DE1769228A1 - Stabilisierung von Polyestern - Google Patents
Stabilisierung von PolyesternInfo
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Description
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MÜNCHEN
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2 4.APR.198B
6216 ge 1769228
Die Erfindung betrifft organisch· polymer· Massen, ein Verfahren zum Verbβssera der Widerstandsfähigkeit derartiger
Massen gegenüber dem Abbau durch UV-Licht und die entsprechenden verbesserten Produkte»
Organische polymere Massen erfahren eine Verschlechterung ihrer Eigenschaften, wenn sie Sonnenlicht ausgesetzt werde«·
Bei Kondensationspolymeren, wie den linearen Polyestern und
Polyamiden zeigt sich diese Verschlechterung durch ein Dunkelwerden und Brüahigwerden der Masse. Bei andren organischen
Massen zeigt sich die Verschlechterung durch eine Rißbildung
der Oberfläche begleitet durch eine Verschlechterung der physikalischen Eigenschaften. Es gibt zahlreiche chemische Verbindungen, die als Stabilisatoren oder UV-Licht-Absorber ange- *
wandt werden, um eine derartige lieschlechteruog hintenanMuhalton. Bisher sind dieselben angewandt worden, indem sie in das
Polymere vermittels Zuetz zu dem geschmolzenen Polymeren eingearbeitet werden. Ib einigen Fällen werden Stabilisatoren angewandt, indem dieselben als ein Ueberzug auf die Oberfläche der
polymeren Masse aufgebracht werden. Das Verfahre» des EbL führen« der chemischen Verbindung in das geschmolzene Polymere
hat sich als nioht vollständig zufriedenstellend erwiesen, da
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das UV-Licht zu einer Verschlechterung eines Teils der Oberfläche des Gegenstandes führt, bevor es die chemische Verbindung erreicht and absorbiert wird. Das Anwenden der chemischen
Verbindungen als ein Ueberzug würde scheinbar zu einem wesentlich besseren Schutz führen, jedoch ergeben sich bei dem Ueberzug der Masse Schwierigkeiten. Biese Schwierigkeiten hängen
zusammen mit dem Anhaften der chemischen Verbindung an der Masse und das Aufbringen derselben in homogener Weise auf die
Oberfläche. Weiterhin werden bei Anwendungsgebieten, wo die Polymeren in Textilien zur Verwendung kommen, die Feberzüge
vermittels Waschen und chemischer Reinigung der Textilien entfernt.
Eine der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, JoIymere mit verbesserter Stabilität zu schaffen. Eine weitere
Aufgabe besteht darin, ein Verfahren für das Ueberziehen organischer polymerer Oberflächen mit einem Stabilisator zu schaffen. Eine weitere erfindungsgemäße Aufgabe besteht darin, eine
verb esβerte Bindung des auf die Oberfläche einer organischen
polymeren Masse aufgebrachten Stabilisators zu erzielen. Eine W weitere Aufgabe besteht darin, eine Bewitterungsfestigkeit
organischer Polymerermassen zu schaffen, die für die Anwendung
im Freien geeignet sind und insbesondere gegenüber den UV-Strahlen der Sonne widerstandsfähig sind.
Erfinduagsgemäß wird die Widerstandsfähigkeit einer polymeren
Masse gegenüber der Einwirkung von UV-Licht dadurch verbessert, daß die Oberfläche einer polymeren Masse mit einem Polysäureohlorid in Ber&irung gebracht und sodann mit einem hydroxysubstituierten Benzophenonverbindung behandelt wird, die wenigsten« zwei freie Hydroxylgruppen aufweist. Die Erfindung wird
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zweckmäßigerweise ausgeführt, indem ein Polyaäureelilorid, wie
Terephthalsäureehlorid in einem in er tea Lösungsmittel aufgelöst,
die polymere !lasse mit der Lösung behandelt, das behandelte
Polymere getrocknet und sodann mit einer Lösung eines substituierten
Benzophenonabkömmlings, nie 2,2, •,^■»^-TetrahydrQxybeazophenon
gelöst in einem inerten Lösungsmittel behandelt wird. Das Produkt stellt eine organische polymere Masse dar, die
chemisch mit dem UV-Lieht-Absorber über Reste gebunden ist, die
von dem Polysäurechlorid abgeleitet sind. Die Behandlung führt zu der Ausbildung einer UY-Licht-Absorptionsoberflädie, die
mit dem Polymerensubstaat verknüpft ist. ä
Organische polymere Massen, die stabilisiert werden können, enthalten
umsetzungsfühige Endgruppen,wie Polyester und weitere
Polymere mit aktiven Gruppen, die sich mit Chlorden umsetzen· Die Polymeren können in Form von Fäden, Fasern, Textilgut,
Folien verformten Gegenständen, geforten Massen oder anderen
Formen vorliegen. Die umsetzungsfähigen Hydroxylgruppen in Polymeren, wie den Polyestern sind insbesondere für die Umsetzung
mit den Polysäurechloriden geeignet. Die chemische Bindung zwischen der polymeren Masse und den Rest des Polysäure- g
chlorides führt zu einer starken Verknüpfung mit der polymeren
Masse. Der UV-Lichtstabilisator setzt sich mit der nicht umgesetzten
Säurechloridgruppe unter Ausbilden einer chemischen Bindung zwischen dem UV-Lichtstabilisator und dem Rest des
Chlorides um. Das Produkt verbessert Widerstandsfähigkeit gegenüber
UV-Licht im Vergleich zu einem Produkt auf, das durch Anwenden lediglich des UV-Stabilisators erhalten worden ist.
Beispiele für Polysäurechloride, die bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren in Anwendung kommen können, sind Terephthalylchlorid,
Isophthalylchlorid, Trimesylchlorid, Trimellitylchlorid,
2 09810/1448 , . « 4 „
Pyromellitylehlorid, Säurechlorid der 1,3-Cyclopantandicarbonsäure, Säureehlorid der 4»4'-Diphenyldicarbonsäure, Säurechlorid
des a,af-Dicarboxyl-p-xylols und gaiittigte dibasische Säurechloride mit C8 bis C18, wie das Säurechlorid der Oxalsäure,
Malonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, wie es durch die Formel q q
wiedergegeben ist, wobei η eine Zahl von 0 bis 10 ist.
stens zwei Besten der Formel
-0-01
sein.
Das für das Säurechlorid in Anwendung kommende Lösungsmittel sollte inert sein, d.h. setzt sich nicht mit dem Polysäurechlorid um. Beispiele für inerte Lösungsmittel sind Chloroform,
Aethylather, Propyläther, lutyläther, usw. Aethannitril, Aethylendichlorid, Ohlorbenzol und Nitromethan. Das angewandte Lösungsmittel kann eine niedrig oder ein hoch siedendes Lösungsmittel sein.
Die zweckmäßigsten Stabilisatoren sind die substituierten Benzophenonabkömmlinfe der Formel
?H 0
wobei X1, X8 und X3 aus der gruppe, bestehend aus Wasserstoff,
Hyttoxyl, Alkyl, Alkoxy und Halogen ausgewählt sind, wobei wenigstens einer der X ein Hydroxyl ist. Im folgenden werden
beispielsweise Verbindungen wiedergegeben, die hier zur Anwendung kommen können. - r -
2Q9810/ 1U8
2,3'-Dihydroxybenzophenon, 2,2',4»4'-TetraliydroxylbenzopiienoD,
2,2 '-Di.b.ydroxy-4,4^dimethoxybeazoplienoa, 2,2»-Dihydroxy-^4tdiathoxybeazophenoB, 2,2t-Diliydroxy-4»4l-dipropoxybeBzoplienon,
2,2t-Dihydroxy-4T4l-dibutoxybeBzop]ieBOü, 2,2'-Dihydroxy-4-methoxy-4 '-athoxybeBzopheBon ,2,2 '-Dihydroxy-^-methoxy^ *-ρΓορ-oxybeazoplienoB, 2,2f-Mhydroxy-4-m*thoxy-4f-butoxybenzoph.eflOB,
2,2 t-Diiiydroxy-4-ätiioxy-4 ^propoxybeBzophenoB ,2,2 '-Dihydroxy-4-ätlioxy-4t-butoxybeBzop]ieBOB, 2,3*-3>iiiydroxy-4»4l-climeta,oxybenzopheaoa, 2,3 t-Diiiydroxy-4-m*thoxy-4t-b»toxybenzopb.enoni
2,4-DihydroxybenzopJieaoa, 2,4-Di>ydroxy-4'-uftthoxybeazoplieBOB,
2,4-Dihydroxy-4'-propoxybeazopheaob, 2,4-Dihydroxy-4'-batoXyb«Bzoph,eaoa, 2,4-Diuydroxy-2*-metb,oxybenzopheBOB, 2,2r,4-TrihydroxylieazopheBOö, 2,4»4'-TriliydroxylieDzoph.ej3on, 2,2f,4-Triiiydroxy-4t-m«th.oxybeazopiieBOB.
Die Umeetzuag zniechen dem Säurechlorid uad der organisciiefl
polymeren Maaae tritt zwieohea den uffleetzaagefäkigea Gruppen
des Polymeren und der Carbonylcliloridgruppea des Säureob.lorides
ein.üei linearen Poly eitern sind die endatäfidigen Hydroxylgruppen (-OH) die umaetzungefählgen Gruppen, die ia die Umsetzung
mit dem Säurechlorid eintreten und die Umsetzung führt zur Aus- '
bildung τοη Jieterverknllpfungen zwischen de« Polyeeterkettenenden
aod dem Säurechloridkern, Bei derartigen Polyesters liegea die
Hydroxyleadgrappea in großem Abstand zueiaander vor aod überwiegend tritt leiiglloh eine Oarboaylohloridgruppe de« PoIysäureohloridee is die Umsetzung mit den Polyester eis, wodurch
das andere öarbosylchlorii frei für die Umeetzuag mit den Molekülen des UV-Liehtetabilieator· verbleibt, wodurch dieselben ,
bleiben« mit dec Polyester rerkallpft werden. Derartige oiitmisoh
gebundene Stabilieatormolekült kl}***» iweeh Heijaigungsmittel,
wie LöiUBg*aiittel der Trockenreinigung oder dar ohWanderung
209810/144· w 6-
- 6 - ■
sieht herausgelaugt werden und führen somit zu einer bleibenderer en UV-Iiehtetabilisierung. t
Die erfindungsgemäßen Produkte «iod organische Polymeremasaen
die einen Uebefzug aufweisen, der von einer substituierten
Benzophenonverbindung der Formel
ο X»
abgeleitet ist, wobei X1, Xa aod X, aus der Gruppe, bestehend
aU8 Wasserstoff, Hydroxyl, Alkyl und Halogen ausgewählt ist,
wobei wenigstens ei»es der X ein Hydroxyl ist. Die Verbindung
wird chemisch mit der Oberfläche der polymeren Masse vermittels Esterverkniipfuag verbunden. Diese EsterverknUffungen werden durch Umsetzen der BeBzophenoBverbindung und des Säurechlerides ausgebildet. Das Säurechlorid ist ein Acylchlorid
einer Säure, die aus der Gruppe, bestehend aus Terephthalsäure, 1,3-OyelopeBtandiearboBsäure und 4,4l-DiiheByldicarbonsäure
4,4'-Di^a enylmethandicarboasäure, α,a'-Dicarboxyl-p-xylol
und gesättigten Säuren der aliphatischen Dicarbonsäuren ausgewählt ist, die 2 bis 12 Kohleastoffatome aufweisen, wie Oxalsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure und Adipinsäure.
0 0
ClC(OH)O
wiedergegeben werden, wobei sich a auf 0 bis 10 beläuft·
Di· organische polymere Masse, die chemisch mit dem Polysäureohloriirest rerbuBden igt UBd die chemische Biadung zwischen
dem Säureohloridrest UBd dem UY-Iichtstabilisator führt zu
einem Yerbeeetr« der Stabilität« Bs ist diese chemische Bindung, die dasa fHjfl^-jff? fM ^Mieoht polymsre Masse blei-
bend eine verbesserte UV-Lichtstabilitäterhält.
Anwendungsgebiete, bei denen die behandelte organische polymere
Masse angewandt Herden kann, sind unter anderem folgende:
Schichtkörper einer derartigen Masse zusammen mit anderen
Materialien, wie Aluminium, textilien, Sperrholz, Stahl, das
Herstellen verschiedener Textilien für die Anwendung im Freien, verformte Produkte für die Anwendung im Freien, Dekorationsgegenstände, Anwendungsgebiete, wo Polyethylenterephthalat
mit verbesserter UV-Licht-Widerstandsfähigkeit zweckmäßig sein
würde und Anwendungsgebiete, wo eine organische polymere Masse
mit verbesserter UV-Lieht-Widerstandsfähigkeit zweckmäßig wäre. I
Die Grundmasse kann Pigmente, Farbstoffe, Maskierungsmittel,
Füllmittel, Bindemittel, Weichmacher usw. enthalten.
Zu dea bevorzugten TJY-Licht-Stabilisatoren gehören 2,2 »-Dihydroxy^» 4'-dimethoxybeazophenon, 2,2*, 4»-4l-Tetrahydroxybenzophenon, 2,4-Dihydroxybenzophenon, 2,2'-DiIf droxybenzophenon, und 2,2t-Dihydroxy-4»4f-diäthoxybenzofhenon.
Die als UV-Licht-Absorptionsmittel in Anwendung kommenden
substituierten Benzophenonabkömmlinge werden zweckmäßigerweise
ic einem Lösungsmittel gelöst, um so deren Anwendung durch ein Tauchverfahren zu ermöglichen. Für diesen Arbeitsgang geeignete
Lösungsmittel sind verdampfbare Lösungsmittel, die sich mit dem Polyester oder dem Säurchlorid-Ueberzug nicht umsetzen. Zu
geeigneten Lösungsmitteln gehören Methylethylketon, weitere Ketone mit Ausnahme von Aceton, Benzol, Toluol, Chlorbenzol,
Xylol und Dichlorbenzol und weitere.
Die Erfindung wird im folgenden anhand ei» er Eeihe von Ausfuhrungebeispielen erläutert.
-8-
2098 10/1448
wird Polyäthylenterephthalat-Kunststoff vermittels Umsetzen
του Aethylenglykol und Dimethylterepthalat in Gegenwart eine»
Katalysators unter Auebilden des Aethylenglykolesters der
Terephthalsäure nach bekannter Arbeitswese hergestellt. Ee
wird ein Kondensationskatalysator zugesetzt und der Glykolester unter Vakuum von etna 0,1 mm Hg bei 2800C unter Ausbilden
polymeren !,ethylen terephthalate« kondensiert. Da β polymere
Alkylenterephthalat wird in der Schmelze durch eine Spinndüse unter Ausbilden von Honofäden stranggepreßt.
™ $ie Hofiofäden «erden in eine 10 Grew.#Lge Löaung von Terephthalchlor id aufgelöst in Chloroform 5 Sekunden lang eingetaucht.
Der Monofaden wird 2 Minuten lang an der Luft getrocknet und sodann in eine gesättigte Lösung von 2,2I,4»4I-Tetrahydroiybenaopheaon in Methyläthylketon 5 Sekunden bei Baumtemperatur
eingetaucht und sodann 2 Minuten lang auf eine Temperatur Ton
1500C zwecks Verdampfen des Lösungsmittels und Umsetzen der
nicht umgesetzten Säurechloridgruppen an den Polyäthylenteephthalatfasern mit dem Senzophenonabkömmling erhitzt.
P Die in dieser Weise überzogenen Polyäthylenterephthalatfasern
werden in eis Staadardsioherungsgerät eingeführt, wo dieselben
UV-Lichtstrahle» und intermittierenden Wassersprühatrahlen
ausgesetzt werden, um so in beschleunigter Weise die Bedingungen Ib Freien nachzuahmen.
Die folgenden Zahlenwerte zeigen die Verbesserung der ?aserstabilität an.
- 9 -209810/1U8
zerstörte B
500 Stunden 1500 Stünden·
I fäden behandelt wie oben 0,011 0,046
II Fades lediglich überzogen mit
Stabilisator 0,022 0,055
III Kontrolle (kein Stabilisator oder '
Säureohlorid) 0,07 0,14.
Die gemessenen zerstörten Bindungen sind ein Hinweis auf den
Abbau in dem Polymeren.
Der Prozentsatz zerstörter Bindungen kann anhand der folgendes
Eormel.bestimmt werden.
((grundmolare Viskosität)-(grundmolare Viskosität))K ^ 2er_
zu Beginn zu Ende) »-__——
(grundmolare Viskosität . (grundmolare Viskosität zu Beginn) zu Ende)
wobei K ein* Konstante, angenähert 0,4» ist· Der Prozentsetz
der zerstörten Bindungen gibt die Anzahl der Brüche in der
Polyesterkette pro jeweils 100 EsterverknUpfungen wieder.
Me grandmolare Viskosität, nie sie für die Kunststoffe hier
aufgezeigt ist, ist als der Grenzwert definiertβ
sich. C dem Wert 0 nähert? wobei T^ r die Viskosität eises?
duöjsteö Lös mi g its Kunststoff es in einem Lösungsgeisiseia.
60/40 Phenol/Setraohloräthan geteilt durch die Viekosität des
IiösuBgsmittelgemisches in den gleichen Einheiten bei «or
gleichen temperatur darstellt. Für die hier angegebenea grund«
molaren Viskositäten wird eine ausreichende Probe jedes Kunststoffes in dem Iiösungsmittelgemisch unter Ausbilden einer
lösung aufgelöst, die eine Kunststoffkonzentration τοη angenähert
0,4 g/100 cm der Lösung aufweist. Di· ?li«ßzeit jeder
Lösung und its Lösungsmittels wird in einem STr. 1 Ubbelohde
Viskosimeter sei 30*0 gemessen und diese Zeiten werden in ien
entsprechenden Viskositäten in der obigen Gleichung angewandt.
, —■■■-—<-» —10— ■
209810/1448 BAD0RfQtNAL
in eic β gesättigte Lösung νου
2j29s4s4l
tastet ußi an d®r Luft bei 150°0 getrocknet.
Di β Arbeitsweise der Beispiele 1 bis 3 wird niederholt, wobei
eier Ia des bei einer Temperatur von etwa 2050C getrocknet wird,
mit Stabilisator «eist Überlegene Widerstandsfähigkeit
r UV-Licht auf, nie ea anhand der folgenden Zahlenwerte
wird.
4»
zerstörte Biadmagen
500 Stunden 1500 Stunden
t3rookii«t bei 210°ö 0,049 0,067
bei 210°0 0,04* 0,075
I?i® erfiüdungagemäßeiä Polymerec eini hochmolekulare Po3.yr.ers.
ü±Q €iü@ gruadöiola^« ?isko»ität von wenigsten« 0,3 und Vorzugs-ή elm 9 "·όο 0,4 and darüber aufweisen. Diese hohen Molekularge-
"mm l-€iaittngegegeögtins# ist iasbesondere unter BeaugiaäitM»
siaf ^i^Cäthyleaterephthalat) erläutert worden. Derselbe
«wok Bit anderea Polyestern oder Coyolyestern asgewancrt
. Beispiel· für derartige Polyester sind Polyester, di«
siad Dicarbonsäuren oder esterbildesden Abkömmlingen
oai Glykolea, s.l. Ply(tetranethyleBterephthalat),
Pol?;vjycloheiyleniifflethylestereFhtha]*), Poly(äthyleabibenaoat),
?6lytätkyleBT2,6-Baphtl*alat), Copolyestera, wie Aethylen-ΐ ii j -tkalat-lethyleaisophthalat-Copolyeattrn, Aethylea-
i(4(?-iiy*a:ozyätlioxyflieayl)»ro»aB), Terefh-, Tetraaiethylenterephthalat-TetraeethyleB-209810/1448 BADORiGINAL " u "
Isophtalatcopolyestera, Aethylenterephthalat~A©tJbijX©iim2,S»·
naphthalatcopolyestern, AathylenterephtläßlfiitfAethyleBadi^at·»
copolyestern und
estern·
estern·
Die Erfindung kann auch zuaaiameQ mit weiteren
polymeren Massen zu? Aawendung kommen, die gkxive Gruppea
weisen, welche sich mit Säurechloriden uasetsea, wie
enständige Polyäther und Elastomere, beideaea freie Hydroxyl
gruppen für die Umsetzung mit dem Säurechlorid zur. Verfügias-g
stehen, wie hydroxylendständiges Polybutadien und Hydrozylendstäudige
Butadien-Styrolcopolymere.
209810/1448
Claims (7)
1. Verformte, organische, polymere Masse, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe auf ihrer Oberfläche chemisch gebunden
einen UV-Licht-Stabilisator aufweist.
2. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe
einen Ueberzug, bestehend aus einem substituierten Benzophenon-
abkömmling der Formel
wobei X1, Xa und X3 jeweils aus der Gruppe, bestehend aus
Wassirstoff, Hydroxyl, Alkyl, Alkoxy und Halogen ausgewählt
sind, wobei wenigstens eines der X Hydroxyl ist, und zwar chemisch mit der Oberfläche der polymeren Hasse über Esterverknüpfungen verbunden, wobei die Esterrerknttpfungen von
eine» Säure herrühren, die aus der Gruppe, bestehend aus Säurechloriden der Terephthalsäure, 1,3-Cyclopentandicarbonsäure, 4,4t-Diphenyldioarbonsäure, 4>4'-Diphenylmethaniiearbonsäure, α,α'-Dicarboxyl-p-xylol und gesättigten Säuren der
aliphatischen Dicarbonsäuren Bit 2 bis 12 Kohl«netoffatomen
ausgewählt ist, wie sie durch die formel
0 0
Cl-S-(OH, )a-8-Cl
wiedergegeben werden, wobei η 0 bis 10 ist,
209810 / U A8
3. Masse nach Anspruch 2, dadurch, gekennzeichnet, daß iie Masse
aus der Gruppe» bestehend aus Polyestern, Copolymstern, PoIyäthern und Hydroxylkautsehuken ausgewählt ist·
4. Masse nach. Anspruch. 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse
Polyäthylenterephthalat ist.
5. Masse nach Ansprach 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse
aus der Gruppe, bestehend aus laden, filmen, Pasern, Schichtkörpern und verformten Produkten ausgewählt ist.
6. Masse nash Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse
einen Ueberzug aus 2,2t,4f4>
>a>X*trahydroxyben2ophenon chemisch
gebunden mit der Oberfläche derselben vermittels Terephthaloylchlorid aufweist·
7.) Verfahren zum Vermitteln einer verbesserten Widerstandsfähigkeit gegenüber einem durch UV-Lioht bedingtem Abbau einer
verformten, organischen, polymeren Hasse, dadurchgekeaaaeiehnet, daß dieselbe mit (A) einem Polysäureohlorid, das «as der
bestehend aag gaareehloriden der
4,4'-Diph«aTlmethaBO«rboiJsäuxe, a^a'-Dicarboxyl-f-xylol oad
gesättigtes Säur·« der aliphatischen Dicarbonsäure mit 2 bis
12 Kohleestoffatomee ausgewählt ist, die der formel
eatsyrieht, wobei » gleich 0 bis 10 ist, mit (B) einem
si2bfttitiiiertenBe»zof]teaonabkömmliag der formel
OH
ι
ι
209810/UA8 BA
Z&p I8 uüü X4 jeweils 8UUi der Gruppe, bestellend aus
Wasserstoff, Bydroocyl, Alkyl uad Halogen «»»gewählt sied,
wobti wtfllgeteae els X Byiroxyl ist, in Berühruag gebracht
wird OBd eodaaa die behandelte Masee auf eise Senyeratur vo«
S3 bis etwa 205°0 erhitzt
8» Verfahren nach Anspruch 7, iadureh gekeaeaeichBet, daß
eise polymere Hasse angewandt wird, iie aus ier Gruppe,
besteheacl aus Polyesters, Copolyesters, Polyäthera uai
Bydrozylkautsohukea ausgewählt ist,
P 9· Yerfahrea aach Ansprach 7» iaiuroh gekeaazeiohaet, daß
als polymere Hasse eis Produkt aagewaadt wird, das aus der
Gruppe, bestehead aus fasern, folien, Pädea, Schichtkörpern
uad verformteB Produkte» ausgewählt ist.
Die Patentanwälte DipUlng.W. Meissner
& Tischer
209 010/1448 bad
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