturiermaschine verwirbelt. Neben einem Garn mit einem Titer von 200 den f 35 als Grundfaden wurden die grünen, roten und blauen Garne als Effektgarne eingesetzt und texturiert, um im Teppich eine Space-Dye-Optik zu erhalten.

Die 25 Unzen (708,75 g) schweren Teppiche mit einem gleichmäßig hohen Schlingenfior wurden mit Teppichen verglichen, die aus den gleichen Farbmischungen nach dem gleichen Verfahren aus einem zu einem Endtiter von 220 den f 14 verstreckten Garn mit einem dreilappigen Querschnitt hergestellt wurden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.

Tabelle 2

MQ: Modifizierungsquotient


Anspruch[de]

1. Synthesefaser mit lappigem Querschnitt, wobei die Lappen jeweils zweiendig sind, wobei das eine Ende mit einem anderen Lappen verbunden ist und das andere Ende sich strahlenförmig nach außen erstreckt, und an ihren Konturen jeweils mehrere, abwechselnd angeordnete Vorsprünge aufweisen, die sich bei jedem Lappen jeweils von dessen Hauptteil aus strahlenförmig nach außen erstrecken und am Hauptteil auf der gegenüberliegenden Seite des jeweiligen Lappens kein Gegenstück haben.

2. Synthesefaser nach Anspruch 1, bei der die Faser- und Lappenmaße folgende mathematische Beziehung erfüllen:

1,2 ≤ R2/R1 ≤ 7,0

1,1 L1 ≤ L2 ≤ 5 L1 und

L1 ≤ L2 ≤ R1;

wobei

L1 die schmalste Lappenbreite,

L2 die größte Lappenbreite,

R1 den inneren Faserdurchmesser und

R2 den äußeren Faserdurchmesser bedeutet.

3. Synthesefaser nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Querschnitt dreilappig oder vierlappig ist.

4. Synthesefaser nach einem der vorhergehenden Anspruche, bei der die Lappen an ihren Konturen jeweils drei abwechselnd angeordnete Vorsprünge aufweisen.

5. Synthesefaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Vorsprünge rechteckig, viereckig, dreieckig und/oder rund geformt sind.

6. Synthesefaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche aus einem Polymer der Gruppe Polyamid, Polyester und Polyolefin.

7. Synthesefaser nach Anspruch 1, bei der der Quotient aus dem Radius eines den Filamentquerschnitt umschreibenden Kreises und dem Radius des größten im Filamentquerschnitt einschreibbaren Kreises (Modifizierungsquotient) bei etwa 1,2 bis 7 liegt.

8. Teppich aus einer Faser gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.

9. Spinndüsenplatte für die Herstellung lappiger Fasern mit mindestens einer Öffnung mit mehreren Lappen, wobei die Lappen jeweils zweiendig sind, wobei das eine Ende mit den anderen Lappen verbunden ist und das andere Ende sich strahlenförmig nach außen erstreckt, und an ihren Konturen jeweils mehrere, abwechselnd angeordnete Vorsprünge aufweisen, die sich bei jedem Lappen jeweils von dessen Hauptteil aus strahlenförmig nach außen erstrecken und am Hauptteil auf der gegenüberliegenden Seite des jeweiligen Lappens kein Gegenstück haben.

10. Spinndüsenplatte nach Anspruch 9, bei der die Öffnung drei oder vier Läppen aufweist.

11. Spinndüsenplatte nach Anspruch 9 oder 10, bei der die Maße der kapillaren Öffnung folgende mathematische Beziehung erfüllen:

1,4 ≤ ((1,73 D) / A)S ≤ 49;

0,5A ≤ B ≤ 2A;

0,5A ≤ C ≤ 2A; wobei

A die Lappenbreite,

B die Vorsprungsbreite,

C die Vorsprungslänge und

D die Lappenlänge bedeutet.

12. Spinndüsenplatte nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei der jeweils zwei Lappen einen Winkel Zeta von etwa 70º bis etwa 140º bilden.

13. Spinndüsenplatte nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei der die Lappen an ihren Konturen jeweils drei abwechselnd angeordnete Vorsprünge aufweisen.

14. Spinndüsenplatte nach einem der Ansprüche 9 bis 13, bei der die Vorsprünge rechteckig, viereckig, dreieckig und/oder rund geformt sind.







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