DE1520717A1 - Verfahren zur Herstellung von Alkydharzen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von AlkydharzenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Herstellung chemisch widerstandsfester Alkydharze.
Auf übliche Weise erhält man durch Umsetzen eines mehrwertigen Alkohols mit Phthalsäureanhydrid oder
einer Fettsäure nur wenig gegen Säuren und Basen widerstandfähige Alkydharze. Behandelt man Farben oder
Firnisse, die diese Alkydharze enthalten und auf Metallplatten aufgebracht sind, mit einer verdünnten wäßrigen
Säure- oder Baselösung, so bilden sich in dem Farboder Firnisüberzug sehr schnell Blasen und anschließend
Sprünge und Risse.
Gremäß der Patentanmeldung S 68 557 IVb/39c erhält
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man Alkydharze mit beachtlich verbesserten Eigenschaften, wenn man von Epoxyalkylester von Monocarbonsäuren,
insbesondere von Epoxyalkylestern gesättigter, in(A"Stellung verzweigter, aliphatischer Monocarbonsäuren,
ausgeht, und diese mit mehrwertigen Garbonsäuren oder deren Anhydride^ umsetzt.
Es wurde nun festgestellt, daß man die chemischen Eigenschaften der Alkydharze weiterverbessern kann,
wenn die (Zahl der Carboxygruppen in den Hauptketten
begrenzt ist, und die Bruchstücke dieser Ketten von verschiedenen Monomeren abgeleitet, teilweise durch
Ätherbindungen verknüpft sind. Diese letzteren sind weniger reaktionsfähig als die Carboxygruppenj die
Begrenzung der Zahl der Carboxygruppen beeinträchtigt
das hydrolytische Spalten der Alkydharzmolekule.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Alkydharzen durch Umsatz von mehrwertigen Carbonsäuren
oder deren Anhydriden mit mehrwertigen Alkoholen, wobei auch Epoxyalkylester von Monocarbonsäuren
an der Reaktion teilnehmen können, und wobei mindestens ein Teil der mehrwertigen Alkohole als Produkte der
Reaktion von Epoxyalkylestern von Monocarbonsäuren mit aliphatischen, cycloaliphatlschen oder aromatischen
mehrwertigen Hydroxyverbindungen, oder Produkte des
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Umsatzes von Monocarbonsäuren mit Polyepoxyverbindungen
erhalten worden sind.
Die bei der"Herstellung der Zwischenprodukte verwendeten
Polyepoxyverbindungen können von verschiedener
Art sein. Sie können zwei oder mehr Bpoxygruppen oder Oxyranringe enthalten. Die Epoxygruppen können
als Endgruppen in einer Kette oder andererseits in einer Stellung sein» in der beide Kohlenstoffatome
des Oxyranringes außerhalb dieses Ringes mit Kohlenstoffatomen verbunden sind. Die Epoxygruppen können
an Verbindungen von aliphatischen, cycloaliphatisehen
oder aromatischen Typ oder an einen gemischten Typ z.B. an Verbindungen von aliphatischen und aromatischen
Typ geknüpft sein.
Die die verschiedenen Epoxygruppen miteinander verbindenden Kohlenstofffcetten können durch andere
als Kohlenstoffatome, z.B. durch Sauerstoffatome
oder auch andererseits durch zweiwertige oder mehrwertige Gruppen unterbrochen sein.
Es werden die Di-(epoxyalkyl)-diäther von mehrwertigen Hydroxyverbindungen bevorzugt, insbesondere
die Di-Cepoxyalkyli-diather der mehrwertigen
Phenole wie Diphenylolmethan, Diphenylolathgn,. Di-
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BAD ORIGINAL
BAD ORIGINAL
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phenylolpropan, Diphenylolsulfon, Hydrochinon»
Resorzin, verschiedeneDihydroxydiphenyle und Dihydroxynaphthaline
und Novolake und Resole, die durch
Kondensation von Phenol und Formaldehyd hergestellt worden sind. Die Epoxyalkylgruppen sind im allgemeinen
Glyaidylgruppenj es sind jedoch auch andere Epoxyalkylgruppen,
wie 2,3-Epoxybutyl-> 3,4-Epoxybutyl-,
2,3-Epoxyhexyl-, 2,3-Epoxy-4-phenylootyl-, 1-Xthyl-2,3-epoxyhexyl-,
2,3-Epoxy-4,5-diäthyldodecyl- und Epoxycyclohexylgruppen ebenfalls möglich·
An Stelle von Di-(epoxyalkyl)_diäther von mehrwertigen Hydroxyverbindungen kann man auch PoIy-(epoxyalkyl)polyäther,
z.B. Tri-(epoxyalkyl)-triäther von mehrwertigen Hydroxyverbindungen verwenden.
Andere sehr geeignete Äther.sind die Di-(epoxyalkyl)-diäther,
im allgemeinen Poly-(epoxyalkyl)polyäther von aliphatischen mehrwertLgen Hydroxyverbindungen,
wie verschiedene Glykole, Äthylenpolyglykole, Glycerin,
Trimethylolpropan und Pentaerythrit. Es sollen auch die
Di-(epoxyalkyl)äther erwähnt werden, d.h. Äther, in denen zwei Epoxyalkylgruppen miteinander nur durch
ein einzelnes Sauerstoffatom verbunden sind.
Weitere brauchbare Diepoxyverbindungen sind oxydierte Diene, wie 1,2-5,6-diepoxyhexan und Verbin-90 9-8 46/1165 .
düngen, die zwei epexyoxydierte Zyklohexanringe
enthalten, z.B.
0 -
Die Monocarbonsäuren sind im allgemeinen aliphatische
Verbindungen, obwohl cycloaliphatische und
aromatische Monocarbonsäuren ebenfalls verwendet werden können. Von den aliphatischen Monocarbonsäuren
sind insbesondere diejenigen mit mindestens 8 und nicht'
mehr als 20 Kohlenstoffatomen im Molekül von Bedeutung. 'Sowohl gesättigte als auch ungesättigte Monocarbonsäuren
sind zur Verwendung geeignet. Die ungesättigten Fettsäuren wie Oleinsäure, linolsäure,
'Linolensäure und diejenigen, die man durch Verseifen
von dehydratisiertem Rizinusöl erhält, können dem Endprodukt lufttrocknende Eigenschaften vermitteln
oder zu solchen Eigenschaften beitragen. Man verwendet gesättigte Monocarbonsäuren, wie Oaprinsäure,
Laurinsäure, Palmitinsäure und Stearinsäure,-wenn
man Alkydharze herstellen möchte, die durch Erhitzen
in G-egenwart von gewissen "anderen Harzen, wie Harnstpff-iOrmaldehyd-,
Melamin-Formaldehyd-und Phenol-Formaldehyd-harzen
gehärtet werden können und die als Einbrennlacke verwendet werden sollen. Besonders
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sollen die gesättigten aliphatischen Monocarbonsäuren erwähnt werden, bei denen die Carboxygruppe direkt an ein
tertiäres oder quaternäres Kohlenstoffatom gebunden ist, da die Verwendung dieser Säuren zu Alkydharzen führt, die
bessere mechanische und chemische Eigenschaften und eine hervorragende Farbe besitzen.
Die gesättigten aliphatischen Monocarbonsäuren kann man sehr gut durch Umsetzen von Olefinen mit mindestens 3 Kohlenstoffatomen
im Molekül mit Kohlenmonoxyd und Wasser erhaltene Diese Reaktion verläuft in Gegenwart eines Säurekatalysators
ZmB. Phosphorsäure, Schwefelsäure und Komplexen von
Phosphorsäure mit Borfluorid und Wasser. Andere wichtige Carbonsäuren erhält man aus Alkenen oder Alkineri, Kohlenmonoxyd
und Wasser in Gegenwart eines nickel- oder kobalthaltigen Katalysators nach dem Reppe-Verfahren und anderen»
Bpoxyalkylester der Monocarbonsäuren können nach dem
Verfahren der Patentanmeldung S 68 556 IVb/i2o hergestellt werden,, Obwohl Glycidylester bevorzugt werden, können auch
andere Epoxyalkylester, z.B. mit wie oben erwähnten Epoxyalkylgruppen
verwendet werden«
Die als Ausgangsstoffe zur Herstellung der Zwischenprodukte verwendeten mehrwertigen Hydroxyverbindungen können z<
> B. auch die oben erwähnten Phenole sein; man kann jedoch auch
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Ton mehrwertigen Alkoholen,· wie den oben erwähnten, ausgehen»
Die Reaktion sswischen.Polyepoxyverbindungen und Monocarbonsäuren
und die Reaktion zwischen Epoxyalkylester der Monocarbonsäuren und den Polyhydroxyverbindungen verläuft
bei erhöhter Temperatur, im allgemeinen zwischen 80 und 2200O, insbesondere zwischen 14-0 und 18O0O. Zur Beschleunigung
der Reaktion kann man in die Reaktionsmischung auch für diesen Reaktionstyp bekannte Katalysatoren einarbeiten,
wie Alkalihydroxyde und starke organische Basen, z.B. quastemäre Ammoniumbasen, Amine, insbesondere tertiäre
Amine, oder saure Verbindungen wie Phosphorsäure, Sulfonsäuren, Friedel-Kraft's Katalysatoren (Lewissäuren) wie
BF- gegebenenfalls in Form eines Komplexes, z.B. mit einem
Äther oder einem Amin, oder gewisse Tone, wie Betonit
oder Montmorillonit, oder synthetische Zubereitungen aus Kieselsäure und Tonerde oder Ionenaustauschharze. Nehmen
Phenole oder deren Glycidyläther an der Reaktion teil, so
sind, die wirksamsten Katalysatoren Alkali. In den meisten
anderen Fällen werden saure Katalysatoren, z.B. Lewissäuren,
Phosphorsäuren oder die oben erwähnten unlöslichen Katalysatoren bevorzugt. Da die unlöslichen Katalysatoren leicht
aus dem mehrere hydroxylgruppenhaltigen Produkt durch Filtration
entfernt werden können, haben sie keinen Einfluß auf die Eigenschaften des Endproduktharzes. Während der Re-
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SAD ORIGINAL .
SAD ORIGINAL .
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aktion kann gegebenenfalls ein lösungsmittel vorliegenj
inerte lösungsmittel wie Xylol und Benzol sind insbesondere geeignet.
Die Eeaktionsmischungen, in denen die Zwischenprodukte gebildet wurden f können sofort zur Herstellung von Alkylharzen
ohne vorherige Abtrennung der Zwischenprodukte aus diesen Mischungen verwendet werden, obgleich diese Zwischenprodukte
gegebenenfalls abgetrennt werden können.
Die Zwischenprodukte oder die zwischenprodukthaltigen Eeaktionsmischungen werden mit mehrwertigen Carbonsäuren
oder deren Anhydriden zu den Alkydharzen umgesetzt. In den meisten Fällen wird insbesondere wenn die Zwischenprodukte
nur zwei freie Hydroxylgruppen im Molekül enthalten, ein
Polyol wie Glyzerin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit, oder
1,2,6-Hexantriol in die Mischung eingearbeitet«
Beispiele mehrwertiger Carbonsäuren sind Malonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Azelainsäure,
Sebazinsäure, Maleinsäure, !Fumarsäure, Phthalsäure, Tetrahydrophthalsäuren
Isophthalsäure, Terephthalsäure, Hexahydrophthalsäuren
Di (carboxy-methyl )äth.er (diglycolic acid) und dimerisierte Fettsäuren von trocknenden Ölen, wie Sojabohnenöl.
Beispiele geeigneter Dicarbonsäureanhydride sind die Anhydride vofa Bernsteinsäure, Glutarsäure, Maleinsäure,
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Phthalsäure-, Eetrahydrophthalsäure oder Hexahydrophthalsäuren
ebenso wie Dlels-Alder-Addukte von. Maleinsäureanhydrid
mit verschiedenen Dienen, z.B. den Terpenen, Zyklopentadien
und Hexachlorcyclopentadien·
Di· Eeaktiön aur Herstellung der Alkydharze ist tine
Veresterung,, und wird bei Veresterung·temperaturen durdhge-
*:-:"Ä#.-'!^W«iWi''tii4\ÄllÄeliein- im Bereioh von 180 bi*
gehalten* ktum aber in beeondere« fällen auoh auler-
dieiee Bereiches liegen.
Die erfindungsgemäß hergestellten Alkydharze werden
nach dem. bekannten Verfahren zu Farben, lacken und Firnissen verarbeitet, wobei Bestandteile wie Pigmente, Verdünnungsmittel
, Trockner, Phenolformajfldehyd-Harnstof£ormaldehyd-
und Melaminformaldehydharze gegebenenfalls zugesetzt werden· Farben, Laoke und Firnisse mit diesen Alkydharzen angesetzt,
zeigen hervorragende Widerstandsfähigkeit gegen ve.rsohiedene
öhemikalien und haben hervorragende mechanische Eigenschaften,
Sie können sowohl hart als auch flexibel sein und liefern Überzüge mit gutem Haftvermögen, die weniger leicht
als die Überzüge der üblichen Alkydharze zerstört werden.
Das Ausgangsmaterial ist eine Mischung von GKLycidyl-
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BADORiGJNAL
BADORiGJNAL
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estern von Monocarbonsäuren, wobei die letzteren 9 bis 11 Kohlenetoffatome im Molekül enthalten und in(X«8teilung verzweigt
sind· Die Säuren erhält man durch Reagierenlassen von ilkenen mit 8 bis 10 Kohlenstoffatomen im Molekül mit
lohlenmonoiyd und Wasser in Gegenwart eines H-PO , BF, und
Wasser enthaltenden Katalysator· Duroh Uatetien der Natriumsalie
der Monocarbonsäuren mit Spiohlorhydrin werden die
Salze in die Glycidyl·eter umgewandelt. -
Man misoht 145 g (JlyoidyleBter unter einer sauerstofffreien
Stickstoffeohicht mit 57 g Diphenylolpropan, 100 mg
ITaOH und 12 g Xylol. Die Misohung hält man 3 Std* bei 1600O.
Danaoh beträgt die Zahl der Epoxyäquivalente pro 100 g 0,029.
Nachdem man 17 g fflyoerin und 74 g Phthalsäureanhydrid
zu der Miaohung hinzugegeben hat, steigert nan die Temperatur
und hält aie zwei Stunden zwischen 240° und 25O0O unter
azeotropem Entfernen von Wasser. Die Säurezahl fällt auf
8,3· Das Produkt wird dann mit einem Harnstoff-formaldehydharz im Gewichtsverhältnis 70130 gemischt und mit litanweiß
pigmentiert. Die Mischung wird auf dünne Stahlplatten aufgebracht und 30 Min. bei 150° gebrannt. Die Filme haben folgende
Eigens cliaf ten.
Stifthärte (pencil hardness) 4H
Biegungsvermögen (Dornbiegeprobe) 6,35 mm 0/4 inch).
Widerstandsfähigkeit gegenüber Essigsäure (5$) nach 5 Tagen 10 = nicht angegrif-
- fen
909846/1165 j
BADORIÖfNAl»
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Widerstandsfähigkeit gegenüber HaOH
(5fS) naoh 5 Sagen . ' 8 33 = gut, zahlrei-
• . ehe aber sehr kleine
Bläschen
Widerstandsfähigkeit gegenüber H9SCh
(5p) Sftoh 5 Sagen 10. « nicht angegriffen
Bai .'.verwendete Ausgangsmaterial ist eine Mischung von
Moneearbonsäuren, wie im Beispiel 1, und das Eeaktionsprodukt
von p, p'-Sipbenylolpropan mit Epichlorhydrin· Das Eeaktioniproaukt
enthält hauptsäohlieh den Mglyöidyläthsr von
Diphenylolpropan, kann aber auch Yerbin&ungen folgender
formel enthalten
CH, OH-
,3 ,3
Ho^ra0Ho/Λ0ί.«0--0H9«0H-0Ho-Ö7v,«Cί;H>.-0- Gf-En -0-OH5-CH - CH9
\Z / Z ·- ο 4 ι ο 4 I η ο 4 ι ο 4 \ /
• 0 OH5 0H OH3 0
wobei a ein® niedere ZaIiI ist.
Man mieoht 120 g Monocarbonsäuren unter einer sauerstoff
freien Stickstoffschicht mit 137 g des besagten Eeaktionsprodukt·
und 6 g Xylol« Die erhaltene Mischung hält man
2. Std. bei 2000C· Dann werden 100 mg NaOH zugegeben und
die Temperatur für eine weitere Stunde auf 2000C gehalten.
Daraufhin werden 42 g Phthalsäureanhydrid in die Mieohung
eingeführt und die !Temperatur auf 250 bis 2600O
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BAD ORIGINAL
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erhöht. Naoh Durchführung des Verfahrene während weiterer
4 Sid. bei der letzten Temperatur beträgt die Säuraiahl
des Produktes 4e
Man stellt auf die in Beispiel 1 beschrieben« Art
eine Zubereitung aus dem erhaltenen JLlkydhari a«re bringt
die Zubereitung auf Stahlplatten auf und brennt tie ein«
Bei der Prüfung der Lackfilme erhält man folgende Ergebaieee«
Stifthärte 4 H
Biegereraögen 6,35 mm (1/4 inoh)
Widerstandsfähigkeit gegenüber
5 ffcLger Essigsäure naoh 5 Sagen 9 1/2 (im wesentli
chen &ioh-|
)
Wideretandefähigkeit gegenüber NaOH (5 $)
h 5 Sagen β 1/2 sehr wenig An-
f·griffen
Beiapi«! 3
Man hält eine Mischung Ton Q-lyctidylteter der Monooarbonsäuren,
wie in Beispiel 1 beeohriebenv (175»5 £»
0,75 Mol), Slyserin (34,5 g, 0,375 Mol) tmd p«f®lmol«iafen
aäure (690 mg, 4 Millimol) alt Katalysator 6 Std. unter
Rühren bei 1400O. Die Zahl der Epoxyaquivftlente per 100 g
beträgt danach 0,018, was einer Umwandlung von 95 $ »ntsprieht·
Vaohdem nan 185 g Phthalsäureanhydrid, 87,75 g des
oben beschriebenen Glyoldylesters, 46 g (Jlyoerin und 40 g
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Xylol su der Mischung gegeben hat, erhöht man die Temperatur und hält sie unter Rühren unter einer Stickstoffsohicht
β Std*. feet 1850O. Bas gebildete Wasser wird kontinuierlich
duroh az®©trope Destillation entfernt·
2a§ Pro duici; hat eine Säure zahl von 9i di· P*rbe eintr ■
50 gew»-$te«n Lösung ia Xylol beträgt 4 bis 5 n*oh der
Sabtil« und di· Viskosität dieier Lö«ung 10$ öS.
Sabtil« und di· Viskosität dieier Lö«ung 10$ öS.
Man stfllt aus diesem Alkydhara und tinem Harnstoffformaldehydharζ
(ϋϊ-Harz) in den unten angeführten Verhältnissen
Einbrennlacke her5 man pigmentiert sie mit 90 Seilen
litanweiS» Die Lacke werden auf dünne Stahlplatten aufgebracht und 40 Min. bei 150°ö gebrannt*
Die Filme haben folgende Eigensohaftent
Alkydharz/TJPHarz Verhältnis 80/20 70/30.
Härte (Buchholz) . 100 111
Alkydharz/TJPHarz Verhältnis 80/20 70/30.
Härte (Buchholz) . 100 111
Biegevermögen (Dornbiegeprüfung)
mm (inch) 1,587 (I/I6) 3,175 (I/8)
Schlagwiderstandsfähigkeit
cm kg (inch lbs) 23,04 (20). 13,83 (12)
Erichsen-Penetration (mm) 4,7 3,2
Glanz (jf) 71 63
Glanz (jf) 71 63
Widerstandsfähigkeit gegenüber
Essigsäuredarapf nach 7 lagen 7-8 9-10
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Man Mit eine· Misöhuüg von G-lyoi&ylester von Monocarbonsäuren,
wie in Beispiel 1 beschrieben, ( 1755 g» 7»5 Mol),
ölycerin (345 g*3*75 Ιοί) ν&ά Montmorollonit (81 g) unter
Bünrtn 3 Std. bei. HO0O* Sie Zahl der Epoxyäquivalente enteprioht
einer Umwandlung von 99»7 ^e
Β·τ Moniiaorilleni-e wird bei 100öö eaugfiltriert.
im wesentlichen aus partiellen- Estern des PoIyg
mit verzweigten Monocarbonsäuren beste-
hende Reaktionsprodukt ist ein nahezu farbloses, leicht
viskoses, nicht destillierbares Öl, das beim Erhitzen bis 2QO0O stabil ist· Es wird zur Herstellung von Alkydharzen
wie in Beispiel 3 beschrieben verwandet·
Patentansprüche
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Claims (1)
- U-21 158* 15 -IL-MmMmP ',E % *■ Μ,Λ,,Μ r. M" ft..,]!, ISiI« ?*rXahrtn «ur Htretelluag von Alfcjdharsen dureh 'Jm-£·,$* f#a Mthrwertifen Öartooneäuren e&tjp &#ren Anhydriden Bit 4tfcww«rtlgft& Alkoholen und/oäer gegebenenfalls Ipoxy- §S£gr&«§ter τ®» Ji®|t6®*a?b#ne&urenf $a&ureh g β k β η η ■-11 i ί ha* t 9 &ai *u»indestems -«le ein feil des mehr-Alkohols Produkte Terwendet werSsn^ die duroh Eevon 15pö^Mlkyl«iiter ύοά Monooarbonsauren mit aii-oyöles&liphatisob.en oder aromatlsohen mehrwer« tigen ByAroxsnrerbindimgen oder duroh Beaktion von Monoosr-%tmeiur#it mit ^olyepoxjrerbindungen erhalten worden2* Terfah?en saeh Anepruoh 1t &a&ars& g e k e η η ~ BtI eh net 9 dag »in als Monocarbonsäuren gesättigteMonooarboniäuren irerwendet, die eine Carboxylunmitteilear an ein tertiäres oder tm&ternäree Koblen- »tftff*t©m gebunden besitzen«5* Verfahren naoh Anepruoh 1 oder Z9 dadurch g e -kennseiohnet» daß man mvm feil mehrwertige Alkohole verwendet, die mindestens 3 Hydroxygruppen im Molekül enthalten·4. Verfahren naoh Anspruch 1 bis 5p dadurch g e k e η η -β β lohnet , daß man mehrwertige Alkohole verwendet,909846/1165BAt) ORIGINAL1A-2T 158- 16 -die durch Umsatz von Polyepoxyverbindungen mit gesättigten aliphatischen ilonocarbonsäuren Diit Garboxygruppen direkt an ein tertiäres oder quaternäres Kohlenstoffatom gebunden hergestellt worden sind.5· Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß man mehrwertige Alkohole verwendet, die durch Reaktion von mehrwertigen Hydroxyverbindungen mit Epoxyalkylestern gesättigter aliphatischer Monocarbonsäuren mit einer Carboxygruppe direkt an ein tertiäres oder quaternares Kohlenstoffatom gebunden hergestellt worden sind.6· Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, -dadurch gekennzeichnet , daß man als Polyepoxyverbindung Poly(epoxyalkyl)polyäther von mehrwertigen Hydroxyverbindungen verwendet.7· Verfahre::, nach Anspruch 1 bis 3> 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß man als üpoxyalkylverbindungen GIyeiaylverbindunger, verwendet.909?Vb/1165BAD ORIGINAL
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1961
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