DE2340437A1 - Verfahren zur flammfestimpraegnierung von cellulosefasern - Google Patents
Verfahren zur flammfestimpraegnierung von cellulosefasernInfo
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Description
Dipl.-Ing. H.-J. Müller
Dr. Th. Berendt
D 8 München 80
Albright & Wilson Limited, Oldbury, Warley, Worcestershire, Großbritannien
Verfahren zur Flammfestimprägnierung von Cellu-
losefasern
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Behandlungsverfahren für Textilfasern aus Cellulose, um sie
flammfest auszurüsten. Derartige Behandlungsverfahren werden in dieser Erfindungsbeschreibung der Bequemlichkeit
halber als "Flammfest"-Ausrüstung bezeichnet, und zwar ungeachtet der Tatsache, daß sie nicht
jegliche Flammenbildung vollständig unterdrücken können.
Das Behandlungsverfahren, ,auf welches sich die vorliegende Erfindung bezieht, gehört zu jenem Typ von Verfahren,
bei dem die Fasern mit einem Vorkondensat aus einem Tetrakis-(hydroxymethyl)-phosphoniumsalz, wie z.B. dem
Chlorid (die in dieser Erfindungsbeschreibung der Abkürzung halber als "THP"-Salz bzw. "THPC" im Falle des
Chlorids bezeichnet werden), und einer stickstoffhaltigen Verbindung imprägniert und danach mit Ammoniak behandelt
werden. Auf diese Weise wird ein vernetztes Polymerisat auf den Fasern gebildet und macht diese flammfest.
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ORIGINAL INSPECTED
Eine frühere Veröffentlichung einer Behandlung zur Flammfestausrüstung,
welche die Verwendung von THPC und einer Stickstoffverbindung vorsieht, findet sich in der britischen
Patentschrift 7^0 2β9, gemäß der die Vernetzung
bzw. die Härtung des Polymerisates durch Hitzeanwendung erfolgt. In der USA-Patentschrift 2 772 188 findet sich
der Vorschlag, das Polymerisat durch Anwendung von Ammoniak zu härten, während in der britischen Patentschrift 906 Jl 4
das Verfahren beschrieben ist, das unter Umständen wirtschaftlich erfolgversprechend schien und darin besteht,
das Ammoniak in zwei Stufen anzuwenden, nämlich in einer ersten Stufe als gasförmiges Ammoniak und in einer zweiten
Stufe als wäßriges Ammoniak. Das bei dieser technischen Entwicklung angestrebte Ziel bestand darin, den
Grad der Vernetzung so zu steuern, daß die Aufnahme des Harzes, die für die Erzielung der Flammfestigkeit erforderlich
war, nicht über Gebühr den Griff des Textilstoffes beeinträchtigt. Darüber hinaus wurde angestrebt, ein
technisch und wirtschaftlich vertretbares Ausmaß an Waschfestigkeit zu erreichen, und dieses Ziel wurde durch die
Zweistufenbehandlung mit dem gasförmigen Ammoniak und dem wäßrigen Ammoniak im wesentlichen erreicht.
Zu besten Ergebnissen hinsichtlich eines Kompromisses zwischen maximaler Flammfestausrüstung und einem möglichst
weichen Griff ist man dadurch gelangt, daß man Harnstoff als Stickstoffverbindung verwendet und das Härten mit
Ammoniak durchführt. Das Härten von Harnstoffpolymerisaten
durch Hitzeeinwirkung verläuft technisch unbefriedigend, und es würde im Grunde erforderlich sein, eine
Verbindung von höherer Funktionalität, wie Melamin, oder ein Gemisch aus Melamin und Harnstoff, zu verwenden, wenn
man sich der Hitzehärtung bedienen will, doch in Wirklichkeit macht man von dieser Methode keinen Gebrauch, da sie
Gewebe von schlechtem Griff liefert.
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Man hat bisher angenommen, daß in dem Fall, in dem ein ammoniak-gehärtetes Harnstoff/THPC-Harz verwendet werden
soll, die richtigen Mengenverhältnisse von Harnstoff zu THPC diejenigen sind, in denen diese Reaktionsteilnehmer
in dem Prepolymeren, das mit Hilfe von Ammoniak vernetzt werden soll, auftreten, nämlich ein Molverhältnis
von 0,5 J 1. Zwei neuere Entwicklungen haben jedoch zu Schwierigkeiten bei Anwendung von so zusammengesetzten
Mitteln geführt. Die erste ist der Wunsch, leichtere Stoffe, als sie bisher behandelt wurden, flammfest auszurüsten,
und die zweite sind die Auflagen der schärferen Flammfestigkeits-Prüftests für gewisse Waren. Zu der an
erster Stelle genannten Entwicklungstendenz ist zu bemerken, daß das Mittel der genannten Zusammensetzung zwar
zufriedenstellende Ergebnisse liefert bei Stoffen, deren Gewicht beispielsweise mehr als I36 g/m (4 oz per sq. yd.)
beträgt, es aber bei Anwendung auf leichtere Stoffe den Griff so stark beeinträchtigen kann, daß der Stoff bzw.
das Gewebe unbrauchbar bzw. unverkäuflich wird.
Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten ist versucht worden, ammoniak-gehärtetes THPC allein, d.h. ohne Zusatz einer
Stickstoffverbindung, wie Harnstoff, zu verwenden. Um dies zu ermöglichen, wird das normale pH des THPC von etwa J bis
7 durch Zusatz eines geeigneten Alkalis oder einer geeigneten Base neutralisiert. Ein solcher Prozeß bildet den Gegenstand
der britischen Patentschrift 9?8 -990» doch ist
seitdem eine gewisse Verwirrung dadurch eingetreten, daß von ähnlichen Prozessen berichtet wurde, sie seien mit
"THPOH""durchgeführt worden. In der Tat ist die Existenz dieser spezifischen Verbindung in neutralisierten Lösungen
des THPC etwas hypothetisch, und aus diesem Grunde wird
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in dieser Erfindungsbeschreibung zweckmäßigerweise einfach der Ausdruck "neutralisiertes THPC" benutzt.
Das Flammfest-Ausrüsten von Textilien wird in vielen
Ländern durch Verordnungen bestimmt, welche die staatlichen Behörden von Zeit zu Zeit erlassen. Ursprünglich
beruhten die Vorschriften, die in der Regel in Kraft waren,
auf den vertikalen Streifen-Tests, wie z.B. dem
British Standard (BS) 3119:1959- Zur Zeit gelten für
Kinder-Nachtgewänder die folgenden Verordnungen: BS 2963:1958 in Großbritannien und die "United States
Specification FF3-71" in den V.St.von Amerika. Nach den
Peststellungen der Mitarbeiter der Anmelderin sind diese letztgenannten Vorschriften weit strenger als die Vorschriften,
die vorher gültig waren, und es sind höhere Aufnahmen an flammfestmachenden Harzen auf THP-Basis
erforderlich, um die Vorschriften dieser Standards zu
erfüllen. Dies hat einen derberen Griff des Stoffes zur Folge, der nicht akzeptabel sein kann selbst bei Stoffen,
die unter den ursprünglich geltenden Vorschriften zufriedenstellend behandelt werden konnten.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun eine Behandlung zur Flammfest-Ausrüstung, die allen Bestimmungen
der oben genannten Vorschriften genügt, ohne den hierbei erhaltenen Stoff unangemessen steif zu machen. Es ist
darauf hinzuweisen, daß sich die genannten beiden Erfordernisse im Grunde entgegengesetzt gegenüberstehen, und
es wurde nun gefunden, daß man das Ergebnis durch Variieren des Verhältnisses von Harnstoff zu THPC in der Imprägnierlösung
entweder nach der Seite der größeren Flammfestigkeit oder nach der Seite des besseren Griffes verschieben
kann, so daß durch Auswahl des Verhältnisses aus
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einem bestimmten begrenzten Bereich von Verhältniswerten ein Stoff erhalten werden kann, der beiden Forderungen
Rechnung trägt.
Die Erfindung betrifft demgemäß ein Verfahren zum Flammfest-Ausrüsten
von Textilfasern aus Cellulose, welches darin besteht, daß man das Gewebe mit einer wäßrigen Lösung
imprägniert, die ein Vorkondensat aus Harnstoff und einem THPC-SaIz und dazu einen Überschuß an dem THPC-SaIz
enthält, der erforderlich ist, um ein molares Verhältnis von Harnstoff zu THP von 0,05 : 1 bis 0,25 : 1 einzustellen,
wobei die Lösung durch Zugabe eines Alkalis oder einer Base auf einen pH-Wert zwischen 5 und 8 neutralisiert wird,
und man die imprägnierten Fasern zwecks Bildung eines vernetzten Polymerisates mit Ammoniak behandelt.
Die beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Imprägnierlösung kann hergestellt werden durch Vermischen der erforderlichen
Mengen Harnstoff und THPC in Wasser und Erhitzen des Gemisches zum rückfließenden Sieden, damit die genannten
Komponenten zwecks Bildung des Vorkondensates miteinander in Reaktion treten. Abweichend hiervon kann eine Lösung,
in der der Harnstoff und das THP-SaIz \m Molverhältnis von
0,5 ; 1 vorhanden sind, zum rückfließenden Sieden erhitzt
und die zur Einstellung des richtigen Harnstoff:THP-Verhältnisses erforderliche THPC-Menge nachträglich zugegeben
werden. Ist die Lösung jedoch erst einmal hergestellt, so wird sie auf einen pu-Wert von 5 bis 8, vorzugsweise
ti
5,8 bis 7 neutralisiert. Dies erfolgt zweckmäßigerweise
durch Zugabe von Ätznatron, doch können auch andere Alkalis, wie Natriumcarbonat, verwendet werden. Selbstverständlich
führt ein zu hoher pH-Wert zur Unstabilität
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der Lösung, und in diesem Fall stellt man einen niedrigeren p„-Wert ein, der innerhalb des angegebenen Bereiches
liegt.
Das THP-SaIz besteht normalerweise aus dem Chlorid, doch
können auch andere Halogenide, wie das Bromid, oder andere Salze, wie das Acetat, Sulfat oder Phosphat, verwendet
werden.
Die Konzentration der Lösung des Vorkondensates beträgt vorzugsweise 20 bis 40 Gewichtsprozent. Bevorzugt in Frage
kommende Lösungen sind 25- bis 30-gewichtsprozentig. Es ist zweckmäßig, zunächst eine Lösung von einer Konzentration
von etwa 50 % zu bilden, die dann kurz vor Gebrauch
verdünnt wird. Es ist vorteilhafter, die Neutralisation in dieser Stufe durchzuführen als in der Fabrikationsstufe.
Die Behandlung mit Ammoniak kann gemäß dem oben erwähnten Zweistufenprozeß mit gasförmigem Ammoniak und wäßrigem
Ammoniak durchgeführt werden. Abweichend hiervon kann von der schnellen Gas-Härtungsmethode Gebrauch gemacht werden,
die Gegenstand der das gleiche Gebiet betreffenden britischen Patentanmeldungen Nr. 38845/72 und 6490/73 der Anmelderin
ist.
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden die nachstehenden Versuchsergebnisse angeführt:
Es wurden 5 Sätze von Lösungen hergestellt, wobei jeder
Satz einen unterschiedlichen Wert in Bezug auf das Harnstoff: THPC-Mol verhältnis aufwies, die im einzelnen betrugen:
(a) 0, (b). 0,05, (c) 0,125, (d) 0,25, (e) 0,5-
(a) 0, (b). 0,05, (c) 0,125, (d) 0,25, (e) 0,5-
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Die Lösungen wiesen innerhalb jedes Satzes nacheinander abnehmende Gesamtgehalte an THPC auf, um so in geeigne-.ter
Weise die Aufnahme von THPC durch das behandelte Gewebe, zu variieren. Die am stärksten konzentrierte Lösung
eines jeden Satzes wurde erzeugt durch Herstellung einer Lösung eines Harnstoff /THPC-Vorkondensates (Molverhältnis
0,5 ! Ό mit überschüssigem THPC (ausgenommen im Fall
(e)) in solchen Mengen, daß der Gesamt-THPC-Gehalt 48 %
betrug und das Molverhältnis von Harnstoff zu THPC sich
auf das für den Satz erforderliche belief. Es wurden 5 Teile Ätznatron pro 100 Teile THPC zugesetzt, um ein
PH von 5*9 einzustellen. Diese Lösung als solche und
verdünnte Lösungen, die durch Zugabe von aufeinanderfolgenden Mengen von etwa 10 % Wasser erhalten wurden,
bildeten den Satz.
Es wurden Versuchsmuster eines Baumwoll-Winceyette-Gewebes mit einem Gewicht von 150 g/m in jeder Lösung
eines jeden Satzes geklotzt bis zu einer Naß-Aufnahme von ungefähr 80 %t und die Beladung mit THPC
wurde aus dem THPC-Prozentgehalt in der Lösung und der Naß-Aufnahme berechnet. Jedes Muster wurde bei 850C getrocknet
und dann vermittels Hindurchleiten von Ammoniakgas durch das Gewebe mit einer Dosierung von 25 Liter/Minute
kontinuierlich gehärtet. Die Muster wurden dann JO Minuten
bei 500C in einer Lösung von 4,5 g/Liter eines synthetischen
Detergents, das ungefähr 20 % Natriumperborat enthielt, gewaschen, dann gut gespült und getrocknet.
Die Stoffmuster wurden dann anhand der folgenden Entflammbarkeits-Tests
geprüft.
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Hierbei handelt es sich um einen allgemeinen Test für flammfestausgerüstete Gewebe, bei denen ein
konditioniertes Muster vom Format ;517,»5 mm χ 50,8 mm
(12 1/2" χ 2") 12 Sekunden lang durch eine 38 mm
(1 1/2") hohe, leuchtende Standardflamme in Brand gesetzt wurde.
Sie ist in den V.St.von Amerika für Kinder-Nachtgewänder
vorgeschrieben. Ein vorgetrocknetes Muster wird in eine Klemme, welche die vertikalen Kanten
bedeckt, gespannt und durch eine 38 mm (1 1/2") hohe,
leuchtende Flamme J5 Sekunden lang in Brand gesetzt.
Sie ist in Großbritannien für Kinder-Nachtgewänder vorgeschrieben. Ein frei hängender Gewebestreifen
vom Format 183 cm χ 3,8l cm (6 feet by I 1/2 inches)
wird 12 Sekunden lang durch eine 38 mm (1 1/2") hohe,
leuchtende Flamme in Brand gesetzt. Diese Methode liefert ungleichmäßige Ergebnisse bei flammfest ausgerüsteten
Geweben, weil die Muster sich frei innerhalb und außerhalb der Flamme bewegen. Der Test wurde modifiziert
durch Verwendung eines kürzeren (I5", d.h. 38,1 cm langen) Musters und durch ständiges Richten
der brennenden Flamme auf die Unterkanten des Musters, bis dieses über seine volle Breite hinweg in Brand gesetzt
worden war, und unmittelbar anschließendes Wegziehen der brennenden Flamme (ungefähr 3- Sekunden).
Die Abnahme-Grenzen bei den drei Tests lagen bei maximalen
Verkohlungslängen bei jedem Muster von 11,4 cm (4 1/2") beim BS 3119, von 17,8 cm (7") beim FF3-71
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und von 25,4 cm (IO") beim BS 2965. Obwohl es scheinen
könnte, als ob die Strenge eines bestimmten Tests in Beziehung zur erlaubten Verköhlungslänge stehen würde,
ist gerade das umgekehrte der Fall, da die Anwendung einer kürzeren Brennzeit die Beibehaltung des Brennens
begünstigt, nachdem das Muster einmal in Brand gesetzt worden ist, wohingegen das Vorhandensein der vertikalen
Kanten - wie im Falle des BS 2963 - eine schnellere
Ausbreitung der Flamme ermöglicht. Es ist möglich, die behandelten Gewebemuster in folgender Weise in vier
Gruppen zu unterteilen (wobei "FR" für Flammfestigkeit steht):
FR Klasse 1 versagt bei allen drei Tests FR Klasse 2 besteht den Test BS 3119, versagt aber
FR Klasse 1 versagt bei allen drei Tests FR Klasse 2 besteht den Test BS 3119, versagt aber
bei den Tests FF3-71 und BS 2963
FR Klasse 3 besteht die Tests BS 3119 und FF3-71, versagt aber beim Test BS 2963
FR Klasse 4 besteht alle drei Tests.
Darüber hinaus wurde der Griff der Muster bewertet, und sie wurden in zwei Gruppen unterteilt:
Gruppe A Gewebe mit annehmbarem Griff Gruppe B der Griff des Gewebes ist übermäßig steif.
In Tabelle I sind die Ergebnisse der oben angeführten Versuche als THPC-Aufnähme für die verschiedenen Klassifizierungen
zusammengestellt.
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39. | ( | a) O |
Tabelle I | 38, | (c) 0,125 |
18, | W 0,25 |
(e) 0,5 |
|
28, 24, 16, |
|||||||||
- | 18, | -9;32,3 27,0 |
32,1 26,3 |
26,2;23,1 | |||||
,0; 32 |
35,0 ,2 |
21,9 | 22,6 | 21,5 19,2 |
|||||
THPC-Aufnahme in % und Flammfestigkeiten |
8; Ij 3 |
26,4 19,6 |
6;15,3 | -5U5,7 | 17,6;15,9 14,2 |
||||
- | die damit erhaltenen verschiedenen und Gewebegriff-Klassifizierungen |
12,6 | 12,6 | 12,2 | |||||
Satz Harnstoff/ THPC-MoI- Verhältnis |
|||||||||
FR Klasse 4 | (b) 0,05 |
||||||||
Griff B Griff A FR Klasse 3 |
|||||||||
Griff B Griff A FR Klasse 2 |
39,0;32,2 28,1 |
||||||||
Griff A FR Klasse 1 |
25,1;22,8 | ||||||||
Griff A | 20,6;17,0 | ||||||||
■ 13,6 | |||||||||
In einem weiteren Satz von Versuchen wurden Lösungen mit verschiedenen Harnstoff/THPC-MolVerhältnissen und einer
Gesamt-THPC-Konzentration von 32 % in der oben beschriebenen Weise hergestellt, und sie wurden dazu verwendet,
um Muster des gleichen Gewebes in derselben Weise zu testen. Die Muster wurden in Bezug auf ihre Flammfestigkeit und ihren Griff in der gleichen Weise, wie es oben angegeben ist, bewertet. Die in Bezug auf die THPC-Aufnahme, die Flammfestigkeit und den Griff ermittelten Ergebnisse
Gesamt-THPC-Konzentration von 32 % in der oben beschriebenen Weise hergestellt, und sie wurden dazu verwendet,
um Muster des gleichen Gewebes in derselben Weise zu testen. Die Muster wurden in Bezug auf ihre Flammfestigkeit und ihren Griff in der gleichen Weise, wie es oben angegeben ist, bewertet. Die in Bezug auf die THPC-Aufnahme, die Flammfestigkeit und den Griff ermittelten Ergebnisse
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sind in Tabelle II zusammengestellt. Das Ganze wurde
wiederholt unter Verwendung einer Reihe von Lösungen
mit einer Gesamt-THPC-Konzentration von 24 %, und die
dabei erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle III zusammengestellt.
Harnstoff/THPC- | THPC-Auf | Flammfestig | Griff |
MoI-Verhältnis | nahme in % | keit, Klasse | Gruppe |
0 | 26,5 | 2 | A |
0,05 | 25,7 | 3 | A |
0,1 | 25,1 | . 3 | A |
0,15 | 25,1 | 3 | A |
0,2 | 26,1 | 3 | A |
0,25 | 25,6 | 4 | A |
0,3 | 25,9 | 4 | B |
0,35 | 25,9 | 4 | B |
0,4 | 27,0 | 4 | B |
0,45 | 26,5 | 4 | B |
0,5 | 25,2 | 4 | B |
Harnstoff/THPC- | % THPC | Flammfestig | Griff |
Verhältnis | keit, Klasse | ||
0 | 19,8 | 2 | A |
0,05 | 19,0 | 2 | A |
0,1 | 19,4 | 2 | A |
0,15 | 19,4 | 2 | A |
0,2 | 19,6 | 2 | A |
0,25 | 19,0 | 2 | A |
0,3 | 19,4 | 2 | A |
■0,35 | 19,6 | 2 | A |
0,4 | 19,2 | 3 | A |
0,45 | 19,2 | 3 | A |
0,5 | 18,6 | 3 | A |
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Die Ergebnisse der Tabellen I, II und III sind in der beigefügten Zeichnung grafisch dargestellt, bei welcher
auf der Abszisse die Harnstoff:THPC-MoIVerhältnisse und
auf der Ordinate die Prozentwerte der THPC-Aufnahmen aufgetragen sind. Die Punkte stellen die Zahlenwerte in der
Tabelle dar und jeder ist mit der Nummer der Flammfestigkeits-Klasse,
zu der- er gehört, markiert. Die Verteilung der Punkte ist eine solche, daß das Feld in vier Flächen
aufgeteilt werden kann, wie es dargestellt ist, wobei jede einer der Flammfestigkeits-Klassen entspricht. Die
Kurve H unterteilt das Feld nach dem Griff der Muster, wobei Gruppe A (Griff annehmbar) unter der Kurve H liegt
und Gruppe B (Griff unannehmbar) über der Kurve liegt.
Hieraus kann entnommen werden, daß die Gewebe, die alle Tests zur Prüfung der Flammfestigkeit bestehen und einen
annehmbaren Griff aufweisen, diejenigen sind, die mit den Lösungen in den Ansätzen (b), (c) und (d) behandelt worden
sind, d.h. mit solchen Lösungen, in denen die Molverhältnisse von Harnstoff zu THPC zwischen 0,05 zu 1 und
0,25 zu 1 liegen.
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Claims (5)
1. Verfahren zur Flammfest-Ausrüstung von Cellulose-Textilfasern,
dadurch gekennzeichnet, daß man das Gewebe mit einer wäßrigen Lösung imprägniert, die
ein Vorkondensat aus Harnstoff und einem THP-SaIz zusammen mit einem solchen Überschuß an dem THP-SaIz,
wie er erforderlich ist, um ein Molverhältnis von Harnstoff zu THP zwischen 0,05 : 1 und 0,25 : 1
einzustellen, enthält, wobei die Lösung durch Zusatz eines Alkalis oder einer Base bis zu einem zwischen
5 und 8 liegenden pH-Wert neutralisiert ist, und man die so imprägnierten Fasern zwecks Bildung eines vernetzten
Polymerisates mit Ammoniak behandelt.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das THP-SaIz aus dem Chlorid besteht.
3. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennze
liegt.
liegt.
kennzeichnet, daß das pH der Lösung zwischen 5,8 und
4. Gewebe, dadurch gekennzeichnet, daß es nach einem Verfahren, wie es in den Ansprüchen 1 bis j5 beansprucht
wird, behandelt worden ist.
5. Zur Verwendung bei dem in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3 beanspruchten Verfahren bestimmte Lösung, dadurch
gekennzeichnet, daß sie ein Vorkondensat aus Harnstoff und einem THP-SaIz zusammen mit einem solchen Überschuß
an dem THP-SaIz, wie er erforderlich ist, um ein MoI-
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verhältnis von Harnstoff zu BBP zwischen 0,05 : 1 und 0,25 ϊ 1 einzustellen, enthält und ein p„ zwischen
5 und 8 aufweist.
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