(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に活性炭を添加し、バインダーを添加した後、加熱乾燥処理を開始するまでの時間を０〜１０秒とし、２００〜３００℃で加熱乾燥処理を行い、基材に活性炭を固着することを特徴とするチャコールフィルターの製造方法。
【請求項２】
前記基材に加熱乾燥処理を行った後、折り込み加工を行うことを特徴とする請求項１に記載のチャコールフィルターの製造方法。
【請求項３】
前記バインダーを、活性炭に対して０．０５〜１００ｗｔ％の範囲で添加することを特徴とする請求項１または２に記載のチャコールフィルターの製造方法。
【請求項４】
前記バインダーとして、エチレン−酢酸ビニル共重合体水性エマルジョンを用いることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のチャコールフィルターの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はチャコールフィルターの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フィルター素材としてペーパーシートを用い、活性炭の粒状物を添加してチャコールフィルターを製造する方法が、たとえば特許文献１および２に開示されている。ペーパーシートの上方から活性炭を添加しながら、フィルター巻上機のトランペット部でペーパーシート自体を折り込みながら円筒形状にし、フィルター巻取紙で包むことにより円筒のフィルタープラグを形成し、所定の長さにカットしてチャコールフィルターのフィルタープラグを製造する。この方法では、添加した活性炭は折り込まれたペーパーシートに接触しただけでシートの隙間に捕捉された状態になっている。このため、巻き上げられたフィルタープラグを任意の長さにカットするときに、フィルタープラグ端面から活性炭が脱離する。シガレット巻上機においてもフィルタープラグの切断が行われるので、フィルタープラグ端面から活性炭が脱離する。さらに、フィルタープラグ端面からの活性炭の脱離は、フィルター巻上機でフィルタープラグを中箱に詰めるとき、中箱の輸送中、シガレット巻上の際にフィルタープラグを専用のフィルター装填箱に移し変えるとき、およびフィルター巻上工程中でも生じる。このため、最終製品であるシガレットの形態でシガレットフィルター中の活性炭の充填量がばらつく要因となり、シガレット製品としての品質の低下を招く。【０００３】
アセテートチャコールフィルターの場合にも、アセテートトウの開繊およびアセテートトウの可塑剤であるトリアセチンの添加の工程が加わる以外は、チャコールフィルターと同様の方法により、アセテートチャコールフィルターのフィルタープラグを製造する。アセテートチャコールフィルターでもフィルタープラグ端面からの活性炭の脱離により、最終製品であるシガレットの形態でシガレットフィルター中の活性炭の充填量がばらつく要因となり、シガレット製品としての品質の低下を招く。【０００４】
フィルタープラグ端面からの活性炭の脱離を防止するために、フィルター素材であるペーパーシートやアセテートトウに活性炭を添加した後、バインダーにより活性炭を固定する方法が考えられる。特許文献３、４には、スレッドやストリップにバインダーを用いて活性炭を接着させたシガレット用フィルターが記載されている。しかし、これらの文献には、バインダーを用いて活性炭を接着する条件が示されていない。通常、バインダーを用いて活性炭を素材に接着させると、バインダーが活性炭の吸着性能を低下させ、活性炭の吸着能力を維持することが困難であることがわかっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許３２３５９６２号公報
【特許文献２】特許３２３５９６３号公報
【特許文献３】特許２６３４２５２号公報
【特許文献４】特許３２２９３１３号公報
【発明の開示】
【０００６】
本発明の目的は、活性炭の吸着性能を低下させることなく、バインダーを用いて活性炭を素材に接着させて活性炭の脱離を防止できるチャコールフィルターを製造する方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の一態様によれば、基材上に活性炭を添加し、バインダーを添加した後１０分以内に、１０１〜３００℃で加熱乾燥処理を行い、基材に活性炭を固着することを特徴とするチャコールフィルターの製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は本発明に係るたばこ用ペーパーフィルターの巻上げシステムを示す構成図
【図２】図２は図１の装置の活性炭添加装置から加熱乾燥装置までの間で基材上に活性炭粒子およびバインダーが添加される様子を示す模式図。
【図３】図３は本発明の方法により、加熱乾燥を受けた後に、基材上にバインダーによって固着された活性炭粒子の状態を示す模式図。
【図４】図４は本発明の方法において、活性炭添加装置からトングに達するまでの基材の状態を示す平面図。
【図５】図５は本発明の方法において、基材であるアセテートトウの開繊、可塑剤の添加が行われた後、活性炭添加装置からトングに達するまでのアセテートトウの状態を示す平面図。
【図６】図６は試料１〜５について、活性炭のたばこ煙吸着性能を評価した結果を示すグラフ。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。【００１０】
図１は本発明に係るたばこ用チャコールフィルターの巻上げシステムを示す構成図である。この巻上げシステムは、瀘過材であるペーパー製の原料シートＦＭの流れに沿って原反部１０、クレープ部２０、絞込みガイド部４０、及び巻上げ部６０を具備する。【００１１】
原反部１０において、原料シートＦＭの原反紙ロールＦＲはエアーシャフト１２に装着される。原料シートＦＭはシャフト１２の回転に伴って原反紙ロールＦＲから繰出される。シャフト１２にはその回転速度を制御するためのパウダーブレーキ１４が付設される。【００１２】
クレープ部２０の入口にはダンサーローラ機構２２が配設される。ダンサーローラ機構２２は、原反紙ロールＦＲの径の変化、原料シートＦＭの送り速度の変化等による原料シートＦＭの張力変化を少なくするために利用される。ダンサーローラ機構２２は４個の上側ローラ２４と３個の下側ローラ２６とを具備し、原料シートＦＭは上下ローラ２４、２６間をジグザグに通される。【００１３】
上側ローラ２４は固定フレームに支持される一方、下側ローラ２６は上下方向に旋回可能なアームに支持される。アームには、その揺動角度を検出するためのピボットセンサーが付設される。ピボットセンサーの検出信号に基づいて、パウダーブレーキ１４のブレーキ力が調整される。また、アームには、エアーシリンダが接続され、そのエアー圧を調整することにより、原料シートＦＭの紙質にあった張力を得ることができる。【００１４】
ダンサーローラ機構２２に続いて一対のフィードローラ３２が配設される。フィードローラ３２の上側ローラ３２ａは左右２個のゴムローラからなり、下側ローラ３２ｂは表面が平坦な金属ローラからなる。上側ローラ３２ａを構成する２個のゴムローラの表面には螺旋が形成され、フィードローラ３２の回転時に、原料シートＦＭが横方向に広げられ、この時点における不用意な皺の発生が防止されるようになっている。フィードローラ３２の駆動系には、回転速度を補正するための無段変速機が配設される。【００１５】
フィードローラ３２に続いて、クレープ処理を施すためのクレープ手段として機能する一対のクレープローラ３４が配設される。クレープローラ３４は、フィルターの通気抵抗を高めるための縦皺を原料シートＦＭに形成するために利用される。クレープローラ３４の駆動系には、回転速度を補正するための無段変速機が配設される。【００１６】
クレープローラ３４の上下ローラ３４ａ、３４ｂの夫々は、周方向に平行に延びる深い溝を表面に有する金属ローラからなる。上下ローラ３４ａ、３４ｂの溝の噛合い深さ（噛合わせ量）を変更すると、原料シートＦＭに形成される縦皺の深さ或いは原料シートＦＭの延伸の程度が変化する。従って、上下ローラ３４ａ、３４ｂの溝の噛合い深さを調整することにより、フィルターの通気抵抗を制御することができる。噛合い深さが大きくなるほど、フィルターの通気抵抗が高くなる。【００１７】
クレープローラ３４に隣接してタッチレバー３６が配設される。タッチレバー３６はクレープローラ３４から排出された原料シートＦＭ上に載せられ、その弛み状態を検出するために利用される。原料シートＦＭの弛み状態に基づいて、後述するように、原料シートＦＭの送り速度が制御される。【００１８】
タッチレバー３６に続いて絞込みガイド部４０が配設される。絞込みガイド部４０は、クレープ処理された原料シートＦＭが、次の巻上げ部６０において均一な巻上げ状態となるように走行ガイドすると共に、原料シートＦＭを棒状に絞込むために利用される。より具体的には、絞込みガイド部４０は巻込みガイド４２、集束ガイド４４、Ｔジェット４６を具備する。【００１９】
巻込みガイド４２は中膨れ太鼓状の従動ローラからなり、その側面によりクレープ処理された原料シートＦＭに対して横方向の均一な張力を付与する。これにより、原料シートＦＭのＴジェット４６への急激な絞込みを避け、フィルターの通気抵抗の安定化を図ることができる。太鼓状ローラは上下に位置調整可能で、上に移動すると原料シートＦＭの両側が弛み、下に移動すると原料シートＦＭの中央が弛む。【００２０】
集束ガイド４４は、上４枚、下５枚のガイドプレーとからなり、原料シートＦＭを間に挟み込んで蛇腹状に変形させる。これにより、原料シートＦＭがＴジェット４６に対して規則的に絞込まれるようになり、フィルターの通気抵抗の安定化を図ることができる。【００２１】
Ｔジェット４６はレデューサー状の管体からなり、原料シートＦＭを集束させた状態で巻上げ部６０に送込む。巻上げ部６０のトングの先端における摩擦熱を押さえ且つ原料シートＦＭの送込みを安定させるため、Ｔジェット４６内には圧縮エアーが送込まれる。【００２２】
絞込みガイド部４０に対応する位置で、原料シートＦＭに対して活性炭（チャコール）ＣＡが添加される。絞込みガイド部４０の上方に配置された活性炭添加装置５０が使用される。活性炭添加装置５０は活性炭を溜めるためのホッパー５２と、ホッパー５２の下部に接続された供給管５４とを有する。供給管５４内には活性炭の供給量を制御するためのローラ５６が配設される。【００２３】
活性炭添加装置５０の後段には、絞込みガイド部４０の集束ガイド４４とＴジェット４６との間に、バインダー添加装置８０および加熱乾燥装置９０が設けられている。【００２４】
巻上げ部６０には、プラグ巻取紙ＰＭを供給する巻取紙供給機構６２が配設される。プラグ巻取紙ＰＭは、原反紙ロールＰＲから繰出され、リザーバー６４を通過した後、Ｔジェット４６の出口に供給される。ここで、プラグ巻取紙ＰＭは、Ｔジェット４６で集束された原料シートＦＭを上に載せるような態様で供給される。【００２５】
プラグ巻取紙ＰＭは、集束された原料シートＦＭと共に、巻付け手段として機能する管状のトング６６を通過する間に、断面が円形の棒状体に成形される原料シートＦＭに巻付けられる。原料シートＦＭ及びプラグ巻取紙ＰＭは更に、ラップ糊ガン６８、アイロニング７２、クーラーバー７４を経て一体化された後、カッタ７６により順次所定の寸法に切断される。この様にして製造されたフィルターＣＦは、最終的にストッカー７８により集められる。【００２６】
本発明に係るチャコールフィルターの製造方法は以下の工程を含む。基材である原料シートＦＭ上に活性炭添加装置５０から活性炭が添加される。活性炭が添加された原料シートＦＭ上にバインダー添加装置８０からバインダーが添加される。さらに、バインダー添加後１０分以内に、加熱乾燥装置９０により１０１〜３００℃の加熱乾燥処理を行い、原料シートＦＭ上に活性炭を固着させる。【００２７】
図２に活性炭添加装置５０から加熱乾燥装置９０までの間で基材１上に活性炭粒子２およびバインダー３が添加される様子を示す。基材１（原料シート）上に活性炭添加装置５０から活性炭粒子２が添加された後、バインダー添加装置８０からバインダー３が添加される。その後、活性炭粒子２およびバインダー３が添加された基材１は加熱乾燥装置９０に送入される。【００２８】
図３に、加熱乾燥を受けた後に、基材１（原料シート）上にバインダー３によって固着された活性炭粒子２の状態を示す。図３に示すように、基材１上で、活性炭粒子２の下部と基材１との間に偏在したバインダー３によって活性炭粒子２が固着されている。添加直後には活性炭粒子２を被覆していたバインダー３が、加熱乾燥装置９０において１０１〜３００℃に加熱されることによって流動し、活性炭粒子２の下部と基材１との間に偏在するようになると考えられる。バインダー添加後１０分以内に、加熱乾燥装置９０により１０１〜３００℃の加熱乾燥処理を行い、図３のように活性炭粒子２の表面がバインダー３によって被覆されていない状態にすれば、活性炭の吸着性能が低下することはない。【００２９】
なお、図２および図３は模式図であり、基材（原料シート）の層、活性炭の層、およびバインダーの層が必ずしも明確に３つの層に分かれているわけではない。【００３０】
図４は、活性炭添加装置５０から加熱乾燥装置９０およびＴジェット４６を経てトング６６に達するまでの、基材１の状態を示す平面図である。基材１は、その上に活性炭粒子２およびバインダー３が添加され、加熱乾燥装置９０で加熱乾燥を受け、Ｔジェット４６で集束され、トング６６を通過する間に棒状体に成形される。【００３１】
アセテートチャコールフィルターを製造する場合には、活性炭を添加する前段で、アセテートトウを開繊し、可塑剤（たとえばトリアセチン）を添加する工程が行われる以外は、図１〜図４を参照して説明したペーパーチャコールフィルターの製造方法と同様である。【００３２】
図５は、基材であるアセテートトウ５の開繊、可塑剤の添加が行われた後、活性炭添加装置５０から加熱乾燥装置９０およびＴジェット４６を経てトング６６に達するまでの、アセテートトウ５の状態を示す平面図である。【００３３】
次に、本発明の種々の変形例について説明する。【００３４】
本発明において、基材としては、ペーパーシートおよびアセテートトウに限らず、ポリマー繊維、帯電性繊維、帯電ポリマーシートなどが挙げられる。基材は表面改質されていてもよい。基材の形態は、シート、不織布、短繊維集合体、長繊維集合体などがある。【００３５】
活性炭は化学的な表面修飾や物理化学的な表面付着により表面改質されていてもよい。活性炭の形状は、球形粒状、非球形粒状、繊維状、粉状、粉を造粒した顆粒などがある。活性炭の微粉体を造粒した顆粒でもよい。このような活性炭に香料を担持させてもよい。【００３６】
本発明において、バインダーとしては、ポリプロピレン、ポリエチレン、シリコーンポリマー、ポリエチレンオキシド、ポリエチレングリコール、ポリアクリル酸、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、ペクチン、アルギン酸、でんぷんなどが挙げられる。これらのブレンドまたはコポリマーを用いることもできる。バインダーは、粘度および接着力を調整するために、水や有機溶媒で希釈してもよい。バインダーは、活性炭に対して０．１〜１００ｗｔ％の範囲で用いられる。【００３７】
本発明において、基材上への活性炭およびバインダーを添加する順序に関しては、活性炭を添加した後にバインダーを添加してもよいし、活性炭とバインダーを同時に添加してもよいし、バインダーを添加した後に活性炭を添加してもよい。バインダーは、噴霧して添加してもよいし、加熱して蒸気の形態で添加してもよい。活性炭やバインダーの添加時に基材を吸引してもよい。【００３８】
本発明において、バインダーを添加した後、加熱乾燥処理を開始するまでの時間は１０分以内とする。加熱乾燥処理を開始するまでの時間が長くなると、活性炭の吸着性能が低下する傾向がある。バインダーを添加した後、加熱乾燥処理を開始するまでの時間は０．０１〜１０秒であることが好ましい。【００３９】
本発明において、バインダーの加熱乾燥処理温度を１０１〜３００℃としたのは以下のような理由による。すなわち、１００℃以下では活性炭の吸着性能の低下を防止する効果が少なく、３００℃を超えると基材に熱による悪影響が生じる。【００４０】
本発明において、基材は、バインダーの加熱乾燥を行った後、好ましくは直後に、フィルターロッドの形態に加工することが望ましい。【００４１】
本発明の方法を用いて製造されたチャコールフィルターは、通常のたばこロッドや加熱式たばこロッドに接続されて喫煙物品やエアロゾル吸引物品として用いられる。【００４２】
以下、本発明の実施例を説明する。【００４３】
１．実験
１．１．試料
１．１．１．活性炭
活性炭として、市販のヤシガラ活性炭を用いた。活性炭を２０メッシュと７０メッシュのふるいで分級した。粒径範囲は２１２〜６００μｍである。Ｑｕａｎｔａｃｈｒｏｍｅ社製のＡｕｔｓｏｒｂ−１−ＭＰを用いて分析した活性炭の窒素によるＢＥＴ比表面積は１８２８ｍ２／ｇである。【００４４】
１．１．２．パルプ原反
市販のパルプ原反を用いた。このパルプ原反は、紙幅が２２０ｍｍ、厚みが０．０９ｍｍ、パルプ坪量が３６．６ｇ／ｍ２である。【００４５】
１．１．３．バインダー
バインダーとして、市販のエチレン−酢酸ビニル共重合体水性エマルジョンを用いた。３８〜４８重量％のエチレン−酢酸ビニル共重合体と５２〜６２重量％の水を含むエマルジョン原液を水で希釈して試験に供した。下記の試料１〜４および６については希釈倍率を２０倍（重量基準）、下記の試料７〜１１については希釈倍率を２００倍（重量基準）とした。【００４６】
また、バインダーについて、バインダーの重量をＷｂ、活性炭の重量をＷｃとして、（Ｗｂ／Ｗｃ）×１００（ｗｔ％）で表される重量比率を示す。【００４７】
１．２．パルプ基材からの活性炭脱離率測定
図１の装置を用い、表１に示す条件で、パルプ原反上に活性炭をバインダーで固着して試料１〜４を作製した。パルプ原反への活性炭添加量は、２１ｇ／ｍ２となるように調整した。パルプ原反へのバインダー噴霧量は、エチレン−酢酸ビニル共重合体の重量が１１ｇ／ｍ２となるように調整した。【００４８】
比較のために、パルプ原反上に活性炭を添加したが、バインダーを使用せず、加熱乾燥も行わずに試料５を作製した。【００４９】
加熱乾燥後のパルプ基材からの活性炭脱離率を測定した。パルプ原反を長さ２２０ｍｍに切断し、得られた長さ２２０ｍｍ、幅２２０ｍｍのパルプ基材の活性炭固定面を下にして、３０秒間振とうしたときに落下した活性炭重量を電子天秤にて定量した。パルプ基材に添加した全活性炭重量を基準として、振とうにより落下した活性炭重量の値を用いて、基材からの活性炭脱離率を求めた。【００５０】
加熱乾燥開始までの時間が０ｓということは、加熱乾燥とバインダー噴霧を同時に行うことを意味している。【００５１】
アセテートトウを基材とした試験では、フィルタープラグ長９６ｍｍを基準とし、活性炭の添加、バインダーの添加の有無での活性炭脱離率を評価した。アセテートトウとして８Ｙ２９０００を使用し、フィルター巻上時に可塑剤を無添加とした。活性炭の脱離試験は、フィルタープラグを広げた状態で、上記と同様にして行った。【００５２】
１．３．煙成分分析
表１に示す加熱乾燥条件でパルプ原反上に活性炭をバインダーで固着し、試料１〜４のチャコールフィルターを作製した。比較のために、パルプ原反上に活性炭を添加したが、バインダーを使用せず、加熱乾燥も行わずに、試料５のチャコールフィルターを作製した。【００５３】
試験用たばこロッドと、各条件で作製したチャコールフィルターとを接続したシガレットサンプルを試験に供した。シガレットサンプルは、ＩＳＯ３４０２に従って２２℃、相対湿度６０％で１週間以上調和した。フィルターベンチレーションはゼロとした。【００５４】
ＲＭ２０自動喫煙機（Ｂｏｒｇｗａｌｄｔ  ＫＣ  Ｉｎｃ．製）を用いて、シガレットサンプルをＩＳＯ４３８７（流量１７．５ｍＬ／ｓｅｃ、吸煙時間２ｓｅｃ／回、吸煙頻度１回／分）に従い自動喫煙させた。ケンブリッジフィルターＣＭ−１３３（Ｂｏｒｇｗａｌｄｔ  ＫＣ  Ｉｎｃ．製）を通過した煙をドライアイス−イソプロパノール冷媒により−７０℃に冷却したメタノールに捕集した。このメタノール１μＬをマイクロシリンジで定量し、ＧＣ−ＭＳＤで分析した。ＧＣにはＡｇｉｌｅｎｔ６８９０（Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃ．）、ＭＳＤにはＡｇｉｌｅｎｔ５９７５Ｂ（Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃ．）を用いた。【００５５】
１．４．煙成分の吸着率
各々のチャコールフィルターを用いたシガレットサンプルについて得られたガスクロマトグラムのピーク面積を、単巻のガスクロマトグラムのピーク面積と比較し、次式に従ってチャコールフィルターの吸着率を求めた。
【数１】
0005453523.tif 000002
【００５６】
ここで、Ａi,inとＡi,outは単巻シガレットおよびチャコールフィルター付シガレットの煙中成分ｉのピーク面積を示す。【００５７】
２．結果
表１に各フィルターの活性炭脱離率を示す。試料１〜４は、乾燥までの時間、乾燥温度によらず、活性炭の脱離率はほぼ０％であった。バインダー不使用、乾燥なしの試料５は活性炭が全て脱離した。この結果から、基材への活性炭の固定化にはバインダーが非常に重要な役割を果たすことは明らかである。
【表１】
0005453523.tif 000003
【００５８】
図６に、試料１〜５における、煙成分の吸着率の結果を示す。乾燥までの時間が５秒および乾燥温度が２００℃である試料３の煙成分の吸着率は、バインダー不使用、乾燥なしの試料５の吸着率と比べて、活性炭の吸着性能はほとんど変わらなかった。試料３に対して、試料２、試料１のように加熱乾燥処理開始までの時間を長くすると、吸着率は低下した。このことから、加熱乾燥させるまでの時間が吸着率に大きく影響し、吸着率を高く維持するには、加熱乾燥処理開始までの時間を１０分以内にすることが好ましいことがわかった。また、試料３よりも乾燥温度を低くした試料４でも吸着率が低下した。これより、加熱乾燥温度も吸着率に影響し、吸着率を高く維持するには加熱乾燥温度を１０１℃以上にすることが好ましいことがわかった。なお、加熱乾燥温度を３００℃以上にすると、基材が悪影響を受ける。【００５９】
以上の結果を総合すると、加熱乾燥温度を１０１〜３００℃とし、加熱乾燥処理開始までの時間を１０分以内とすることにより、基材に活性炭を固定化し、かつ活性炭の吸着性能を高く維持するチャコールフィルターを得ることができる。【００６０】
表２は、バインダー重量が固定化に及ぼす影響を評価した結果である。この試験では、表１と同様にパルプ原反を使用した。Ｗｂ／Ｗｃの比率が０．６９ｗｔ％以下になると、活性炭脱離率が急激に増加することがわかる。このことからＷｂ／Ｗｃの比率は０．６９ｗｔ％より高いことが好ましい。
【表２】
0005453523.tif 000004
【００６１】
表３は、アセテートトウフィルタープラグを用い、バインダー重量が活性炭の固定化に及ぼす影響を評価した結果である。バインダーを添加しないＷｂ／Ｗｃ＝０（ｗｔ％）の場合には、活性炭脱離率が８４％であり、ほとんどの活性炭が脱離することがわかる。それに対し、Ｗｂ／Ｗｃ＝０．０５ｗｔ％の場合には、活性炭脱離率が０．２％であり、良好な固定化がなされていることがわかる。アセテートトウフィルタープラグを用いた場合には、パルプ原反を用いた場合と比較して、Ｗｂ／Ｗｃの比率がさらに小さくても活性炭が良好に固定化される理由は、アセテートトウと活性炭との接触点が多いためである。
【表３】
0005453523.tif 000005
【図１】
0005453523.tif 000006
【図２】
0005453523.tif 000007
【図３】
0005453523.tif 000008
【図４】
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【図５】
0005453523.tif 000010
【図６】
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