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플라스틱

last modified: 2015-11-06 13:29:04 by Contributors


Contents

1. 개요
2. 분류
2.1. 열가소성 수지
2.2. 열경화성 수지
3. 종류 및 용도
3.1. 열가소성 수지
3.1.1. 아크릴(Acrylic resin)
3.1.2. 폴리스티렌(polystyrene ; PS)
3.1.2.1. ABS 수지
3.1.3. 폴리아세탈(poly oxy methylene, polyacetal ; POM)
3.1.4. 폴리에틸렌(polyethylene ; PE)
3.1.5. 폴리프로필렌(polypropylene ; PP)
3.1.6. 폴리염화비닐(polyvinyl chloride ; PVC)
3.1.7. 폴리카보네이트(Polycarbonate ; PC)
3.1.8. 폴리에스테르
3.1.8.1. PET(Polyethylene terephthalate)
3.1.8.2. PBT(Polybutylene terephthalate)
3.2. 열경화성 수지
4. 썩지 않는다
5. 사람들의 이미지
5.1. 그러나 귀한 몸
6. 식물제 플라스틱?
7. 다른 뜻
8. 관련 문서


한마디만 하고 싶다, 단지 한마디만. 플라스틱이다.
- 칼더 윌링햄

1. 개요

석유에서 추출되는 원료[1]를 결합시켜 만든 고분자 화합물의 일종. 대부분의 플라스틱 이름 앞에 붙는 "poly-"는 중합체(polymer)라는 뜻이다. 자세한 것은 고분자고분자공학 문서 참조. 플라스틱은 그 종류가 매우 다양하기 때문에 본 문서에 서술되어 있는 것은 그중에서도 비교적 알려진 극히 일부의 플라스틱류임에 주의하자. 여기 언급도 안 된 다양한 플라스틱들이 지금도 여러분 주변에서 쓰이고 있다.

2. 분류

한 번 굳은 이후 열을 가했을 경우의 상태변화에 따라 열가소성 수지, 열경화성 수지로 나뉜다. 또는 결정 구조로도 나뉜다. 이 때는 결정성 플라스틱과 비결정성 플라스틱으로 나뉜다.

2.1. 열가소성 수지

열을 가하면 녹아내려 다시 가소성을 띠는 수지로, 재활용하기가 비교적 쉽다. 대표주자로는 스티로폼의 원료인 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로피렌(PP), 폴리염화비닐(PVC)이 있다.

이 외에도 ABS수지, 나일론으로 유명한 폴리아미드(PA), 메타크릴 수지 등등 종류가 다양하다.

2.2. 열경화성 수지

열을 가해도 되려 단단해지거나 타버리는 종류. 재활용이 불가능하진 않으나, 열가소성 수지보다는 까다롭다. 흔히 호마이카로 알려져 있기도 하다. 레진 피규어의 레진도 열경화성 플라스틱을 의미한다.

경화반응 전에는 액상 혹은 젤형태로 있다가 경화반응 후 딱딱해지는 것이 특징. 경화 반응의 종류가 다양해서 수지 특성에 따라 다양한 성형 방법이 존재하고, 가공 설비 비용이 열가소성 플라스틱 보다 저렴하고 수지의 내열성이 매우 좋다는 것이 장점.

하지만 생산성이 떨어지고[2] 재활용이 곤란하다는 문제점도 있다. 수지 자체만 가지고 비교했을 때의 물성은 가소성 쪽이 압도적으로 좋다고.

대표 주자로는 불포화포리에스테르, 비닐에스테르, 멜라민 수지, 에폭시가 있다.

3. 종류 및 용도

플라스틱은 총기 같은 물건에도 많이 들어가는 편이다. 과거에는 금속나무로 만들었지만 가격과 생산성에서 유리하고, 기술의 발달로 비교적 튼튼해졌기 때문에 근래에는 플라스틱을 많이 사용한다. 대표적으로 글록G36, M-16 등이 있다. 하지만 플라스틱 폭약은 가소성이 있어서 그런 이름을 가지게 된것뿐, 실제로 폭발하는 플라스틱은 없다.

3.1. 열가소성 수지

3.1.1. 아크릴(Acrylic resin)

투명성, 내마모성이 우수하며 주로 내부가 보여야 하는 제품에 많이 사용된다. 가공이 쉽고 가격이 저렴하며 내후성이 강해 환경의 영향을 적게 받으나 흠집이 잘 생기고 깨지기 쉽다.

3.1.2. 폴리스티렌(polystyrene ; PS)

컵라면 용기부터 시작해서, 가전제품의 외장 등 다양한 용도로 사용되며 프라모델에도 사용된다. 우리가 잘 아는 스티로폼이 이 폴리스틸렌의 발포제품이다. 폴리스티렌에는 순수 폴리스티렌[3]과 순수 폴리스티렌의 단점을 일부 보완한 HIPS 폴리스티렌,[4] 그리고 스티렌에 아크릴과 브티젠을 혼합하여 우수한 특성을 지니는 ABS 수지로 나뉜다. ABS 수지에 대한 자세한 내용은 하단 참조.

순수 폴리스티렌은 ABS 수지에 비해 성형성이 좋지만[5] 내구성이 떨어지고 하얗게 마모된다는 단점때문에 주로 TV와 같은 대형 흑색가전장치에 쓰이며 휴대용 장치의 경우 리모컨[6]이나 일반용 전자계산기, 탁상용 오디오,[7] 일부 싸구려 라디오[8]에나 쓰인다. 참고로 요구르트 용기나 계량용 컵 등에도 많이 쓰인다. HIPS 폴리스티렌은 순수 폴리스티렌의 단점을 일부 보완한 것[9]으로 용도는 순수 폴리스티렌과 거의 같으며 비디오테이프나 카세트오디오테이프 외장으로도 쓰인다. 순수 폴리스티렌보다는 충격과 마모에 상대적으로 강하다. 그래봤자 ABS+PC 수지 앞에서는 버로우 순수 폴리스티렌이나 HIPS 폴리스티렌 모두 ABS 수지보다는 단가가 저렴한 편이다.

3.1.2.1. ABS 수지
순수 폴리스티렌이나 HIPS 폴리스티렌의 단점을 보완하기 위해 만들어진 것이 ABS 수지로, 스티렌에 아크릴과 브티젠을 혼합한 형태다. ABS는 아크릴, 브티젠, 스티렌의 약자로 3가지 중 스티렌이 주원료다. 따라서 순수한 폴리스틸렌보다 우수한 물성을 보인다. 다만 분자구조내에 벤젠고리가 존재해서 가열시 환경호르몬이 나올 위험이 있으니 주의. 또한 벤젠성분때문에 내후성이 좋지 않다. ABS 재질의 흰색 플라스틱이 세월 지나면 누렇게 변하는 이유이다. 또한 벤젠성분때문에 순수/HIPS 폴리스티렌에 비해 기름에 상대적으로 약한 편이다. MP3 플레이어, 녹음기, 전자사전, 공학용 전자계산기, 워크맨, 일부 휴대용 라디오(초소형 내지는 중, 고가 제품)[10] 등 대부분 휴대용 전자제품은 순수 폴리스티렌이 아닌 ABS 수지가 쓰인다. 특히 휴대폰이나 노트북의 경우 강화탄소섬유 재질의 PC수지를 섞은 개량형 ABS수지(이른바 ABS+PC 수지)가 많이 쓰인다. 기존 ABS 수지에 비해 내충격성,[11] 내구성이 뛰어나기 때문. 유명 장난감인 레고를 이 재질로 만든다. 그래서 흰색 부품들이 오래되면 누렇게 변색되는 것이다.

3.1.3. 폴리아세탈(poly oxy methylene, polyacetal ; POM)

포름알데히드(CH2O)와 트리옥산(CH2O)3을 중합(重合)하여 제조하는 유백색, 불투명한 열가소성 수지로, 1958년 미국의 화학회사인 뒤퐁사가 처음으로 상품화했으며[12] 크게 나누어 호모폴리와 코폴리머[13] 두 종류가 있다. 폴리아세탈은 결정성이 높고, 굽힘강도 등 기계적 특성이 우수할 뿐만 아니라 치수 안정성,[14] 내피로 특성, 내마모성이 뛰어나기 때문에 엔지니어링 플라스틱 중에서 가장 금속에 가까운 성질을 갖고 있어 금속 기계 부품 대신 사용되고 있다.

다만 220˚C 이상의 온도에서는 열분해 현상이 일어나서 변색과 동시에 독한 포름알데히드가 발생하여 불쾌한 냄새가 난다. 1980년대를 살아온 이들은 그 냄새를 기억할 것이다. 그 당시 시위 현장에 가면 쉽게 맡을 수 있는 최루탄 가스 냄새가 바로 그것이다.

3.1.4. 폴리에틸렌(polyethylene ; PE)

저밀도(LDPE)와 고밀도(HDPE)가 있으며 저밀도 폴리에틸렌은 우리가 아는 내열성이 불필요한 대부분의 범용 필름(비닐봉지, 비닐하우스 같은)의 재료가 되며, 인체에 무해하므로 식품포장용 랩, 비닐봉지 등을 만드는데 널리 쓰인다. 또한 우유팩이나 종이 컵라면 용기의 안쪽 코팅도 폴리에틸렌이다. 가공성이 좋고 연성이므로 일반 전선피복도 이것으로 만들어진다. 고밀도 폴리에틸렌은 보다 단단한 특성을 살려 상수도관이나 각종 용기를 만드는데 널리 사용된다. 내충격성, 내후성등 장점이 많은 반면 내열성이 매우 나쁘다는 단점이 있고, 극성이 없으므로 접착성도 매우 나쁘다.[15] 재활용 업계에서는 PE를 물렁이라고 칭하기도 한다. 주로 장난감에 많이 쓰인다.

이 재질로도 완충포장재가 만들어지기도 한다. 폼, 쉬트, 백 등이 만들어진다.

3.1.5. 폴리프로필렌(polypropylene ; PP)

투명성, 표면광택이 좋고 PE보다 좋지만 거의 PE와 유사한 특성을 가지고 있다. 대신 인장강도와 탄성계수, 내열성이 더 좋고 내충격성은 더 떨어진다. 역시 인체에 무해하므로 식품용기에 널리 사용된다. 휨에 극단적으로 강해 종래의 기계적힌지를 대신하여 플라스틱힌지[16]를 만들 수 있는 성질이 있어 대체가능한 소재가 없다.

3.1.6. 폴리염화비닐(polyvinyl chloride ; PVC)

연질(SPVC)과 경질(HPVC)이 있는데 연질은 고무대야, 호스, 비닐커튼[17], 바닥 장판에 쓰이고, 경질은 파이프에 널리 쓰인다. 일단 그 자체로는 무독성이고 내후성과 화학적 안정성이 매우 우수하여 주로 화학약품 등 액체를 다루는 용기로 자주 사용된다. 그래서 상수도관이라던가 의료용 수액주머니도 PVC로 만든다. 다만 HPVC는 경도에 비해 강도가 낮아 충격에 약하므로 잘 깨진다. 겨울철 상수도관이 얼어 터지는 건 이런 케이스가 많다.

PVC는 평시에는 무척 안정적이지만 소각시 독성가스와 환경호르몬이 대량으로 나오게 되므로 반드시 분리수거 해야한다. 이름에 염화가 들어가는 단계에서 눈치 챈 사람도 있을지 모르겠지만 분자구조에 염소가 많이 들어가있다.[18] 고로 태우면 염소계열 화학물질이 나오며 대표적인게 바로 다이옥신.

또 다른 단점으로는 열에 매우 약해 열변형이 쉽게 일어난다. 플라스틱이 대체로 열에 약한 편이긴 하지만 실온에서 눈에 띄게 열변형이 일어나는 플라스틱은 PVC와 PE가 두드러지는 편이다. 고무대야가 휘어져 바닥이 울퉁불퉁하게 된 것을 본 사람도 많을 것이다. 그리고 밀도가 높아서 플라스틱 중에서는 꽤 무거운 편이다. 금속에 비할 바는 아니지만.

3.1.7. 폴리카보네이트(Polycarbonate ; PC)

투명하고 내충격성이 폴리염화비닐, 유리에 비해 훨씬 뛰어나기 때문에 보통 판유리의 대체제로 많이 쓰인다. 실생활에서 가장 많이 보이는 것은 안경선글라스 렌즈. 오토바이 헬멧과 각종 스포츠 용품. 또한 광학 디스크(CD, DVD, 블루레이)를 만드는데도 쓰인다. 다만 케이스는 보통 아크릴로 만든다. 내열성도 일반적인 플라스틱보다 우수하여 녹는 점이 물의 끓는 점을 상회하기 때문에 우유병, 전자레인지 용 식기 등 뜨거운 음식을 담는 식기에 쓰이기도 한다. 대표적인 엔지니어링 플라스틱이며 절연성, 내충격성, 가공성 등 기계적 성질이 우수하여 각종 기계, 전기 제품에 많이 사용된다. 하지만 다른 플라스틱에 비하여 가격이 상대적으로 고가이다.

북한 무인기 추락사건에서 해당 무인기가 이 소재로 만들어졌다는 소식이 퍼졌는데, 일부 언론은 이게 무슨 최첨단 스텔스 소재인마냥 보도를 해 화학전공자들의 헛웃음을 샀다. 사실 언론에서 이 소재에 대해 보도할 때 폴리 카본에이드라고 철자가 틀린 채로 보도해서 알만한 사람들은 다 비웃을 만한 상황이었다. 새로운 물질을 창조해내는 한국 언론

폴리카보네이트를 만드는 주된 공정중 하나는 환경호르몬인 비스페놀 A와 독가스로 유명한 포스겐을 반응시키는 것이다.

3.1.8. 폴리에스테르

화학 구조에 따라 열경화성 플라스틱일 수 있으나, 일반적으로 열가소성인 경우가 많다. 자연적으로도 많이 존재하며, 인공적인 폴리에스테르는 PET가 유명하다. 높은 내구성과 착색의 용이함때문에 섬유 재질로 많이 이용되며, 물과 환경에 대한 저항력이 뛰어나다. 공업적으로는 필름이나 병재료로 활용된다.

3.1.8.1. PET(Polyethylene terephthalate)
플라스틱 병의 대명사로 알려진 재료.

3.1.8.2. PBT(Polybutylene terephthalate)
열가소성 수지 중에서 가장 녹는점이 높은데, 150℃에서도 꿈쩍하지 않는다. 강도와 내마모성이 매우 강해 공구 용도로 쓰인다. 리얼포스 등 일부 고급형 키보드에 쓰이기도 하지만 가공이 힘들고 단가가 비싸다.

3.2. 열경화성 수지

열경화성 수지의 주된 사용처는 접착제와 복합소재다. 흔히 말하는 에폭시 접착제는 에폭시 수지를 사용한 것. 또한 섬유강화플라스틱(FRP)의 플라스틱은 보통 열경화성 플라스틱을 뜻한다. 이 분야에서 우리 생활과 가장 가까운 것은 전자기판이다. 또한 열경화성 수지로 만든 FRP는 어떤 재료로도 불가능한 일체형 대형 구조물을 만드는 것이 가능하므로 풍력발전기의 메인 블레이드(큰 것은 길이가 50m가 넘는다!)나 선박, 항공기, 교량 상판, 대형 파이프 등에 사용된다.

4. 썩지 않는다

플라스틱은 현대의 물질에서 라스푸틴과 같은 존재입니다. 당신은 그것을 쪼개고, 자르고, 갈기갈기 찢고, 불사르고, 파묻을 수 있습니다. 하지만 그것은 그리 호락호락하게 죽지 않습니다! - 한 화학자의 비유

썩지 않는 물질로도 유명하다. 플라스틱을 땅에 묻어놓으면 수백년이 지나도 원상태 그대로 썩지 않는다고. 그래서 플라스틱 제품은 반드시 재활용하는 것이 원칙. 요즘은 썩는 플라스틱도 나왔지만 물리적 성질이 좋지 않아 널리 쓰이지 않는다. 이런 썩는 플라스틱들은 플라스틱을 만들 때 분해되도록 유기물질을 섞거나, 아니면 아래에 나온 것처럼 식물을 가공해서 만들어낸다. 유기물질을 섞는 경우 유기질로 된 부분이 썩으면서 겉보기에는 플라스틱이 썩은 것 같지만 실제로는 미세한 플라스틱 조각들은 계속 썩지 않아 눈 가리고 아웅(...). 아예 식물로 만드는 경우 확실하게 썩지만 기계적 성능(품질)과 단가 문제가 있다.

하지만 썩어도 문제가 된다. 플라스틱의 용도는 상상할 수 없을 정도로 많지만, 그 중 상당수는 천연소재와는 비교할 수 없는 강력한 내후성을 바탕으로 사용된다. 만약 하수도 파이프나 주방용 밀폐용기가 썩어버린다면 플라스틱으로서의 가치가 있을까? 그러니 이러지도 저러지도 못하는 셈이다.

그리고 재활용하는데도 한계는 있다. 수거되는 플라스틱의 5~10%만 재활용된다고 하며 일본에선 이제는 플라스틱을 재활용품으로 분류하지 않고 타는 쓰레기로 분류한다. 그리고 그 수거된 플라스틱조차 재활용해도 품질이 낮아 화분이나 보도블럭용 이외에는 쓰기 힘들 정도로 품질이 낮다고 한다.

5. 사람들의 이미지

싸구려, 양산형의 대명사로써 이 단어가 들어간 명칭은 싸구려나 기성품이라는 의미를 내포하고 있다고 볼 수 있다. 실제로 생산, 재료 단가를 낮추는 가장 좋은 방법이 바로 플라스틱 부품 전환이기도 하고. 허나 싸고 양산이 가능하다는 점덕에 케이블 타이라는 획기적인 도구가 나왔다.

5.1. 그러나 귀한 몸

싸구려 취급을 받기는 하나 특수한 용도의 플라스틱들은 엄청나게 비싸다. 예를 들어 폴리에텔에테르케톤(PEEK)은 있어 보이는 이름만큼 실재로도 엄청난 고가를 자랑. 유명한 다이슨 청소기의 회전부품에 사용되고, 인공위성과 우주개발에 꼭 필요한 재료다. 그러나 케톤계열 수지는 원료 자체가 고가이고 가공온도도 높으므로 미래에도 우리 생활속에 널리 퍼질 가능성은 별로 없다. 어지간한 물건은 이걸로 만드느니 알루미늄 합금을 쓰는 것이 더 싸다(...). 그러나 금속에 비해 현격히 낮은 무게와 비전도성 등 플라스틱만의 특징 때문에 쓰이는 것으로 다른 특수한 플라스틱들도 마찬가지로 다른 재료와의 비교를 통해 더 나은 것이 사용될 뿐이다.

석유를 사용해 만들기 때문에 일부 학자들은 석유가 고갈될 경우 교통, 운송 수단의 연료보다도 플라스틱이 더 이상 생산되지 않는 상황이 더 문제가 된다고도 주장한다. 당장 당신 주변에서 플라스틱이 없다고 생각해보자. 지금 이 글을 읽고 있는 컴퓨터(또는 핸드폰)의 겉표면도 플라스틱이다. 플라스틱의 범위가 워낙 넓기 때문에 현대 문명에서는 어디에 플라스틱이 안 쓰이는지를 찾는 게 더 빠를 것이다. 석유와 성분이 비슷한 편인 석탄을 사용해서 만드는 것도 불가능한 것은 아니지만 제작 효율이나 다양성, 품질 등 모든 점에서 비교가 안되기 때문에... 일례로, 사람 몸의 70%가 물이라면, 외출할 때 걸치는 물품의 70%는 석유화학 산업에서 비롯됐다고 한다.

석유는 언젠가 고갈될 것이며 이는 절대 부인할 수 없지만 석유를 대체할 연료는 현재 여러 가지가 계속 연구되고 있고 석유가 고갈되는 시기까지는 의외로 원래 예상보다 시간이 많이 남아있다고 하니 고갈 전까지는 대체 물질의 상용화가 이루어질 가능성이 있다. 하지만 석유 재질 플라스틱은 위에도 언급했다시피 대체 물질 개발 및 상용화가 아직도 요원하다. 연료로서의 석유가 다른 친환경 연료로 대체되더라도 플라스틱을 만들기 위한 광물질로서의 가치는 고갈되는 그 날까지 계속 갖고 있을 수 있다는 것이 문제.

6. 식물제 플라스틱?

석유는 썩어서 화석화된 식물이므로 식물(혹은 다양한 유기화합물들)을 통해 플라스틱을 만드는 것도 가능하다. 대표적인 것이 옥수수로 만드는 PLA. 하지만 범용수지를 대신하기에는 그 품질도 가격도 비교하기 민망할 수준.

7. 다른 뜻

성형수술은 영어로 "plastic surgery"이다. 물론 합성수지와는 별 관계 없다. 플라스틱이라는 단어 자체가 빚어내다, 금형하다(>성형하다 = 모양을 만들다)를 뜻하는 고대 그리스어인 'plastikos'에서 유래된 말이라서 생기는 일. 플라스틱 폭약이 플라스틱 폭약인 이유도 같다.

공학에서는 plastic이라 하면 elastic(탄성)의 반대말로서 '소성'으로 번역한다. 어떤 물체에 힘이 가해지면 모양이 변하는데, 힘을 뺐을 때 모양이 되돌아오면 탄성 변형(elastic deformation), 돌아오지 않고 조금이라도 원래 모양과 다른 상태로 영구적으로 남아있게 되면 소성 변형(plastic deformation)이다. 즉 변형의 특성을 일컫는 형용사로 더 많이 쓴다. 그래서 합성수지 재료를 말할 때는 플라스틱이라고 안 하고 폴리머(polymer)라고 한다. 이게 본뜻에도 더 가깝다.

우리가 비닐 봉투라고 부르는 물건을 동남아 등지에서는 플라스틱이라고 부른다고 한다. 따지고 보면 같은 합성 수지니까 틀린 말은 아니다. 시장에서 콜라나 과일 주스 등의 음료를 사면 "플라스틱에 넣어드릴까요?"하고 묻는데, 그래달라고 말하면 비닐 봉투에 음료수를 담아 빨대를 꽂아서 들고 가면서 마시라고 준다고. 혹시 현지에 사는 분들이 계시면 정확한 정보인지 확인 바람.

8. 관련 문서

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  • [1] 단위체(monomer)라고 불린다. 대개 알켄이 단위체인 경우가 많다.
  • [2] 열가소성 플라스틱을 식으면 틀에서 꺼내고 열경화성 플라스틱은 굳어야 빼낸다. 보통 냉각 속도가 경화 속도보다 빠르다.
  • [3] GPPS(general purpose polystyrene)라고도 하며 무색투명하다.
  • [4] HIPS(High Impact Polystryene)라고 하며, 뜻대로 내충격용이다. 유백색을 띠고 있다.
  • [5] 이 때문에 플라모델은 ABS 수지보다는 순수 폴리스티렌으로 제작되는 경우가 많다.
  • [6] 이마저도 요즈음에는 ABS 수지로 만드는 추세.
  • [7] 특히 2000년 이후의 중국산 제품.
  • [8] 소니 ICF-S10MK2, ICF-F10/11, 파나소닉 RF-P50 등.
  • [9] 그래봤자 ABS 수지보다는 떨어진다.
  • [10] 5만원 넘어가는 조그만 라디오에 순수 폴리스티렌을 쓰면 회사 체면에 먹칠하는 거니와 제품 내구성에도 엄청난 악영향이 미친다.
  • [11] 표준 ABS수지 재질의 휴대용 라디오와 ABS+PC재질의 휴대용 라디오(소니 ICF-T46)를 길바닥에 떨어뜨렸을 경우 후자쪽이 확실하게 충력에 의한 손상이 덜하다. 그러한 장점 때문에 괜히 ABS+PC 수지가 충격받을 일이 많은 휴대폰이나 노트북에 많이 쓰이는 게 아니다.
  • [12] 이것이 바로 델린(delrin)이며, 호모폴리머에 속한다.
  • [13] 전자는 델린과 셀콘(celcon), 후자는 듀라콘(DURACON)이라는 상품명으로 알려져있다.
  • [14] 흡습성이 비교적 적어 습기가 있는 부위에서 치수 안정성이 좋다.
  • [15] 접착성이 나쁜건 일장일단이 있으므로 단점이라고만 할 수는 없고 하나의 특성이라 보는 것이 맞다.
  • [16] 락엔락 뚜껑을 생각해보자.
  • [17] PE필름은 너무 가볍고 하늘하늘해서 커튼용으로 부적합.
  • [18] 수정전에는 소금(...)이라고 돼있었다. 화학에서 염화는 염소가 있음을 의미한다.

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