DE1495989A1 - Verfahren zur Polymerisation von Vinylmonomeren.Anm: W.R. Grace & Co., New York, N.Y. (V.St.A.) - Google Patents
Verfahren zur Polymerisation von Vinylmonomeren.Anm: W.R. Grace & Co., New York, N.Y. (V.St.A.)Info
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Polymerisation von Vinylmonomeren und insbesondere ein Verfahren, bei welchem eine bessere Ausbeute an Vinylpolymerern
in Form von Folien oder überzügen erzielt wird.
In der Parallelanmeldung· US Ser. No. 245 974 ist ein Verfahren
aur Herstellung von. FoIJ.ei oder Überzügen aus
rjichtfjaiäi.'örmigen Vinylmonomeren, insbesondere Aorylsäureectern.,
beschrieben, bei welchem eine Mischung aus dem Vinyli:;ont>meren und iincr katalytischen Menge einer Alur.ilr-iuri-iall.-ylverbinduiig
einem freien Sauerstoff enthaltenden Gas wie» !".'.ft ausgesetzt wirr.. Hierbei wird zwar eine hohe
Feektionfc&esehwindiiskeit erreich,;, jedoch ist die Ausbeute
an Polymeren» gering.
-C-
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1498909
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass die Ausbeuten
bei der Polymer!sation von nichtgasförmlgen Vinyltncnomsrsn
erhöht werden können, wenn man bei der Behandlung
der Mischung aus Vinylmoncnieren tsr.d einer katalytlschen
Menge einer* AluiiLiniumal^ylverbinuuttg mit einem sauerstoff
hai uigen Ghü» s.B. Luft j c'.en Sauerstoff vor Beendigung
der Polymerisation von der Mischung ausschliesst-
E:~ ward ε gebunden, das« zwar dJ a Anwesenheit von Sauerstoff
für die Einleitung der Polymer* sntirr. cr.,'ordcrli*;h ist, 'JAe
Polymerisation Jodoch riurc^ nlren C-.r^err/l.^ifiibtw&iilPULZ:
v:-rzeJ ti';; hec-ina-.it wird unci ΓρϊΥλρ; .yd■■ π.-. - lie Ausbeuten
r:i-3cir.l.v, ' le:·, b^o.. H ;<;!3C:i"; Probier I-m-ji -iuu Jetji.i'Cih über-
'..■ -.-1- "/■. rdci:··., -:r.uis -nan der. .Co.?.t?>'■;': -i-:i" .."Olj'Wi'ric.it'ioni:-
f'..";. f"3Pd >' Lf^-'iVA:*: '!buriß in Xes'~c '· 1^e /: >45Γ^ ^;-;!1 :Ό':!ϊ cc or
γϊ; "!'..nil St:.o:<:s:;off, Kohl end! ^:·; 'α :'-.ϊ· r·-. f-r-.· : et i^ : -r E^wL
g.5- wie :-·,£. Argon geei^ne:'. -ü ;>
i'l. "!^ri^.·: ςί; :ii"iu-·;: ...-.-u ■■ :'.·■
ere ksrai jotlcr beilebli^' Kohl-;rwit;·.;: ^.!,c Γ.Γ..
bei a:v'i"!ileri ^empore, tu:··1- u;-!d Y:r :K^;t. \i/ ·:;'-;■ ·'■ 'i.ri
fl'lcl-^ii-t und nicht aiii; de -,u-iicrlu a.l::y''.-;nr .\r.
ici-v ■·■!·.':
be ν spLi- .?-?<€.' ie Korean, L':-'tr·.^ ί ■'-'.■ ^-
fci'ialir, i.onr:! ur:d Te· "Iu;-J " :. - *;λ... 3.;■;■■. ;ξϊ·
90982 4/ '■ 3
149S98I
*CgL^gppp* Wachs oder .Jeder beliebige feine Pulver,
&*»$ nioht mit der Aiußinlur alkyl verbindung reagiert,
gebij[&et werden. Die Sauerstoff barriere kann in situ gebildf^
werden oder aufgebracht werden, nachdem die PoIymerieationereaktlon
duroh Kontiltt mit einem sauerstoffhaltigen
Gas eingeleitet ist. ΓΦ2 letztere Methode i^ird
beispielsweist durchgeführt, irden· das System erst freiem
Sauerstoff ausgesetzt und dann mit einer sauerstoffreien
Atmosphäre abgedeckt wird.
Die in Verbii^dung mit dem Vinylmonomerea verwendete Bezeichnuriß
"nlohtgasförmig1 bedeutet, dass das Monomere
bei normalen Temperatur- und Di ucfcbedingjngon kein Gas.,
sondern entweder flüssig oder lest ist. Unter "Vinylmonoaeren11
werfen dabei Verbindungen der Fc: ;»iel
0 = C
verstanden, worin R, W£.aserstoif oder ein ev&
Rest und E^ ein crgenlcchcr Rest sind. D.L«so V;.nylmonci.':erc
eind dsm Fachmann bekannt, und zu ihn«η .jsfc.b'reii Verbindungen
wie Acryl säure et-1 er s Vinylester, A?,lylc«ter, Vinyl«
nitrile rind rinylSthtür. Geeignc; i« Ac^yls'iureester sind s.B.
-4-
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acrylat, n-Butylacrylatj, Isobut.yl&crylat, sek.-Butylacrylat,
tert.-Butyluerylefc, n-Pentylnerylat, n-Hexylacrylat,
2-Äthylbutylacrylat, ί-Äthylhexylaerylat,
η-Heptylacrylat, n-Oetylacrylat, 3,5,5-Trimethylhexy.laorylat,
Octadeoylacrylat, Cyclopentiäacrylat, Cyclohexylacrylat,
Abltolaerylat (Mcnoraoimischung), n-Decylacryliit;,
Tridecylacrylat, 3,5i5-Trimethj Lcyclohejiylacrylat, 2-n ·
Butoxyäthyl acryl at, 2-Xthoxyäthylacrylat, jJ-Äthoxyprop.ylacrylat,
J-Methoxybutylacrylat, 2-Methoxyäthylacrylat,
Benzylacrylat, ii-Phenoxj^athylacrylatj, PhenyleoiTlat, 2-Phönyläthylacrylat,
2-Bro;aätliylacrylat, 2-Chloräthoxy-Sthylacrylat,
2-Chloräthylacrylat, 2,2,2-Trifluoräthylacrylat,
Ν,Ν-Dläthylaminoäthylecjiylefc, 1,1-Dihydroheptcfluorbuiyleorylat,
K,K-I'IirothylnmlnoHthrjlacrylnt, 2-K-Morpholinathylaciylat
und Tetrahydrofurfuryleörylat.
Andere geeignete Vinylmonomere sind z.B. Abltolmetliacrj'lati
Acrylamid, Acrylnitril, Acrylyichioridj, AllyleesigsMurf;,
Allylidendiacetat, Allylacetat, N-Allylacrylamid, Allylß-allyloxypropionat,
Allylasnin, M-Allylanilin, Allylanthranilati
Allylbenzol, Allylljerizoat* Allrflbromid, Allyln-butyrat,
Allylcarbainat, Allylchlorid,. Allylchloracctiit,
Allyl<!inr;affißt, Allylcrotonat, Ai-lylcjfejiid, Allyläfther,
Allyl-2-gthylbutyrat, Allyläthylather, Allylglylcoläther,
Allyl-n-heptanoat, Allylhexoat, Allyl-n-hexyläther. AD.ylieocyanat,
Allyllaurat, Allylrasthaorylamid, Allylmcth&oryla'.
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■ ■■■-" ~*'
.'■ ' < : ' · : '■' ■■■»·.': · ■'■■' -: ■ '■·■■'■■■· ' ■'
AlDylmyrletat, Allylootaiioat, AlXyXpalmltat, AXlylpeXtrgonat, AllyXphenoxyacetat, AXXyliOienyXao^tat, AlXyXphenyX- (
KUier, AXXyXproplonati Allylatearat, AllyltrifXuoraoetat,
AXXyXharostoff, AllyX-n-vaXeriat, Allylibovaleriat,
n-Amylaethacrylat, IeoamylmethaoryXat, B«in5ylroethaQryXat#
2-BroBJätliylieethaoryXat, 2, i'-Butoxylthylmethaorylat,
N-tert.-ButyXaorylamid, aek.-feutylnethaoryXat, IsobutyX-methaorylat, tert.-Butylnethacrylat, 2-Chloräthylroethaorylat,
N-(ParaooilorphenyX)-acrylamid, N-(ParachlorplienyX)-net))-acryltuaia, 2-Chloretyrol^ 3-Chloretyrol, 4-ChXorstyroX«
ClcnaaiyXiBetliacryXat, ß-Cyanäthyliaethacrylab, CycXohexyX-
!■ethacryXat, CyeXopentylaiethaorylat, 9-DecenyXieocyanurat,
N-recyXmethacrylat., Ν,Ν-DlalXylaoryXatald, Dlallyladlpat,
Dlglykolat, Diallylaialonat, Ν,Ν-diallylaethacrylamid, 2,5-Dlchloi^tyrol, Ν,Ν-Dläthylaorylaiaid, Ν,Ν-Dläthylaelno-
äthylmathacrylat, 1,1-DlhydroiieptafXuorbutyleethaoryXa^,
; N,N-DlmethyXamliioätliyleethaoryla*,J
2-XttaozylitlvylBetäaeryXat, Äthylendlaiethaorylat, 2-Äthyl- j
, 2-jichylhexylmetheoryXat, KthyXeeth-Furfury.üðacrylat, n-HeptylmetbaoryXat« n-
ItethaXXyXohlorld,
Methaoi'ylart.dy^KethQxybutylBiethacrylat, 2-MethoxyKthyl- „
■etiia'irylat, Methyleethacrylatijöc-MethylBtyrol, N*
(fl-Ma^'ithyli-eethacrylaiald, Octadecyleethacrylat, taoprop^X-
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methaorylat, Styrol« Tetraäthylenglykoldimethylaorylat,
3*3#S-Trim^thyloyolohexylmethacrylat, 3*5>5-Triiu»tiiylhexylmethaerylat, Vinylacetat, Vinyl-n-Butylather, Vinyllsobutyläther, Vinylbutyrat, Viryl-2-chloräthylÄther,
Vinyl-n-deoanoat, VinylMthyläther, Vinyl-2-äthylhexoat,
Vinyl-2-Hthylhexylather, Vinyljodid, Vinyllavrat, Vlnylroethaorylat, Vinyl-2-methoxyäthyläther, Vinyl-n-ootanoat, Vinyloleatj Vinylphenylaoetat, Vinylpropionat und Vlnylstearat.
Be können auch Mischungen der genannten Monomere verwendet
werden.
Unter der Bezeichnung "Aluminiumalkylverbindungen" werden
Verbindungen der allgemeinen Formel
R1—Al
verstanden« worin R ein Alkylrest (z.B. Methyl, Äthyl,
Propyl, Isopropyl, Butyl, Isobutyl, Ootyl Doceoyl etc.),
R* Wasserstoff, Chlor oder ein Alkylrest und R" Wasserstoff
oder ein Alkylrest sind, 'wobei R9 Chlor ist, wenn Rn ein
Alkylrest lit. Beispiele für die verwendbaren Aluminium«
alkylVerbindungen sind Trläthylalumlnlum, Mischungen aus
TrilthylaluBinium und Diathylalumlniumhydrid, TrIisobutyl-
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I ■ '■ ■ -7 - :
.*:.'■■ -1
aluminium, Trlinethylaluminium, QlKthylaluniiniumchlorid,
Trlcattjrialumlnlum, Tri-n-butylfLLuminium, TriisopropyliluMlnltuti, Tridodieoylalumlnium, DlKthylmethylaluninium,
DiHthylieobutjylaluminium, Piißobutyläthylaiuminium, Dikthyl<kluinlnlunÄ>rotold, Dloctylalurainiurachlorid, DidodecylaXuailnlumchloriu, Diäthylalumlnlumhydrid, DiisobutylalumlnluÄhydrid, Dioctylalumlniurahydrid und dergleichen.
Die Altunlnlumalkylverbindungen können natürlich auch in
Mischungen mitejnander elngeeetzt werden.
Die AlUDiiniumalkylverbindutig im Katalysator wird vorzugsweise in Form eine» Komplexes verwendet, z.B. als Komplex
mit gesättigten oder ungesättigten Estern einer Monocarbonetture Mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen. Beispiele solcher
komplexbildender Ester sind Xthylacetat, Äthylpropionat,
Vinylpropionat, Vinylacetat, Xthylacrylat, n-Butylaorylat,
tert.-Butylacrylat, Methylmethactrylat und dergleichen.
Der Komplex kann do hergestellt werden, dass man die
Alumlniumalkylveroindung voreb unter gutem Kühlen in
einem Molverhältnis von 1 : 1 mit dem Ester vermischt«
Durch Ve .nvendunt des Aluminiumalicyls in Form eines Komplexes wird die beim Vermischen mit dem Hauptteil des
Monomeren entstehende Re&ktionswiirme verringert und so
eine bests ?ιό Temperaturregulierung ermöglicht.
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Die verwendete Menge an Aluminiumalkyl ist nicht kritisch;
es sind bereits geringe Mengen wie 0,01 Gew. % (bezogen auf
die Gesamtmenge der Lösung) wirksam, und es k"önnen auch
Mengen bis zu 25 % verwendet werden. Die Verwendung niederer
Aiuminiumalkyle in Mengen von über 25 % ist wegen ihrer
leichten Entzündbarkeit bei diesen Konzentrationen jedoch gefährlich. Bereits Konzentrationen von 10 bis 25 % neigen
zum Rauchen. Ausgedrückt in Molprozent sind Aluminiumalkylkonzentrationen
von 0,005 bis 25 Mol-# (bezogen auf das Monomere) praktisch verwendbar, iobei ein Bereich von 0,01
bis 10 Mol-# bevorzugt wird. Es sind auch geringere Mengen als 0,005 Mol-# wirksam, Jedoch sind sie nicht zu empfehlen,
da die Polymerisationsgeschwindiskeit dann so gering werden
kann, dass bei Verwendung von flüchtigen Monomeren (z.B. Vinylacetat) eino beträchtliche Menge des Monomeren während
der Po.lymerisation durch Verdunstung verloren geht.
Die Monomermischung kann auch Füllstoffe, Farbstoffe und/ oder Pigmente enthalten, soweit diese nicht vor der Behandlung
mit einem sauerstoffhaltigen Gas mit der Monomermischung
reagieren. Ausserdem können noch 0,5 bis 5 Gew. #, bezogen auf das Gewloht des Vinylmonomeren, und vorzugsweise
1,0 bis 2,0 Gew. % eines Zusatzstoffes wie Maleinsäureanhydrid
oder substituiertes Maleinsäureanhydrid, z.B. Diohlormaleinsäureanhydrld, zur Erhöhung der Haltbarkeit
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U95989
i' Sionomeiiaisebung zugesetzt werden. 41s weiterer Zusatz
stoff k^nn zur .Erhöhung; der Ausbeute an Polymeren» Acrylsävra Xn Mengen von 0,5 bis 5*0 Gew. $>>
bezogen auf das VinyLnoncraere, verwendet werden.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher
erlä i-ert. Alle Mengenangaben beziehen sich, soweit nicht
andere vermerkt; auf Gewieftste tie oder Gewichtsprozent.
In ein mauerstoffreies, mit Serumstopfen verschlossenes
Reagenzglas, welches in einem Xüitebad aus Trockeneis und
Hep ten &uf -65 bis -75° C geh<al:en wurüe, wurden 6,3 ml
reines Dilsobutylaluminlumhydriri gegeben. Unter Durchleiten eines Stickstoffstromes wurden 5*0 ml sauerstofffreies n-Butylacrylat zugenetzt Das Glas wurde dann*
Iraner noch unter Stickstoffatmosphäre, aus dem Bad entfernt und unter leichtem Schute}η auf Raumtemperatur erwärmen lassen. In dem se gebildeten Komplex betrug das
Kolverhältnis von !Ciisobutylalundniumhydrid zu Butylacrylat
1:1. Der Komplex wurde unter Stickstoff aufbewahrt.
-10-
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Beispiel J2 .
Vergleiohaversuch
Vergleiohaversuch
In ein mit Gummistopfen verschlossenes Reagenzglas, durch
welches über Ein- und Ableitrohi'o im Stopfen zur Entfernung
des Sauerstoffes Stickstoff geleitet wurde, xfurdan 2,0
Teile Maleinsäureanhydrid gegeben. Dami wurden durch den
GuiTEolstopfen mittels einer saueratoffreien Injektionsspritze
76*5 Teile ri-But.ylacrylat und Ληεο1ιΊ.:5. essend au!
die gleiche Weise 3,5 Teile Acrylsäure und 10 Teile des
Aluroinlumalkylkcmplexes aus Beispiel 1 zv.geiseben. Die
Mischung vurde zur Hc rnogeni sieving leicht geschüttelt ur.c"
dann 0,5 ml der Mischung mitteln einer Xnjeictlon6sprit2'.&
entnommen und bei Tluuintamperatxi:· (25° C) au;' einer vorher
gewogenen, der Luft ausgesetzt3Ji Glasplatte zu einer
Schicht von etwa 0,05 mm Dicke ausgebreitet. Die Polymerisation
erfolgte sofort unter Bü.dung eines festen Überzuges.
Nach 10 Minuten wuzxle öe:* Versuch abgebrochen und
das PiOdukt bis zur Gewiohtskonjtanz getrocknet. Die Un-Wandlung
des n-Butyla?rj(lats zui.i Polymeren betrug 52 %
Beispiel 2 r/jurde wiederholt, j^ioeh wurde die Mischung voi
Entnahme der 0,5 ml-Probs aiit 2,5 Teilen Paraffinwachs
versetzt. Bei Kontakt der überzugsmasse mit der Laft wurde
-11-90982A/1 153 . :
- li -
durch die schnelle Polymerisation der grösste Teil des
Wachses aus dem Polymeren herausgedrängt und bildete auf der- Oberfläche desselben eine Schicht, welche die
mit dem entstehenden Polymeren :Ln Berührung, kommende
Säuerstoffmenge begrenzte. Dies konnte leicht dadurch
festgestellt werden, dass sich die Oberfläche des Überzuges wachsartig anfühlte und im Gegensatz zu dem festen
PolyirerUbersuß in Eeispiel 2 mit dem Pinsernagel abgekratzt werden konnte. Unter der Wachsschicht war,die
Oberfläche des Polymeren fest. EIe prozentuale Umwandlung des n-Eutylacrylats zum Polymeren betrug 37 %>
Dieses Beispiel wurde wiederholts jedoch wurden 76,5
Teile tert.-Butylacrylat anstelle von n-Butylacrylat
vor*endet: hierbei wurde eine 41 #ige Umwandlung zum
Polymeren erzielt. Der wie in Beispiel 2 durchgeführte Verffloichsversuch mit terfc.-Butylacrylat ergab eine Umwandlung turn Polymeren von 33 % ·
Das Beispiel wurde nochmals wiederholt, wobei jedoch 76,5
Teile Äthylaerylfct anstellt von n-Butylaorylat verwendet
vrurden. Die prozentuale Ummndluria zum Äthylacrylatpolymerei betrug 35 %, vergliobea mit einer Umwandlung von
im Vergleichs versuch analog Beispiel 2.
-12-
90982A/MS3
.,, . 1*95988
Bflapiej. 4
, - l
Beispiel 2 wurde wiederholt, Jedoch wurden vor Entnahme i
der 0,5 ml-Probe IC) Teile Olimrnerniehl mit eisier Teilchen-
·.'.■■
grösse von höchstens etwa 40 λι zugesetzt.
Daui Glinmermehl stieg an die Oberfläche der überzugsmasse
und richtete eich parallel zu dieser aus, wodurch der Kontakt von Sauerstoff mit dem entstehenden Polymeren
begrenzt wurde. Die Umwandlung des n-Butylacrylats zum
Polymeren betrug 59 %-
Beispiel 2 wurde wiederholt, jedoch wurde die Mischung vor
Entnahm der 0,5 ol*Probe mit 10 Teilen Heptan versetzt.
Da» Heptan wurde an der Oberfläche des Überzuges abgeschieden
und bildete dort vor der Verdunstung eine Sauerstoff barriere. Naoh dem Trocknen zur Gewiohtskonstans betrug
die prozentuale Umwandlung des n-Butylacrylats zum Polymeren J8 #.
Beispiele 6-17 «
Die nachstehend in Tabelle I zusammengestellten Beispiele
zeigen die Wirkung der iiau.ürstoffbarriere auf die Urnwa::l~
lung bei Zusatz derso.".! en r.u. verschiedenen Zeitpunkten τ ech
Einsetzen der Polymerisation an der Luft.
90982Λ/1153
Λ,
■i
In allen Beispielen erfolgte die VertHsohung wi4 in
Beispiel 2UhJiIi Verwendung von 86, ><
Teilen n-Butylaorylat,
1,48 Teilen Aoryleture^ 2,10 Teilen Maleinsäureanhydrid und
10 Teilen AiujBiniuraalkylkomplex nach Beiepiel 1. Die sauerstoff reie Mischung wurde bei Raumtemperatur (25° C) auf
einer gewogenen Platte an der Luft ausgebreitet und verschieden lange der !Polymerisation Uberiaseen. Dann wurde
die Platte mit dem Vinylmonomerüberzug duroh Aufbringen
einer Schicht aus saueratof frei ein n-Heptan oder Stickstoff
mit einer Sauerstoffbarriere versehen.
Beispiel Nr.
7 8
IC
12
13 14
15 16
Kontaktzeit der Mischung mit Sauerstoff
0,08 0,25 0,50 1,00 2,00
10,00 0,50 1,0 2,0 4,0
10,0
30,0
Art der Sauer- .,# Umwandlung
stoffbarriere 'sum Polymeren
n-Heptan/
n~Hept»n
n-Heptan
n-Hoptan
n-Heptan
n-Heptan
909824/1 153
. i '■■
33,6
51,7 48,0 53,0
51,0 40,5 67,Ö
64,0
40,0 39,0
ν I
■i'i
i- ·■!
i.
•14- ·
ptn OFUGlSlAL
- 14 -
Wie au« den Beispielen hervorgeht« hat die Sauerstoffbarriere kein· Wirkung, wenn sie nach etwa 10 Minuten
aufgebracht wird; so wurden in Beispiel 11, 16 und 17
die gleichen Ergebnisse erhalten wie in den Blindver-
suchen. Die höchsten Ausbeuten wurden erzielt, wenn die
Mischung etwa 0,5 Minuten dem Sauerstoff ausgesetzt und dann eine Sauerstoffbarriere aufgebracht wird.
Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren erhaltenen
Vinylpolymere können für die verschiedensten Zwecke verwendet werden. Beispielsweise können die Polymere
der Acrylsäureester für Papier-, Metall- und HolzUberzüge
sowie für Folien verwendet v/erden.
909824/1 153
Claims (1)
- fahren zur Polyeeriittlbn von niohtgasförtnigennhWelohem ein· Mischung auto dem nieren und einer «fcfttaly ti sehen Menge einer Alu- , !verbindung elrteei freien Sauerstoff ent-OaS auageeeiat wird, dadurch gekennzeichiliie; nan die MiBiUttng sur Einleitung der PoIydeft Sauerstoff aussetzt und v<>r fieendi-,gvtng der Polvmerieafcfcon den -Sauerstoff von der Mischung aussohliesst und die Polymerisation in Abwesenheit von Sauerstoff zu Ende führt.8. Verfahren nach Anspruch 1* dadurch gekennzeichnet, dass man den Sauerstoff ausschliesst, indem man in si tu in der Mischung Bine Sauerstoffbarriere bildet, die weitgehend aus einem inerten, sauerstoffundurchflEesigen Material besteht.-2-909824/1153BAD3· Verfahren nach Anspruch 2, daduroh gekennseiohnet, dass nan die Sauerstoffbarriere bildet« Indem man ein sauerstoffundurchlässiges Material aus der Mischung an dir OterflHche steigen lässt.4. Verfahren nach Anspruch 2, daduroh gekenn«elohnet, dass man als sauerstoffundurchlKsslges Material felnteillgen GMramer, Wachs oder einen Kohlenwasserstoff verwendet.5· Verfahren nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, case man den Snuerntoff von der Mischung auseohlleest, indem man das Polymerisat mit einer inerten Atmosphäre bedeokt.6. Verfahren nach Anspruch 5, daduroh gekennzeichnet, ease man als Inerte Atmosphäre gasförmigen Stickstoff, Kohlendioxid oder ein Edelgas verwendet.909824/1 153
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