DE2449539A1 - THERMAL INSULATION - Google Patents
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Description
Ur. K.Ur. K.
COOLAG LIMITED
Charlestown, Glossop, Derbyshire, EnglandCOOLAG LIMITED
Charlestown, Glossop, Derbyshire, England
Die Erfindung bezieht sich auf eine neuartige
Wärmeisolierung und ein "Verfahren zur Ausbildung derselben.The invention relates to a novel
Thermal insulation and a "method of forming the same."
Aufgrund der stetigen Zunahme der Verwendung von Erdgas besteht die Notwenigkeit, dieses Material in flüssiger Form zu transportieren. Dies erfolgt bei niedrigen Temperaturen, z.B. -1600C. Dieser Transport kann z.B. erfolgen, indem das Material in grossen, kugelförmigen Drucktanks in Schiffen befördert wird, die eine Kapazität von 135 000 nrDue to the steady increase in the use of natural gas, there is a need to transport this material in liquid form. This is done at low temperatures, for example -160 0 C. This transport can take place eg by heating the material in large spherical pressure tank is transported in ships nr a capacity of 135 000
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oder mehr aufweisen können. Es können jedoch auch andere Behälterformen verwendet werden.or more. However, other container shapes can also be used.
Die Wärmeisolierung gemäss der Erfindung besteht aus wenigstens zwei benachbarten Schichten aus hartem oder halbhartem Urethanschaum, wobei eine Schicht eine äussere Schicht ist, und wenigstens einer Elastomerschicht zwischen der einen Schicht und der nächsten benachbarten Schicht, wobei das Elastomer durch Umsetzung eines flüssigen Urethanelastomervorpolymeren mit freien Isocyanatgruppen mit einem Polyamin oder einem Polyol gebildet ist.The thermal insulation according to the invention consists of at least two adjacent layers of rigid or semi-rigid urethane foam, one Layer is an outer layer, and at least one elastomer layer between the one layer and the next adjacent layer, wherein the elastomer is formed by reacting a liquid urethane elastomer prepolymer is formed with free isocyanate groups with a polyamine or a polyol.
Vorzugsweise wird die Elastomerschicht durch Umsetzung von Hexamethylendiisocyanat oder Toluoldiisocyanat oder im Handel erhältlichem reinem Dxphenylmethandiisocyanat mit entweder einem Polyol auf Polyätherbasis oder einem Polyol auf Polyesterbasis unter Bildung eines Vorpolymeren mit freien Isocyanatgruppen gebildet. Dieses Vorpolymer wird dann mit einem Polyamin, wie Methylen-o-dichloranilin oder Methylendianilin, oder mit einem Polyol, wie Butandiol, umgesetzt.Preferably, the elastomer layer is through Implementation of hexamethylene diisocyanate or toluene diisocyanate or commercially available pure phenylmethane diisocyanate with either a polyol based on polyether or a polyol based on polyester formed to form a prepolymer with free isocyanate groups. This prepolymer is then treated with a polyamine such as methylene-o-dichloroaniline or methylenedianiline, or reacted with a polyol such as butanediol.
Die Elastomermischung kann auf die Oberfläche eines Tanks, der das verflüssigte Gas aufnimmt, aufgebracht werden, um eine gleichmässige Schicht über die gesamte Oberfläche des Tanks zu bilden. Das Elastomer wirkt dann als elastische Membran zwischen den Urethanschaumschichten und dem Tank. Nach dem Aufbringen der ersten der nachfolgenden Schaumschichten wird in ähnlicher Weise wiederum "eine Elastomerschicht aufgebracht, die die gesamteThe elastomer mixture can be applied to the surface of a tank that receives the liquefied gas, can be applied to form an even layer over the entire surface of the tank. The elastomer then acts as a resilient membrane between the urethane foam layers and the tank. After the first of the subsequent foam layers have been applied, it is again carried out in a similar manner "an elastomer layer applied to the entire
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- 5 Oberfläche der ersten Schaumschicht bedeckt- 5 surface of the first layer of foam covered
Das Verfahren zur Bildung einer Wärmeisolierung gemäss der Erfindung umfasst die Ausbildung einer ersten Schicht.aus hartem oder halbhartem Urethanschaum, das anschliessende Aufbringen einer Elastomerschicht auf die erste Schicht und das anschliessende Aufbringen wenigstens einer weiteren Schaumschicht, wobei das Elastomer durch Umsetzung eines flüssigen Urethanelastomervorpοlymeren mit freien Isocyanatgruppen mit einem Polyamin oder einem Polyol gebildet wird.The method of forming thermal insulation according to the invention includes forming a first layer of hard or semi-hard urethane foam, the subsequent application of an elastomer layer on the first layer and that subsequent application of at least one further foam layer, the elastomer being reacted of a liquid urethane elastomer prepolymer with free isocyanate groups is formed with a polyamine or a polyol.
Gewünschtenfalls können weitere Schaumschichten und Elastomerschichten aufgebracht werden.If desired, additional foam layers can be used and elastomer layers are applied.
Die erste Schaumschicht kann direkt auf einen zu isolierenden Teil oder Körper aufgebracht werden oder auf eine Elastomerschicht, die selbst direkt auf das zu isolierende !Teil aufgebracht ist.The first foam layer can be applied directly to a part or body to be insulated or on an elastomer layer, which itself is applied directly to the part to be insulated is.
Gemäss einer Ausführungsform wird ein Behälter oder Container für verflüssigtes Erdgas, der kugelförmig ist und aus Aluminium oder 9% Nickelstahl hergestellt ist, thermisch isoliert, indem die äussere Oberfläche des Tanks mit einem halbharten oder harten Urethanschaum durch Aufsprühen etlicher Schichten versehen wird, wobei jede Schicht ausschäumen und absetzen gelassen wird, bevor die nächste Schicht aufgetragen wird.According to one embodiment, a container or container for liquefied natural gas, the is spherical and made of aluminum or 9% nickel steel is made, thermally insulated by the outer surface of the tank with a semi-rigid or rigid urethane foam by spraying A number of layers is provided, each layer being allowed to foam and settle before the next layer is applied.
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Der Schaum ist an sich aufgrund seiner geringen thermischen Leitfähigkeit ein ideales Material, um den Verlust an Gas durch Verdampfen zu verhindern, obwohl ein gewi£3es "Verdampfen" durch einen geregelten Auslass vorgesehen wird, um die niedrige Temperatur des flüssigen Gases aufrecht zu erhalten.Due to its low thermal conductivity, the foam itself is an ideal material, to prevent the loss of gas by evaporation, although a certain "evaporation" by A regulated outlet is provided to remove the low temperature of the liquid gas to maintain.
Um eine geeignete Isolierung vorzusehen, wird der Schaum in Schichten von z.B. etwa 2,5 bis 5 cm Dicke (1 bis 2 inch) bis zu einer Gesamtdicke der Isolierung von etwa 20 bis 25 cm (8 bis 10 inch) aufgebracht.In order to provide adequate insulation, the foam is applied in layers of, for example, about 2.5 to 5 cm Thickness (1 to 2 inches) to a total insulation thickness of about 20 to 25 cm (8 to 10 inches) upset.
Durch die große Temperaturdifferenz zwischen der äusseren und inneren Schaumoberfläche, z.B. 200C und -160 C, tritt eine beträchtliche Versprödung des Schaumes auf der kalten Seite auf, und da der Stahl oder der Aluminiumtank nach der Bindung des Schaums auf dem Metall kontrahiert, werden in der Schaumstruktur starke Scherkräfte wirksam, die zu einer Rissbildung führen können. Aufgrund dessen kann Wärme aus der Umgebung schneller auf den Tank übertragen werden, d.h. die thermische Isolierung ist teilweise fehlerhaft.Due to the large temperature difference between the outer and inner foam surface, for example 20 0 C and -160 C, a considerable embrittlement of the foam occurs on the cold side, and since the steel or the aluminum tank contracts after the foam has bonded to the metal Strong shear forces are effective in the foam structure, which can lead to the formation of cracks. As a result, heat from the environment can be transferred to the tank more quickly, ie the thermal insulation is partially defective.
Es wurde gefunden, dass wenn der Riss an der kalten Oberfläche des Schaums beginnt, dieser sich im allgemeinen im rechten Winkel zum isolierenden Gegenstand ausbreitet und verhindert werden kann, dass dieser durch den Schaum weiter fortschreitet, wenn ein, den Riss "anhaltender" Film in dem Schaum in einem Abstand zur kalten Oberfläche des Schaums vorgesehen wird. Der FilmIt has been found that if the crack starts on the cold surface of the foam, it is generally spreads at right angles to the insulating object and prevents it it can be that this progresses through the foam, if a "persistent" crack Film is provided in the foam at a distance from the cold surface of the foam. The film
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unterteilt folglich den Schaum in Schichten. Es können weitere Filme im Abstand vorgesehen werden, wodurch der Schaum in weitere Schichten unterteilt wird. Der Film wird quer zur potentiellen Richtung der Rissausbreitung angeordnet, und liegt im allgemeinen parallel zur kalten Oberfläche des Schaums. Der Film wird am besten durch Spruhauftragung auf eine erste Schaumschicht aufgebracht. Es sind jedoch auch andere Arten der Aufbringung möglich. Die erste Schaumschicht kann mittels eines Sprühkopfes in einem oder mehreren Arbeitsgängen gebildet werden.consequently divides the foam into layers. Further films can be provided at a distance which divides the foam into further layers. The film is transverse to potential direction of crack propagation, and is generally parallel to cold surface of the foam. The film is best done by spray application on a first Foam layer applied. However, other types of application are also possible. The first Foam layer can be formed in one or more work steps by means of a spray head.
Das bevorzugte Material für den, den Riss anhaltenden Film ist ein Elastomer auf der Basis des Reaktionsproduktes von organischen Isocyanaten mit Polyolen auf Polyäther- oder Polyesterbasis, das einige freie nicht umgesetzte Isocyanatgruppen enthält. Die bevorzugten Isocyanate sind Hexamethylendiisocyanat und Toluoldiisocyanat und im Handel erhältliches reines Diphenylmethandiisocyanat. Das flüssige Urethanelastomervorpolymermaterial wird weiter mit einem aromatischen Polyamin, wie Methyleno-dichloranilin oder Methylendianilin, oder alternativ mi,t einem Polyol, wie Butandiol ,umgesetzt.The preferred material for the crack persistent film is an elastomer based on the reaction product of organic isocyanates with polyols polyether or polyester based, some Contains free unreacted isocyanate groups. The preferred isocyanates are hexamethylene diisocyanate and toluene diisocyanate and commercially available pure diphenylmethane diisocyanate. That Liquid urethane elastomer prepolymer material is further compounded with an aromatic polyamine such as methyleno-dichloroaniline or methylenedianiline, or alternatively mi, t a polyol, such as butanediol, implemented.
Solche Vorpolymere aus Tcluoldiisocyanat und Diphenylmethandiisocyanat sind von Du Pont Co., Ltd. unter der Bezeichnung Adiprene, z.B. Adiprene L-167: erhältlich. Ähnliche Materialien sind jedoch auchSuch prepolymers of tcluene diisocyanate and diphenylmethane diisocyanate are available from Du Pont Co., Ltd. under the name Adiprene, for example Adiprene L-167 : available. However, similar materials are also
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von anderen Quellen verfügbar. Die Dicke der oder jeder Elastomerschicht kann z.B. 0,013 an (0,005 inch) betragen, es sind jedoch auch andere Dicken möglich . und in Abhängigkeit von der Verwendung geeignet.available from other sources. The thickness of the or each elastomer layer can be, for example, 0.013 (0.005 inch), however other thicknesses are possible. and depending on suitable for use.
Die Wirkung der Elastomerschicht oder "Rißstopschicht11 wurde gezeigt, indem die Aufbauschichten aus Schaum/Elastomer um. den Umfang eines kleinen Behälters in einem Holzrahmen festgehalten wurden und flüssiger Stickstoff (-1960C) auf eine Oberseite der Isolierung gegossen wurde. Normalerweise tritt ein Hiss an einer Ecke der Schaumoberseite auf. Es wurde jedoch gefunden, dass die Ausbreitung dieses Risses durch den elastomeren Film zwischen der ersten und zweiten Schaumschicht verhindert wurde.The effect of the elastomer layer or "Rißstopschicht 11 was demonstrated by the build-up layers of foam / elastomeric to. The circumference were held a small container in a wooden frame and liquid nitrogen (-196 0 C) was cast on a top surface of the insulation. Normally occurs Hoisted at one corner of the top of the foam, however, it was found that the spread of this crack was prevented by the elastomeric film between the first and second foam layers.
Es wurde ferner gefunden, dass Streifen des Elastomeren ,wenn diese 24 Stunden in flüssigen Stickstoff eingetaucht werden, ohne Rissbildung gebogen werden können (Versuchsstücke von 0,32 cm (1/8 inch) Dicke). Die Dehnung der Proben beim Bruch unter Zugspannung bei -1600G liegt in der Grössenordnung von 15 bis 20%.It has also been found that strips of the elastomer, when immersed in liquid nitrogen for 24 hours, can be bent without cracking (test pieces 0.32 cm (1/8 inch) thick). The elongation of the specimens when breaking under tensile stress at -160 0 G is of the order of 15 to 20%.
Bei einer anderen Ausführungsform wird eine Schicht des Elastomers zuerst auf die Oberfläche des Tanks aufgebracht, mit der sie sich leicht verbindet, anschliessend eine Schaumschicht, danach eine Elastomerschicht und anschliessend wenigstens eine weitere Schaumschicht. Gewünschtenfalls kann eine In another embodiment, a layer of the elastomer is first applied to the surface of the tank with which it easily connects, then a foam layer, then an elastomer layer and then at least one further foam layer. If desired, a
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Elastomerschicht auch zwischen der zweiten und dritten Schaumschicht usw. vorgesehen werden.Elastomer layer also between the second and third layer of foam, etc. may be provided.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the drawings.
Die Figuren 1 und 2 zeigen Schnittansichten der Wärmeisolierung gemäss der Erfindung.Figures 1 and 2 show sectional views of the thermal insulation according to the invention.
In Figur 1 bedeutet 10 einen Teil der Tankwand, 11 eine Schicht auf halbhartem oder hartem Polyurethanschaum, 12 eine Elastomerschicht, 13 eine weitere Schaumschicht, 1A- eine weitere Elastomer schicht und 15 und 16 weitere Schaumschichten. Selbstverständlich können die "Schichten" 15 und 16 als eine einzige Schicht angesehen werden. Die Schichten"11, 13, 15 und 16 können durch einmaliges Aufsprühen ausgebildet werden, es wird jedoch bevorzugt, dass diese Schaumschichten durch mehrmaliges Aufsprühen gebildet werden.In Figure 1, 10 means part of the tank wall, 11 a layer on semi-hard or hard polyurethane foam, 12 an elastomer layer, 13 another foam layer, 1A- another elastomer layer and 15 and 16 more layers of foam. Of course, the "layers" 15 and 16 can be used as one single layer can be viewed. Layers "11, 13, 15 and 16" can go through single spray, but it is preferred that these foam layers be formed by repeated spraying.
Bei der Ausführungsform gemäss Figur 2 ist die Schicht 11 weggelassen.In the embodiment according to FIG. 2, the layer 11 is omitted.
Es ist nicht notwendig, dass die Wärmeisolierung in situ auf dem zu isolierenden Teil ausgebildet wird. Isolierungen können gebildet werden, indem zuerst eine Trägerfläche mit einem Schaumtrennmittel überzogen wird, darauf eine Schaumschicht aufgesprüht wird, dann eine Elastomerschicht auf-It is not necessary that the thermal insulation be formed in situ on the part to be insulated will. Insulations can be formed by first covering a support surface with a foam release agent is coated, a foam layer is sprayed on, then an elastomer layer is
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gebracht wird und anschliessend eine oder mehrere weitere Schaumschichten. Nach dem Setzen des Schaumes kann die Isolierung in die gewünschte Grosse geschnitten werden und für den zu isolierenden Teil oder Gegenstand verwendet werden.is brought and then one or more additional foam layers. After setting the Foam, the insulation can be cut to the desired size and for the person to be insulated Part or object are used.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Beispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with the aid of examples.
Es wurde ein Elastomer hergestellt, indem 100 Gew.-Teile eines flüssigen Urethanelastomervorpolymeren mit 6,3% freien Isocyanatgruppen, das durch Umsetzung von Polytetramethylenatherglycol mit Toluoldiisocyanat erhalten wurde, mit 19,5 Gew.-Teilen Methylen-o-dichloranilin unter Verwendung von 0,6 Gew.-Teilen Adxpxnsaurekatalysator gemischt wurden. Das erhaltene Elastomer soll innerhalb 15 min nach dem Mischen verwendet werden.An elastomer was prepared by adding 100 parts by weight of a liquid urethane elastomer prepolymer with 6.3% free isocyanate groups, obtained by reacting polytetramethylene ether glycol with toluene diisocyanate, with 19.5 Parts by weight of methylene-o-dichloroaniline using of 0.6 part by weight of acid catalyst were mixed. The elastomer obtained should used within 15 minutes of mixing will.
Es wurde eine 0,01$ cm (0,005 inch) dicke Schicht des Elastomeren auf die äussere Oberfläche eines kugelförmigen Tanks aufgebracht, wobei eine schnelle Bindung stattfand. Eine 3,8 cm (1,5 inch) starke Schicht des Polyurethanschaums wurde auf die Elastomerschicht aufgebracht. Eine weitere Elastomerschicht von 0,013 cm Dicke wurde auf die Schaumschicht aufgebracht und weitere SchaumschichtenA 0.01 cm (0.005 inch) layer of the elastomer was applied to the exterior surface of a spherical tank with rapid bonding. A 3.8 cm (1.5 inch) layer of the polyurethane foam was applied to the elastomeric layer. Another layer of elastomer of 0.013 cm thickness was applied to the foam layer and other layers of foam
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anschliessend vorgesehen, um die Gesamtdicke der Isolierung auf etwa 25 cm (10 inch) zu bringen.then provided to increase the total thickness of the insulation to about 25 cm (10 inches) bring.
100 Gew.-!Teile des Vorpolymers des Beispiels 1 wurden bei Raumtemperatur mit 14·,5 Gew.-Teilen Me thy lendi anilin gemischt, um ein Elastomer zu bilden. Da diese Reaktion schnell abläuft, werden die beiden Komponenten getrennt zu einem Sprühkopf in üblicher Weise gepumpt.100 parts by weight of the prepolymer of Example 1 were at room temperature with 14.5 parts by weight Me thy lendi aniline mixed to form an elastomer. Since this reaction is quick, the two components are pumped separately to a spray head in the usual way.
100 Gew.-Teile des Vorpolymers des Beispiels 1 wurden mit 6,3 Gew.-Teilen 1,4-Butandiol umgesetzt, um das Elastomer zu bilden.100 parts by weight of the prepolymer of Example 1 were reacted with 6.3 parts by weight of 1,4-butanediol, to form the elastomer.
Das Vorpolymer wurde gebildet, indem PoIytetramethylenätherglycol mit Diphenylmethandiisocyanat gemischt wurde, wobei 6,3% freie Isocyanatgruppen erhalten wurden.The prepolymer was formed by adding polytetramethylene ether glycol was mixed with diphenylmethane diisocyanate, 6.3% free isocyanate groups being obtained.
Das Elastomer kann dann gemäss den in Beispielen 1 bis 3 angegebenen Arbeitsweisen hergestellt werden.The elastomer can then be produced according to the procedures given in Examples 1 to 3.
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-ίο- 2U9539-ίο- 2U9539
Das Vorpolymer wurde durch Mischen von PoIyäthylenpropylenadipatglycol mit Toluoldiisocyanat unter Bildung von 6,3% freien Isocyanatgruppen hergestellt. Das Elastomer kann gemäss Beispielen 1 bis 3 hergestellt werden.The prepolymer was made by mixing polyethylene propylene adipate glycol with toluene diisocyanate with the formation of 6.3% free isocyanate groups manufactured. The elastomer can be produced according to Examples 1 to 3.
Das Vorpolymer wurde durch Mischen von PoIyäthylenpropylenadipatglycol mit Diphenylmethandiisocyanat gebildet, wobei 6,3% freie Isocyanatgruppen erhalten wurden. Das Elastomer kann, wie in Beispielen 1 bis 3 beschrieben, hergestellt werden.The prepolymer was made by mixing polyethylene propylene adipate glycol formed with diphenylmethane diisocyanate, with 6.3% free isocyanate groups were obtained. The elastomer can be prepared as described in Examples 1 to 3.
Das Vorpolymer wurde durch Mischen von Polypropylenäther glycol mit T'oluoldiisocyanat unter Bildung von 6,3% freien. Isocyanatgruppen hergestellt. Das Elastomer kann, wie in Beispielen 1 bis 3 beschrieben, hergestellt werden.The prepolymer was made by mixing polypropylene ether glycol with toluene diisocyanate with the formation of 6.3% free. Isocyanate groups produced. The elastomer can, as in examples 1 to 3 described, are produced.
Es ist darauf hinzuweisen, dass das Vorpolymer nicht 6,3% freie Isocyanatgruppen aufweisen muss,It should be noted that the prepolymer does not have to have 6.3% free isocyanate groups,
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sondern dass andere Mengen möglich sind, wobei die relativen Anteile der Komponenten des Elastomeren so eingestellt werden können, dass das Elastomer im wesentlichen keine freien Isocyanatgruppen aufweist.but that other amounts are possible, the relative proportions of the components of the Elastomers can be adjusted so that the elastomer has essentially no free Has isocyanate groups.
Der Polyurethanschaum kann ein solcher sein, der als harter oder halbharter Polyurethanschaum bekannt ist. Ein bestimmter Schaum ist jedoch nicht für alle Verwendungoarten der Wärmeisolierung gemäss der Erfindung notwendigerweise geeignet.The polyurethane foam can be a rigid or semi-rigid polyurethane foam is known. However, a particular foam is not for all types of thermal insulation necessarily suitable according to the invention.
So ist ein sehr harter Schaum bei Temperaturen von -160°0 nicht, vorzuziehen, sondern es wird ein Schaum, der etwa zwischen einem sehr harten und einem halbharten Schaum liegt, bevorzugt.For example, a very hard foam at temperatures of -160 ° 0 is not preferable, it will be a foam that lies roughly between a very hard and a semi-hard foam is preferred.
Die Ausdrücke "harter Schaum" und "halbharter Schaum" sind dem Fachmann geläufig und eine grössere oder geringere Flexibilität der Isolierung kann in Abhängigkeit von dem Bedingungen, bei denen sie verwendet werden, vorteilhaft sein. Geeignete Urethanschäume werden durch Mischen zweier Komponenten erhalten.The terms "hard foam" and "semi-hard foam" are familiar to the person skilled in the art and are larger or lesser flexibility of the insulation may depend on the conditions at which they used to be beneficial. Suitable urethane foams are made by mixing two Components received.
Beispielsweise wird die erste Komponente durch Mischung folgender Substanzen erhalten: 80 Gew.-Teile eines Polyols (Äquivalentgewicht 108) erhalten durch Propoxylierung einer ■Mischung aus Glycerin und Sucrose, 20 Gew.-Teile eines Polyols (Äquivalentgewicht 350) erhalten durch Propoxylierung von Glycerin,For example, the first component is obtained by mixing the following substances: 80 parts by weight of a polyol (equivalent weight 108) obtained by propoxylation of a ■ Mixture of glycerine and sucrose, 20 parts by weight of a polyol (equivalent weight 350) obtained by propoxylation of glycerine,
2 Gew.-Teile Organosilicon-oberflächenaktives Mittel, 1 Gew.-Teil Triäthylendiaminameisensäuresalz,2 parts by weight organosilicone surfactant, 1 part by weight of triethylenediamine formic acid salt,
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20 Gew.-Teile Tribetachloräthylphosphat land 15 Gew.-Teile Trichlorfluormethan.20 parts by weight of tribetachloroethyl phosphate land 15 parts by weight of trichlorofluoromethane.
Die zweite Komponente besteht aus 108 Gew.-Teilen rohem Diphenylmethandiisocyanat.The second component consists of 108 parts by weight of crude diphenylmethane diisocyanate.
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