DE1077816B - Process for the production of electrical insulating varnishes - Google Patents
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Description
DEUTSCHESGERMAN
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Elektroisolierlacken aus einem Gemisch aus speziellen, auf Terephthalsäure basierenden, hydroxylgruppenhaltigen Polyestern, Polyisocyanaten und Lösungsmitteln.The present invention is a process for the production of electrical insulating varnishes from a mixture of special terephthalic acid-based polyesters containing hydroxyl groups, Polyisocyanates and solvents.
In den letzten Jahren haben sich die Polyurethane als eine neue Kunststoffklasse immer mehr durchsetzen können. Sie entstehen auf dem Wege der Polyaddition aus hydroxylgruppenhaltigen Körpern, vorwiegend Alkydharzen, und Mono- oder Polyisocyanaten. Die Alkydharzkomponente stellt man meist durch eine einfache Veresterungsreaktion aus Polyolen und Polycarbonsäuren, vorwiegend Adipin- und Phthalsäure, her. Als Isocyanate finden vor allen Dingen das l-Methyl-2,4-phenyldiisocyanat oder ein Reaktionsprodukt dieses Isocyanates mit Polyalkoholen, vorwiegend Triolen, Verwendung, das pro Molekül im Mittel noch drei reaktionsfähige Isocyanatgruppen enthält. Als Lacke werden solche Produkte üblicherweise im Zweikomponentenverfahren verarbeitet. Die Reaktion findet in der Kälte statt. Im speziellen Falle ist es, wie bekannt, möglich, die Isocyanatgruppen durch zyklische Alkohole, wie Phenol oder Homologe, reversibel zu blockieren. Man erhält so einen Einkomponentenlack, der in der Wärme unter Abspaltung der Blocksubstanz zur Reaktion gebracht werden kann.In recent years, polyurethanes have become more and more popular as a new class of plastics can. They are mainly formed by polyaddition from bodies containing hydroxyl groups Alkyd resins, and mono- or polyisocyanates. The alkyd resin component is usually provided through a simple esterification reaction of polyols and polycarboxylic acids, mainly adipic and Phthalic acid, her. The isocyanates are primarily 1-methyl-2,4-phenyl diisocyanate or a Reaction product of this isocyanate with polyalcohols, predominantly triols, use that per Molecule still contains three reactive isocyanate groups on average. As paints are such Products usually processed in a two-component process. The reaction takes place in the cold. in the In special cases, as is known, it is possible to remove the isocyanate groups by cyclic alcohols, such as Phenol or homologues, reversible block. This gives a one-component paint that can be exposed to heat can be caused to react with cleavage of the blocking substance.
In dieser Form finden solche Produkte auch Verwendung in der Elektroindustrie zur Herstellung von Isolierlacken für Drähte. Die elektrischen Eigenschäften dieser Lacke sind sehr gut. Durch Variation der Polyesterkomponente erhält man entweder sehr weiche und hochelastische Produkte, die jedoch geringere Lösungsmittelbeständigkeit besitzen, oder aber sehr harte Stoffe, die an Elastizität erheblich eingebüßt haben, dafür aber außerordentlich resistent gegen organische Lösungsmittel geworden sind. In der Elektroindustrie entstand bald der Wunsch, hohe Elastizität, auch nach längerer Wärmeeinwirkung, und zugleich gute Lösungsmittelbeständigkeit zu haben.In this form, such products are also used in the electrical industry for the manufacture of Insulating varnishes for wires. The electrical properties of these paints are very good. By variation the polyester component gives you either very soft and highly elastic products, but the lower ones Solvent resistance, or very hard materials that have lost a lot of elasticity but have become extremely resistant to organic solvents. In the The electrical industry soon developed the desire for high elasticity, even after prolonged exposure to heat, and at the same time to have good solvent resistance.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß man Produkte mit diesen gewünschten Eigenschaften
erhalten kann, wenn man nach der Erfindung für die Herstellung von Elektroisolierlacken zunächst hydroxylgruppenhaltige
Polyester durch Aufschmelzen eines Gemisches von Diolen und Polyolen unter Zusatz eines
Dimethyl- oder Diäthylesters der Terephthalsäure und eines Katalysators, anschließendes Rühren und langsamer
Steigerung der Temperatur bis zum Abdestil-Heren der theoretischen Menge Methanol bzw. Äthanol
herstellt, diese in einem geeigneten Lösungsmittel, beispielsweise Kresol, löst und nach Filtrieren vom Katalysator
mit der auf die freien Hydroxylgruppen Verfahren zur Herstellung
von ElektroisolierlackenIt has now been found, surprisingly, that products with these desired properties can be obtained if, according to the invention, for the production of electrical insulating varnishes, first hydroxyl-containing polyesters by melting a mixture of diols and polyols with the addition of a dimethyl or diethyl ester of terephthalic acid and a catalyst, subsequent stirring and slowly increasing the temperature until the theoretical amount of methanol or ethanol is distilled off, dissolves this in a suitable solvent, for example cresol, and after filtering off the catalyst with the method of preparation on the free hydroxyl groups
of electrical insulating varnishes
Anmelder:Applicant:
Dr. Beck & Co. G.m.b.H.,
Hamburg 28, EiselenswegDr. Beck & Co. GmbH,
Hamburg 28, Eiselensweg
Dipl.-Chem. Dr. Karl Schmidt, Hamburg,
ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Chem. Dr. Karl Schmidt, Hamburg,
has been named as the inventor
theoretisch berechneten Menge eines Polyisocyanates bzw. eines blockierten Polyisocyanates versetzt.theoretically calculated amount of a polyisocyanate or a blocked polyisocyanate added.
Bei der Herstellung der Polyester ist die an sich bei der Phthalsäure übliche und bekannte Direktveresterung wegen der hohen anzuwendenden Veresterungstemperaturen praktisch nicht durchführbar.In the production of the polyesters, the direct esterification which is customary and known per se for phthalic acid is used practically not feasible because of the high esterification temperatures to be used.
Es wurde nun gefunden, daß man befriedigende Ergebnisse erzielt, wenn auf dem Wege der Umesterung Diester der Terephthalsäure mit niederen Alkoholen, im besonderen deren Dimethylester oder Diäthylester, mit einem Gemisch von Di- und Polyolen in Gegenwart von Katalysatoren, vorteilhaft Metallverbindungen, zur Reaktion gebracht werden, beispielsweise in Gegenwart von Blei-, Zink-, Cer-, Calciumoxyd, und zwar jedes für sich oder im Gemisch untereinander und/oder Aluminiumalkoholat, Magnesiumalkoholat u. dgl.It has now been found that satisfactory results are obtained when by means of transesterification Diesters of terephthalic acid with lower alcohols, in particular their dimethyl esters or Diethyl ester, with a mixture of diols and polyols in the presence of catalysts, advantageously metal compounds, be made to react, for example in the presence of lead, zinc, cerium, Calcium oxide, each on its own or in a mixture with one another and / or aluminum alcoholate, Magnesium alcoholate and the like
Es ist an sich bekannt, auf diesem Wege der Umesterung Kondensationsprodukte aus Terephthalsäure und Diolen, im besonderen Äthylenglykol, herzustellen, und zwar unter Ausbildung von langkettigen Produkten. Abgesehen von dem Nachteil, daß es praktisch unmöglich ist, diese Kondensation an einem gewünschten Punkt abzubrechen, sind solche Kondensationsprodukte außerordentlich schwierig in einer löslichen Form zu isolieren.It is known per se, in this way of transesterification, condensation products from terephthalic acid and to produce diols, in particular ethylene glycol, with the formation of long-chain products. Apart from the disadvantage that it is practically impossible to carry out this condensation on a desired one To break off point, such condensation products are extremely difficult in one isolate soluble form.
Es wurde ferner gefunden, daß man zu guten, löslichen Produkten gelangt, wenn man nach vorliegender Erfindung ein Gemisch von Diolen und Triolen bzw. Polyolen in einem Äquivalentverhältnis Diol : Triol bzw. Polyol in den Grenzen von 2 : 1 bis 1 : 5, vorzugs-It has also been found that good, soluble Products are obtained if, according to the present invention, a mixture of diols and triols or Polyols in an equivalent ratio of diol: triol or polyol within the limits of 2: 1 to 1: 5, preferably
909 760/400909 760/400
weise ϊ : 1 bis 1 :2, verwendet. Das Äquivalentverhältnis Terephthalsäure zu Alkohol beträgt nach vorliegender Erfindung 2:3 bis 2:8, vorzugsweise 2:3 bis 2: 4.wise ϊ: 1 to 1: 2, used. The equivalent ratio According to the present invention, terephthalic acid to alcohol is 2: 3 to 2: 8, preferably 2: 3 to 2: 4.
Als Diole können in vorteilhafter Weise z. B. Äthan-. diol, 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol und als Polyole vorzugsweise solche verwendet werden, welche ausschließlich in ihrer Reaktion gleichwertige Hydroxylgruppen enthalten, wie z.B. Trimethylolpropan oder Pentaerythrit. Geeignet sind aber auch Triole anderer Art, wie z. B. Glycerin, Hexantriol u. dgl.As diols, for. B. Ethane. diol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol and preferably those used as polyols which exclusively contain equivalent hydroxyl groups in their reaction, such as trimethylolpropane or Pentaerythritol. But also triplets of other types are suitable, such as. B. glycerin, hexanetriol and the like.
Für die Herstellung lagerbeständiger Einkomponentenisolationslacke, die in der Kälte stabil sind, werden solche Polyisocyanate verwendet, deren Isocyanatgruppen mit Phenol oder solchen Homologen davon blockiert sind, die in der Wärme reversibel abgespalten werden können.For the production of storage-stable one-component insulation varnishes, which are stable in the cold, those polyisocyanates are used whose isocyanate groups blocked with phenol or such homologues thereof which are reversibly split off in the heat can be.
Gute Ergebnisse werden erhalten, wenn man für die erfindungsgemäße Umesterung Bleioxyd oder Calciumoxyd oder ein Gemisch beider verwendet.Good results are obtained if lead oxide or calcium oxide is used for the transesterification according to the invention or a mixture of both is used.
Die Esterkomponente für das erfindungsgemäße · Verfahren läßt sich z. B. in der Form vorteilhaft herstellen, daß man die Mischung der Alkohole zunächst aufschmilzt, in die Schmelze dann Terephthaldimethyl- oder Diäthylester einträgt und anschließend den Katalysator zugibt. Hierauf wird die Temperatur langsam gesteigert, bis die theoretische Menge Methanol bzw. Äthanol abdestilliert ist. Je nach Art der verwendeten Ausgangsstoffe, dem Äquivalentverhältnis Säure zu Alkohol und dem Katalysator werden dazu Temperaturen bis 300° C benötigt. Nach der Umesterung nimmt man in einem geeigneten Lösungsmittel auf und filtriert vom Katalysator ab. Das Reaktionsprodukt wird durch Zugabe von Isocyanaten und gegebenenfalls weiteren Lösungsmitteln zu Drahtlacken verarbeitet. The ester component for the process according to the invention can be, for. B. produce advantageous in the form, that the mixture of alcohols is first melted, then terephthalic dimethyl or diethyl ester enters and then the catalyst is added. The temperature then slows down increased until the theoretical amount of methanol or ethanol has distilled off. Depending on the type of used Starting materials, the equivalent ratio of acid to alcohol and the catalyst are temperatures required up to 300 ° C. After the transesterification, it is taken up in a suitable solvent and filtered off from the catalyst. The reaction product is by adding isocyanates and optionally processed into wire enamels using other solvents.
Die mit diesen Drahtlacken hergestellten Kupferlackdrähte zeigen — wie dies bei den üblichen Polyurethanen an sich bekannt ist — eine außerordentlich hohe Beständigkeit gegen Lösungsmittel. Gleichzeitig zeichnen sie sich jedoch im Vergleich zu den entsprechenden phthalsäurehaltigen Produkten durch eine sehr stark erhöhte Elastizität vor allem nach längerer Wärmeeinwirkung (Dauerwärmebeständigkeit), aber auch bei kurzzeitiger Erhitzung auf hohe Temperaturen aus. Die dielektrischen Werte sind bei den neuartigen Produkten ebenfalls ausgezeichnet.The enamelled copper wires produced with these wire enamels show - as is the case with conventional polyurethanes is known per se - an extremely high resistance to solvents. Simultaneously However, compared to the corresponding phthalic acid-containing products, they are characterized by a very much increased elasticity, especially after prolonged exposure to heat (permanent heat resistance), but even with short-term heating to high temperatures. The dielectric values are at the novel products also awarded.
62 Gewichtsteile Glykolund 90 Gewichtsteile Trimethylolpropan werden in einem Kolben unter Rühren auf 120° C hochgeheizt. Dann fügt man 194 Gewichtsteile Terephthalsäure-dimethylester und 2 Gewichtsteile Bleioxyd zu und steigert unter weiterem Rühren und Destillieren die Temperatur im Laufe von 1 bis 2 Stunden langsam so lange, bis die theoretische Menge Methylalkohol — das sind 64 Gewichtsteile — abdestilliert ist. Das ist meist bei 190 bis 200° C der Fall. Das Reaktionsprodukt versetzt man noch warm mit Kresol (DAB IV) zu einer 5O°/oigen Lösung. Nun wird vom Bleioxyd abfiltriert. Man erhält eine klare, hochviskose Lösung.62 parts by weight of glycol and 90 parts by weight of trimethylolpropane are placed in a flask with stirring heated to 120 ° C. 194 parts by weight of dimethyl terephthalate and 2 parts by weight are then added Lead oxide to and increases with further stirring and distilling the temperature in the course of 1 to 2 hours slowly until the theoretical amount of methyl alcohol - that is 64 parts by weight - is distilled off. This is usually the case at 190 to 200 ° C. The reaction product is added while it is still warm with cresol (DAB IV) to a 50% solution. The lead oxide is then filtered off. You get a clear, highly viscous solution.
Zur Verarbeitung als Elektroisolierlack für Kupferdrähte versetzt man mit der aus der Bestimmung der Hydroxylgruppenzahl sich ergebenden theoretischen Menge eines Polyisocyanates, das durch Blockierung der Isocyanatgruppen mit Phenol oder Homologen, die in der Wärme reversibel abgespalten werden können, stabilisiert ist. Die Lackierung geschieht auf den in der Elektrotechnik üblichen öfen durch mehrmaligen Auftrag und Trocknung jeder einzelnen Schicht im kontinuierlichen Verfahren. Man erhält Kupferlackdrähte, deren Isolation im Gegensatz zu bekannten Polyurethanen gleichzeitig hohe Elastizität auch nach längerer Wärmeeinwirkung und hervorragende Lösungsmittelbeständigkeit sowie ausgezeichnetes elektrisches Verhalten aufweisen.For processing as an electrical insulating varnish for copper wires, one adds the one from the determination of the Hydroxyl group number resulting theoretical amount of a polyisocyanate, which by blocking of isocyanate groups with phenol or homologues, which are reversibly split off when heated can, is stabilized. The painting is done several times on the ovens customary in electrical engineering Application and drying of each individual layer in a continuous process. You get Enamelled copper wires, whose insulation, in contrast to known polyurethanes, is at the same time high elasticity even after prolonged exposure to heat and excellent solvent resistance as well as excellent exhibit electrical behavior.
62 Gewichtsteile Glykol und 68 Gewichtsteile Pentaerythrit sowie 194 Gewichtsteile Terephthalsäuredimethylester und 2 Gewichtsteile Bleioxyd werden unter gutem Rühren langsam aufgeheizt. Bei etwa 190° C setzt die Destillation ein. Man steigert die Temperatur langsam weiter, bis die theoretische Menge Methanol — das sind 64 Gewichtsteile — abdestilliert ist. Das ist bei etwa 220° C nach 1 bis 2 Stunden der Fall. Das Reaktionsprodukt wird noch heiß in Kresol zu einer 50%igen Lösung gelöst und vom Bleioxyd abfiltriert. Die Weiterverarbeitung dieses hydroxylgruppenhaltigen Polyesters geschieht, wie im Beispiel 1 beschrieben.62 parts by weight of glycol and 68 parts by weight of pentaerythritol and 194 parts by weight of dimethyl terephthalate and 2 parts by weight of lead oxide Heated slowly while stirring well. Distillation begins at around 190 ° C. You increase it Keep the temperature slowly until the theoretical amount of methanol - that is 64 parts by weight - has distilled off is. This is the case at around 220 ° C after 1 to 2 hours. The reaction product will still dissolved hot in cresol to a 50% solution and filtered off from the lead oxide. The further processing this polyester containing hydroxyl groups is carried out as described in Example 1.
194 Gewichtsteile Terephthalsäure-dimethylester, 62 Gewichtsteile Glykol, 60 Gewichtsteile Glycerin sowie 1,5 Gewichtsteile Bleioxyd und 0,5 Gewichtsteile Calciumoxyd werden — wie im Beispiel 1 und 2 angegeben — langsam aufgeheizt und so lange destilliert, bis die theoretische Menge Methanol übergegangen ist. Es wird wieder in Kresol gelöst und nach Zusatz von blockiertem Polyisocyanat, wie vorher angegeben, verarbeitet.194 parts by weight of dimethyl terephthalate, 62 parts by weight of glycol, 60 parts by weight of glycerol and 1.5 parts by weight of lead oxide and 0.5 parts by weight of calcium oxide - as in Examples 1 and 2 indicated - slowly heated and distilled until the theoretical amount of methanol has passed is. It is redissolved in cresol and, after adding blocked polyisocyanate, as before specified, processed.
194 Gewichtsteile Terephthalsäure-dimethylester, 90 Gewichtsteile 1,4-Butandiol, 90 Gewichtsteile Trimethylolpropan sowie 2 Gewichtsteile Calciumoxyd werden, wie in den vorhergehenden Beispielen beschrieben, umgeestert und mit Isocyanaten und Lösungsmitteln zu einem Drahtlack verarbeitet.194 parts by weight of dimethyl terephthalate, 90 parts by weight of 1,4-butanediol, 90 parts by weight of trimethylolpropane and 2 parts by weight of calcium oxide, as described in the previous examples, transesterified and processed into a wire enamel with isocyanates and solvents.
Die sich nach der Erfindung ergebenden wesentlichen Verbesserungen gegenüber den nach dem bekannten Stand der Technik erhaltenen Produkte sind beispielsweise aus folgenden Vergleichsversuchen ersichtlich :The resulting according to the invention significant improvements over those according to the known Products obtained from the prior art can be seen, for example, from the following comparative tests :
Es wurden zwei bekannte und handelsübliche Drahtlacke in folgender Weise hergestellt:Two known and commercially available wire enamels were produced in the following way:
Probe 1: 2,5 Mol Adipinsäure und 0,5 Mol Phthalsäureanhydrid wurden mit 4 Mol Hexantriol bis zu einer Säurezahl von 4 bis 6 verestert und der so erhaltene hydroxylgruppenhaltige Polyester mit der berechneten Menge blockiertem Triisocyanat in Lösung versetzt. (Ein Produkt dieser Art ist z. B. aus »Polyamide« von J.H.Hopf, A.Müller und F.Wenger. Springer-Verlag, 1954, S. 75, bekannt.)Sample 1: 2.5 moles of adipic acid and 0.5 moles of phthalic anhydride were esterified with 4 moles of hexanetriol to an acid number of 4 to 6 and the resulting hydroxyl-containing polyesters with the calculated Amount of blocked triisocyanate in solution. (A product of this type is, for example, made of »polyamides« by J.H. Hopf, A.Müller and F.Wenger. Springer-Verlag, 1954, p. 75, known.)
Probe 2: 2,5 Mol Phthalsäureanhydrid und 0,5 Mol Adipinsäure wurden mit 4 Mol Trimethylolpropan bis zu einer Säurezahl von etwa 2 verestert und anschließend ebenfalls mit der berechneten Menge blockiertem Triisocyanat versetzt. (Dieses Harz ist ebenfalls ein bekanntes Handelsprodukt.)Sample 2: 2.5 moles of phthalic anhydride and 0.5 moles of adipic acid were mixed with 4 moles of trimethylolpropane to esterified to an acid number of about 2 and then also with the calculated amount blocked triisocyanate added. (This resin is also a well-known commercial product.)
Probe 3: Diese wurde nach dem Beispiel 1 der Beschreibung hergestellt. Alle Lacke wurden auf Kupfer-Sample 3: This was made according to Example 1 of the specification manufactured. All paints were on copper
draht mit 1 mm Durchmesser in üblicher Weise auflackiert. wire with 1 mm diameter painted in the usual way.
Ein Vergleich dieser drei Proben ergab folgende Ergebnisse:A comparison of these three samples gave the following results:
1. Prüfung der Lackschicht nach Wärmebehandlung1. Examination of the paint layer after heat treatment
a) Aus Lackdrahtstücken der Proben 1, 2 und 3 wurde eine Locke um den vierfachen Eigendurchmesser mit einer Geschwindigkeit von 280 UpM und einer Querschnittsbelastung von 12 kg pro mm2 gewickelt und einer Temperaturbelastung von 200° C während 5 Minuten ausgesetzt:a) A curl was wound around four times its own diameter from pieces of enamelled wire from samples 1, 2 and 3 at a speed of 280 rpm and a cross-sectional load of 12 kg per mm 2 and exposed to a temperature load of 200 ° C for 5 minutes:
Probe 1 Lackschicht völlig zerstörtSample 1 paint layer completely destroyed
Probe 2 Lackschicht viele RisseSample 2 paint layer many cracks
Probe 3 Lackschicht in OrdnungSample 3 paint layer in order
b) Von den Proben 1, 2 und 3 wurden Drahtmuster bei 150° C dauernd aufbewahrt und in Abständen von 24 Stunden Locken um den vierfachen Eigendurchmesser mit einer Geschwindigkeit von 28OUpM und einer Querschnittsbelastung von 6 kg pro mm2 gewickelt: b) Wire samples from samples 1, 2 and 3 were kept permanently at 150 ° C and curls were wound around four times their own diameter at intervals of 24 hours at a speed of 280 rpm and a cross-sectional load of 6 kg per mm 2 :
Probe 1 Abschälen des Lackfilmes nach 24 Stunden Probe 2 Abschälen des Lackfilmes nach 48 Stunden Probe 3 Abschälen des Lackfilmes nach 300 StundenSample 1 Peeling off the paint film after 24 hours. Sample 2 Peeling off the paint film after 48 hours Sample 3 Peeling off the paint film after 300 hours
2. Prüfung der Erweichungstemperatur der2. Testing the softening temperature of the
Lackisolierung nach DIN 46 453 vom Dezember 1954,Paint insulation according to DIN 46 453 from December 1954,
Gruppe 12Group 12
Probe 1 235° CSample 1 235 ° C
Probe 2 240° CSample 2 240 ° C
Probe 3 250° CSample 3 250 ° C
3. Prüfung der Beständigkeit der Lackisolierung3. Testing of the resistance of the lacquer insulation
gegen Tränkmittel analog DIN 46 453, Gruppe 13; Prüfung der Beständigkeit gegen Benzol,against impregnating agents analogous to DIN 46 453, group 13; Testing of resistance to benzene,
Äthanol und WasserEthanol and water
5. Prüfung des dielektrischen Verlustfaktors
nach DIN 46 453, Gruppe 20 (tg δ · 10*)5. Check the dielectric dissipation factor
according to DIN 46 453, group 20 (tg δ 10 *)
100
181
356
10091
100
181
356
100
, ge- .
messen
Inot
, ge.
measure up
I.
102
94
81
112113
102
94
81
112
8O°/o relativer Luft
feuchtigkeit After 96 hours at
80 per cent relative air
humidity
(M CO CO MMM
(M CO CO
H
H3B
H
H
(N CO CO MMM
(N CO CO
4. Prüfung der Spannungsfestigkeit4. Test of dielectric strength
nach DIN 46453, Gruppe 12according to DIN 46453, group 12
(Der angegebene Wert ist ein Mittel aus(The given value is a mean of
zehn Messungen)ten measurements)
a) bei Raumtemperatur:a) at room temperature:
Probe 1 3200VSample 1 3200V
Probe 2 3500VSample 2 3500V
Probe 3 4600VSample 3 4600V
b) bei 120° C:b) at 120 ° C:
Probe 1 2300VSample 1 2300V
Probe 2 2300 VSample 2 2300 V
Probe 3 3700VSample 3 3700V
Claims (5)
Bourry, Resines Alkydes-Polyesters, 1952,
und 60;Considered publications:
Bourry, Resines Alkydes-Polyesters, 1952,
and 60;
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Non-Patent Citations (1)
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