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DE2545292C3 - Azaadamantanverbindungen als Stabilisatoren für organische Polymerisatzusammensetzungen - Google Patents

Azaadamantanverbindungen als Stabilisatoren für organische Polymerisatzusammensetzungen

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DE2545292C3
DE2545292C3 DE2545292A DE2545292A DE2545292C3 DE 2545292 C3 DE2545292 C3 DE 2545292C3 DE 2545292 A DE2545292 A DE 2545292A DE 2545292 A DE2545292 A DE 2545292A DE 2545292 C3 DE2545292 C3 DE 2545292C3
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Germany
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polymer
atom
hydrogen atom
azaadamantane
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DE2545292A
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Norbert Dipl.-Chem. Dr. Mayer
Gerhard Dipl.-Chem. Dr. Pfahler
Hartmut Dipl.-Chem. Dr. 8906 Gersthofen Wiezer
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Hoechst AG
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Hoechst AG
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Publication date
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
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    • C08K5/50Phosphorus bound to carbon only
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Description

R8-Y
eine Nitrogruppe,
ein Stickstoffatom,
ein Wasserstoffatom, eine Methylgruppe,
eine Benzylgruppe, ein Sauerstoffatom
oder eine Tosylgruppe und
ein Wasserstoffatom, eine Tosylgruppe,
eine Methylgruppe, eine Benzylgruppe
oder ein Sauerstoffatom ist und
Wasserstoff, Halogen, eine Hydroxyl-
oder Aminogruppe und
auch für eine Methylengruppe oder ein
Sauerstoffatom stehen kann.
ein Stickstoffatom, ein Phosphoratom, eine Phosphorylgruppe oder Thiophosphorylgruppe oder eine Methingruppe, die durch eine Phenylgruppe oder Methylgruppe substituiert sein kann, bedeutet,
X2 ein Stickstoffatom oder eine Methingruppe, die mit einer Arylgruppe substituiert sein kann, ist,
Ri und R2 für Wasserstoffatome, eine Alkylgruppe mit 1 bis 20 C-Atomen, die gleich oder verschieden sein kann, oder zusammen für eine Cycloalkylgruppe, die den Ring auf 5 bis 7 Ringglieder ergänzt, steht,
R.3 und R4 je ein Wasserstoffatom oder zusammen ein Sauerstoffatom,
R5 ein Wasserstoffatom, eine Hydroxylgruppe oder eine Methylgruppe,
R6 ein Wasserstoffatom, eine Alkylgruppe bo
mit 1 bis 30 C-Atomen oder eine Arylgruppe oder
10
15
Es ist bekannt, daß Ultraviolettstrahlung, insbesondere im Bereich des nahen Ultraviolett, eine schädigende Wirkung auf Aussehen und physikalische Eigenschaften von organischen Polymerisaten ausübt So neigen beispielsweise Polyolefine und Polyurethanelastomere häufig zu einem ernsthaften Abbau, wenn sie Licht, wie Sonnenlicht oüer Ultraviolettstrahlung, ausgesetzt werden. Polyvinylchlorid und Polyvinylidenchlorid verfärben sich unter den genannten Bedingungen und werden abgebaut Ebenfalls sind Polyamide häufig einem Photoabbau unterworfen.
Zur Stabilisierung von synthetischen Polymeren gegen Photoabbau sind bisher zahlreiche Stabilisierungsmittel vorgeschalgen worden, z. B. für Polyolefine, Benzophenonverbindungen und Benzotriazolverbindungen, für Polyurethane, Phenolverbindungen und Benzophenonverbindungen und für Polyvinylchlorid und Polyvinylidenchlorid, Salze des Bariums und Cadmiums sowie organische Zinnverbindungen. In jüngster Zeit sind 2,2,6,6-Tetraalkylpiperidinderivate als Stabilisatoren vorgeschlagen worden, deren Stäube jedoch, bedingt durch die starke Basizität der Verbindungen, bei der Einarbeitung in das Polymere eine physiologische Reizwirkung auf die Schleimhäute ausüben können.
Es wurde nun gefunden, daß Azaadamantanverbindungen der Struktur
in der mindestens entweder A ein Stickstoffatom und B eine gegebenenfalls substituierte Methylengruppe oder A eine gegebenenfalls substituierte Methingruppe und B eirac Iminogruppe ist, in hervorragender Weise zum Stabilisieren von Kunststoffmassen geeignet sind.
Die Erfindung betrifft somit die Verwendung von
Azaadamantanverbindungen der Formeln
(H)
(ΠΙ)
(IV) R5
R6
γ
R7
R8
R9
ein Stickstoffatom, ein Phosphoratom, eine Phosphorylgruppe oder Thiophosphorylgruppe oder eine Methingruppe, die durch eine Phenylgruppe oder Methylgruppe substituiert sein kann, bedeutet,
X2 ein Stickstoffatom cder eine Methingruppe,
die mit einer Arylgruppe substituiert sein kann, ist
Ri und Ri für V.'asserstoffatome, eine Alkylgruppe mit 1 bis 20 C-Atomen, die gleich oder verschieden sein kann oder zusammen für eine Cycloalkylgruppe, die den Ring auf 5 bis 7 Ringglieder ergänzt, steht,
R3 und R4 je ein Wasserstoffatom oder zusammen ein Sauerstoffatom,
R8-Y
ein Wasseraoffatom, eine Hydroxylgruppe oder eine Methylgruppe, ein Wasserstoffatom, eine Alkylgrappe mit 1 bis 30 C-Atomen oder eine Arylgruppe, oder
eine Nitrogruppe,
ein Stickstoffatom,
ein Wasserstcffatom, eine Methylgruppe,
eine Benzylgruppe, ein Sauerstoffatom oder
eine Tosylgruppe und
ein Wasserstoffatom, eine Tosylgruppe, eine
Methylgruppe, eine Benzylgruppe oder ein
Sauerstoffatom ist und
Wasserstoff, Halogen, eine Hydroxyl- oder
Aminogruppe und
auch für eine Methylengruppe oder ein
Sauerstoffatom stehen kann,
zum Stabilisieren von synthetischen Polymerharzen gegen Licht- und Wärmeabbau.
Die erfindungsgemäß zur Anwendung kommenden
Azaadamantanverbindungen sind bekannte Substanzen.
Ihre Herstellung ist in der Literatur beschrieben,
jo beispielsweise von E. B. Hodge, J. Org. Chem. 1972, 2 (37), 320-321; A.T.Nielsen, J.Heterocyclic Chem. 12
(1975), 1, 161-164; D.J.Daigle et al, !.Heterocyclic
Chem. 11 (1974), 1085-1086; R.M.Dupeyre et al,
Tetrahedr. Lett 29 (1973), 2699-2701; H.Stetter et al, Tetrahedr. Lett. 19 (1972), 1907-1908; F. Gralinowsky
et al, Monatsh. Chem, 86 (1955), 499; H.Stetter et al, Chem. Ber, 91 (1958), 598; H. Stetter et al, Chem. Ber, (1951), 834; S. F. Nelsen et al, !- Am. Chem. Soc. 94 (1972), 7114-7117; E. Fluck et al, Chemiker Zeitung, 99
(1975),246-247.
Im einzelnen seien z. B. genannt:
N-Tosyl-2-azaadamantan, Fp 105—107° C; 2-Azaadamantan, Fp 262—265° C; N,N'-Ditosyl-2,6-diazaadamantan, Fp 247—249°C; 2,6-Diazaadamantan, Fp 238° C; N,N'-Dimethyl-2,6-diazaadamantan, Fp 7°C; N-Methyl-N'-Benzyl-2,6-diazaadamantan, Fp 26O0C;
N-Methyl-2,6-diazaadamantan; N-Methyl-N'-oxyl-2,6-diazaadamantan, Fp 2040C; N-Oxyl-2,6-diazaadamantan, Fp 1920C; N,N'-Dioxyl-2,6-diazaadamantan, Fp 240°C;
1,3-Diaza-5,7-diphenyltricyclo-[3,3,l ,1 ]-decan,
Fp212-216°C;
1,3-Diaza-5,7-diphenyltricyclo-[3,3,l ,1 ]-decan-6-on,
Fp 257-2590C;
2,2-Cyclopentamethylen-1,3-diazatricyclo-
[3,3,1,l]-decan, Fp 123-124°C; l,3,5-triaza-7-methyltricyclo-[3,3,l,l]-decan, Fp 175° C;
Hexamethylentetramin, Z 230—26O0C; l,3,5-Triaza-7-phosphaadamantan, Z 263° C; l,3,5-Triaza-7-phosphaadamantan-7-oxid, Z 266° C; l,3,5-Triaza-7-phosphaadamantan-7-sulfid,
Fp 2700C;
2-Thia-l,3,5-triaza-7-phosphaadamantan-2,2-Dioxid,Z270°C;
2-Thia-l,3,5-triaza-7-phosphaadamantaii-
Trioxid,Fp245-246°C;
7-Nitro-13,5-Triazaadamantan, Z 285—310° C;
l^-Triaza^adamantylamin, Fp 218—2200C;
l^S-Triaza^-adamantyl-hydroxylamin,
Fp227-229°C;
7-(Äthylamino)-l,3,5-triazaadamantan,
Fp 126-129° C;
7-(n-Propylamino)-l,3,5-triazaadamantan,
FplO3-lO4°C;
7-(n-Butylamino)-1,3,5-triazaadamantan,
Fpll2-114°C;
7-(n-Pentylamino)-l,315-triazaadamantan,
Fp 119-1200C;
7-(n-Hexylamino)-1,3.5-triazaadamantan,
Fp 118-1200C;
7-(i-ButyIamino)-l,3,5-triazaadamantan,
Fpl54-156°C;
7-(n-Heptylamino)-l,3,5-triazaadamantan,
Fpl24-125°C;
7-(N,N-Dimethyl)-l,3>5-triazaadamantan,
FpllO-lirC;
7-(N-Methyl-N-äthyI)-1,3,5-triazaadamantan,
Fp 87-890C;
7-(N-Methyl-N-n-propyl)-l,3,5-triazaadamantan,
Fp 57-600C;
7-(N-Methyl-N-n-butyl)-1,3,5-triazaadamantan,
Fp 35-38° C;
7-{N-Methyl-N-n-pentyl)-l,3,5-triazaadamantan,
Fp 32-35° C;
7-(N-Methyl-N-n-hexyl)-l,3,5-triazaadamantan,
Fp28-30°C;
7-(l-Piperidyl)-13,5-triazaadamantan)
Fpi66-i72°C;
13^.7-Tetraaza-2-thia-2,2-dioxoadamantan;
Fp 225° C;
l-Aza^AlO-trioxaadamantan.
Unter synthetischen Polymermassen, die gegen den schädigenden Einfluß von Licht und Wärme stabilisiert werden sollen, werden Polyolefine, einschließlich Polyisopren, Polybutadien, Polystyrol, Polypropylen und Polyäthylen niedriger und hoher Dichte, andere Olefinhomopolymere und Äthylen-Propylen-Copolymere, Äthylen-Buten-Copolymere, Äthylen-Vinylacetat-Copolymere, Styrol-Butadien-Copolymere, Acrylnitril-Styrol-Butadien-Copolymere, andere Copolymere aus anderen äthylenisch ungesättigten Monomeren und Olefinen verstanden, ferner Polyvinylchlorid und Polyvinylidenchlorid, einschließlich Homopolytnere von Vinylchlorid und Vinylidenchlorid, Copolymere von Vinylchlorid mit Vinylidenchlorid, Copolymere von "Vinylchlorid bzw. Vinylidenchlorid mit Vinylacetat oder anderen olefinisch ungesättigten Monomeren; Polyacetale, Polyester, wie beispielsweise Polyalkylenterephthalat, Polyamide, beispielsweise Nylon-6, Nylon-6,6 und Nylon-6,10, Polyurethan und Epoxyharze.
Die Menge der den synthetischen Polymeren zuzusetzenden Azaadamantanen kann in Abhängigkeit von der Art, den Eigenschaften und den speziellen Anwendungen des zu stabilisierenden Polymeren erheblich schwanken. Im allgemeinen werden 0,01 —5 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 —3 und insbesondere 0,5—3 Gew.-°/o, bezogen auf die Menge des synthetischen Polymeren eingesetzt Es kann eine einzige Verbindung oder eine Mischung aus mehreren verwendet werden.
Die Einarbeitung der Azaadamantanverbindungen in die synthetischen Polymeren erfolgt nach üblichen Methoden. So kann man den Stabilisator z. B. in Form eines trockenen Pulvers mit dem synthetischen Polymeren vermischen, oder man kann auch eine Lösung, Suspension oder Emulsion des Stabilisators in eine Lösung, Suspension oder Emulsion des synthetischen Polymeren einarbeiten.
Die Stabilisatoren vom Typ der Azaadamantane sind sowohl für sich allein als auch im Gemisch mit üblichen Licht- und Wärmestabilisatoren auf der Basis von phenolischen, sulfidischen und phosphorhaltigen Antioxidantien wirksam.
Unter üblichen Stabilisatoren sind im einzelnen zu verstehen: z. B. 2,6-Di-tert.-butyI-p-kresol, 3,5-Di-tertbutyI-4-hydroxyphenylpropionsäureester, Alkylidenbis-alkylphenole, Thiodipropionsäureester von Fettalkoholen sowie Dioctadecylsulfid und -disulfid. Als phosphorhaitige Verbindungen sind beispielsweise Tris-nonylphenylphosphit, Distearylpentaerythrityldiphosphit, Ester des Pentaerythritphosphits u. a. mehr zu nennen. Beispiele für UV-Absorber sind die Benzotriazolverbindungen, wie 2-(2'-Hydroxy-5'-methylphenyl)-benzotriazol, für Quencher die neuen Piperidinstabilisatoren und Metallchelate.
Eine wirksame Stabilisatorkombination für die Stabilisierung halogenfreier Poly-a-Olefine, wie z. B.
Hoch-, Mittel- und Niederdruckpolymerisaten von C2-bis Cra-Olefinen, insbesondere Polyäthylen und Polypropylen oder von Copolymerisaten derartiger «-Olefine besteht, bezogen auf 100 Gew.-Teile Polymer, beispielsweise aus 0,01 bis 3 Gew.-Teilen eines erfindungsgemäß zu verwendenden Azaadamantans, 0,05 bis 3 Gew.-Teilen eines phenolischen Stabilisators, 0,1 bis 3 Gew.-Teilen eines sulfidischen Stabilisators sowie gegebenenfalls 0,1 bis 3 Gew.-Teilen eines Phosphits und/oder 0,01 bis 3 Gew.-Teilen eines UV-Stabilisators aus der Gruppe der Alkoxyhydroxybenzophenone, Hydroxyphenylbenztriazole, Salizylsäurephenolester, Benzoesäurehydroxyphenolester, Benzylidenmalonsäuremononitrilester, der sog. »Quencher« wie Nickelchelate, Hexamethylenphosphorsäuretriamid oder auch Vertreter der neuerdings bekanntgewordenen Hindered Amine Light Stabilizers.
Bei der Stabilisierung von chlorhaltigen Vinyl-Homo- und -Copolymerisaten, beispielsweise Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylchloracetat, Vinylchlorid-oc-Olefin-Copolymerisaten und chlorierten Polyolefinen, wie z. B. chloriertem Polyäthylen und Polypropylen, bringt ein Zusatz der Azaadamantane in Gegenwart von als Stabilisatoren bekannten Metallverbindungen, Epoxystabilisatoren, Phosphiten und gegebenenfalls mehrwertigen Alkoholen ebenfalls eine Verbesserung der Wärme- und Lichtstabilität
Unter ais Stabilisatoren bekannter. Metallverbindungen werden in diesem Zusammenhang verstanden: Calcium-, Barium-, Strontium-, Zink-, Cadmium-, Magnesium-, Aluminium- und Bleiseifen aliphatischer Carbonsäuren oder -Oxycarbonsäuren mit etwa 12 bis 32 C-Atomen, Salze der genannten Metalle mit aromatischen Carbonsäuren wie Benzoate oder Salizylate sowie (Alkyl-)Phenolate dieser Metalle, ferner Organozinnverbindungen wie z.B. Dialkylzinnthioglykolate und -carboxylate.
Bekannte Epoxystabilisatoren sind z.B. epoxidierte höhere Fettsäuren wie epoxidiertes Sojabohnenöl, Tallöl, Leinöl oder epoxidiertes Butyloleat sowie Epoxide langkettiger «-Olefine.
Als Phosphite sind Trisnonylphenylphosphit, Trislaurylphosphit oder auch die Ester des Pentaerythritphosphits zu nennen.
Mehrwertige Alkohole können beispielsweise Pentaerythrit, Trimethylolpropan, Sorbit oder Mannit sein, d. h. bevorzugt Alkohole mit 5 bis 6 C-Atomen und 3 bis 6 OH-Gruppen.
Eine Stabilisatorkombination für die Stabilisierung halogenhaltiger plastischer Massen besteht, bezogen auf 100 Gew.-Teile Polymer, beispielsweise aus 0,1 bis 10 Gew.-Teilen von als Stabilisator bekannten Metallverbindungen, 0,1 bis 10 Gew.-Teilen eines bekannten Epoxistabilisators, 0,05 bis 5 Gew.-Teilen eines Phosphits, 0,1 bis 1 Gew.-Teile eines mehrwertigen Alkohols und 0,01 bis 5 Gew.-Teilen einer der erfindungsgemäß zu verwendenden Azaadamantane.
Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.
Beispiele 1 bis 8
Diese Beispiele zeigen die lichtstabilisierende Wirkung von Azaadamantanen beim Einsatz in einem Poly-«-01efin.
100 Gew.-Teile Polypropylen mit einem Schmelzindex /5 von ca. 6 g/10 min (bestimmt in Anlehnung an ASTM D 1238-62 T) und einer Dichte von 0,96 wurden mit
0,10 Gew.-Teilen eines Bis-(4'-hydroxy-3'-tertbutylphenyl)-butansäureesters
0,15 Gew.-Teilen Laurinthiodipropionsäureester
0,20 Gew.-Teilen Calciumstearat und
0,30 Gew.-Teilen verschiedener Azaadamantane
vermischt und auf der Zweiwalze bei 2000C 5 min lang homogenisiert Die Kunststoffschmelze wurde sodann bei 2000C zu einer Platte von 1 mm Dicke gepreßt. Aus der erkalteten Platte wurden Prüfkörper in Anlehnung an DIN 53 455 ausgestanzt
Zur Bestimmung der Lichtstabilität wurden die
Proben in einer Xenotest-150-Apparatur der Firma Original Hanau Quarzlampen GmbH der Bestrahlung mit Wechsellicht unterworfen. Die Strahlungsintensität wurde durch 6 IR-Fenster und 1 UV-Fenster (DIN 53 387) moduliert. Gemessen wurde die Belichtungszeit in Stunden (= Standzeit), nach welcher die absolute Reißdehnung auf 10% abgesunken ist Die Reißdehnung wurde auf einer Zugprüfmaschine der Firma Instron bei einer Abzugsgeschwindigkeit von 5 cm/min ermittelt.
Die Ergebnisse sind in nachstehender Tabelle zusammengestellt. Beispiel 1 zeigt zum Vergleich die erreichte Standzeit einer nur die Grundstabilisierung enthaltenden Probe.
15 Bsd. Azaadamantan-Stabilisator Standzeit
Nr. (Stunden)
1 ohne 560
20 2 1,3,5,7-Tetraazadamantan 1610
3 l,3,5-Triaza-7-phosphaadamantan >560
4 !^,S-Triaza-T-phosphaadamantan- >560
7-oxid
25 5 l,3,5-Triaza-7-nitroadamantan >560 '
6 l,3,5-Triaza-7-aminoadamantan >560
7 2-Thia-l,3,5-Triaza-7-phosphaada- >560
mantan-2,2-dioxid
30 8 !,S^-Triaza-T-phosphaadamantan- >560
7-sulfid
Besonders überraschend ist das Ergebnis des Beispiels 2, nachdem gemäß der JA-PS 75 006-219 das 1,3,5,7-Tetraazaadamantan ein Destruktur für Polyolefine sein soll.

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Verwendung von Azaadamantanverbindungen der Formeln
10
(D
2C
(Π)
30
R6.
\ HlC CH2
40
;CH (IV)
R8-Y
50
55
in denen
ein Stickstoffatom, ein Phosphoratom, bo eine Phosphorylgruppe oder Thiophosphorylgruppe oder eine Methingruppe, die durch eine Phenylgruppe oder Methylgruppe substituiert sein kann, bedeutet, 65 ein Stickstoffatom oder eine Methingruppe, die mit einer Aryigruppe substituiert sein kann, ist,
Ri und Rt für Wasserstoffatome, eine Alkylgruppe mit 1 bis 20 C-Atomen, die gleich oder verschieden sein kann, oder zusammen für eine Cycloalkylgruppe, die den Ring auf 5 bis 7 Ringglieder ergänzt, steht,
R3 und R4 je ein Wasserstoffatom oder zusammen ein Sauerstoffatom,
Rs ein Wasserstoffatom, eine Hydroxylgrup
pe oder eine Methylgruppe,
R6 ein Wasserstoffatom, eine Alkylgruppe
mit 1 bis 30 C-Atomen oder eine Aryigruppe, oder
--N
eine Nitrogruppe,
Y ein Stickstoffatom,
R7 ein Wasserstoffatom, eine Methylgruppe,
eine Benzylgruppe, ein Sauerstoffatom
oder eine Tosylgruppe und
R8 ein Wasserstoffatom, eine Tosylgruppe,
eine Methylgruppe, eine Benzylgruppe
oder ein Sauerstoffatom ist und
Rg Wasserstoff, Halogen, eine Hydroxyl-
oder Aminogruppe und
Re-Y auch für eine Methylengruppe oder ein
Sauerstoffatom stehen kann,
zum Stabilisieren von synthetischen Polymermassen gegen Licht- und Wärmeabbau.
2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit 0,01 bis 5 Gew.-%, bezogen auf Polymeres, stabilisiert wird.
3. Synthetische Polymermassen, die eine oder mehrere der gemäß Anspruch 1 verwendeten Azaadamantanverbindungen in Mengen von 0,01 bis 5,0 Gew.-%, bezogen auf Polymeres, enthalten.
4. Synthetische Polymermassen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymere ein Polyolefin ist
5. Synthetische Polymermasse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymere ein halogenhaltiges Polymeres ist
6. Verfahren zum Stabilisieren von synthetischen Polymeren gegen den schädigenden Einfluß von Licht und Wärme, dadurch gekennzeichnet, daß man den Polymeren bei der Verarbeitung — gegebenenfalls neben bisher bekannten, stabilisierend wirkenden Stoffen — 0,01 bis 5,0 Gew.-%, bezogen auf Polymeres, einer Azaadamantanverbindung der Formel I, II, III oder IV zusetzt
ΗΛ
(H)
(ΠΙ)
H2C
(IV)
CH,.
wobei
X.
R8
DE2545292A 1975-10-09 1975-10-09 Azaadamantanverbindungen als Stabilisatoren für organische Polymerisatzusammensetzungen Expired DE2545292C3 (de)

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