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1、聚氯乙烯( polyvinylchloride ) 聚氯乙烯簡(jiǎn)介聚氯乙烯簡(jiǎn)介 聚氯乙烯的生產(chǎn)聚氯乙烯的生產(chǎn) 聚氯乙烯的應(yīng)用聚氯乙烯的應(yīng)用 聚氯乙烯的危害聚氯乙烯的危害 聚氯乙烯的發(fā)展前景聚氯乙烯的發(fā)展前景 聚氯乙烯簡(jiǎn)介 聚氯乙烯的結(jié)構(gòu) 聚氯乙烯的性質(zhì) 聚氯乙烯的歷史 聚氯乙烯(polyvinylchloride)的結(jié)構(gòu) 聚氯乙烯是無(wú)定形的線型、非結(jié)晶的聚合物, 基本無(wú)支鏈, 鏈節(jié)排列規(guī)整。 聚合度n的數(shù)目一般為50020000。 聚氯乙烯(polyvinylchloride)性質(zhì) 氯乙烯的聚合物。英文縮寫(xiě)PVC。聚氯乙烯是僅次于聚乙烯的第二大塑料品 種。玻璃化溫度8085,密度1.351.45

2、g/cm,使用溫度-1560。 PVC具有優(yōu)良的耐酸堿、耐磨、耐燃及絕緣性能,與大多數(shù)增塑劑的混合性 好,因此可大幅度改變材料的力學(xué)性能。加工性能優(yōu)良,價(jià)格便宜,但對(duì) 光、熱穩(wěn)定性差,100以上或光照下性能迅速下降。 穩(wěn)定性穩(wěn)定性 聚氯乙烯樹(shù)脂的軟化點(diǎn)低,約75-80,脆化溫度低于-50 -60,大多數(shù) 制品長(zhǎng)期使用溫度不宜超過(guò)55,特殊配方的可達(dá)90。若聚氯乙烯樹(shù)脂 純屬頭-性相接面怕線型結(jié)構(gòu),內(nèi)部無(wú)支鏈和不飽和鍵,盡管C-Cl鍵能相對(duì) 較小,聚氯乙烯樹(shù)脂的穩(wěn)定性也應(yīng)當(dāng)是比較高的。但即使純度很高的聚氯 乙烯樹(shù)脂,長(zhǎng)期在100以上或受紫外線輻射就開(kāi)始有氯化氫氣體逸出。說(shuō) 明其分子結(jié)構(gòu)中存在尖性

3、基團(tuán)或不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。時(shí)間越長(zhǎng)、降解越多、溫度 越高,降解速度越快,在氧或空氣存在下降解速度更快。 普遍認(rèn)為,聚氯乙烯大分子末端基及內(nèi)部的雙鍵結(jié)構(gòu)是引起降解的弱點(diǎn), 與雙鍵相鄰碳原子上的氯原子不安定: 脫去HCl后,形成共軛的不飽和鍵。該反應(yīng)會(huì)連鎖進(jìn)行,得到多個(gè)雙鍵共軛的聚乙 炔結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)證明將聚氯乙烯的雙鍵氯化飽和后,脫HCl速度大為了低。 在聚合反應(yīng)、后外理及樹(shù)脂加工過(guò)程中,聚氯乙烯都可能和氧形成氧化物,后導(dǎo)致 生成羰基-烯丙基, 羰基與雙鍵其軛使雙鍵相鄰碳原子上的 氯原子極為活潑,很容易脫降氯化氫。不少人認(rèn)為,這很可有是引起聚氯乙烯降角 的主要根源 CH2-CH-CH=CHClCH2-CH-

4、CH=CHCl+Cl Cl CH=CH-CH=CHCl+HCl 聚氯乙烯樹(shù)脂中的支化點(diǎn)也是引起降解的弱點(diǎn),支化點(diǎn)碳原子上氯原子不安定, 也易引起脫氯化氫(叔碳上的氯比仲碳上的氯更容易反應(yīng)): 最后也生成具有共軛雙鍵的多烯烴結(jié)構(gòu)。 另外聚氯乙烯分子末端上的一些引發(fā)劑殘基,反常的頭一頭連接結(jié)構(gòu)(相 鄰的氯原子穩(wěn)定性差)等都可能降低氯乙烯的穩(wěn)定性。 游離的氯化氫還包括降脫出的氯化氫,它的存在對(duì)聚氯乙烯的降解有催化 作用,在175下自動(dòng)催化反應(yīng)的速度為非催化反應(yīng)的1000倍。苛性堿同 樣能強(qiáng)化聚氯乙烯樹(shù)脂降解均有催化作用,金屬粉末可能是與分解析的氯 化氫生成高價(jià)氯化物而起催化作用的。 CH-C Cl

5、CH 2-C +ClCH=C +HCl 成型加工時(shí),強(qiáng)烈的機(jī)械剪切力可以使一些C-C鍵斷裂,生成游離基, 促使聚氯乙烯降解。 在熱、光、紫外線作用下,聚氯乙烯脫去氯化氫,形成共軛雙鍵數(shù)硨以上 時(shí),即出現(xiàn)變色,(通常當(dāng)聚氯乙烯解離出0.2%氯化氫時(shí)),共軛雙鍵數(shù) 越大,色澤越深。 一般來(lái)說(shuō),聚氯乙烯的分子量越大,熱穩(wěn)定性、耐焰、自熄的特點(diǎn)越強(qiáng), 且具有阻燃性。 溶解性 聚氯乙烯耐水、濃堿、非氧化性酸、鏈烴、油和臭氧。氧化性酸(如硫酸、硝酸、 鉻酸)能腐蝕聚氯乙烯。 聚氯乙烯為極性高聚物, 其溶解度參數(shù)p約為9.5。聚氯乙烯能溶于某些酌酮、 酯氯化烴等,如四氫呋喃、環(huán)已酮、甲乙酮或丙酮與二硫化碳的

6、混合物,以及四氫 糠醇、二惡烷、二氯乙烷、鄰二氯苯、甲苯等。聚氯乙烯的溶解性與分子量有很大 關(guān)系,分子量越大,溶解性越差。通常浮液樹(shù)脂比懸浮樹(shù)脂的溶解性差 聚氯乙類 在硝基烷、丙酮、酸酐和苯胺等中要溶脹。 力學(xué)性能 聚氯乙烯分子中含有大量的氯原子,分子極性較大,分子間作用力較強(qiáng), 大分子的斂集程度高,鏈間距離2.810-10m,遠(yuǎn)較聚乙烯的(4.310-10m) 為小,所以聚氯乙烯的拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度較高,硬度剛度較大,而其沖 擊強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率較小。 聚氯乙烯的力學(xué)性能與低分子物含量很大關(guān)系,聚氯乙烯塑料中常使 用大量增塑劑,使用量可以相差很大,塑料性能變化很顯著。增塑劑 進(jìn)入大分子之間,使

7、聚氯分子間的距離增大,相互作用力(吸引力) 減小,大分子運(yùn)動(dòng)容易。這各外加增塑劑起增塑效果的方法叫外增塑, 如用化學(xué)方法在分子鏈上引入其他基團(tuán)或鏈段,減弱分子之間的作用 力而起到增塑。來(lái)得及來(lái)說(shuō),增塑劑含量越多,拉伸強(qiáng)度、彈性模量 較小,而伸長(zhǎng)率越大。 按增塑劑含量的多少,常將PVC塑烯塑料分為: 無(wú)增塑PVC, 增塑劑含量為0; 硬質(zhì)PVC, 增塑劑含量小于10%; 半硬質(zhì)PVC, 增塑劑含量為10-30% 軟質(zhì)PVC, 增塑劑含量為30-70%; 聚氯乙烯糊塑料, 增塑劑含量為80%以上。 電電 性性 能能 聚氯乙烯屬于極性高聚物,對(duì)水等導(dǎo)電物質(zhì)親和 力較大,故電阻較非極性的聚烯烴要小,但

8、仍有 較高的體積電陰和擊穿電壓。聚氯乙烯的極性基 團(tuán)直接附著在主鏈上,在玻璃化溫度以下,偶極 鏈段受到凍結(jié)構(gòu)的主鏈原子的限制,不能移動(dòng), 因而并不產(chǎn)生偶極化作用,可作室溫的高頻絕緣 材料。 作電線絕緣用時(shí)、懸浮樹(shù)脂的電氣絕緣性比浮液 樹(shù)脂高10-100倍。降解產(chǎn)生的氯離子的存在會(huì)降 低電絕緣性。 加 工 性 能 聚氯乙烯樹(shù)脂的顆粒大小、魚(yú)眼、松密度、純度、外來(lái)雜質(zhì)、 孔隙率對(duì)加工性有都有影響;糊樹(shù)脂則應(yīng)考慮糊料的粘度和 膠化性能。 聚氯乙烯的溫度形變曲 線如左圖,聚氯乙烯為無(wú) 定形高聚物,收縮率小。 粉料加工前宜預(yù)熱以排除 水分,增強(qiáng)塑化效果,防 止氣泡。 在Tg(80)以下,聚氯乙烯為玻璃態(tài)

9、;在Tg Tf(約160) 呈高彈性橡膠狀,有可塑性;在 Tf TD(熱分解溫度)為粘流 態(tài),溫度越高,流動(dòng)越容易。當(dāng)溫度超過(guò)TD,PVC分解出大量的綠 化氫(HCl),材料喪失了化學(xué)穩(wěn)定性和物理性能。 TD是加工成 型的上限溫度。由于聚乙烯分子間作用力大,Tf很高,甚至接近 分解溫度,因此加入增塑劑以降低Tf。另一方面通過(guò)加入穩(wěn)定劑 提高它的分解溫度才能進(jìn)行加工成型。 玻璃化溫度Tg只與分子鏈鏈段結(jié)構(gòu)有關(guān),與分子量關(guān)系不大,而 粘流溫度Tf是大分子開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的溫度,與分子量大小有關(guān),分子 量越大,Tf越高。因此對(duì)某些加工成型(如注射成型)來(lái)說(shuō),有 必要適當(dāng)降低樹(shù)脂的分子量。根據(jù)分子量的大小不同

10、,國(guó)產(chǎn)懸浮 聚氯乙烯樹(shù)脂分為1-7級(jí),序號(hào)越大,分子量越小。XJ-4(XS-4) 至XJ-7(XS-7)型樹(shù)脂常用于制造硬管、硬板等,其它型號(hào)較低, 分子量較大的樹(shù) 脂,因Tf較高,需加入大量增塑劑使Tf降低,故常用于制造軟制品。 平均聚合度在1000以下的聚氯乙烯稱作低聚合度聚氯乙烯,具有較好 的加工性能,在加工過(guò)程中可少加增塑劑,這樣不會(huì)由于增塑劑的遷 移而使制品加速老化。低聚合度聚氯乙烯制品具有較好的透明度,廣 泛地應(yīng)用于建筑材料、食品及藥物包裝材料以及代替有機(jī)玻璃制品。 聚氯乙烯熔體屬非牛頓型的假性流體,剪切速度越大,表觀粘度越小, 且變化相當(dāng)靈敏。升高溫度,粘度降低不多,即使塑料在分

11、解溫度以 下,但因長(zhǎng)時(shí)間處于較高溫度,也會(huì)起熱及氧化降解現(xiàn)象,而影響其 性能。所以改善聚氯乙烯熔體的流動(dòng)性應(yīng)主要考慮增大剪切速率(增 大壓力)。實(shí)際上,加大外作用力有助于大分子的運(yùn)動(dòng),使Tf有所降 低,大分子能在較低的溫度下流動(dòng)。 聚氯乙烯塑料形態(tài)各各異,差別很大,加工方法也多種多樣,可壓制、 擠出、注射、涂層等。聚氯乙烯塑料常用于制造薄膜、人造革、電線 電纜的絕緣層,硬質(zhì)制品,地板、家俱、運(yùn)動(dòng)器材等。 聚氯乙烯的發(fā)展歷史 1912年,德國(guó)人Fritz Klatte合成了PVC, 并在德國(guó)申請(qǐng)了專利,但是在專利過(guò)期 前沒(méi)有能夠開(kāi)發(fā)出合適的產(chǎn)品。 1926年,美國(guó)B.F. Goodrich公司的

12、Waldo Semon合成了PVC并在美國(guó)申請(qǐng)了專利。 聚氯乙烯生產(chǎn) 聚氯乙烯合成方法 聚氯乙烯生產(chǎn)工藝 聚氯乙烯合成方法 聚氯乙烯用自由基加成聚合制備,方法有懸浮、本體、乳液和溶液等,其 中以懸浮法為主,以過(guò)氧化物、偶氮異腈類引發(fā),加分散劑后可得到疏松 樹(shù)脂顆粒,加工性能好。 聚合溫度高,鏈轉(zhuǎn)移速率高,產(chǎn)物分子量小,一般應(yīng)穩(wěn)定在0.5以內(nèi)。 溶液聚合產(chǎn)物直接用作涂料膠粘劑,乳液聚合產(chǎn)物也可直接應(yīng)用,或噴霧 干燥為固體。 問(wèn)題陳述 在此處鍵入您的問(wèn)題。 (這是您的回答的問(wèn)題。) 聚氯乙烯生產(chǎn)工藝 問(wèn)題陳述 國(guó)內(nèi)主要采用電石乙炔法生成聚氯乙烯,其原理就是電石水解,制成 乙炔,然后與等物質(zhì)的量的H

13、Cl加成,得到氯乙烯,然后再加聚反應(yīng)即 可得到成品聚氯乙烯。方程式如下 1.電石與水反應(yīng)得乙炔 2.乙炔和氯化氫反應(yīng)得氯乙稀 3.氯乙稀加成變成聚氯乙烯 nC2HCL=CHCHCln 22222 2()CaCHO CH CaO H 2223 CHHCl CHCl 乙炔的工藝流程敘述及方框圖乙炔的工藝流程敘述及方框圖 敘述:桶裝或袋裝電石經(jīng)過(guò)破碎機(jī)破碎后,由皮帶機(jī)送到電石大貯斗內(nèi), 再?gòu)碾娛筚A斗放入加料斗,經(jīng)計(jì)量后借電石吊斗、電動(dòng)葫蘆、電磁振動(dòng) 器連續(xù)加入乙炔發(fā)生器。電石水解產(chǎn)生的粗乙炔氣由乙炔發(fā)生器頂部逸出, 經(jīng)噴淋預(yù)冷器、正水封進(jìn)入冷卻塔和乙炔氣柜。來(lái)自發(fā)生器經(jīng)冷卻后的乙 炔氣,進(jìn)入乙炔壓

14、縮機(jī)加壓,然后經(jīng)清凈塔除去粗乙炔氣中的硫化氫等雜 質(zhì),再經(jīng)中和塔、冷凝器等除去酸和水分。精制后的精乙炔氣送往氯乙烯 合成轉(zhuǎn)化工序。 乙炔的工藝流程敘述及方框圖乙炔的工藝流程敘述及方框圖 方框圖:電石電石倉(cāng)兩個(gè)貯斗發(fā)生器堿洗 塔冷卻塔水環(huán)壓縮機(jī)水分離器清凈一塔 清凈二塔中和塔冷卻器旋風(fēng)分離器送至氯 乙烯工序 氯乙烯的工藝流程敘述及方框圖氯乙烯的工藝流程敘述及方框圖 敘述:來(lái)自乙炔工段的乙炔氣經(jīng)乙炔砂封與來(lái)自氯化氫工段的氯化氫氣體以 1:1.051.1配比進(jìn)入混合器,混合后的氣體經(jīng)兩組石墨冷卻器冷卻后進(jìn)入 除霧器進(jìn)一步脫水,脫水后的混合氣進(jìn)入預(yù)熱器,開(kāi)溫后的混合氣體進(jìn)入 裝有氯化汞觸媒的一組轉(zhuǎn)化器

15、進(jìn)行第一次轉(zhuǎn)化, 經(jīng)過(guò)初步轉(zhuǎn)化的混合氣體 再進(jìn)入二組轉(zhuǎn)化器, 反應(yīng)后的粗氯乙烯進(jìn)入脫汞罐脫汞后進(jìn)入除沫冷卻器 降溫,降溫后進(jìn)入制酸塔,回收氣體中的氯化氫進(jìn)入水洗塔,然后進(jìn)入堿 洗塔,然后經(jīng)除沫器,一部分進(jìn)入氣柜一部分進(jìn)入壓縮機(jī),壓縮后的氣體 進(jìn)入全凝器,沒(méi)有冷卻的氣體進(jìn)入尾氣回收系統(tǒng)達(dá)標(biāo)后排放。 全凝器和尾氣冷凝器冷凝下來(lái)的氯乙烯液體進(jìn)入粗單體貯槽,除水后 氯乙烯液體進(jìn)入低沸塔,塔釜再沸器用熱水加熱塔頂,用0度水降溫冷卻除 去低沸物的粗氯乙烯液體進(jìn)入高沸塔,塔釜再沸器用熱水加熱塔頂,用0度 水冷卻氣態(tài)氯乙烯進(jìn)入成品冷凝器,用0度水冷凝成液體氯乙烯,成品氯乙 烯進(jìn)入單體貯槽貯存再送聚合工段。 氯

16、乙烯的工藝流程敘述及方框圖氯乙烯的工藝流程敘述及方框圖 方框圖: HCLHCL緩沖罐HCL預(yù)冷器+乙炔沙封混合 器石墨冷卻器多孔過(guò)濾器預(yù)熱器轉(zhuǎn)化器除 汞器冷卻器水洗組合塔堿洗塔汽水分離器 機(jī)前冷卻器單壓機(jī)機(jī)后冷卻器全凝器水 分離器低塔加料槽低沸塔高沸塔成品冷卻 器單體貯槽 聚合工藝流程敘述及助劑聚合工藝流程敘述及助劑 敘述:配料用的水由純水車間送來(lái)加入高純水貯槽,由高純水泵送到單體 計(jì)量槽,準(zhǔn)確計(jì)量氯乙烯單體,由氯乙烯工段送到單體計(jì)量槽,稱量好的 各種助劑加入釜中進(jìn)行一段時(shí)間冷攪,結(jié)束后啟動(dòng)熱水泵,把熱水送入釜 夾套和內(nèi)冷管中,當(dāng)釜溫升到反應(yīng)溫度停熱水泵,用循環(huán)水將反應(yīng)熱移出, 聚合反應(yīng)持續(xù)進(jìn)

17、行,當(dāng)反應(yīng)壓力下降到0.10.15MPa即可聯(lián)系出料。 聚氯乙烯樹(shù)脂是聚氯乙烯塑料的基礎(chǔ)。聚氯乙類樹(shù)脂由于熱穩(wěn)定性差。 加工性能也較差、不能單獨(dú)使用,必須和多種助劑配合才具有實(shí)用價(jià)值。 聚氯乙烯塑料根據(jù)所用的增塑劑量的多少,表現(xiàn)出硬質(zhì)、軟質(zhì)、甚至是 粘稠液體(糊狀)的外觀特征,使得其應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛,制品多種多 樣。 常用助劑: 分散劑 引發(fā)劑 緩沖劑 消泡劑 終止劑 干燥包裝工藝敘述及方框圖干燥包裝工藝敘述及方框圖 敘述:聚合后的漿料經(jīng)過(guò)過(guò)濾器進(jìn)入沉析槽,然后由漿料泵送至供料槽, 漿料通過(guò)供料槽出來(lái),再經(jīng)過(guò)濾器由供料泵打至螺旋板換熱器,經(jīng)換熱 由漿料溫度開(kāi)至80度左右進(jìn)入氣提塔,氣提塔底部出

18、來(lái)的漿料由熱料泵 送至小沉析槽,再經(jīng)方箱過(guò)濾器由打料泵送至離心機(jī),離心機(jī)脫水后進(jìn) 入氣流干燥塔。 來(lái)自大氣經(jīng)過(guò)風(fēng)室過(guò)濾后的空氣,由鼓風(fēng)機(jī)送至預(yù)熱器經(jīng)蒸汽加熱到130- -135度,進(jìn)入氣流干燥塔與離心后的漿料接觸,使顆粒表面的水分汽化, 夾帶樹(shù)脂的氣流切線進(jìn)入旋風(fēng)干燥器,經(jīng)干燥的樹(shù)脂與氣流一起進(jìn)入一 組旋風(fēng)分離器,大部分樹(shù)脂被分離出來(lái)進(jìn)入振動(dòng)篩,過(guò)篩后進(jìn)入料倉(cāng)進(jìn) 行包裝。 方框圖:聚合釜-料漿排放槽-料漿槽-料漿貯槽-料漿進(jìn)料泵- 節(jié)能器-氣提塔-出料泵-節(jié)能器-干燥器-離心料漿槽-進(jìn)料 泵-離心機(jī)-上下攪攏-氣液干燥銅-旋風(fēng)干燥床-一級(jí)旋風(fēng)分離器 -二級(jí)旋風(fēng)分離器-抽風(fēng)機(jī)旋振篩-中間料倉(cāng)-大

19、料倉(cāng)-自動(dòng)包 裝線-外賣 聚氯乙烯應(yīng)用 高分子量樹(shù)脂力學(xué)性能好,加增塑劑后制成軟質(zhì)制品,主要用于薄膜、包 裝材料、容器、電線;低分子量樹(shù)脂容易加工,適合于硬質(zhì)制品,用于管、 板、下水道和建筑材料。 氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物流動(dòng)性好,加工溫度低,用于唱片、地板、涂 料。 氯乙烯-丙烯腈共聚物的軟化溫度、強(qiáng)度較高,并改善溶解性,宜作纖維; 氯乙烯-丙烯酸酯類共聚物的耐候性、沖擊性有所提高。 氯乙烯-丙烯共聚物的流動(dòng)性和熱穩(wěn)定性較好,可作瓶料。 全球聚氯乙烯工業(yè)發(fā)展趨勢(shì) 目前,世界塑料工業(yè)持續(xù)快速發(fā)展,對(duì)合樹(shù)脂脂的需求始終保持高速增長(zhǎng), 合成樹(shù)脂領(lǐng)域的市場(chǎng)變化與最近發(fā)展動(dòng)態(tài)已成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。為此

20、, 國(guó) 際石油化工專版從本期開(kāi)始推出“合成樹(shù)脂論壇”欄目,陸續(xù)介紹 世界合成 樹(shù)脂領(lǐng)域各重點(diǎn)產(chǎn)品的市場(chǎng)特點(diǎn)、最新技術(shù)進(jìn)展及未來(lái)發(fā)展前景 與趨勢(shì)。本期 文章的作者為天津市合成材料工業(yè)研究所高級(jí)工程師蔡永源 先生。敬請(qǐng)讀者關(guān) 注。 聚氯乙烯()是主要通用塑料品種之一, 在世界五大塑料中的生產(chǎn) 能力僅次于聚乙烯,居第二位,約占合成樹(shù)脂總 量的。 我國(guó)聚氯乙烯工業(yè)市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì) 我國(guó)聚氯乙烯糊狀樹(shù)脂主要用于制造人造革、浸漬手套、紗窗、水田 靴、工具把手、壁紙、地板卷材、蓄電池隔板和玩具等。 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì) 的穩(wěn)步發(fā)展和人民生活水平的不斷提高,加之聚氯乙烯糊狀樹(shù)脂應(yīng)用開(kāi) 發(fā)的不斷深入,國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)聚氯乙烯糊狀樹(shù)脂的需求仍具有較大的發(fā)展 空間,特別是在汽車、建筑、電子和涂料等方面,對(duì)于拓寬聚氯乙烯糊 狀樹(shù)脂的消費(fèi)、開(kāi)發(fā)大宗專用樹(shù)脂,促進(jìn)聚氯乙烯糊狀樹(shù)脂的生產(chǎn)具有 積極而現(xiàn)實(shí)的意義。 除普通型的聚氯乙烯糊狀樹(shù)脂外,其他相關(guān)改性產(chǎn)品如摻混樹(shù)脂、氯醋 酸樹(shù)脂等,由于其具有的獨(dú)特的性能而在汽車塑溶膠、PVC方快地毯、印 花油墨、人造革底糊和邊糊、壁紙、人造革、浸漬制品中,其用量將隨 著應(yīng)用開(kāi)發(fā)力度的不斷加大而增加,大量取代進(jìn)口 。 聚氯乙烯的危害 聚氯乙稀的生產(chǎn)過(guò)程中包括諸多的危險(xiǎn)

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