Isocianati

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Chris Keen, Health & Safety Laboratory, UK

Introduzione

Gli isocianati sono utilizzati in una vasta gamma di prodotti industriali, tra cui vernici, colle e resine. Sono potenti sensibilizzatori respiratori e della pelle e una causa comune di asma e dermatite allergica da contatto, vedi l’articolo sugli allergeni professionali. Una serie di altri effetti negativi sulla salute sono anche associati all’esposizione agli isocianati, compreso il cancro. Dove gli isocianati sono usati o generati involontariamente, per esempio quando i poliuretani sono riscaldati, è importante che le esposizioni dei lavoratori siano adeguatamente controllate. Ci sono vari modi per raggiungere questo obiettivo, e il modo in cui l’isocianato viene usato o generato spesso detta la strategia di controllo necessaria. Tutti i controlli dell’esposizione richiedono una manutenzione se devono rimanere efficaci, e l’articolo fornisce informazioni su come raggiungere questo obiettivo per gli isocianati.

Sfondo

Gli isocianati sono una famiglia di prodotti chimici organici che hanno uno o più gruppi funzionali N=C=O legati alla molecola. Gli isocianati più comuni che si trovano in ambito industriale si basano su molecole con 2 di questi gruppi funzionali, e sono generalmente indicati come diisocianati, questi includono:

Toluene diisocianato (TDI)

Methylene bis(phenylisocyanate) (MDI) o methylene diphenyl diisocyanate

Naftalene diisocianato (NDI)

Esametilene diisocianato (HDI)

Isofrone diisocianato (IPDI)

TDI, MDI e IPDI esistono come mix di isomeriNella loro forma più semplice, queste sostanze esistono come monomeri. Tuttavia, molte preparazioni industriali di isocianato hanno strutture molecolari basate su 2 o più molecole di monomero chimicamente legate insieme. Questi sono generalmente indicati come pre-polimeri o oligomeri. Queste sostanze contengono ancora il gruppo funzionale N=C=O e quindi comportano ancora i rischi per la salute associati agli isocianati. I pre-polimeri sono meno volatili del loro monomero associato, quindi è meno probabile che si diffondano nell’aria come vapore. Tuttavia, esposizioni inalatorie molto elevate possono ancora verificarsi quando questi materiali vengono spruzzati e i rischi per la salute associati all’esposizione cutanea sono ancora presenti.

Sono anche commercializzate forme più complesse di isocianati, contenenti altri gruppi funzionali che possono ridurre il potenziale di esposizione agli isocianati. Questi sono spesso indicati come isocianati bloccati o stoppati. Affinché il gruppo funzionale N=C=O prenda parte alla reazione di polimerizzazione, e la vernice, la colla ecc. si indurisca, l’isocianato deve essere libero di reagire e quindi ad un certo punto del processo c’è ancora un potenziale di esposizione all’isocianato associato a questi materiali.

I preparati di isocianato disponibili in commercio sono sia solidi che liquidi viscosi.

Pericoli per la salute

Una serie di gravi effetti avversi sulla salute sono associati all’esposizione all’isocianato. Questi includono effetti sul sistema respiratorio e sulla pelle

I pericoli per la salute di MDI e TDI sono riassunti nella tabella 1. Altri isocianati avranno effetti simili sulla salute. Queste informazioni possono essere trovate sulla scheda di sicurezza fornita con il prodotto chimico.

Fonte

Tratti di esposizione

L’esposizione all’isocianato avviene generalmente per inalazione e/o via cutanea. A seconda del tipo di isocianato e del metodo di applicazione, ci può essere un potenziale di esposizione significativo da una o entrambe queste vie e questo dovrebbe essere considerato nell’approccio di gestione del rischio.

L’esposizione per inalazione può verificarsi quando gli isocianati sono presenti nell’aria del luogo di lavoro, sia come vapore che come aerosol. In alcuni casi, gli isocianati presenti nell’aria possono essere presenti in entrambe queste forme contemporaneamente.

I vapori possono essere generati da processi passivi per evaporazione, e la volatilità (ovvero la pressione del vapore) dell’isocianato influenzerà il grado di vapore aereo che genera. L’evaporazione aumenterà con l’aumentare della temperatura del processo, e quindi il riscaldamento degli isocianati aumenterà i livelli di vapore trasportato nell’aria. Gli isocianati liquidi sono spesso molto viscosi a temperatura ambiente e vengono solitamente riscaldati per aiutarli a scorrere meglio e quindi renderli più facili da maneggiare. Si dovrebbe tenere presente che questo aumenterà il tasso di generazione di vapore di isocianato. Bisogna anche tenere presente che la reazione isocianato-poliolo che avviene per formare un poliuretano è altamente esotermica, generando molto calore. Di nuovo, questo aumenterà la generazione di vapore, anche se non si aggiunge calore esterno al processo.

Gli aerosol possono essere generati con mezzi deliberati, come la spruzzatura, o inavvertitamente quando gli isocianati vengono agitati meccanicamente o disturbati vigorosamente. Per esempio, le particelle fini dell’aerosol saranno generate quando i liquidi sono applicati a pennello o versati da un recipiente all’altro. Tuttavia, la quantità di aerosol generata in questo modo sarà di solito molto inferiore rispetto ai processi di spruzzatura. Quando si maneggiano isocianati solidi, c’è la possibilità che venga generata polvere dispersa nell’aria.

L’esposizione cutanea può verificarsi ovunque ci sia la possibilità che la pelle dei lavoratori venga a contatto con gli isocianati. I principali meccanismi attraverso i quali si verifica l’esposizione cutanea agli isocianati sono:

  • Contatto diretto con la pelle dei lavoratori
  • Deposizione di aerosol dall’aria sulla pelle dei lavoratori
  • Schizzi, per esempio durante le attività di versamento o miscelazione.
  • Manipolazione di oggetti contaminati come strumenti o dispositivi di protezione individuale (DPI) usati
  • Contatto con superfici contaminate, come pannelli di controllo o impianti di processo, durante la manutenzione per esempio

Applicazioni comuni

Alcuni usi industriali comuni degli isocianati sono elencati sotto:

  • Indurente per vernici. Molte vernici industriali usano gli isocianati come indurente. Questi sono spesso prodotti ‘2-pack’, dove 2 componenti sono mescolati insieme immediatamente prima dell’uso. In questi casi l’isocianato è presente nel componente indurente della vernice. Alcune vernici ‘1-pack’ contengono isocianati, e queste non richiedono la miscelazione, eliminando così un compito con potenziale di esposizione. La scheda di sicurezza fornita con la vernice fornirà informazioni sulla presenza o meno di isocianati. Queste vernici sono comunemente usate nella riparazione di veicoli a motore (MVR) e nella verniciatura di grandi veicoli commerciali e di strutture in acciaio. Possono essere applicate a spruzzo, a pennello o a rullo. Il più alto potenziale di esposizione è associato all’applicazione a spruzzo. Le esposizioni per inalazione associate all’applicazione a pennello o a rullo sarebbero molto più basse, anche se il potenziale di esposizione cutanea esisterebbe ancora. C’è un’alta prevalenza di asma professionale nei lavoratori del settore MVR che utilizzano queste vernici. Le vernici sono generalmente basate su forme pre-polimeriche di HDI, con l’isocianato presente nel componente indurente della miscela. La levigatura e la lucidatura di vernici a base di isocianato completamente indurite non liberano isocianato nell’aria. Tuttavia, quando sono esposte a temperature più alte, come quelle derivanti dalla molatura e dalla saldatura, è stato dimostrato che le vernici polimerizzate liberano isocianato nell’aria.
  • Produzione di gomme poliuretaniche ed elastomeri termoplastici. Questi sono generalmente basati su un isocianato aromatico, più comunemente MDI o TDI, fatto reagire con un alcool polifunzionale (poliolo) o altro materiale organico. Gli isocianati sono spesso miscelati manualmente e versati. Non ci sono generalmente processi che coinvolgono l’applicazione a spruzzo di isocianati in questo settore industriale. La fornitura di controlli dell’esposizione è variabile in questo settore.

  • Produzione di schiuma poliuretanica morbida. Questa è prodotta da TDI e un poliolo, con altri additivi utilizzati per modificare le proprietà del prodotto finito. Gli isocianati sono di solito miscelati con un sistema automatizzato, con polimerizzazione iniziale all’interno di un recinto estratto. Le concentrazioni di isocianati nell’aria all’interno del recinto possono essere elevate e l’attrezzatura di protezione delle vie respiratorie RPE deve essere indossata se il recinto deve essere entrato per la manutenzione. Esiste un ulteriore potenziale di esposizione quando la schiuma parzialmente polimerizzata viene rimossa dall’involucro e tagliata in blocchi più piccoli, dove l’interno non polimerizzato può liberare isocianato nell’aria.
  • Isolamento termico di edifici, elettrodomestici e trasporti refrigerati. Questo comporta l’applicazione a spruzzo di una schiuma poliuretanica, con il componente isocianato di solito a base di MDI. Questo lavoro è spesso in loco e può essere condotto in ambienti con ventilazione limitata. C’è un alto potenziale di esposizione, e spesso le strategie di controllo dell’esposizione si basano quasi interamente sui DPI.
  • Pavimentazione industriale. L’MDI è un componente nella produzione di pavimentazioni industriali in resina di alta qualità e bassa porosità. È comunemente usato nelle fabbriche alimentari e in altri ambienti in cui è richiesta una pavimentazione igienica e facile da pulire. La resina viene solitamente miscelata in un sistema aperto e la pavimentazione viene posata manualmente con attrezzi manuali. Grandi aree, fino a diverse centinaia di metri quadrati, possono essere posate in una sola sessione. Non c’è potenziale per la generazione di aerosol, e la pressione di vapore estremamente bassa dell’MDI pre-polimerico comporta pochissimo isocianato nell’aria e quindi poco rischio di esposizione per inalazione. Tuttavia, esiste un potenziale significativo di esposizione cutanea.
  • Leganti per fonderia. I sistemi di leganti uretanici, contenenti MDI, sono comunemente usati per formare stampi e anime dalla sabbia nelle fonderie. C’è un potenziale di esposizione quando gli stampi e le anime vengono realizzati, e anche ai prodotti di degradazione termica quando il metallo caldo viene versato negli stampi.

Questa non è una lista esaustiva, e ci saranno altre applicazioni industriali. La presenza di un isocianato in una materia prima dovrebbe essere indicata sulla scheda di sicurezza del materiale. I processi che comportano il riscaldamento dei poliuretani hanno il potenziale di generare isocianato. Come per qualsiasi processo industriale, una valutazione approfondita dei rischi e l’attuazione di un’adeguata strategia di controllo dell’esposizione dovrebbero essere condotte prima di iniziare il lavoro con sostanze pericolose.

Gestione del rischio

Data la tossicità degli isocianati, è importante controllare l’esposizione dei lavoratori a queste sostanze chimiche ovunque vengano utilizzate o generate. Una valutazione approfondita del rischio è parte del processo per ottenere un controllo adeguato. Questo permetterà di definire e implementare una strategia appropriata di controllo dell’esposizione. La valutazione del rischio per le sostanze pericolose è un requisito legale. La gerarchia di controllo dovrebbe essere osservata quando si progettano strategie di controllo dell’esposizione, vedi anche l’articolo Sostituzione di sostanze chimiche pericolose.

I limiti di esposizione professionale (OEL) per gli isocianati esistono in vari stati membri dell’UE, ma questi non rappresentano necessariamente livelli sicuri di esposizione. Nel caso degli isocianati, le esposizioni dovrebbero essere controllate per essere ridotte al minimo. Alcuni individui sono più suscettibili di altri agli effetti di sensibilizzazione, e anche esposizioni sostanzialmente inferiori ai LEP possono portare a gravi effetti sulla salute.

In termini di effetti respiratori, i processi che generano alti livelli di isocianati nell’aria, come l’applicazione a spruzzo, comportano il rischio maggiore. È importante ricordare che tutti gli isocianati presenti nell’aria, siano essi monomerici o polimerici, sia in fase di aerosol che di vapore, sono dannosi. Anche quando è probabile che i livelli nell’aria siano molto bassi, come l’applicazione a pennello o a rullo di isocianati polimerici a bassa volatilità, il potenziale di effetti cutanei esiste ancora e deve essere preso in considerazione quando si sviluppa una strategia di controllo dell’esposizione.

Controlli dell’esposizione

Eliminazione/sostituzione

Secondo i principi della buona pratica di igiene professionale e la gerarchia di controllo, l’eliminazione di un pericolo o la sostituzione con un materiale meno pericoloso o una tecnica di applicazione meno pericolosa è un’opzione di controllo preferibile alle soluzioni basate sui controlli tecnici e sui DPI. Le soluzioni di controllo basate sulla sostituzione includono:

  • La sostituzione delle vernici a base di isocianato con altri prodotti meno pericolosi che raggiungono comunque una qualità e una durata della finitura accettabili.
  • L’uso di isocianati pre-polimerici piuttosto che monomeri. In questo caso, anche se l’isocianato è ancora presente, è in una forma meno volatile e quindi il potenziale di generazione di vapore è ridotto.

  • L’adozione di diverse tecniche di applicazione, che riducono le emissioni di processo. L’uso dell’applicazione a pennello o a rullo per le vernici, invece che a spruzzo, riduce significativamente il potenziale di esposizione per inalazione.

Controllo ingegneristico

Dove la sostituzione non è possibile, le soluzioni di controllo ingegneristico basate sulla separazione del lavoratore dalla fonte di esposizione sono viste come la prossima migliore opzione. I controlli ingegneristici possono assumere varie forme, e le seguenti sono le più importanti per il controllo delle esposizioni all’isocianato:

  • Contenimento. Ciò include l’uso di sistemi di movimentazione sigillati per il trasferimento di materiale sfuso dai serbatoi di stoccaggio al punto di utilizzo, o l’uso di coperchi sui contenitori quando non sono in uso, per prevenire l’emissione di vapore nella stanza di lavoro.
  • Modifica del processo. Sono disponibili pistole a spruzzo ad alto volume e bassa pressione (HVLP) per la spruzzatura di vernici isocianiche. Queste riducono la quantità di vernice usata e minimizzano la generazione di aerosol.
  • Ventilazione di scarico locale (LEV). Ciò include l’uso di cappe e armadi ventilati per lo stoccaggio e la manipolazione di piccole e medie quantità di isocianati e l’uso di cabine di spruzzatura ventilate per l’applicazione di vernici a 2 componenti in MVR.
  • Segregazione. In alcune situazioni può non essere possibile applicare LEV in modo efficace per controllare l’esposizione. In questi casi, segregare il posto di lavoro per contenere l’isocianato in aree designate e chiaramente segnalate ridurrà la diffusione della contaminazione e proteggerà i lavoratori che non sono direttamente coinvolti nel processo.
  • Distanza di lavoro sicura. L’uso di strumenti per aumentare la distanza tra il lavoratore e la fonte di esposizione può ridurre significativamente l’esposizione cutanea e inalatoria. Esempi potrebbero includere l’uso di rulli a manico lungo per la lisciatura dei pavimenti in isocianato e l’uso di una spatola piuttosto che una mano guantata per rimuovere gli isocianati viscosi dalle lattine.

I dispositivi di protezione individuale

I DPI sono generalmente considerati un controllo dell’esposizione meno affidabile di quelli discussi sopra e dovrebbero essere usati solo come ultima risorsa. Tuttavia, i DPI hanno ancora un ruolo da svolgere e ci possono essere processi con un alto potenziale di esposizione, anche dopo l’implementazione di controlli tecnici, dove i DPI sono l’unico mezzo per ottenere un controllo adeguato. Le seguenti questioni sono di rilevanza specifica per gli isocianati.

  • I guanti di protezione chimica devono essere utilizzati solo come protezione dagli spruzzi, i processi non devono essere progettati in modo tale che i guanti siano utilizzati come barriera primaria contro il contatto diretto con gli isocianati o le attrezzature di lavoro contaminate da isocianati. I guanti devono essere scelti per offrire il livello appropriato di protezione chimica, tenendo conto anche di altri fattori come la necessità di protezione termica o di destrezza manuale.
  • Tute da lavoro e tute devono fornire una copertura dell’intero corpo e non lasciare parti del corpo suscettibili, come gli avambracci, aperte all’esposizione. Le tute monouso possono offrire una soluzione migliore rispetto agli indumenti riutilizzabili che possono diventare pesantemente contaminati nel tempo e potenzialmente fungere da ulteriore fonte di esposizione.
  • I dispositivi di protezione delle vie respiratorie (RPE) devono essere selezionati tenendo conto della “sfida di controllo” (cioè le concentrazioni di isocianato nell’aria al di fuori dell’RPE) e dei fattori di utilizzo come la durata del tempo in cui saranno indossati e la necessità di altri DPI, come la protezione degli occhi. Gli isocianati trasportati dall’aria possono essere presenti nell’atmosfera a livelli nocivi e non essere rilevabili dall’odore, quindi non sarebbe immediatamente ovvio per chi lo indossa se un respiratore filtrante non funzionasse. Per questo motivo, l’uso di un RPE alimentato ad aria è generalmente l’opzione preferita per i processi con alto potenziale di esposizione per inalazione. Questo si applica a tutti i processi di spruzzatura manuale, come la spruzzatura di vernice o l’applicazione di isolamento in schiuma poliuretanica. I respiratori con filtro possono essere accettabili per processi con minori emissioni in aria. Il monitoraggio dell’esposizione può giocare un ruolo chiave nella selezione dell’RPE. Se si sceglie un RPE che richiede una buona tenuta sul viso dei lavoratori per un funzionamento efficace, è importante che l’RPE si adatti correttamente al lavoratore. Per garantirlo è necessario un test di adattamento al volto.

In tutti i casi i DPI devono essere selezionati, utilizzati, conservati e mantenuti correttamente per ottenere la massima protezione.

Gli aspetti pratici del raggiungimento di un controllo adeguato

È quasi sempre il caso che una strategia di controllo dell’esposizione pratica ed efficace utilizzi una combinazione di controlli dell’esposizione. Nel progettare una strategia di controllo, tutte le vie di esposizione dovrebbero essere considerate e la gerarchia di controllo applicata per ogni via di esposizione. I processi dovrebbero essere progettati per limitare il potenziale di contatto dei lavoratori con gli isocianati. I DPI per il controllo dell’esposizione cutanea dovrebbero essere forniti per la protezione dagli spruzzi e non come barriera primaria contro il contatto diretto con gli isocianati e le attrezzature di lavoro fortemente contaminate.

LeV sarà spesso una parte necessaria per raggiungere il controllo e prevenire la diffusione della contaminazione aerea in aree occupate da altri lavoratori non direttamente coinvolti nel processo di isocianato. Tuttavia questo approccio di controllo può fallire a causa di una cattiva progettazione, un uso scorretto o una manutenzione inadeguata. La progettazione e l’implementazione di un sistema LEV efficace richiede la competenza specialistica di ingegneri della ventilazione e igienisti del lavoro. È vitale stabilire che il sistema fornisca un controllo adeguato quando viene messo in funzione.

Per alcuni processi che comportano l’applicazione a spruzzo di isocianati, i sistemi LEV da soli non possono fornire un controllo adeguato dell’esposizione per inalazione, anche se sono ben progettati e utilizzati correttamente. In queste circostanze sarà necessario anche l’RPE. Nella MVR, il ruolo della cabina ventilata è quello di ridurre il più possibile i livelli di isocianato nell’aria durante la spruzzatura, di rimuovere l’isocianato nell’aria dallo spazio di spruzzatura il più rapidamente possibile dopo la spruzzatura, e di contenere la contaminazione nell’aria all’interno dello spazio di spruzzatura per evitare che altri lavoratori siano esposti. È essenziale considerare che tutte le cabine di spruzzatura richiedono tempo per eliminare gli isocianati aerodispersi dopo il completamento della spruzzatura. Anche quando lo spruzzo visibile è sparito, cosa che di solito accade abbastanza rapidamente, livelli pericolosamente alti di isocianato nell’aria possono rimanere per diversi minuti. È pratica comune tra i verniciatori a spruzzo sollevare la visiera dell’RPE immediatamente dopo la spruzzatura per ispezionare la finitura della vernice. Questo si traduce in picchi di esposizione inalatoria molto alta e aggiunge significativamente al rischio di sviluppare l’asma. La pulizia manuale delle pistole a spruzzo può anche dare origine ad alte esposizioni di isocianato, oltre ai solventi di pulizia. Le pistole a spruzzo non dovrebbero essere pulite in un’officina aperta o in una stanza di miscelazione della vernice.

Ove possibile, i controlli dell’esposizione dovrebbero essere progettati e integrati nel processo. È sempre più difficile ottenere un controllo adeguato quando le misure sono adattate a impianti e macchinari esistenti.

Tutti i controlli dell’esposizione richiedono manutenzione se devono offrire un controllo dell’esposizione prolungato. I sistemi LEV devono essere testati frequentemente e i filtri devono essere cambiati agli intervalli raccomandati. I DPI richiedono un controllo e una manutenzione appropriati; quando si utilizzano RPE alimentati ad aria, è importante garantire che l’aria respirabile sia pulita e fornita con una portata e una pressione adeguate. Questo vale anche per i controlli “software”, dove è opportuno un regolare addestramento di aggiornamento dei lavoratori.

Monitoraggio dell’esposizione

Il monitoraggio dell’esposizione può svolgere un ruolo chiave nell’approccio alla gestione del rischio nella manipolazione degli isocianati. Questo può essere ampiamente segregato in due aree, il campionamento dell’aria e il monitoraggio biologico.

Campionamento dell’aria

Dal punto di vista dell’igiene professionale, la forma più comune e utile di campionamento dell’aria è il monitoraggio personale. Questo permette la migliore stima dell’esposizione del lavoratore e può essere un elemento essenziale per accertare l’adeguatezza del controllo e per informare la selezione dell’RPE. La misurazione degli isocianati presenti nell’aria è complessa e richiede competenze specialistiche. Alcuni metodi di misurazione quantificano solo alcune specie di isocianato, più comunemente i monomeri. Le preparazioni industriali di isocianato sono spesso una miscela di pre-polimeri, tutti dannosi per la salute. Altre tecniche sono applicabili solo all’isocianato in fase di vapore o in fase di particolato nell’aria. Per essere utile al processo di valutazione del rischio, il metodo di misurazione deve identificare e quantificare tutti gli isocianati in forma monomerica e polimerica, sia in fase di vapore che presenti come particolato nell’aria. In particolare, i metodi che quantificano solo gli isocianati monomerici possono sottovalutare grossolanamente l’esposizione e dare l’impressione che il rischio sia basso quando sono presenti livelli nocivi di isocianato nell’aria. Ove possibile, dovrebbe essere impiegata una metodologia di misurazione accreditata da un’organizzazione rispettabile. Un certo numero di metodi di misurazione dell’isocianato hanno l’accreditamento ISO.

Qualora grandi volumi di isocianati siano gestiti sotto contenimento, sono appropriati monitor di gas a punto fisso continuo e allarmi. Questi sono generalmente applicabili solo all’isocianato monomerico in fase di vapore. Le conseguenze di una perdita su larga scala di isocianato nell’atmosfera sono potenzialmente molto gravi. Uno degli incidenti industriali più catastrofici della storia si è verificato a Bhopal, in India. Nel 1984, la perdita di contenimento su un impianto contenente isocianato di metile causò la morte di diverse migliaia di persone che vivevano nell’area locale.

Monitoraggio biologico

Il monitoraggio biologico offre un approccio utile alla valutazione dell’esposizione e può fornire un’indicazione affidabile della recente esposizione professionale. Il monitoraggio biologico può essere più economico e facile da gestire rispetto al campionamento dell’aria e può fornire informazioni sull’esposizione totale attraverso tutte le vie e sull’efficacia dei DPI nel controllo dell’esposizione. Alcune ammine utilizzate con gli isocianati in alcuni processi industriali possono interferire con il metodo di monitoraggio biologico.

Sorveglianza sanitaria

La sorveglianza sanitaria svolge un ruolo fondamentale nell’approccio alla gestione del rischio per gli isocianati. Una sorveglianza regolare e mirata da parte di un individuo competente può identificare i primi stadi delle malattie cutanee e respiratorie, e quindi permettere interventi su base individuale e aziendale.

Sommario

Gli isocianati sono sostanze chimiche industriali importanti e utili, con una vasta gamma di applicazioni. Tuttavia, hanno il potenziale di causare una serie di gravi effetti sulla salute, e una strategia di controllo dell’esposizione rigorosa e robusta deve essere impiegata ovunque vengano usati gli isocianati. Le competenze specialistiche di un igienista professionale possono essere necessarie per garantire che tutti i rischi siano adeguatamente controllati.

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Link per ulteriori letture

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