Plástico
El
término plástico en su significación más general, se
aplica a las sustancias de similares estructuras que carecen de un punto fijo de evaporación y poseen durante un intervalo de
temperaturas propiedades de elasticidad y flexibilidad que permiten moldearlas y adaptarlas a
diferentes formas y aplicaciones. Sin embargo, en sentido concreto, nombra
ciertos tipos de materiales sintéticos obtenidos mediante fenómenos de polimerización o
multiplicación semi-natural de los átomos de carbono en las largas cadenas
moleculares de compuestos orgánicos derivados del petróleo y otras
sustancias naturales.
La
palabra plástico se usó originalmente como adjetivo para denotar un escaso
grado de movilidad y facilidad para adquirir cierta forma, sentido que se
conserva en el término plasticidad.
El
invento del primer plástico se origina como resultado de un concurso realizado
en 1860, cuando el fabricante estadounidense de bolas de billar Phelan and
Collarder ofreció una recompensa de 10 000 dólares a quien consiguiera un
sustituto del marfil natural, destinado a la fabricación de bolas de billar.
Una de las personas que compitieron fue el inventor norteamericano John Wesley Hyatt, quien desarrolló elceluloide disolviendo celulosa (material de
origen natural) en una solución de alcanfor y etanol. Si bien Hyatt no ganó el
premio, consiguió un producto muy comercial que sería vital para el posterior
desarrollo de la industria cinematográfica de finales de siglo XIX.
En 1909
el químico norteamericano de origen belga Leo Hendrik Baekeland sintetizó un polímero de gran interés
comercial, a partir de moléculas de fenol y formaldehído. Se bautizó con el
nombre de baquelita y fue el primer plástico totalmente
sintético de la historia, fue la primera de una serie de resinas sintéticas que
revolucionaron la tecnología moderna iniciando la «era del plástico». A lo
largo del siglo XX el uso del plástico se hizo extremadamente popular y llegó a
sustituir a otros materiales tanto en el ámbito doméstico, como industrial y
comercial.
En 1919
se produjo un acontecimiento que marcaría la pauta en el desarrollo de los
materiales plásticos. El químico alemán Hermann Staudinger aventuró que éstos se componían en
realidad de moléculas gigantes o macromoléculas. Los esfuerzos realizados para
probar estas afirmaciones iniciaron numerosas investigaciones científicas que
produjeron enormes avances en esta parte de la química.
PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS
Los
plásticos son sustancias químicaspasto sintéticas denominados polímeros, de estructuramacromolecular que
puede ser moldeada mediante calor o presión y cuyo componente principal es el carbono.
Estos polímeros son grandes agrupaciones de monómeros unidos
mediante un proceso químico llamado polimerización. Los plásticos proporcionan
el balance necesario de propiedades que no pueden lograrse con otros materiales
por ejemplo: color, poco peso, tacto agradable y resistencia a la degradación
ambiental y biológica.
De
hecho, plástico se refiere a un estado del material, pero no al material en sí:
los polímeros sintéticos habitualmente llamados plásticos, son en realidad
materiales sintéticos que pueden alcanzar el estado plástico, esto es cuando el
material se encuentra viscoso o fluido, y no tiene propiedades de resistencia a esfuerzos mecánicos. Este estado se alcanza cuando el material
en estado sólido se transforma en estado plástico generalmente por
calentamiento, y es ideal para los diferentes procesos productivos ya que en
este estado es cuando el material puede manipularse de las distintas formas que
existen en la actualidad. Así que la palabra plástico es una forma de referirse
a materiales sintéticos capaces de entrar en un estado plástico, pero plástico
no es necesariamente el grupo de materiales a los que cotidianamente hace
referencia esta palabra.
Las
propiedades y características de la mayoría de los plásticos (aunque no siempre
se cumplen en determinados plásticos especiales) son estas:
§
fáciles
de trabajar y moldear,
§
tienen
un bajo costo de producción,
§
poseen
baja densidad,
§
suelen
ser impermeables,
§
buenos aislantes eléctricos,
§
aceptables aislantes acústicos,
§
buenos aislantes térmicos, aunque la mayoría no
resisten temperaturas muy elevadas,
§
resistentes
a la corrosión y a
muchos factores químicos;
§
algunos
no son biodegradables ni
fáciles de reciclar,
y si se queman, son muy contaminantes.
PROCESO PRODUCTIVO
La
primera parte de la producción de plásticos consiste en la elaboración de polímeros en la industria química. Hoy en día la
recuperación de plásticos post-consumidor es esencial también. Parte de los
plásticos terminados por la industria se usan directamente en forma de grano o
resina. Más frecuentemente, se utilizan varias formas de moldeo (por inyección, compresión, rotación,
inflación, etc.) o la extrusión de perfiles o hilos.
Parte del mayor proceso de plásticos se realiza en un horno.
CLASIFICACION DE LOS PLASTICOS
SEGUN EN MONOMERO BASE
En esta
clasificación se considera el origen del monómero del
cual parte la producción del polímero.
§
Naturales:
Son los polímeros cuyos monómeros son derivados de productos de origen natural
con ciertas características como, por ejemplo, la celulosa,
la caseína y el
caucho. Dentro de dos de estos ejemplos existen otros plásticos de los cuales
provienen:
§
Los
derivados de la celulosa son: el celuloide, el celofán y el cellón.
§
Los
derivados del caucho son: la goma y la ebonita.
§
Sintéticos:
Son aquellos que tienen origen en productos elaborados por el hombre,
principalmente derivados del petróleo como lo
son las bolsas de polietileno
SEGUN SU COMPORTAMIENTO FRENTE AL CALOR
TERMOPLASTICOS
Un
termoplástico es un plástico que, a temperatura ambiente, es plástico o
deformable, se convierte en un líquido cuando se calienta y se endurece en un
estado vítreo cuando se enfría suficiente. La mayoría de los termoplásticos son
polímeros de alto peso molecular, los que poseen cadenas asociadas por medio de
débiles fuerzas Van der Waals (Polietileno); fuertes interacciones
dipolo-dipolo y enlace de hidrógeno; o incluso anillos aromáticos apilados
(poliestireno). Los polímeros termoplásticos difieren de los polímeros
termoestables en que después de calentarse y moldearse éstos pueden
recalentarse y formar otros objetos, ya que en el caso de los termoestables o
termoduros, su forma después de enfriarse no cambia y este prefiere
incendiarse..
Sus
propiedades físicas cambian gradualmente si se funden y se moldean varias
veces.
Los
principales son:
§
Resinas
celulósicas: obtenidas a partir de la celulosa,
el material constituyente de la parte leñosa de las plantas.
Pertenece a este grupo el rayón.
§
Polietilenos y
derivados: Emplean como materia prima el etileno obtenido del craqueo del
petróleo que, tratado
posteriormente, permite obtener diferentes monómeros como acetato de vinilo, alcohol
vinílico, cloruro de vinilo, etc. Pertenecen a este grupo el PVC,
el poliestireno,
el metacrilato,
etc.
§
Derivados
de las proteínas: Pertenecen a este grupo el nailon y el perlón,
obtenidos a partir de las diamidas.
§
Derivados
del caucho:
Son ejemplo de este grupo los llamados comercialmente pliofilmes, clorhidratos
de caucho obtenidos
adicionando ácido clorhídrico a los polímeros de caucho.
TERMOESTABLES
Los plásticos termoestables son materiales que una vez que han
sufrido el proceso de calentamiento-fusión y formación-solidificación, se
convierten en materiales rígidos que no vuelven a fundirse. Generalmente para
su obtención se parte de un aldehído.
§
Polímeros
del fenol:
Son plásticos duros, insolubles e infusibles pero, si durante su fabricación se
emplea un exceso de fenol, se obtienen termoplásticos.
§
Resinas epoxi.
§
Resinas
melamínicas.
§
Baquelita.
§
Aminoplásticos:
Polímeros de urea y derivados. Pertenece a este grupo la melamina.
§
Poliésteres: Resinas procedentes de la esterificación de polialcoholes,
que suelen emplearse en barnices.
Si el ácido no está en exceso, se obtienen
termoplásticos.
SEGUNLA REACCION SE SINTESIS
También
pueden clasificarse según la reacción que produjo el polímero:
POLIMEROS DE ADICCION
Implican
siempre la ruptura o apertura de una unión del monómero para permitir la
formación de una cadena. En la medida que las moléculas son más largas y
pesadas, la cera parafínica se vuelve más dura y más tenaz. Ejemplo:
2n H2C=CH2 → [-CH2-CH2-CH2-CH2-]n
POLIMEROS DE CONDENSACION
Son
aquellos donde los monómeros deben tener, por lo menos, dos grupos reactivos
por monómero para darle continuidad a la cadena. Ejemplo:
R-COOH +
R'-OH → R-CO-OR' +
H2O
POLIMEROS FORMADOS POR ETAPAS
La
cadena de polímero va creciendo gradualmente mientras haya monómeros
disponibles, añadiendo un monómero cada vez. Esta categoría incluye todos los
polímeros de condensación de Carothers y además algunos otros que no liberan
moléculas pequeñas pero sí se forman gradualmente, como por ejemplo los
poliuretanos.
SEGUN SU ESTRUCTURA MOLECULAR
AMORFOS
Son amorfos los
plásticos en los que las moléculas no presentan ningún tipo de orden; están
dispuestas desordenadamente sin corresponder a ningún orden. Al no tener orden
entre cadenas se crean unos huecos por los que la luz pasa, por esta razón los
polímeros amorfos son transparentes.
SEMICRISTALINOS
Los
polímeros semicristalinos Tienen zonas con cierto tipo de orden
junto con zonas amorfas. En este caso al tener un orden existen menos huecos
entre cadenas por lo que no pasa la luz a no ser que posean un espesor pequeño.
CRISTALIZABLES
Según
la velocidad de enfriamiento, puede disminuirse (enfriamiento rápido) o
incrementarse (enfriamiento lento) el porcentaje de cristalinidad de un
polímero semicristalino, sin embargo, un polímero amorfo, no presentará
cristalinidad aunque su velocidad de enfriamiento sea extremadamente lenta.
COMODITIES
Son
aquellos que tienen una fabricación, disponibilidad, y demanda mundial, tienen
un rango de precios internacional y no requieren gran tecnología para su
fabricación y procesamiento.
DE INGENIERIA
Son
los materiales que se utilizan de manera muy específica, creados prácticamente
para cumplir una determinada función, requieren tecnología especializada para
su fabricación o su procesamiento y de precio relativamente alto.
ELASTOMEROS O CAUCHOS
Los elastómeros se
caracterizan por su gran elasticidad y capacidad de estiramiento y rebote,
recuperando su forma original una vez que se retira la fuerza que los
deformaba. Comprenden los cauchos naturales obtenidos a partir del látex
natural y sintético; entre estos últimos se encuentran el neopreno y el polibutadieno.
Los
elastómeros son materiales de moléculas grandes las cuales después de ser
deformadas a temperatura ambiente, recobran en mayor medida su tamaño y
geometría al ser liberada la fuerza que los deformó.
USOS MAS COMUNES
§
Aplicaciones
en el sector industrial: piezas de motores, aparatos eléctricos y electrónicos,
carrocerías, aislantes eléctricos, etc.
§
En
construcción: tuberías, impermeabilizantes, espumas aislantes de poliestireno,
etc.
§
Industrias
de consumo y otras: envoltorios, juguetes, envoltorios de juguetes, maletas, artículos deportivos,
fibras textiles, muebles, bolsas de basura, etc.
RECICLADO
Es
fácil percibir cómo los desechos plásticos, por ejemplo de envases de líquidos
como el aceite de cocina, no son susceptibles de asimilarse de nuevo en la
naturaleza, porque su material tarda aproximadamente unos 180 años en
degradarse.
Ante
esta realidad, se ha establecido el reciclado de tales productos de plástico, que ha
consistido básicamente en recolectarlos, limpiarlos, seleccionarlos por tipo de
material y fundirlos de nuevo para usarlos como materia prima adicional,
alternativa o sustituta para el moldeado de otros productos.
De
esta forma la humanidad ha encontrado una forma adecuada para evitar la contaminación de
productos que por su composición, materiales o componentes, no son fáciles de
desechar de forma convencional.
Se
pueden salvar grandes cantidades de recursos naturales no renovables cuando en
los procesos de producción se utilizan materiales "reciclados". Los
recursos renovables, como los árboles, también pueden ser salvados. La
utilización de productos reciclados disminuye el consumo de energía. Cuando se
consuman menos combustibles fósiles, se generará menos CO2 y por lo tanto habrá
menos lluvia ácida y se reducirá el efecto invernadero.
Desde
el punto de vista financiero: Un buen proceso de reciclaje es capaz de generar
ingresos. Por lo anteriormente expuesto, se hace ineludible mejorar y
establecer nuevas tecnologías en cuanto a los procesos de recuperación de
plásticos y buscar solución a este problema tan nocivo para la sociedad y que
día a día va en aumento deteriorando al medio ambiente. En las secciones
siguientes se plantea el diseño de un fundidor para polietileno de baja densidad,
su uso, sus características, recomendación y el impacto positivo que
proporcionará a la comunidad.
Algunos
plásticos no son recuperables, como el poliestireno cristal y la bakelita.
PLÁSTICOS BIODEGRADABLES
A
fines del siglo XX el precio del petróleo disminuyó, y de la misma manera
decayó el interés por los plásticos biodegradables. En los últimos años esta
tendencia se ha revertido, además de producirse un aumento en el precio del
petróleo, se ha tomado mayor conciencia de que las reservas petroleras se están
agotando de manera alarmante. Dentro de este contexto, se observa un marcado
incremento en el interés científico e industrial en la investigación para la
producción de plásticos biodegradables o EDPs (environmentally degradable
polymers and plastics). La fabricación de plásticos biodegradables a partir
de materiales naturales, es uno de los grandes retos en diferentes sectores;
industriales, agrícolas, y de materiales para servicios varios. Ante esta perspectiva,
las investigaciones que involucran a los plásticos obtenidos de otras fuentes
han tomado un nuevo impulso y los polihidroxialcanoatos aparecen como una
alternativa altamente prometedora.
La
sustitución de los plásticos actuales por plásticos biodegradables es una vía
por la cual el efecto contaminante de aquellos, se vería disminuido en el medio
ambiente. Los desechos de plásticos biodegradables pueden ser tratados como
desechos orgánicos y eliminarlos en los depósitos sanitarios, donde su degradación
se realice en exiguos períodos de tiempo.
Los
polímeros biodegradables se pueden clasificar de la siguiente manera:
§
Polímeros
extraídos o removidos directamente de la biomasa: polisacáridos como almidón y
celulosa. Proteínas como caseína, queratina, y colágeno.
§
Polímeros
producidos por síntesis química clásica utilizando monómeros biológicos de
fuentes renovables.
§
Polímeros
producidos por microorganismos, bacterias productoras nativas o modificadas
genéticamente.
Dentro
de la última categoría se hallan los plásticos biodegradables producidos por
bacterias, en este grupo encontramos a los PHAs y alácido poliláctico (PLA). Los PHAs debido a su origen de
fuentes renovables y por el hecho de ser biodegradables, se denominan
“polímeros doblemente verdes”. El PLA, monómero natural producido por vías
fermentativas a partir de elementos ricos en azúcares, celulosa y almidón, es
polimerizado por el hombre. Los bioplásticos presentan propiedades
fisicoquímicas y termoplásticas iguales a las de los polímeros fabricados a
partir del petróleo, pero una vez depositados en condiciones favorables, se
biodegradan.
Ácido poliláctico (PLA)
El
almidón es un polímero natural, un gran hidrato de carbono que las plantas
sintetizan durante la fotosíntesis que sirve como reserva de energía. Los
cereales como el maíz y trigo contienen gran cantidad de almidón y son la
fuente principal para la producción de PLA. Los bioplásticos producidos a
partir de este polímero tienen la característica de una resina que puede
inyectarse, extruirse y termoformarse.
La
producción de este biopolímero empieza con el almidón que se extrae del maíz,
luego los microorganismos lo transforman en una molécula más pequeña de ácido
láctico o 2 hidroxi-propiónico (monómero), la cual es la materia prima que se
polimeriza formando cadenas, con una estructura molecular similar a los
productos de origen petroquímico, que se unen entre sí para formar el plástico
llamado PLA.
El
PLA es uno de los plásticos biodegradables actualmente más estudiados, se
encuentra disponible en el mercado desde 1990. Es utilizado en la fabricación
de botellas transparentes para bebidas frías, bandejas de envasado para
alimentos, y otras numerosas aplicaciones.
Polihidroxialcanoatos
Historia
Los
PHAs son producidos generalmente por bacterias Gram negativas, aunque existen
bacterias Gram positivas también productoras en menor escala. El primer PHA
descubierto fue el PHB, que fue descrito en el instituto Pasteur en 1925 por el
microbiólogo Lemoigne quien observó la producción de PHB por Bacillus
megaterium. Posteriormente, en 1958 Macrae e Wildinson observaron que Bacillus
megaterium acumulaba el polímero cuando la relación glucosa/nitrógeno en el
medio de cultivo no se encontraba en equilibrio y observaron su degradación
cuando existía falta o deficiencia de fuentes de carbono o energía. A partir de
este hecho, se encontraron inclusiones de PHA en una extensa variedad de
especies bacterianas. En la actualidad se conocen aproximadamente 150 diferentes
polihidroxialcanoatos.
La
primera patente de PHB fue pedida en los Estados Unidos por J. N. Baptist en
1962. En 1983 ocurrieron dos acontecimientos importantes, primero fue el
descubrimiento por De Smet, de una cepa de Pseudomonas oleovorans (ATCC 29347)
productora de PHB, y consecutivamente se dio la primera producción del primer
biopoliéster de uso comercial. Un copolímero formado por monómeros de cuatro y
cinco carbonos, denominados PHB y PHV, respectivamente, este producto se
denominó comercialmente “Biopol” y se produce utilizando Ralstonia eutropha, a
partir de glucosa y ácido propiónico. Este bioplástico en la actualidad ya es
sintetizado a partir de una sola fuente de carbono en bacterias recombinantes;
y exhibe un alto potencial de biodegradabilidad y propiedades termomecánicas
mejores que el PHB puro.
En
general los PHAs son insolubles en agua, biodegradables, no tóxicos, por lo
cual uno de los principales beneficios que se obtienen de la aplicación de
PHAs, es el ambiental. La utilización de estos productos, reduce la dependencia
del petróleo por parte de la industria plástica, provoca una disminución de los
residuos sólidos y se observaría una reducción de la emisión de gases que
provocan el efecto invernadero.
Los
puntos de interés en cuanto a aplicaciones de bioplásticos, de acuerdo con la
IBAW (Asociación Internacional y Grupo de Trabajo de Polímeros Biodegradables)
se centran en los sectores de empaque, medicina, agricultura y productos
desechables. Sin embargo, con el avance de esta industria se ha ampliado la
utilización de biomateriales aplicándose en: teléfonos celulares, computadores,
dispositivos de audio y video. De acuerdo a esta información se ha establecido
que el 10% de los plásticos que actualmente se emplean en la industria electrónica
pueden ser reemplazados por biopolímeros.
PROBLEMAS RELACIONADOS CON EL RECICLAJE
En
la vida moderna el plástico ha constituido un fenómeno de indudable
trascendencia. Hoy en día el hombre vive rodeado de objetos plásticos que en
siglos anteriores no eran necesarios para la vida cotidiana. Los plásticos se
han fabricado para satisfacer las demandas de una gran variedad de usos, dando
lugar a una vasta industria donde la civilización debería llamarse la
civilización del plástico, debido al papel determinante que ha desempeñado este
material en su desarrollo, en el mejoramiento de las condiciones de la vida del
hombre y el acelerado crecimiento de la ciencia y la tecnología.
En
general, las personas tienen muy poco conocimiento sobre lo que es un plástico,
cómo se obtiene, cuáles son los tipos de plástico y sus aplicaciones, y cuales
son los procesos de transformación del mismo. Estas informaciones son
importantes para quienes trabajan en la comercialización de plásticos, e
industrias de producción o trasformación del plástico, o apenas curiosos por el
asunto. De tal forma surge como necesidad en este proyecto mostrar a una parte
importante de la población las graves consecuencias del mal uso del plástico
que va desde la manera de obtención, hasta los procesos que se utilizan para
reciclarlos.
Cabe
destacar que el plástico es una sustancia muy importante para el desarrollo de
la industria ya que su material sintético o natural que contiene como
ingredientes esenciales sustancias orgánicas de elevada masa molecular llamada
polímero.
PROBLEMAS MEDIAMBIENTALES
La sopa de plástico, situada en el giro oceánico del
Pacífico norte, es el mayor vertedero de materiales plásticos del mundo. Se
estima que tiene un tamaño de 1.400.000 km².
Actualmente
estos plásticos son muy utilizados como envases o envolturas de sustancias o
artículos alimenticios que al desecharse sin control, tras su utilización, han
originado gigantescos basureros marinos, como la llamada «sopa de plástico», el mayor vertedero del
mundo.
De
este modo, surge el problema asociado la contaminación ambiental, muchas veces
producto del desecho de los plásticos de alta y baja densidad. Las
características moleculares ( tipos depolímeros) del plástico contribuyen a que presenten una gran
resistencia a la degradación ambiental y con mayor razón a la biodegradación. La radaciación UV del sol es la única forma de
degradación natural que hace sentir sus efectos en el plástico a mediano plazo,
destruyendo los enlaces poliméricos y tornándolo frágil y quebradizo.
Como
es evidente el desecho acumulativo de estos plásticos al ambiente trae graves
consecuencias a las comunidades como lo son las enfermedades entre las cuales
se encuentra el dengue; producida por el acumulamiento de basura y
estancamiento de aguas negras sirviendo éstos como criaderos del zancudo patas
blancas. Entre otras de las consecuencias importantes se pueden mencionar son
las obstrucciones de las tuberías de aguas negras. Aunado a ello el desecho de
estos materiales plásticos al ambiente provoca la disminución del embellecimiento
de algunas áreas, establecimientos, municipios, ciudades y estados.
Los
plásticos arrojados al mar que presentan flotabilidad son un gran problema en
las zonas de calmas ecuatoriales, ya que se van reuniendo en esos sectores
acumulándose en grandes cantidades.
En
Chile, durante una grave sequía producida en 1967 en la IV región de La Serena,
una gran cantidad ganado caprino de las estancias rurales aledañas a la
Ruta Panamericana se alimentó en los restos plásticos (bolsas de polietileno)
que se desechaban a las orillas por los usuarios, provocando la muerte en masa
al cabo de unas pocas horas después de la ingesta.
Muchas
de las ventajas de los productos plásticos se convierten en una desventaja en
el momento que desechamos ya sea el envase porque es descartable o bien cuando
tiramos objetos de plástico porque se han roto.
Si
bien los plásticos podrían ser reutilizados o reciclados en su gran mayoría, lo
cierto es que hoy estos desechos son un problema de difícil solución,
fundamentalmente en las grandes ciudades. Es realmente una tarea costosa y
compleja para los municipios encargados de la recolección y disposición final
de los residuos ya que a la cantidad de envases se le debe sumar el volumen que
representan.
Por
sus características los plásticos generan problemas en la recolección, traslado
y disposición final. Algunos datos nos alertan sobre esto. Por ejemplo, un
camión con una capacidad para transportar 12 toneladas de desechos comunes,
transportará apenas 5 o 6 toneladas de plásticos compactados, y apenas 2 de
plástico sin compactar.
Dentro
del total de plásticos descartables que hoy van a la basura se destaca en los
últimos años el aumento sostenido de los envases de PET, proveniente
fundamentalmente de botellas descartables de aguas de mesa, aceites y bebidas
alcohólicas y no alcohólicas. Las empresas vienen sustituyendo los envases de
vidrio por los de plástico retornables en un comienzo, y no retornables
posteriormente. Esta decisión implica un permanente cambio en la composición de
la basura. En Uruguay este proceso se ha acelerado desde mediados de 1996,
agravándose durante 1997 cuando además, muchos envases retornables de vidrio se
transformaron en vidrio descartable.
De
esta manera, resulta claro que el abandono de estos materiales al medio
ambiente representa un grave problema ambiental.
Por
consiguiente existe la inquietud de elaborar un equipo con la capacidad de
recuperar dichos plásticos que han sido desechados por la sociedad, los cuales
son considerados no reutilizables.
De este
modo surge como propósito diseñar un equipo que utilice energía térmica por
inducción fundiendo el polietileno de baja densidad que se encuentren
depositados en el mismo, una vez fundidos, aglomerados y en estado líquido
pasan a ser vertidos a un molde para elaborar otros productos que serán
utilizados en otras aplicaciones.
Un
material candidato a sustituir al petróleo es el cáñamo, utilizable para todos los usos petroquímicos, pero que
además es 100% biodegradable y altamente reciclable.
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