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噴涂聚脲防水涂料的技術(shù)及其應(yīng)用現(xiàn)狀 1聚脲防水材料介紹
聚脲涂料（polyureacoatings）技術(shù)是國(guó)外近20年來(lái)，為適應(yīng)環(huán)保要求而研制、開(kāi)發(fā)的一種新型無(wú)溶劑、無(wú)污染的綠色施工技術(shù)，其主要特點(diǎn)如下：
（1）涂料不含催化劑，快速固化，可在任意曲面、斜面及垂直面上噴涂成型，無(wú)流掛現(xiàn)象，5s凝膠，1min即可達(dá)到步行強(qiáng)度。
（2）涂料對(duì)水分、濕氣不敏感，施工時(shí)不受環(huán)境溫度、濕度的影響。
（3）涂料100%固含量，不含任何揮發(fā)性有機(jī)物（VOC），對(duì)環(huán)境友好。
（4）具有優(yōu)異的理化性能，如抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、柔韌性、耐磨性、耐老化、防腐蝕等。
（5）具有良好的熱穩(wěn)定性，可在120℃下長(zhǎng)期使用，可承受150℃的短時(shí)熱作用。
在早期，噴涂聚氨酯彈性體沒(méi)有很好解決體系的發(fā)泡問(wèn)題，在室外應(yīng)用中經(jīng)常出現(xiàn)一些缺陷。20世紀(jì)80年代中期，美國(guó)Texaco公司在世界上率先開(kāi)發(fā)出噴涂聚脲彈性體材料。澳大利亞于1993年引進(jìn)該技術(shù)；日本和韓國(guó)也分別于1995年和1997年引進(jìn)該技術(shù)，并相繼投入商業(yè)應(yīng)用；歐洲地區(qū)2000年開(kāi)始也逐漸接受該技術(shù)并推廣應(yīng)用。1995年，青島海洋化工研究院黃微波等人在國(guó)內(nèi)率先開(kāi)展SPUA技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)，獲得了很好的商業(yè)應(yīng)用業(yè)績(jī)，所研發(fā)的系列產(chǎn)品應(yīng)用涉及防腐、防水、防滑、裝飾、布景、道具、耐磨、耐酸、耐堿、耐老化、抗沖擊等眾多領(lǐng)域，并陸續(xù)發(fā)表了大量論文和申請(qǐng)了發(fā)明專利。2000年起，江蘇化工研究所郁維銘等人開(kāi)始SPUA的探索，應(yīng)用領(lǐng)域涉及隧道防水、水閘防腐；湖南湘江涂料集團(tuán)有限公司廖有為等人開(kāi)展了SPUA技術(shù)在皮卡車(chē)耐磨襯里方面的研究與應(yīng)用；煙臺(tái)華特聚氨酯公司李洪劍等人開(kāi)展了噴涂剛性SPU技術(shù)管道防腐應(yīng)用。與此同時(shí)，美國(guó)SPI公司和聯(lián)合涂料、德國(guó)巴斯夫、韓國(guó)一山聚氨酯公司等企業(yè)也陸續(xù)將它們的產(chǎn)品銷(xiāo)往中國(guó)市場(chǎng)，自此，聚脲技術(shù)在我國(guó)蓬勃發(fā)展起來(lái)。據(jù)2002年美國(guó)聚脲發(fā)展協(xié)會(huì)的初步統(tǒng)計(jì)，全球純聚脲材料的產(chǎn)量為1.13萬(wàn)t，銷(xiāo)售額為7500萬(wàn)美元。其中北美地區(qū)占85%，亞太地區(qū)占10%，歐洲占4%，其它國(guó)家和地區(qū)占1%。聚脲在我國(guó)發(fā)展也非?？欤a(chǎn)量從2000年的100t，迅速增長(zhǎng)到2007年的6000t左右。
2聚脲涂料體系的發(fā)展階段與國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀
聚脲涂料體系的發(fā)展經(jīng)歷了以下5個(gè)階段：第一階段：純聚氨酯；第二階段：聚氨酯-聚脲；第三階段：純聚脲/芳香族；第四階段：脂肪族/聚天冬氨酸防腐裝飾體系；第五階段：各種改性高性能防腐防水體系。前三個(gè)階段比較容易混淆，因此將其特點(diǎn)作一對(duì)比，列于表1。
表1聚氨酯、聚氨酯/聚脲、純聚脲體系比較
為了更好地推動(dòng)聚脲技術(shù)在世界各地的蓬勃發(fā)展，及時(shí)交流信息、開(kāi)發(fā)市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)資源共享，2000年美國(guó)成立了“聚脲發(fā)展協(xié)會(huì)”。協(xié)會(huì)的宗旨是：發(fā)展新的營(yíng)銷(xiāo)策略，促進(jìn)聚脲及PDA的成長(zhǎng)；為會(huì)員構(gòu)建一個(gè)討論聚脲問(wèn)題的專門(mén)場(chǎng)所；為聚脲產(chǎn)品建立相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)；明確聚脲的定義；每年定期召開(kāi)討論會(huì)（目前已召開(kāi)9屆年會(huì)并出版了論文集）；定期舉辦聚脲操作培訓(xùn)課程。歐洲聚脲發(fā)展協(xié)會(huì)于2007年末成立并召開(kāi)了首屆年會(huì)，這標(biāo)志著聚脲技術(shù)正式向全世界大規(guī)模發(fā)展。2005年7月25~27日，在煙臺(tái)萬(wàn)華北京研究院舉行了“首屆中國(guó)聚脲彈性體應(yīng)用論壇”。中美兩國(guó)的聚脲專家做了精彩演講及演示活動(dòng)，交流了聚脲彈性體應(yīng)用技術(shù)，大大推動(dòng)了該技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展。由于價(jià)格及化學(xué)合成工藝不同，市場(chǎng)上出現(xiàn)許多不同配方的噴涂聚氨酯（脲）。在噴涂聚氨酯（脲）彈性體配方設(shè)計(jì)中，排除水分對(duì)材料力學(xué)性能的影響是最為關(guān)鍵的考慮因素。為了使體系中A組分與R組分的混合更加充分、完善，兩者的粘度應(yīng)盡量接近。由于純聚脲部分原料價(jià)格昂貴，使得純聚脲技術(shù)難以在短期內(nèi)大規(guī)模普及。在一些用戶要求不高、環(huán)境比較干燥的場(chǎng)合，噴涂聚氨酯或者聚氨酯（脲）彈性體也是一種較為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的辦法。但是，雜合體系統(tǒng)對(duì)施工人員的操作水平及現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)質(zhì)量保證體系提出了更高的要求，因此，美國(guó)PDA至今未把雜合體列入聚脲定義范圍內(nèi)。聚脲行業(yè)國(guó)內(nèi)與國(guó)外產(chǎn)品檔次差距較大，主要與我們國(guó)家的產(chǎn)品價(jià)位、市場(chǎng)接受能力、經(jīng)濟(jì)消費(fèi)水平較低有關(guān)。北美地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，用的基本是純聚脲，性能方面都能保證。而在我國(guó)，為降低材料成本，一般都用雜合體，特別是在戶外/野外現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)可能更復(fù)雜。雜合體中如果摻入了聚氨酯，就會(huì)出現(xiàn)發(fā)泡、起皮現(xiàn)象，影響聚脲的施工質(zhì)量和應(yīng)用效果。特別是有些設(shè)計(jì)人員及現(xiàn)場(chǎng)施工操作人員并未真正理解雜合體體系的特點(diǎn)，忽視雜合體配方體系現(xiàn)場(chǎng)施工需要更高的技術(shù)要求這一特點(diǎn)，造成涂層質(zhì)量未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)重影響了聚脲的應(yīng)用效果，也為聚脲涂料的進(jìn)一步發(fā)展及應(yīng)用帶來(lái)了負(fù)面影響。聚脲涂料技術(shù)經(jīng)過(guò)20年的應(yīng)用，目前在世界范圍已基本成熟，成功案例比比皆是。但同時(shí)在應(yīng)用過(guò)程中也出現(xiàn)了不少問(wèn)題，造成返工現(xiàn)象，主要是由于材料性能選擇、項(xiàng)目/體系設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)施工及質(zhì)量保證體系過(guò)程等方面的不完善造成的。噴涂聚脲涂料技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)十分明顯，但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，底材及底漆是關(guān)鍵。當(dāng)用于混凝土表面時(shí)，就特別需要注意基面的處理；基面處理的好壞，直接影響到施工質(zhì)量。聚脲的固化速度極快，通常在尚未充分浸潤(rùn)混凝土表面時(shí)就已經(jīng)固化，影響了涂層與混凝土的粘結(jié)力；聚脲固化時(shí)的發(fā)熱量很大，混凝土表面毛細(xì)孔里含有的空氣或水分受熱后便會(huì)膨脹或蒸發(fā)，造成涂層表面出現(xiàn)針眼和氣泡。因此，聚脲噴涂施工前混凝土基面一定要涂布底漆，以增加粘結(jié)力和封閉毛細(xì)孔洞。目前新近開(kāi)發(fā)的專用底漆，系水乳化的聚氨酯體系，其特點(diǎn)是可在潮濕混凝土基面上直接涂布，滲透力強(qiáng)、固化快，底漆施工后3h即可噴涂聚脲；涂層與混凝土的粘結(jié)力大于5MPa；可有效解決噴涂聚脲在混凝土表面施工的基面處理問(wèn)題。聚脲防水施工大多數(shù)在應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，而現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境一般較為復(fù)雜，同時(shí)聚脲涂料反應(yīng)速度較快，施工要求相對(duì)于普通油漆噴涂難度更大。國(guó)內(nèi)目前還沒(méi)有專門(mén)的培訓(xùn)機(jī)構(gòu)，合格的施工技術(shù)人員比較短缺。應(yīng)該說(shuō)，聚脲施工行業(yè)的門(mén)檻較高，即使是聚脲理論知識(shí)豐富的人，如果在施工技術(shù)（如：項(xiàng)目管理、材料選擇、底材處理、設(shè)備操作等）方面沒(méi)有3年以上時(shí)間的鍛煉，操作時(shí)是很難達(dá)到設(shè)計(jì)質(zhì)量要__求的。
3聚脲防水涂料標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)技術(shù)規(guī)程的制定
2008年9月，具有里程碑意義的中國(guó)《噴涂聚脲防水涂料》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)歷經(jīng)4次工作會(huì)議，經(jīng)過(guò)來(lái)自全國(guó)32個(gè)單位、38名代表以及12名標(biāo)準(zhǔn)審查專家的熱烈討論和認(rèn)真審查，形成了我國(guó)（也是世界上）第一部聚脲防水涂料標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)批稿。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了噴涂聚脲防水涂料的術(shù)語(yǔ)和定義、分類和標(biāo)記、一般要求、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸與貯存。標(biāo)準(zhǔn)將適用于建設(shè)工程、基礎(chǔ)設(shè)施防水用噴涂聚脲涂料。該標(biāo)準(zhǔn)在對(duì)聚脲科學(xué)定義的同時(shí)，結(jié)合我國(guó)國(guó)情，將聚氨酯（脲）（又稱半聚脲）也納入標(biāo)準(zhǔn)控制范圍。但該標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有對(duì)“半聚脲”的設(shè)計(jì)使用及應(yīng)用范圍（特別是戶外/野外施工）作出限制，因此設(shè)計(jì)單位、總包商以及業(yè)主出于價(jià)格方面的考慮，可能將更多地設(shè)計(jì)、采用半聚脲體系，這就對(duì)施工提出了更高的要求，特別是在底材處理、現(xiàn)場(chǎng)噴涂操作、質(zhì)量保證體系等方面。
2008年8月1日，《噴涂聚脲防水技術(shù)規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)編制組成立，來(lái)自全國(guó)21家單位的代表參加了第一次工作會(huì)議，就工程設(shè)計(jì)、噴涂設(shè)備、施工、工程質(zhì)量及驗(yàn)收，以及施工安全和環(huán)境保護(hù)方面做了初步探討，確定了編制大綱、任務(wù)分工及編制進(jìn)度。該規(guī)程預(yù)計(jì)于2009年形成最終報(bào)批稿?！秶娡烤垭宸浪夹g(shù)規(guī)程》將有助于科學(xué)地評(píng)判現(xiàn)場(chǎng)操作人員的技術(shù)水平，指導(dǎo)噴涂聚脲防水工程的設(shè)計(jì)，規(guī)范現(xiàn)場(chǎng)施工程序，完善現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法與技術(shù)。
4噴涂聚脲設(shè)備
20世紀(jì)80年代中期，Gusmer公司（即現(xiàn)今的Huntsman公司）為配合Texaco開(kāi)發(fā)聚脲技術(shù)，對(duì)其原有的聚氨酯RIM設(shè)備進(jìn)行了相應(yīng)的設(shè)計(jì)改進(jìn)，在繼承其計(jì)量、混合原理的基礎(chǔ)上，推出了第1代噴涂設(shè)備組合——H-2000主機(jī)和GX7-100噴槍。由于該設(shè)備混合壓力偏低，結(jié)果并沒(méi)有使聚脲技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，但卻在聚氨酯泡沫領(lǐng)域取得了大量應(yīng)用。隨著對(duì)聚脲技術(shù)的深入研究和開(kāi)發(fā)，該公司又于90年代中期，推出了其第2代噴涂設(shè)備組合——H-3500主機(jī)和GX7-400噴槍；2000年又推出了性能更加卓越的H-20/35主機(jī)和GX7DI噴槍。2002年，Glas-Graft公司推出專門(mén)用于聚脲噴涂的設(shè)備組合：MXⅡ主機(jī)和LS噴槍；2003年，Graco公司推出了極具競(jìng)爭(zhēng)力的ReactorE-XP2主機(jī)和FUSION噴槍，減輕了聚脲行業(yè)施工人員的操作強(qiáng)度，使聚脲技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展階段。Reactor主機(jī)摒棄了Gusmer公司H系列主機(jī)采用液壓驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)理念，選用電機(jī)驅(qū)動(dòng)作為動(dòng)力源，通過(guò)對(duì)電機(jī)和控制元器件的有機(jī)組合，實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)、關(guān)槍操作的瞬間控制，不再需要上百公斤的液壓油，大大減少了設(shè)備體積和質(zhì)量，整機(jī)質(zhì)量180kg，僅為H-20/35主機(jī)的一半，極大地方便了運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)施工。該主機(jī)配備有新穎的數(shù)據(jù)下載裝置，能夠?qū)娡窟^(guò)程中A料、B料和管道的溫度、壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和記錄，有利于施工結(jié)束后的數(shù)據(jù)分析和查找事故原因。Reactor主機(jī)控制面板可根據(jù)用戶的需要，加裝長(zhǎng)度可達(dá)91m的延長(zhǎng)線，實(shí)現(xiàn)施工人員對(duì)設(shè)備參數(shù)的零距離控制，減少了以往施工設(shè)備在遠(yuǎn)距離操作時(shí)的聯(lián)絡(luò)不暢和控制失靈，極大地改善了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控能力，提高了工程質(zhì)量。該主機(jī)還設(shè)計(jì)有方便的回流系統(tǒng)，在A料、B料出現(xiàn)壓力不平衡時(shí)，能自動(dòng)停機(jī)，防止將不合乎比例要求的原料噴涂到施工現(xiàn)場(chǎng)，保證了施工質(zhì)量。操作時(shí)，旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的閥門(mén)，即可使壓力快速平衡，不必像以往的主機(jī)那樣必須經(jīng)過(guò)拆卸噴槍后才能調(diào)整壓力，方便了施工人員的現(xiàn)場(chǎng)操作。Fusion噴槍有2種，即空氣自清潔槍（air-purge，簡(jiǎn)稱AP槍）和機(jī)械自清潔槍（mechanical-purge，簡(jiǎn)稱MP槍），其最突出的特點(diǎn)是：混合室耐磨損、拆卸簡(jiǎn)單、零配件少、維護(hù)方便。AP槍的工作原理與Gusmer公司的GAP槍、Glas-Craft公司的Probler槍相同，但拆卸和維護(hù)過(guò)程非常簡(jiǎn)單、方便，不需要使用任何工具就可將槍頭打開(kāi)；短時(shí)間停機(jī)不需要洗槍，只要加注專用油脂即可；獨(dú)特的金屬混合室流動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)使得混合、霧化效果更好。MP槍的工作原理與Gusmer公司的GX7-400槍，GX-DI槍相同，除了具有AP槍的所有優(yōu)點(diǎn)外，它的混合室采用聚碳酸酯材料，比采__用尼龍混合室的噴槍更加耐磨；同時(shí)，噴槍閥桿調(diào)整更加便捷、方便，型號(hào)簡(jiǎn)化，使用成本更低。自1987年第1代Graco-Gusmer聚脲噴涂設(shè)備問(wèn)世以來(lái)，Graco-Gusmer為適應(yīng)市場(chǎng)及原料的發(fā)展，不斷更新并推出新型可靠的主機(jī)及噴槍；2007/2008年為滿足聚脲涂料快速發(fā)展的需要，美國(guó)Graco公司在全球隆重發(fā)布第5代聚脲噴涂設(shè)備——ReactorH-XP3及FusionCS噴射自清潔噴槍。2007年12月，美國(guó)Graco公司成功收購(gòu)美國(guó)Glas-Craft公司，二者于2008年10月正式合并，從而實(shí)現(xiàn)了噴涂設(shè)備領(lǐng)域3G（Graco/Gusmer/Glas-Craft）合一的局面。目前的設(shè)備操作培訓(xùn)，都是設(shè)備代理商在設(shè)備安裝、調(diào)試時(shí)給最終客戶進(jìn)行1~2天的現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)單培訓(xùn)，包括設(shè)備連接、參數(shù)設(shè)定、開(kāi)關(guān)程序以及基本的噴涂操作要領(lǐng)。由于客戶方操作人員接受程度及代理商/原料商技術(shù)培訓(xùn)能力的局限，往往會(huì)出現(xiàn)最終客戶在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)（如第1年內(nèi)）都還不能獨(dú)立、完整、正確地使用設(shè)備，完成高質(zhì)量的噴涂聚脲工程，更多地依賴所購(gòu)買(mǎi)設(shè)備或原料的代理商或生產(chǎn)商提供日常的設(shè)備使用技術(shù)支持。為了滿足日益增長(zhǎng)的聚脲市場(chǎng)的發(fā)展需要，2009年起，Graco公司將聯(lián)合聚脲原料商/設(shè)備代理商定期舉辦第5代聚脲噴涂系統(tǒng)ReactorH-XP3/FUSIONCS系統(tǒng)操作認(rèn)證培訓(xùn)課程，這將有助于提升中國(guó)噴涂設(shè)備操作人員的基本技能。目前大部分聚脲涂料的混合比例（體積比）是1：1，因此相關(guān)噴涂設(shè)備的首要作用是保證比例；由于A、B組分粘度不同，因此需要設(shè)定不同的主加熱器溫度，要能快速加熱原料，并保持可以霧化的溫度；又由于材料在數(shù)秒鐘內(nèi)就固化，最好采用直接對(duì)撞式混合噴槍，如：MP（機(jī)械自清潔）、AP（空氣自清潔）以及全新的CS（噴射自清潔）。在確保兩組分比例的前提下，噴涂聚脲涂層的物理性能技術(shù)指標(biāo)將隨著壓力的增大而明顯提高。不同的設(shè)備配置（氣動(dòng)、電動(dòng)、液壓主機(jī)計(jì)量系統(tǒng)）及噴槍（混合室及噴嘴組合），保證了現(xiàn)場(chǎng)施工的效率及涂層質(zhì)量的穩(wěn)定。同時(shí)，設(shè)備都具有比例誤差過(guò)大報(bào)警裝置以及數(shù)據(jù)下載功能，以保證合格的材料能達(dá)到材料商所設(shè)定的物理指標(biāo)及涂層效果。比例誤差超過(guò)10%~15%以上，噴涂材料的物理性能技術(shù)指標(biāo)將大大降低。
5聚脲在國(guó)內(nèi)外大型基礎(chǔ)設(shè)施工程中的應(yīng)用
聚脲材料的出現(xiàn)，打破了以往涂層保護(hù)領(lǐng)域環(huán)氧、丙烯酸、聚氨酯一統(tǒng)天下的局面，為工程界提供了一種非常先進(jìn)、實(shí)用的技術(shù)。特別是它對(duì)高水分、高濕度環(huán)境的容忍度，深受戶外施工者的稱道，因此得以在國(guó)內(nèi)外大型基礎(chǔ)設(shè)施工程中廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)不少重點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施工程選用了聚脲涂料：
●京津城際高速鐵路作為我國(guó)第一條設(shè)計(jì)時(shí)速350km的客運(yùn)專線，采用了大量的新技術(shù)、新工藝，包括聚脲材料的全線應(yīng)用。防水處理面積超過(guò)100萬(wàn)m2，聚脲用量在2000t以上，用量之大，在鐵路防水工程中首屈一指，在世界上也是著名的聚脲工程之一。
●國(guó)家大劇院景觀水池防水工程全部采用聚脲涂料。
●部分奧運(yùn)場(chǎng)館看臺(tái)及屋頂采用聚脲涂料，大大加快了施工進(jìn)度，如：北京豐臺(tái)壘球中心、曲棍球館、奧林匹克中心、奧林匹克水上公園等奧運(yùn)場(chǎng)館的混凝土看臺(tái)表面保護(hù)，累計(jì)達(dá)到10萬(wàn)m2。
●全運(yùn)會(huì)場(chǎng)館的聚脲防水施工正在進(jìn)行中。其他成功案例：
●美國(guó)波士頓地鐵隧道以及中國(guó)香港地鐵隧道都成功采用純聚脲作為防水材料，大大加快了施工進(jìn)程并提高了質(zhì)保年限。
●中國(guó)臺(tái)灣的高鐵路基也成功采用純聚脲涂料，縮短工期，延長(zhǎng)防水防腐涂層壽命。
●美國(guó)五角大樓停車(chē)場(chǎng)修復(fù)項(xiàng)目，采用純聚脲涂料作為地面及屋頂防水材料。該涂層同時(shí)具有防沖擊的防護(hù)作用。
盡管?chē)?guó)內(nèi)聚脲行業(yè)發(fā)展目前還存在一些現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用問(wèn)題，但隨著相關(guān)材料標(biāo)準(zhǔn)的制修訂（化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的修訂和防水國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定）、工程技術(shù)規(guī)范的編制與發(fā)布實(shí)施、施工技術(shù)的人員培訓(xùn)與認(rèn)證以及將來(lái)中國(guó)聚脲行業(yè)協(xié)會(huì)的建立等，我們有理由相信，聚脲技術(shù)在中國(guó)將得到更為廣泛、規(guī)范、快速健康的發(fā)展與應(yīng)用。 |
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