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JP2015067651A - 保冷具 - Google Patents

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Abstract

【課題】凝固時の体積膨張が抑制され、対象物を長時間保冷できる新規の保冷用組成物を備えた保冷具の提供。
【解決手段】共晶点が−20℃以下である塩化ナトリウム以外の無機化合物、及び水を含有し、前記無機化合物の含有量が0.3〜7質量%である保冷用組成物を備えたことを特徴とする保冷具。
【選択図】なし

Description

本発明は、新規の保冷用組成物を備えた保冷具に関する。
保冷具は、各種生鮮物の保管時や輸送時の保冷に幅広く利用されており、通常は、繰り返して利用される。このような保冷具は、保冷作用を有する保冷用組成物を備え、熱伝導性を有する容器中にこの保冷用組成物が封入されて、構成される。
従来の保冷用組成物としては、水等の溶媒を主成分として含有し、その他に塩を含有するものが汎用されている。しかし、このような保冷用組成物には、凝固時に体積が大きく膨張するものがあり、この場合、容器が変形することで、保冷具の収納に支障が生じたり、持ち運び時に把持し難いことで落下させ易いという問題点があった。さらに、最悪の場合、保冷用組成物の膨張時の圧力に抗しきれず、容器が破損してしまうという問題点があった。
これに対して、保冷用組成物の体積膨張を許容し得る余剰空間を予め容器内に設けた保冷具が提案されている(特許文献1参照)。
特開2003−171657号公報
しかし、特許文献1に記載の保冷具は、余剰空間を設けた分、保冷用組成物の封入量が少ないため、保冷時間が短縮してしまうという問題点があった。また、保冷用組成物は目的とする保冷温度域にあわせて組成が適宜調節されるが、組成が異なると体積膨張の程度(体積膨張率)に差が生じるため、それにあわせて必要とされる余剰空間の大きさも異なり、一つの容器を種々の保冷温度域で用いるのが困難であるという問題点があった。そこで、凝固時の体積膨張が抑制され、対象物を所望の温度で長時間保冷できる新規の保冷用組成物が望まれていた。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、凝固時の体積膨張が抑制され、対象物を長時間保冷できる新規の保冷用組成物を備えた保冷具を提供することを課題とする。
上記課題を解決するため、本発明は、共晶点が−20℃以下である塩化ナトリウム以外の無機化合物、及び水を含有し、前記無機化合物の含有量が0.3〜7質量%である保冷用組成物を備えたことを特徴とする保冷具を提供する。
本発明の保冷具においては、前記無機化合物が塩化カルシウム、塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム、硝酸カルシウム、炭酸カリウム、亜硝酸カリウム、ヨウ化カリウム、臭化ナトリウム、ヨウ化ナトリウム、塩化亜鉛、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムからなる群から選択される一種以上であることが好ましい。
本発明によれば、凝固時の体積膨張が抑制され、対象物を長時間保冷できる新規の保冷用組成物を備えた保冷具が提供される。
本発明に係る保冷具は、共晶点が−20℃以下である塩化ナトリウム以外の無機化合物、及び水を含有し、前記無機化合物の含有量が0.3〜7質量%である保冷用組成物を備えたことを特徴とする。
前記保冷用組成物において、無機化合物を膨張抑制剤として用い、その含有量を所定の範囲に規定することで、前記保冷用組成物は凝固時の体積膨張が抑制され、目的とする保冷温度を長時間安定して維持できるものとなる。そして、かかる保冷用組成物を備えた保冷具は、保冷用組成物の凝固時における変形が抑制され、収納時や持ち運び時の取り扱い性に優れ、破損も防止される。
本明細書において「共晶点」とは、化合物が溶媒(水)に飽和濃度で溶解している溶液の凝固点を意味する。
前記保冷用組成物は、水を保冷剤の主たる成分とするものである。
保冷用組成物が凝固(凍結)する温度は、主に前記無機化合物の種類及び含有量により決定される。
前記無機化合物は、膨張抑制剤として機能するものであり、共晶点が−20℃以下である塩化ナトリウム以外のものであれば、特に限定されないが、親水性無機化合物であることが好ましく、水へ溶解したときにイオンに解離するイオン性無機化合物であることがより好ましい。そして、前記前記無機化合物は、20℃の水に対する溶解度が40g/100mL以上である(20℃の100mLの水に対して40g/以上が溶解する)ものが好ましく、50g/100mL以上であるものがより好ましい。また、前記無機化合物は、水和物及び非水和物のいずれでもよい。
前記無機化合物は、無機塩又は水酸化物であることが好ましい。
前記無機塩を構成するカチオン(金属イオン)としては、リチウムイオン(Li)、ナトリウムイオン(Na)、カリウムイオン(K)等のアルカリ金属のイオン;マグネシウムイオン(Mg2+)、カルシウムイオン(Ca2+)等のアルカリ土類金属のイオン;鉄イオン(Fe3+、Fe2+)、銅イオン(Cu2+、Cu)等の遷移金属のイオン;亜鉛イオン(Zn2+)、アルミニウムイオン(Al3+)等の第12族又は第13族の金属のイオン等が例示できる。
前記無機塩を構成するアニオンとしては、塩化物イオン(Cl)、臭化物イオン(Br)、ヨウ化物イオン(I)等のハロゲンイオン;硫酸イオン(SO 2−);硝酸イオン(NO );炭酸イオン(CO 2−);炭酸水素イオン(HCO );硫酸水素イオン(HSO );リン酸イオン(PO 3−);リン酸水素イオン(HPO 2−);リン酸二水素イオン(HPO );亜硫酸イオン(SO 2−);チオ硫酸イオン(S 2−);亜硝酸イオン(NO )等が例示できる。
前記無機塩で好ましいものを、その共晶点と共に例示すると、塩化カルシウム(−55.0℃)、塩化マグネシウム(−33.6℃)、塩化亜鉛(−62.0℃)等の塩化物;臭化ナトリウム(−28.0℃)等の臭化物;ヨウ化カリウム(−23.0℃)、ヨウ化ナトリウム(−31.5℃)等のヨウ化物;硝酸マグネシウム(−32.9℃)、硝酸カルシウム等の硝酸塩;炭酸カリウム(−36.8℃)等の炭酸塩;亜硝酸カリウム(−22.5℃)等の亜硝酸塩等となる。
前記水酸化物で好ましいものを、その共晶点と共に例示すると、水酸化ナトリウム(−28.0℃)、水酸化カリウム(−65.0℃)等のアルカリ金属水酸化物等となる。
前記無機化合物は、一種を単独で用いてもよいし、二種以上を併用してもよく、二種以上を併用する場合、それらの組み合わせ及び比率は任意に選択できる。
前記無機化合物は、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム、硝酸カルシウム、炭酸カリウム、亜硝酸カリウム、ヨウ化カリウム、臭化ナトリウム、ヨウ化ナトリウム、塩化亜鉛、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムからなる群から選択される一種以上であることが好ましい。
前記保冷用組成物の前記無機化合物の含有量は0.3〜7質量%であり、0.4〜6.5質量%であることが好ましく、0.4〜6質量%であることがより好ましく、0.45〜5.5質量%であることが特に好ましい。
前記無機化合物の含有量が前記下限値以上であることで、保冷用組成物は凝固時の体積膨張の抑制効果が高くなり、前記無機化合物の含有量が前記上限値以下であることで、保冷用組成物は目的とする保冷温度を長時間安定して維持する保冷効果が高くなる。
前記保冷用組成物は、前記無機化合物及び水以外に、本発明の効果を損なわない範囲内において、これらに該当しない任意成分を含有していてもよい。前記任意成分としては、染料;増粘剤、防腐剤等の公知の各種添加剤;前記染料及び添加剤に該当しない、共晶点が−20℃よりも高い無機化合物;前記染料及び添加剤に該当しない有機化合物;塩化ナトリウム(共晶点−21.2℃);水以外の溶媒等が例示できる。
任意成分は一種を単独で用いてもよいし、二種以上を併用してもよく、二種以上を併用する場合、それらの組み合わせ及び比率は任意に選択できる。
前記染料としては、アゾ染料、アントラキノン染料、インジゴイド染料、ナフトール染料、硫化染料、トリフェニルメタン染料、ピラゾロン染料、スチルベン染料、ジフェニルメタン染料、キサンテン染料、アリザリン染料、アクリジン染料、キノンイミン染料(アジン染料、オキサジン染料、チアジン染料)、チアゾール染料、メチン染料、ニトロ染料、ニトロソ染料、シアニン色素、タール色素等が例示できる。
前記増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース(CMC)、グアーガム、ヒドロキシプロピルグアーガム、ペクチン、キサンタンガム、タマリンドガム、カラギーナン、プロピレングリコール等が例示できる。
前記防腐剤としては、食品保存料、酸化防止剤が例示でき、ナトリウムピリチオン、パラベン(パラオキシ安息香酸エステル)、プロタミン、有機窒素硫黄系化合物等が例示できる。
前記染料及び添加剤に該当しない、共晶点が−20℃よりも高い無機化合物は、このような条件を満たすものであれば特に限定されず、無機塩であれば、上記の共晶点が−20℃以下である無機化合物の場合と同様のカチオン(金属イオン)又はアニオンで構成されるものが例示できる。
共晶点が−20℃よりも高い前記無機化合物で好ましいものを、その共晶点と共に例示すると、硫酸ナトリウム(−2.0℃)、硫酸カリウム(−1.0℃)、硫酸アンモニウム(−18.3℃)等の硫酸塩;硝酸ナトリウム(−18.0℃)、硝酸アンモニウム(−17.0℃)等の硝酸塩;塩化カリウム(−10.9℃)、塩化アンモニウム(−15.6℃)等の塩化物等となる。
前記染料及び添加剤に該当しない有機化合物で好ましいものを、その共晶点と共に例示すると、尿素(−12.0℃)等となる。
前記任意成分のうち、前記染料及び添加剤に該当しない、前記無機化合物又は有機化合物、あるいは塩化ナトリウムを併用することにより、保冷温度を目的とする範囲に設定するための、保冷用組成物の融点調整を容易に行うことができる。また、保冷用組成物は目的とする保冷温度をより長時間安定して維持できる。このように、前記無機化合物、有機化合物及び塩化ナトリウムは、前記任意成分の中でも特に好適なものである。
なお、本明細書において、「無機化合物」とは、特に断りのない限り、膨張抑制剤として用いる「共晶点が−20℃以下である塩化ナトリウム以外の無機化合物」を意味するものとする。
前記保冷用組成物において、前記無機化合物(膨張抑制剤)と、水以外の溶媒に該当しない前記任意成分(染料;添加剤;前記染料及び添加剤に該当しない、共晶点が−20℃よりも高い無機化合物;前記染料及び添加剤に該当しない有機化合物;塩化ナトリウム等)との総含有量に対する、水以外の溶媒に該当しない前記任意成分の含有量の割合は、95質量%以下であることが好ましく、92質量%以下であることがより好ましい。前記任意成分の前記含有量がこのような範囲であることで、保冷用組成物は凝固時の体積膨張の抑制効果と、目的とする保冷温度を長時間安定して維持する保冷効果とがより高くなる。
水以外の溶媒は、親水性のものが好ましく、エタノール、2−プロパノール等のアルコールが好ましい。
前記保冷用組成物において、水及び水以外の溶媒の総含有量に対する、水以外の溶媒の含有量の割合は、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。水以外の溶媒の前記含有量がこのような範囲であることで、保冷用組成物は凝固時の体積膨張の抑制効果と、目的とする保冷温度を長時間安定して維持する保冷効果とがより高くなる。
前記保冷用組成物において、前記無機化合物の共晶点の絶対値と、保冷用組成物の凝固点の絶対値との差([前記無機化合物の共晶点の絶対値]−[保冷用組成物の凝固点の絶対値])は、15以上であることが好ましい。このような保冷用組成物は、目的とする保冷温度を長時間安定して維持する保冷効果がより高くなる。
前記保冷用組成物は、これを構成するための各配合成分を添加及び混合することで製造できる。
配合成分の添加方法及び混合方法は特に限定されず、保冷用組成物の凍結(凝固)温度よりも高い温度において、各配合成分が均一に溶解又は分散するように、任意に調節できる。
各成分の配合時には、すべての成分を添加してからこれらを混合してもよいし、一部の成分を順次添加しながら混合してもよく、すべての成分を順次添加しながら混合してもよい。
混合方法としては、撹拌子又は撹拌翼等を回転させて混合する方法、ミキサーを使用して混合する方法、超音波を加えて混合する方法等が例示できる。
配合時の温度は、各配合成分が劣化しない限り特に限定されず、例えば、15〜30℃とすることができる。
前記保冷用組成物は、含有成分がすべて溶解していてもよいし、一部の成分が溶解せずに分散した状態であってもよく、溶解していない成分は均一に分散していることが好ましい。
前記保冷用組成物は、共晶点が−20℃以下である無機化合物を用いることにより、例えば、−25〜−20℃で凝固させて保存するのに適している。
前記保冷用組成物は、一部凝固していない部分(未凍結部分)を有するように、凝固させることが可能なものが好ましい。このような保冷用組成物は、凝固時の体積膨張を抑制する効果に特に優れる。
本発明に係る保冷具は、前記保冷用組成物を備えたものであり、例えば、液状物を封入可能な容器等の保持手段によって、保冷用組成物を保持することで構成される。
前記保持手段の材質は、保持された保冷用組成物を視認可能な程度に透明性を有するものが好ましく、具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン;ポリアミド;ポリエステル等の合成樹脂が例示できる。これらの中でも、耐低温脆性、耐水性及び耐薬品性等に優れる点から、ポリオレフィンが好ましく、成形が容易で、高い強度を有する高密度ポリエチレンがより好ましい。
前記保冷具は、前記保冷用組成物の凝固時の体積膨張が抑制されるので、所望の形状及び大きさの保持手段を任意に選択して構成できる。
保冷用組成物は、通常、凝固時に体積が最も膨張する。本発明において、保冷用組成物の凝固時の体積膨張が抑制される理由は定かではないが、上述のように、無機化合物として特定のものを選択し、その含有量を特定の範囲に限定することで、保冷用組成物はその凝固時の体積膨張が抑制されるのに加え、目的とする保冷温度を長時間安定して維持する保冷効果も高くなる。
本発明に係る保冷具は、保冷用組成物の凝固時での体積膨張の影響を許容(吸収)し得る程度の余剰空間(隙間)が生じないように、保冷用組成物が十分に封入された状態において、凝固時での所定箇所の膨張量の測定値から算出された膨張率を、30%以下とすることが可能である。ここで、保冷具の膨張量は、例えば、保冷用組成物が封入されてなる保冷具の二つの主面間等の対向する二面間の距離(例えば、保持手段が扁平状である場合にはその厚さ)を、同じ箇所で保冷用組成物の冷却前と保冷用組成物の凝固後とで測定し、凝固後の距離と冷却前の距離との差([保冷用組成物凝固後の保冷具の二面間の距離]−[保冷用組成物冷却前の保冷具の二面間の距離])を算出することで求められる。なお、本明細書においては、特に断りの無い限り「冷却前」とは、冷却を開始する前で常温(例えば、15〜30℃)にある段階を意味する。
また、本発明に係る保冷具は、保冷用組成物を凝固させた後に30℃で放置したときの、保冷温度を5℃以下で維持する時間(保冷用組成物自体の温度が5℃以下である時間、保冷時間)を、15時間以上とすることが可能である。
本発明に係る保冷具は、例えば、保冷温度を−5〜0℃付近で安定して維持するのに好適なものである。
以下、具体的実施例により、本発明についてより詳細に説明する。ただし、本発明は、以下に示す実施例に、何ら限定されるものではない。
[実施例1]
<保冷用組成物の製造>
表1に示すように、濃度が0.5質量%である塩化マグネシウム水溶液を調製し、保冷用組成物とした。
なお、表1中、「含有量(質量%)」とは、保冷用組成物における膨張抑制剤(塩化マグネシウム)の含有量(濃度)を意味する。また、表1には、保冷用組成物の凝固点(℃)もあわせて示している。これらは、以降の実施例及び比較例でも同様である。
<保冷具の製造>
容量が1000gの扁平状の容器中に、得られた保冷用組成物を封入して、保冷具とした。このとき、容器中には、保冷用組成物の封入操作に伴う、不可避の微小な隙間(保冷用組成物で満たされていない空間)が残存したが、この隙間は、以下の保冷用組成物の評価において、保冷具の膨張量への影響を無視できる程度の大きさであった。これは、以降の実施例及び比較例でも同じである。
<保冷用組成物の膨張抑制能の評価>
得られた保冷具(保冷用組成物)を冷凍庫内の所定箇所に置き、−25℃まで冷却してこの温度で24時間保存し、保冷用組成物が完全に凝固した後の保冷具(保冷用組成物)の膨張量を測定した。保冷具の膨張量は、保冷具の同じ箇所(厚さが最大となる箇所)において、保冷用組成物凝固後の保冷具の厚さと、冷却前の保冷具の厚さとの差([保冷用組成物凝固後の保冷具の厚さ]−[冷却前の保冷具の厚さ])から求めた。そして、この膨張量の値から、保冷用組成物凝固後の保冷具の膨張率([保冷具の膨張量]/[冷却前の保冷具の厚さ]×100)(%)を求めた。結果を表1に示す。
<保冷用組成物の保冷性能の評価>
上記で得られた保冷具(保冷用組成物)を、−25℃まで冷却してこの温度で5時間保存することにより、保冷用組成物を完全に凝固させた。次いで、温度調節を行っていない保冷箱内の所定箇所にこの保冷具を直ちに置き、次いで、この保冷具入り保冷箱を30℃の温度条件下において静置して、保冷箱内の雰囲気温度を5℃以下に維持できる時間(5℃以下での保冷時間)(分)を測定した。結果を表1に示す。
[実施例2]
表1に示すように、塩化マグネシウム水溶液の濃度を、0.5質量%に代えて2.5質量%とした点以外は、実施例1と同じ方法で保冷用組成物及び保冷具を製造し、保冷用組成物を評価した。結果を表1に示す。
[実施例3]
表1に示すように、塩化マグネシウム水溶液の濃度を、0.5質量%に代えて3質量%とした点以外は、実施例1と同じ方法で保冷用組成物及び保冷具を製造し、保冷用組成物を評価した。結果を表1に示す。
[実施例4]
表1に示すように、塩化マグネシウム水溶液の濃度を、0.5質量%に代えて5質量%とした点以外は、実施例1と同じ方法で保冷用組成物及び保冷具を製造し、保冷用組成物を評価した。結果を表1に示す。
[実施例5]
表1に示すように、濃度が2質量%である硝酸マグネシウム水溶液を調製し、保冷用組成物とした。そして、この保冷用組成物を用いた点以外は、実施例1と同じ方法で保冷具を製造し、保冷用組成物を評価した。結果を表1に示す。
[実施例6]
表1に示すように、硝酸マグネシウム水溶液の濃度を、2質量%に代えて5質量%とした点以外は、実施例5と同じ方法で保冷用組成物及び保冷具を製造し、保冷用組成物を評価した。結果を表1に示す。
[実施例7]
表1に示すように、濃度が2質量%である塩化カルシウム水溶液を調製し、保冷用組成物とした。そして、この保冷用組成物を用いた点以外は、実施例1と同じ方法で保冷具を製造し、保冷用組成物を評価した。結果を表1に示す。
[実施例8]
表1に示すように、塩化カルシウム水溶液の濃度を、2質量%に代えて5質量%とした点以外は、実施例7と同じ方法で保冷用組成物及び保冷具を製造し、保冷用組成物を評価した。結果を表1に示す。
[実施例9]
表1に示すように、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム及び塩化マグネシウムを含有し、硫酸ナトリウムの濃度が5質量%、硫酸カリウムの濃度が5質量%、塩化マグネシウムの濃度が1質量%である水溶液を調製して、保冷用組成物とした。そして、この保冷用組成物を用いた点以外は、実施例1と同じ方法で保冷具を製造し、保冷用組成物を評価した。結果を表1に示す。
[比較例1]
表2に示すように、保冷用組成物に代えて水を用いた点以外は、実施例1と同じ方法で保冷具を製造し、保冷剤としての水を評価した。結果を表2に示す。
[比較例2]
表2に示すように、塩化マグネシウム水溶液の濃度を、0.5質量%に代えて0.25質量%とした点以外は、実施例1と同じ方法で保冷用組成物及び保冷具を製造し、保冷用組成物を評価した。結果を表2に示す。
[比較例3]
表2に示すように、塩化マグネシウム水溶液の濃度を、0.5質量%に代えて8質量%とした点以外は、実施例1と同じ方法で保冷用組成物及び保冷具を製造し、保冷用組成物を評価した。結果を表2に示す。
[比較例4]
表2に示すように、濃度が2質量%である塩化カリウム水溶液を調製し、保冷用組成物とした。そして、この保冷用組成物を用いた点以外は、実施例1と同じ方法で保冷具を製造し、保冷用組成物を評価した。結果を表2に示す。
[比較例5]
表2に示すように、塩化カリウム水溶液の濃度を、2質量%に代えて5質量%とした点以外は、比較例4と同じ方法で保冷用組成物及び保冷具を製造し、保冷用組成物を評価した。結果を表2に示す。
[比較例6]
表2に示すように、硫酸ナトリウム及び硫酸カリウムを含有し、硫酸ナトリウムの濃度が5質量%、硫酸カリウムの濃度が5質量%である水溶液を調製して、保冷用組成物とした。そして、この保冷用組成物を用いた点以外は、実施例1と同じ方法で保冷具を製造し、保冷用組成物を評価した。結果を表2に示す。
なお、上記各実施例及び比較例においては、前記膨張率が30%以下である場合を膨張抑制能が合格と判定し、前記保冷時間が15時間以上である場合を保冷性能が合格と判定した。
Figure 2015067651
Figure 2015067651
上記結果から明らかなように、膨張抑制剤として共晶点が−20℃以下である無機塩を用い、その含有量が0.3〜7質量%の範囲内にある実施例1〜9の保冷用組成物は、凝固時の体積膨張が顕著に抑制され、且つ5℃以下での保冷時間が長く、膨張抑制能及び保冷性能のいずれにも優れていた。
これに対して、膨張抑制剤として、実施例1〜4と同じものを用いた比較例2及び3の保冷用組成物のうち、比較例2の保冷用組成物は、膨張抑制剤の含有量が少ないことにより膨張抑制能が劣り、比較例3の保冷用組成物は、膨張抑制剤の含有量が多いことにより保冷性能が劣っていた。
また、膨張抑制剤として共晶点が−20℃よりも高い無機塩のみを用いた比較例4及び5の保冷用組成物は、いずれも膨張抑制能が劣っていた。
また、膨張抑制剤として共晶点が−20℃よりも高い無機塩のみを二種併用した比較例6の保冷用組成物も、膨張抑制能が劣っていた。
膨張抑制剤を用いなかった比較例1の保冷剤も、膨張抑制能が劣っていた。
なお、膨張抑制剤として塩化マグネシウムを単独で用いた、凝固点が−3℃である比較例3の保冷用組成物と、膨張抑制剤として塩化マグネシウムを用い、さらに硫酸ナトリウム及び硫酸カリウムを併用した、凝固点が−4℃である実施例9の保冷用組成物との比較から、保冷用組成物は、凝固点がほぼ同じでもあるにも関わらず、共晶点が−20℃以下である膨張抑制剤に加えて、共晶点が−20℃よりも高い無機塩を併用することで、目的とする保冷温度をより長時間安定して維持できることが示唆された。
本発明は、各種生鮮物用の保冷具として利用可能である。

Claims (2)

  1. 共晶点が−20℃以下である塩化ナトリウム以外の無機化合物、及び水を含有し、前記無機化合物の含有量が0.3〜7質量%である保冷用組成物を備えたことを特徴とする保冷具。
  2. 前記無機化合物が塩化カルシウム、塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム、硝酸カルシウム、炭酸カリウム、亜硝酸カリウム、ヨウ化カリウム、臭化ナトリウム、ヨウ化ナトリウム、塩化亜鉛、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムからなる群から選択される一種以上であることを特徴とする請求項1に記載の保冷具。
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