一种环保水性漆及其制备方法
阅读：1021发布：2020-07-10
专利汇可以提供一种环保水性漆及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种环保 水 性漆，包括：水性 树脂 分散体、去离子水、防变色剂、成膜助剂、水性 石墨 烯浆料、消泡剂、 增稠剂 和分散剂，上述防变色剂包括水性 单宁 酸 抑制剂 和抗黄树脂，上述水性 石墨烯 浆料由 氧 化石墨烯、水性纳米胶体 硅 和 钛 酸酯 偶联剂 组成。本发明制备的环保水性漆通过水性 单宁酸 抑制剂和抗黄树脂的协同作用，一方面抑制了木材中单宁酸色素从底材中迁移渗透至漆膜造成水性漆变黄，另一方面抑制了漆膜中不饱和键结构发生变化造成水性漆变黄，从而有效解决了水性漆表面变黄的问题，同时水性石墨烯浆料地添加显著提高了漆膜的硬度。另外，本发明也提供了一种环保水性漆的制备方法。，下面是一种环保水性漆及其制备方法专利的具体信息内容。
1.一种环保水性漆，其特征在于，包括以下组分：
所述防变色剂由水性单宁酸抑制剂和抗黄树脂组成，所述水性单宁酸抑制剂和抗黄树脂的质量比为0.8～1.2：0.8～1.2；
所述水性石墨烯浆料由氧化石墨烯、水性纳米胶体硅和钛酸酯偶联剂组成，所述氧化石墨烯、水性纳米胶体硅和钛酸酯偶联剂的质量比为4～6：3～5：0.8～1.2。
2.根据权利要求1所述的环保水性漆，其特征在于，所述水性树脂分散体为丙烯酸与水性聚氨酯复合物。
3.根据权利要求1所述的环保水性漆，其特征在于，所述水性单宁酸抑制剂和抗黄树脂采用超声辅助搅拌方式配置防变色剂。
4.根据权利要求1所述的环保水性漆，其特征在于，所述氧化石墨烯、水性纳米胶体硅和钛酸酯偶联剂采用超高速剪切、均质和搅拌的方式配置成水性石墨烯浆料。
5.根据权利要求1所述的环保水性漆，其特征在于，所述水性单宁酸抑制剂为阳离子乳液、铝酸盐基化合物和自交联丙烯酸聚合物中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的环保水性漆，其特征在于，所述抗黄树脂由抗氧化剂和紫外线吸收剂组成，所述抗氧化剂和紫外线吸收剂的质量比为0.8～1.2：0.8～1.2。
7.根据权利要求1所述的环保水性漆，其特征在于，所述成膜助剂为醇酯类化合物。
8.根据权利要求1所述的环保水性漆，其特征在于，所述增稠剂为聚醚聚氨酯类化合物和/或聚醚多元醇类化合物。
9.根据权利要求1所述的环保水性漆，其特征在于，所述分散剂为聚丙烯酸盐。
10.根据权利要求1所述的环保水性漆的制备方法，其特征在于，
包括以下步骤：
步骤a)将0.5～5重量份消泡剂、30～90重量份防变色剂、1～10重量份分散剂和50～
150重量份去离子水投入搅拌机中，分散均匀后，将上述混合物通过微波方式加热至40～60℃，再加入20～80重量份水性石墨烯浆料，以边搅拌边抽真空的方式进行10～30分钟，搅拌机的转速为800～1500转/分钟，所述防变色剂由水性单宁酸抑制剂和抗黄树脂组成，所述水性单宁酸抑制剂和抗黄树脂的质量比为0.8～1.2：0.8～1.2，所述水性石墨烯浆料由氧化石墨烯、水性纳米胶体硅和钛酸酯偶联剂组成，所述氧化石墨烯、水性纳米胶体硅和钛酸酯偶联剂的质量比为4～6：3～5：0.8～1.2；
步骤b)降低搅拌机的转速为200～600转/分钟，将700～900重量份水性树脂分散体、30～90重量份成膜助剂和0.5～5重量份消泡剂投入搅拌机中，以边搅拌边抽真空的方式进行
20～40分钟后，加入50～150重量份去离子水进行稀释，在充分搅拌的条件下缓慢加入1～
20重量份增稠剂，充分搅拌20～40分钟后得到环保水性漆。
一种环保水性漆及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种环保水性漆及其制备方法。
背景技术
[0002] 水性漆是以水作溶剂或者分散介质的新型环保涂料。相比较传统油漆，水性漆不含苯、甲苯、甲醛等有毒有害气体，环保优势显著,越来越受到人们的关注。水性漆可以广泛使用在建筑、工业金属件、木器、塑料等各种不同材料的表面，通过不同组分的配比和添加剂的改性制得满足各种应用场合的环保水性漆。
[0003] 石墨烯是一种由碳原子构成的新型单层片状结构的二维材料，是由碳原子以sp2杂化轨道组成的六角型呈蜂巢状晶格的屏幕薄膜。石墨烯具有独特的性能，通过改性的氧化石墨烯具有很好的亲水性，使其在水性涂料中的应用值得人们期待。
[0004] 申请号为CN201510119926.7的现有技术提供了一种氧化石墨烯/电泳漆复合涂层及其电泳沉积制备方法，采用该方法使氧化石墨烯与电泳漆构成了具有高硬度、抗划痕、长寿命的复合涂层。但是，采用电泳方法，存在着设备庞大、投资多、适用范围窄、漆膜需烘烤等问题。本发明人考虑采用预制的水性石墨烯浆料添加至丙烯酸与水性聚氨酯复合物中，经过微波辅助加热、真空搅拌等方式制备得到一种环保水性漆，从而在增强水性漆漆膜的硬度和抗划痕性能的同时，使其具有更宽的使用范围、更低的投资成本。
发明内容
[0005] 本发明解决的技术问题在于提供一种环保水性漆及其制备方法，制备的环保水性漆能有效解决水性漆表面变黄的问题。
[0006] 有鉴于此，本发明提供了一种环保水性漆，包括以下组分：
[0007]
[0008] 所述防变色剂由水性单宁酸抑制剂和抗黄树脂组成，所述水性单宁酸抑制剂和抗黄树脂的质量比为0.8～1.2：0.8～1.2。所述水性石墨烯浆料由氧化石墨烯、水性纳米胶体硅和钛酸酯偶联剂组成，所述氧化石墨烯、水性纳米胶体硅和钛酸酯偶联剂的质量比为4～6：3～5：0.8～1.2。
[0009] 优选的，所述水性树脂分散体为丙烯酸与水性聚氨酯复合物。
[0010] 优选的，所述水性单宁酸抑制剂和抗黄树脂采用超声辅助搅拌方式配置成防变色剂，超声频率为20～40KHz。
[0011] 优选的，所述氧化石墨烯、水性纳米胶体硅和钛酸酯偶联剂采用超高速剪切、均质和搅拌的方式配置成水性石墨烯浆料。
[0013] 优选的，所述抗黄树脂由抗氧化剂和紫外线吸收剂组成。
[0014] 优选的，所述抗氧化剂和紫外线吸收剂的质量比为0.8～1.2：0.8～1.2。
[0015] 优选的，所述成膜助剂为醇酯类化合物。
[0016] 优选的，所述消泡剂为改性有机硅油类消泡剂。
[0017] 优选的，所述增稠剂为聚醚聚氨酯类化合物和/或聚醚多元醇类化合物。
[0018] 优选的，所述分散剂为聚丙烯酸盐。
[0019] 相应的，本发明还提供一种环保水性漆的制备方法，包括以下步骤：步骤a)将0.5～5重量份消泡剂、30～90重量份防变色剂、1～10重量份分散剂和50～150重量份去离子水投入搅拌机中，分散均匀后，将上述混合物通过微波方式加热至40～60℃，再加入20～80重量份水性石墨烯浆料，以边搅拌边抽真空的方式进行10～30分钟，搅拌机的转速为800～1500转/分钟，所述防变色剂由水性单宁酸抑制剂和抗黄树脂组成，所述水性单宁酸抑制剂和抗黄树脂的质量比为0.8～1.2：0.8～1.2，所述水性石墨烯浆料由氧化石墨烯、水性纳米胶体硅和钛酸酯偶联剂组成，所述氧化石墨烯、水性纳米胶体硅和钛酸酯偶联剂的质量比为4～6：3～5：0.8～1.2；步骤b)降低搅拌机的转速为200～600转/分钟，将700～900重量份水性树脂分散体、30～90重量份成膜助剂和0.5～5重量份消泡剂投入搅拌机中，以边搅拌边抽真空的方式进行20～40分钟后，加入50～150重量份去离子水进行稀释，在充分搅拌的条件下缓慢加入1～20重量份增稠剂，充分搅拌20～40分钟后得到环保水性漆。
[0020] 本发明提供了一种环保水性漆及其制备方法，包括以下组分：水性树脂分散体、去离子水、防变色剂、成膜助剂、水性石墨烯浆料、消泡剂、增稠剂和分散剂，所述防变色剂由水性单宁酸抑制剂和抗黄树脂组成。所述水性石墨烯浆料由氧化石墨烯、水性纳米胶体硅和钛酸酯偶联剂组成。与现有技术相比，经过改性后的氧化石墨烯具有良好的亲水性，使其与丙烯酸与水性聚氨酯复合物具有更好的相容性，添加适量的钛酸酯偶联剂可以提高水性漆制备过程中的交联度，交联密度越大，漆膜的硬度越高，水性纳米胶体硅的添加有助于进一步增强漆膜的硬度和抗划痕性能。因此，本发明制备的环保水性漆在氧化石墨烯、水性纳米胶体硅和钛酸酯偶联剂的共同作用下，能够显著提高水性漆的硬度、抗划痕等性能。
具体实施方式
[0022] 本发明实施例公开了一种环保水性漆，包括以下组分：
[0023]
[0024] 所述防变色剂由水性单宁酸抑制剂和抗黄树脂组成，所述水性单宁酸抑制剂和抗黄树脂的质量比为0.8～1.2：0.8～1.2，更优选为0.9～1.1：0.9～1.1，更优选为1：1。所述水性石墨烯浆料由氧化石墨烯、水性纳米胶体硅和钛酸酯偶联剂组成，所述氧化石墨烯、水性纳米胶体硅和钛酸酯偶联剂的质量比为4～6：3～5：0.8～1.2。
[0025] 作为优选方案，所述水性树脂分散体为丙烯酸与水性聚氨酯复合物。此类水性树脂综合性能较好，主要表现在具有硬度高，化学性能稳定，耐候性、耐磨性能好，使用寿命长等性能优势。
[0026] 作为优选方案，所述水性单宁酸抑制剂为阳离子乳液、铝酸盐化合物和自交联丙烯酸聚合物中的一种或几种。
[0027] 作为优选方案，所述抗黄树脂由抗氧化剂和紫外线吸收剂组成，所述抗氧化剂和紫外线吸收剂的质量比为0.8～1.2：0.8～1.2，更优选为0.9～1.1：0.9～1.1，更优选为1：1。
[0028] 按照本发明，所述环保水性漆优选包括以下组分：
[0029]
[0030]
[0031] 所述防变色剂由水性单宁酸抑制剂和抗黄树脂组成。
[0032] 更优选的，所述环保水性漆包括以下组分：
[0033]
[0034] 所述防变色剂由水性单宁酸抑制剂和抗黄树脂组成。
[0035] 相应的，本发明还提供一种环保水性漆的制备方法，包括以下步骤：步骤a)将0.5～5重量份消泡剂、30～90重量份防变色剂、1～10重量份分散剂和50～150重量份去离子水投入搅拌机中，分散均匀后，将上述混合物通过微波方式加热至40～60℃，再加入20～80重量份水性石墨烯浆料，以边搅拌边抽真空的方式进行10～30分钟，搅拌机的转速为800～1500转/分钟，所述防变色剂由水性单宁酸抑制剂和抗黄树脂组成，所述水性单宁酸抑制剂和抗黄树脂的质量比为0.8～1.2：0.8～1.2，所述水性石墨烯浆料由氧化石墨烯、水性纳米胶体硅和钛酸酯偶联剂组成，所述氧化石墨烯、水性纳米胶体硅和钛酸酯偶联剂的质量比为4～6：3～5：0.8～1.2；步骤b)降低搅拌机的转速为200～600转/分钟，将700～900重量份水性树脂分散体、30～90重量份成膜助剂和0.5～5重量份消泡剂投入搅拌机中，以边搅拌边抽真空的方式进行20～40分钟后，加入50～150重量份去离子水进行稀释，在充分搅拌的条件下缓慢加入1～20重量份增稠剂，充分搅拌20～40分钟后得到环保水性漆。其中，步骤a中搅拌机的转速优选为1000～1250转/分钟；步骤b中搅拌机的转速优选为300～500转/分钟。
[0036] 从以上方案可以看出，本发明采用水性树脂分散体、去离子水、防变色剂、成膜助剂、水性石墨烯浆料、消泡剂、增稠剂和分散剂制备环保水性漆，所述防变色剂由水性单宁酸抑制剂和抗黄树脂组成，所述水性石墨烯浆料由氧化石墨烯、水性纳米胶体硅和钛酸酯偶联剂组成。与现有技术相比，阳离子乳液可以和木材中的单宁酸产生离子键，反应形成的盐类物质被涂层固定在界面上，而不会迁移渗出至涂层表面被氧化变色。铝酸盐化合物可以和单宁酸中的苯酚基团进行螯合反应，产生不溶性、稳定的化合物。自交联丙烯酸聚合物主要通过丙烯酸及其交联剂聚合形成的密封层阻止了单宁酸从木材中迁移渗出。抗黄树脂由抗氧化剂和紫外线吸收剂组成，抗氧化剂阻止不饱和树脂由于高温和微量氧的热氧化作用而降解变黄，紫外线吸收剂能有效抑制高分子聚合物在紫外线的作用下变黄。因此，本发明制备的环保水性漆在水性单宁酸抑制剂和抗黄树脂的协同作用下，一方面抑制了木材中单宁酸色素从底材中迁移渗透至漆膜造成水性漆变黄，另一方面抑制了漆膜中不饱和键结构发生变化造成水性漆变黄，从而有效解决了水性漆表面变黄的问题。
[0037] 另外，经过改性后的氧化石墨烯具有良好的亲水性，使其与丙烯酸与水性聚氨酯复合物具有更好的相容性，添加适量的钛酸酯偶联剂可以提高水性漆制备过程中的交联度，交联密度越大，漆膜的硬度越高，水性纳米胶体硅的添加有助于进一步增强漆膜的硬度和抗划痕性能。因此，本发明制备的环保水性漆在氧化石墨烯、水性纳米胶体硅和钛酸酯偶联剂的共同作用下，能够显著提高水性漆的硬度、抗划痕等性能。此外，本发明提供的制备方法工艺简单，适用于大规模生产。
[0038] 为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
[0039] 实施例1
[0040] 所述的环保水性漆，包括以下组分，各组分的重量份数为：
[0041]
[0042]
[0043] 所述水性石墨烯浆料由氧化石墨烯、水性纳米胶体硅和钛酸酯偶联剂组成。
[0044] 其中，各组分的重量份数分别为：
[0045] 氧化石墨烯 10
[0046] 水性纳米胶体硅 8
[0047] 钛酸酯偶联剂 2
[0048] 所述的环保水性漆的制备工艺步骤如下：
[0049] 1)按照设定的重量百分比配备原料，将分散剂、防变色剂、配方量50％的消泡剂和去离子投入高速搅拌机中，分散均匀后，将上述混合物通过微波方式加热至40～60℃，再加入水性石墨烯浆料，以边搅拌边抽真空的方式进行10分钟使其分散均匀直至达到所需的细度，高速搅拌器的转速为每分钟1000转。
[0050] 2)降低搅拌器的转速为每分钟300转。按照设定的重量百分比，将水性树脂分散体、成膜助剂和剩余50％的消泡剂投入搅拌机中，以边搅拌边抽真空的方式进行20分钟，加入剩余的去离子水进行稀释，在充分搅拌的条件下缓慢加入增稠剂，充分搅拌20分钟后即得成品。
[0051] 实施例2
[0052] 所述的环保水性漆，包括以下组分，各组分的重量份数为：
[0053]
[0054]
[0055] 所述水性石墨烯浆料由氧化石墨烯、水性纳米胶体硅和钛酸酯偶联剂组成。
[0056] 其中，各组分的重量份数分别为：
[0057] 氧化石墨烯 25
[0058] 水性纳米胶体硅 20
[0059] 钛酸酯偶联剂 5
[0060] 所述的环保水性漆的制备工艺步骤如下：
[0061] 1)按照设定的重量百分比配备原料，将分散剂、防变色剂、配方量50％的消泡剂和去离子投入高速搅拌机中，分散均匀后，将上述混合物通过微波方式加热至40～60℃，再加入水性石墨烯浆料，以边搅拌边抽真空的方式进行20分钟使其分散均匀直至达到所需的细度，高速搅拌器的转速为每分钟1100转。
[0062] 2)降低搅拌器的转速为每分钟400转。按照设定的重量百分比，将水性树脂分散体、成膜助剂和剩余50％的消泡剂投入搅拌机中，以边搅拌边抽真空的方式进行30分钟，加入剩余的去离子水进行稀释，在充分搅拌的条件下缓慢加入增稠剂，充分搅拌30分钟后即得成品。
[0063] 实施例3
[0064] 所述的环保水性漆，包括以下组分，各组分的重量份数为：
[0065]
[0066]
[0067] 所述水性石墨烯浆料由氧化石墨烯、水性纳米胶体硅和钛酸酯偶联剂组成。
[0068] 其中，各组分的重量份数分别为：
[0069] 氧化石墨烯 40
[0070] 水性纳米胶体硅 32
[0071] 钛酸酯偶联剂 8
[0072] 所述的环保水性漆的制备工艺步骤如下：
[0073] 1)按照设定的重量百分比配备原料，将分散剂、防变色剂、配方量50％的消泡剂和去离子投入高速搅拌机中，分散均匀后，将上述混合物通过微波方式加热至40～60℃，再加入水性石墨烯浆料，以边搅拌边抽真空的方式进行30分钟使其分散均匀直至达到所需的细度，高速搅拌器的转速为每分钟1250转。
[0074] 2)降低搅拌器的转速为每分钟500转。按照设定的重量百分比，将水性树脂分散体、成膜助剂和剩余50％的消泡剂投入搅拌机中，以边搅拌边抽真空的方式进行40分钟，加入剩余的去离子水进行稀释，在充分搅拌的条件下缓慢加入增稠剂，充分搅拌40分钟后即得成品。
[0075] 实施例4
[0076] 所述的环保水性漆，包括以下组分，各组分的重量份数为：
[0077]
[0078] 所述水性石墨烯浆料由氧化石墨烯、水性纳米胶体硅和钛酸酯偶联剂组成。
[0079] 其中，各组分的重量份数分别为：
[0080] 氧化石墨烯 25
[0081] 水性纳米胶体硅 20
[0082] 钛酸酯偶联剂 5
[0083] 所述的环保水性漆的制备工艺步骤如下：
[0084] 1)按照设定的重量百分比配备原料，将分散剂、防变色剂、配方量50％的消泡剂和去离子投入高速搅拌机中，分散均匀后，将上述混合物通过微波方式加热至40～60℃，再加入水性石墨烯浆料，以边搅拌边抽真空的方式进行20分钟使其分散均匀直至达到所需的细度，高速搅拌器的转速为每分钟1100转。
[0085] 2)降低搅拌器的转速为每分钟400转。按照设定的重量百分比，将水性树脂分散体、成膜助剂和剩余50％的消泡剂投入搅拌机中，以边搅拌边抽真空的方式进行30分钟，加入剩余的去离子水进行稀释，在充分搅拌的条件下缓慢加入增稠剂，充分搅拌30分钟后即得成品。
[0086] 实施例5
[0087] 所述的环保水性漆，包括以下组分，各组分的重量份数为：
[0088]
[0089] 所述水性石墨烯浆料由氧化石墨烯、水性纳米胶体硅和钛酸酯偶联剂组成。
[0090] 其中，各组分的重量份数分别为：
[0091] 氧化石墨烯 40
[0092] 水性纳米胶体硅 32
[0093] 钛酸酯偶联剂 8
[0094] 所述的环保水性漆的制备工艺步骤如下：
[0095] 1)按照设定的重量百分比配备原料，将分散剂、防变色剂、配方量50％的消泡剂和去离子投入高速搅拌机中，分散均匀后，将上述混合物通过微波方式加热至40～60℃，再加入水性石墨烯浆料，以边搅拌边抽真空的方式进行30分钟使其分散均匀直至达到所需的细度，高速搅拌器的转速为每分钟1500转。
[0096] 2)降低搅拌器的转速为每分钟600转。按照设定的重量百分比，将水性树脂分散体、成膜助剂和剩余50％的消泡剂投入搅拌机中，以边搅拌边抽真空的方式进行40分钟，加入剩余的去离子水进行稀释，在充分搅拌的条件下缓慢加入增稠剂，充分搅拌40分钟后即得成品。
[0097] 对比例1
[0098] 所述环保水性漆，包括以下组分，各组分的重量份数为：
[0099]
[0100] 所述环保水性漆的制备工艺步骤如下：
[0101] 1)按照设定的重量百分比配备原料，将分散剂、配方量50％的消泡剂和去离子投入高速搅拌机中，以边搅拌边抽真空的方式进行20分钟使其分散均匀直至达到所需的细度，高速搅拌器的转速为每分钟1100转。
[0102] 2)降低搅拌器的转速为每分钟400转。按照设定的重量百分比，将水性树脂分散体、成膜助剂和剩余50％的消泡剂投入搅拌机中，以边搅拌边抽真空的方式进行30分钟，加入剩余的去离子水进行稀释，在充分搅拌的条件下缓慢加入增稠剂，充分搅拌30分钟后即得成品。
[0103] 对比例2
[0104] 所述环保水性漆，包括以下组分，各组分的重量份数为：
[0105]
[0106] 所述环保水性漆的制备工艺步骤如下：
[0107] 1)按照设定的重量百分比配备原料，将分散剂、防变色剂、配方量50％的消泡剂和去离子投入高速搅拌机中，以边搅拌边抽真空的方式进行30分钟使其分散均匀直至达到所需的细度，高速搅拌器的转速为每分钟1250转。
[0108] 2)降低搅拌器的转速为每分钟500转。按照设定的重量百分比，将水性树脂分散体、成膜助剂和剩余50％的消泡剂投入搅拌机中，以边搅拌边抽真空的方式进行40分钟，加入剩余的去离子水进行稀释，在充分搅拌的条件下缓慢加入增稠剂，充分搅拌40分钟后即得成品。
[0109] 依据GB/T23983-2009《木器涂料耐黄变性测定法》，采用荧光紫外老化设备对不同实施例进行耐黄变性测定；测试底板经过制备、涂装、干燥和状态调节后，将样板置于黑板温度为(60±3)℃，辐照度为0.68W/m2的条件下，连续光照暴露168h，试验结束后，用测色仪测量色差值。
[0110] 依据GB/T6739-1996《涂膜硬度铅笔测定法》对不同实施例进行硬度测定。
[0111] 该环保水性漆涂料的性能测试结果见表1：
[0112] 表1本发明制备的环保水性漆涂料的性能测试结果
[0113]
[0114]
[0115] 从以上实施例和对比例可以看出，对比例1和对比例2中均没有加入防变色剂和水性石墨烯浆料，从水性漆涂料的性能测试结果表可以发现，对比例1和对比例2对应的水性漆色差值较大，在长时间紫外线暴晒条件下，存在老化现象，说明所添加的防变色剂对水性漆的耐黄变性能起到非常关键的作用；并且，对比例1和对比例2对应的硬度较低，添加不同含量水性石墨烯浆料的实施例1-实施例5相较于对比例1和对比例2，其硬度值有显著提高。
[0116] 以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
[0117] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
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