DE1642375A1 - Selbstemulgierbare Bodenstabilisierungsmittel - Google Patents
Selbstemulgierbare BodenstabilisierungsmittelInfo
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Description
Es ist bekannt, daß Chlorsilane außerordentlich wirksame wasserabweisende Mittel sind. Die Verwendung von handelsüblichen
reinen Chlorsiliciumverbindungen für die wasserfeste Ausrüstung von Erdboden würde jedoch ziemlich teuer
kommen und ist deshalb in den meisten Fällen aus wirtschaftlichen Gründen nicht möglich.
Es wurde nun gefunden, daß in den bei der Direktsynthese von Kethylchlorsilanen anfallenden Nebenprodukten noch genügend
Chlorsiliciumverbindungen vorhanden sind, die für diesen Zweck verwendet werden können. Außerdem bietet sich
hierbei eine wirtschaftliche Verwendungsmöglichkeit für diese Nebenprodukte an, da die bei dem Direktverfahren zur Herstellung
von Chlorsilanen anfallenden Nebenprodukte bisher ziemlich nutzlos gewesen waren. Es wurden bereits beträcht-
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liehe Kosten aufgewendet, um diese Restprodukte zu verwerten,
die bisher nur abtransportiert und verbrannt worden sind.
Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung gelingt es jedoch, dieses Problem zu lösen und diese Restprodukte in wirtschaftlicher
Weise als wasserabweisende Mittel für Erdboden zu verwenden. Die vorliegende Erfindung befasst sich mit der
Selbstemulgierung dieser Restprodukte, wobei die Gefahr bei der Handhabung diesem Produkte auf ein Minimum herabgesetzt
wird. Es ist bekannt, daß Chlorsiliciumverbindungen sehr gefährlich zu handhaben sind und ihre Verwendung immer mit
einem gewissen Risiko verbunden ist. Die vorliegende Erfindung bietet hingegen eine Methode, bei der die Chlorsiliciumverbindungen
in einem organischen Lösungsmittel gelöst und mit einem Emulgiermittel vermischt werden, so daß
das Gemisch nach dem Hinzukommen von Wasser ungefährlich zu handhaben ist.
Die erfindungsgemäße Verwendung ermöglicht die bei dem Direktverfahren
anfallenden Nebenprodukte sofort zu emulgieren und zu versprühen, ohne Zwischenstufen zur Beseitigung
von Chlorwasserstoff. Bei der Anwendung dieser Restprodukte zur wasserabweisenden Ausrüstung hatte bisher zuerst der
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ib42375
in den Nebenprodukten enthaltene Chlorwasserstoff beseitigt werden müssen, was üblicherweise nach zwei Methoden
erfolgte: 1. durch Neutralisation des Chlorwasserstoffs, durch Zugabe von Natriumbicarbonat und anschließende Entfernung
des hierbei als Nebenprodukt anfallenden Natriumchlorids oder 2. durch Alkoxylierung der Restprodukte mit
einem entsprechenden Alkohol zur Abspaltung des Chlorwasserstoffs.
Erfindungsgemäß werden hingegen diese zusätzlichen Verfahrensmaßnahmen
vermieden und damit die Kosten bei der Anwendung herabgesetzt. Die Restprodukte werden emulgiert und
auf den Erdboden versprüht. Die Verwendung eines niedrig siedenden Kohlenwasserstoffs als Träger reguliert die Bildung
des Chlorwasserstoffs, nachdem die Emulsion auf den Erdboden aufgetragen worden ist, in solchem Maße, daß die
bisher gegebenen Gefahren nicht mehr auftreten.
Die erfindungsgemäßen Mittel können air Bodenstabilisierung
für den Unterbau bei Autobahnen, Eisenbahnschwellen, Schottersystemen und Bewässerungsanlagen eingesetzt werden.
Die erfindungsgemäßen selbstemulgierbaren Bodenstabilisie-
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rungsmittel in Form wässriger Emulsionen sind durch folgende
wesentliche Bestandteile gekennzeichnet:
(1) Chlorsiliciumverbindungen, die als Nebenprodukte bei dem
Direktverfahren von Methylenchlorid.mit Silicium anfallen,
(2) emulgierbare Kohlenwasserstoffe als Lösungsmittel mit einem Siedepunkt von mindestens 90° C,
(3?) Emulgiermittel und
(4) Wasser.
(4) Wasser.
Die Hauptbestandteile bei der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
sind die als Nebenprodukte anfallenden Chlorsiliciumverbindungen
aus der Direktsynthese von Methylenchlorid mit Silicium; diese Synthese ist allgemein unter der Bezeichnung
"Direktverfahren" zur Herstellung von Methylchlorsilanen bekannt.
Die oben genannte Umsetzung von Methylenchlorid und Silicium wird im Temperaturbereich von 200° bis 500° C, vorzugsweise
mit Kupfer als Katalysator unter Bildung von Methyltrichlorsilan und Dimethyldichlorsilan als Hauptprodukte
durchgeführt. Einzelheiten dieses Verfahrens sind in der
U.S.-Patentschrift 2.38O.995 beschrieben. Zur Erzielung verbesserter
Ausbeuten kann Halogenwasserstoff in Verbindung
ti ■ -- -
109819/02 5 9 bad ORIGiNAu
"ί b 4 2 3 7
mit Methylenchlorid eingesetzt werden, gemäß dem Verfahren aus der deutschen Patentschrift 885.146. Die handelsübliche
Verwendung der nach diesem Verfahren erhältlichen Produkte ist auf die Methylchlorsilane, die als Hauptprodukt anfallen,
beschränkt.
Die Nebenprodukte dieser Umsetzung sind als destillierbare Chlorsilane definiert, die oberhalb des Siedepunktes von λ
Dimethyldichlorsilan, das ist oberhalb von 69,8° C bei Atmosphärendruck, sieden. Diese Nebenprodukte bestehen aus
organisch- und nichtorganisch-substituierten Silanen, Disilanen, Disiloxanen, Silmethylenen und Siläthylenen, sowie
einem großen Anteil an vollständig unidentifizierten Organosiliciumverbindungen.
Bis heute ist kein wirtschaftliches Verfahren bekannt, um diese Nebenprodukte in Fraktionen
von auch nur geringem Reinheitsgrad zu trennen. Es dürfte vermutlich auf die große Anzahl der vorhandenen Siliciumverbindungen,
auf die ähnlichen Siedepunkte dieser Verbindungen sowie auf die Gegenwart von verschiedenen als
Nebenprodukte gebildeten Kohlenwasserstoffen zurückzuführen sein, deren Siedepunkte gleichfalls im Siedebereich der
S!-Verbindungen liegen. Deshalb führte die Fraktionierung
dieser Produkte selbst unter Einsatz der wirksamsten Labordestillierkolonnen mit nachfolgender Redestillation
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der getrennten Fraktionen nur zur Isolierung und Identifizierung von vergleichsweise wenigen der vorhandenen Produkte.
Einige dieser identifizierten Produkte sind Benzol, 2-Methylhexan,
3-Methylhexan, Methyleyclohexan, Athyltrichlorsilan,
A'thylmethyldichlorsilan, Toluol, Kohlenwasserstoffe, Isopropyltrichlorsilan,
Isopropylmethyldichlorsilan, n-Propyltrichlorsilan, n-Propylmethyldichlorsilan, Äthylbenzol,
Isobutyltrichlorsilan, Hexachlordisilan, A'thyltoluol, Diäthylbenzol,
sowie Verbindungen der Formeln CKLCIpSiOSiCl-,,
(CH^)2ClSi-SiCl5, CH5Cl2SiOSiCl2CH3, (CH5)2ClSiCH2SiCl(CH5)2,
(CH5)2ClSiCH2SiCl5, Cl5SiCH2SiCl2CH5, CH5Cl2SiCH2SiCl2CH5,
C^ELSiCl, und CHxCl0SiCH0CH0SiCl,.
Die relativ vorhandenen Mengen der oben identifizierten
Verbindungen sind unbekannt, da nur jeweils wenige Gramm der Reinprodukte aus der großen Menge des Ausgangsgemisches
und der Nebenprodukte isoliert werden können. Das ist darauf zurückzuführen, daß die erste Destillation des Gemisches
ein Destillat mit allmählich ansteigender Siedekurve ergibt. Diese Siedekurve verläuft stetig ohne die
üblichen Fixpunkte für konstant siedendes Material anzuzeigen. Wiederholte Fraktionierung der getrennten Destillate
ist zur Gewinnung von kleinen Mengen an relativ
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reinem Material erforderlich. Die Identität des Materials, deren Siedepunkte zwischen den verschiedenen identifizierten
Verbindungen liegen, konnte nicht bestätigt werden.
Die Nebenprodukte, die bei der Direktsynthese von Methylenchlorid
und Silicium anfallen, stellen daher eine billige, aber bisher ungenützte Quelle für Organosiliciumverbindungen
dar. Die Verwendung dieser Produkte wurde durch die Ver- λ
schiedenheit und die Vielzahl der darin enthaltenen Einzel
komponenten erschwert. Aus den oben erwähnten Gründen ist eine Trennung der Bestandteile in technischem Maßstab
praktisch unmöglich. Es wurde jedoch gefunden, daß die nach Abtrennung der Hauptprodukte Methyltrichlorsilan und Dimethyldichlorsilan
verbleibenden Nebenprodukte noch eine ausreichende Menge an Chlorsiliciurnverbindungen enthalten,
so daß diese in einem organischen Lösungsmittel, die bestimmte Emulgiermittel enthalten, gelöst werden können.
Bei der Vermischung mit Wasser, bei welcher die Emulgierung " eintritt, können diese einheitlich versprüht und mit dem
Erdboden vermischt werden, so daß eine wirksame und ausgezeichnete Wasserabweisung des Erdbodens erzielt wird. Der
Grund für diese ausgezeichnete Wirkung der bei den nach dem Direktverfahren anfallenden Nebenprodukten ist auf das
Vorhandensein ausreichender Mengen der notwendigen Chlorsiliciumverbindungen
zurückzuführen.
- 8 109819/0259 8Λο
Pur den erfindungsgemäßen Verwendungszweck können beliebige
Chlorsiliciumverbindungen eingesetzt werden, Hierbei
können sowohl Chlorpolysiloxane und Chlorpolysilane von niedrigem Molekulargewicht, als auch beliebige der üblichen
Aryl- oder Alkylchlorsilane der allgemeinen Formel R SiCIi1
verwendet werden. Es sei aber darauf hingewiesen, daß die
bei dem Direktverfahren für die Herstellung von Methylchlorsilarien
anfallenden Nebenprodukte hierfür besonders geeignet sind. In der angegebenen Formel kann R einen beliebigen
Aryl- oder Alkylrest bedeuten und η einen Wert von 1 bis 3 haben. Beispiele für beliebige Aryl- und Alkylreste
R sind solche mit 1 bis JO C-Atomen, wie Methyl-, Äthyl-,
Propyl-, Isopropyl-, Butyl-, Isobutyl-, Amyl-, 2-Ä"thylhexyl-,
Dodecyl-, Octadecyl- und Myricylreste. Als Reste R sind Alkylreste mit 1 bis 20 C-Atomen bevorzugt. Beispiele
für Arylreste R sind solche mit 1 - 40 C-Atomen, wie Phenyl-, Naphthyl-, Xenyl- und Anthrylreste. Beispiele für
übliche Chlorsilane, die für die erfindungsgemäße wasserabweisende
Ausrüstung eingesetzt werden können, sind solche der Formeln (CH^)2SiCl2, CH3SiCl3, (CH3J3SiCl,
C6H5CH3SiCl2, (C6H5J2SiCl2, C6H5SiCl3, C6H5(CH3)2SiCl
Als Träger für die Chlorsiliciumverbindungen dienen die
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emulglerbaren Kohlenwasserstofflösungsmittel, mit einem
Siedepunkt von mindestens 90 C. Da die Freisetzung und
Bildung von Chlorwasserstoff bei den umgebenden Temperaturen bei der erfindungsgemäßen Anwendung stattfinden,
muß der verwendete Träger einen niedrigpi Siedepunkt haben.
Der Träger verhindert eine rasche Chlorwasserstoffentwicklung, die vermMen werden muß. Es ist daher einleuchtend,
daß mit emulgierbaren Kohlenwasserstofflösungsmitteln, deren Siedepunkte beträchtlich unterhalb von 90° C
liegen, die Chlorwasserstoffentwicklung zu rasch erfolgen würde, so daß der Erfolg des erfindungsgemäßen Verwendungszweckes
nicht erreicht würde.
Die Art des mitverwendeten Emulgiermittels ist nicht entscheidend,
es kann von kationaktiver, anionaktiver oder nichtionogener Natur sein. Als Beispiele für beliebige
kationative Dispergiermittel seien folgende erwähnt: langkettige aliphatische Amine und ihre Derivate, wie Dodecylaminacetat,
Octadecylaminacetat und Acetate von Aminen der Talgfettsäurenj Homologe von aromatischen Aminen mit langkettigen
aliphatischen Resten, wie Dodecylanilin; Fettsäuren, die sich von aliphatischen Diaminen ableiten, wie
Undecylimidazolin; langkettige aliphatische Amide, die sich
von disubstituierten Aminen ableiten, wie Oleylaminodiäthyl-
- 10 -
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- ίο . ib42375
arninj Derivate von Ethylendiamin; quaternäre Ammoniumverbindungen,
wie Dioctadecyldimethylammoniumchlorid, Didodeeylmethylammoniumchlorid
und Dihexadecyldimethylammoniumehlorid;
Amidderivate von Aminoalkoholen, wie ß-Hydroxyäthylstearylamid;
Aminsalze von langkettigen Fettsäuren; quaternäre Ammoniumbasen, die sich von langkettigen aliphatischen
Amiden disubstituierter Diamine ableiten, wie Oleylbensylaminoäthylendiäthylaminhydrochlorid; quaternäre
Ammoniumbasen von Benzimidazolinen, wie Methylheptadecylbenzimidazolhydrobromid;
basische Pyridinium-Verbindungen und ihre Derivate, wie Cetylpyridiniumchlorid; Sulfoniumverbindungen,
wie Octadecylsulfoniummethylsulfat; quaternäre Ammonium-Verbindungen von Betain, wie Betain-Verbindungen
von Diäthylaminoessigsäure und Octadecylchlorniethyläther;
Urethane von Ethylendiamin, wie die Kondensationsprodukte von Stearinsäure und Diäthylentriamin; Polyäthylendiamine;
und Polypropanoläthanolamine.
Beispiele für nichtionogene Emulgiermittel sind Saponine; Kondensationsprodukte von Fettsäuren mit Ethylenoxid, wie
Dodecyläther von Tctraäthylenoxid; Kondensationsprodukte von Ethylenoxid und Sorbitmonolaurat; Kondensationsprodukte
von Ethylenoxid und Sorbittrioleat und Kondensationsprodukte von Phenol-Verbindungen mit Ethylenoxid-Seitenketten,
- 11 109819/0259
wie Dodecylphenol; und junin-Derivate, wie PoIyMthyienimxn
und N-Octadeeyl-Ν,Μ8-äthylenimid.
Beispiele für anionaktive Emulgiermittel sind Alkalimetalisulforicinate;
sulfonierte Glycerinester von Fettsäuren,, wie sulfonierte Monoglyzeride von Kokosnußölsäurenj Salze
von sulfonierten monovalenten Alkoholestern, wie Natriumoleylisäthionat; Amide von Aminosulfonsäuren, wie das Natriumsalz
von Oleylmethyltaurid; sulfonierte Produkte von ™
Fettsäurenitrilen, wie Palmitonitrilsulfonat; sulfonierte aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Natrium- oc-naphthaiinmonosulfat;
Kondensationsprodukte von Naphthalinsulfonsäurenfait Formaldehyd; Natrium-octahydroanthracensulfonat
und Alkarylsulfonate mit 1 oder mehreren Alkylgruppen von 8 oder weniger C-Atomen.
Als erfindungsgemäße selbstemulgierbare Bodenstabilisie-
rungsmiltel sind solche der folgenden Zusammensetzung be- ä
vorzugt: wäßrige Emulsionen, die 0,5 bis JO Gew.-Teile der
bei dem Direktverfahren anfallenden Nebenprodukte (Chlorsiliciumverbindungen)
vorzugsvjeise 5 - 15 Gew.-Teile,
10 bis 75 Gew.-Teile eines Trägers, wie Kerosin, Heizöl, Erdölfraktionen mit einem Siedebereich von 175 - 210° C
(Stoddard-Lösungsmittel), Heptan, eine 40 #ige Lösung von
- 12 -
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Ib42375
Asphalt und Erdölfraktionen mit einem Siedebereich von I4l° - 188° C (naptha spirits), beliebige Erdölfraktionen
mit einem Siedepunkt von 90° C und darüber oder andere
emulgierbare Kohlenwasserstoffsysteme mit einem Siedepunkt
von mindestens 90° C, vorzugsweise mit einem Siedepunkt
von 120° C und höher; Spurenmengen bis 5 Gew.-Teile, vorzugsweise 0,1 bis 2 Gew.-Teile eines handelsüblichen
Emulgiermittels enthalten und der Rest der Emulsion aus Wasser besteht, das als Verdünnungsmittel und zur Kontrolle
der in den Erdboden eindringenden Menge an Chlorsiliciumverbindungen
dient.
Die Menge des Trägers hängt von der gewünschten Hydrolysegeschwindigkeit
ab. Das charakteristische Merkmal bei der erfindungsgemäßen Verwendung besteht darin, daß ein emulgierbares
Kohlenwasserstoffsystem verwendet wird. Bei Abwesenheit dieses Trägers würden die Chloratome der Nebenprodukte
aus dem Direktverfahren sofort unter rascher Chlor wasserstoff entwicklung hydrolysieren, was höchst unangenehm
und auch gefährlich wäre. Die Träger verhindern die sofort einsetzende Hydrolyse der Chloratome und die Menge des
verwendeten Trägers regelt die Geschwindigkeit der Hydrolyse im Bereich von wenigen Minuten bis zu mehreren Tagen.
Aus diesem Grunde sind Zwischenstufen für die Beseitigung
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Λ.
des Chlorwasserstoffs nicht mehr erforderlich. Die Chlorwasserstoffentwicklung
beginnt unmittelbar nach der Anwendung, jedoch in geregeltem Maße, die weder unangenehm
noch gefährlich ist.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Einzelbestandteile der erfindungsgemäß verwendbaren Zusammensetzungen in beliebiger
Reihenfolge miteinander vermischt werden können, mit ^
der Ausnahme, daß das Wasser zuletzt zugefügt wird, das die Emulgierung der Zusammensetzung bewirkt. Die Nebenprodukte
von dem Direktverfahren, der Träger und das Emulgiermittel
können einzeln zugegeben werden oder das Emulgiermittel kann mit dem Träger oder dem Nebenprodukt oder entsprechende
Anteile des Mittels können mit den beiden Anteilen vorher vermischt werden. Am Schluß wird Wasser zugegeben,
um die erfindungsgemäß verwendbare Emulsion zu erhalten.
Die wäßrige Emulsion wird dann auf den Erdboden versprüht "
und nach dem Trocknen an der Luft zeigt der behandelte Boden ausgezeichnete wasserabweisende Eigenschaften.
Spurenmengen von anderen Stoffen können in die Mischung ohne störende Wirkung eingearbeitet werden, z. B. verschiedene
handelsübliche Bakterizide, Fungizide und Insektizide,
- 15 109819/0259
"IÜ42375 JH
die das Wachstum der Vegetation in der Umgebung des behandelten Bodens erleichtern. Statt dessen können auch
Emulsionssysteme mit geringer Neigung zur Unterstützung des Wachstums in der Umgebung verwendet werden. Derartige
Systeme sind sehr wirksam für die Anwendung in Abzugsgräben, bei welchen eine Vegetation unerwünscht ist.
Eine 5 Gew.-^ige Lösung eines bei dem Direktverfahren anfallenden
Nebenproduktes in Kerosin wurde mechanisch mit Sand vermischt. Eine Probe wurde an der Luft, eine andere
in einem Ofen bei 150 C getrocknet. Die Menge der angewendeten Lösung auf den Sand betrug 8 %. Anschließend wurde
auf den getrockneten Sand Wasser aufgetragen; es wurde eine ausgezeichnete wasserabstoßende Wirkung beobachtet.
Dies zeigte, daß ein Zusatz von Chlorsilanen und einem emulgierbaren Kohlenwasserstoff eine ausgezeichnete wasserabstoßende
Wirkung ermöglicht.
Durch Vermischen von 20 Gew.-Teilen Kerosin, 1 Gew.-Teil Distearyldimethylammoniumchlorid als Emulgiermittel, zwei
- 16 109819/0259
*6 -
C?ew.-Teile eines bei asm Direktverfahren anfallenden Nebenproduktes
und 7? Teilen Wasser., mirde eine wäßrige Emulsion
hergestellt, Die Mischung wurde auf den Sand gesprüht. Zwei Proben des Sandes wurden an der Luft und in einem
Ofen bei I50 C getrocknet. Auf die Proben des so behandelten Sandes wurde Wasser aufgetragen und eine ausgezeichnete wasserabstoßende Wirkung festgestellt.
Wurden die folgenden Mengen von Verbindungen anstatt der entsprechenden Verbindungen aus Beispiel 2 eingesetzt, so
wurden gleiche Ergebnisse erzielt:
Gew.-Teile von
DVN+) | Emulgiermittel | Kerosin | Wasser |
5 | 1 | 10 | 84 |
1 | Spurenmenge | 50 | 49 |
2 | 2 | 60 | 56 |
5 | Spurenmenge | HO | 55 |
8 | 1 | 25 | 66 |
9 | 5 | 45,5 | 45 |
10 | Spurenmenge | 30 | 60 |
15 | Spurenmenge | 35 | 50 |
- 17 -
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Gew.-Teile von DVN+) |
Emulgiermittel | Kerosin | Wasser |
20 | 5 | 15 | 60 |
30 | Spurenmenge | 20 | 50 |
+ ' bei dem Direktverfahren anfallende Nebenprodukte
Wurden anstatt Kerosin aus Beispiel j5, die folgenden Verbindungen
eingesetzt, so wurden praktisch die gleichen Ergebnisse erhalten:
(a) Heizöl
(b) 40 #ige Lösung von Asphalt in Erdölfraktion mit Siedebereich von l4l° - 188° C (naptha mineral
spirits)
(c) Erdölfraktion mit Siedebereich von 175° - 210° C
(Stoddard-Lösung)
(d) Heptan
Gleiche Ergebnisse wurden erzielt, wenn anstelle von Kerosin
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JPt
gemäß Beispiel 3* Erdölfraktionen mit einem Siedebereich von
mindestens 120° C eingesetzt wurden.
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Claims (2)
1. Selbstemulgierbare Bodenstabilisierungsmittel in Form von wäßrigen Emulsionen, gekennzeichnet
durch folgende wesentliche Bestandteile:
(1) Chlorsiliciumverbindungen, die als Nebenprodukt bei
dem Direktverfahren von Methylenchlorid mit Silicium anfallen,
(2) emulgierbare Kohlenwasserstoffe als Lösungsmittel mit einem Siedepunkt von mindestens 90° C,
(3) Emulgiermittel und
(4) Wasser.
2. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrigen Emulsionen 0,5 bis
30 Gew.-Teile der Chlorsiliciumverbindungen (l),
10 bis 75 Gew.-Teile der Lösungsmittel (2), Spurenmengen bis 5 Gew.-Teile der Emulgiermittel (j5) enthalten.
109819/0259
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