DE2134172A1 - Hochmolekulare, lineare polyamide - Google Patents
Hochmolekulare, lineare polyamideInfo
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Description
2134172 FARBENFABRIKEN BAYER AG
Zentralbereich
Patente, Marken und Lizenzen
Sdt/Wh.
Hochmolekulare, lineare Polyamideo
Die vorliegende Erfindung betrifft hochmolekulare, lineare Polyamide und Copolyamide, die durch Schmel,zkondensation
von araliphatischen Diaminen, die eine aromatische und aliphatische Aminogruppe im Molekül
enthalten, und aliphatischen Dicarbonsäuren ggfls. unter Zusatz von Salzen aus aliphatischen Dicarbonsäuren
und aliphatischen Diaminen und/oder von Lactamen erhalten werden, sowie daraus hergestellte Fäden und
Paserη.
Es ist eine Vielzahl von Polyamiden mit aromatischen Arnidgruppen bekannt, die durch Schmelz- oder Grenzflächen-Kondensation
der binären Systeme aliphatisches Diamin/ \ aromatische Dicarbonsäure oder aromatisches Diamin/
aliphatische Dicarbonsäure gebildet werden. Setzt man zur Kondensation das ternäre System aliphatisches Diamin/
aromatisches Diamin/aliphatische Dicarbonsäure ein, so erhält man Copolyamide, die rein statistisch verteilt aliphatische
und aromatische Amidgruppen enthalten.
Weiterhin sind Polyamide und Verfahren zu deren Herstellung bekannt, die durch Polykondensation "araliphatischer"
Diamine mit z.B. cycloaliphatischen und heterocyclischen
Le A 13.786 - 1 -
309807/1041
Dicarbonsäuren erhalten werden ( S.F. Smirnova-Zamkova
in Ukrainskij chimiceskij zumal ^0, 208-219, 1964).
Unter araliphatischen Diaminen werden jedoch dabei stets solche Diamine verstanden, die zwar im Molekül einen
aromatischen Ring, jedoch die Aminogruppe immer über einen Alkylenrest an diesen gebunden enthalten.
Es wurde nun gefunden, daß bei Einsatz von solchen araliphatischen Diaminen, die eine Aminogruppe direkt
an den aromatischen Ring und die zweite Aminogruppe über eine Alkylengruppe an diesen gebunden enthalten,
mit aliphatischen Dicarbonsäuren neue Polyamide bzw. durch Zugabe noch anderer Polyamidbildner, wie z.B.
AH-SaIz oder £-Caprolactam, neue Copolyamide durch Polykondensation
erhalten werden können, die hochviskose, nahezu farblose, gut film- und fadenbildende Schmelzen
ergeben.
Gegenstand der Erfindung sind demnach neue hochmolekulare lineare Polyamide, bestehend zu 100-1 Mol# aus wiederkehrenden
Strukturelementen der allgemeinen Formel
-1-C-R-C-N-(CH0L-R1-N-C-R-C-N-(CH0L-R1-N
ti ti j 2'n 1 ι it nt ^n 1 t
LO OH HOOH HJ
und
- -C-R-C-N-(CHo)1n-R1 -N-C-R-C-N-R1-(CH0L-N- "
η nt 2'η !in nt 1 2'η ι
OH
HOOH
und zu 0-99 MoIJi aus wiederkehrenden Strukturelementen
der allgemeinen Formel
Le A 13>786
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-C-R-C-N-(CH0)^-N--H nt c'O t
O O H H.
und/oder --C-R0-N- - O H
R ein geradkettiger oder verzweigter Alkylenrest
mit 4 bis 10 C-Atomen ist,
R, ein 1,3- oder 1,4-Phenylenrest, ein 1,4- oder 1,5-Naphthylenrest oder ein Rest der allgemeinen
R, ein 1,3- oder 1,4-Phenylenrest, ein 1,4- oder 1,5-Naphthylenrest oder ein Rest der allgemeinen
Formel
ist
( worin Z eine Einfachbinding ist oder für die Gruppen -0-, -S-, -CH3-, -(CHg)2-
und CH-X , steht ),
-C-
CH
dessen aromatische Ringe ggfls. noch durch
Halogen oder niedere Alkylgruppen ein- oder mehrfach substituiert sein können,
η eine ganze Zahl von 1 bis 4 bedeutet und Rp für einen geradkettigen oder verzweigten
Alkylenrest mit 3 bis 20 C-Atomen steht,
wobei die Polyamide relative Lösungsviskositäten im Bereich von 1,1 bis 4,0 aufweisen ( gemessen an einer
Lösung von 1 g Substanz in 100 ml m-Kresol bei 25°C ).
Le A 13.786
309807/10 4 1
Zur Herstellung dieser aromatische und aliphatische Araidgruppen enthaltenden Polyamide und Copolyamide
werden
a) 100-1 MoI^ eines stöchiometrischen Gemisches aus
einer Dicarbonsäure der allgemeinen Formel
HO-C-R-C-OH
Il ti
0 0
R ein geradkettiger oder verzweigter Alkylenrest
mit 4 bis 10 C-Atomen ist und einem araliphatischen Diamin der allgemeinen Formel
R, ein 1,3- oder 1,4-Phenylenrest, ein 1,4-^ oder
1,5-Nyphthylenrest oder ein Rest der allgemeinen
Formel
/\Vz//\V ist
( worin Z eine Einfachbindung ist oder für die Gruppen -0-, -S-, -CH2-, -(CHg)2- und
CH,
9 J
C- steht ) ,
Le A 13.786
0 9 8 0 7/104;
dessen aromatische Ringe ggfls. noch durch Halogen oder niedere Alkylgruppen ein- oder
mehrfach substituiert sein können,
η eine ganze Zahl von 1 bis 4 bedeutet
b) ' mit 0-99 Mol$ eines stöchiometrisehen Gemisches aus
einer Dicarbonsäure der allgemeinen Formel
HO-C-R-C-OH
It It
0 0
und Hexamethylendiamin
oder des entsprechenden Salzes der allgemeinen Formel
10-C-R-C-a
~ It It ~*
0 0
2 θ
-(CH2)6-NH,
2 Φ
R ein geradkettiger oder verzweigter Alkylenrest
mit 4 bis 10 C-Atomen ist, und/oder eines Lactams der allgemeinen Formel
C tf
•Ν
ι
ι
Rp ein geradkettiger oder verzweigter Alkylenrest
mit 3 bin 20 C-Atomen ist,
in der Schmelze bei Temperaturen von 100-3000C unter Ausschluß
von Sauerstoff in einer Inertgasatmosphäre bei Drucken ^wischen iionnaldruck und ν;,υΟ1 Torr polykondensiert.
Le Λ 13,786 - ;> -
3 0 9 8 0 T/ t Ö 4 1
Die so erhaltenen Polyamide und Copolyamide mit aromatischen und aliphatischen Amidgruppen lassen sich hervorragend
aus der Schmelze zu geformten Gebilden, vor allem zu Fäden und Folien, verarbeiten.
Die zur Herstellung der neuen Polyamide und Copolyamide verwendeten araliphatischen Diamine, die eine aromatische
und aliphatische Aminogruppe im Molekül enthalten, sind im allgemeinen bekannte Verbindungen, die nach verschiedenen
bekannten Verfahren in guten Ausbeuten erhalten werden können, z.B.
1. Umsetzung von m» oder p~Nitro-carbonsäurechlor±den
mit Ammoniak zum entsprechenden Nitrocarbonsäureamid, anschließende ..'asserabspaltung ( z„Be mit
Thionylchlorid ) zum Nitrocarbonsäuren!tril und
nachfolgende Hydrierung zum araliphatischen Diamin^ 2» Nitrierung von Carbonsäuren!trilen und anschließende
Hydrierung der Nitro»· "und Nitrilgruppe,
3. Austausch von Halogen gegen die Nitrilgruppe bei Nitro-halogenalkyl-aromaten und nachfolgende
Hydrierung zum araliphatischen Diamin.
Als gut geeignete Diamine seien die Verbindungen 3-Amino-benzylamin, 4-Amino-benzylamin, ß-(3-Aminophenyl)-äthylamin,
ß-(4-Aminophenyl)-äthylamin, Jf - (3-Aminophenyl) -propylamin, /- (4-Aminophenyl) propylamin,
4-Amino-4-' -aminomethyl-diphenyl und
4-Amino-4'-aminomethyl-diphenyläther -als Beispiele
genannt.
Als aliphatische Dicarbonsäuren eignen sich solche mit 6 bis 12 C-Atomen, insbesondere jedoch Adipinsäure,
Korksäure, Azelainsäure, Sebacinsäure und Decandicarbon-'säure-(1,10).
Le A 13.786. - 6 -
3098®?/H^Ai
Als für die Cokondensation geeignete Lactame der allgemeinen Formel
C | N |
t! | ι |
O | H |
seien beispielsweise als besonders geeignet genannt :
ο -Caprolactam, /--Methyl- (f-caprolactam und Laurinlactam.
Zur Durchführung der Polykondensation wird in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
das Gemisch der Komponenten 30 Minuten bis 18 Stunden in Gegenwart eines Inertgases, wie z.B. Stickstoff oder
Wasserstoff, unter Rühren auf 100-3000C unter Normaldruck
erhitzt. Vorzugsweise werden die Komponenten in äquivalenten Mengen eingesetzt. Im Anschluß an die Vorkondensation wird
der Druck vermindert, im allgemeinen unter 15 Torr, vorzugsweise unter 1 Torr. Unter diesen Bedingungen wird 15 Minuten
bis 12 Stunden polykondensiert, bis die gewünschte Schmelzviskosität erreicht ist. Nach Beendigung der Polykondensation
kann das entstandene Polyamid oder Copolyamid sogleich aus der Schmelze zu geformten Artikeln wie Fäden, \
Folien oder anderen Formkörpern verarbeitet werden.
Die neuen Polyamide und Copolyamide zeichnen sich durch ausgezeichneten Rohton, gute mechanische und thermische
Eigenschaften sowie gute Verarbeitbarkeit aus. Gegenüber
den bisher bekannten Polyamiden und Copolyamiden, die aromatische Amidgruppen im Molekül enthalten, haben die
neuen Polyamide und Copolyamide den Vorteil, daß die Kondensationszeiten bei Einsatz araliphatischer Diamine
gegenüber rein aromatischen Diaminen verkürzt werden.
Le A 13.7^6 - 7 -
309807/1041
Dadurch wird die durch längere Kondensationszeiten bedingte
stärkere Verfärbung des Polykondensats verringert bei gleichzeitigem Erhalt der Vorteile, die die Einführung
aromatischer Ringe in ein Polyamidmolekül mit sich bringt. Besonders hervorzuheben ist, daß die
erfindungsgemäß erhaltenen Polykondensate geringe Neigung zur Kristallisation besitzen und demzufolge durchscheinend
sind und einen hohen Glanz aufweisen.
Die in den folgenden Beispielen angegebenen relativen Lösungsviskositäten ff? _ wurden gemessen bei 25°C
an Lösungen von 1 g Substanz in 100 ml Lösung in m-Kresol.
In einer Kondensationsapparatur, bestehend aus einem
250 ml Dreihalskolben mit Metallrührer, Gaseinleitungsrohr
und Destillationsbrücke, wird eine Mischung aus 36,5
Gewichtsteilen Adipinsäure und J>0,5 Gewichtsteilen
sorgfältig destilliertem 3-Aminobenzylamin unter Überleiten
eines sauerstoffreien Stickstoffstromes in ein auf l6o°C geheiztes Metallbad eingebracht und 15 Minuten
bei 16O°C, 15 Minuten bei l8o°C, 30 Minuten bei 2200C,
30 Minuten bei 250°C und 60 Minuten bei 275°C unter Normaldruck sowie 30 Minuten bei 275°C/15 Torr und
weitere ^65 Minuten bei 275°C und 1 Torr kondensiert.
Man erhält eine hochviskose, wenig verfärbte Schmelze, die sehr gut fadenbildend ist. Die erhaltenen Fäden
haben einen Erweichungspunkt von
"7 rel.s 2'27
Le A 13.786 - 8 -
Le A 13.786 - 8 -
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Beispiel 2 :
Nach Beispiel 1 wird eine Mischung von 52,4 Gewichtsteilen
Hexamethylendiammoniumadipat (AH-SaIz), 6,1 Gewichtsteilen
3-Aminobenzylamin und 7,3 Gewichtsteilen Adipinsäure unter Stickstoff 15 Minuten bei l6o°C, 20 Minuten bei l8o°C,
15 Minuten bei 2200C, 15 Minuten bei 2500C und 45 Minuten
bei 2700C unter Normaldruck kondensiert. Anschließend wird
Vakuum angelegt, 30 Minuten bei 270-275°C/13 Torr und
240 Minuten bei 270°C/0,07 Torr kondensiert. Es wird eine hochviskose, schwach gelb gefärbte Schmelze erhalten,
aus der sich kalt und warm gut verstreckbare Fäden hoher
Festigkeit ziehen lassen.
Erweichungspunkt: 24o°C
Erweichungspunkt: 24o°C
'.vie in Beispiel 1 besehrieben werden 52,4 Gewichtsteile
AH-SaIz, 7*3 Gewichtsteile Adipinsäure und 7*83 Gewichtsteile 6-Chlor-3-aminobenzylamin unter Stickstoff 15 Minuten
bei l60°C, 20 Minuten bei l3o°C, 15 Minuten bei 220°C, 25 Minuten bei 2500C und 4-5 Minuten bei 2700C unter Normaldruck
sowie 30 Minuten bei 270°C/9 - 12 Torr und 235 Minuten (
bei 270°C/0,05-0,03 Torr kondensiert. Man erhält eine gut fadenbildende Schmelze, Die erhaltenen Fäden lassen sich
kalt und warm gut verstrecken und haben gute Festigkeit, Erweichungspunkt : 242-2500C.
rel.: S'°"
Le A I3.786 - 9 -
3 0 1M Q 7 / 1 (U 1
Beispiel 4 ; .
4l,3 Gewichtsteile Hexamethylendiammoniumsebacat (SH-SaIz),
15,9 Gewichtsteile 3-Aminobenzylamin und 26,3 Gewichtsteile Sebacinsäure werden wie in Beispiel 1 angegeben,
in ein auf l80°C geheiztes Metallbad eingebracht und 30 Minuten bei l80-l85°C, 30 Minuten bei 220°C, I5 Minuten
bei 2500C und 85 Minuten bei 275°C unter Normaldruck
kondensiert. Nach Anlegen von Vakuum wird die Kondensation 30 Minuten bei 275°C/20 Torr und 240 Minuten bei 275°C/3 Torr
fortgesetzt. Man erhält eine hochviskose Schmelze, aus der sich Fäden ziehen lassen, die guten Rohton und gute Festigkeit
haben und sich leicht verstrecken lassen, Erweichungspunkt : 1670C
Unter gleichen Reaktionsbedingungen wie in Beispiel 1 werden 52,4 Gewichtsteile AH-SaIz, 3Λ Gewichtsteile
ß-(4-Aminophenyl)-äthylamin und 3*65 Gewichtsteile
Adipinsäure unter Stickstoff 15 Minuten bei 2200C, 10 Minuten bei 2500C, 25 Minuten bei 275°C und 65 Minuten
bei 30O0C unter Normaldruck sowie 30 Minuten bei 300°C/
18 Torr und 230 Minuten bei 300°C/l,5-l#3 Torr kondensiert, Nach dieser Zeit ist eine äußerst hochviskose Schmelze
entstanden. Die erhaltenen Fäden lassen sich gut verstrecken, haben guten Rohton und eine ausgezeichnete
Festigkeit.
Erweichungspunkt : oberhalb 260°C
Erweichungspunkt : oberhalb 260°C
Le A 13.786 - 10 -
30 9807/ 104
Beispiel 6^ :
55*7 Gewichtsteile SH-SaIz, 4,87 Gewiehtsteile ß-(4-Aminophenyl)-äthylamin
und 7,07 Gewiehtsteile Sebacinsäure
werden wie in Beispiel 1 unter Stockstoff I5 Minuten bei
155 - 16O°C, 25 Minuten bei l8o°C, 15 Minuten bei 2200C,
20 Minuten bei 2500C und 90 Minuten bei 275°C unter
Normaldruck sowie nach Anlegen von Vakuum 25 Minuten bei 300°C/10 Torr kondensiert. Man erhält eine sehr
hochviskose, gut fadenbildende Schmelze. Die Fäden sind kalt und warm gut verstreckbar und haben hohe Festigkeiten
und einen Erweichungspunkt von 230t235°C.
rei.:
Nach Beispiel 1 werden 51,9 Gewiehtsteile des Hexamethylendiamin-Salzes
der Decandicarbonsäure-(l,10), 4,08 Gewiehtsteile ß-(4-Aminophenyl)-äthylarnin und 6,9 Gewiehtsteile
Decandicarbonsäure-(1,10) unter Stickstoff 15 Minuten
bei l60°C, 15 Minuten bei l8o°C, 15 Minuten bei 2200C,
15 Minuten bei 2500C und 60 Minuten bei 275°C unter Normaldruck und 20 Minuten bei 300°C/13 Torr sowie
65 Minuten bei 3000C und 0,1 Torr zu einer äußerst hochviskosen Schmelze kondensiert, aus der sich kalt und warm
verstreckbare, glasklare Fäden hoher Festigkeit ziehen
lassen.
Erweichungspunkt : 234-236°C
Erweichungspunkt : 234-236°C
frei.: 3'12
Le A 13.786 - 11 -
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45>3 Gewichtsteile ο -Caprolactam, 14,6 Gewichtsteile
Adipinsäure und 13*6 Gewichtsteile ß-(4-Aminophenyl)-äthylamin
werden in der in Beispiel 1 beschriebenen Apparatur 30 Minuten bei l6o°C, 30 Minuten bei l8o°C,
30 Minuten bei 2200C und 750 Minuten bei 2500C unter
Normaldruck kondensiert. Es entsteht eine hochviskose, kaum verfärbte Schmelze, aus der sich kalt und warm
gut verstreckbare, stabile Fäden vom Erweichungspunkt 2O6-212°C ziehen lassen.
rel.s 2>3°
Unter den in Beispiel 1 angegebenen Bedingungen werden 34,0 Gewichtsteile 'S -Caprolactam, 20,4 Gewichtsteile
ß-(4-Aminophenyl)-äthylamin und 21,9 Gewichtsteile Adipinsäure 30 Minuten bei l6o°C, 30 Minuten bei l8o°C,
30 Minuten bei 2200C, 345 Minuten bei 2500C und 255
Minuten bei 275°C zu einer hochviskosen, gut fadenbildenden Schmelze kondensiert. Die erhaltenen Fäden lassen sich
gut verstrecken und haben einen Erweichungspunkt von 250-2560C.
52,4 Gewichtsteile AH-SaIz, 4,28 Gewichtsteile 4-Amino-4'-aminomethyl-diphenyläther
und 2,92 Gewichtsteile Adipinsäure werden unter Stickstoff nach Beispiel 1 in ein auf 220°C erhitztes Metallbad eingesetzt und
15 Minuten bei 2200C, 15 Minuten bei 25O°C und 60 Minuten
Le A 13.786 - 12 -
9807/1041
bei 275°C unter Normaldruck kondensiert. Nach Anlegen von Vakuum wird die Kondensation 30 Minuten bei 270-275°C/12
Torr, 150 Hinuten bei 275°C/0,05 Torr und
70 Minuten bei 300°C und 0,5-0,7 Torr fortgesetzt, so daß man eine hochviskose Schmelze erhält, aus der
sich fast farblose, gut verstreckbare und sehr stabile
Fäden ziehen lassen.
Erweichungspunkt: 238-246°C
Erweichungspunkt: 238-246°C
Λ rel.: 2'26
Beispiel 11 ;
In der in Beispiel 1 angegebenen Apparatur werden 52,4 Gewichtsteile AH-SaIz, 8,56 Gewichtsteile 4-Amino-4'-aminomethyl~diphenyläther
und 5#84 Gewichtsteile Adipinsäure unter Stickstoff 15 Minuten bei 220-225°C,
15 Minuten bei 250°C und 50 Minuten bei 275°C unter Normaldruck sowie 30 Minuten bei 275°C/11-15 Torr,
115 Minuten bei :?75°C/O,3-0,7 Torr und 60 Minuten bei
3000C und 0,7 Torr kondensiert. Man erhält eine sehr
nochviskose SchmeLze, auö der wenig verfärbte B'äden
vorn Erweichungspunkt 234-24o°C gezogen werden können.
Le A 13.786 - 1.3 -
109807/1041
Claims (1)
- Patentansprüche :1.) Hochmolekulare, lineare Polyamide bestehend zu 100 - 1 Mol„$ aus wiederkehrenden Struktvirelementen der allgemeinen Formel--C-R-C-N-(GH0L-R1-N-C-R-C-N-(CH0L-R1-N. tt it j ί η 1 f ir it j ti Π 1 !0 0 HHO OHund.C-R-C-N-(CH0 L-R1 -N-C-R-C-N-R1 -(CH0 L-N- 0 0 H HOOH Hund zu 0-99 Mol.$ aus wiederkehrenden Strukturelementen der allgemeinen Formel-C-B-C-N-(CH0L-N+ und/oderH η t ' d'O ι.0OH Hl-C-R0-N-η <=■ t .0HjworinR ein geradkettiger oder verzwelg-cermit 4 bis 10 C-Atomen ist, R, ein 1,3- oder 1,4-Phenylenrest, ein 1,4- oder1,5-Naphthylenrest oder ein Rest der allgemeinenFormel/7T\ /Γ~Λist,( worin Z eine Einfachbindung ist oder für die Gruppen -0-, -3-, -CHg-, -(CHg)2- undCH,I 3-C-CHyLe A 13.786steht ) ,- 14 3098077 10.4 1dessen aromatische Ringe ggfls. noch durch Halogen oder niedere Alkylgruppen ein- odermehrfach substituiert sein können, η eine ganze Zahl von 1 bis 4 bedeutet und R2 für einen geradkettigen oder verzweigten Alkylenrest mit 3 bis 20 C-Atomen steht,wobei die Polyamide relative Lösungsviskositäten im Bereich von 1,1 bis 4,0 aufweisen ( gemessen an einer Lösung von 1 g Substanz in 100 ml m-Kresol bei 25°C ).Verfahren zur Herstellung hochmolekularer, linearer | Polyamide durch Polykondensation von Diaminen, deren Aminogruppen teils an aromatische und teils an aliphatische Reste gebunden sind, mit aliphatischen Dicarbonsäuren, ggfls. in Gegenwart von aliphatischen Diaminen und/oder Lactamen, dadurch gekennzeichnet, daß mana) 100-1 Mol.# eines stöchiometrischen Gemisches aus einer Dicarbonsäure der allgemeinen FormelHO-C-R-C-OH
η it0 0worin ,R ein geradkettiger oder verzweigter Alkylenrest "mit 4 bis 10 C-Atomen ist
und einem araliphatischen Dlamin der allgemeinen FormelR1 ein 1,3- oder 1,4— Phenylenrest, ein 1,4- oder 1,5-Naphthylenreüt oder ein Rest der allgemeinen FormelLe A Ij.7c36 - 15 -309807/1041ist( worin Z eine Einfachbindung ist oder für die Gruppen -0-, -S-, -CH2-, -(CHg)2- und CH, steht) ,-C-dessen aromatische Ringe ggfls. noch durch Halogen oder niedere Alkylgruppen e.in- oder mehrfach substituiert sein können,η eine ganze Zahl von 1 bis 4 bedeutet,mit0-99 Mol.Ji eines stochiometrischen Gemisches aus einer Dicarbonsäure der allgemeinen FormelHO-C-R-C-OIfIt Il0 0und Hexamethylendiaminoder des entsprechenden Salzes der allgemeinen FormelIO-C-R-C-01~ I» It ""0 02 θ-(CH2J6-WHR. ein geradkettiger oder verzweigter Alkyl eiife st mit4 bis 10 C-Atomen ist*
und/oder eines Lactams der allgemeinen Formelt!09807/1041Rp ein geradkettiger oder verzweigterAlkylenrest mit 3 bis 20 C-Atomen ist,in der Schmelze bei Temperaturen von 100 - 300°C unter Ausschluß von Sauerstoff in einer Inertgasatmosphäre bei Drucken zwischen Normaldruck und 0,001 Torr polykondensiert.3.) Fasern und Fäden aus hochmolekulai'en, Linearen Polyamiden gemäß Anspruch 1.). ·Le A 13.7»6 - 1/ -30 9 807/1041
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