UNIVERSIDAD UNIVERSIDA D TECNICA DEL NORTE FACULTAD DE INGENIERIA EN CIENCIAS APLICADAS CARRERA CARR ERA DE INGENIERIA TEXTIL TINTORERÍA II NOMBRE: WILSON PUMA EDGAR LOPEZ JORGE HINOJOSA DOCENTE: ING. FERNANDO FIERRO
TEMA: “INFORME DE LABORATORIO DE TINTORERÍA II PRACTICA 3
TINTURA CON COLORANTES DISPERSOS ”
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OBJETIVOS Objetivos General
Realizar la tintura de una tela 100% PES con colorantes dispersos para de esta manera mediante la tonalidad resultante observar y analizar los porcentajes de cada uno de los colores con respecto a un pantone 19- 1528 de tintura de algodón como muestra patrón y así llegar a la tonalidad provista en el pantone.
Objetivos Específicos
Realizar la tintura de una tela, con una tricromía de colorantes dispersos. Dar seguimiento del pH al inicio y al final del proceso. Desarrollar las operaciones necesarias para realizar el correcto teñido de la muestra de poliéster. Aplicar una hoja de laboratorio para el control de productos y colorantes.
Materiales Equipos y productos auxiliares MATERIALES Y EQUIPOS Pipetas (1ml, 5ml ) Vaso de precipitación (250ml, 100 ml). vidrio reloj
probeta
3 muestras de tela de 3gr
EQUIPOS Balanza electrónica Phchimetro Máquina de tintura
cuchara
RECETA PRODUCTOS AUXILIARES Dispersante Chomadye RLJ(0,5g/L)-Acido (0.4g/L)
RECETA COLORANTES COLORANTES J7 J5 Rojo Terasil 3 RL AmarilloTerasil 3RL Azul Terasil 3 RL
J12
1% 0,8 %
2,8 % 0,05 %
1.5% 1.2%
0,5 %
0.9 %
0.23%
MARCO TEÓRICO COLORANTES DISPERSOS
Los colorantes dispersos fueron estudiados, en un principio, para la tintura del acetato de celulosa, que fue la primera fibra sintética hidrófoba y que, cuando apareció en el mercado el conocimiento que se tenía sobre sus propiedades tintóreas era muy escaso. La ausencia de grupos básicos impedía la tintura con colorantes ácidos. La fibra además no poseía afinidad con los colorantes básicos. Fue observado que el acetato de celulosa tenía una notable capacidad para absorber substancias orgánicas insolubles en agua a partir de sus suspensiones acuosas. El comportamiento parecía un reparto de un soluto entre dos disolventes inmiscibles, y dicha idea sugirió que la solución para el problema de su tintura consistía en presentar a la fibra colorantes insolubles en agua. La primera contribución fue de Green y Sauders, quienes introdujeron componentes metil-omega-sulfonatos 2
en colorantes azo insolubles. Dichos grupos (-CH2-SO3H) se hidrolizaban lentamente en el baño hirviente liberando el compuesto azo y formando bisulfito-formaldehÌdo: CH2(OH)-SO3Na. Estos colorantes fueron llamados Ion aminas, que pronto fueron desplazados por los colorantes SRA, primeros tipos de pigmentos insolubles en agua, mantenidos en suspensión en el baño. Las letras SRA son la abreviación del ácido sulforicinoleico, que fue el primer agente dispersante, más tarde desplazado por productos similares de origen sintético. Luego aparecieron varios colorantes del tipo dispersos, Éstos fueron primero pastas, pero pronto aparecieron en forma de polvo, mezclando el pigmento con un agente dispersante y un poco de agua, secando y añadiendo un diluyente como el sulfato sódico. La importancia de los colorantes dispersos insolubles en agua se incrementó en gran manera con la aparición de las fibras sintéticas, tales como el poliéster y el poliacrilonitrilo, que son muchos más hidrófobos que el acetato de celulosa.
MECANISMO DE TINTURA
El mecanismo de tintura consiste en que el pigmento forma una solución salida en la fibra. El punto de vista que actualmente se acepta es que el colorante es transferido a la fibra a partir de un agregado en suspensión, que, en el momento de la tintura, pasa a forma molecular. Los pigmentos son solubles en agua en una proporción extremadamente pequeña, pero en este estado son altamente substantivos. Los agregados no disueltos, en suspensión, sirven como reserva para mantener la solución saturada. Excepto algunas excepciones, los tiempos de semitintura e igualación, a 85°C, son mayores con los compuestos menos solubles. El efecto de los auxiliares tensioactivos es el hacer que la fas e acuosa sea más atractiva y que se reduzca el porcentaje de agotamiento en el equilibrio. Aquí hay motivos para creer que tienen lugar enlaces de hidrógeno entre los grupos amino primarios y los grupos acetilo, y que las fuerzas de Van der Waals contribuyen también a la retención del colorante:
Sintetizando colorantes dispersos coplanarios y otros, de similar estructura molecular, pero no coplanarios, se ha demostrado que las afinidades de los colorantes son mayores para las 3
moléculas coplanares. Ello confirma que la teoría de la solución en estado sólido no da una explicación completa a la tintura. Clasificación de los colorantes dispersos Los colorantes de dispersión pueden tener diferentes estructuras químicas, siendo las siguientes las dos clases principales: - Colorantes azoicos - Colorantes antraquinonicos Colorantes azoicos Estos colorantes tienen en su molécula uniones aso que son relativamente inestables, lo que explica en muchos casos, la sensibilidad a la reducción de estos colorantes. No obstante, esta particularidad puede ser una ventaja cuando se quiere destruir el colorante, por ejemplo, en un lavado reductor o en el estampado con reserva. Colorantes antraquinonicos Estos colorantes tienen una estructura mucho más estable y sus moléculas son más pequeñas, por consiguiente, son mucho más móviles. Una parte de las partículas finamente dispersas de colorante, de aproximadamente 10-3mm de tamaño, se disuelve molecularmente en el baño de tintura (aproximadamente 10mg/l). Solamente esta parte de colorante disuelta en el baño penetra a través de las capas superficiales de la fibra de poliéster difundiéndose lentamente a partir de ahí hacia el interior de la fibra. Al mismo tiempo, las superficies de la fibra pueden absorber una parte determinada de las partículas de colorante, las cuales se depositan entonces finamente distribuidas sobre dicha superficie. Algunas de estas partículas de colorante se difunden inmediatamente por el interior de la fibra. La velocidad de disolución del colorante en el baño y su difusión por el interior de la fibra son factores que dependen del tipo de colorante, de la clase de fibra, de los auxiliares que se utilicen y de la temperatura que se suministre. Condiciones técnicas para la tintura por agotamiento Las principales condiciones técnicas que se deben tener en cuenta para la tintura por agotamiento son las siguientes Dispersión El colorante de dispersión utilizado para teñir las fibras de poliéster debe mantenerse en forma dispersa y estable durante la tintura, hasta el agotamiento completo del baño por disolución y subida progresiva sobre la fibra. En este aspecto, las turbulencias y la temperatura de tintura juegan un papel importante. El tamaño de las partículas de los colorantes finamente dispersos, es de aproximadamente de 1mm. Este grado de fina dispersión esta· estabilizado mediante dispersiones que forman una especie de capa protectora alrededor de las partículas citadas impidiendo que Éstas se aproximen excesivamente y se aglomeren.
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La estabilidad de la dispersión es favorecida por cierta repulsión electrostática, puesto que las partículas dispersas de colorantes suelen tener una débil carga negativa, debido a la absorción de aniones.
Agentes de dispersión Los colorantes de dispersión contienen agentes de dispersión responsables de la perfecta dispersión del colorante en el baño de tintura. Teniendo en cuenta que con frecuencia la acción dispersante no es suficiente, debe añadirse un agente de dispersión. Los agentes de dispersión tienen como finalidad impedir la aglomeración de partículas de colorante y la recristalización durante la tintura. Los auxiliares que se emplean para la tintura, pueden desplazar las dispersiones que se hayan utilizado al elaborar el colorante disminuyendo así la estabilidad de la dispersión, por eso se deben emplear dispersantes de naturaleza semejante a los que se utilizan para elaborar el colorante y que además ejerzan efecto de coloide sobre todos los colorantes. Estabilidad de dispersión El estado de equilibrio de una dispersión puede modificarse cuando las partículas se aglomeran, desaparecen (por disolución), o cuando se forman nuevas partículas. Las perturbaciones de la disolución que pueden producirse pueden clasificarse de la siguiente manera - Cristalización - Agregación - Aglomeración La cristalización es favorecida cuando - Los cristales del colorante son de elevada pureza - El tamaño de las partículas difiere fuertemente - Uso de productos que aumentan la solubilidad del colorante - El baño se calienta y se enfría periódicamente Energía térmica Ciertas dispersiones de colorantes pueden resultar completamente destruidas durante la fase de calentamiento a una temperatura bien determinada. Los factores siguientes, están en relación directa con la influencia ejercida por la temperatura en la estabilidad de la dis persión Solubilidad del colorante en función de la temperatura En casi todos los aparatos de tintura en los que el baño este en circulación, se registran variaciones de temperatura más o menos importantes. Igualación La regularidad, es decir, la igualación de una tintura viene condicionada por dos propiedades importantes del colorante a saber: el comportamiento de subida y la capacidad de compensación migratoria. El colorante que sube muy lentamente a la fibra proporciona fácilmente una tintura 5
igualada al calentar el baño. Por el contrario, al utilizar colorantes de subida rápida, es frecuente la formación de desigualdades durante esta fase de subida. Si un colorante de subida rápida iguala bien a la temperatura de tintura, la desigualdad que se haya producido al principio, durante la fase de subida, se iguala con rapidez y se obtiene un tenido uniforme. Poder de subida Para obtener una buena reproducibilidad de la tintura, por razones económicas y ecológicas, es indispensable que el colorante posea un buen poder de subida, ya que el control exacto del colorante no agotado depende de distintos parámetros que pocas veces pueden controlarse. INFLUENCIA DEL CARRIEL Añadiendo un carriel se puede aumentar también la velocidad de difusión de los colorantes de dispersión en las fibras de poliéster y aumentar el rendimiento tintóreo, acelerar la difusión del colorante y mejorar la migración, de acuerdo con la temperatura y la dosificación. El carriel debe tener las siguientes propiedades - Fácilmente emulsionante - Fácil a eliminar de la materia t eñida - No influenciar las solideces (en particular, las solideces a la luz). - No ser arrastrable por el vapor de agua (formación de manchas). - Su eficacia no debe disminuir por prolongación de la tintura - No ser tóxico. Zona de temperatura crítica La desigualdad inicial del primer 15 al 20% de colorante que sube sobre el material es compensada a medida que continúa el proceso de tintura. La zona de temperatura que corresponde a la subida del restante 80% del colorante se denomina zona de temperatura crítica. Cuanto más estrecha es esta zona, mayor es el riesgo de una falta de igualación. El porcentaje de colorante que sube en la zona de temperatura crítica depende de la temperatura y no de la duración o de la concentración del colorante. El poder de subida aumenta de manera importante con la elevación de la temperatura. Influencia del sustrato El comportamiento tintúrelo del material esta· influenciado no solo por el tipo de fibra de poliéster sino también por el tratamiento térmico aplicado durante la producción y por el estiramiento de la fibra. Influencia de la cantidad de colorante En la zona de temperatura crítica, la velocidad de subida de un colorante de dispersión depende de la temperatura y no de la cantidad de colorante. Cuanto menor es la cantidad de colorante aplicada más baja ser· la zona de temperatura crítica. Tintura Óptima 6
Optimizar una tintura significa ajustar los parámetros operacionales de manera que todas las operaciones se desarrollen en un tiempo mínimo sin sobrepasar el límite de tolerancia en lo que concierne en la reproducibilidad y la igualación. Esto implica un calentamiento rápido hasta las zonas de temperatura en las que el colorante sube lentamente o esta· ya agotado y un calentamiento controlado cuando la velocidad del colorante es particularmente elevada. Diferencia de afinidad Las diferencias de afinidad son provocadas por: - Diferentes tratamientos térmicos, durante la texturización o el prefijado. - Diferencias de estiramiento durante la producción de la fibra, las diferencias de afinidad de origen físico se denominan barrados en los artículos en pieza.
PROCEDIMIENTO 1. Preparar las muestras a tinturar, cortar y pesar 3 muestras de tela de poliéster, 3g cada una. 2. Preparar la solución de baño, en este caso al trabajar con una relación de baño 1:20 y de acuerdo al peso de 3gr de cada muestra se tendrá 60 ml de solución en cada tubo a realizar la tintura. 3. Preparar una solución ácido dispersante la misma que servirá como solución de tintura además de los colorantes a pipetear, en remplazo al agua; que en este caso serán 0,4 g/L de ácido acético y 0,5 g/L de esta manera recurriendo a un método más rápido y eficiente, mismo que luego del pipeteo de los ml de colorantes podrá ser añadidos para completar la solución total como si este fuera agua, fuera. 4. De la misma manera y en relación al peso de la muestra obtendremos los gramos de colorante y a través de una nueva solución procedemos a la obtención de los mililitros a colocar en la solución de tintura. 5. De acuerdo a la curva de tintura y teniendo en cuenta variables como temperaturas, tiempos y gradientes, procedemos a añadir los productos auxiliares y las muestras de tela en dicha solución, y posteriormente lo dejaremos actuar. Tener en cuenta siempre medir el PH inicial. 6. Luego que se ha concluido el proceso tintura procedemos a tomar el PH final y a un lavado en frio; pero debido a que este no lo es suficiente especialmente en la tintura con colores fuertes procedemos a un proceso de lavado reductivo con el fin de lograr eliminara todo los colorantes q no pudieron ser agotados por la fibra para evitarse problemas de solideces posteriores.
7. Finalmente, al culminar dicho proceso botamos el baño y procedemos a un nuevo y último lavado en frio y luego un secado, que posterior a esto será necesario realizar las respectivas observaciones y conclusiones.
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CALCULOS PROCESO DE TINTURA DE MATERIALES “100% PES CON COLORANTES DISPERSOS TERASIL 3 MUESTRAS
3 gr cada una
R/B
1:20 (20 ml solución por 1 gr de tela)
VOLUMEN DE BAÑO A UTILIZAR POR 3 GRAMOS DE MATERIAL EN BASE A R/B 1:40
/ =
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∗ / /
∗ ó
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TUBO J7 GRAMOS DE COLORANTE ROJO TERASIL DISPERSO (1 %) EN BASE AL MATERIAL
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CANTIDAD A PIPETER DE ROJO TERASIL DISPERSO EN UNA R/B 1/100
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GRAMOS DE COLORANTE AMARILLO TERASIL DISPERSO (0,8%) EN BASE AL MATERIAL
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CANTIDAD A PIPETER DE AMARILLO TERASIL DISPERSO EN UNA R/B 1/100
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GRAMOS DE COLORANTE AZUL TERASIL DISPERSO GE (0,5 %) EN BASE AL MATERIAL
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CANTIDAD A PIPETER DE AZUL GE EN UNA R/B 1/100
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TUBO J5 GRAMOS DE COLORANTE ROJO TERASIL DISPERS (2,8 %) EN BASE AL MATERIAL
=
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CANTIDAD A PIPETER DE ROJO TERASIL DISPERSO EN UNA R/B 1/100
( ) =
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GRAMOS DE COLORANTE AMARILLO TERASIL DISPERSO (0,05 %) EN BASE AL MATERIAL
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CANTIDAD A PIPETER DE AMARILLO TERASIL DISPERSO EN UNA R/B 1/100
( ) =
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( ) ∗ó ñ / / , ∗
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GRAMOS DE COLORANTE AZUL TERASIL DISPERSO GE (0,9 %) EN BASE AL MATERIAL
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CANTIDAD A PIPETER DE AZUL GE EN UNA R/B 1/100
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TUBO J12 GRAMOS DE COLORANTE ROJO TERASIL DISPERSO (1,5 %) EN BASE AL MATERIAL
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CANTIDAD A PIPETER DE ROJO TERASIL DISPERSO EN UNA R/B 1/100
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GRAMOS DE COLORANTE AMARILLO TERASIL DISPERSO (1.2%) EN BASE AL MATERIAL
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CANTIDAD A PIPETER DE AMARILLO TERASIL DISPERSO EN UNA R/B 1/100
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GRAMOS DE COLORANTE AZUL TERASIL DISPERSO GE (0,235 %) EN BASE AL MATERIAL
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CANTIDAD A PIPETER DE AZUL DISPERSO EN UNA R/B 1/100
( ) =
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SOLUCION ÁCIDO DISPERSANTE Colocar 0,5 gramos de dispersante y 0,4 gramos en un litro de agua y completamos la solución de tintura SOLUCIÓ FINAL = + , + , + , ó =
= , + , + , + , ó =
= . + . + . + . ó =
CURVAS DEL PROCESO DE TINTURA T ( C) °
120`
130
1 C/ min. °
90
40
D I S P E R S A N T E S
C O L O R A N T E S
A C I D O
I G U A L A N T E
2 C/ min.
Lavados fríos
°
10`
20 5 t (min. 12
RESULTADOS Y OBSERVACIONES
En esta práctica se obtuvo como resultado las 3 muestras del tubo J5, J7 y J12 tinturadas con diferentes porcentajes de amarillo terasil, rojo terasil, azul terasil y los demás auxiliares con el objetivo de reproducir un color similar a la muestra patrón (PANTONE 19-1528), todas las muestras fueron de 3 gramos cada una, la muestra del tubo J12 se aproximó al tono de color de la muestra patrón mientras que la muestra del tubo J5 Y J7 tuvieron una mayor variación de tono que fue visible.
Peso de las muestras:
Peso inicial Peso final
Tubo 7 3.00 3.07
Tubo 5 3.00 3.06
Tubo 12 3.01 3.09
PH del baño:
PH inicial PH final
Tubo 7 5.2 7,1
Tubo 5 5.6 7
Tubo 12 6.2 6,5
Conclusiones
Se realizó la tintura de una tela de 100% poliéster cada muestra pesaba 3 gramos y la relación de baño era 1/20 que se introdujo en una solución de 60ml que contenía colorantes dispersos (amarillo, rojo y azul) y solución ácido dispersante en diferentes porcentajes, esta solución debe ser un pH acido ya que el poliéster se tintura en un medio acido. Se realizó los cálculos necesarios para complementar esta práctica de laboratorio, dando como resultados en el TUBO 5 pipeteamos 8.4ml rojo, 0.15ml amarillo, 2.7ml azul y 48.75ml solución acido dispersante. TUBO 7 pipeteamos 3ml rojo, 2.4ml amarillo, 1.5ml azul y 53.1ml solución acido dispersante. TUBO 12 pipeteamos 4,5ml rojo, 3.6ml amarillo, 0,705ml azul y 51.2ml solución acido dispersante, estos se colocaron con sus respectivas medidas en la capsula para luego ser introducidas en la autoclave.
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Se introdujo a la máquina de titulación autoclave la cápsula con la muestra dentro y se siguió un programa, una curva de tintura ya programada en la máquina, luego se sacó a enjuagar hasta que deje de sangrar y luego se mete nuevamente a la autoclave para un lavado. En esta práctica nos dimos cuenta que el colorante no se agotó completamente al sustrato textil, dando como residuo de la solución un color habano en el tubo 5 y un color morado en el tubo 7 pero en el tubo 12 dio un color parecido al vino pero careciente de rojo, y por consecuente las muestras de los 3 tubos salieron diferentes tonalidades ya que se utilizó diferentes porcentajes de colorantes como de ácido dispersante. La muestra del tubo J12 dio resultado a un color que se asemejo al color de la muestra patrón (pantone 19- 1528) que escogimos, esto sucedió por que el porcentaje de color azul era de 0.705 % mientras que la muestra del tubo J5 y J7 tuvieron una mayor variación de color a siempre vista por la variación de porcentajes del color azul.
Recomendaciones
Se debe realizar los cálculos de manera atenta y fija para obtener cantidades exactas de colorantes y auxiliares, ya que es indispensable saber cuánto debemos añadir tanto de colorantes como de auxiliares a los sustratos textiles, así obtenemos una adecuada practica de laboratorio.
Es recomendable medir los pH del baño al inicio y al final de proceso, sabiendo que el poliéster se tintura en un medio ácido y también debemos utilizar la hoja de laboratorio para realizar ordenadamente la práctica ya que en esta se coloca los resultados de los cálculos como las cantidades para pipetear en cada tubo ordenadamente de cada producto químico.
Según los resultados en esta práctica debemos reducir el porcentaje de colorante azul terasil en los tubos 5 y 7, ya que estos produjeron un color morado y un color habano diferentes al color de la muestra patrón que fue un concho de vino, esto se comprobó en el tubo 12 que nos dio un color semejante a la muestra patrón (pantone 19- 1528) por la gran diferencia en variación de porcentajes, por consecuente para obtener el color ideal debemos jugar en menor cantidad con los porcentajes del color azul y el rojo.
Se debe realizar la acción de pipetear las soluciones de manera correcta, con las medidas adecuadas de las pipetas, absorbiendo el líquido con delicadeza y vaciando toda la sustancia sin dejar residuos, también debe ser lavado correctamente la pipeta para proceder a pipetear otra sustancia diferente evitando
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contaminaciones, ya que, si no es así, las medidas no serían exactas y nuestra practica seria inadecuada, dando como resultado otras tonalidades de color.
En el laboratorio de tintorería se debe proceder a realizar la practica con los materiales adecuados y productos químicos necesarios ya que son muy importantes, que sin estos no se podría realizar la práctica. También es indispensable utilizar el mandil para no manchar nuestra ropa en el transcurso de la práctica y por otra parte debemos guiarnos en las normas de prevención de accidentes en laboratorios.
ANÉXOS
Preparar la muestra de tela, equipos y materiales para tintura
Preparar los productos auxiliares, colorantes y soluciones y pipetear una cantidad exacta.
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Proceso de tintura
Lavado, pH, peso
Resultados
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BILBLIOGRAFÍA http://textiles.blogspot.es/1291654808/tintura-con-colorantes-dispersos/ http://www.novact.info/id54.html https://www.cht.com/cht/web.nsf/id/pa_colorantes_dispersos_es.html
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