(57)【要約】 【課題】リンを含有する添加剤が含浸された生分解性ポリウレタンを含むことにより、製品の物性に優れるうえ、短時間で効果的にフィルムおよびプラスチックの分解が可能な、五酸化リンを用いたポリウレタン生分解性プラスチックを提供する。【解決手段】本発明のポリウレタン生分解性プラスチックは、リンを含有する添加剤が含浸された生分解性ポリウレタンを含み、前記添加剤は、五酸化リン（Ｐ２Ｏ５）を含有し、天然オイルでコートされたことを特徴とする。 【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリウレタン生分解性プラスチックであって、
リンを含有する添加剤が含浸された生分解性ポリウレタンを含み、
前記添加剤は、五酸化リン（Ｐ２Ｏ５）を含有し、天然オイルでコートされたことを特徴とする、五酸化リンを用いたポリウレタン生分解性プラスチック。
【請求項２】
前記添加剤は前記生分解性ポリウレタンの０．４〜０．６重量％含有されることを特徴とする、請求項１に記載のポリウレタン生分解性プラスチック。
【請求項３】
前記添加剤は水酸化カリウム（ＫＯＨ）をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のポリウレタン生分解性プラスチック。
【請求項４】
前記生分解性ポリウレタンは前記添加剤の含浸された１液型ウレタンをポリウレタン樹脂と混合して製造されることを特徴とする、請求項１に記載のポリウレタン生分解性プラスチック。
【請求項５】
前記生分解性ポリウレタンを全体の３０〜６０重量％含むことを特徴とする、請求項１に記載のポリウレタン生分解性プラスチック。
【請求項６】
前記生分解性ポリウレタン３５〜４５重量％、ポリ乳酸２５〜３５重量％、および脂肪族ポリエステル２５〜３５重量％を含むことを特徴とする、請求項５に記載のポリウレタン生分解性プラスチック。
【請求項７】
前記生分解性ポリウレタン４５〜５５重量％、ポリ乳酸３５〜４５重量％、および脂肪族ポリエステル５〜１５重量％を含むことを特徴とする、請求項５に記載のポリウレタン生分解性プラスチック。
【請求項８】
前記ポリウレタン生分解性プラスチックはフィルム形態であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のポリウレタン生分解性プラスチック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリウレタン生分解性プラスチックに係り、より具体的には、五酸化リンをポリウレタン組成物に含有させてポリウレタンの生分解が行われるようにする、五酸化リンを用いたポリウレタン生分解性プラスチックに関する。
【背景技術】
【０００２】
その便宜性のため、現代生活で半ば必需品になってきたプラスチックは、自然状態では殆ど分解されず、分解するには早くとも数百年かかるものと知られている。近年に入り、海へ流出するプラスチックによる海洋汚染やプラスチック廃棄物の増加による廃棄物処理などが大きな環境問題として取り上げられるようになり、これに対する対策の一環として分解性プラスチックが脚光を浴びている。現在開発されている分解性プラスチックは、光（主に紫外線）によって分解される光分解性プラスチックと、微生物によって分解される生分解性プラスチックの２種が主流となっている。
生分解性プラスチックは、微生物が生産するプラスチック（バイオプラスチック）、澱粉やセルロースなどの天然素材を主成分にして製造するプラスチック、および分解性を与えた化学合成プラスチックに分類することができる。これはいずれも、土中に埋めておく、或いは海中に捨てておくと、自然に存在する微生物、例えば細菌や藻類、カビなどによって分解されて低分子化合物になってから最終的に水と二酸化炭素、または水とメタンガスに変わる。ところが、既存の生分解性プラスチックは、成形が難しい、或いは成形によって完成した製品の物性が悪くなって実用性が低下するという限界がある。
【０００３】
一般に、ポリウレタンは、主鎖の繰返し単位中にウレタン結合（−ＮＨＣＯＯ−）を持つ高分子化合物の総称であって、優れた耐磨耗性、耐薬品性および耐溶剤性を示すうえ、耐老化性と酸素に対する安定性に優れてポリウレタンフォームやポリウレタンゴム、接着剤、合成繊維、塗料等として多用され、プラスチック製造の際にも使用できる。一般に、ポリウレタンはそれ自体が加水分解性と生分解性などの分解特性を持っている。ところが、その分解特性が非常に微弱であって、ポリウレタン製品を使用してから廃棄の際に完全分解されず、部分分解されて半永久的に存在し、或いは分解期間が長時間かかって環境汚染の原因となってしまうという問題点がある。これにより、ポリウレタン製品のリサイクル方法または焼却方法が活用されているが、焼却の際に有害物質が発生するという問題点があり、リサイクル方法は収去が難しいうえ、収去の後にも別途混入された不純物を除去する過程を経なければならないという問題点がある。よって、廃棄の際に分解が速いながらポリウレタンの特性が変わらないポリウレタンの要求が増大しつつあり、このような要求に応えて、優れた分解性を有するポリウレタンを製造するための多様な研究が行われてきている。ところが、このような研究にも拘らず、既存の生分解性ポリウレタンは分解速度が遅く、常温で物性が急激に低下するという問題点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上述した従来の方法の問題点を解決するために提案されたもので、その目的は、リンを含有する添加剤が含浸された生分解性ポリウレタンを含むことにより、製品の物性に優れるうえ、短時間で効果的にフィルムおよびプラスチックの分解が可能な、五酸化リンを用いたポリウレタン生分解性プラスチックを提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は、強い酸化作用を持つ五酸化リンをポリウレタン合成の際に含有させることにより生分解が盛んに起こるようにし、添加剤を天然オイルでコートして使用することにより添加剤をポリウレタンの合成に直接添加することができ、空気との接触を遮断して水分による反応を抑制することができ、色相の変化を防ぐ、五酸化リンを用いたポリウレタン生分解性プラスチックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の特徴によれば、リンを含有する添加剤が含浸された生分解性ポリウレタンを含み、前記添加剤は五酸化リン（Ｐ２Ｏ５）を含有する、五酸化リンを用いたポリウレタン生分解性プラスチックを提供する。
【０００７】
好ましくは、前記添加剤は天然オイルでコートできる。
【０００８】
好ましくは、前記添加剤は前記生分解性ポリウレタンの０．４〜０．６重量％含有できる。
【０００９】
好ましくは、前記添加剤は水酸化カリウム（ＫＯＨ）をさらに含むことができる。
【００１０】
好ましくは、前記生分解性ポリウレタンは前記添加剤の含浸された１液型ウレタンをポリウレタン樹脂と混合して製造できる。
【００１１】
好ましくは、前記生分解性ポリウレタンを全体の３０〜６０重量％で含むことができる。
【００１２】
さらに好ましくは、前記生分解性ポリウレタン３５〜４５重量％、ポリ乳酸２５〜３５重量％、および脂肪族ポリエステル２５〜３５重量％を含むことができる。
【００１３】
さらに好ましくは、前記生分解性ポリウレタン４５〜５５重量％、ポリ乳酸３５〜４５重量％、および脂肪族ポリエステル５〜１５重量％を含むことができる。
【００１４】
好ましくは、前記ポリウレタン生分解性プラスチックはフィルム形態であってもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明で提案している五酸化リンを用いたポリウレタン生分解性プラスチックによれば、リンを含有する添加剤が含浸された生分解性ポリウレタンを含むことにより、製品の物性に優れるうえ、短時間で効果的にフィルム及びプラスチックの分解が可能である。
【００１６】
また、本発明によれば、強い酸化作用を有する五酸化リンをポリウレタン合成の際に含有させることにより生分解が盛んに起こるようにし、添加剤を天然オイルでコートして使用することにより添加剤をポリウレタンの合成に直接添加することができ、空気との接触を遮断して水分による反応を抑制することができ、色相の変化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施例に係る添加剤を用いた生分解性ポリウレタンフィルムおよびプラスチックの製造方法の流れを示す図である。
【図２】本発明の一実施例に係る添加剤を用いた生分解性ポリウレタンフィルムおよびプラスチックを土壌中に埋設した後から１週経過した状態を示す図である。
【図３】本発明の一実施例に係る添加剤を用いた生分解性ポリウレタンフィルムおよびプラスチックを土壌中に埋設した後から３週経過した状態を示す図である。
【図４】本発明の一実施例に係る添加剤を用いた生分解性ポリウレタンフィルムおよびプラスチックを土壌中に埋設した後から５週経過した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を容易に実施し得るように好適な実施例を詳細に説明する。但し、本発明の好適な実施例を詳細に説明するに際して、関連した公知の機能または構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を無駄に乱すおそれがあると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。また、同様の機能および作用をする部分については図面全体にわたって同一の符号を付する。
【００１９】
明細書全体において、ある部分が他の部分と「連結」されているとするとき、これは「直接に連結」されている場合だけでなく、それらの間に他の素子を介在して「間接に連結」されている場合も含まれる。また、ある構成要素を「含む」とは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
【００２０】
本発明の一実施例に係る五酸化リンを用いたポリウレタン生分解性プラスチックは、リンを含有する添加剤が含浸された生分解性ポリウレタンを含み、添加剤は五酸化リン（Ｐ２Ｏ５、phosphorus pentoxide）を含有することができる。五酸化リンは、リン酸の無水物であって、リンを充分な空気または酸素中で燃焼させるときに生じる白色結晶性粉末であり、強力な酸化剤として使用される。五酸化リンは、吸湿性が非常に強く、空気中の水分を吸収する力が濃硫酸または塩化カルシウムより一層大きいため、乾燥剤、脱水剤などとして使用されることもある。五酸化リンは、強い酸化剤であって、ポリウレタンを分解させる作用をすることができる。
【００２１】
添加剤は天然オイルでコートされたものであってもよい。前述したように、本発明で添加剤に含有されている五酸化リンは、強い酸化作用をすることができるので、オイルで表面をコートして酸化防止効果を与えることができる。特に、本発明は、五酸化リンを用いたポリウレタン生分解性プラスチックに関するものであって、環境調和的でポリウレタン生分解の際に共に分解される、或いは環境に無害な成分を使用するために、天然オイルを使用することが好ましい。一方、添加剤は水酸化カリウム（ＫＯＨ）をさらに含むことができる。水酸化リウムをさらに含むと、高分子のウレタンをさらに短時間で効率よく分解することができるという効果がある。
【００２２】
添加剤は、生分解性ポリウレタンの０．４〜０．６重量％含有できる。添加剤を０．６重量％超過であまり多く含有させれば、ポリウレタン生分解があまり速く起こって流通期間が短くなってしまうおそれがあり、これに対し、添加剤を０．４重量％未満であまり少なく含有させれば、ポリウレタンが効果的に生分解できないので、添加剤を生分解性ポリウレタンの０．４〜０．６重量％含有させることが好ましい。
【００２３】
一方、生分解性ポリウレタンをポリウレタン生分解性プラスチック全体の３０〜６０重量％含むようにすることができる。本発明の一実施例に係る五酸化リンを用いたポリウレタン生分解性プラスチックは、生分解性ポリウレタンのみを含んでいてもよいが、多様な物性のプラスチックを製造し、価格競争力を向上させるために既存の生分解性プラスチック樹脂と混合することができる。この際、本発明の生分解性ポリウレタンは、混合された生分解性プラスチック全体の３０〜６０重量％程度含有させて、優れた生分解性および物性を維持するようにすることができる。
【００２４】
特に、本発明の一実施例に係る五酸化リンを用いたポリウレタン生分解性プラスチックは、生分解性を有する既存のプラスチック樹脂、例えばポリ乳酸（polyactic acid、ＰＬＡ）、脂肪族ポリエステルなどを本発明の生分解性ポリウレタンと混合して製造することができる。ポリ乳酸は、生分解性プラスチック樹脂であるが、実際使用において成形が難しく、成形時間が長くかかり、完成したプラスチック製品の物性が良くないという限界がある。また、脂肪族ポリエステルは、完全生分解が可能であって日用品として使用されるが、熱変形温度が低く耐熱性が足りなくて、完成したプラスチック製品の運送および使用が不便であり、消毒および殺菌などが難しいという問題がある。本発明で提供している生分解性プラスチックをポリ乳酸、脂肪族ポリエステルなどと混合してポリウレタン生分解性プラスチックに製造することにより、既存の生分解性樹脂の限界を克服し、実用性を高めて価格競争力を向上させることができる。具体的に、生分解性ポリウレタン３５〜４５重量％、ポリ乳酸２５〜３５重量％、および脂肪族ポリエステル２５〜３５重量％を含むようにすることができる。このような配合比にするとき、実用性および価格競争力の側面で性能が向上した、五酸化リンを用いたポリウレタン生分解性プラスチックの製造が可能である。ところが、多様な物性を持つ生分解性プラスチックの製造のために、生分解性ポリウレタン４５〜５５重量％、ポリ乳酸３５〜４５重量％、および脂肪族ポリエステル５〜１５重量％を含むようにすることもできる。
【００２５】
一方、本発明の一実施例に係る五酸化リンを用いたポリウレタン生分解性プラスチックはフィルム形態であってもよい。生分解が必要なプラスチック製品には、種量制封筒やビニール袋などのフィルム形態のプラスチックで製造される製品が多いため、本発明の一実施例に係る五酸化リンを用いたポリウレタン生分解性プラスチックをフィルム形態にして、その活用度を広めることができる。
【００２６】
図１は本発明の一実施例に係る五酸化リンを用いたポリウレタン生分解性プラスチックの製造方法の流れを示す図である。図１に示すように、本発明の一実施例に係る五酸化リンを用いたポリウレタン生分解性プラスチックの製造方法は、添加剤を天然オイルでコートする段階（Ｓ１００）、コートされた添加剤を１液型ウレタンに含浸する段階（Ｓ２００）、および１液型ウレタンをポリウレタン樹脂と混合して生分解性ポリウレタンを製造する段階（Ｓ３００）を含んで実現でき、生分解性ポリウレタンを用いてポリウレタン生分解性プラスチックを製造する段階（Ｓ４００）をさらに含んで実現できる。
【００２７】
段階Ｓ１００では、五酸化リンを含む添加剤を天然オイルでコートすることができる。五酸化リンは、強い吸湿性を持っている酸性酸化物であるから、耐酸性容器に入れた後、密封して蓄えなければならない。したがって、五酸化リンを含む添加剤をポリウレタンに直接添加することが非常に難しいが、添加剤を天然オイルでコートして表面が外部と接触することを遮断することにより、水分の影響を防いで酸化を防止することができる。
【００２８】
段階Ｓ２００では、段階Ｓ１００でコートされた添加剤を１液型ウレタンに含浸することができる。五酸化リンは、ポリウレタンの生分解のための分解剤として使用することができるが、水分と強い酸化反応を行うため、単独でポリウレタンに直接添加することが難しくて使用されなかった。ところが、段階Ｓ２００でのように、分散力が大きい液体状態の１液型ウレタンにコートされた添加剤を混合するため、添加剤による酸化を阻止することができる。液体状態の１液型ウレタンに添加剤を混合した後、硬化剤を用いて添加剤の含浸された１液型ウレタンを製造することができる。
【００２９】
段階Ｓ３００では、段階Ｓ２００で添加剤が含浸された１液型ウレタンを粉砕機で分解した後、ポリウレタン樹脂と混合して生分解性ポリウレタンを製造することができる。添加剤は、製造された生分解性ポリウレタンの０．４〜０．６重量％含有させることができ、好ましくは０．５重量％程度含有させる。添加剤の含量が０．４重量％未満であれば、十分なポリウレタンの生分解が行われず、０．６重量％超過であれば、生分解があまりよく行われて製品の使用に必要な流通期間が短くなるため非経済的である。
【００３０】
一方、段階Ｓ２００の１液型ウレタンと混合されるポリウレタン樹脂は、多様なポリオール分子量を持つポリウレタン樹脂であってもよく、特にポリオールの分子量を１０００〜６０００とするポリウレタン樹脂を使用することができる。この際、使用されるイソシアネートは１〜１．５モル比であってもよく、特にメチレンジフェニルジイソシアネート（Methylene diphenyl diisocyanate、ＭＤＩ）であってもよい。
【００３１】
次に、本発明で使用されるポリウレタン組成物について詳細に説明する。イソシアネート１００重量部に対して１０〜１５重量部、ポリエステルポリオール８８．７〜９０重量部、グリコール類１〜３重量部、ＷＡＸ０．３〜０．５重量部、合成されたポリウレタン熱可塑性の反応物を使用する。この際、使用されるイソシアネート類としてはナフタレン−１，５−ジイソシアネート、２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、およびイソプレンジイソシアネート化合物よりなる群から１種または２種の組み合わせを使用することが好ましい。イソシアネートの含量が１〜１．５モル以上であれば、生分解性に弱い欠点があり、イソシアネートの含量が１〜１．５モル以下であれば、反応性が弱くてウレタンの合成における融点が低くて加工上の問題がある。
【００３２】
ポリエステルポリオールは、アジピン酸、コハク酸、フタル酸、イソフタル酸およびフタル酸無水物よりなる群から１種またはそれ以上を選択して使用することが好ましく、アルコール類エチレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，８−オクタンジオール、ジエチレングリコール、およびプロピレングリコールよりなる群から１種またはそれ以上を選択して分子量と物性に適するように合成されたポリエステルポリオールを使用することが好ましく、特に分子量の調節のためにはアジピン酸と１，４−ブタンジオールを使用することがさらに好ましい。
【００３３】
グリコール類は、ポリウレタンの硬度を調節するための手段であって、１，４−ブタンジオール、エチレングリコールおよびジエチレングリコール類から１種または２種を選択して使用することが好ましく、ワックス類は、Ｈ−ＷＡＸを使用して樹脂の内部で潤滑剤の役目をすることを可能にすることが好ましい。
【００３４】
例えば、分子量１０００〜３０００のポリオールとＭＤＩを合成すると、硬度が７０程度と低く（Ａ硬度）、作業温度が１８５℃、引張強度が３００ｋｇ／ｃｍ２、伸張率が７００％程度の機械的物性を持つポリウレタン樹脂を得ることができる。また、分子量３０００〜６０００のポリオールとＭＤＩを合成すると、硬度が７５程度であり（Ａ硬度）、作業温度が１９０℃、引張強度が３５０ｋｇ／ｃｍ２、伸張率が６００％程度の機械的物性を持つポリウレタン樹脂を得ることができる。すなわち、多様な物性を持つ生分解性フィルムおよびプラスチックを製造するために、段階Ｓ３００では用途に合う物性を持つポリオール樹脂を使用することができる。
【００３５】
段階Ｓ４００では、段階Ｓ３００で製造された生分解性ポリウレタンを既存の生分解性プラスチック樹脂と混合して、本発明の一実施例に係る五酸化リンを用いたポリウレタン生分解性プラスチックを製造することができる。段階Ｓ３００で製造された生分解性ポリウレタンを１００重量％にしてポリウレタン生分解性プラスチックを製造することもできるが、多様な物性を実現し且つ価格競争力を確保するために、既存の生分解性プラスチック樹脂と混合して製造することができる。この際、混合できる生分解性プラスチック樹脂はポリ乳酸または脂肪族ポリエステルなどであってもよい。
【００３６】
本発明は下記の実施例によってさらに詳細に説明されるが、これは本発明の理解を助けるために提示されたものであって、本発明を限定するものではない。
【実施例】
【００３７】
五酸化リンを含む添加剤を天然オイルでコートした後、コートされた添加剤を液体状態の１液型ウレタンに含浸した後、硬化剤を用いて１液型ウレタンを製造した。この際、添加剤が水酸化カリウム（ＫＯＨ）をさらに含む場合（実施例５）にも、五酸化リンのみを含む場合と同様にパウダー状態の水酸化カリウムを天然オイルでコートした後、コートされた五酸化リンと共に１液型ウレタンに含浸した。１液型ウレタンを粉砕した後、一般なポリウレタン樹脂と混合するが、混合されたポリウレタン樹脂全体における添加剤の比率を下記表１のとおりにし、これをフィルムとして押出成形して実施例１〜実施例５を製造した。製造されたフィルムの物性をＪＩＳ Ｋ７３１１の規定に基づいて測定し、結果を下記表１に示す。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
表１から確認されるように、本発明の一実施例に係る添加剤を用いたポリウレタン生分解性プラスチックは、添加剤の添加によって物性が大きく低下しないため、多様な分野に広く活用できる。
【００４０】
以下、本発明の効果を実験例によってさらに詳細に説明するが、本発明の権利範囲は下記実験例によって限定されるものではない。
［実験例］土壌中への埋設による生分解実験
実施例で製造された実施例１〜実施例５のポリウレタンフィルムを土壌中に埋設して生分解が起こる程度を写真撮影および物性の測定によって分析した。
【００４１】
図２は本発明の一実施例に係る添加剤を用いた生分解性ポリウレタンフィルムおよびプラスチックを土壌中に埋設した後から１週経過した状態を示す図、図３は本発明の一実施例に係る添加剤を用いた生分解性ポリウレタンフィルムおよびプラスチックを土壌中に埋設した後から３週経過した状態を示す図、図４は本発明の一実施例に係る添加剤を用いた生分解性ポリウレタンフィルムおよびプラスチックを土壌中に埋設した後から５週経過した状態を示す図である。図２〜図４の（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ実施例１〜実施例５を示す。図２〜図４に示すように、経時的に、各実施例に係るポリウレタン生分解性フィルムはその厚さが薄くなりながらホールが形成され、小さい単位で分解されるなど土壌の微生物によって効果的に分解されることを確認することができる。特に、添加剤の比率が高い実施例４、および添加剤に水酸化カリウムをさらに含む実施例５では、大きなホールが設けられたりフィルム組織が細かく分解されたりするなど、生分解がより盛んに起こることを確認することができる。 このような実験結果より、本発明の一実施例に係る五酸化リンを用いたポリウレタン生分解性プラスチックが土壌中への埋設によって効果的に生分解されて環境調和的であることを確認することができる。
【００４２】
下記表２は前記実験例によって土壌中への埋設の後に３週経過した実施例の物性を示す。４週経過以後からは試料サンプルの物性が著しく低下して機器分析による物性の測定が不可能であった。よって、３週経過時の物性を示す。
【００４３】
【表２】
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【００４４】
表２に示すように、本発明の一実施例に係る添加剤を用いた生分解性ポリウレタンフィルムおよびプラスチックは、土壌中への埋設の後に生分解が盛んに起こり、表１と比較して伸張率、引張強度、引裂強度などの物性が著しく低下した現象から分解が起こったことを確認することができる。
【００４５】
以上説明した本発明は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって多様な変形または応用が可能であり、本発明に係る技術的思想の範囲は下記特許請求の範囲によって定められるべきである。
【符号の説明】
【００４６】
Ｓ１００：添加剤を天然オイルでコートする段階
Ｓ２００：コートされた添加剤を１液型ウレタンに含浸する段階
Ｓ３００：１液型ウレタンをポリウレタン樹脂と混合して生分解性ポリウレタンを製造する段階
Ｓ４００：生分解性ポリウレタンを用いてポリウレタン生分解性プラスチックを製造する段階
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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