DE2410912A1 - Silicon-containing vulcanisable rubber - by ring-opening (co) polymn. of silicon-contg. norbornene derivs with organometal cpd. catalyst - Google Patents
Silicon-containing vulcanisable rubber - by ring-opening (co) polymn. of silicon-contg. norbornene derivs with organometal cpd. catalystInfo
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Abstract
Description
Verfahren zur Herstellung von Silicium-haltigen Polymeren Gegenstand der Erfindung sind neue Polymere, die in der Polymerkette reaktive Silangruppierungen enthalten und ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Die neuen Polymeren werden durch ringöffnende Polymerisation von Norbornenen oder Norbornenderivaten erhalten, die durch Silylgruppen substituiert sind. Process for the production of silicon-containing polymers Subject of the invention are new polymers that have reactive silane groups in the polymer chain and a process for their production. The new polymers are made by ring-opening polymerization of norbornenes or norbornene derivatives obtained, the are substituted by silyl groups.
Die Copolymerisation mit anderen Cycloolefinen wie z.B. Cyclopenten, Cycloocten, Norbornen und Cyclooctadien führt ebenfalls zu Silicium-haltigen Polymeren.The copolymerization with other cycloolefins such as cyclopentene, Cyclooctene, norbornene and cyclooctadiene also lead to silicon-containing polymers.
Die Monomeren können durch Umsetzung von Cyclopentadien mit ungesättigten Silanen hergestellt werden.The monomers can be obtained by reacting cyclopentadiene with unsaturated Silanes are produced.
Für das Verfahren geeignete Monomere sind Verbindungen der Formeln: worin n = 0 bis 10, R1 bis R6 = C1 - C20 Alkyl wie F, Cl, Br oder Jod oder durch Halogen einfach oder mehrfach substituierte Alkylgruppen.Monomers suitable for the process are compounds of the formulas: where n = 0 to 10, R1 to R6 = C1-C20 alkyl such as F, Cl, Br or iodine or alkyl groups monosubstituted or polysubstituted by halogen.
Diese Verbindungen sind bekannt. Beispiele sind: 5-Trichlorsilylnorbornen-2, 5-Dichlormethylsilylnorbornen-2, 5-Trimethylsilylnorbornen-2, 5-Trichlorsilyl-6, 6-dimethylnorbornen-2, 5-Trichlorsilylmethylnorbornen-2, 5, 6-Bis-trichlorsilyl-norbornen-2, 5,6-Bis-trimethylsilylnorbornen-2, 5,6-Bis-dichlormethylsilylnorbornen-2, 5, 6-Bis-tribromsilylnorbornen-2, 5,6-Bis-dibrommethylsilylnorbornen-2.These connections are known. Examples are: 5-trichlorosilylnorbornene-2, 5-dichloromethylsilylnorbornene-2, 5-trimethylsilylnorbornene-2, 5-trichlorosilyl-6, 6-dimethylnorbornene-2, 5-trichlorosilylmethylnorbornene-2, 5, 6-bis-trichlorosilyl-norbornene-2, 5,6-bis-trimethylsilylnorbornene-2, 5,6-bis-dichloromethylsilylnorbornene-2, 5, 6-bis-tribromosilylnorbornene-2, 5,6-bis-dibromomethylsilylnorbornene-2.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Polymeren, die in der (Seiten-)Kette reaktive Silangruppierungen enthalten, ist dadurch gekennzeichnet, daß man ein bicyclisches Monoolefin der Formel I oder II allein oder im Gemisch mit anderen Cycloolefinen in einem inerten organischen Lösungsmittel bei -60 bis +600C an einen Katalysator aus a) einer Verbindung des Rheniums, Tantals, Molybdäns oder Wolframs, b) einer metallorganischen Verbindung eines Metalls der Gruppen Ia bis IVa des Periodensysteme 1) und 1) Handbook of Chemistry and Physics 47. Auflage (1966) S. B-3 Chemical Rubber CompO Cleveland, Ohio c) gegebenenfalls einem Cokatalysator umsetzt.The inventive method for the preparation of polymers that contain reactive silane groups in the (side) chain, is characterized by that a bicyclic monoolefin of the formula I or II alone or as a mixture with other cycloolefins in an inert organic solvent at -60 to + 600C on a catalyst made from a) a compound of rhenium, tantalum, molybdenum or tungsten, b) an organometallic compound of a metal from groups Ia to IVa of the Periodic Table 1) and 1) Handbook of Chemistry and Physics 47th edition (1966) S. B-3 Chemical Rubber CompO Cleveland, Ohio c) if applicable converts a cocatalyst.
Geeignete andere Cycloolefine für die Copolymerisation sind bevorzugt solche mit 5 oder 7 - 12 Kohlenstoffatomen, mit einem oder mit mehreren Ringen, die mindestens in einem Ring eine C=C-Doppelbindung besitzen, z.B. Cyclopenten, Cycloocten, Cyclooctadien oder Norbornen. Der Anteil der Silicium enthaltenden Monomeren gemäß Formel lund II kann 0,01 bis 99 Gew.-%, bevorzugt 0,01 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Monomerenmischung, sein.Other suitable cycloolefins for the copolymerization are preferred those with 5 or 7-12 carbon atoms, with one or more rings, which have a C = C double bond in at least one ring, e.g. cyclopentene, Cyclooctene, cyclooctadiene or norbornene. The proportion of silicon containing monomers According to formula I and II, 0.01 to 99% by weight, preferably 0.01 to 5% by weight, can be based on the entire monomer mixture.
Geeignete Katalysatoren für das Verfahren werden aus a) Verbindungen der Übergangsmetalle Rhenium, Tantal, Molybdäns und Wolfram b) aus metallorganischen Verbindungen der Metalle der Gruppen Ia bis IVa des Periodensystems c) und gegebenenfalls Cokatalysatoren erhalten.Suitable catalysts for the process are made from a) compounds of the transition metals rhenium, tantalum, molybdenum and tungsten b) from organometallic Compounds of the metals of groups Ia to IVa of the periodic table c) and optionally Cocatalysts obtained.
a) ist bevorzugt: TaBr5, TaCl5, ReCl5, MoOCl3, MoCl5, WCl5, WCl6, WOCl4, besonders bevorzugt sind die Wolframhalogenide.a) is preferred: TaBr5, TaCl5, ReCl5, MoOCl3, MoCl5, WCl5, WCl6, WOCl4, the tungsten halides are particularly preferred.
b) ist bevorzugt ein Aluminiumtrialkyl, Aluminiumdialkylhalogenid, Aluminiumalkyldihalogenid, Magnesiumalkylhalogenid, Lithiumalkyl oder Zinntetraalkyl, wobei bevorzugte Alkylgruppen 1 - 8 C-Atome enthalten und Chlor und Brom als Halogen bevorzugt ist. Beispiele sind: Li(C4I), Mg (C2H5)2, Al (C2H5)3, Al (C2H5)2 Cl, Al (c2H5)Cl2, Sn (C2H5)4, Sn (C4)4.b) is preferably an aluminum trialkyl, aluminum dialkyl halide, Aluminum alkyl dihalide, magnesium alkyl halide, lithium alkyl or tin tetraalkyl, preferred alkyl groups containing 1-8 carbon atoms and chlorine and bromine as halogen is preferred. Examples are: Li (C4I), Mg (C2H5) 2, Al (C2H5) 3, Al (C2H5) 2 Cl, Al (c2H5) Cl2, Sn (C2H5) 4, Sn (C4) 4.
Bevorzugt sind aluminiumorganische und zinnorganische Verbindungen.Organoaluminum and organotin compounds are preferred.
Die Wirksamkeit der metallorganischen Mischkatalysatoren kann durch Zusatz von Cokatalysatoren (c) noch gesteigert werden.The effectiveness of the organometallic mixed catalysts can by Addition of cocatalysts (c) can be increased.
Als Cokatalysatoren kommen in Betracht: Epoxide der allgemeinen Formal X = H, Alkyl,Aryl, Aralkyl Y = H, Alkyl, Aryl, Aralkyl -CH2-Hal ( Hal = F, Cl, Br, J) X und Y können substituiert sein durch z.B. Alkyl (CH3-) und/oder Halogen (Cl) oder Acetale der allgemeinen Formel in der R Wasserstoff, einen gegebenenfalls halogenhaltigen (F, Cl, Br, J) Alkyl-, Aryl-oder Alkylarylrest und Rt einen Alkylarylrest der gegebenenfalls halogensubstituiert (F, Cl, Br, J) ist, bedeuten oder Halogenalkohole der allgemeinen Formel in der X = F- Cl, Br oder J ist, wobei R1 und R2 gleich oder verschieden sein können und Wasserstoff, einen Alkyl-, Aryl- oder Aralkylrest, R3 und R4 gleich oder verschieden sein können und Fluor, Chlor, Brom, Jod, Wasserstoff, Alkyl, Aryl oder Aralkyl bedeuten und worin R1 und R3 zusammen mit den Kohlenstoffatomen, an denen sie stehen, einen 5- oder mehrgliedrigen Kohlenstoffring bilden können oder Äther der allgemeinen Formel X1 (CH2)n 0 - (CH2)n - X2 worin X = H, F, Cl, Br, J und n = 0 bis 10 sein kann.Possible cocatalysts are: epoxides of the general formula X = H, alkyl, aryl, aralkyl Y = H, alkyl, aryl, aralkyl -CH2-Hal (Hal = F, Cl, Br, J) X and Y can be substituted by, for example, alkyl (CH3-) and / or halogen (Cl) or acetals of the general formula in which R is hydrogen, an optionally halogen-containing (F, Cl, Br, J) alkyl, aryl or alkylaryl radical and Rt is an alkylaryl radical which is optionally halogen-substituted (F, Cl, Br, J), or halogen alcohols of the general formula in which X = F-Cl, Br or I, where R1 and R2 can be identical or different and hydrogen, an alkyl, aryl or aralkyl radical, R3 and R4 can be identical or different and fluorine, chlorine, bromine, iodine , Hydrogen, alkyl, aryl or aralkyl and where R1 and R3 together with the carbon atoms on which they are attached can form a five-membered or multi-membered carbon ring or ethers of the general formula X1 (CH2) n 0 - (CH2) n - X2 where X = H, F, Cl, Br, J and n = 0-10 can be.
In den Cokatalysatoren sind Alkylgruppen bevorzugt solche mit 1 - 6 Kohlenstoffatomen, Arylreste solche mit 6 - 10 Kohlenstoffatomen und Aralkylreste eine Kombination aus beiden.In the cocatalysts, alkyl groups are preferably those with 1 - 6 carbon atoms, aryl radicals those with 6-10 carbon atoms and aralkyl radicals a combination of both.
Beispiele für diese Cokatalysatoren sind: Äthylenoxid, Propylenoxid, Epichlorhydrin, 2-Chloräthanol, 2-Bromäthanol, 2-Fluoräthanol, 2-Jodäthanol, 2-Chlorcyclohexanol, 2-Chlorcyclopentanol, o-, m-, p-Chlorphenol, Di-2-chloräthylformal, Diäthylformal, Diäthyläther, Dibutyläther, Di(chloräthyl)-äther.Examples of these cocatalysts are: ethylene oxide, propylene oxide, Epichlorohydrin, 2-chloroethanol, 2-bromoethanol, 2-fluoroethanol, 2-iodoethanol, 2-chlorocyclohexanol, 2-chlorocyclopentanol, o-, m-, p-chlorophenol, di-2-chloroethyl formal, diethyl formal, Diethyl ether, dibutyl ether, di (chloroethyl) ether.
Das bevorzugte Molverhältnis der Katalysatorkomponenten a : b bzw. a : c beträgt 1 : 0,5 bis 1 : 15 bzw. 1 : 0,3 bis 1 : 10.The preferred molar ratio of the catalyst components a: b or a: c is 1: 0.5 to 1:15 or 1: 0.3 to 1:10.
Die Menge an Katalysatorkomponente (a) ist bevorzugt 0,05 bis 2 mMol, bevorzugt 0,1 bis 0,5 mMol auf 100 g Monomere.The amount of catalyst component (a) is preferably 0.05 to 2 mmol, preferably 0.1 to 0.5 mmol per 100 g of monomers.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Polymerisationsverfahrens wird zuerst Katalysatorkomponente (a), bevorzugt ein Halogenid mit dem Cokatalysator (c) in 0,05 bis 0,5 molarer Lösung in Kohlenwasserstoffen, bevorzugt in dem gleichen Lösungsmittel, in dem die Polymerisation durchgeführt wird, umgesetzt.In a preferred embodiment of the polymerization process becomes first catalyst component (a), preferably a halide with the cocatalyst (c) in 0.05 to 0.5 molar solution in hydrocarbons, preferably in the same Solvent in which the polymerization is carried out, reacted.
Man erhält dann in organischen Lösungsmitteln leicht lösliche und beständige Umsetzungsprodukte.Easily soluble in organic solvents are then obtained constant conversion products.
Als Lösungsmittel für das Verfahren kommen aliphatische, cycloaliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe in Betracht, wie z.B. Toluol, Methylenchlorid, Hexan und Cyclohexan. Bevorzugt wird Cyclohexan.The solvents used for the process are aliphatic and cycloaliphatic and aromatic hydrocarbons such as toluene, methylene chloride, Hexane and cyclohexane. Cyclohexane is preferred.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im allgemeinen wie folgt durchgeführt: Die Monomeren werden gewöhnlich in einem inerten Lösungsmittel unter Ausschluß von Wasser, H-aciden Verbindungen und Sauerstoff gelöst. Die Konzentration der Monomeren kann 5 - 50 % betragen, bevorzugt sind Konzentrationen von 5 - 20 %.The process according to the invention is generally carried out as follows: The monomers are usually in an inert solvent with the exclusion of Dissolved water, acidic compounds and oxygen. The concentration of the monomers can be 5 - 50%, concentrations of 5 - 20% are preferred.
Das Verhältnis von eingesetzten Silylnorbornen zu Cycloolefin kann in weiten Grenzen variiert werden. Es können 1 bis 99 % an nicht Si-haltigem Cycloolefin zugesetzt werden. Bevorzugt sind 90 bis 99 %. Die Reaktionstemperatur liegt im Bereich von -60 bis +600C, bevorzugt im Bereich von -30 bis +300C.The ratio of silylnorbornene used to cycloolefin can can be varied within wide limits. 1 to 99% of non-Si-containing cycloolefin can be used can be added. 90 to 99% are preferred. The reaction temperature is in the range from -60 to + 600C, preferably in the range from -30 to + 300C.
Bei diskontinuierlicher Versuchsführung wird bevorzugt zunächst die Verbindung des Übergangselements (a) bzw. das Umsetzungsprodukt aus (a) und (c) und danach die metallorganische Verbindung (b) zugegeben. Die Reihenfolge ist jedoch nicht kritisch.If the experiment is carried out discontinuously, preference is given to first Connection of the transition element (a) or the reaction product from (a) and (c) and then the organometallic compound (b) is added. The order is however not critical.
Das Verfahren kann auch kontinuierlich, z.B. in einer Rührkesselreihe oder in einer Reaktionsschnecke durchgeführt werden.The process can also be carried out continuously, e.g. in a row of stirred kettles or be carried out in a reaction screw.
Die Reaktion läuft ohne größere Wämnetönung ab. Die Reaktionszeit kann wenige Minuten bis einige Stunden betragen.The reaction takes place without any major warning tone. The response time can be a few minutes to a few hours.
Die auf erfindungsgemäßem Wege in das Polymerisat eingeführten Silangruppen lassen sich nach bekannten Methoden weiter umsetzen. So führt die Umsetzung von Si-Cl-Bindungen mit Alkoholen zu den entsprechenden Si-OR-Gruppen.The silane groups introduced into the polymer by the route according to the invention can be further implemented using known methods. So the implementation of Si-Cl bonds with alcohols to the corresponding Si-OR groups.
Die Reaktion mit Wasser beispielsweise führt unter Abspaltung von HCl zu -Si-O-Si-Gruppen und damit zur Verknüpfung von Makromolekülen. Man kann diese Reaktion so lenken, daß unvernetzte Produkte mit hohem Molekulargewicht entstehen oder auch so, daß sie zu einem dreidimensionalen Netzwerk führt.The reaction with water, for example, leads to elimination of HCl to -Si-O-Si groups and thus to link macromolecules. You can do this Direct the reaction in such a way that uncrosslinked products with a high molecular weight are formed or in such a way that it leads to a three-dimensional network.
Die Aufarbeitung und Isolierung der Polymerisation erfolgt nach bekannten Methoden, beispielsweise durch Fällung mit niederen aliphatischen Alkoholen aus der Polymerlösung oder durch Eintragen der Polymerlösung in heißes Wasser (strippen)0 Die erfindungsgemäßen Polymerisate werden durch Zusatz von Antioxydantien, z.B. von sterisch gehinderten Phenolen gegen Alterung geschützt.The polymerization is worked up and isolated according to known methods Methods, for example by precipitation with lower aliphatic alcohols the polymer solution or by adding the polymer solution to hot water (stripping) 0 The polymers according to the invention are made by adding antioxidants, e.g. protected against aging by sterically hindered phenols.
Die Produkte sind Kautschuke, die über die in ihnen enthaltenen C=C-Doppelbindungen in üblicher Weise mit schwefelhaltigen Systemen vulkanisiert werden können, aber daneben oder statt dessen auch über die reaktiven Funktionen an den Si-Atomen.The products are rubbers that have the C = C double bonds they contain can be vulcanized in the usual way with sulfur-containing systems, but in addition or instead of it via the reactive functions on the Si atoms.
Über diese Funktionen ist auch z.B. eine chemische Bindung von Silicatfüllstoffen an den Kautschuk möglich, wodurch die Eigenschaften sogenannter heller Kautschukmischungen entscheidend verbessert werden. Ferner kann die Haftung des Kautschuks an Glasfasern oder Metallen über diese Reaktiven Silangruppen vergrößert werden.These functions are also used, for example, to chemically bond silicate fillers possible on the rubber, which gives it the properties of so-called light-colored rubber compounds can be decisively improved. Furthermore, the adhesion of the rubber to glass fibers or metals can be enlarged via these reactive silane groups.
Die erfindungsgemäßen Polymerisate können zu hochelastischen geformten Artikeln verarbeitet werden.The polymers according to the invention can be shaped into highly elastic ones Articles are processed.
Beispiel 1: 10 g 5-Dichlormethylsilylnorbornen-(2) werden in 100 ml Toluol gelöst und mit 0,1 m Mol des Umsetzungsproduktes von WC16 mit 2-Chloräthanol im Verhältnis 1 : 2 (als WC14 (oC2H4cl)2 bezeichnet) und 0,2 ni Mol AlEt3 versetzt. Es wird 10 Min. bei -30°C polymerisiert. Danach wird mit einer Mischung aus Amin und Alkohol abgestoppt und das Polymerisat in Alkohol gefällt.Example 1: 10 g of 5-dichloromethylsilylnorbornene- (2) are in 100 ml Dissolved toluene and 0.1 m mol of the reaction product of WC16 with 2-chloroethanol in a ratio of 1: 2 (referred to as WC14 (oC2H4cl) 2) and 0.2 ni mol AlEt3 added. Polymerization is carried out at -30 ° C. for 10 minutes. Then it is done with a mixture of amine and alcohol stopped and the polymer precipitated in alcohol.
Nach dem Trocknen im Vakuum bei 400C beträgt die Ausbeute 76 .After drying in vacuo at 40 ° C., the yield is 76.
Beispiel 2: Es werden 10 g 5-Trichlorsilylnorbornen-2 eingesetzt. Weiter wird wie in Beispiel 1 verfahren.Example 2: 10 g of 5-trichlorosilylnorbornene-2 are used. Proceed as in Example 1.
Die Ausbeute beträgt 86 .The yield is 86.
Beispiel 3: 20 g CPE werden mit 20 mg 5-Dichlormethylsilylnorbornen-(2) in 150 ml Toluol gelöst und mit 0,1 m Mol WC14 (OC2H4C1)2 und 0,2 mMol Et2AlCl versetzt. Es wird eine Stunde bei -20 polymerisiert.Example 3: 20 g of CPE are mixed with 20 mg of 5-dichloromethylsilylnorbornene- (2) dissolved in 150 ml of toluene and treated with 0.1 mol of WC14 (OC2H4C1) 2 and 0.2 mmol of Et2AlCl. It is polymerized at -20 for one hour.
Nach der Aufarbeitung wie in Beispiel 1 beträgt die Ausbeute 72 . Der X - Wert (gemessen bei 250 in Toluol) beträgt 3s58 [dl/g].After working up as in Example 1, the yield is 72. The X value (measured at 250 in toluene) is 3558 [dl / g].
Beispiel 4: 20 g CPE werden mit 20 mg 5-Trichlorsilylnorbornen-(2) in 150 ml Toluol gelöst. Weiter wird wie in Beispiel 3 verfahren. Die Ausbeute beträgt 75 .Example 4: 20 g of CPE are mixed with 20 mg of 5-trichlorosilylnorbornene- (2) dissolved in 150 ml of toluene. Proceed as in example 3. The yield is 75.
# = 3,92 [dl/g] Beispiel 5: 25 g Cyclopenten und 5 g 5-Trichlorsilylnorbornen-2 werden in 60 ml Toluol gelöst, 0,1 m Mol WC14 (OC2H4C1)2 und 0,25 m Mol Et2AlCl bei -100C zugefügt. Es wird 3 Stunden bei -100 polymerisiert. Nach dem Abstoppen mit Alkohol wird das Polymer ausgefällt. # = 3.92 [dl / g] Example 5: 25 g of cyclopentene and 5 g of 5-trichlorosilylnorbornene-2 are dissolved in 60 ml of toluene, 0.1 mol of WC14 (OC2H4C1) 2 and 0.25 m mol Et2AlCl added at -100C. It is polymerized for 3 hours at -100. After quenching with alcohol, the polymer is precipitated.
Die Ausbeute beträgt 79 .The yield is 79.
Beispiel 6: 23 g Cyclopenten und 5 g 5-Dichlormethylsilylnorbornen-2 werden in 60 ml Toluol vermischt. Weiter wird wie in Beispiel 5 verfahren. Die Ausbeute beträgt 75 %.Example 6: 23 g of cyclopentene and 5 g of 5-dichloromethylsilylnorbornene-2 are mixed in 60 ml of toluene. Proceed as in example 5. The yield is 75%.
Beispiel 7: 10 g 5-Trichlorsilylnorbornen-2 werden in 100 ml Cyclohexan gelöst und mit 0,1 m Mol WC1e, 0,2 m Mol (C2H5)20 und 0,2 m Mol Sn (C2H5)4 versetzt. Es wird'4 Stunden bei 00C polymerisiert.Example 7: 10 g of 5-trichlorosilylnorbornene-2 are dissolved in 100 ml of cyclohexane dissolved and mixed with 0.1 m mole WC1e, 0.2 m mole (C2H5) 20 and 0.2 m mole Sn (C2H5) 4. It is polymerized for 4 hours at 00C.
Danach wird mit Alkohol abgestoppt und das Polymer ausgefällt.It is then stopped with alcohol and the polymer is precipitated.
Nach dem Trocknen beträgt die Ausbeute 58 %.After drying, the yield is 58%.
Beispiel 8: 10 g 5-Dichlormethylsilylnorbornen-(2) werden in 100 ml Cyclohexan gelöst. Weiter wird wie in Beispiel 5 verfahren.Example 8: 10 g of 5-dichloromethylsilylnorbornene- (2) are in 100 ml Dissolved cyclohexane. Proceed as in example 5.
Die Ausbeute beträgt 76 %.The yield is 76%.
Beispiel 9: 10 g 5-Dichlormethylsilylnorbornen-(2) werden in 100 ml Cyclohexan gelöst. Danach werden 0,1 mMol einer 0,05 molaren WF6-Lösung in Cyclohexan und 0,1 mMol Trichloräthanol, sowie 0,2 mMol Et3A12C13 hinzugefügt. Es wird drei Stunden bei 25 0C polymerisiert. Nach der Aufarbeitung (siehe Beispiel 1) beträgt die Ausbeute 82,5 %.Example 9: 10 g of 5-dichloromethylsilylnorbornene- (2) are in 100 ml Dissolved cyclohexane. Then 0.1 mmol of a 0.05 molar WF6 solution in cyclohexane and 0.1 mmol of trichloroethanol and 0.2 mmol of Et3A12C13 were added. It will be three Polymerized at 25 ° C. for hours. After work-up (see Example 1) is the yield 82.5%.
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Legal Events
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OHN | Withdrawal |