趙留喜，孫亞光，余麗秀

（1.鄭州工業(yè)貿(mào)易學(xué)校，河南 鄭州 450052；2.河南工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州 450052；3.中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，河南 鄭州 450006）

礦物粉體材料在乳膠漆及膩?zhàn)又械膽?yīng)用進(jìn)展

趙留喜1，孫亞光2，余麗秀3

（1.鄭州工業(yè)貿(mào)易學(xué)校，河南 鄭州 450052；2.河南工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州 450052；3.中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，河南 鄭州 450006）

簡要介紹了乳膠漆及配套膩?zhàn)佑玫V物粉體材料品種及開發(fā)應(yīng)用，指出新型礦物材料對(duì)拓展乳膠漆功能、豐富乳膠漆品種、改善環(huán)境質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本等方面的重要作用，并結(jié)合礦物粉體材料應(yīng)用存在的問題，探討了提高粉體材料品質(zhì)的改進(jìn)方向。

礦物粉體材料；乳膠漆；膩?zhàn)?；?yīng)用；進(jìn)展

1 前言

乳膠漆及膩?zhàn)邮墙ㄖb修中的重要材料，按基本用途分為內(nèi)墻和外墻用產(chǎn)品，按附加功能分為耐擦洗、耐老化、抗沾污、負(fù)離子、全效凈化、高彈性等各種特定功能的乳膠漆或膩?zhàn)?，其配制原料按作用功能分為：成膜物、填料、助?功能添加劑、分散劑、潤濕劑、消泡劑、成膜助劑、防霉劑、流平劑、增稠劑等)三類。其中，填料的用量在乳膠漆中占到40%～65%，對(duì)乳膠漆的性能與成本影響較大；膩?zhàn)犹盍嫌昧恳草^大，但所用粉體品種相對(duì)較少。

乳膠漆及膩?zhàn)佑梅垠w材料按生產(chǎn)工藝分為合成材料、天然物理加工材料(也稱礦物粉體材料)，而礦物粉體材料又主要是非金屬礦物粉體材料，其在乳膠漆及膩?zhàn)又兄饕鹛盍虾湍承┕δ芴砑恿系淖饔?。隨著非金屬礦物提純、超細(xì)粉碎、表面改性技術(shù)的發(fā)展，質(zhì)優(yōu)、價(jià)廉的非金屬礦物粉體材料在乳膠漆及膩?zhàn)又械氖褂闷贩N、用量逐年擴(kuò)大和增加，尤其是作為填料的粉體材料用量增加幅度更大，大量的替代了成本較高的各種合成粉體材料；而選擇某些功能礦物粉體材料配制的新型乳膠漆及膩?zhàn)悠贩N也日益得到人們認(rèn)可，乳膠漆專用粉體材料成為近年來非金屬礦加工領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，乳膠漆及膩?zhàn)佑梅垠w材料也成為非金屬礦物粉體材料重要的應(yīng)用方向之一[1-2]。

2 乳膠漆及膩?zhàn)佑玫V物粉體材料品種和應(yīng)用

粉體最早用于乳膠漆及膩?zhàn)又惺菫榱嗽黾油苛虾湍佔(zhàn)芋w積，僅起填充作用以降低產(chǎn)品成本，主要定義為填料。隨著礦物深加工技術(shù)的發(fā)展，粉體經(jīng)過進(jìn)一步精制和改性，附加上了許多其它功能。乳膠漆及膩?zhàn)佑玫V物粉體材料在配方設(shè)計(jì)過程中如再通過品種選擇及合理搭配，可以改善乳膠漆及膩?zhàn)拥脑S多性能，主要表現(xiàn)為：①有效降低乳膠漆漆膜的光澤；②提高乳膠漆的硬度、耐磨性和抗拉伸強(qiáng)度；③改善乳膠漆的白度，提高乳膠漆的粘度，改善沉降性能；④在高PVC(顏料體積濃度)乳膠漆中，提高乳膠漆的干膜遮蓋力；⑤提高乳膠漆的固含量和漆膜豐滿度，改善乳膠漆的施工性能；⑥降低VOC(揮發(fā)性有機(jī)化合物)含量；⑦釋放負(fù)離子功能；⑧改善乳膠漆的耐擦洗性、抗沾污性和老化性等。

按照礦物粉體材料在乳膠漆及膩?zhàn)又衅鸬淖饔?，可將粉體材料分為普通填料、活性填料、功能材料。

2.1 普通填料

2.1.1 重質(zhì)碳酸鈣

重質(zhì)碳酸鈣主要成分是CaCO3，是用量最大的非金屬礦物粉體材料品種[3]，在乳膠漆的各種內(nèi)、外墻產(chǎn)品和配套膩?zhàn)又卸加写罅康膽?yīng)用。早期使用的重質(zhì)碳酸鈣粉體其篩分粒度一般多控制在0.045～0.075μm，俗稱大白粉或雙飛粉。隨著重質(zhì)碳酸鈣超細(xì)粉碎、形貌控制、表面改性等加工技術(shù)的發(fā)展，原料價(jià)格低廉、白度高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的重質(zhì)碳酸鈣在乳膠漆和配套膩?zhàn)又械玫酱罅康膽?yīng)用，已大量取代成本相對(duì)較高、耐老化性能稍差的輕質(zhì)碳酸鈣。超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣粉體材料對(duì)縮短乳膠漆生產(chǎn)過程中的分散砂磨時(shí)間、提高遮蓋力、改善乳膠粘度、降低鈦白粉用量及改善膩?zhàn)拥拇蚰バ阅艿染酗@著效果。

隨著中國大量優(yōu)質(zhì)、高白度重質(zhì)碳酸鈣資源的發(fā)現(xiàn)和加工技術(shù)的進(jìn)步，重質(zhì)碳酸鈣粉體已大量取代輕質(zhì)碳酸鈣。目前在內(nèi)墻乳膠漆中應(yīng)用效果較好重質(zhì)碳酸鈣粉體是粒度控制d97＜10μm、d50約為1.5μm、白度＞95%、CaCO3≥98%的乳膠漆專用重鈣粉體材料，在性價(jià)比上較其他常用粉體有較好的綜合優(yōu)勢。

2.1.2 高嶺土

高嶺土是以高嶺石為主要礦物成分的粘土礦，高嶺土分為水洗高嶺土和煅燒高嶺土。水洗高嶺土成本低，在內(nèi)墻乳膠漆中適量使用具有改善涂膜手感的效果；煅燒高嶺土白度高、粒徑小，在外墻涂料中使用超細(xì)煅燒高嶺土可替代適量的鈦白粉而不會(huì)降低涂料的耐老化性能，并且還因能夠消除高鈦白粉含量對(duì)涂膜的光絮凝作用和增加入射光的有效散射而使遮蓋力提高，近年來在外墻涂料中得到較多應(yīng)用[4]。

乳膠漆用高嶺土一般選擇d97約為15μm、d50約為2μm、白度＞92%的超細(xì)高嶺土。

2.1.3 滑石粉

滑石是一種層狀含水硅酸鹽，理論化學(xué)式3MgO·4SiO·H2O，觸摸有滑膩感，天然質(zhì)純的滑石礦很少，礦體常伴有綠泥石、蛇紋石、菱鎂礦、透閃石、白云石等?；塾糜谌槟z漆中可改善涂料的施工性、流平性，且硬度較高，同時(shí)還能有效提高涂層的耐蝕性[5]；在配套膩?zhàn)又袘?yīng)用能夠改善膩?zhàn)拥呐涡浴５谌槟z漆用量大時(shí)易引起結(jié)塊性沉淀，在涂刷施工后也易引起粉化，并且高白度的滑石資源量有限，其用量近年來逐步減少。

2.1.4 重晶石粉

重晶石粉主要成分是BaSO4，性質(zhì)和用途相近的是合成的沉淀硫酸鋇。重晶石粉可用于各種中、高檔的內(nèi)、外墻乳膠漆和配套的高檔膩?zhàn)?。因其密度接近鈦白粉，因而可用其取代少量的鈦白粉，既不?huì)使涂料的遮蓋力明顯降低，也不會(huì)因?yàn)槭褂盟淖兞送苛系腜VC，因而在乳膠漆中適量使用重晶石粉不會(huì)顯著改變涂料的物理力學(xué)性能。

從白度指標(biāo)考察，天然高白的重晶石原礦資源較重質(zhì)碳酸鈣少，塊礦加工成同樣粒度的粉體其加工成本較重質(zhì)碳酸鈣高[6]，因此，其在乳膠漆中的應(yīng)用也有一定局限。

2.1.5 硅灰石粉

硅灰石主要成分為CaSiO3，呈纖維狀晶型結(jié)構(gòu)，加工后的粉體可保持長徑比＞10的特性。硅灰石粉體白度高，也因其纖維狀結(jié)構(gòu)，分散后不僅提高涂膜的潔白感，而且能增加涂膜的強(qiáng)度，在復(fù)層涂料中硅灰石粉體被廣泛作為抗裂纖維。

2.1.6 白云石粉

白云石主要化學(xué)成分為MgCO3，同時(shí)也含有一定量的CaCO3。白云石粉在乳膠漆中的主要作用與重質(zhì)碳酸鈣粉相似，但耐候性較重質(zhì)碳酸鈣粉稍差。

2.1.7 云母粉

云母粉主要成分為鋁硅酸鹽，其具有連續(xù)層狀的結(jié)構(gòu)，分為白云母、黑云母、鋰云母等。白云母理論化學(xué)式為KAl2[AlSi3O10](OH)2，乳膠漆中主要是用白云母邊角料加工的白云母粉。云母片在涂膜中能平行取向排列，因而能增大涂膜的封閉性能，在多種外墻涂料適量應(yīng)用，能夠提高涂膜的耐老化性和耐腐蝕性。

絹云母是白云母或鈉云母呈致密微晶集合體的亞種，為中低溫?zé)嵋何g變礦物。絹云母加工后的粉體保留礦物具有的絲絹光澤，粉體潤滑、細(xì)膩、白度較高，用其配制的漆料耐候性較好，但其白度較高白度的重鈣粉相比較低，在大量應(yīng)用的白色乳膠漆中用量受到限制。

2.2 活性填料

2.2.1 石膏粉

石膏主要成分為CaSO4，商品銷售的產(chǎn)品分為生石膏(二個(gè)水)、熟石膏(半個(gè)結(jié)晶水)。石膏粉遇水能夠發(fā)生水化反應(yīng)生成凝膠而具有一定的強(qiáng)度，主要在乳膠漆配套的內(nèi)墻膩?zhàn)又袘?yīng)用，能夠起膠結(jié)作用而降低粘結(jié)劑的用量，內(nèi)墻石膏膩?zhàn)右呀?jīng)成為乳膠漆的重要配套產(chǎn)品。

2.2.2 灰鈣粉

灰鈣粉主要成分是Ca(OH)2，是一種氣硬性膠凝粉體材料?；意}粉作為活性填料配制的建筑涂料流平性好、漆膜手感滑潤、耐水性和耐濕熱性好、成本低，灰鈣粉也具有良好的干遮蓋力，能使漆料在鈦白粉用量不高的情況下具有較高的遮蓋力；使用灰鈣粉配制的乳膠漆具有較好的環(huán)保性，能夠長期吸收環(huán)境中的二氧化碳；且因?yàn)榛意}粉的堿性較高，配制漆料時(shí)防霉劑和成膜助劑用量少；但灰鈣粉在涂料中應(yīng)用也有缺限，如用于舊墻面時(shí)易發(fā)黃等。

2.3 功能性材料

2.3.1 電氣石粉

電氣石俗稱“碧璽”，是一種以含硼為特征、化學(xué)組成復(fù)雜的環(huán)狀硅酸鹽礦物，其成分用(Na，K)R3Al6B3Si6O27(OH)4表示，其中R可能是Mg(鎂電氣石)、Fe(鐵電氣石)、Mn(錳電氣石)、(Li+Al)(鋰電氣石)等。

電氣石的主要用途是作寶石、壓電、熱釋電材料，而加工的電氣石粉在溫度、壓力變化時(shí)其晶體可產(chǎn)生電勢差，致使周圍的空氣發(fā)生電離，被擊中的電子附著于鄰近的水和氧分子并使它轉(zhuǎn)化為空氣負(fù)離子，移動(dòng)時(shí)能將負(fù)電荷輸送給環(huán)境中的細(xì)菌、灰塵、煙霧微粒以及水等，電荷與這些微粒相結(jié)合能達(dá)到凈化環(huán)境空氣的目的；此外，電氣石結(jié)晶體兩端隨著溫度的變化可產(chǎn)生電壓，其所含極性離子在平衡位置振動(dòng)能引起偶極距變化產(chǎn)生遠(yuǎn)紅外電磁輻射，能使人體產(chǎn)生熱效應(yīng)和共振吸收，對(duì)人體有保健作用[7]。

負(fù)離子涂料同一般乳膠漆的主要區(qū)別是在其制作過程中添加了電氣石粉，但普通的電氣石粉產(chǎn)生負(fù)離子量有限，一般需經(jīng)超細(xì)粉碎、溶膠凝膠法包覆改性、離子交換摻雜以及高溫激活等手段提高負(fù)離子發(fā)生量，具有負(fù)離子釋放量高、發(fā)射遠(yuǎn)紅外線、抗菌并凈化空氣的作用。

2.3.2 膨潤土

膨潤土以層狀硅酸鹽礦物蒙脫石為主要成分，蒙脫石理論組成為(1/2Ca,Na)0.7(Al,Mg,Fe)4(Si,Al)8O20(OH)4，其結(jié)構(gòu)是以二個(gè)硅氧四面體夾一個(gè)鋁氧八面體構(gòu)成單位晶胞，蒙脫石四面體中的硅被鋁、八面體中的鋁被鎂或鐵同晶置換，使片層表面具有過剩的負(fù)電荷，并通過層間吸附Na+、K+、Ca2+、Mg2+等陽離子達(dá)到晶胞電荷平衡，膨潤土能直接或提純后使用[8]。

膨潤土吸附水后其體積能夠增大至原體積的幾到十幾倍，且在水體系中能夠釋放出帶電微粒而使涂料的粒子產(chǎn)生靜電斥力，所以有顯著的增稠和懸浮作用，已成為內(nèi)、外墻乳膠漆中常用的價(jià)廉增稠、懸浮劑，在粉狀涂料中也能大量應(yīng)用。膨潤土色澤偏黃或粉色居多，對(duì)白度要求高的配方其應(yīng)用量受到一定的局限。

2.3.3 石英粉

石英粉主要成分為SiO2，密度大、硬度高、耐化學(xué)腐蝕性好，在功能型建筑涂料中，石英粉及砂是耐磨地面涂料和耐酸涂料的主要填料，也是乳膠漆配套用高檔墻面膩?zhàn)拥闹饕稀?/p>

2.3.4 海泡石

海泡石是一種富鎂硅酸鹽，理論式為Mg8[Si12O30](OH)412H2O，外觀灰白色，其微觀組織呈針束狀，相對(duì)密度小，空隙發(fā)育良好，吸附和水化能力很強(qiáng)，在水溶液中能夠高度分散，具有較高的粘度，并能夠產(chǎn)生觸變效應(yīng)，其懸浮體系具有很好的穩(wěn)定性。在乳膠漆配方中能夠起到增稠、懸浮作用，被用作乳膠漆增稠、流變劑。

2.3.5 硅藻土

硅藻土是一種生物成因的硅質(zhì)沉積巖，主要由硅藻的遺骸所組成，成分以SiO2·nH2O表示，礦物成分以蛋白石及變種為主，常伴生各種粘土、石英及白云石等，純凈的硅藻土為白色，實(shí)際色澤因伴生的鐵或有機(jī)質(zhì)被污染成其他顏色。硅藻土其孔隙度大、吸附性強(qiáng)、質(zhì)輕、熔點(diǎn)高，用作保溫隔熱、防霉、吸音的乳膠漆功能材料添加劑使用。

2.3.6 膨脹珍珠巖粉

珍珠巖是一種由火山噴發(fā)經(jīng)急劇冷卻而成的玻璃質(zhì)酸性熔巖，因其具有珍珠裂隙結(jié)構(gòu)而得名。其成分隨產(chǎn)地不同而略有差異，一般含量(%)為：SiO268～75、Al2O39.0～14.0、Fe2O30.9～4.0、Na2O 2.5～5.0、K2O 1.5～4.5及結(jié)晶水2～6等。珍珠巖在1 200℃高溫條件體積可膨脹數(shù)倍至30倍，其膨脹后的粉體是制作優(yōu)質(zhì)超輕絕熱漆料和膩?zhàn)拥墓δ芴砑硬牧稀?/p>

3 乳膠漆及膩?zhàn)佑玫V物粉體材料技術(shù)進(jìn)展

3.1 新型礦物粉體材料開發(fā)進(jìn)展

3.1.1 電氣石粉

室內(nèi)環(huán)境是人們活動(dòng)最頻繁、最密切的地方，當(dāng)空氣中負(fù)離子濃度較高時(shí)，能抑制多種病菌的繁殖，降低血壓和消除疲勞，促進(jìn)人體的生長和發(fā)育，空氣負(fù)離子也被喻為“空氣中的維生素”。而有效的提高空間負(fù)離子方法是涂刷負(fù)離子內(nèi)墻乳膠漆。

電氣石的眾多應(yīng)用領(lǐng)域是以粉體為基礎(chǔ)的，注重粉體細(xì)、比表面積大的超細(xì)電氣石粉研究，使其壓電性、熱電性效果的發(fā)揮更好；負(fù)離子激發(fā)劑是由稀土氧化物和光催化半導(dǎo)體材料在一定溫度和壓力下活化而成，能有效激發(fā)電氣石粉釋放負(fù)離子量。

3.1.2 膨潤土

膨潤土是開發(fā)應(yīng)用較早的品種，在聚乙烯醇類建筑涂料中曾作為防沉、增稠劑而得到大量應(yīng)用；由于其顯著的增稠、抗沉降效果，膨潤土也在丙烯酸樹脂乳液乳膠漆中得到應(yīng)用。膨潤土在水相中的增稠效果較好的是低電解質(zhì)濃度的溶液，而在高電解質(zhì)體系中添加量將受到一定限制。

膨潤土主要礦物成分為蒙脫石，蒙脫石是天然納米材料，通過提純、晶片解離技術(shù)，可以制得在乳膠漆體系中呈一維納米分散的超細(xì)蒙脫石粉，其具有較好的增稠、抗沉降、耐老化等性能。

3.1.3 高嶺土

高嶺土是在乳膠漆中應(yīng)用量較大的粉體，以水洗高嶺土改善涂膜手感而用于內(nèi)墻涂料，以煅燒高嶺土增加涂膜厚度、提高遮蓋力而用于外墻涂料。煅燒高嶺土用于耐候性要求高的外墻涂料能降低鈦白粉用量，對(duì)降低乳膠漆成本具有較好的效果。乳膠漆用高嶺土其研究重點(diǎn)是在合理保護(hù)其晶片結(jié)構(gòu)的前提下，使其片層充分解離，使高嶺石的結(jié)構(gòu)特性充分發(fā)揮。

3.1.4 海泡石

海泡石作為粘土礦物因其空隙發(fā)育良好，吸附和水化能力較強(qiáng)，在水溶液中能夠高度分散，具有較好的增稠、抗沉降性能；又因其微觀針束狀結(jié)構(gòu)而具有較好的補(bǔ)強(qiáng)效果，是乳膠漆中新型的天然增稠、增強(qiáng)功能粉體材料。

3.2 重視填料的應(yīng)用性能研究

重視填料的應(yīng)用性能的突出標(biāo)志是加強(qiáng)對(duì)填料的深度加工。例如，過去使用的填料一般都在400目以下。隨著加工技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在涂料中使用800目以上細(xì)度的填料已經(jīng)十分常見。目前中、高檔涂料用填料一般為2 000目，甚至更高的細(xì)度范圍，而且使用時(shí)直接高速攪拌即可達(dá)到乳膠漆的細(xì)度要求，免去砂磨工序。這里需要指出的是，填料的細(xì)度并不是越細(xì)所有乳膠漆指標(biāo)越好，因?yàn)榧?xì)度高意味著在相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的情況下分散劑的用量要增大，以及因其吸油量的增大而導(dǎo)致成膜填料的用量相對(duì)減少，即涂料的PVC降低等，故選擇填料的細(xì)度應(yīng)當(dāng)適宜。

除了超細(xì)加工以外，將礦物粉體材料進(jìn)行納米尺寸的精細(xì)加工更成為目前研究的熱點(diǎn)。已經(jīng)得到的用于乳膠漆的納米類礦物粉體材料主要有碳酸鈣、膨潤土、海泡石等。但是，納米尺度的礦物粉體材料的作用、性能和添加量等在乳膠漆中的應(yīng)用已超出原有填料的范圍，而成為新的功能涂料組分。因此，在乳膠漆中選用的礦物粉體品種及性能要結(jié)合性價(jià)體綜合考慮。

3.3 加強(qiáng)填料作用機(jī)理研究

對(duì)乳膠漆用礦物粉體材料的選用要結(jié)合其要求有針對(duì)性的選擇，對(duì)要求高遮蓋、手感好、易施工、成本低的配方其填料主選體系為重鈣系列；對(duì)要求高遮蓋、高耐候性、成本適中的配方其填料主選體系為具有片狀結(jié)構(gòu)的(高嶺土、云母等)礦物粉體系列，因?qū)悠瑺罱Y(jié)構(gòu)能在涂膜中平行取向排列，從而使涂膜的抗?jié)B透性提高，耐侯性增強(qiáng)等。

4 礦物粉體材料應(yīng)用存在的問題

(1) 產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。

由于資源分布及規(guī)模的局限，礦物粉體加工企業(yè)分散及規(guī)模偏小，其質(zhì)量檢測、控制手段和措施缺失，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。如以不同產(chǎn)地膨潤土為增稠、懸浮劑采用相同的配方時(shí)，常因?yàn)榕驖櫷廉a(chǎn)品中蒙脫石的含量不同而導(dǎo)致涂料粘度產(chǎn)生較大的差異，使涂料的質(zhì)量受到影響；再如因填料的細(xì)度、白度不穩(wěn)定而導(dǎo)致涂料的貯存穩(wěn)定性、白度、色差和涂膜手感以及其他物理性能變化較大等，在實(shí)際應(yīng)用中也較為常見，這類問題會(huì)直接影響礦物粉體材料的應(yīng)用。

(2) 精深加工產(chǎn)品少。

目前對(duì)礦物粉體材料除了進(jìn)行超細(xì)加工以外，其它方面的深加工技術(shù)配套工藝仍較為落后，例如采取礦物提純、配礦加工、粉體粒度及形貌控制、接枝改性等工序進(jìn)行質(zhì)量控制，使天然產(chǎn)出的礦物成分波動(dòng)性可控，加工后的礦物粉體材料能保持穩(wěn)定的技術(shù)指標(biāo)，這些目標(biāo)的達(dá)到必須與礦物鑒定、選礦提純、粉碎加工、表面處理等學(xué)科進(jìn)行系統(tǒng)配合，才能達(dá)到預(yù)定的產(chǎn)品質(zhì)量目標(biāo)。

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Application and Progress on Mineral Powder Material in Latex Paint and Putty

ZHAO Liu-xi1, SUN Ya-guang2, YU Li-xiu3
(1. Zhengzhou Trade and Industry Schools, Zhengzhou 450052, China; 2. College of Material Science and Engineering,Henan University of Technology, Zhengzhou 450052, China; 3. Zhengzhou Institute for Multipurpose Utilization of Mineral Resources, CAGS, Zhengzhou 450006, China)

The mineral powder materials and application of latex paint and putty were introduced by brief, and especially,pointed out the important impact on expanding the function of latex paint, enriching the variety of latex paint, improving environment quality, reducing the cost of production. Combined with mineral powder materials application problems, the improvement directions of how to improve quality were discussed.

mineral powder material; latex paint; putty; application; progress

TQ320.4

A

1007-9386(2012)04-0007-04

國土資源部重點(diǎn)科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào):2002204)。

2012-05-23