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DE1407402B - Fadenstrang für die Herstellung von Tabakrauchfilterelementen - Google Patents

Fadenstrang für die Herstellung von Tabakrauchfilterelementen

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Publication number
DE1407402B
DE1407402B DE19581407402D DE1407402DA DE1407402B DE 1407402 B DE1407402 B DE 1407402B DE 19581407402 D DE19581407402 D DE 19581407402D DE 1407402D A DE1407402D A DE 1407402DA DE 1407402 B DE1407402 B DE 1407402B
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DE
Germany
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lubricant
threads
thread
strand
sorbitan
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19581407402D
Other languages
English (en)
Inventor
Robert Thomas; Stevens Joel Bartlett; Kingsport Tenn.; Crawford (V.St.A.)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eastman Kodak Co
Original Assignee
Eastman Kodak Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eastman Kodak Co filed Critical Eastman Kodak Co
Publication of DE1407402B publication Critical patent/DE1407402B/de
Pending legal-status Critical Current

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Description

Die Erfindung betrifft einen Fadenstrang für die Herstellung von Tabakrauchfilterelementen mit einem Gehalt an einem Schmier- oder Gleitmittel und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Stranges.
Bei der Herstellung von Tabakrauchfilterelementen geht man bekanntlich von zu Ballen verpackten endlosen Fadensträngen oder Fadenkabeln aus, die aus einer Vielzahl endloser, gekräuselter Einzelfäden bestehen. Im allgemeinen verwendet man Fadenstränge eines Gesamttiters von 80 000 bis 250 000 Denier, wobei die einzelnen Fäden einen Einzeltiter von 1,3 bis 16 aufweisen. Pro Zentimeter weisen die Fäden durchschnittlich etwa 1,6 bis 7,2 Kräuselungen auf. Die von den Ballen abgezogenen Fadenstränge werden vor ihrer Verformung zu Filterelementen zunächst aufgebauscht oder aufgelockert sowie ausgebreitet und in diesem Zustand mit einem Weichmacher oder Bindemittel besprüht. Hierdurch werden die einzelnen Fäden bei der sich anschließenden Verformung aneinandergebunden und steif gemacht.
Die Wirksamkeit der Filterelemente hängt sehr von der Qualität der zur Herstellung der Elemente verwendeten Fadenstränge ab, und zwar insbesondere von der Gleichmäßigkeit der Kräuselung und der Leichtigkeit, mit der sich die Stränge vor dem Aufbringen des Weichmachers oder Bindemittels aufbauschen und ausbreiten lassen. Besonders nachteilig wirken sich Abschnitte schwächerer oder ganz fehlender Kräuselung und Abschnitte miteinander verfilzter Fäden aus.
Zur Herstellung von Tabakrauchfilterelementen als besonders geeignet haben sich Fadenstränge aus Celluloseacetat erwiesen. Die Herstellung derartiger Fadenstränge erfolgt in bekannter Weise durch Verspinnen von Celluloseacetatlösungen nach dem Trockenspinnverfahren. Nach Entfernen des Lösungsmittels werden die gesponnenen Fäden um eine sogenannte Godet-Rolle geführt, worauf die von mehreren Godet-Rollen abgezogenen Teilstränge zusammengefaßt und einer Kräuselungsvorrichtung zugeführt werden. Vor oder nach der Godet-Rolle werden die gesponnenen Fäden mit einem Schmier- oder Gleitmittel behandelt. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, die gesponnenen Fäden, bevor sie um die Godet-Rolle geführt werden, über eine rotierende, in einen das Schmier- oder Gleitmittel enthaltenden Trog eintauchende zylindrische Benetzungsrolle zu führen. Die durch die Benetzungsrolle auf die Fäden aufgetragene Menge an Schmier- oder Gleitmittel läßt sich leicht durch den Kontaktwinkel und die Umlaufgeschwindigkeit der Rolle steuern. Bei einem anderen bekannten Verfahren nehmen die Fäden das Schmier- oder Gleitmittel über einen Docht auf, über den die Fäden geführt werden und der von einem Vorratsgefäß gespeist wird. Das Aufbringen eines Schmier- oder Gleitmittels ist für die Verarbeitbarkeit der Fadenstränge von entscheidender Bedeutung.
Mit keinem Schmier- oder Gleitmittel behandelte Fadenstränge lassen sich, insbesondere infolge Auftretens statischer Elektrizität, überhaupt nicht oder nur unter größten Schwierigkeiten verarbeiten.
Bei den bekannten Verfahren zur Herstellung von Fadensträngen für Tabakrauchfilterelemente verwendet man als Schmier- oder Gleitmittel die verschiedensten Mineralöle, gegebenenfalls in Form wäßriger Emulsionen oder gemeinsam mit einem flüchtigen Verdünnungsmittel.
Es wurde nun überraschend gefunden, daß man die Qualität von für die Herstellung von Tabakrauchfilterelementen bestimmten Fadensträngen gegenüber den bisher bekannten Fadensträngen wesentlich dadurch verbessern kann, daß man zur Herstellung der Fadenstränge ein Schmier- oder Gleitmittel verwendet, das ein Sorbitanderivat enthält.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Fadenstrang für die Herstellung von Tabakrauchfilterelementen mit einem Gehalt an einem Schmier- oder Gleitmittel, dadurch gekennzeichnet, daß der Strang ein Schmier- oder Gleitmittel mit einem Sorbitanderivat
ίο enthält.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren
■ zur Herstellung'eines Fadenstranges für die Erzeugung von" Tabäkraüchfilterelementen, bei dem man auf nach dem Trockenspinnverfahren gesponnene Fäden, insbesondere aus Celluloseacetat, ein Schmier- oder Gleitmittel aufbringt, aus den Fäden ein Band bildet und dieses in einer Stoffbuchsenkräuselungsvorrichtung kräuselt, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man auf die Fäden ein Schmier- oder Gleitmittel aufbringt,
ao das mindestens ein Sorbitanderivat enthält.
Zweckmäßig arbeitet man beim Verfahren der Erfindung mit wäßrigen Emulsionen.
Vorzugsweise .bringtman auf die Fäden ein Schmier- oder Gleitmittel auf, das aus Mineralöl mit einem Gehalt an mindestens 5°/0 Sorbitanderivat besteht. Vorzugsweise beträgt ferner die auf die Fäden aufgebrachte Menge an- Schmier- oder Gleitmittel 0,1 bis 3,0 Gewichtsprozent.
Von den Sorbitanderivaten werden vorzugsweise zwar die Laurate verwendet, doch können auch Derivate anderer langkettiger Säuren, wie z. B. Polyoxyäthylensorbitanmonooleat, Polyoxyäthylensorbitantristearat und Sorbitanmonopalmitat, verwendet werden. Besonders geeignete Laurate sind: Sorbitanmonolaurat und Polyoxyäthylensorbitanmonolaurate.
Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung von ternären Gemischen aus (A) einem Mineralöl, (B) Sorbitanmonolaurat und (C) Polyoxyäthylensorbitanmonolaurat erwiesen. Derartige ternäre Gemische bestehen zweckmäßig zu, 50 bis 90 Gewichtsprozent aus der Komponente (A), zu 25 bis 5 Gewichtsprozent aus der Komponente (B) und zu 25 bis 5 Gewichtsprozent aus der Komponente (C). Als besonders vorteilhaft hat sich ein ternäres Gemisch erwiesen, das zu 70 bis 75 Gewichtsprozent aus der Komponente (A), zu 12 bis 17 Gewichtsprozent aus der Komponente (B) und zu 10 bis 15 Gewichtsprozent aus der Komponente (C) besteht.
Als besonders vorteilhaft hat sich ferner ein Gemisch aus Sorbitanmonopalmitat und einem Polyoxyäthylenderivat des Rizinusöles erwiesen.
Die Fäden der Stränge bestehen vorzugsweise aus weichmacherfreiem, jedoch plastifizierbarem Celluloseacetat mit einem Acetylgruppengehalt von etwa 38 bis 41%. Der Acetylgruppengehalt. kann jedoch auch höher sein und etwa 44 °/0 betragen.
Die Herstellung eines Fadenstranges nach der Erfindung erfolgt zweckmäßig in folgender Weise: Zunächst wird eine Spinnlösung von Celluloseacetat mit einem Acetylgruppengehalt von 38 bis 41 °/0 in Aceton oder einem anderen Lösungsmittel hergestellt. Die Lösungen können dann z. B. nach den aus den USA.-Patentschriften 2 000 047 und 2 000 048 bekannten Verfahren versponnen werden, d. h., die Fäden können runde, kleeblattförmige oder auch Y-förmige Querschnitte haben. Vorzugsweise werden Düsen mit Düsenöffnungen von 0,030 bis 0,045 mm Durchmesser verwendet. Bei Verwendung von Aceton
als Lösungsmittel kann die Lösung z. B. bei 55° C und einem Verzugsverhältnis von weniger als 1,8 versponnen werden. :: ·■■'; " Unmittelbar nachdem die Fäden die Spinnkammern verlassen haben und bevor sie um die Godet-Rollen gewickelt werden, erfolgt das Auftragen des Schmier- ' und Gleitmittels', wozu man sich üblicher Methoden 'und Vorrichtungen bedient. . " [ .. ' Vorzugsweise werden aus einer Düse Fäden mit einem Gesamttiter von 1000 bis 5000 Denier ge- ίο spönnen, so daß bei der Herstellung von Fadensträngen · :" 'mit einem Gesamttiter von 20 000 bis 100 000 Denier 'die Fäden mehrerer Düsen zusammengefaßt werden müssen. Der Titer der einzelnen Fäden kann 0,6 bis 1.6 Denier betragen.
Als besonders vorteilhaft haben sich.Stränge eines Gesamttiters von 20 000 bis 70 000 und,eines Einzel- ; titers von höchstens 5, vorzugsweise 2 bis 3 erwiesen.—■■■■»
Die von den Godet-Rollen abgezogenen und zusammengefaßten Fäden werden anschließend einer der üblichen und bekannten Stoffbuchsenkräuselungsvorrichtungen zugeführt. Der in der Vorrichtung erzeugte Kräuselungsgrad soll mehr ■ als 1*6, vprzugsweise-rnehr als etwa 4 Kräuselungen pro Zentimeter entsprechen. ; Gegebenenfalls kann zwischen Godet-Rolle und Krauselungsvorrichtung zusätzliches Schmier- oder Gleitmittel auf die Fäden aufgebracht werden.
Ein Maß für die Wirksamkeit eines Schmier- oder Gleitmittels ist das Verhältnis von kinetischer Rei- ;bung zu dynamischer Reibung zwischen den Fäden des Fadenstranges und den Oberflächen der Stoffbuchsenkräuselungsvorrichtung. Je höher das Verhältnis ist, um so ungünstiger ist die Wirksamkeit des Schmiermittels. Eine Methode zur Bestimmung des Verhältnisses von kinetischer Reibung zu. dynamischer Reibung zwischen den Fäden eines Fadenstranges und den Oberflächen einer Stoffbuchsenkräuselungsvor- '■ richtung, die unter der -Bezeichnung »Stick-Slip- ; Methode« bekanntgeworden ist, wird ausführlich in : der Zeitschrift »Textile Research Journal«, Bd. XXII, Nr. 9, 1953, S. 647 bis 657, beschrieben. :
Die überraschenden vorteilhaften Effekte, die die Sorbitanderivate ausüben, geben sich somit auch dadurch zu erkennen, daß bei Durchführung des Testes mit mit Sorbitanderivaten behandelten Fadensträngen geringe Verhältniswerte erhalten werden, wie später noch gezeigt werden wird.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher veranschaulichen.
B ei spi el 1
; Nach dem in der USA.-Patentschrift 2 829 027 beschriebenen Verfahren wurde ein Fadenstrang aus Celluloseacetatfäden mit Y-förmigem Querschnitt mit einem Gesamttiter von 68 000 Denier hergestellt. Der erhaltene Fadenstrang wurde über eine Auftragswalze geführt, die in ein Schmiermittelbad, bestehend aus einer 10°/0igen wäßrigen Emulsion einer Mischung aus 60°/o Sorbitanmonopalmitat und 40 °/0 eines Polyoxyäthylenderivates von Rizinusöl, tauchte. Auf den Fadenstrang wurden dabei 0,5 Gewichtsprozent, bezogen auf das nicht wäßrige Schmiermittel, aufgebracht. Der Fadenstrang wurde dann in bekannter Weise in einer Stoffbuchsenkräuselungsyorrichtung gekräuselt. Der Kräuselungsgrad entsprach 3,2 Kräuselungen pro Zentimeter. Der gekräuselte Fadenstrang wurde dann in bekannter Weise nach dem in der USA.-Patentschrift 2 794 239 beschriebenen, Verfahren zu Zigarettenfiltern verarbeitet. ■ ■ -.· · ■
Die Filter erwiesen sich als solchen Filtern überlegen, die aus Fadensträngen hergestellt wurden, zii deren Herstellung als Schmiermittel. an Stelle des Sorbitanmonopalmitates und des Rizinusölderiyates Mineralöl verwendet würde. '
Beispiele
,Das im Beispiel 1 beschriebene Verfahren wurde wiederholt, mit der Ausnahme jedoch, daß diesmal als Schmiermittel eine 10°/0ige wäßrige Emulsion eines Gemisches aus 70°/0 Mineralöl, 17°/0 Sorbitanmonölaurat" und 13 °/0 Polyoxyäthylensorbitänmoholäurat verwendet wurde. Beim Kräuseln,übte.das.,auf den Strang aufgebrachte Wasser einen antistatischen und weichmachenden Effekt aus, wodurch eine gleichförmige Kräuselung erleichtert wurde. Zur Erzielungeines Kräuselungsgrades von 3,2 Kräuselungen· pro Zentimeter war ein geringerer Stoff buchsendruck erforderlich als bei der Verarbeitung eines unter. Verwendung von Mineralöl allein hergestellten Fadenstranges. Auch war die Kräuselung bedeutend gleichmäßiger als: bei Verarbeitung eines Fadenstranges, auf den Mineralöl allein aufgebracht wurde. Auf Grund des höheren Feuchtigkeitsgehaltes des Stranges zum Zeitpunkt der Kräuselung lassen sich feste kompakte, gekräuselte Stränge herstellen, die sich ohne Schwierigkeiten zu kompakten Ballen verpacken lassen. : — ■
Beim Verarbeiten der Ballen zu Filtern, d. h. beira Abziehen des Fadenstranges aus dem Ballen, lassen sich die Stränge leicht abziehen; wodurch die Herstellung gleichförmiger Filterstäbe gefordert wird. Die Monolaurate vermindern insbesondere die Reibung der Fäden untereinander und fördern die Ausbildung stark aufgebauschter Filter. ;
Beispiels ' : :.:;;;;/: ■■;
Nach dem in den USA.-Pateritschriften -2 000 047 und 2 000 048 beschriebenen Verfahren wurden Celluloseacetatfäden mit einem kleeblattföfmigen" Querschnitt gesponnen. Die von den Spinnkammern abgezogenen Fadenbündel wurden, bevor sie.um Godet-Rollen geführt wurden, über Auftragswalzen geführt. Die Auftragswalzen rotierten in.einer 4°/0igen wäßrigen Emulsion aus einer Mischung von <75°/0 Mineralöl mit einer Viskosität von 85 bis 95 SSU, 12,5 °/„ Sörbitanmönolaurat und 12,5 °/„ Polyoxyäthylensorbitanmonolaurat. Die wäßrige Emulsion wurde in einer solchen Menge aufgebracht, daß der Fadenstrang 0,35 °/0 der nichtwäßrigen Komponenten enthielt. Der Einzeltiter der die Spinnkammern verlassenden Fäden betrug 2. Der Gesamttiter des hergestellten Fadenstranges betrug 64000. . ' ...
Der Strang wurde dann wie beschrieben gekräuselt. Es wurde ein hervorragend gleichförmig gekräuselter kompakter Strang erhalten; der sich ausgezeichnet zu Ballen verpacken ließ. Es wurden Ballen hoher Dichte erhalten. Bei der Verarbeitung der Ballen,zu Zigarettenfiltern ergab sich, daß sich die kompakten Stränge glatt aus den Ballen herausziehen ließen. Die geringere Reibung zwischen den einzelnen Fäden, die auf die Verwendung der Laurate zurückzuführen ist, führte bei der Filterherstellüng zu einer besseren Öffnung des Stranges, so daß praktisch keine einzelnen Fadenbündel im Strang verblieben. Auf Grund der guten Öffnung des Stranges wiederum läßt sich auf diesen sehr gleichmäßig ein Weichmacher aufbringen. In-
folge der gleichmäßigen Aufbringung des Weichmachers und des Fehlens kräuselungsfreier Zonen sind die Filter gleichförmig fest. Die Filterstäbe besitzen einen glatten einfachen Schnitt. Laboratoriumsversuche zeigten eine verbesserte Gleichmäßigkeit des Gewichtes, des Umfanges und des Druckabfalls.
Beispiel 4
Ausgehend von einer Spinnlösung aus 27,0 % Celluloseester, 0,15 °/0 Titandioxyd, 1,55 °/0 Wasser und 71,3 % Aceton und einer Spinndüse mit 600 öffnungen von 0,04 mm Durchmesser, wurde ein Fadenstrang aus
IO 600 Einzelfäden mit einem Einzeltiter von 2,5 Denier hergestellt.Der Fadenstrang wurde mit einer 10°/„igen wäßrigen Emulsion aus 65 % farblosem Mineralöl (Viskosität 125 SSU bei etwa 38° C), 20% Sorbitanmonooleat und 15%Polyoxyäthylensorbitanmonooleat behandelt. ...">.
Mehrere behandelte Stränge wurden dann zu einem Strang mit einem Gesamttiter von 90 000 Denier zusammengefacht. Dieser Strang wurde dann gekräuselt und zu Filterelementen verarbeitet. Die verbesserte Verarbeitbarkeit der Stränge gegenüber solchen, die unter Verwendung von Mineralöl hergestellt wurden, .ergibt sich aus der folgenden Tabelle:
Schmiermittel:
Mineralöl
Schmiermittel:
Emulsion des Beispiels
Verarbeitungsfestigkeit
Bandbildung
Überkreuzungsstellen .
Ausbreitung .....
Kräuselung..........
befriedigend
gut
wenige
gut
wechselnder Kräuselungsgrad
gut ··■■■■■■·.
gut
ganz wenige
ausgezeichnet
geringe Schwankung des
Kräuselungsgrädes
..'...... . , ' . . Bei sp i e 1 5
; Nach dem Trockenspinnverfahren wurden, ausgehend von einer hochviskosen Lösung von Celluloseacetat in Aceton, mehrere Fadenstränge hergestellt. Nach dem Spinnen wurden auf die Fäden etwa 0,5 % eines Schmiermittels aus ungefähr 75 % Mineralöl und
3° je etwa 12,5 % Sorbitanmonolaurat und· Polyoxyäthylensorbitanmonolaurat aufgetragen.
Die Stränge wurden diesmal stärker als zuvor beschrieben gekräuselt, so daß auf 1 cm 6,4 Kräuselungen entfielen. Die Stränge wurden dann zu Filterelementen verarbeitet. Es wurden folgende Ergebnisse erhalten:
Einzeldenier
Gesamtdenier
Viskosität der Textilfaden
Spinnviskosität bei 55° C in Poise
Düsenöffnungen, Durchmesser in mm
Druckabfall im Filter
.% der entzogenen Teerbestandteile ..
2,1 44 400 1,2 0,6
110 31000 28 000
350 bis 400 200 1000
0,04 350 bis 400 350 bis 400
1,8 0,035 0,03
35 1,8 1,8
40 43
'; Der Prozentsatz. der entzogenen Teerbestandteile wurde unter Verwendung von Zigaretten ermittelt, die aus einem 70 mm langen tabakgefüllten und einem 15 mm langen Filterelement bestanden, verglichen mit 85 mm langen filterlosen Zigaretten. Die Filterzigaretten sowie die Vergleichszigaretten wurden unter Verwendung bekannter Vorrichtungen und Verfahren auf die gleiche Stummellänge abgeraucht.
Aus den erhaltenen Ergebnissen ergibt sich, daß besonders vorteilhafte Stränge bei einem Kräuselungsgrad von etwa 6,4 solche mit einem Einzeltiter von weniger als 3 Denier und einem Gesamttiter von 30 000 bis 50 000 Denier sind.
Beispiele
Ein Maß für die Wirksamkeit eines Schmiermittels ist, worauf bereits hingewiesen wurde, das nach der sogenannten Stick-Slip-Methode bestimmbare Verhältnis von der kinetischen zur dynamischen Reibung zwischen den Fäden eines Fadenstranges und den Oberflächen der Wandungen einer Stoff buchsenkräuselungsvorrichtung.
Unter Einhaltung der im Textile Research Journal, 6g Bd. XXII, Nr. 9, 1953, S. 647 bis 657, beschriebenen Versuchsbedingungen wurden die Verhältnisse unter Verwendung von Fadensträngen eines Titers von 150 Denier bestimmt. Dem Test wurden Fadenstränge unterworfen, bei deren Herstellung als Schmiermittel einmal nur Mineralöl und zum anderen eine Emulsion aus 70°/0 Mineralöl, 17% Sorbitanmonolaurat und 13 % Polyoxyäthylensorbitanmonolaurat verwendet wurden. Bei der Fadenstranggeschwindigkeit von 63,4 cm pro Minute wurden bei Verarbeitung des nur mit Mineralöl behandelten Fadenstranges ein Wert von 50 und bei Verarbeitung des erfindungsgemäß behandelten Stranges ein Wert von 32 erhalten. Dies entspricht einer Verminderung der Reibung um 36%.

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Fadenstrang für die Herstellung von Tabakrauchfilterelementen mit einem Gehalt an einem Schmier- oder Gleitmittel, dadurch gekennzeichnet, daß der Strang ein Schmier- oder Gleitmittel mit einem Sorbitanderivat enthält.
2. Verfahren zur Herstellung eines Fadenstranges für die Erzeugung von Tabakrauchfilterelementen nach Anspruch 1, bei dem man auf nach dem Trockenspinnverfahren gesponnene Fäden, insbesondere aus Celluloseacetat, ein Schmier- oder Gleitmittel. aufbringt, aus den Fäden ein Band bildet und dieses in einer Stoffbuchsenkräuse-
ι 4U/ 402
lungsvorrichtung kräuselt, dadurch gekennzeichnet, daß man auf die Fäden ein Schmier- oder Gleitmittel aufbringt, das mindestens ein Sorbitanderivat enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man auf die Fäden ein Schmier- oder Gleitmittel aufbringt, das aus Mineralöl mit einem Gehalt an mindestens 5 °/0 Sorbitanderivat besteht.
4. Verfahren nach Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß man auf die Fäden ein Schmier- oder Gleitmittel aus Sorbitanmono-
palmitat und einem Polyoxyäthylenderivat des Rizinusöles aufbringt.
5. Verfahren nach Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß man auf die Fäden ein Schmier- oder Gleitmittel aus Mineralöl, Sorbitanmonolaurat und Polyoxyäthylensorbitanmonolaurat aufbringt.
6. Verfahren nach Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man auf die Fäden 0,1 bis 3 Gewichtsprozent des Schmier- oder Gleitmittels aufbringt. .
909536/168
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