前言

防水透濕織物(Waterproof&Moisture Perme—able Fabric)通常也叫防水透氣織物，國外一樣平常稱之為Waterprof but Breathable Fabric(可呼吸織物)。是一種既能防雨防風，又能排汗、透氣的織物。它是人類為抵御大天然的侵害，賡續進步自我珍愛的情況下出現的，在穿著過程中，水在肯定壓力下不能浸透織物，而人體散發的汗液卻能以水蒸汽的情勢通過織物傳導到外界，不在人體外觀與織物之間冷凝蘊蓄，保持穿著者干爽、溫暖。所以，在國外稱之為“可呼吸織物”。這種織物不僅能知足冰冷、雨雪、大風等惡劣環境中人們運動時的穿著必要，也適用于人們日常生活需求，具有廣闊的發展前景。

1防水透濕技術的近況

1．1超高密結構法

Ventile織物是這類防水透濕織物的典型代表。這是一種細支低捻度高密純棉織物。干燥的文泰爾防雨織物紗線之間的微孔比較大，能提供高度透濕的結構。一旦潤濕，棉纖維膨脹，紗線之間的閑暇由10p,m削減到3p,m，迫使孔隙縮小，在短時間內可以防止水滲透。這一閉孔機制同特別的拒水整理相結合，可使織物不被雨水進一步滲透，可用于外科手術服、戶外穿著服等。13本防衛廳早在1960年就開始用它制造耐寒防水救生服。近年隨紡絲技術的發展，行使超細纖維(0．1～0．3 dtex)制成的超高密度織物大量出現。有報道稱，這類織物即使不采用拒水整理也可達到9．8～14．7 kPa的耐水壓。13本鐘紡公司用星散型纖維(1 dtex)制成織物后再經高收縮，于1981年首創超高密織。其密度為通俗織物的20倍，耐水壓可達6kPa以上，透濕量達7000 g／In 24 h。而13本帝人公司以超細滌絲為質料開發的微隙織物Micro-porous Fabric，據稱經5次洗滌后，在24 h內仍能耐受9．8kPa的水壓而不滲漏，透濕量可達10，000 s／m 24 h。經20次洗滌后，該織物的性能仍能保持9o％以上。

在20世紀70年代，人們發現荷葉外觀因覆蓋著稠密的細短茸毛及延續的蠟質層而具有特別的拒水性能。滴于荷葉外觀的水不能滲透荷葉，而只能形成水珠順荷葉外觀滑落，這種征象稱為荷葉效應。80年代初，13本一些公司行使超細纖維(0．1～0．3dtex)特別的收縮技術生產超高密織物，經過防水處理后，獲得具有長時間防水結果的透濕織物。如日本帝人公司根據荷葉效應，行使超細纖維制成拒水、防水織物“MicmfitRectax。該織物具有極佳的透濕性(>8000 g／m·24h)、防風性(0．5 cln／cm·s)和耐水壓性(5880～6860 Pa)。常濤、李德義引及馬立等采用滌綸微細旦纖維織造高密度織物，并行使組織的浮長線模仿荷葉外觀的乳頭狀突起，使織物外觀具有微小的凹凸，同時對坯布進行收縮整理和拒水整理，使織物具有優秀的防水透濕性。由該方法試制的防水透濕織物透濕量達1592．9 m 24 h，耐噴淋持續時間93．8 min，且織物手感柔軟、懸垂性好并具有自然的光澤。因為高密織物的生產難度較大，因而出現了通過整理手段來生產高密整理織物。這種織物的質料纖維具有皮芯結構，芯層是較粗的高收縮纖維，皮層為超細質料。如帝人公司開發的以滌綸皮芯異收縮纖維為質料的“Sorela”和13本尤尼契卡公司生產的以乙烯與乙烯醇共聚長絲為芯層，以錦綸為皮層的皮芯異收縮織物“Naiva”等。

目前，世界上重要生產高密防水透濕織物的公司及其聞名商標還有：Hochest公司使用Trevira．Finess(0．56 dtex)聚酯纖維制造的CLMAGUARD；ICI公司行使TACTLE微纖(0．44ate)織造的MICROSPIRIT；東麗(TORAY)公司制成的H2OFF織物和可樂麗(KURARAY)公司制成的ARCUS織物等。緊密型織物的上風重要在于工藝簡單，重要是紗線和絲纖度的轉變，制成的衣物懸垂性、透濕性好。但其織物耐水壓太低(<9．8 kPa)，大大限定了應用范圍。此外，因為織物密度大，織物的撕裂性能差，紡紗必須經特別處理，生產成本高，加工困難。棉型Venfile織物遇水變僵硬，不利于穿著，也是此類織物的瑕玷之一。

1．2微孔技術法

由表2可知，下降到地面的雨滴直徑通常在100～30000tlm，而水蒸汽分子的直徑為0．0004tlm。微孔防水透濕織物就是行使水滴與水蒸汽直徑的懸殊差異，設計織物微孔直徑使織物外側的水不會穿透織物滲入到織物內側，而人體散發的汗蒸汽卻能夠通過微孔擴散到外界，從而具備防水透濕功能。微孔高聚物薄膜可以與織物通過層壓或涂層工藝等方式復合，從而賦予復合體防水透氣功能。微孔的產生有多種方式，可通過對薄膜的雙向拉伸產生微孔；也可在高聚物上填加填料(如陶瓷、泡沫等)，使高聚物與填料之間形成孔隙；也可以通過相星散(濕法聚氨酯)產生微孔；還可以采用機械方式，行使打孔技術(如激光)使無孔膜產生閑暇達到透氣的目的。

濕氣在微孔中擴散包括三個過程：氣體在薄膜外觀“消融”逐一定的溫濕梯度下在薄膜內擴散一最后在低濃度一側蒸發。1985年10月，美國軍隊將輕巧防水透濕織物用于冬季軍用服裝，以漸漸庖代現行軍用棉衣，其中Gore-tex層壓織物是唯一達標的防水透濕產品J。但因為該微孔膜的制備必要特別的設備與工藝，產品加工難度大、成本高而價格昂貴，在很大程度上限定了其推廣應用。Gore-tex薄膜厚度約為25tun，氣孔率為82％，每平方厘米有14億個微孔，平均孔徑為0．14tun，孔徑范圍0．1—5 rum，小于輕霧的最小直徑(20ran一100p~m)，而宏大于水蒸汽分子的直徑(0．0003—0．0004p~n)，故水蒸汽能通過這些永世的物理微孔通道擴散，而水滴不能通過。因為P1w薄膜又是拒水的，因而具有精良的防水透濕性能。據測試，Gore—tex膜的耐水壓為44O kPa，透濕量達11.072 g/m·24h。將其層壓于尼龍或滌綸織物上，可使織物的耐水壓達9.8 kPa以上，透濕量達5000 g/m·24 h。據報道，日本的NITRO Elec．公司生產的MICROTEX也屬Gore-tex膜之類J。藤井富美子研究發現J，用Gore．tex膜制成的服裝有一個緊張的缺陷，即隨著服用時間的延伸，防水透濕的結果變差，甚至出現面料滲水征象。這重要是因為薄膜的比外觀積較大，容易吸附粉塵及人體汗液中的鹽分、油脂、化妝品等物質，洗滌劑也容易殘留在薄膜微孔內，這些物質的存在導致薄膜微孔的親水性增長，從而引起毛細征象。為此，Gore公司與日本潤工社合作，推出第二代Gore—tex織物。其關鍵在于在拒水的P1薄膜的一壁涂覆親水拒油的聚氨酯類防水透濕涂層劑，以進步Gore—rex織物的耐用性，此項技術的缺陷在于織物的透濕性能有所降落J。近年來，隨著對PTFE性能熟悉的深入和制膜技術的進步，在第二代Gore—rex織物的基礎上，又研發了功能性P1'n層壓織物，例如防水透濕彈性織物、防水透濕阻燃復合織物、防化內衣以及新型特種防水透氣軍鞋等。

Gore．tex問世以后，國內一些科研機構便對此進行跟蹤研究。北京塑料研究所、東華大學及上海市紡織科學研究院等單位先后研制開發了一系列FrFE產品。我軍自行研制的P1層壓織物在某些性能上已超過Gore．rex織物，達到了國際先輩水平，并建立了世界上第二條雙向拉伸PTFE膜生產線。此外，為了獲得性能精良、成本低廉的功能織物，研究人員嘗試行使聚偏氟乙烯(PVDF)替換PTFE制備新型防水透濕膜，并已取得了肯定成績[。美國一家公司開發了一種PVDF涂層材料，其涂層微孔平均直徑僅為0．1 um。

除了聚四氟乙烯外，其他薄膜層壓織物還有聚乙烯膜、聚酯膜、聚氨酯膜、聚丙烯膜層壓抑品等。因為聚氨酯自己的物理性能，尤其是彈性、手感、機械力學性能較好，且成原形對低，因而微孔涂層法以PUs類防水透濕產品為主。到20世紀80年代中期，國皮毛關產品已有幾十個品牌，例如日本東麗(Toray)公司濕法凝固工藝生產的微孔PUs涂層織物Entrant；美國Burlington公司的Uhrex，比利時UCB Speci alt y Chemicals／B公司反相法工藝生產的微孔PUs涂層織物Ucecoat 2000系列；以及Ciba—Geigy公司采用泡沫涂層工藝生產的Dicrylall系列等。這些產品的耐水壓一樣平常為4．6—6．8 kPa、透濕量為1000—4500 g／m·24 h。總的來說，這類織物的耐水壓性、透濕性、防風性及保暖性都較好，但加工過程較為復雜，生產成本較高。分外應詳細的是，在長期的使用過程中微孔會被堵塞，從而導致織物防水透濕性能降落。

1．3致密親水膜技術法

致密親水膜防水透濕織物是近年來研究的新動向。它行使高聚物膜的親水性能為水蒸汽分子提供充足的親水性基團，水分子因為氫鍵和其他分子間力的作用，在肯定溫度和濕度梯度下，于濕度高的一側吸附水分子，通過高分子鏈上的親水基團傳遞到濕度低的一側解吸，形成“吸附．擴散．解吸”過程]，達到透氣的目的。親水成分可以是分子鏈中的親水基團。也可以是嵌段共聚物的親水組分，其防水性來自于薄膜自身的延續性和較大的膜張力。行使薄膜與織物進行層涂層，賦予織物防水透氣功能。這類織物的典型產品有荷蘭Akzo Nobel公司的Sympatex層壓織物、美國寶立泰國際股份有限公司的Qualitex多功能防水透濕織物等。Sympatex是含2O％～5O％聚環氧乙烷和對苯二甲酸丁二酯的熔化擠出共聚薄膜，屬聚酯嵌段高聚物制成的實心體，液體完全不能透過薄膜，透濕通過也不會被堵塞。其厚度僅為10μm(但隨著應用的擴大，超薄和超厚品種已開發成功，如今這些膜的厚度范圍是5—10μm)，大大低于一樣平常涂層的厚度(70—100μm)，具有重量輕、手感柔軟和水蒸汽由里向外擴散距離短等好處。其重要性能指標為：透濕性2700g/m 24 h、拒水性105 Pa。如今，Sympatex層壓織物的外層材料用3M公司的Scotchguard助劑處理，可保證層壓織物的長期透氣性。Qualitex薄膜是以聚氨酯為主，由近十種化學質料反應合成的多相高分子材料，屬無孔親水性薄膜。薄膜吸水后，仍能保持優秀的機械性能，從而解決了親水性與薄膜牢度的矛盾，織物的防水透濕性能接近聚四氟乙烯層壓織物。聚氨酯涂層劑具有玻璃化溫度低且易調節，以及低溫強度和柔韌性精良等好處，是常用的防水透濕涂層劑。進步無孔涂層透濕性的關鍵是發揮聚氨酯分子結構中軟段分子的作用，即導入親水性的軟段分子，作為吸擁護釋放水分子的部分。聚氨酯涂層劑涂層之后，因為溶劑揮發形成無孔薄膜，通過親水基團或氫鍵對水分子的吸附一傳遞一解吸作用而達到透濕的目的。因為膜中沒有微孔，因此防水性能很好，但透濕性能有待于進步。另外，這類涂層織物的瑕玷是外觀需經拒水整理以改善防水性。這類產品有英國Baxenden化學公司生產的Wit·coflex Staycool和X—liner等、德國Bayer公司的Impraperm、比利時UCB的Uceeoat 2000NPU系列產品及日本尤尼契卡的Prooface：等。據稱，大日本油墨化學公司的Ctisvon NYT一20亦是按此設想開發的產品。國內學者在這一領域的研究也頗為活躍，其性能如表3所示。致密膜防水透濕織物加工簡單，不存在粉塵、汗漬和油垢的污染，但對設備、涂層劑有特別要求。涂層的織物具有較高的耐水壓，卻難以獲得較高的透濕性。盡管防水透濕織物有多種加工方法，但在現實生產中常常將它們結合起來使用。比如，Gore公司的第二代Gore—tex產品就是將P1'n薄膜層壓與親水PUs涂層相結合，以實現防水透濕功能，且在服用過程中不堵塞微孔；比利時UCB公司將Ucecoat2OOO微孔PUs涂層和NPU親水涂層相結合，制成防水透氣雨衣，耐水壓超過29．4 kPa，透濕量大于4500 r,／m2·24h；日本東麗(Tomy)公司新近開發的Entrant GII系兩種聚氨酯材料復合而成，內層聚氨酯含微孔和超微孔(<0．5 mm)，行使類似于“芯吸”的作用達到防水透氣結果，耐水壓達98 kPa、透濕量大于8，000 r／m·24 h；此外，還有美國3M公司生產的Thintech品牌等。

2防水透濕織物的加工方法

防水透濕織物的加工方法有三種：超高密結構法、微孔技術法和致密親水膜技術法。

2．1超高密結構法

聞名的Ventile織物是最早的以超高密結構法生產的防水透濕織物。當織物被潤濕后，纖維發生膨脹，纖維間的間隙減小，從而阻止水的滲透。近年來，多用聚酯、尼龍、醋酸纖維素等的超細纖維制備高密織物，再輔以拒水整理，達到比Ventile織物更好的防水結果，而且織物輕薄，手感柔軟。

2．2微孔技術法

微孔防水透濕織物是根據水滴與水蒸氣分子大小相差懸殊，設計織物微孔膜上的微孔直徑小于水滴而大于水蒸氣分子，織物外側的水滴不會穿過織物滲透到織物內側，而人體自己散發的汗蒸氣則能夠通過微孔擴散到外界，從而使織物具備防水透濕的功能。微孔技術法的典型代表織物是美國w．L．Gore&Associates(戈爾)公司制備的Gore-Tex織物。Gore—Tex薄膜重要是由聚四氟乙烯雙向拉伸微孔薄膜構成，厚約25 m，開孔率為82％，孔徑為0．2～5 Ixm，約為水滴的兩萬分之一。比水蒸氣分子大700倍，透濕量大于4 000 g／m·24 h，透氣量小于0．1 mL／(cm·S)，因而具有優秀的防水、透濕、防風功能。適用于活動和戶外服裝。

2．3致密親水膜技術法

致密親水膜防水透濕織物是通過親水膜親水鏈段的化學吸附，在肯定的溫度和濕度梯度下，傳遞水蒸氣；通過親水膜的疏水鏈段阻止水的滲透。如Sympatex織物，Sympatex薄膜是由親水的聚酯嵌段高聚物制成的沒有微孔的實心體，汗氣蒸發的水分子以親水涂層的親水鏈段為階梯從織物內部散失到外界。由于親水涂層內部的溫度、濕度比外界要高，因而這種傳導只能由內到外單方向進行，從而使織物具有優秀的透濕性能。又因為這種親水涂層是無孔的，所以即便是刮風下雨，風和雨滴也不能透過親水涂層，因而具有優秀的防風隔雨性能。而且Sympatex薄膜厚度僅為lOm，具有重量輕，手感柔軟和水蒸氣由里向外擴散距離短等好處。因而廣泛用于活動服和休閑服。

3防水透濕織物新發展

前述三種方法制備防水透濕織物已經應用于工業生產，但仍有不足之處，如行使織物自己緊密結構制備的防水透濕織物耐水壓太低；親水膜技術制備的防水透濕織物懸垂性和柔軟性差；透濕性相對較低，附著牢度差；而微孔技術制備防水透濕織物則工藝復雜，成本高，限定了其推廣和使用。隨著消耗觀念的改變和科學技術的提高，人們正在產品的功能開發上吸取和移植當代新技術，以提拔現有防水透濕織物的檔次。

3．1智能型防水透濕織物

考慮到穿著者的舒適性，對于紡織服裝的透濕氣性能在不同環境下的要求是不同的，高溫下要求高的透濕性能以保證優秀的排熱排汗性，而低溫時較低的透濕氣性可保證保暖性，然而一樣平常的織物無法達到這種功能性要求。行使外形記憶聚氨酯智能膜制備的防水透濕織物，其透濕氣性能能夠隨外界溫度的轉變而轉變，能更好地調節人體服裝內的微天氣，適合各種條件下穿著。

3．1．1外形記憶聚合物的外形記憶原理

要使聚合物具有固定形變及恢復形變的機械舉動，聚合物中必須具備兩相，即可逆相與固定相，其中固定相的玻璃化變化溫度要比可逆相的玻璃化變化溫度高，而可逆相的玻璃化變化溫度又要略高于操作溫度。因為在操作溫度范圍內固定相一向處于玻璃態、結晶態、互穿網絡或交鏈點狀況，因此，它能像橡膠一樣恢復形變，在外形恢復過程中提供所需的彈性恢復力。當溫度升高到可逆相的高彈態時，聚合物能在外加載荷下產生高彈形變；當溫度驟冷到其玻璃態時，因為此時處于玻璃態的可逆相的應力比固定相的彈性恢復力要大，產生的形變即使在去除外加載荷狀況下也不能恢復，就是所謂的形變被“凍結”。一旦溫度升高到可逆相玻璃化變化溫度以上，抵制固定相彈性恢復的因素被消弭，分子鏈的布朗活動使得可逆相的應力釋放、柔性增強，效果聚合物因為固定相的彈性恢復而恢復到初始形態。因而聚合物在一系列熱機械處理下，展現出了既能像塑料那樣能固定形變，又能像橡膠那樣恢復形變這兩種機械性能。

3．1．2外形記憶聚氨酯的結構及其制備方法

聚氨酯是在大分子主鏈上含有氨基甲酸酯基結構單元的高分子化合物的總稱，由多異氰酸酯與多元醇反應制得。為了獲得所必要的性能，常用小分子二元醇或二元胺進行擴鏈。對于外形記憶聚氨酯，因為其性能的要求，所用多異氰酸酯為二異氰酸酯，多元醇為齊聚物二元醇，擴鏈劑多為小分子二元醇。由芳香族的二異氰酸酯與具有肯定分子量的端羥基聚醚或聚酯反應生成氨基甲酸酯的預聚體，再用丁二醇等擴鏈后可生成具有嵌段結構的外形記憶聚氨酯。這種嵌段聚氨酯分子有軟段(聚酯或聚醚鏈段)和硬段(氨基甲酸酯鏈段)兩部分組成，而這兩部分鏈段的聚集狀況和熱舉動等各不雷同。其中由線型聚酯或聚醚構成的軟鏈段部分的玻璃化變化溫度較低，并具有肯定的結晶度，且熔點不高，為可逆相；而作為硬鏈段的氨基甲酸酯聚集體因為其分子間存在著氫鍵，因而具有較高的玻璃化變化溫度，該聚集體聚集成的微區起物理交聯點的作用，因而該鏈段作為固定相。這種兩相結構就賦予了聚氨酯分子外形記憶功能。外形記憶聚氨酯的制備方法與通俗聚氨酯的制備方法雷同，既可以用澆注法直接制得成品，也可以采用雙螺桿擠出機，先制得粒料，然后再注射成型。對于熱塑性的外形記憶聚氨酯多采用先制成粒料再成型的方法(成型前粒料必須除去水分，否則會使物性降落，表面變差，成型溫度為180～220℃)；對于熱固性的外形記憶聚氨酯，則多采用澆注法。

3．1．3由外形記憶聚氨酯制備的智能型防水透濕織物

外形記憶聚氨酯在玻璃化變化溫度區域，因為分子鏈微布朗活動而使透濕氣性有質的突變，而且外形記憶聚氨酯膜的透濕氣性能可以隨著外界溫濕度的改變而改變。將外形記憶聚氨酯應用于紡織品上，合理設置其溫度突變的范圍，就可以在不同環境下知足穿著者對舒適性的要求，從而實現智能透濕的結果。同時因為外形記憶聚氨酯為無孔膜，故可以保證優秀的防水結果。采用這種外形記憶聚氨酯制備防水透濕織物可以通過紡絲得到紗線并賦予紗線有記憶功能，也可作為織物涂層劑進行織物功能性涂層處理，如采用無孔層壓／涂層方式等，避免了微孔在使用過程中易壅塞的瑕玷。Et本三菱重工生產的外形記憶聚氨酯及其防水透濕織物Diaplex產品，防水性能(抗水壓)達到196．133～392．266 kPa，透濕量達0．8萬1．2萬g／(m·24 h)，并且具有優秀的抗冷凝性，不僅適應于一樣平常條件下穿著，而且在特別環境下其防水透濕保暖性能隨溫度轉變而轉變，始終保持優秀的舒適性。

3．2離子束濺射鍍膜法制備防水透濕織物

濺射法是鍍膜工業中已廣泛應用的技術，具有薄膜與基底結合力強、可沉積物質范圍廣等好處。聚四氟乙烯濺射在聚酯纖維織物上形成高度憎水的氟碳高分子膜。聚四氟乙烯膜僅沉積于纖維上，原織物的孔隙結構得以保留，故可兼具防水透濕功能；這種干法涂層為化學鍵合，牢度好；因為膜透明且僅幾個微米厚，故可保留原織物的手感、風格和顏色；濺射鍍膜過程中不使用有機溶劑，不存在環境污染題目。齊宏進、王東等的研究注解L1，未經濺射的聚酯纖維織物滴上水滴后立即鋪展滲入織物毛細孔中，而濺射后的織物在織物外觀形成了一層同于聚四氟乙烯的氟碳膜，使水與織物的接觸角遠遠超過90。，從而進步織物的拒水性。此外離子束濺射基本不影響織物的透濕性。因而離子束濺射法是制造防水透濕織物的一種新方法。

3．3環保型防水透濕聚酯織物

因為人們環保意識的日益加強，開發環保型產品已被各廠家所認可。邇來日本帝人公司開發了具有經濟、環保雙重價值的100％聚酯防水透濕織物Athtoma。該織物是用100％的聚酯纖維通過涂層或疊壓薄膜(樹脂)生產的，可以回收再行使.帝人公司一向開發和銷售100％聚酯高密防水透濕織物。然而，這種不經過涂層或疊壓的高密織物抗高水壓能力有限，同時，使用聚亞胺酯樹脂或碳氟樹脂增長抗水壓性能的涂層或疊壓織物在回收方面很困難。為解決此題目，帝人公司成功地開發了不用聚亞胺酯樹脂的Athtoma織物。該織物是一種經防水透濕后整理的機織物，可以回收和再行使，具有優秀的經濟價值，抗水壓和透氣性能優秀，具有持久的抗水性，可經受反復的洗滌。

3．4蛋白質織物

回歸天然也是當今人們所追尋的一個潮流，不少人削減對合成纖維的行使而重新正視自然纖維。日本和服一樣平常由絲織物制成，日本小松精練公司從廢棄的舊和服中提煉出絲蛋白，以這些彈性的絲蛋白調配聚氨酯樹脂，以涂層、層壓和熱復合三種方式制備防水透濕織物Proteintex，用于縫制大衣、防寒夾克、活動裝及戶外服裝等。Pro．teintex織物具有優秀的穿著性能，尤其是三層復合織物，除具有高防水高透濕等精良性能外，耐久性也很好，而且既輕又薄，易剪裁.

瞻望

防水透濕織物已經歷了一個相稱長的發展階段，當代新技術的發展將使防水透濕織物更趨完美，使防水透濕織物除了具備精良的防水透濕功能外，兼具其他特別服勤奮能。如戈爾公司與杜邦公司聯合，在Gore—Tex的Teflon膜上嵌入導電的納米粒子，開發新一代Gore—Tex抗靜電防水透濕工作服。

另外，防水與透濕是始終矛盾的，可以考慮用接枝聚合的方法對拒水性纖維進行改性，進步其吸濕放濕能力，從而達到防水透濕的目的。13本有人對此進行了初步探索，用電子線接枝聚合方法將丙烯酸類的親水性單體接枝在疏水性聚丙烯非織造物上，然后用烷基季銨鹽處理，再對其進行含氟等離子體處理，使織物具有拒水性和吸放濕雙重功能，但是所得織物的拒水性不如含氟微孔膜織物，這還有待人們更深入的研究。

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