DE1595569A1 - Verfahren zur Herstellung von Polymeren mit wiederkehrenden Vinyloxymethylamin- und/oder quaternaerisierten Vinyloxymethylamineinheiten - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Polymeren mit wiederkehrenden Vinyloxymethylamin- und/oder quaternaerisierten VinyloxymethylamineinheitenInfo
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Description
PATENTANWÄLTE ^m
3TUTT0ART , ιή, Febr. I966
MÖNCHEN 22, Thierschsfr. 8/10
TaEFON 293297.
Reg.IJr. 120 037
EASTMAN KODM COMPANY, 3J*3 State Street, Rochester,
Staat New York, Vereinigte Staaten von Amerika
Verfahren zur Herstellung von Polymeren mit wiederkehrenden Vinyloxymethylamin- und/oder quaternärisierten
Vinyloxymethylamineinheiten
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Polymeren mit wiederkehrenden Vinyloxymethylamin- und/oder
quaternärisierten Vinyloxymethylamineinheiten, welche insbesondere wertvolle Beizmittel, Peptisationsmittel für
Silberhalogenide, Sensibilisierungsmittel und antistatische Verbindungen darstellen.
Es ist bekannt, beispielsweise aus J. Chem. Soc, 119, 1470
(I92I), daß sich Alkoxymethylamine leicht aus sekundären
Aminen, Formaldehyd und Alkoholen nach folgender Reaktionsgleichung herstellen lassen: nOQS1?/1633
6AD ORIGINAL
1595S69
R1 und Rp können die Bedeutung der versohl .lensten Reste, insbesondere
Kohlenwasserstoffreste, besit^c;n, und IV kann beispielsweise
eine Alkylgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen sein. Dadurch, daß R1, Rp und R· die verschiedensten Bedeutungen besitzen
können, ist es möglich, nach diesem Verfahren die verschiedensten Alkoxymethylamine herzustellen.
Der Erfindung lag die Erkenntnis zu Grunde, daß sich derartige Alkoxymethylamine in hervorragender Weise zur Herstellung von
polymeren Verbindungen eignen und daß sie sich insbesondere leicht mit Polyvinylalkoholen und/oder Vinylmischpolymerisaten,
wie insbesondere Mischpolymerisatendes Vinylalkohole und Vinylacetat^
wie beispielsweise teilweise hydrolisierten Polyvinylacetaten, umsetzen lassen und daß ferner die erhaltenen, tertiäre
Aminogruppen aufweisenden Polymeren leicht in quarternäre Polymere überführt werden können. Letztere haben sich als ausgezeichnet
stabil erwiesen und eignen sich daher insbesondere als Beizmittel, Silberhalogenidpeptisationsmittel, Sensibilisatoren
und antistatische Mittel.
Das Verfahren der Erfindung ist somit dadurch gekennzeichnet, daß man Polyvinylalkohol oder ein Vinylmischpolymerisat mit
wiederkehrenden Einheiten der Formel:
- CH2 - CH -
OH
mit einem Ν,Η-disubstltuierten Alkoxymethylamin umsetzt und
mit einem Ν,Η-disubstltuierten Alkoxymethylamin umsetzt und
009812/1633 BAD ORIGINAL
das erhaltene Reaktionsprodukt anschließend gegebenenfalls quaternärisiert·
Als ganz besonders vorteilhaft haben sich solche Polymeren erwiesen,
welche die Formel:
besitzen»
worin X bedeutet:
CH ι
O t
CH, X
a) eine tertiäre Aminogruppe der Formel R1-N-Rp, worin
R1 und R2 einzeln Alkylgruppen mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen
oder Arylgruppen oder gemeinsam die zur Vervollständigung eines 5- oder 6-gliedrigen heterocyclischen
Ringes erforderlichen Atome darstellen, und/oder
b) eine quaternäre Ammoniumgruppe der Formel
N§- R.
worin R1 und R2 die bereits angegebene Bedeutung haben und·
R- eine Alkylgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder eine Aralkylgruppe und D ein Säureanion darstellen, und/oder
0 0 9 8 12/1633 *
BAD ORIGINAL
c) eine quaternäre Ammoniumgruppe der Formel
R1 - Ν»- R1,
R2
worin R1 und R2 die bereits angegebene Bedeutung haben und
R21 eine - CH2 - CH2 - CH3- S0_6 oder
- CH2 - CH2 - CH2 - CH2SO θ - Gruppe ist.
Das Verfahren zur Herstellung dieser Polymeren ist dadurch ge kennzeichnet, daß man Polyvinylalkohol oder ein Vinylmisch
polymerisat mit wiederkehrenden Einheiten der Formel
- CH0 -CH-OH ,
mit einem Alkoxyraethylamin der Formel
Ri
NN - CH0 - OR
worin R1 und R2 die bereite angegebene Bedeutung besitzen
und R1 eine Alkylgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen ist,
umsetzt und daß man das Reaktionsprodukt gegebenenfalls an-
insbesondere schließend mit einer Verbindung/der Formel R^-D, wobei R,
und D die bereits angegebene Bedeutung haben, oder Propansulton oder Butansulton umsetzt·
009812/1633 8AD original
R1 und R2 können beispielsweise die Bedeutung von Methyl-,
Propyl-, Amyl-, Hexyl- oder Octylgruppen besitzen oder die Bedeutung von Phenyl- oder Naphthy!gruppen und dgl» Bilden
R1 und Rp gemeinsam einen heterocyclischen Ring mit 5 bis 6
Atomen, so können die Ringatome aus Kohlenstoffatomen, Stickstoffatomen, Sauerstoffatomen oder Schwefelatomen bestehen.
Besitzt Ro die Bedeutung einer Aralkylgruppe, so kann diese
beispielsweise bestehen aus einer Benzylgruppe.
D kann beispielsweise sein ein p-Toluolsulfonation oder ein
Halogenion, wie beispielsweise ein Bromid- oder Jodidlon.
Bei Verwendung von Polyvinylalkohol als Ausgangsmaterial läßt sich die erste Stufe des Verfahrens durch folgende Reaktionsgleichung
wiedergeben;
CH0 - CH -
OH
■ 1:
CH ι
O t
R„ -N-R,
+ R1OH.
BAD ORIGINAL
009812/1633
Hierin besitzen R., Rp und R' die bereits angegebene Bedeutung,
und η stellt eine ganze Zahl dar.
R» besteht vorzugsweise aus einer solchen Alkylgruppe, daß der
durch Rf gebildete Alkohol leicht aus der Reaktionsmischung
abdestilliert werden kann.
Da sich bei Durchführung der Reaktion ein Gleichgewicht einstellt,
lassen sich die Aminogruppen enthaltenden Polymeren leicht wieder in den Ausgangspolyvinylalkohol zurückverwandeln,
wenn die Aminogruppen enthaltenden Polymeren in einem Alkohol, wie beispielsweise Methanol, gelöst werden.
Diese Eigenschaft der Aminogruppen enthaltenden Polymeren kann beispielsweise zur Herstellung von Folien, Filmen und Fäden
ausgenutzt werden, indem zunächst ein Aminogruppen enthaltendes Polymer in einem Lösungsmittel, wie beispielsweise Dloxan,
hergestellt wird, wobei ein gleichförmiger Verarbeitungsansatz erhalten wird, worauf durch Zusatz von Methanol kurz vor dem
Extrudieren oder Gießen Folien, Filme oder Fäden aus Polyvinylalkohol erhalten werden können· Das zur Herstellung der Aminogruppen
enthaltenden Polymeren verwendete Alkoxymethylamin kann dabei wieder zurückgewonnen und von neuem zur Umsetzung mit
Polyvinylalkohol verwendet werden·
Abgesehen von dieser vorteilhaften Eigenschaft der Polymeren
lassen sich diese leicht durch die üblichen bekannten Quater-
■ 009812/1633 "bad
närisierungsmittel quaternärieieren. Besonders geeignete
Quaternärisierungsmittel sind beispielsweise Alkyl-p-toluolsulfonate, Dialkylsulfate, Alkylhalogenide, Propansulton,
Butaneulton und dgl.
Die Quaternär!sierung der in der ersten Stufe des Verfahrens
der Erfindung erhaltenen Polymeren mit beispielsweise Methylp-toluolsulfonat läßt sich nach folgender Reaktionsgleichung
wiedergeben:
-CH9 -CH- ^ t
CH0
I «
R--N-R,
+CH
-CH0 -
CH -
0 t
CH„
N-R, r J
«5
Gleichgültig, ob zur Quaternärieierung beispielsweise Methy1-p-toluolsulfonat, oder Methyliodid oder Methylbromid verwendet
wird, in jedem Falle entstehen wertvolle hydrophile quaternärisierte Polymere.
Die folgenden Beispiele sollen das Verfahren der Erfindung näher
veranschaulichen:
009812/1633
BAD ORiGINAL
Quaternäre Ammoniumsalze aus Poly(N,N-dlsubstitulerten Vinyl»
oxymethy!aminen) und Methyl-p-Toluolsulfonat
11 g (0,25 Mole) trockener Polyvinylalkohol wurden in 300 ml wasserfreies Dioxan eingerührt, worauf unter weiterem Rühren
0,25 Mole Äthoxymethylamin zugesetzt wurden« Die erhaltene Mischung wurde dann unter weiterem Rühren in einem Destillationskolben auf Rückflußtemperatur erhitzt, wobei der gebildete f
Äthylalkohol abdestilliert wurde. Im Verlaufe der Reaktion ; wurde der unlösliche Polyvinylalkohol in das lösliche Polyvinyl-
oxymethZylamin überführt. Die erhaltene dicke Lösung wurde
dann durch einen Filzfilter filtriert, wobei nicht umgesetzte Verbindungen abfiltriert wurden. Anschließend wurden 50 g
Methyl-p-toluolsulfonat zu der Polyvlnyloxymethylaminlösung »
zugesetzt, worauf die erhaltene Lösung im V^.kuuir bei Raumtemperatur etwa 18 Stunden lang rotiert wurde. Daraufhin wurde
so viel Methanol zugesetzt, daß sich das Reaktionsprodukt löste, worauf das gelöste quaternäre Polymer durch Eingießen der
Lösung in Äther ausgefällt wurde. Es wurde ein weißes, weiches i Polymer erhalten, das nach Trocknung im Vakuum eine bröckelige
Masse ergab (brittle form). ·
Beispiel 2 Poly(N-vinyloxymethyl-»N,N-dlmethylanlllnlum-p-toluol-BUlfonat)
Nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren wurde tin· Mischung, bestehend aus 11 g trockenem Polyvinylalkohol» 300 ml
wasserfreiem Dioxan und 60 g N-Äthoxymethyl-N-methyltnilin, auf
009812/1633
BAD ORIGINAL
-S-
Rückflußtemperatur erhitzt. Dabei wurde der gebildete Äthylalkohol
abdestilliert, worauf schließlich die erhaltene viskose Lösung von Poly(N-vinyloxymethyl-N-methylanilin) durch ein Pilzfilter
filtriert wurde. Das Polymer wurde dann durch Eingießen der Lösung in Äther ausgefällt. Der Niederschlag wurde im
Vakuum getrocknet. Es wurden 27 g eines zähen, farblosen, elastischen Polymeren erhalten.
Nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren wurde das er- '
haltene Polymer mit Hethyl-p-toluolsulfonat umgesetzt. Es wurde
ein weißes, farbloses Polymer mit wiederkehrenden Einheiten | der folgenden Formel erhalten:
CH -
0 ι
CH0
ι «
N* - CH.
Poly(N-vinyloxymethyl-N-methylmorpholinium-p-toluolsulfonat)
22 g trockener Polyvinylalkohol wurden zusammen unter Rühren mit 500 ml Dioxan und 75 ml N-Äthoxymethylmorpholin unter Verwendung ein·* Ölbades auf 1500C erhitzt« Es wurde so lange
Dioxan und Äthanol abdestilliert, bit ein« gleichförmige Reak«
009812/1833
BAD OR)GiN1AL
tionsnasse erhalten wurde· Nach Abkühlung dieser Reak.tiofisiuasse.
auf 400C wurden 100 ml Met hy 1-p-toluolsulfonat zugeset^^Jiach;*
2 Stunden begann sich das quaternärisierte Polymer auszuscheiden. Nach 24 Stunden wurde das Polymer in Methanol .gelöst und
in einer Mischung gleicher Anteile Äther und Aceton ausgefällt. Das abgetrennte Polymer wurde dann nochmals in Methanol gelöst,
worauf die Lösung filtriert wurde und das Polymer nochmals durch Eingießen der Lösung in Äther ausgefällt wurde. Das trockene,
wasserlösliche Polymer fiel in einer Ausbeute von 113 K an. Es enthielt 3,3 % Stickstoff und 8,6 % Schwefel und bestand vorwiegend
aus wiederkehrenden Einheiten der folgenden Formel:
CH ι
O t
CH,
CH,
t '
CH,
CH,
CH t
-CH.
Poly(N-vlnyloxymethylpiperidin) quaternär!alert mit Propansulton
Das in Beispiel 1 beschriebene Verfahren wurde wiederholt, Jedoch wurde diesmal N-Äthoxymethylpiperidin anstelle von N-Äthoxymethylmorpholin
und 1,3-Propaneulton als Quaternärieierungsmittti
verwendet. Das erhaltene quaternärisiert· Polymer wurde mit Aceton
009812/1633
bad
verrieben, wodurch ein feinpulveriges Produkt erhalten wurde.
- CH0 -
CH -ι
O ι
CH0
- CH2CH2CH2SO3
CH
CH
Poly(N-vlnyloxymethy1-N-methylplperidlniummethy!sulfat)
Das in Beispiel 4 beschriebene Verfahren wurde wiederholt. Jedoch wurde diesmal als quaternärislerendes Mittel Dimethylsulfat verwendet« Es wurde ein hygroskopisches, wasserlösliches
Polymer erhalten, das überwiegend aus Einheiten der folgenden Formel bestand:
CH2 - | CH - t |
f2 | CH3SO1,6 |
0 I |
CH2 | ||
H0C - 3 >* |
CH0
Nf |
||
CH0 t * |
|||
CH2 |
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Beispiel 6
PolyCN-vinyloxymethyl-N-methylpiperidinlumhalogenide)
PolyCN-vinyloxymethyl-N-methylpiperidinlumhalogenide)
Das in Beispiel 1J beschriebene Verfahren wurde wiederholt, Jedoch
wurde diesmal Methylbromid als quaternärisierendes Mittel
verwendet.
In einem weiteren Versuch wurde Methyliodid als quaternärisierendes
Mittel verwendet. Die erhaltenen Polymeren besaßen die gleiche Strukturformel wie das Polymer des Beispieles 5» mit
der Ausnahme jedoch, daß die Anionen aus Bromid- bzw. Jodidionen bestanden.
Anstelle des in den Beispielen 1 bis 6 verwendeten Polyvinylalkohole
lassen sich, wie bereits angegeben, die verschiedensten Vinylmlschpolymerlsate einsetzen, wie beispielsweise teilweise
oder nicht vollständig hydrolysierte Polyvinylacetate und andere Ester des Polyvinylalkohole. Bei Verwendung derartiger Mischpolymerisate
können die Acylgruppen gegebenenfalls nach der Überführung der Vinylalkoholgruppen oder nach der teilweisen
Überführung der Vinylalkoholgruppen zu Vinyloxymethylamingruppen oder ihren quaternären Salzgruppen entfernt werden.
Nach dem in Beispiel 3 beschriebenen Verfahren wurden 27 g eines Mischpolymerisates aus Vinylalkohol und Vinylacetat mit 76 bis
79 Molprozenten Vinylalkohol, mit 55,8 g N-Äthoxyraethylmorpholin
in 500 ml Dioxan umgesetzt. Das erhaltene Polymer Wurde dann,
0 09812/1633 ß '
wie in Beispiel 3 beschrieben, quaternärisiert, isoliert und
in 500 ml Methanol gelöst, welches 5 g trockenen Chlorwasserstoff enthielt· Nach *J Tagen Stehenlassen bei Raumtemperatur
wurde das Polymer in einer Mischung aus Aceton und Äther im Verhältnis 2:1 ausgefällt. Durch Infrarotanalyse wurde festgestellt,
daß die Acetylgruppen abgespalten waren. Das erhaltene Polymer enthielt 3,3 % Stickstoff und 8,1 K Schwefel.
Nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren wurden die folgenden
quaternärisierten Polyvinyloxymethylamine hergestellt:
Poly(N-vinyloxymethyl-N-methylpiperidinium-p-toluol-sulfonat)
CH-, -
-CH.
PolyCN-vinyloxymethyl-N.N-diäthyl-N-methylammoniump-toluolsulfonat
- CH
- CH -
O
t
t
CH0 ι ά
-CH.
CH.
009812/1633
BAD ORIGINAL
-IiI-
Poly(N-vinyloxymethyl-;i,N-dibutyl-d-methylanmonium-ptoluolsulfonat)
CH
CH
SO.
-CH.
CH.
Polyd-Methyl-l-vinyloxymethyl-^j^-dimethylpiperazIniumbis-p-toluolsulfonat
- CH2 - CH
0 t
CH2
"SO
e«n_/
_ -CH3
'so
_/-°Η3
I3 CH3
PolyiN-vinyloxymethyl-N-.cyclohexyl-NjN-dlmethylananoniura-ptoluolsulfonat
- CH0 -CH-
*- ι
O ι
CH2 CH q - Ν* - CH, S03 \ /°Η3
C6H11
009812/1633
ORIGINAL
Wie bereits beschrieben wurde, laseen sich die nach dem Verfahren
der Erfindung herstellbaren löslichen Polymeren mit Vinyloxymethylamineinheiten durch Behandlung mit einem Alkohol
leicht in unlösliche Polymere überführen. So ist es beispielsweise möglich, zunächst Lösungen der Polymeren herzustellen,
diesen Lösungen einen Alkohol zuzusetzen und die Lösung dann zu den verschiedensten Formkörpern zu verarbeiten, " ?ispielsweise
durch Aufgießen der Lösung auf eine glatte Oberfläche, wobei sich Folien und Filme bilden, oder durch Extrudieren
der Lösung durch eine öffnung, wodurch Fäden erhalten werden. Vorzugsweise wird der Alkohol kurz vor der überführung
der Lösung in den gewünschten Formkörper der Lösung zugesetzt.
Die sich bei einer derartigen Verfahrensweise abspielenden Vorgänge
lassen sich durch folgendes Reaktionsschema wiedergeben:
CH„ - CH -
C-
t
- CHn -
OH
CH.
O t
Lösungsmittel
+ R1OH (Entfernung durch Destillation)
009812/163 3
BAD ORIGINAL
- CH„ -
CH
CH, ι ί
V1 »2
(Im Lösungsmittel)
- CH5 -CH-OH
+ ROH
+ R
H-CH2OR1
(Im Lösungsmittel)
In den angegebenen Formeln besitzen R. und R2 sowie R' die bereits
angegebenen Bedeutungen. Rf besteht vorzugsweise aus einer Methyl- oder Äthylgruppe.
Wird beispielsweise eine Lösung von Polyvinyloxymethylamin in Dioxan, wie in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt und der
Lösung ein Überschuß an Methanol zugesetzt und die Lösung darauf unmittelbar auf eine glatte Oberfläche gegossen, so
wird ein Folyvinylalkoholfilm erhalten. In entsprechender Weise können Polyvinylalkoholfäden hergestellt werden durch Extrudieren
einer Lösung von beispielsweise Polyvinyloxymethylamin in Dioxan, hergestellt wie in Beispiel 1 beschrieben, Zusatz
von Methanol zur Lösung und Ausspinnen der Lösung kurz nach Zugabe des Methanols durch eine Düsenöffnung.
Obgleich zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung vorzugsweise
als Ausgangsmaterial Vinylalkohol verwendet wird, können
009812/1633
ORIGINAL
doch außer Mischpolymerisaten des Vinylalkohole alle solchen Polymeren verwendet werden, die freie und reaktionsfähige
Hydroxylgruppen besitzen.
Zur Umsetzung der Hydroxylgruppen aufweisenden Polymeren eignen sich insbesondere Alkoxymethylamine, deren Alkoxygruppen 1 bis
5 Kohlenstoffatome aufweisen. Als Ausgangsmaterialien besonders geeignet sind Polyvinylalkohole, und zwar reine und solche, die
zu weniger als 50 i aus bestehen
^öHCLW^^iöWöättOÖ^Vilt t ΧΚΚΉβαΧ&ΚΧ und Grundviskositäten
von etwa 0,1 bis 0,6, in Wasser bei 25 C gemessen, besitzen.
Die Grundviskosität ist dabei 2,303 χ log1Q der relativen Viskosität,
dividiert durch die Konzentration. Die relative Viskosität wird dabei bestimmt durch Division der Durchflußzeit
der Lösung durch die Durchflußzeit des Lösungsmittels unter Verwendung einer Konzentration von 0,250 g der Verbindung,
verdünnt auf 100 ml mit Wasser.
Je nachde» ob zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung
reine Polyvinylalkohole oder Vinylmischpolymerisate verwendet
werden, entstehen Verbindungen mit verschiedenen Strukturformeln. Werden zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung Mischpolymerisate
verwendet, so können diese beispielsweise wiederkehrende Einheiten der folgenden Formel aufweisen:
A D
t t
t t
C-C
BAD OR/GfNAL
009812/1633
1 R
worin 2 oder mehr der Substituenten A, B, D und E Wasserstoffatome
sein können und der Rest beispielsweise aus Alkyl-, Aryl-, Acyloxy-, Cyano-, Halogen-, Diacylimido-, Alkoxy-, Aryloxy-,
Carbalkoxy- oder Carbamylgruppen bestehen kann.
"V
009812/1633
Claims (2)
- Patentansprüchenit 1) Verfahren zur Herstellung von Polymeren ärä wiederkehrenden Vinyloxymethylamin- und/oder quaternärisierten Vinyloxymethylamineinheiten, dadurch gekennzeichnet, daß man Polyvinylalkohol oder ein Viny!mischpolymerisat mit wiederkehrenden Einheiten der Formel:- CH0 -CH-OHmit einem Η,Ν-disubstituierten Alkoxymethylamin umsetzt und das erhaltene Reaktionsprodukt anschließend gegebenenfalls quaternärisiert.
- 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Herstellung von Polymeren mit wiederkehrenden Vinyloxymethylamin- oder quaternärisierten Vinyloxymethylamineinheiten der Formel;CH
ι0
tCH.worin X bedeutet:009 812/1633ORIGINALu) eine tertiäre Aminonruppe der Forr.el H1 - !.' - R0, worin H1 und IL, einzeln Alkylfrupfen mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen oder Arylfxupperi oder p-enieinsa.n die zur Vervollständigung: eines r>- ocer o-rliedrirren heterocyclischen Rlnpes erforderlichen Ator.e darstellen, und/oderb) eine quaternäre Annoniuragruppe der FormelR„ — Ν — R.worin R. und R„ die bereits angegebene Bedeutung habenund R^ eine Alkylgruppe niit 1 bis 6 Kohlenstoffatomenoder eine Aralkylftruppe und D ein Säureanion darstellen, und/oderc) eine quaternäre Ammoniumrruppe der Formel:R1 - i;R2worin R1 und R0 die bereits annepebene Bedeutung haben und Rj, eine -CH2-CHn-CH2-SO3oder - CH2 - CH2-CH2-CH2SO6 Gruppe ist,Polyvinylalkohol oder ein Vinylmischpolymerisat mit wiederkehrenden Einheiten der Formel -CH0-CH-ι 2 'Alkoxynethylanin der Formel: OH0 0 9 8 12/1633mit einer.;.T - Cn0 - OR»worin Κ. und R3 die bereits angegebene Bedeutung besitzen und R1 eine Alkylcruppe r.it 1 bis 5 Kohlenstoffatonen ist,umsetzt und daß man das Heaktionsprodukt repebenenfalls an-insbesondere schließend mit einer Verbindung/der Formel I'.,-Dt wobei R^und D die bereits angegebene Bedeutung haben oder Propansulton oder Butansulton unsetzt.00^812/16-33EAD
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