CHARLA Explora1

11

Día de la Ciencia en Mi Colegio

Los Nuevos Materiales: El Juego de Los Atomos

Departamento de Polímeros, Facultad de Ciencias Químicas, Departamento de Polímeros, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad de Concepción, Concepción, ChileUniversidad de Concepción, Concepción, Chile

22

Materiales

Edad de Piedra 25.000 a 6.500 a.CMaderaPiedra pulida

PREHISTORIAEdad de los Metales 6.500 a 1.500 a.C

CobreEstañoBronceHierroCerámica

Edad Antigua 4000 a 500 a.C VidrioEdad Media 500 a 1.500 d.C Aleaciones metálicasEdad Moderna 1.500 a 1.800 d.C Cemento-Hormigón

HISTORIA

Edad contemporánea 1.800 a 2.000 d.C Polímeros


33

Porqué usar estos nuevos materiales

Ventajas de los plásticosResistencia a factores ambientales,Transparencia y facilidad de pigmentación,Facilidad de procesado en formas complejas y fácil adaptación para el cortado,Capacidad de aislación térmica y eléctrica,Baja densidad, yResistencia y durabilidad sin necesidad de mantenimiento

Desventajas de los plásticosSon fácilmente deformables,Su comportamiento varía con la temperatura,Coeficiente de dilatación muy alto,Algunos son inflamables, yAlto precio.


¿Qué hace la diferencia?

Son moléculas de alto peso molecular

Se enrollan sobre si mismas

Fuerte interacción entre cadenas

Se mueven lentamente

55

POLÍMEROS EN EL TIEMPO


66

POLÍMEROS EN EL TIEMPO


77

POLÍMEROPOLÍMERO (del griego (del griego poly = muchospoly = muchos y y mero = partemero = parte): ):

Unidades que están formadas por muchas Unidades que están formadas por muchas

subunidades más simplessubunidades más simples

POLIMERIZACIÓNPOLIMERIZACIÓN : : Unión de muchas moléculas Unión de muchas moléculas

pequeñas para generar otras de mucho mayor tamañopequeñas para generar otras de mucho mayor tamaño

MONÓMEROMONÓMERO (del griego (del griego mono = uno y mero = partemono = uno y mero = parte): ):

los compuestos simples (subunidades) que dan los compuestos simples (subunidades) que dan

origen a los polímeros origen a los polímeros

PLÁSTICOPLÁSTICO (del griego (del griego Plastikos Plastikos) : Capacidad de ser ) : Capacidad de ser

moldeado en cualquier formamoldeado en cualquier forma

POLÍMEROS Y PLÁSTICOSPOLÍMEROS Y PLÁSTICOSDefinicionesDefiniciones

88

Las molLas moléculas giganteséculas gigantesMoléculas pequeñas

Alto Peso Molecular10.000-10.000.000

Gran número de átomos200.000-200.000.000

Líquidos o sólidos

Macromoléculas y polímeros

Bajo Peso Molecular2-5.000

Pequeño número de átomos2-100.000

Líquidos, sólidos o gases


O

H

H

Agua

O C O

Dióxido de carbono

NH2

CHCH

O

CH3

aminoácidoalanina

99

POLÍMEROS NATURALESPOLÍMEROS NATURALES


POLISACARIDOS

almidón, celulosa

alimento, vestido, techo

PROTEINAS

Queratina, colágeno, insulina

Forman parte importante de

nuestro cuerpo

ACIDOS NUCLEICOS

ADN, ARN

Controlan la herencia a nivel

molecularO

H

OH

OH

HHO

H

CH2OHH

OH

CH2OH

HHO

H

OH

H O

H

O

O

H

OH

OH

HHO

H

CH2OHH

HCH2OH

HHO

H

OH

H O

H

O

O

H

OH

OH

HHO

H

CH2OHH

OH

CH2OH

HHO

H

OH

H O

H

O

O

H

OH

OH

HHO

H

CH2OHH

HCH2OH

HHO

H

OH

H O

H

O

1010

OO

OH

OH

HOOO

HO

OH

OH

OO

HO

OH

OH

O

La celulosa es la materia prima del papel y un La celulosa es la materia prima del papel y un producto de gran importancia técnica en la producto de gran importancia técnica en la industria textil y de materias plásticasindustria textil y de materias plásticas

POLÍMEROS NATURALESPOLÍMEROS NATURALESCelulosa Estructura y AplicacionesCelulosa Estructura y Aplicaciones

OO

ONO 2

ONO 2

O2NO

OO

O2NO

ONO 2

ONO 2

OO

O2NO

ONO 2

ONO 2

O

Nitratos de celulosa (NC)Nitratos de celulosa (NC)Algodón pólvora; pólvora sin humo Algodón pólvora; pólvora sin humo seda Chardonnet o rayón (1891-1924): seda Chardonnet o rayón (1891-1924):

celuloide: aglutinante para fabricar bolas celuloide: aglutinante para fabricar bolas

de billar, materia prima para fabricar de billar, materia prima para fabricar

películas de cinepelículas de cine

OO

OCOCH3

OCOCH3

OO

OCOCH3

OCOCH3

OO

OCOCH3

OCOCH3

O

OCOCH3 OCOCH3OCOCH3

Acetato de celulosaAcetato de celulosafabricación de películas de cine fabricación de películas de cine seda artificial (rayón al acetato)seda artificial (rayón al acetato)

1111

POLÍMEROS NATURALESPOLÍMEROS NATURALESCelulosa, Quitina y QuitosanoCelulosa, Quitina y Quitosano

CelulosaCelulosa

QuitinaQuitina

QuitosanoQuitosano

1212

Quitosano es un polisacárido derivado de la quitina, Quitosano es un polisacárido derivado de la quitina, que es un componente de las caparazones de que es un componente de las caparazones de crustáceos tales como cangrejos, camarones, crustáceos tales como cangrejos, camarones, calamarescalamares

camarón cangrejo calamar

POLÍMEROS NATURALESPOLÍMEROS NATURALESObtención de Quitina y QuitosanoObtención de Quitina y Quitosano

1313

TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDASTRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS Extracción de iones metálicosExtracción de iones metálicos Floculantes/ Coagulantes: Proteína, Colorantes, Amino Floculantes/ Coagulantes: Proteína, Colorantes, Amino

AcidoAcido INDUSTRIA DE ALIMENTOSINDUSTRIA DE ALIMENTOS

Extracción de Colorantes, Sólidos suspendidos Extracción de Colorantes, Sólidos suspendidos PreservantesPreservantes Estabilización del colorEstabilización del color Aditivo para alimento de animalesAditivo para alimento de animales

USOS MEDICOSUSOS MEDICOS VendajesVendajes Control de colesterol en la sangreControl de colesterol en la sangre Liberación controlada de drogasLiberación controlada de drogas Piel artificial en quemados, Lentes de contacto, etc…Piel artificial en quemados, Lentes de contacto, etc…

POLÍMEROS NATURALESPOLÍMEROS NATURALESAplicaciones de QuitosanoAplicaciones de Quitosano

1414

BIOTECNOLOGÍABIOTECNOLOGÍA Inmovilización de Enzimas; Separación de proteínasInmovilización de Enzimas; Separación de proteínas Recubrimiento de células; Inmovilización de célulasRecubrimiento de células; Inmovilización de células CromatografíaCromatografía

AGRICULTURAAGRICULTURA Recubridor de semillas; FertilizanteRecubridor de semillas; Fertilizante Liberación controlada de agroquímicosLiberación controlada de agroquímicos

COSMÉTICOSCOSMÉTICOS Humectante; Cremas de mano, cuerpo y cara, Humectante; Cremas de mano, cuerpo y cara, Lociones de bañoLociones de baño

PULPA Y PAPELPULPA Y PAPEL Tratamiento de superficie; Papel fotográficoTratamiento de superficie; Papel fotográfico

MEMBRANAMEMBRANA Control de permeabilidad, Osmosis reversaControl de permeabilidad, Osmosis reversa

POLÍMEROS NATURALESPOLÍMEROS NATURALESAplicaciones de QuitosanoAplicaciones de Quitosano

Proteína estructural muy Proteína estructural muy

abundante en el cuerpo abundante en el cuerpo

humano.humano.

Está formada por tres Está formada por tres

cadenas polipeptídicascadenas polipeptídicas

Se encuentra principal-Se encuentra principal-

mente en tendones, mente en tendones,

cartílagos y ligamentoscartílagos y ligamentos

POLÍMEROS NATURALES Colágeno: Estructura

Su uso más importante es en:Su uso más importante es en:suturas biodegradables (catgut), suturas biodegradables (catgut), reemplazo de tendones, ligamentosreemplazo de tendones, ligamentosreemplazo de bazo, reemplazo de bazo, piel artificialpiel artificial

POLÍMEROS NATURALES Colágeno: Aplicaciones Biomédicas

1717

POLÍMEROS NATURALESPOLÍMEROS NATURALESColágeno: Colágeno: ImplantesImplantes

AntesAntes

DespuésDespués

1818

H

C

1,4-Poliisopreno

Hevea brasiliensis

Se conoce desde descubrimiento de América

No se hallaron grandes aplicaciones durante siglos:

blando y pegajoso a altas temp. rígido y quebradizo a bajas temp

POLÍMEROS NATURALESPOLÍMEROS NATURALESCaucho o Goma Natural

1919

Neumáticos Piezas de maquinaria

Guantes AccesoriosInfantiles

Suela de Zapato

Elásticos Gualetas Goma de Borrar

ArtículosDeportivos

POLÍMEROS NATURALESPOLÍMEROS NATURALES Aplicaciones del Poliisopreno

2020

POLÍMEROS POLÍMEROS ARTIFICIALES Y SINTÉTICOSARTIFICIALES Y SINTÉTICOS

En un principio se modificaron En un principio se modificaron

macromoléculas naturales: caucho, seda, macromoléculas naturales: caucho, seda,

algodón algodón (Polímeros Artificiales)(Polímeros Artificiales)

Posteriormente se elaboraron nuevos Posteriormente se elaboraron nuevos

productos que no tienen análogos productos que no tienen análogos

naturales naturales (Polímeros Sintéticos) (Polímeros Sintéticos)

2121

HOMOPOLÍMEROS:HOMOPOLÍMEROS: polímeros que consisten en polímeros que consisten en

cadenas en las que cada unidad está enlazada a cadenas en las que cada unidad está enlazada a

otra idénticaotra idéntica

- A - A - A - A - A - A - A - - ( A )- A - A - A - A - A - A - A - - ( A )nn--

COPOLÍMERO:COPOLÍMERO: polímeros que consisten en polímeros que consisten en

cadenas formadas por dos o más monómeros cadenas formadas por dos o más monómeros

diferentes. Estos pueden presentar una gran diferentes. Estos pueden presentar una gran

variedad de combinaciones.variedad de combinaciones.

POLÍMEROSPOLÍMEROSClasificación según estructuraClasificación según estructura

2222

COPOLÍMERO:COPOLÍMERO:

A + B A + B - A - A - B - A - B - B - B - A - B - - A - A - B - A - B - B - B - A - B -

A - A -

EstadísticoEstadístico

A + B A + B - A - B - A - B - A - B - A - B - A - - A - B - A - B - A - B - A - B - A -

B - B -

AlternadoAlternado

A + B A + B - A - A - A - B - B - B - A - A - A - - A - A - A - B - B - B - A - A - A -

B - B -

En bloquesEn bloques

A + BA + B - A - A - A - B - B - B - A - A - A - - A - A - A - B - B - B - A - A - A -

B - B -

B - B - B B - B - B InjertadoInjertado

POLÍMEROSPOLÍMEROSClasificación según estructuraClasificación según estructura

Cadena Polimérica No Ramificada

Cadena PoliméricaRamificada Cadenas Cadenas

y y

PolímerosPolímeros


2424

POLÍMEROS SINTÉTICOSPOLÍMEROS SINTÉTICOSMecanismos de PolimerizaciónMecanismos de Polimerización

AdiciónAdición

CondensaciónCondensación

2525

Proceso en el que se encadenan monómeros Proceso en el que se encadenan monómeros

insaturados que son activados por un insaturados que son activados por un

iniciador (radical o iónico)iniciador (radical o iónico)

C C

H

H

H

H

n C C

H

H

H

H n

I*

POLÍMEROS POR ADICIÓNPOLÍMEROS POR ADICIÓNDefiniciónDefinición

2626

POLÍMEROS POR ADICIÓN...POLÍMEROS POR ADICIÓN...


2727

POLÍMEROS POR ADICIÓN POLÍMEROS POR ADICIÓN Polimerización radical del Etileno

2828

POLÍMEROS EN CADENAPOLÍMEROS EN CADENAPolimerización radical del Etileno

Ver Video Número 1

2929

POLÍMEROS POR ADICIÓN POLÍMEROS POR ADICIÓN Poli(ácido acrílico) y sus derivados

R = H, -CHR = H, -CH33, etc, etc

Ejemplos de derivadosEjemplos de derivados

3030

Poliestireno

TeflónPVC

POLÍMEROS POR ADICIÓN POLÍMEROS POR ADICIÓN En la vida diaria

3131

H3C C

O

OH O CH2 CH3H+

Acido Acético Etanol

H3C C O CH2 CH3

O

H2O+

Acetato de etilo(un éster)

REACCIÓN DE CONDENSACIÓNREACCIÓN DE CONDENSACIÓN


3232

POLÍMEROS EN ETAPASPOLÍMEROS EN ETAPASMecanismo de reacciónMecanismo de reacción

Ver Video Número 2

3333

En este tipo de reacción, el polímero se va En este tipo de reacción, el polímero se va

formando poco a poco, de la siguiente manera:formando poco a poco, de la siguiente manera:

monómero monómero + monómero+ monómero

dímerodímero

dímero dímero + monómero+ monómero

trímerotrímero

trímero trímero + monómero+ monómero

tetrámerotetrámero

dímero dímero + dímero + dímero

tetrámerotetrámero

trímero trímero + dímero+ dímero

pentámeropentámero

43 ero 43 ero + 28 ero+ 28 ero 71 ero71 ero

POLÍMEROS POR CONDENSACIÓNPOLÍMEROS POR CONDENSACIÓNMecanismo de reacciónMecanismo de reacción

3434

Polietilentereftalato (PET)H2O+ n

Acido Tereftálico Etilen Glicol

+HO C C OH

O O

HO CH2 CH2 OH

CO C O CH2 CH2 O

O O OO

OCH2CH2OCC

POLÍMEROS POR CONDENSACIÓN POLÍMEROS POR CONDENSACIÓN Poliéster (PET)Poliéster (PET)

3535

POLÍMEROS POR CONDENSACIÓN POLÍMEROS POR CONDENSACIÓN PET: Aplicaciones (Mylar y Dacron)PET: Aplicaciones (Mylar y Dacron)

3636

C CH2 C

O O

H H

NCH2N N CH2 N

HH

OO

CCH2C4 6 4 6

Porción de 6 C6 C proveniente de

hexametilendiamina

Porción de 6 C6 Cproveniente delácido adípico

C CH2

O

HO C

O

OH4

Acido Adípico

6

H

NCH2N

H

HH

Hexametilendiamina

+

Nylon 6/6 (una poliamida)

H2O+

POLÍMEROS POR CONDENSACIÓN POLÍMEROS POR CONDENSACIÓN Nylon 6/6: una poliamida (1939)Nylon 6/6: una poliamida (1939)

3737

POLÍMEROS EN ETAPASPOLÍMEROS EN ETAPASNylon 6/6: una poliamida (1939)Nylon 6/6: una poliamida (1939)

Ver Video Número 3

3838

POLÍMEROS POR CONDENSACIÓNPOLÍMEROS POR CONDENSACIÓNAramidasAramidas

KevlarKevlar

NomexNomex

El Kevlar es un polímero muy cristalino El Kevlar es un polímero muy cristalino e insoluble. Soporta hasta 500 °Ce insoluble. Soporta hasta 500 °C

El Nomex es más flexible que el Kevlar.El Nomex es más flexible que el Kevlar.

Chaleco AntibalaChaleco Antibala Traje antiflama (mezcla Traje antiflama (mezcla

Nomex/Kevlar)Nomex/Kevlar)

3939

TERMOPLÁSTICOSTERMOPLÁSTICOS : : en ellos la en ellos la

atracción entre las cadenas moleculares atracción entre las cadenas moleculares

es secundaria (tipo van der Waals). es secundaria (tipo van der Waals).

RELACIONES INTER o RELACIONES INTER o INTRAMOLECULARESINTRAMOLECULARES

CAUCHOS NATURALES O SINTÉTICOS CAUCHOS NATURALES O SINTÉTICOS ::

cadenas cadenas entrecruzadas.entrecruzadas. Con el calor se Con el calor se

vuelven muy elásticos, pero no se fundenvuelven muy elásticos, pero no se funden

TERMOESTABLES, TERMORESISTENTES, DUROPLASTOSTERMOESTABLES, TERMORESISTENTES, DUROPLASTOS:: éstos éstos

presentan un presentan un alto grado de entrecruzamiento son insensibles al insensibles al

calorcalor cuando no se ha alcanzado su temperatura de cuando no se ha alcanzado su temperatura de

descomposicióndescomposición

4040

Poli(butadieno) Poliésteres, poli(amidas)

POLÍMEROS SINTÉTICOSPOLÍMEROS SINTÉTICOSPropiedades Físicas: ClasificaciónPropiedades Físicas: Clasificación

4141

Los Plásticos

Estos son formulaciones que pueden contener a uno o más tipos de polímeros, y que además contienen una serie de aditivos que permiten mejorar o modificar alguna de sus propiedades


4242

- Termoplásticos rígidos PVC - Aceites, ceras o grasas- Películas finas bolsas de PE - Resinas- Fibras Keblar, poliaramida - Hidrogeles lentes de contacto- Cauchos gomas o elastómeros - Partículas superabsorbentes pañales- Espumas o Plásticos celulares - Materiales compuestos- Adhesivos o pinturas

Formas de presentación de plásticos


4343

Problema Ambiental de los Polímeros

¿Cómo solucionarlo?

4444

Eliminación de los polímeros y sus Eliminación de los polímeros y sus residuosresiduos

IncineraciónIncineración

BiodegradaciónBiodegradación

RecicladoReciclado

Reducción de las fuentesReducción de las fuentes

4545

Lograr un cuidadoso proceso de combustiónLograr un cuidadoso proceso de combustión

Especial cuidado con los PVC: HCl Lluvia Especial cuidado con los PVC: HCl Lluvia

ácida, Cloro y derivadosácida, Cloro y derivados

Cuidado con colorantes y pigmentos utilizados en Cuidado con colorantes y pigmentos utilizados en

la fabricación de productos con polímeros. Se la fabricación de productos con polímeros. Se

liberan metales pesados: Pb y Cdliberan metales pesados: Pb y Cd

Hidrocarburos aromáticos policíclicosHidrocarburos aromáticos policíclicos

Otros compuestos orgánicos volátilesOtros compuestos orgánicos volátiles

INCINERACIÓNINCINERACIÓN


4646

BIODEGRADACIÓNBIODEGRADACIÓN Lograr una degradación biológica de los polímeros mediante Lograr una degradación biológica de los polímeros mediante

la acción de bacterias u hongosla acción de bacterias u hongos

En forma natural los plásticos no son biodegradablesEn forma natural los plásticos no son biodegradables

Mediante la introducción de ciertos grupos funcionales se Mediante la introducción de ciertos grupos funcionales se

puede lograr en forma artificial una cierta biodegradabilidadpuede lograr en forma artificial una cierta biodegradabilidad

Alternativamente se pueden hacer plásticos sensibles a ser Alternativamente se pueden hacer plásticos sensibles a ser

destruidos por la acción de la luz UVdestruidos por la acción de la luz UV

Incluso los polímeros naturales son degradados en forma Incluso los polímeros naturales son degradados en forma

incompleta. Sobre todo en rellenos sanitarios bajo incompleta. Sobre todo en rellenos sanitarios bajo

condiciones anaeróbicascondiciones anaeróbicas


4747

ESTABILIDAD EN EL TIEMPOESTABILIDAD EN EL TIEMPO

Botellas de plástico ETERNAMENTE

Bolsas de nylon 10 a 20 añosPapel cubierto de plástico 5 años

Plástico estirable 20-30 años


Cascara de plátano 1 a 2 mesesTela de algodón 1 a 5 meses

Papel 2 a 5 meses Medias de lana 1 a 5 años

Latas de aluminio 80 a 100 años

Corrosión u oxidación

Zapato de cuero 25 a 40 años

Pañales desechables 500 añosBotellas de vidrio 1000 años

4848

Una solución: Reciclaje


4949

RECICLAJERECICLAJE Sólo el 1% de todos los plásticos producidos son Sólo el 1% de todos los plásticos producidos son

reciclables (en comparación con el 30% del aluminio)reciclables (en comparación con el 30% del aluminio)

Las botellas de plásticos blandas son reciclables, pero Las botellas de plásticos blandas son reciclables, pero

sólo un 20% del material es nuevamente fundido y sólo un 20% del material es nuevamente fundido y

reutilizadoreutilizado

Menos del 3% de los objetos con plásticos de alta Menos del 3% de los objetos con plásticos de alta

densidad son reciclablesdensidad son reciclables

PET reciclado vale en el mercado aproximadamente la PET reciclado vale en el mercado aproximadamente la

mitad del valor del recién producidomitad del valor del recién producido

El polietileno utilizado fundamentalmente par empaque El polietileno utilizado fundamentalmente par empaque

y transporte de alimentos es reciclado en un 25%y transporte de alimentos es reciclado en un 25%


5050

RECICLAJERECICLAJE


TRITURADO Y

FUNDIDO

INCINERACION

5151

¿Plástico o Papel?


5353


Los números en el Reciclaje

Sabes que significan?

Has visto alguna vez estos símbolos

Están en la base de los recipientes o plásticos de uso común

5454


Muy resistente a la tensión y muy rígido, más opaco, más denso, mecánicamente resistente, más cristalino y rígido que el PEBD

Termoplástico rígido, impermeable a aceites y materiales orgánicos, resistente a impactos

Transparente, altamente resistente a impactos, resiste a los ácidos, impermeable al agua y gases atmosféricos, no se puede estirar, funde entre 100-120°C, se oxida a la luz solar

CO C O CH2 CH2 O

O O OO

OCH2CH2OCC

CH2 CH2 **n

CH2 CH

Cl

**

n

PVC

PETLos números en el Reciclaje

5555

Los números en el Reciclaje


Opaco, blanco, flexible, impermeable al agua, funde entre 100-120°C, se oxida a la luz solar

Vidrioso, transparente, rígido, quebradizo, uso a t° inferior a 90°C, soluble en muchos materiales orgánicos.

Opaco, funde entre 160-170°C, resistente a la tensión y muy rígido, menos denso que el PE, impermeable a líquidos y gases, superficie lisa al lustrarlo

CH2 CH

CH3

**

n

CH2 CH **

n

CH2 CH2 **n

PS

5656

Los pañales están compuestos de una serie de polímeros con muy distintas propiedades como:-Elasticidad (PE),-Porosidad (PP),-Impermeabilidad (PE),-Suavidad (algodón, fibra compuesta),-Absorción de líquidos (poliacrilato).


PolPolímeros Superabsorbentesímeros Superabsorbentes

5757

Por cada átomo de Na+ que sale del polímero

entran aprox. 4 moléculas de agua

H2O

Na+

H2O

Na+

Hinchamiento del polímero en hasta más de 100 veces su tamaño

PolPolímeros Superabsorbentesímeros SuperabsorbentesO

H H

Na+

OHH

O

H

H

O

H

H


5858

PolPolímeros Superabsorbentesímeros Superabsorbentes

Limpiar residuos médicos en hospitales.

Proteger de las filtraciones de agua a centrales eléctricas y cables ópticos

Eliminar el agua de los combustibles de aviación

Acondicionar la tierra de los jardines haciendo que retenga agua.

Nieve artificial para pistas de Esquí en Japón


5959

http://www.pslc.ws/spanish/index.htmhttp://www.porquebiotecnologia.com.ar

Porcentaje del plástico reciclado en Porcentaje del plástico reciclado en comparación con la cantidad producidacomparación con la cantidad producida

Que exista un suministro de material reciclable Que exista un suministro de material reciclable

abundanteabundante

Que el suministro de esta materia prima sea Que el suministro de esta materia prima sea

constanteconstante

Solucionar los problemas de recolección del Solucionar los problemas de recolección del

material y su posterior separación y clasificaciónmaterial y su posterior separación y clasificación

Educación e información del consumidor en la Educación e información del consumidor en la

preferencia por la utilización de aquellos preferencia por la utilización de aquellos

productos que sean reciclables (marketing)productos que sean reciclables (marketing)

Documents

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