DE1233135B - Waermevulkanisierbare Formmassen aus Acrylsaeureesterpolymerisaten - Google Patents

Waermevulkanisierbare Formmassen aus Acrylsaeureesterpolymerisaten

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DE1233135B
DE1233135B DEG37880A DEG0037880A DE1233135B DE 1233135 B DE1233135 B DE 1233135B DE G37880 A DEG37880 A DE G37880A DE G0037880 A DEG0037880 A DE G0037880A DE 1233135 B DE1233135 B DE 1233135B
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acrylamide
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acrylic acid
carbon atoms
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DEG37880A
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August Henry Jorgensen Jun
James Fredrick Stuesse
Philip Hubert Starmer
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Goodrich Corp
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BF Goodrich Corp
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L33/00Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides or nitriles thereof; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L33/04Homopolymers or copolymers of esters
    • C08L33/06Homopolymers or copolymers of esters of esters containing only carbon, hydrogen and oxygen, which oxygen atoms are present only as part of the carboxyl radical
    • C08L33/062Copolymers with monomers not covered by C08L33/06
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F10/00Homopolymers and copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L31/00Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an acyloxy radical of a saturated carboxylic acid, of carbonic acid or of a haloformic acid; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L31/02Homopolymers or copolymers of esters of monocarboxylic acids

Description

'■"■"" DEUTSCHES
UNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
C08f
O A L
Deutsche Kl.: 39 b-22/06
Nummer: 1 233 135
Aktenzeichen: G 37880IV c/39 b
Anmeldetag: 4. Juni 1963
Auslegetag: 26. Januar 1967
Die Vulkanisation von elastomeren Polymerisaten von Acrylsäureestern wird nach zahlreichen verschiedenen Verfahren durchgeführt. Als Vulkanisationsmittel für Naturkautschuk und die synthetischen Dienkautschuke werden gewöhnlich Schwefel oder schwefelliefernde organische Verbindungen eingesetzt. Als Mittel zur Vulkanisation von vollständig gesättigten Polyacrylaten mußten jedoch neue Vulkanisationsmittel gefunden werden, und es zeigte sich, daß zur Erzielung bester Ergebnisse Vulkanisationsstellen im Polymeren geschaffen werden müssen. Vulkanisierte Acrylkautschuke haben bekanntlich gewisse hervorragende physikalische und chemische Eigenschaften, z. B. gute Elastizität bei tiefen Temperaturen, Beständigkeit gegen Ozon und Öl.
Erfindungsgegenstand sind wärmevulkanisierbare Formmassen, bestehend aus
1. 1 bis 10 Gewichtsteilen Mischpolymerisat aus 75 bis 99,9 Gewichtsprozent wenigstens einer Verbindung der Formel a):
CH2 = C-COOR1
in der R ein Wasserstoffatom oder ein Alkylrest mit 1 bis 4 C-Atomen, R, ein Alkylrest mit 1 bis 8 C-Atomen oder ein Cyanoalkylrest mit 2 bis 8 C-Atomen ist, und 0,1 bis 25 Gewichtsprozent einer Verbindung der Formel b):
CH2 = C-CONHR3-O- R4
1
R2
in der R2 ein WasserstofTatom oder ein Alkylrest mit I bis 4 C-Atomen, R, ein Alkylenrest mit 1 bis 8 C-Atomen und R4 Wasserstoff oder ein Alkylrest mit 1 bis 8 C-Atomen ist, und
2. 10 bis 1 Gewichtsteil Mischpolymerisat aus 75 bis 99,9 Gewichtsprozent wenigstens einer Verbindung der Formel a) und 0,1 bis 25 Gewichtsprozent einer Verbindung der Formel c):
CH2 = C-CONH RK
in der R5 Wasserstoff oder ein Alkylrest mit 1 bis 4 C-Atomen und R6 Wasserstoff oder ein Alkylrest mit 1 bis 6 C-Atomen ist,
sowie gegebenenfalls 0,1 bis 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Polymerisatgemisch, Polyalkylenglykol. Wärmevulkanisierbare Formmassen aus
Acrylsäureesterpolymerisaten
Anmelder:
The B. F. Goodrich Company. Akron, Ohio
(V. St. A.)
Vertreter:
Dr.-Ing. A. v. Kreisler, Dr.-lng. K. Schönwald,
Dr.-Ing. Th. Meyer und Dr. J. F. Fues,
Patentanwälte, Köln, Deichmannhaus
Als Erfinder benannt:
August Henry Jorgensen jun.,
James Fredrick Stuesse,
Philip Hubert Starmer, Avon Lake, Ohio
(V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 4. Juni 1962 (199 638)
Die erfindungsgemäßen Formmassen können ohne jegliches Vulkanisationsmittel vulkanisiert werden und haben dennoch lange Lagerbeständigkeit im unvulkanisierten Zustand und sind in dieser Hinsicht anderen Acrylkautschuken überlegen. Sie lassen sich sehr leicht auf dem Walzenmischer verarbeiten. Ferner ist es hier nicht erforderlich, giftige und unangenehm riechende Vulkanisationsmittel zu verwenden, die im allgemeinen bei der Herstellung von Kautschukmischungen gebraucht werden. Die vulkanisierten erfindungsgemäßen Formmassen haben außerordentlich hohe Beständigkeit gegen Wasser und Öl und Elastizität bei tiefen Temperaturen. Im Gegensatz zu den meisten bekannten vulkanisierten Acrylpolymerisaten widerstehen sie in Gegenwart von Metallen der Korrosion.
Zu den Acryjsäureestern der Formel a) gehören
Methylacrylat, Äthylacrylat, die Propylacrylate, die Butylacrylate, die Amylacrylate, die Hexylacrylate, Cyclohexylacrylat, die Heptylacrylate und die Octylacrylate; Λ-Cyanoäthylacrylat, Λ-Cyanomethylacrylat, /f-Cyanoäthylacrylat, λ-, β- und y-Cyanopropylacrylat, die Cyanobutylacrylate, die Cyanoamylacrylate, die Cyanohexylacrylate und die Cyanoheptylacrylate; Methylmethacrylat, Äthylmethacrylat, die Propyl-
609 759.M45
3 4
methacrylate, die Butylmethacrylate, die Amylmeth- Es hat sich ferner als vorteilhaft erwiesen, in die
acrylate, die Hexylmethacrylate, Cyclohexylmeth- erfindungsgemäßen Polymermischungen ein PoIy-
acrylat, die Heptylmethacrylate und die Octylmeth- alkylenglykol in einer Menge von 0,1 bis 5 Gewichts-
acrylate; oc-Cyanomethylmethacrylat, Λ-Cyanoäthyl- teilen pro 100 Gewichtsteile Polymerisat einzuarbeiten,
methacrylat, /J-Cyanoäthylmethacrylat, die Cyanopro- S Vulkanisate, die diese Polyalkylenglykole enthalten,
pylmethacrylate, die Dicyanopropylmethacrylate, die sind hinsichtlich der Wärmealterung Vulkanisaten
Cyanobutylmethacrylate, die Cyanocyclohexylmeth- überlegen, die die Polyalkylenglykole nicht enthalten,
acrylate und die Cyanoheptylmethacrylate. Bevorzugt Geeignete Polyalkylenglykole sind Polymethylenoxyd-
werden die Alkyl- und Cyanoalkylacrylsäureester, in glykol, Polyäthylenoxydglykol. Polypropylenoxydgly-
denen der Alkylrest 1 bis 4 C-Atome enthält. io kol, Polytetramethylenoxydglykol und ganz allgemein
Zu den Monomeren der Formel b) gehören N-Me- Glykole der allgemeinen Formel
thylolacrylamid, N-Äthanolacrylamid, N-Propanol- HO-i R O^ H
acrylamid, N-Methylolmethacrylamid und N-Äthanol- "^ 7 ~ ~~>»
methacrylamid. in der R7 ein Alkylenrest mit 1 bis 8 C-Atomen und η
Zu den Monomeren der Formel c) gehören Acryl- 15 eine ganze Zahl von mehr als 1 ist. Bezüglich einer ein-
amid, N-Methylacrylamid, N-tert.-Butylacrylamid, gehenderen Beschreibung der üblichen Polyalkylen-
N - Cyclohexylacrylamid, Methacrylamid, N - Äthyl- glykole siehe K i r k und O t h m e r, »Encyclopedia of
acrylamid. Chemical Technology«, Interscience Encyclopedia,
Die Komponente 1 und die Komponente 2 werden Inc., New York, Bd. 7, insbesondere S. 257 bis 263.
durch übliches Vermengen der Latizes, durch Zu- 20 Üblicherweise stellt man die einzelnen Mischpoly-
sammengeben auf dem Mischwalzwerk, im Banbury- meren in Latexform her und mischt die Latizes vor der
Mischer oder auf andere übliche Weise gemischt, und Koagulierung des Polymeren. Bei der Herstellung der
die erhaltenen Mischungen werden in Formen bei er- Latizes verwendet man zweckmäßig Emulgator- und
höhter Temperatur vulkanisiert, wobei Vulkanisate Stabilisatorsysteme, die verträglich sind, so daß die
erhalten werden, die alle erwünschten Eigenschaften 25 Latizes bei der Vermischung nicht beginnen zu koagu-
von vulkanisiertem Kautschuk aufweisen, nämlich gute Heren. Mit anderen Worten, die in den einzelnen
Zugfestigkeit, gute Dehnung und geringen Formände- Mischpolymerlatizes anwesenden Emulgatoren und
rungsrest sowie darüber hinaus ausgezeichnete ölbe- sonstigen Mittel müssen miteinander verträglich und
ständigkeit, Alterungseigenschaften in der Wärme und sollten vorzugsweise von der gleichen Art sein, also
Elastizität bei tiefen Temperaturen. 30 entweder anionisch, kationisch oder nichtionogen. Die
Die erfindungsgemäßen Formmassen sind selbst- richtige Wahl und Anwendung dieser Mittel ist dem vulkanisierend. Mit anderen Worten, es ist nicht erfor- Fachmann auf dem Gebiet der Latexpolymerisation derlich, den erfindungsgemäßen Polymermischungen vertraut. Zwar werden im allgemeinen anionische zur Vulkanisation Vulkanisationsmittel zuzusetzen. Emulgatoren bevorzugt, jedoch können auch kationi-Natürlich können im Rahmen der Erfindung andere 35 sehe Emulgatoren oder Gemische entweder eines anZusätze, die bei der Herstellung von Kautschuk- ionischen oder eines kationischen Emulgators mit mischungen üblich sind, zugegeben werden, beispiels- einem nichtionogenen Emulgator verwendet werden, weise Pigmente, Füllstoffe, Gleitmittel und Farbstoffe. In den folgenden Beispielen sind die Mengen der
Die Herstellung von Interpolymeren eines niederen Bestandteile als Gewichtsteile aufzufassen, falls nicht
Acrylsäureester, eines olefinisch ungesättigten Alkylol- 40 anders angegeben.
amids und eines olefinisch ungesättigten Amids mit „ . . . ,
wenigstens einem Wasserstoffatom am Amidstickstoff f Herstellung der Ausgangsprodukte,
ergibt ein Produkt, das sich in üblicher Weise nur auf die mer J«"1 Sc^ beansprucht wird,
schwierig auf dem Mischwalzwerk verarbeiten und und Vergle.chsversuche
mischen läßt, weil dieses Produkt während der Poly- 45 Polymere wurden nach folgendem Rezept herge-
merisation eine gewisse Vernetzung erfährt. Zwar stellt:
finden Produkte dieser Art zahlreiche Anwendungen Wasser 200
als Überzugs- und Imprägniermassen, wobei sie in Natriumdodecylbenzolsulfonat 1,5
Lösung oder Dispersion in flüssigen Medien verwendet Natriumnaphthalinsulfonat 0,3
werden, jedoch finden sie als solche nur begrenzte Ver- 50 Na2S2O4 0,05
wendung als Kautschuk oder Gummi, da ihre Alte- Ammoniumpersulfat 0,2
rungseigenschaften in der Wärme schlecht sind. Ver- Monomere 100,0
arbeitet man das Interpolymere eines niederen Acrylsäureester und eines olefinisch ungesättigten N-Alky- Man gab die ersten vier Bestandteile zusammen in lolamids zu einer Mischung und macht den Versuch, 55 einen Reaktor, erhöhte die Temperatur auf 500C, verdiese durch Heizen zu vulkanisieren, so werden drängte die Luft mit Inertgas, wie Stickstoff oder schlechte Produkte erhalten, die niedrige Ursprung- Kohlendioxyd, aus dem System und gab die gemischten liehe Dehnung aufweisen und bei längerer Alterung Monomeren langsam über einen Zeitraum von etwa in der Wärme sehr instabil sind. Stellt man ferner 4 Stunden zum Reaktionsgemisch, während die Tem-Mischungen auf der Grundlage eines Interpolymeren 60 peratur bei 500C gehalten wurde. Erhalten wurde ein eines niederen Acrylsäureester und eines olefinisch Latex der gewünschten Polymerzusammensetzung,
ungesättigten Amids mit wenigstens einem Amid- In einem Parallelversuch gab man nur einen Teil des wasserstoffatom her und versucht, die Mischungen Wassers und den gesamten Katalysator zu Beginn in den durch Heizen allein zu vulkanisieren, so findet wenig Reaktor und setzte eine wäßrige Emulsion der ober- oder überhaupt keine Vulkanisation statt, und das 65 flächenaktiven Mittel und der Monomeren im restwärmebehandelte Produkt behält zum größten Teil die liehen Wasser langsam über einen Zeitraum von etwa gleichen physikalischen Eigenschaften, wie sie das ur- 4 Stunden unter den gleichen Reaktionsbedingungen sprüngliche Interpolymere zeigte. dem Polymerisationsgemisch zu.
Auf die vorstehend beschriebene Weise wurden Polymere folgender Zusammensetzung hergestellt:
Äthylacrylat
N- Methylolacryiamid
Acrylamid
97,2
2,8 Die erhaltenen Produkte hatten nach Vulkanisation für 30 Minuten bei 1540C und Tempern für 24 Stunden bei 1490C folgende physikalischen Eigenschaften:
96,5
Hergestellt wurden ferner ein Terpolymeres (III) aus 97% Äthylacrylat und 3% N-Methylolacrylamid plus Acrylamid mit einem Molverhältnis von N-Methylolacrylamid zu Acrylamid von 1,4:1 sowie eine vierte Masse (D), bestehend aus einem Latexgemisch von 2,7 Teilen Mischpolymerisat A und 1 Teil Mischpolymerisat B folgender durchschnittlicher Zusammensetzung:
Äthylacrylat 97,0
N-Methylolacrylamid plus Acrylamid 3,0
Molverhältnis N-Methylolacrylamid zu
Acrylamid 1,5:1
Jedes der Mischpolymeren I bis III bzw. das Polymerengemisch D wurde koaguliert, indem der Latex in eine wäßrige NaCl-Lösung gegeben wurde (auch Methanol könnte verwendet werden). Die Polymeren wurden getrocknet und dann einzeln auf dem Walzenmischer nach folgendem Rezept zu Mischungen verarbeitet :
Polymerisat 100
FEF-Ruß 40
Stearinsäure 1,0
5 Zugfestigkeit, kg/cm2 ....
Dehnung, %
Durometerhärte A
Formänderungsrest
I II III D
105
190
71
29
52,5
710
60
32
123
350
60
33
109
310
63
27
Die Vulkanisate hatten nach 70stündiger Alterung an der Luft bei 177° C folgende physikalischen Eigent5 schäften:
Zugfestigkeit, kg/cm2..
Änderung der Zugfestigkeit, %
Dehnung, %
Änderung der Dehnung,
/o
I 39 II 21 III
-63
350
-60
610
14
+84 -14 -89
800
+129
Beispiel 1 und Vergleichsversuch
Auf die vorstehend beschriebene Weise wurden eine Reihe von Mischungen von erstens Äthylacrylat-N-Methylolacrylamid-Mischpolymeren und zweitens Äthylacrylat- Acrylamid-Mischpolymeren hergestellt, die folgende Zusammensetzung hatten:
Äthylacrylat
N-Methylolacrylamid plus Acrylamid
Molverhältnis N-Methylolacrylamid zu Acrylamid.
N-Methylolacrylamid
A 1 B C D E
97 97 97 97 97
3 3 3 3 3
1 ,5: 1,5 1,5 1 2
Mischung A
2,7 Gewichtsteile Mischpolymerisat (I) und
1 Gewichtsteil Mischpolymerisat (H)
(vgl. erste Tabelle).
Mischung B
Mischung A.
Mischung C
Mischung A.
Mischung D
1,80 Gewichtsteile Mischpolymerisat (I) und
1 Gewichtsteil Mischpolymerisat (II).
Mischung E
3,69 Gewichtsteile Mischpolymerisat (I) und
1 Gewichtsteil Mischpolymerisat (II).
97,2
Mischung F
reines Mischpolymerisat (I).
Die Mischung F stellt einen Vergleichsversuch dar. Die Mischungen wurden mit Ruß, Stearinsäure in den obengenannten Mengen sowie mit der nachstehend genannten Menge eines Polyäthylenglykols mit einem Molekulargewicht von etwa 4000 zu Gemischen verarbeitet.
50 Polyäthylenglykol .. A B I C D E F
0,5 2,0 5,0 2,0 2,0 2,0
Nach Vulkanisation für 30 Minuten bei 1540C und 24stündigem Tempern bei 149° C hatten die Vulkanisate folgende Eigenschaften:
Zugfestigkeit, kg/cm2
Dehnung, %
Durometerhärte A
Formänderungsrest
Nach Alterung an der Luft für 70 Stunden bei 177°C:
Zugfestigkeit, kg/cm2
Änderung der Zugfestigkeit, %
Dehnung, °/0
Änderung der Dehnung, %
A B C D E
105 98 88 109 105
280 310 310 300 250
65 60 63 62 63
28 27 30 24 26
21 70 91 77 84
-35 -29 +4 -29 -20
400 350 390 330 290
+43 + 13 +26 +10 +16
angebrannt ließ sich nicht
formen
desgl.
desgl.
Beispiel 2 und Vergleichsversuch
Auf die vorstehend beschriebene Weise wurde ein Latexgemisch G hergestellt aus 2,04 Gewichtsteilen eines Terpolymeren von 91% Äthylacrylat, 6°/0 n-Butylacrylat und 3°/0 N-Methylolacrylamid und 1 Gewichtsteil eines Terpolymeren aus 91% Äthylacrylat, 6% n-Butylacrylat und 3% Acrylamid bei einem Molverhältnis von N-Methylolacrylamid zu Acrylamid von 1,5:1. Ebenfalls auf die vorstehend beschriebene Weise wurde als Vergleich ein Tetrapolymeres H aus 90°/0 Äthylacrylat, 6% n-Butylacrylat, 2,667 % N-Methylolacrylamid und 1,333% Acrylamid hergestellt.
Das Gemisch G bzw. das Polymere H wurde koaguliert, getrocknet, zu Mischungen verarbeitet und vulkanisiert, wie vorstehend beschrieben. Die folgenden Ergebnisse wurden erhalten:
Zugfestigkeit, kg/cm2
Dehnung, %
Durometerhärte A
Formänderungsrest
Nach Alterung für 70 Stunden
an der Luft bei 177°C:
Zugfestigkeit, kg/cm2
Änderung der Zugfestigkeit,
0/ /0
Härte
Änderung der Härte, %
116
180
64
26
56
-51
64
20
105
300
60
33
31,5
-68
63
+3
35
Beispiel 3
2,5 Gewichtsteile eines Mischpolymerisats aus 86% Äthylacrylat, 10% n-Butylacrylat und 4% n-Butoxymethylacrylamid und 1 Gewichtsteil eines Mischpolymerisats aus 86% Äthylacrylat, 10% n-Butylacrylat und 4% Acrylamid wurden gemischt; das Verhältnis von n-Butoxymethylacrylamid zu Acrylamid betrug im Produkt 2,5 : 1. Die Mischung wurde auf die in den vorstehenden Beispielen beschriebene Weise 30 Minuten bei 1540C vulkanisiert. Das Vulkanisat hatte eine Zugfestigkeit von 105 kg/cm2 und nach 70stündigem Altern bei 177°C eine Zugfestigkeit von 123 kg/cm2.
Beispiel 4
Man stellte einen Latex, wie in den vorstehenden Beispielen beschrieben, her aus 1 Gewichtsteil eines Mischpolymeren aus 82% n-Butylacrylat, 15% 2-Cyanoäthylacrylat und 3% Acrylamid und 1,42 Gewichtsteilen eines Copolymeren aus 82% n-Butylacrylat, 15% 2-Cyanoäthylacrylat und 3% N-Methylolacrylamid.
Die Latexmischung enthielt Acrylamid und N-Methylolacrylamid im Molverhältnis von 1:1.
Die Polymermischung wurde auf die vorstehend beschriebene Weise koaguliert, getrocknet und mit Ruß und Stearinsäure zu einer Mischung verarbeitet, die nach Vulkanisation für 30 Minuten bei 154° C und Tempern für 24 Stunden bei 149 0C folgende physikalischen Eigenschaften hatte:
Zugfestigkeit, kg/cm2 42
Bruchdehnung, % 600
Durometerhärte A 42
Sprödigkeitstemperatur gemäß ASTM
D 746:
Kältebruchfest -34°C
Versprödet -37°C
Versprödungstemperatur —37 0C
Stunden bei 149°C in ASTM-Ol Nr. 1:
Zugfestigkeit, kg/cm2 42
Änderung der Zugfestigkeit, % 0
Bruchdehnung, % 720
Änderung der Dehnung, % +20
Durometerhärte A 39
Härteänderung (in Punkten) —3
Volumenänderung, % +3,3
Patentanspruch:
Wärmevulkanisierbare Formmassen, bestehend aus
1. 1 bis 10 Gewichtsteilen Mischpolymerisat aus 75 bis 99,9 Gewichtsprozent wenigstens einer Verbindung der Formel a):
CH2 = C — COOR1
in der R ein Wasserstoffatom oder ein Alkylrest mit 1 bis 4 C-Atomen, R1 ein Alkylrest mit 1 bis 8 C-Atomen oder ein Cyanoalkylrest mit 2 bis 8 C-Atomen ist, und 0,1 bis 25 Gewichtsprozent einer Verbindung der Formel b):
CH2 = C — CONHR3 — O — R4
in der R2 ein Wasserstoffatom oder ein Alkylrest mit 1 bis 4 C-Atomen, R3 ein Alkylenrest mit 1 bis 8 C-Atomen und R4 Wasserstoff oder ein Alkylrest mit 1 bis 8 C-Atomen ist, und
2. 10 bis 1 Gewichtsteil Mischpolymerisat aus 75 bis 99,9 Gewichtsprozent wenigestens einer Verbindung der Formel a) und 0,1 bis 25 Gewichtsprozent einer Verbindung der Formel c):
CH2 = C-CONHR6
I
R5
in der R5 Wasserstoff oder ein Alkylrest mit 1 bis 4 C-Atomen und R6 Wasserstoff oder ein Alkylrest mit 1 bis 6 C-Atomen ist,
sowie gegebenenfalls 0,1 bis 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Polymerisatgemisch, Polyalkylenglykol.
609 759/445 1 67 © Bundesdruckerei Berlin
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