DE2252082A1 - Substituierte polyalkamere, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung - Google Patents
Substituierte polyalkamere, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendungInfo
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Description
PATENTANWÄLTE
DR.-ING. VON KREISLER DR.-ING. 5CHÖNWALD
DR.-tNG. TH. MEYER DR. FUES DIPL-CHEM. ALEK VON KREISLER
DIPL.-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLOPSCH DiPL.-ING, SELTiNG
KDLN T, DEICHMANNHAUS
Köln, den 2^. Oktober 1972
Ke/Ax
MONTECATINI EDISON S.p.A.,
Foro Buonaparte, ~5\, Mailand (Italien).
und ihre Verwendung
Die Erfindung betrifft neue lösliche Polymerisate, deren Makromoleküle im wesentlichen aus einer oder mehreren
gleichen oder verschiedenen Wiederkehr-nden Einheiten, der
Formel
-CH-GH-(CH2-)n (I)
Cl 0-NO2
in der η eine ganze Zahl von 2 bis 10 ist, und/oder der Formel
-CH2-CH-
H-C-R (II)
in der R und R1 für Cl oder -0-NOp stehen, wobei R immer
von R' verschieden ist, bestehen.
Die Erfindung umfaßt ferner ein Verfahren zur Herstellung
dieser Polymerisate und ihre Verwendung auf verschiedenen Anwendungsgebieten.
Lösliche Polymerisate, die im wesentlichen aus Einheiten bestehen, die eine Chlorgruppe und eine organische Estergruppe enthalten, die an zwei benachbarte Kohlenstoffatome
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gebunden sind, wurden bereits von der Anmelderin vorgeschlagen (z.B. in der deutschen Patentschrift
(Patentanmeldung P 2t 51 4A8)). Hierbei handelt es sich
jedoch insbesondere um Polymerisate, deren Estergruppen aus einbasischen organischen Säuren mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen
stammen. Die organischen Estergruppen verleihen diesen Polymerisaten besondere Eigenschaften, z.B.
Löslichkeit in gewissen Lösungsmitteln, Einfriertemperaturen innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs oder
besondere mechanische Eigenschaften.
Dagegen sind, soweit der Anmelderin bekannt ist, keine anderen Polymerisate dieser Klasse bekannt, deren Makromoleküle
: troestergruppen in praktisch jeder wiederkehrenden E.i; Lt enthalten.
Es wurde ;. . überraschenderweise gefunden, daß es möglich
ist, in gebräuchlichen organischen Lösungsmitteln lösliche Polymerisate herzustellen, deren Makromoleküle im wesentlichen
aus einer oder mehreren wiederkehrenden Einheiten der Formeln (I) und/oder (II) bestehen. Dies ist um so
überraschender, wenn man berücksichtigt, daß andere Polymerisate dieses Typs, deren Estergruppen beispielsweise
aus Schwefel- oder Phosphorsäureresten bestehen, keine löslichen, sondern vernetzte und unlösliche Polymerisate
ergeben. Dieses Ergebnis -ist auch überraschend angesichts der Tatsache, daß die für die Synthese der vorstehend
genannten Polymerisate verwendete Salpetersäure gewöhnlich eine oxydierende und zerstörende Wirkung auf das Polymerisat
während seiner Herstellung oder später ausübt.
Die Anwesenheit der Nitroestergruppen verleiht den Polymerisaten gemäß der Erfindung eine Kombination von Eigenschaften,
die sie von den vorstehend genannten ähnlichen bekannten Produkten eindeutig unterscheiden. Charakteristische
Merkmale der Polymerisate gemäß der Erfindung sind ausgezeichnete Beständigkeit gegen saure und basische
Chemikalien, gute Haftfestigkeit an Metallflächen, sehr
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gute Transparenz und leichte Löslichkeit in verschiedenen
gebräuchlichen Lösungsmitteln. Aufgrund dieser Eigenschaften eignen sich diese Polymerisate für die Anwendung
auf dem Gebiet der Filmbildner für Anstrichmittel, insbesondere für säurebeständige Anstrichmittel.
Die Polymerisate gemäß der Erfindung, insbesondere solche mit sehr hohem Molekulargewicht ('Grenzviskosität in
Toluol bei JO0C nicht unter 1,5 dl/g), haben außerdem
sehr gute mechanische Eigenschaften, insbesondere eine hohe Zugfestigkeit. Ferner lassen sie sich leicht heiß
in Pressen oder durch Kalandrieren verarbeiten, wobei sie transparente, nicht-spröde Folien oder Platten mit ausgezeichneten
mechanischen Eigenschaften ergeben.
Als weitere Merkmale dieser Polymerisate sind die leichte Entflammbarkeit und schnelle Verbrennung zu nennen, wodurch
sie als langsam abbrennende Sprengstoffe oder als Sicherungen interessant sind.
Die Polymerisate dieser Klasse mit weniger hohem Molekulargewicht (Grenzviskosität in Toluol bei 50 C etwa 0,1
bis 0,5 dl/g) sind im allgemeinen ölige, wachsartige oder halbfeste Materialien. Sie lassen sich leicht zur Ausfüllung
von Formen oder Hohlräumen verwenden und sind daher plastische Sprengstoffe.
Es ist möglich, Chlornitropolyalkamere herzustellen, deren Makromoleküle im wesentlichen aus einer oder mehreren
Einheiten der Formel (I) und/oder (II) bestehen, wobei η eine beliebige ganze Zahl ist, jedoch werden
Chlornitropolyalkamere bevorzugt, in denen η den obengenannten Wert hat. Besonders bevorzugt werden Chlornitropolyalkamere,
in denen η den Wert 2, 3, 6 oder 10 hat,
jeweils allein oder in Mischung mit anderen Chlornitropolyalkaineren.
Lösungsmittel, die besonders gut geeignet sind, die 309818/1049
Polymerisatο gemäß der Erfindung in hohen Konzentrationen
zu J ösen, sind beispielsweise Methylenchlorid, Mtrobenzol,
Acrylnitril, Acetonitril, Nitromethan, Methyl-nhexylketon,
Tetrahydrofuran, Aceton, Dioxan, Dimethylformamid und Cyclohexanon.
Die Polymerisate gemäß der Erfindung, deren Makromoleküle
überwiegend aus einer oder mehreren Einheiten der Formeln (I) und/oder (II) bestehen, können außerdem geringe
Mengen anderer Einheiten enthalten, die entweder auf die Unvollständigkeit ihrer Bildungsreaktion oder Nebenreaktionen
zurückzuführen sind. Als repräsentative Einheiten dieser Art sind zu nennen:
-CH = CH-(CH2-) (III)
-CH0-CH- (IV)
CH a CH2
-CHCl-CHCl-(CH2-)n (V)
-CH2-CH- (VI)
CHCl-CH2Cl
-CH -CH-CfHs (VII)
Die olefinischen Doppelbindungen der Strukturen III und IV können zur Vulkanisation der Polymerisate oder zur
Einführung anderer Gruppen, z.B. der in den früheren Vorschlägen der Anmelderin beschriebenen Gryppen, ausgenutzt
werden.
Eine Reihe von Eigenschaften von zwei typischen Beispielen
von Hochpolymeren gemäß der Erfindung ist in der folgenden Tabelle genannt.
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Kennzahlen und
Eigenschaften
Struktur der überwiegenden
Einheiten des .Polymerisats
-CH-CH-(CH2-)2 Cl OWO2 |
Chlorgehalt, Gevr.-% | 25,5 . | -CH-CH-(CH2-^ Cl ONO2 |
Jodzahl | <o,5 | 22,3 | |
Grenzviskosität in Cyclohexa non bei 30°C, dl/g |
2,5 | <0,5 | |
Einfriertemperatur, C | 56 | 1,7 | |
Dichte bei JO C, g/cm | 1,44 | 31 | |
Wasserabsorρti0η, % (ASTM D570/6J) |
<0,1 | 1,38 | |
Transparenz, # (ASTAl D 1003/61) | 91,5 | <0,1 | |
Diffusion, /0 (ASTM D I003/6I) | 1,3 | 92,5 | |
Transparenz bei 45oo A, % | 92 | 0,8 | |
Biegemodul an einer Platte, kg/cm2 41. |
000 | 90,5 | |
Zugfestigkeit an der Streck grenze, kg/cm |
630 | ||
Verbrennungsgeschwindigkeit, mm/oek. |
6,35 | ||
Grenze der thermischen Stabili tät in strömender Luft (Gewichts verlust 10 %), 0C |
160 | 7,62 | |
155 |
Nicht nur die lösliehen Polymerisate gemäß der Erfindung
als solche sind überraschend, sondern auch das Verfahren zu ihrer Herstellung. Als Ausgangsmaterialien dienen Polymerisate,
die im wesentlichen aus einer oder mehreren wiederkehrenden Einheiten der obengenannten Formeln (III)..,
(IV) oder (VII)bestehen. Lösungen dieser Polymerisate in organischen Lösungsmitteln, vorzugsweise in Methylenchlorid,
werden unter kräftigem Rühren mit Salpetersäure und tert.-Butylhypochlorit umgesetzt.
Die Konzentration der wässrigen Salpetersäure darf nicht höher sein r<lrr 85 '/o. V/enn zur Verhinderung der Bildung von
Emulsionen durch die Vermischung des Methylerichloridr. mit
dem 'ihuiiHii· der Salpetersäure Salpetersäure von höherer
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Konzentration, ζ.B. wasserfreie Salpetersäure verwendet
wird, finden unerwünschte Reaktionen, z.B. Oxydation der Polymerkette und anschließender Abbau zu teerartigen Produkten
von unbestimmter Natur statt. Dagegen findet bei Verwendung von wässriger Salpetersäure einer Konzentration
von beispielsweise 65 % praktisch nur die gewünschte Reaktion, d.h. die Bildung von Polyalkamerchlor-nitro-CiStern
statt. Dies ist um so überraschender, wenn man berücksichtigt, daß entgegen den Lehren der bisherigen
Vorschläge der Annielderin nicht in einer rein organischen
Phase, sondern in einer Emulsion von Methylenchlorid, und Wasser (das aus der Salpetersäure stammt) gearbeitet wird,
und daß demgemäß sowohl das Ausgangspolymerisat als auch das tert.-Bubylhypochlorit in der organischen Phase enthalten
sind, während die Salpetersäure im wesentlichen in der wässrigen Phase vorhanden ist.
Trotz dieser Tatsache kann die Reaktion bis zu praktisch vollständiger Absättigung der Doppelbindungen du^ciigeführt
werden, indem bei Temperaturen von -50 bis +50 Q| vorzugsweise
von -50 bis +35 C, mit Reaktionszeiten, die in
Abhängigkeit von der Temperatur 2 bis 24 Stunden, vorzugsweise 2 bis 10 Stunden betragen, mit Menget des, te.pt.-Butylhypochlorits
zwischen 1 und 1,5 Mol, vorzugsweise
zwischen 1 und 1,3 Mol pro Mol Doppelbindungen im Polymerisat
und mit Salpetersäuremengen zwischen 1 und 1,5 vorzugsweise zwischen 1 und 1,25 MqI pro Mol Doppelbindungen
des Polymerisats gearbeitet
Die Verwendung eines besonderen Katalysators ist für die
Herstellung dieser Polymerisate nicht;
Die Lösungen dts Ausgangspolyiierisats in y
haben im allgemeinen Konzentrationen von 0,2 bis 20 %,
vorzugsweise von 1 bis 10 %, bezogen auf das liethylenchlorid
(oder ein anderes Lösungsmittel). Bei Verwendung
von Öligen Ausgangspolymerisaten mit verhältnismäßig
niedrigem Molekulargewicht (Grenzviskosi^ät etwa 0,1 bis
309818/1049 wo α»«*
~ ν —
0,5 dl/g in Toluol bei 3O°C) kann mit noch höheren Konzentrationen
gearbeitet werden.
Da die Chlornitroveresterungsreaktion sehr exotherm ist, muß das Reaktionsgemisch insbesondere bei hohen Polymerkonzentrationen
intensiv gekühlt werden. Zur Beschleunigung und besseren Steuerung der Chlornitroveresterungsreaktion
ist es notwendig., das Reaktionsgemisch kräftig zu rühren oder schnell umlaufen zu lassen.
Das Verfahren bei kontinuierlich durchgeführter Reaktion
kann wie folgt schematisch dargestellt werden:
zurückgewonnene s
ungesättigter PolyKörnenwasserstoff
gereinigtes Lösungsmittel
wäßrige HNO-j
Lösungsmittel
Herstellung von tert,
Butylhypochlorit
Butylhypochlorit
NaOH
Cl.
Polyalkamer-Λ chlornitio- T
ester
(1) reines (CH3),COCl
(2) zurückgewonnenes
),C0H
Dieses Schema zeigt, daß. tert.-Butylalkohol aus dem umgesetzten
tert.-Butylhypochlorit im wesentlichen regeneriert
und zur Herstellung von tert.-Butylhypochlorit wiederverwendet wird*
Das Lösungsmittel wird ebenfalls im wesentlichen im Kreislauf
geführt. Verbraucht werden somit die folgenden Materialien: Ausgangspolymerisot, Salpetersäure, Natriumhydroxyd
und Chlor, wobei als Produkte chlornitroveresterl.es Polymerisat und Natriumchlorid anfallen.
309818/1QA9
Als Ausgangspolymerisate werden Polymerisate verwendet, deren Monomereinheiten den Formeln (III) üod/oder (IV)
oder (VII) entsprechen. Im Falle der Formel (III) werden Polymerisate bevorzugt, in denen η eine oder mehrere der
ganzen Zahlen 2, 3» 6 oder 10 ist. Beispiele solcher
Polymerisate sind Polybutadien, dessen Monomereinheiten überwiegend die cis-1,4- oder trans-1,4- oder 1,2-Struktur
haben, oder in dem Einheiten mit diesen Strukturen in Mischung vorliegen, das Polypentenamere, das Polypctenamere
und das Polydodecenamere mit Doppelbindungen, die überwiegend die eis- oder trans-Konfiguration haben oder
gemischt in der eis- und trans-Konfiguration vorliegen,
und Butadien-Styrol-Copolymerisate. Diese Copolymerisate können hochmolekular oder auch niedrigmolekular sein.
Es ist möglich, alle Doppelbindungen in der oben beschriebenen Weise umzuwandeln, jedoch kann auch mit Salpetersäure
und tert.-Butylhypochlorit im Unterschuß gearbeitet
werden, wobei Polymerisate erhalten werden, die außer den Einheiten der Formeln (I) oder (II) auch eine gewisse
Menge an Doppelbindungen enthalten.
Die Grenzviskosität der Polyalkaraer-chlornitroester ist immer hoch, vorausgesetzt, daß unter den vorstehend genannten
Bedingungen gearbeitet wird. Dies beweist, daß das Polymerisat während der Chlornitroveresterung keine
oder nur eine sehr begrenzte Erniedrigung des Molekulargewichts erfährt.
Die Polymerisate werden nach der Chlornitroveresterung im allgemeinen durch Koagulierung mit Fällungsmitteln, z.B.
mit Methanol, vom Reaktionsgemisch abgetrennt. Sie haben die Form von weißen oder gelblichen Pulvern.
In 3 1 Methylenchlorid werden 30 g eines handelsüblichen
cis-1,4-Polybutadiens gelöst, das 92,4 % cis-Doppelbin-
309818/1049
dungen% 4- % trans-Doppelbindungen und 3,6 % Butadieneinheiten
enthält und eine Grenzviskosität von 2,20 dl/g in
Cyclohexanon bei 30 C hat. Bei Raumtemperatur werden
unter Rühren 50 ml 65%ige Salpetersäure zugemischt. Mit
Hilfe eines Tropftrlenters werden.75 1^l tert.-Butylhypochlorit
in 15 Minuten zugesetzt. Während der,Reaktion
steigt die Temperatur auf 35 G. Das Gemisch wird 4- Stunden
der Reaktion unter Rühren überlassen. Das Reaktionsprodukt
wird in Methanol koaguliert. Hierbei werden 76 g eines
pulverförmigen weißen Polymerisats erhalten, das die folgenden
Kennzahlen hat:
Grenzviskosität in Cyclohexanon bei 30 C 2,50 dl/g -
Einfriertemperatur 56 C
Dichte bei 30°C 1,44- g/cm^
Jodzahl unter 0,1
Das Polymerisat Ist In chlorierten Lösungsmitteln und in.
polaren Lösungsmitteln, z.B. Aceton und Acetonitril,
löslich. Doppelbindungen sind nicht vorhanden» Das Polymerisat hat einen Chlorgehalt von 25■» 5 %*
In 250 ml Methylenchlorid werden 2,5 S cL©s In: .Beispiel 1
genannten Polybutadiene gelöst. Bei Raumtemperatur werden
unter Rühren 35 m^- 80$Ige Salpetersäure und mit Hilfe
eines Tropftriehters 10 ml tert»-But ylhypo chlor! t zugemischt.
Das Gemisch wird 4 Stunden der Reaktion überlassen » worauf das Reaktionsprodukt mit Methanol koaguliert
wird. Hierbei werden 6,0 g Polymerisat in Form eines
weißen Pulvers erhalten. Dieses Polymerisat 1st In chlorierten
Lösungsmitteln (z.B> Methylenchlorid) und polaren
Lösungsmitbein (z.B. Aceton) löslich und hat die folgenden
Kennzahlen:
Chlorgehalt 25,3 %
Jod zahl <Q*5
Grenzviskosität = 2/13 dl/g», gemessen in Cyclohexanon
303818/104$
bei 30°C.
In 2 1 Methylenchlorid werden 20 g eines trans-Polypeiite-Daueren
gelöst, das 20 % eis-Doppelbindungen und 60 %
träns-Doppeibindüngen enthält und eine Grenzviskosität
von 1,89 dl/g in Toluol bei 30 C hat. Bei Raumtemperatur
werden unter Rühren 30 ml 65%ige Salpetersäure und Mit
einem Tropftrichter 45 ml tert.-Butylhypochlorit in
15 Minuten zugemischt. Das Gemisch wird 4 Stunden unter
Rühren der Beaktion überlassen, worauf das Beaktionsprodukt
in Methanol koaguliert wird. Hierbei werden 43 g
eines pulverförmigen weißen Polymerisats nit folgenden
Kennzahlen erhalten:
Einfriertemperatur 31 C
Dichte 1,38 bei 300C
Grenzviskosität 1,68 dl/g in Cyclohexanon bei 3O0C
keine Doppelbindungen
Chlorgehalt 22,7 %
In 2 1 Meth nchlorid werden 30 g eines Polydodecenameren
gelöst, das d5 % trans-Doppelbindungen und I5 % cia-Doppelbindungen
enthält und eine Grenzviskosität von 1,8 dl/g in Cyclohexanon bei 3O0C hat. Unter Biikren
werden bei Raumtemperatur 20 ml 65%ige Salpetersäure
zugesetzt. Anschließend werden in 10 Minuten 25 ■! tert.-Butylhypochlorit
aus einem Tropftrichter zugegeben. Während der Beaktion steigt die Temperatur auf 35 C· üaeh
6 Stunden unter kräftigem Rühren wird das Polymerisat durch Koagulierung in Methanol isoliert. Hierbei werden
44 g eines pulverförmigen weißen Polymerisate erhalten,
das eine Grenzviskosität von 1,95 dl/g in Cyclohexanon bei 30 C und eine Einfriertemperatur von 20C hat. Bas
Polymerisat ist in Lösungsmitteln wie MethyleuchIorid und
Acetonitril löslich.
309818/1049
7252082.
- ΛΛ -
Vier 0,5 hoi dicke Bleche aus gewöhnIichemStaiii werden zur
Hälfte beiderseits mit einem 50 U dicken Film des in Beispiel
Λ beschriebenen Polybutäjner-chlornitroesters beschichtet.
Dieser !Film mrd aufgetragen, indem eine Hälfte der Bleche mehrmals in eine 10%ige Lösung des Polymerisats
in Aceton getaucht und das Lösungsmittel anschließend
abgedampft wird. Nach dem Trocknen der Filme werden die
in dieser Weise behandelten vier Bleche vollständig in die folgenden Flüssigkeiten getaucht:
in dieser Weise behandelten vier Bleche vollständig in die folgenden Flüssigkeiten getaucht:
1. 5 --S wässriges Hatriumhydroxyd .
2. 5* wässrige Salzsäure
3. 5> - wässrige Salpetersäure
4. 5JoI1Je wässrige Essigsäure
Nach einer Tauchzeit von 48 Stunden werden die Bleche mit
Wasser gespült. Alle vier Bleche zeigen tiefe Korrosionen
auf den nicht vom Film bedeckten Teilen, während die mit
dem Polymerfilm überzogenen Teile noch völlig spiegelblank sind. Die Filme werden nach der Behandlung von den Blechen entfernt* Alle Filme erweisen sich als vollständig löslich in den oben genannten Lösungsmitteln, z.B. in den Lösungsmitteln der Polymerisate gemäß der Erfindung.
Wasser gespült. Alle vier Bleche zeigen tiefe Korrosionen
auf den nicht vom Film bedeckten Teilen, während die mit
dem Polymerfilm überzogenen Teile noch völlig spiegelblank sind. Die Filme werden nach der Behandlung von den Blechen entfernt* Alle Filme erweisen sich als vollständig löslich in den oben genannten Lösungsmitteln, z.B. in den Lösungsmitteln der Polymerisate gemäß der Erfindung.
30.9818/1049
Claims (1)
- 7252082Patentansprüche1. Substituierte Polyalkamere, deren Makromoleküle im wesentlichen aus einer oder mehreren gleichen oder verschiedenen wiederkehrenden Einheiten der Formeln-pi-j;H-(CH2-)nCl 0-NO2in der η eine ganze Zahl von 2 bis 10 ist, und/oder-CH2-CH-H-C-Rin der R u:, 3' für Cl oder -O-NOp stehen, v/ob ei R immer vers: -den von R1 ist, bestehen.2. Substituierte Polyalkamere nach Anspruch 1, deren Makromoleküle bis zu 10 % Einheiten der folgenden Formeln enthalten:-CH=CH-(CH2-)n, -CH2-CH- , -CHCl-CHCl-(CH0-)„ oder)nHCi-CH2Cl3. Polyalkamere nach Anspr-uch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Makromoleküle im wesentlichen aus wiederkehrenden Einheiten der Formel-CH-CH-(CH2-)n
Cl ONO2bestehen, in der η für 2, 3, 6 oder 10 steht.4. Polyalkamere nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß ihre Makromoleküle bis zu 25 % Monomereinheiten, die von Styrol abgeleitet sind, enthalten.309818/1049„ 15 -Verfahren zur Herstellung von substituierten Polyalkameren· nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, λ . daß man Homopolymerisate, deren- Makromoleküle aus einer oder mehreren wiederkehrenden Einheiten der Formel -CH=CH-(CH2-)n und/oder-CH2-CH-CH=CH2bestehen, als Lösung in einem organischen Lösungsmittel nit tert.-Butylhypochlorit und wässriger Salpetersäure einer Konzentration von nicht mehr als 85 % umsetzt.16. Verfahren nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß bei Temperaturen zwischen -50° und -j-5.0 C, vorzugsweise zwischen -30 und +35 C gearbeitet wird.7· Verfahren, nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß 1 bis 1,5 Mol, vorzugsweise 1 bis 1,3 Mol tert.-Butylhypochlorit pro Mol Doppelbindungen im Ausgangspolymerisat verwendet werden. . ■·":'8. Verfahren nach Anspruch 5 t>is 7j dadurch gekennzeichnet,. • daß 1 bis 1,5 Mol.,r':.vor2iugsweise 1 bis 1,25 Mol Salpetersäure pro Mol i?.o.ppß.libaindungen im Ausgangspolymerisat verwendet v/erden.% Verwendung>rder.. substituierten .Polyalkamere. nach Anspruch .1 bis 8 als Filmbildner mit ausgezeichneter.Haftfestigkeit und Säurebeständigkeit für Anstrichmittel.309813/1049
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-
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ES407943A1 (es) | 1975-10-16 |
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