DE2262610A1 - Verfahren zur herstellung schlagfester styrolpolymerisate - Google Patents
Verfahren zur herstellung schlagfester styrolpolymerisateInfo
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Description
FARBWERKE HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT
vormals Meistor Lucius & Brüning
vormals Meistor Lucius & Brüning
Aktenzeichen: EOE ?2/F 390
Datum: 2Q' Dezember 1972
Dr# El
Verfahren zur Herstellung schlagfester Styrcipolymerisate
Es ist bekannt, daß man durch Verwendung eines amorphen Polyolefins
statt Kautschuk bei der Herstellung von. schlagnähern
Polystyrol Produkte mit -wesentlich, verbesserter Witterungsstabilität
erhält, Wesentlich dabei ist. daß das Polyolefin keine Kohlenstoffdoppelbindungen in der Hauptkette enthält, wie
z.B. die Äthylen-Propylen-Terkömponenten»Kautschuke.
Die unpolaren Äthylen-Propylen-Tei'koraponeiiten-Kautschuke sind zwar
gut in unpolaren Monomeren, wie Styrol oderoC -Methy!styrol, löslich, werden jedoch bei Zusatz von polaren Monomeren, vie
Acrylnitril, unlöslich und fallen makroskopisch aus* Es sind bisher zwei Verfahren zur Überwindung dieser Schwierigkeit bekannt
geworden:
1c Durch. Zusatz von unpolaren Kohlenwasserstoffen als Lösungsmittel
wird trotz Anwesenheit von Acrylnitril der Äthylen-Propylen-Terkonvponenten-Kautschuk
in Lösung gehalten.
2. Durch Zusatz von getrennt hergestelltem Pfropfeopoiymeren
von Styrol-Acx-ylnitr.il auf Äthylen-Pr opylen-Terlcomponenten-Kautschuk,
die als Öl-in-Öl-Emulgatoren wirken, wird der
Äthylen-Propylen-Terkomponenten-Kautschuk nach Lösen in
Styrol bei Zugabe von Acrylnitril in der Lösung mikroskopisch dispergiert und eine makroskopische Ausfüllung ver-
hindert, AO 9826/0950 /2
BAD OfUGINAt
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung schlagfester
Styrol-Pfropfcopolymerisate durch Polymerisation von
a) 98 bis 80 Gewichtsprozent eines Gemisches von
aa) 90 bis 70, vorzugsweise 80 bis 70, Gewichtsprozent
Styrol und/oder mindestens eines Styrolderivatos mit
ab) 10 bis 30, vorzugsweise 20. bis 30, Gewichtsprozent
Acrylnitril und/oder mindestens eines anderen Derivates der Acrylsäure
in Mischung mit
b) 2 bis 20 Gewichtsprozent eines Äthylen-Propylen-Terkomponenten-Kautschuks,
wobei aa) und ab) bezogen sind auf die Gosa.mtmenge der
Monomeren aa) + ab) und a) und b) ani1 d±B Gesamtmenge aus
Monomeren a) (=aa) + ab)) + Kautschuk b),
in Gegenwart mindestens eines monomer.löslichen, organischen Poroxides
und gegebenenfalls in Gegenwart mindestens eines MoI-gewichtsregiers
in Masse oder in Masse-Suspension, dadurch gekennzeichnet, daß nach Lösen des Äthylen-Propylen-Terkomponenten-Kautschuks
in Styrol und/oder Styrolderivai^rJ(aa) und Zugabe von
Acrylnitril und/oder Acrylsäurederivat^n) (ab) bis zu einem aa)/
ab)-Verhältnis von 6/I bis h/λ , vorzugsweise 5,5/1 bis k,5/i, insbesondere
5/1, bei Temperaturen von 85 bis 1I5 C bis zum Ende des
Phasenumschlags polymerisiert wird undfnach weiterer Zugabe von
Acrylnitril und/oder Acry 1 säuredorivat(on) und gegebenenfalls Styrol
und/oder Styrolderivat^en) bis zum gewünschten Verhältnis aa) zu
ab).bis zum vollständigen Umsatz polymerisiert wird«
Statt Styrol als Monomerkomp>onente aa) können auch Styrolderivate,
wie <j(-Methylstyrol odor kernmethylierte Styrole (z.B. o- oder
p-Vinyltoluol oder Vinylxylole) oder kernhalogenierte Styrole
(z.B. o- oder p-Chlor- bzw. Brom~st3'rol) oder Vinylcyclohexan
oder methylierte oder halogenierte Derivate des Vinylcyclohexansy
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oder Gemische aus Styrol und einem oder mehreren Derivaten des
Styrolsoder Gemische aus zwei oder mehreren Derivaten des Styrols,
vorzugsweise Gemische aus 95 bis 60 Gewichtsproζent Styrol und
5 bis 40 Gewichtsprozent oC -Methylstyrol, und statt Acrylnitril
als Monomerkosnponente ab) auch andere Acrylsäurederivate, wie
Methacrylnitril oder Ester der Acrylsäure, der Methacrylsäure,
der Itaconsäure (^Carboxymetbyl-acrylsäure), der Maleinsäure
(^Carboxy-acrylsäure) oder Fumarsäure mit niederen aliphatischen
Alkoholen (z.B. Methanol, Äthanol, Isopropanol, Butanol,rl
Oktanol, Isooktanol oder 2-Äthylhexanol) allein oder in Kombination
miteinander und/oder mit Acrylnitril eingesetzt werden.
Gemische aus 20 bis 30 Gewichtsprozent Acrylnitril und
Styrol sind bezüglich Lösungsmittelbeständigkeit, Bruchfestigkeit,
Haarrißbildung und liärmebeständigkeit besonders
vorteilhaft«
Geeignete Äthylen-Propylen-Terkomponenten-Kautschuke
sind solche, die durch Polymerisation von 70 bis 30 Gewichtsprozent
Äthylen, 30 bis 70 Gewichtsprozent Propylen
und 0,5 bis 15 Gewichtsprozent einer diolefinischen Terkoraponente erhalten werden» Als Terkomponente
sind Diolefine mit mindestens 5 Kohlenstoffatomen, deren
Doppelbindungen nicht konjugiert sind, wie 5-Äthylidennorbornen,
Dicyclopentadien, 2,2f1-Bicycloheptadion χχηά.
1 , Jt-HexadieTi1, geeignet.
Die Polymerisation wird in Gegenwart monomerlöslicher
Initiatoren, wie organischer Peroxide, z.B. Di-t-butylperoxid,
2,5-Dimethyl-2,5-di~t-butylperoxyhexan, t-Butylperbenzoat,
t-Butylperacetat, Dibenzoylperoxid, t-Butylperoktoatj
Dilauroylperoxid, t-Butylhydroperoxid, oder radikalisch zerfallender Stickstoffverbindungen vom Typ
des Azodiisobufcyronitrils, durchgeführt. Diese Initiatoreil
werden im üblichen Konzentrationsbereich von 0,05
. Ils 1, vorzugsweise 0,1 bis Q,h, Gewichtsprozent, bezo-
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ZZDZD I U
gen auf die Gesamtmenge aus Monomeren und Äthylen-Propylen-Tor
komponenten-Kautschuk (ΑΡΤΕ), eingesetzt.
Die Einstellung des gewünschten Polymerisationsgrades (Molgewichtes) erfolgt durch die bei der Styrolpolymerisation üblichen
Reglersubstanzen, wie Dimeren des Styrols oder des öl, -Methylstyrols im Konzentrationsbereich von 0,1 bis 1 Gewichtsprozent
oder Mercaptanen wie n-Dodecylmercaptan (1-Dodecanthiol)
oder t-Dodecylmercaptan (handelsüblich meist als
Isomerengemisch aus etwa 70 Gewichtsprozent 2,4,4,6,6- und etwa
30 Gewichtsprozent 2,2,U,6,6-Pentamethylheptanthiol) im
Konzentrationsbereich von 0,005 bis 0,15 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge aus Monomeren und APTK·
Dabei können βολίοίτΐ die Polymerisationsinitiatoren als auch die
Molgewichtsregler auf einmal oder nacheinander in abgemessenen Teilen bei der Vorpolymerisation (i. Stufe) und/oder der (den)
anschließenden Polymerisationsstufe(n), in dem Maße, wie die Polymerisation voranschreitet, zugegeben werden.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann sowohl in Masse als
auch in Masse/Susporision polymerisiert werden. Ih beiden Fällen
wird dabei zunächst der APTK in dem oder den unpolaren, nur Kohlenstoff und Wasserstoff enthaltenden Monomeren aa), z.B.
Styrol, gelöst. Auch übliche, unpolare Zuschläge, z.B. Woißöle
(Gemische aliphatischer Kohlenwasserstoffe im Siedebereich von
100 bis 300 c) können zugesetzt werden. Nach erfolgter Lösung
wird erwärmt und aus (die) polare(n), Stickstoff oder Sauerstoff enthaltende(n) Monomere(n) ab) zugegeben. Zeitpunkt und
Dauer der Zugabe sind dabei in weitem Bereich variierbar. In jedem Fall ist durch die obige"Verfahrensweise gesichert, daß
bei Erreichen einer bestimmten Temperatur (sie ist abhängig vom Monomerenverhältnis der unpolaren und polaren Monomeren und be
trägt z.B. bei einem Styrol/AcryInitril-Verhältnis von 5/I 850C
eine homogene Lösung dos APTK im Monomerengemisch vorliegt.
40 9 8 267 095 0 Λ
Die anschließende Vorpolymerisation (I. Stufe) wird unter Rühren
bis nach dem Phasenumschlag in Masse durchgeführt. Durch Zusatz
der oben genannten monomerlöslichen Initiatoren und Regler kann
dabei die Pfropfung der Monomeren auf den APTK und die Viskosität der PoIy-Styrol-Acrylnitril-Phase beeinflußt werden. Beide
Zusätze beeinflussen in bekannter Weise in Verbindung mit Art und Intensität des Rührens die Einstellung' der Kautschukmorphologie,
Nach erfolgtem Phasenumschlag kann der Anteil des (der) polaren Monomeren ohne entscheidende Veränderung der Kautschukmorphologis
(d.tu, ohne daß der APTK makroskopisch, ausgefällt wird) weiter
erhöht werden. Die sich an die Vorpolymerisation anschließende 2. Stufe, in der die Polymerisation zu Ende geführt wird (Auspolymerisation),
soll ohne weitere Veränderung der in der Vörpolymerisation
eingestellten Kautschukmorphologie erfolgen. Dabei kann die Auspolymerisation in bekannter Weise entweder nach
Suspendierung in Wasser als Suspensionspolymerisation oder auch in(einom) weiteren Polymerisationsgefäß(en) in Masse erfolgen.
Die Suspensionspolymerisation unterscheidet sich dabei ihrer Natur nach nicht von der Polymerisation in Masse; die Verteilung
des Vorpolymerisates im Wasser dient allein der leichteren Abführung der bei der Polymerisation entstehenden Reaktionswärme.
Der Unterschied liegt vielmehr darin, daß die Masse/Suspensionspolymerisation (1. Stufe = Massepolymerisation, 2. Stufe =Suspensionspolymerisation)
üblicherweise diskontinuierlich, die Masse/Massepolymerisation (t. Stufe und 2. Stufe jeweils Massepolymerisation)
dagegen kontinuierlich durchgeführt wird, was die Eigenschaften der entstehenden Produkte nicht zwangsweise
beeinflußt.
Die Suspens ionspol}rmer isation wird in Gegenwart von bekannten
Suspensionsstabilisatoren wie wasserlöslichen Celluloseäthern,
Gelatine, Polyvinylalkohol, teilverseiftem Polyvinylacetat (z.B. mit einem Rest-Acetyl-Gehalt von 1 bis 20 Gewichtsprozent
und einer Viskosität der 4 gewichtsprozentigen wäßrigen Lösung
/G .
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bei 2O°C von 20 bis 50 Centipoise) odor Tricalciumphosphat in
Konzentrationen von 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge aus" Monomeren und APTK, durchgeführt.
Der Vorteil dos erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß
die in den eingangs genannten, bekannten Verfahren nötigen zusätzlichen Verfahrensschritte, wie die Entfernung des Lösungsmittels
oder die getrennte Herstellung von Pfropfcopolymeren, entfallen. Durch ein Styrol/Acrylnitril-Verhältnis von 6/t bis
, vorzugsweise 5»5/1 bis 4,5/1» insbesondere 5/1» zu Beginn
der Polymerisation wird bei Temperaturen von 85 bis 115 C eine
homogene Lösung des Äthylen-Propylen-Terkoinponenten-Kautschuks
erhalten; ein Zusatz von Lösungsmittel ist dabei nicht nötig. Andererseits ergeben sich bei diesem Verfahren unter Verwendung
organischer Peroxide sehr günstige Pfropfbedingungen; ein Zusatz
von getrennt hergestelltem Pfropfcopolymeren von Styrol-Acrylnitril
auf Äthylen-Propylen-Terkomponenten-Kautschuk (aPTK) ist
ebenso nicht nötig. Nach Beendigung des Phasenumschlages kann durch weitere Acrylnitril-Zugabo ein beliebiges Styrol/Acrylnitril-Verhältnis
eingestellt werden. Dabei wird die Morphologie der dispersen, inneren Kautschukphas© nicht mehr verändert.
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In den folgenden Beispielen, die die praktische Durchführung der Erfindung erläutern sollen, wurde für alle Versuche ein APTK
mit ca« 6 Äthylidennorbornen-Einheiten auf 1 000 Kohlenstoffatome (entsprechend 5 Gewichtsprozent Äthylideiinorbornen),
einem Propylengehalt von ca. 50 Gewichtsprozent und einem
mittleren Molekulargewicht M von etwa 200 000 verwendet.
In einer Polymerisationsapparatur, bestehend aus einein 20 1
Druckkessel für die Masse-Vorpolymerisation und einem hQ 1 Druckkessel
für die Suspensionspolymerisation, wurden im Vorpoiyrnerisationskessel
(V-Kessel) 1 000 g APTK unter Rühren in 5 600 g Styrol während 8 Stunden gelöst. Die Lösung wurde auf 90 C hochgeheizt
und aus einem Vorratsbehälter eine Mischung von 500 g
Styrol, 1 200 g Acrylnitril und 11 g t-Butylperbonzoat während
etwa 5 Minuten hinzugegeben, so daß das St3Trol/Acrylnitril-Verhältnis
gleich 5/1 war. Unter Rühren wurde 2,5 Stunden lang vorpolymerisiert.
Nach Abkühlen auf 80 C wurde schnell eine Mischung von 65O g Styrol, 85O g Acrylnitril, 20 g t-Butylperbenzoat, 1 g
Di-t-butylperoxid und k0 g dimerem^-Methy]styrol hinzugegeben,
so daß das Styrol/Acrylnitril-Verhältnis im Polymerisationsansatz nun 3/1 betrug. Nach einer Mischzeit von 10 Minuten wurde
der Ansatz in den Suspensionspolymerisationskessel (S-Kessel) abgelassen. Im S-Kessel wurde als Flotte eine Lösung von 40 g
teilverseiftem Polyvinylacetat (mit 12 fo Restacetylgehalt · und
einer Viskosität der ^l gewichtsprozentigen wäßrigen Lösung bei
20 C von etwa k0 Centipoiso) in 15 1 destilliertem Wasser vorgelegt.
Man dispergierte eine halbe Stunde bei 90 C 5 anschließend
wurde 3 Stunden bei 114°C und weitere 3 Stunden bei 135°C zu
Ende polymerisiert« Durch Spritzgießen bei 240®C wurden Prüf=-
stäbe nach DIN 53 ^35 hergestellte Folgende Prüfwex'te wurden
erhaltens
0 ft Pi ö O C I ti Ω '<" f j
-> U a υ i b / Q B © υ
Kerbschlagzähigkeit bei O°C (nach DIN 53^53) 7,5 kpcm/cm2
Schlagzähigkeit bei 23°C (nach DIN 53^53) 81 kpcm/cm2
Kugeldurckhärte (30 see) (nach DIN 53^56) 1O5O kp/cm2
Vicat Erweichungspunkt (nach DIN 5346O) 98°C
In der gleichen Apparatur und in gleicher Weise wie in Beispiel
1 wurde im V-Kessel eine Lösung von 1 OOO g APTK in 5 6OO g Styrol
hergestellt. Nach Hochheizen auf 90 C wurde eine Mischung von
1150 g Styrol, lOkO g Acrylnitril und 11 g t-Butylperbenzoat
während etwa 5 Minuten zugegeben, so daß das Styrol/Acrylnitril-Verhältnis
gleich 6,5/1 war. Unter Rühren wurde 2,5 Stunden lang
ο vorpclymerisiert. Nach Abkühlen auf 80 C wurde eine Mischling von
1010 g Acrylnitril, 20 g t-Butylperbenzoat, 1 g Di-t-butylperoxld
und ^O g dimerem ok-Methylstyrol schnell zugegeben, so daß das
Styrol/Acrylnitril-Verhältnis im Polymerisationsansatz 3/I betrug.
Die weitere Arbeitsweise erfolgte wie in Beispiel 1· Folgende
Prüfwerte wurden erhalten:
Kerbschlagzähigkeit bei OC 2,9 kpcm/cm Schlagzähigkeit bei 23°C 3/+ kpcm/cm
Kugeldruckhärte (30 sec) IO5O kp/cm
Vicat Erweichungspunkt 99 C
In der gleichen Apparatur wie in Beispiel 1 wurde im V-Kessel
eine Lösung von 1350 g APTIC und 270 g Weißöl (Siedebereich 120
bis 28O0C;) in 8 400 g Styrol während 8 Stunden hergestellt.
Nach Erwärmen auf 90 C wurde eine Mischung von 6OO g Styrol,
I8OO g Acrylnitril und 21 g t-Butylperbenzoat während etwa 5
Minuten zugegeben, so daß das Styrol/Acrylnitril-Verhältnis
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226261G
gleich 5/1 war. Unter Rühren wurde 2 Stunden lang vorpolymerisiert.
Nach Abkühlung auf 8O0C wurden 900 g Acrylnitril und 35 g
t-Butylperoktoat schnell zugegeben, so daß dag , Styrol/Acrylnitril-Verhältnis
gleich 3/i_war· Nach einer Mischzeit von 10 Minuten
wurde der Ansatz in den S-Kessel abgelassen. Im S-Kessel wurde als Flotte eine Lösung von kk g teilverseif tem Polyvinylacetat
(mit etwa 12 $ Hestacetylgehalt und einer Viskosität der h ge~
wichtsprozentigen wäßrigen Lösung bei 20 C von etwa hO CentipoiseJ
in 1o 1 Wasser vorgelegt. Man dispergierte eine halbe Stunde bei 80°C; anschließend wurde 5 Stunden bei 90°C und weitere 3 Stunden
bei 135 C zu Ende polymerisiert. Folgende Prüfwerte wurden erhalten?
Kerbschlagzähigkeit bei OC 13 kpcm/cm
Schlagzähigkeit bei 23°C 9^ kpcm/cm
Kugeldruckhärte (30 sec) " 1130 kp/cni2
ο Vicat Erweichungspunkt 97 C
Beispiel h .
In der gleichen Apparatur und in gleicher Weise wie in Beispiel 1
wurde eine Lösung von 1 000 g APTK in 5 600 S Styrol hergestellt.
Die Lösung wurde auf 90 C erwärmt und eine Mischung von 5OO S
Styrol und 1 200 g Acrylnitril während etwa 5 Minuten hinzugegeben,
so daß das Styrol/Acrylnitril-Verhäitnis gleich 5/I war.
Unter Rühren wurde 6 Stunden lang vorpolymerisiert. Nach Abkühlen
auf 80 C wurde eine Mischung aus 65O g Styrols 85O g Acrylnitril,
30 g t-Butylperbenzoat, 1 g Di-t'-butylperoxid und 40 g
dimeremöy'-Methylstyrol schnell hinzugegeben, so daß das Styrol/
Acrylnitril-Verhältnis im Polymerisationsansatz gleich 3/I betrug.
Die weitere Arbeitsweise erfolgte wie in Beispiel 1. Folgende Prüfwerte wurden erhalten;
/10
409826/09 5 0
Kerbschlagzlihigkeit bei O C 3» 3 kpcm/cm
Schlagzähigkeit bei 23 °C kO kpcm/cm2
Kugeldruckhärte (30 see) 995 kp /cm
Vicat Erweichungspunkt 96 C
409826/0950 ;
Claims (1)
- Patentansprücheλ) j Verfahren zur Herstellung schlagfester Styrol-Pfropfcopolymerisate durch Polymerisation vona) 98 bis 80 Gewichtsprozent eines Gemisches vonaa) 90 bis 70, vorzugsweise 80 bis 70, GewichtsprozentStyrol und/oder mindestens eines Styrolderivates mitab) 10 bis'30, vorzugsweise 20 bis 30» GewichtsprozentAcrylnitril und/oder mindestens eines anderen Derivates der Acrylsäurein Mischling mitb) 2 bis 20 Gewichtsprozent eines Äthylen-Propylen-Terkomponenten-Kautschuks,wobei aa) und ab) bezogen sind auf die Gesamtmenge der Monomeren aa) + ab) und a) und b) auf die Gesamtmenge aus Monomeren a) (=aa) + ab))+ Kautschuk b),in Gegenwart mindestens eines moncmerlöslichen, organischen Peroxides und gegebenenfalls in Gegenwart mindestens eines Molgewichtsreglers in Masse oder in Masse-Suspension, dadurch gekennzeichnet, daß nach Lösen des Athylen-Propylen— Terkoraponentenkautschuks in Styrol und/oder Styrolderivai^en^(aa) und Zugabe 'von Acrylnitril und/oder Acrylsäurederivat^n\(ab) bis zu einem aa)/ab)-Vei-hältnis /on ö/i bis h/Λ , vorzugsweise 5f5/f bis 4,5/1» insbes.ondere 5/1 > bei Temperaturen von 85 bis 115c bis zum Ende des Phasenumschlags polymerisiert wird und.nach weiterer Zugabe von Acrylnitril und/oder Acrylsriurederivatjen) und gegebenenfalls Styrol und/ oder Styrolderivat(en) bis zum gewünschten Verhältnis aa) zu ab) bis ztim vollständigen Umsatz polymerisiert wird./12409826/09502) Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Mononierkomponente aa) Mischungen von 95 bis 60 Gewichtsprozent Styrol und 5 bis ^O Gewichtsprozent φ-Methylstyrol eingesetzt werden.3) Schlagfestes Styrol-Pfropfcopolymerisat, erhalten durch Polymerisation vona) 98 bis 80 Gewichtsprozent eines Geraisches vonaa) 90 bis 70, vorzugsweise 80 bis 70, Gewichtsprozent Styrol und/oder mindestens eines Styrolderivates mitab) 10 bis 30, vorzugsweise 20 bis 30, Gewichtsprozent Acrylnitril und/oder mindestens eines anderen Derivates der Acrylsäurein Mischung mitb) 2 bis 20 Gewichtsprozent eines Äthylen-Propylen-Terkomponenten-Kautschuks,wobei aa) und ab) bezogen sind auf die Gesamtmenge der Monomeren aa) + ab) und a) und b) auf die Gesamtmengeaus Monomeren a)(=aa)+ab))+ Kautschuk b), in Gegenwartmindestens eines ntoiiomoriöslichon, organischen Peroxides und gegebenenfalls in Gegenwart mindestens eines MoI-gewi chtsreg'J ors in Masse oder in Masse/Suspension, wobei nach Lösen dos Äthylen-Propylen-Terkompononten-KautscJiuks in Styrol und/oder Styrolderivat(en) (aa) und Zugabe von Acrylnitril und/oder Acrylsäurcderivat(en) (ab) bis zu einem aa)/ab)-Verhältriis von 6/I bis U/l, vorzugsweise 5,5/1 bis U,5/1, insbesondere 5/1» bei Temperaturen von 85 bis 115 C bis zum Ende des Phasenuiuscblags polymerisiert wird und nach weiterer Zugabe von Acrylnitril und/ oder AcryJ.sliuroderivat (en.) und gegebenenfalls Styrol und/ oder Styrolderivat(en) bis zum gewünschten Verhältnis aa) zu ab) bis zum vollständigen Umsatz polymerisiert wird.4098.26/0950BAD ORIGINAL
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