水溶性潤滑添加劑研究概況

水溶性潤滑添加劑研究概況"黃偉九'譚援強2 王化培'( 1.重慶工學(xué)院機械工程系 重慶400050, 2.湘潭大學(xué)機械工程學(xué)院湘潭411105)摘要:通過(guò)對水溶性潤滑添加劑發(fā)展現狀的概述,提出了水溶性潤滑添加劑發(fā)展過(guò)程中存在的主要問(wèn)題,并對將來(lái)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞:水溶性潤滑添加劑生物降解 分 子設計Developing Status of W ater- Soluble Lubricating AdditiveHuang Wejju' Tan Yuanqiang- Wang Huapeil( 1. Department of Mechanical Engineering , Chongqing Institute of Technology ,4000502. Departent of Mechanical Engineering , Xiangtan University 411105 )Abstract : The current status of the tribological and relevant researches on water-soluble lubricating additive is reviewed. Some problems arepointed out , and the development trends of the water- soluble lubricating additive are discussed.Keywords : Water-soluble Lubricating Additive Biodegradability Molecular Design石油枯竭,能源危機和8趨嚴重的環(huán)境污染是當于油酸,起泡性低于油酸的2-甲基二十酸3];周忠前世界各國普遍關(guān)注和急待解決的重大問(wèn)題。近20誠等研究了多種丙二酸衍生物, 發(fā)現它們具有優(yōu)良的年來(lái),水基潤滑劑不斷發(fā)展并被廣泛應用于切削、磨極壓抗磨性能,如1%的BT-s-CH(CHCO0H)削、拉拔、軋制等金屬加工過(guò)程及液壓傳動(dòng)領(lǐng)域,并COOH溶液Pp值為755N, D32N為0.68mm,還具有較正在逐步取代油基潤滑劑。以英國為例,其油基切削好的防銹性能41];周燦豐等研究了二聚酸鉀作為水-潤滑劑的需求已從1979 年占60%降至1990年的乙二醇抗燃液壓液的潤滑添加劑的性能,發(fā)現其摩擦42% ,而水基液則從38%.上升至58%[1。由于水基潤學(xué)性能優(yōu)于由水溶性改性的二烷基二硫代磷酸鋅5?；瑒┚哂羞m于環(huán)保要求，資源廣闊及成本低廉等優(yōu)陶德華等以油酸鉀為潤滑添加劑開(kāi)發(fā)了水-乙二醇抗點(diǎn)，是工業(yè)設備潤滑及工藝用工作液的當前及今后發(fā)燃液壓液,其性能達到了國外同類(lèi)產(chǎn)品水平6。展的重點(diǎn);但目前水基潤滑劑存在潤滑性、抗腐蝕性(2)水溶性有機金屬型和聚合物型潤滑添加劑差等問(wèn)題,使用受到限制,原因是缺乏高性能的水溶早在60年代, Ranny等就合成了二正十八烷雙環(huán)性抗磨劑,因此研究高性能水溶性抗磨劑是提高水基氧乙烯基硫磷酸鋅, 將其應用于潤滑油和水基潤滑液潤滑劑性能,以拓寬其使用范圍的關(guān)鍵。中均有較好的效果7。易倫等研究了多種水溶性的二近年來(lái),對水溶性潤滑添加劑及其作用機理的研烷基二硫代磷酸鹽的摩擦學(xué)性能,發(fā)現以CuDDP的究均取得了一定的進(jìn)展,這表明對水溶性潤滑添加劑抗磨性最好,其D232N值為0.298。連亞鋒等合成了的研究日益受到重視。本文對國內外的水溶性潤滑添水溶性十二烷基聚氧乙烯醚磷酸稀土絡(luò )合物,并考察加劑的研究概況作簡(jiǎn)要評述,并對水溶性潤滑添加劑了陰陽(yáng)離子對其在水中的摩擦學(xué)性能的影響,結果表的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。明在水介質(zhì)中陰陽(yáng)離子對添加劑的摩擦學(xué)性能的影響1水溶性潤滑添加劑的研究現狀的實(shí)質(zhì)是鹽析作用和吸附作用;陽(yáng)離子對極壓性能的(1)羧酸及其鹽類(lèi)水溶性潤滑添加劑影響不大,但對抗磨性能有明顯的影響,并且這種影長(cháng)鏈脂肪酸作為油溶性潤滑添加劑已有較長(cháng)的歷響隨鹽析作用的強弱而增減,陰離子對添加劑摩擦學(xué)史,近年來(lái)學(xué)者們對脂肪酸及其鹽類(lèi)作為水溶性潤滑性能的影響較大91。林峰研究了烷基聚氧乙烯磷酸結添加劑的潤滑性能也進(jìn)行了-些研究,報道表明脂肪構和擠贏(yíng)為竹中國煤化工個(gè)質(zhì),鋅、銅和鉬鹽均酸鹽是目前有較多工業(yè)實(shí)踐應用的水溶性添加劑品有良HCNMHG具有較長(cháng)烷鏈的磷酸種。如李傳武合成了馬來(lái)油酸三異丙醇胺鹽,其2%鋅鹽化口物山豐原于江北兒」皖基鏈短的化合物，在的水溶液Pp值為441N2];梅煥謀等合成了潤滑性?xún)?yōu)保證良好水溶性的前提下,環(huán)氧乙烷的含量高低對于。重慶市應用基礎基金和清華大學(xué)摩擦學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗室開(kāi)放基金資助項目7:《潤滑與密封》化合物的摩擦學(xué)性能的影響不大[10]。此外,官文超磷酸酯,GAF公司合成了水溶性的烷基環(huán)氧乙烷基硫還采用含(CH2CH20)n,-COOH,-0H等親水基團的代磷酸酯,易倫、梅煥謀等也合成了相應的硫代磷酸醇與P203反應生成二烷基磷酸酯，再用”鉬-鋅"酯(RO)P(S)SH及硫代磷酸酯的羧酸衍生物復合物中和得到-種水溶性二烷基磷酸鉬鋅化合物，( RO )R S )SR'CO0H這些水溶性潤滑添加劑均表現出具有優(yōu)良的抗磨潤滑作用，且對Cu,Fe具有良好的.優(yōu)良的潤滑性能20-241。緩蝕效果11。段標研究了三種金屬絡(luò )合物的摩擦學(xué)有研究表明:通過(guò)引入聚氧乙烯鏈成為水溶性含性能,研究表明金屬絡(luò )合物均具有較好的極壓潤滑性P或含S、P的添加劑在水介質(zhì)中會(huì )發(fā)生水解反應，能,含不同金屬的絡(luò )合物極壓性能一-致,而抗磨及緩水解后抗磨性能明顯下降,且在弱堿性溶液中的穩定蝕性能表現出Zn> Cu> Mo的順序12。水溶性有機金性較差5]。因此,解決含硫、磷水溶性潤滑添加劑屬化合物的研究多基于油性有機金屬化合物的水溶性的水解穩定性問(wèn)題是決定其能否在水基潤滑劑中廣泛改性,但由于金屬離子易水解及在堿性環(huán)境中產(chǎn)生沉使用的關(guān)鍵;同時(shí)由于含磷化合物易引起水質(zhì)的富營(yíng)淀,故在水基潤滑劑中的使用將受到-些限制。養化,并已被有關(guān)環(huán)保法規禁止使用,故盡快尋找含對水溶性聚合物潤滑添加劑的研究也取得了一定磷潤滑添加劑的替代產(chǎn)品是研究工作者未來(lái)幾年的一的進(jìn)展。官文超等合成了水溶性含Zn、Mo、Sn 及s.項重要任務(wù)。P等活性元素的高分子型極壓抗磨劑,并研究了其潤.(4)含硼水溶性潤滑添加劑滑性能,研究表明在水中加入0.2~ 1%的該添加劑后有機硼酸酯是-類(lèi)多功能添加劑,它不但具有優(yōu)磨斑直徑D392N=0.45mm;將此類(lèi)添加劑加到石油鉆良的極壓抗磨性能，良好的防銹性能和殺菌防腐性，井泥漿中,其潤滑系數降低率為56~ 73%[13]。段標.而且無(wú)毒、無(wú)害，易合成,因而得到越來(lái)越廣泛的研研究了三種富勒烯( Go/Co)共聚物及SBS接枝丙烯究和應用,而將其作為水溶性抗磨劑的研究近期也有酸共聚物和聚苯乙烯的摩擦學(xué)性能,發(fā)現僅有聚苯乙-些報道。如Watanabe將硼酸和烷醇胺反應,生成的烯乳液具有較好的摩擦學(xué)性能,其3%的乳液Pp值為硼酸酯具有良好的防銹性和抗微生物性能,并且具有721N,D392N為0.70mm,且與自制的水溶性烷基磷酸一定的抗磨作用26]。 羅國強等將聚氧乙烯醚和多元鋅復配后極壓能力和抗磨能力都有顯著(zhù)提高,極壓能醇,烷醇胺進(jìn)行硼酸酯化,得到了防銹性和抗磨性能力最高可達981N,1.0%添加量時(shí)長(cháng)磨磨斑僅為均優(yōu)良的水溶性抗磨添加劑27。高永建等考察了兩0.33mn1.15。目前摩擦學(xué)性能優(yōu)良的水溶性聚合物種含硼咪唑啉化合物在水中的摩擦學(xué)性能,試驗表明還少見(jiàn)報道,但由于其具有適于環(huán)保要求的特點(diǎn),故含硼咪唑啉化合物在水中具有良好的潤滑性能和承載能力[28。作者考察了兩種含硫氮水溶性硼酸酯的性具有較好的開(kāi)發(fā)前景。能,研究表明它們既具有優(yōu)良的摩擦學(xué)性能,又具有(3)含硫、磷等活性元素的水溶性潤滑添加劑良好的防銹性能2]。李華鋒等以硼酸、脂肪酸、烷硫、磷是油溶性潤滑添加劑中最常用的活性元醇胺進(jìn)行反應合成了含硼水溶性潤滑防銹添加劑,以素,并在潤滑油中表現出優(yōu)良的極壓抗磨性能,將其其為主要組分開(kāi)發(fā)了兩種水基切削液替代含CCl, 的作為水溶性潤滑添加劑組分的研究表明它們在水基潤切削液,并在工業(yè)實(shí)踐中成功應用30。張秀玲等合滑劑中同樣具有優(yōu)良的摩擦學(xué)性能。如日本的岡部平成了多種水溶性硼酸酯(油酸硼酸酯、含氮硼酸酯、八郎等對RCH C0OH)進(jìn)行改性,合成了水溶性硫代含硫硼酸酯),實(shí)驗室性能測試表明它們均具有良好氨基甲酸酯類(lèi)化合物,由于分子中同時(shí)含有油性基團的抗磨和防銹性能31-33。以上研究表明水溶性硼酸( - R )及極壓基團( -S) ,而使其1%的水溶液的Pp值酯具有良好的抗磨、防銹和抗微生物等多種性能,具高達882N16。李茂生等利用油酸聚乙二醇酯的雙鍵有較好的發(fā)展前景;同時(shí)解決硼酸酯的水解性問(wèn)題是引入s, 3%的水溶液Pp值達到1000NF17]。 官文超等水溶性硼酸酯實(shí)現工業(yè)應用的關(guān)鍵。用ROH、吐溫、Mo化合物合成了水溶性有機硫化鉬門(mén)溫活冊產(chǎn)察學(xué)作用機理研究的潤滑添加劑,在水溶液中含1%有機MoSx時(shí)，其中國煤化工磨作用機理的研究不D302m為0.77mnf18。羅新民等合成了一種抗磨性能優(yōu)多。fH_CNMH反低(25"C時(shí)，粘度為良的水溶性含硫含氮化合物,其0.2%水溶液的Pp值0.8904mPas),故水基潤滑劑難以建立流體潤滑，而為245N,且Pp值與濃度保持良好的線(xiàn)性關(guān)系[9。此常處于邊界潤滑狀態(tài);水基潤滑添加劑在摩擦表面形外,王日華合成了水溶性極壓添加劑脂肪醇聚氧乙烯成吸附膜(物理吸附膜和化學(xué)吸附膜)或化學(xué)反應膜2002 年需敬據73而發(fā)揮減摩抗磨作用。如官文超對水溶性烷基硫代磷水基潤滑添加劑所面臨的特殊外部環(huán)境以及環(huán)保酸鋅在鋼球上形成的表面膜進(jìn)行分析后認為:鋼球表要求的迫切,使水基潤滑添加劑的研究必須從特殊的面的潤滑膜為多層非晶態(tài)膜,元素s在膜中分布比較視角入手,筆者認為今后水基潤滑添加劑的研究應注均勻,而P和Zn在膜中均明顯發(fā)生了偏析現象,且重從以下幾個(gè)方面深入開(kāi)展。二者富集位置相同34]。林峰分析了烷基聚氧乙烯醚( 1)水基潤滑添加劑的摩擦學(xué)機理研究(硫)磷酸鋅及脂肪酸鉀所形成的表面膜,認為Zn元由于水基潤滑劑與油基潤滑添加劑在物理化學(xué)性素對抗磨性貢獻最大,而硫由于競爭吸附而使摩擦表質(zhì).上存在較大的差異，使兩者界面性質(zhì)迥異,對各類(lèi)面磷含量減少,降低了抗磨性能;三乙醇胺的加入對添加劑的響應性也截然不同;同時(shí)水與添加劑的相互添加劑中Zn元素起著(zhù)選擇性催化促進(jìn)作用,故表現作用機理也與礦物油不同，尤其是在摩擦反應條件為三乙醇胺對鋅鹽的抗磨性能有協(xié)同增效作用;脂肪下;這勢必會(huì )影響潤滑添加劑的摩擦化學(xué)反應歷程,酸鉀皂則是通過(guò)在摩擦面上形成膠體沉積膜而起抗磨并使摩擦化學(xué)反應的產(chǎn)物及其摩擦學(xué)效果產(chǎn)生較大的作用。高永建則認為含硼咪唑啉化合物的減摩抗磨差異，因此運用現代分析手段,加強對摩擦化學(xué)反應作用取決于摩擦化學(xué)反應生成的有機咪唑啉、過(guò)程的實(shí)時(shí)監測,對于深入剖析水基潤滑添加劑的摩RB( OH )及部分分解產(chǎn)物的復合膜351。水溶性潤滑添擦化學(xué)作用機理,探求分子結構與性能的關(guān)系大有裨加劑抗磨作用機理的研究對于深入認識添加劑結構. -益。性能關(guān)系,并在此基礎上進(jìn)行添加劑分子設計大有裨(2)建立適用于水基潤滑添加劑的分子設計理論益;目前雖然取得了- -些進(jìn)展, 但尚需進(jìn)-步深入研和水基潤滑劑性能評定方法究。借鑒油溶性添加劑的設計理論,針對添加劑的水2對水溶性 基潤滑添加劑研究的思考溶性實(shí)現方式,添加劑在溶液中的狀態(tài),水介質(zhì)對添開(kāi)發(fā)性能優(yōu)良的水溶性潤滑添加劑是提高水基潤加劑官能團結構和性能的影響及添加劑的摩擦化學(xué)反滑劑潤滑性能的關(guān)鍵?，F階段水溶性潤滑添加劑的研應機理,提出潤滑添加劑分子水溶性和吸附性的理論究重點(diǎn)是考慮如何實(shí)現添加劑的水溶性問(wèn)題,而少于表達和計算方法,并兼顧添加劑反應膜對摩擦過(guò)程的從水介質(zhì)的特殊性及其對添加劑結構的要求和性能的綜合效應,建立適用于水基潤滑添加劑的分子設計理影響角度去考慮水溶性潤滑添加劑應具備的結構,因論。同時(shí)由于目前對水基潤滑劑性能評定依然沿襲油此開(kāi)發(fā)的水溶性潤滑添加劑往往存在水解穩定性差,基潤滑劑的性能評定方法,故難于準確反映水基潤滑性能不穩定等缺點(diǎn),故實(shí)際應用受到限制。劑在實(shí)際工況中所處邊界潤滑條件下的潤滑性能,使水介質(zhì)的特殊性表現在水的極性和水與添加劑的水基潤滑添加劑性能評定與實(shí)際情況產(chǎn)生偏差,這無(wú)相互作用。水分子的強極性和生成氫鍵的能力使其在疑給水基潤滑添加劑開(kāi)發(fā)帶來(lái)了困難,因此進(jìn)行與實(shí)羥基化的金屬表面36]易于形成強度較大的吸附層,際工況相關(guān)聯(lián)的實(shí)驗室模擬性能評定試驗方法的研究這要求水溶性潤滑添加劑分子中極性基團具有較強的是擺在研究者面前的-項迫切任務(wù)。吸附能力,能在與水分子的競爭吸附中優(yōu)先吸附;同(3)注重對水基潤滑劑生物降解性能的理論和實(shí)時(shí)分子中的非極性基具有-定的側向內聚力,從而使.踐研究添加劑分子在金屬表面形成有-定吸附強度和厚度的水基潤滑劑不僅要求性能優(yōu)良,而且還要求其廢.吸附膜,這說(shuō)明對添加劑分子的水溶性有一定的限液易于處理,且不對環(huán)境造成污染(或造成較少污制,要求添加劑在溶解性和吸附性上尋求最佳值。染),因此在水基潤滑劑的開(kāi)發(fā)中,應避免使用易造水與添加劑的相互作用表現在兩個(gè)方面:其一是成污染和對操作人員健康造成危害的物質(zhì),如含磷、水對添加劑結構穩定性的影響,主要表現在水分子能氯的化合物及亞硝酸鈉等。同時(shí),在現有生物降解性促進(jìn)添加劑分子的水解,導致添加劑在金屬表面的吸能評定方法的基礎上,注重對水基潤滑劑生物降解性附性能下降及在水中溶解性下降,或產(chǎn)生--些腐蝕性能快方汁切空川理論上探討添加劑分子中國煤化工物質(zhì)和沉淀,從而影響水基潤滑劑的潤滑性和防銹結構生,力求建立添加劑定性。其二是水中各類(lèi)陰陽(yáng)離子對添加劑分子的影響，量結YHCNMHGative Sntue-Aetrityy由于陰陽(yáng)離子的鹽析作用和吸附作用,使添加劑分子Relationship , QSAR)的理論計算方法,為綠色水溶性在水中的溶解度和在金屬表面的吸附作用均下降,從潤滑添加劑分子設計和綠色水基潤滑劑配方研究提供而影響水基潤滑劑的潤滑性。理論支持。74《潤滑與密封》(4)注重水溶性潤滑添加劑的多功能化和配伍性[15] Duan B. , A studly on cloidal PSI-a new type of waterbased研究lubrication additive , Wear , 1999 , 236 : 235 ~ 239.多功能化是水溶性潤滑添加劑的發(fā)展趨勢,添加[16]南一郎，菊田哲,岡部平八郎,卜行術(shù)口少久卜, 1992 ,8: 667~ 671。.劑多功能化的實(shí)現不僅可以減少水基潤滑劑中添加劑[17]李茂生等,幾種水溶性潤滑添加劑,潤滑油，1990, 5的加入量,而且可降低水基潤滑劑配方研究中添加劑(6): 44 ~ 46。篩選和配伍性研究的復雜性,縮短水基潤滑劑的研發(fā).[18]官文超等,新型高水基極壓抗磨添加劑有機硫化鉬的研周期。而水溶性潤滑添加劑與其他功能性添加劑配伍究。潤滑與密封, 1988,3:36-39。性的研究無(wú)疑將對提高水基潤滑劑的各種性能,避免[19]羅新民,李燕卿,-種水溶性抗磨劑的研究,機械科學(xué)添加劑的對抗效應起到事半功倍的作用。與技術(shù), 1997, 16(增刊):7-9。3結語(yǔ)[20]王日華,AEP一水溶性極壓添加劑的研究,潤滑與密封,目前我國對水溶性潤滑添加劑的研究還剛起步,1994,3: 17~ 18。但隨著(zhù)對開(kāi)發(fā)水基潤滑劑的日益重視、環(huán)保意識的進(jìn)[21 ] Eisenann F. s. ,Sulfur containing Phosphate Esters as lubricants.USP3 , 723 , 578( 1973) .一步增強及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,水溶性綠色潤滑添加劑[22]易倫,水溶性抗磨劑合成及抗磨性能研究,中南礦冶學(xué)的研究將得到迅速發(fā)展,水溶性潤滑劑的應用范圍也院學(xué)報, 1994, 25(20): 261 ~ 265。必將更為廣泛。[23]梅煥謀,劉忠,孟永鋼,硫代磷酸酯羧酸衍生物的潤滑參考文獻性,湖南大學(xué)學(xué)報,1996，23(3): 162- 165。[1]周耀華,張廣林,金屬加工潤滑劑，北京:中國石化出版[24 ]梅煥謀,高效水溶性潤滑添加劑的生產(chǎn)方法，CN1068142A社, 1998:22 ~23。.( 1993)%[2]李傳武,合成材料馬來(lái)油酸三異丙醇胺鹽,合成潤滑材[25] Lin Feng, Tao Dehua, Li Chenglie，Synthesis and hydrolytic料, 1994, 1 :9~11。stability of aqueous antiwear agents of organic phosphate , Syn ,[3]梅煥謀，黃柏玲,2-甲基二十酸的合成及其潤滑性,潤Lubr. ,1997 13(3):275 ~ 280.滑與密封，1989,3: 19~21。[26 ] Walanabe s. et al , Para - alkoxybenzoic acids as aditives in[4]周忠誠，梅煥謀,三種新型水溶性潤滑添加劑,潤滑油,water-based cutting fluids , J. of Materials Science Letters , 1992 ,1999，14(1):57~ 58。11 : 498~ 500.[5]周燦豐,盂憲堂,水-乙二醇抗燃液壓液中二聚酸鉀極壓[27]羅國強，硼酸酯添加劑的研究,潤滑與密封, 1993,4:抗磨作用的試驗研究,摩擦學(xué)學(xué)報, 1997, 17(3): 238 ~13~ 17。243.[28]高永建，萬(wàn)福成,趙清嵐等,咪唑啉硼酸酯的制備及摩[6]林峰,水基抗磨劑化學(xué)結構與抗磨作用研究,華東理工大.擦學(xué)性能,化學(xué)研究, 1999，10(3):4~7。學(xué)博士學(xué)位論文, 1997。[29]黃偉九,陳波水，董浚修,水溶性硼酸酯的摩擦學(xué)性能[7]邱清華,成本誠,水溶性Cu-DTP的合成及抗磨性能的研研究,機械工程學(xué)報, 2001 ,37(5)究,中南礦冶學(xué)院學(xué)報, 1993 , 24(2):273 ~ 276。[30]李華峰,水溶性潤滑防銹添加劑的制備及應用研究,后[8]易倫,成本誠,周春山,水溶性抗磨添加劑的研究,潤滑勤工程學(xué)院碩士學(xué)位論文, 199。與密封, 1994,4:6~ 10。[31]張秀玲,賈曉鳴,油酸類(lèi)添加劑的潤滑性能研究,潤滑[9]連亞峰,薛群基,汪漢卿,無(wú)機鹽對水溶性稀土絡(luò )合物添與密封, 1996,4 : 29~31。加劑性能的影響,潤滑與密封, 1996,6:4~8。[32]賈曉鳴,張秀玲，水溶性含硫硼酸酯的摩擦磨損性能研[10]林峰,陶德華,李承烈等,水基抗磨劑分子結構對其抗究,潤滑與密封, 1997.1 :35~36。磨性的影響,第六屆全國摩擦學(xué)學(xué)術(shù)會(huì )議論文集,西安，[33]張秀玲,賈曉鳴等,硼系表面活性劑合成與性能研究,1997 : 308 ~ 310。精細石油化工，1997,5:23 ~ 24。[11]官文超，雷洪，含Mo、Zn的水溶性多功能抗磨潤滑劑[34]官文超,雷洪,水溶性烷基硫代磷酸鋅在鋼球磨斑表面OPMZ的研究,潤滑與密封, 1995,3:41~45。形成的潤滑薄膜的分析研究，摩擦學(xué)學(xué)報，1998, 18[12]段標,官文超，余俊,金屬絡(luò )合結構對水基潤滑添加劑(1):75~ 79。_性能的影響.潤滑與密封，1997 ,(4):42。[35]高中國煤化工含硼咪唑啉化合物的摩擦[13]官文超,林基淼,向啟聯(lián),水溶性聚合物型極壓潤滑劑YHC N MH G, 19(2): 162- 165。的性能及機理初探,華中理工大學(xué)學(xué)報, 1992 , 20( 5 ):[ 36 ] Belzer M. , Jahanmir s.，Effect of Additive Molecular Structure153 ~ 158。on Friction, In : Wilfried J. 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