DE2507786A1 - Verfahren zum ueberziehen von metallrohren - Google Patents

Verfahren zum ueberziehen von metallrohren

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DE2507786A1 DE19752507786 DE2507786A DE2507786A1 DE 2507786 A1 DE2507786 A1 DE 2507786A1 DE 19752507786 DE19752507786 DE 19752507786 DE 2507786 A DE2507786 A DE 2507786A DE 2507786 A1 DE2507786 A1 DE 2507786A1
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Veba Oel AG
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Description

25U/786
Gelsenkirchen-Buer, d.en 20. Febr.
VEBA - CHEM I E Aktiengesellschaft
Verfahren zum Üterziehen von Metallrohren
Es ist bekannt, daß nan das Rosten von Stahloberflächen dadurch verhindern kann, daß man Alkylimidazoline mit weniger als 20 Kohlenstoffatomen in einem organischen Lösungsmittel gelöst auf die Stahloberfläche nach dem letzten Durchgang des Walzguts durch das Walzwerk kontinuierlich unter Schientbildun^ auftragen kann. Derartig präparierte Stahlflächen können als Grundlagen für Farbanstriche und Plattierungen verwendet werden.
Es ist weiterhin bekannt, daß man Metalloberflächen mit Kunststoff beschichten kann. Zur Erzielung guter Haftfestigkeiten ist es jedoch erforderlich,* die Metalloberflächen zunächst mit einem Gruridierungsmittel zu versehen oder einer besonderen chemischen Behandlung zu unterwerfen. Die Grundierung bzw, chemische Behandlung der Metalloberflächen stellt somit einen zusätzlichen Verfahrensschritt dar, wenn man Metalloberflächen mit Kunststoffen zur Verbesserung der Korrosionseigenschaften beschichten will.
Es bestand somit die Aufgabe, in einem einstufigen Verfahren Metalloberflächen, insbesondere solche von Metallrohren, mit einem gut haftenden Kunststoffüberzug zu versehen.
609836"/092 5 ORIGINAL ,NSPECTEß
2 B Q 7 7 8 6
Es wurde mm überraschenderweise gefunden, daß man diese Aufgabe dann lösen kann, wenn r;;an das Verfahren zürn Überziehen von Metallrohren mit einer duroplastischen Schutzschicht durch Auftragen, von Pulveriacken aus cyclischen Arrädinen und Λ ,2-Epoxidverbindungen mit mehr als einer 1,2~Epoxidgruppe im Molekül sowie den üblichen Zusätzen, und Aushärten der Pulverschicht bei erhöhter Temperatür so durchführt, daß man den Pulverlack auf die auf 200-300°C erhitzten Metallrohre elektrostatisch aufträgt und die Aushärtung des Überzugs durch die Wärmekapazität der Rohre ohne Zufuhr weiterer Wärmeenergie durchführt und daß man als cyclische Amidine Imidazolin-Berivate der allgemeinen Formel
H H
i ;
R__ c cR
! I
R1— N N verwendet
R"
worin R Wasserstoff, ein Alkyl- oder Arylrest, R1 ein Cycloalkyl-, Heterocycloalkyl- oder R-Rest, R" ein gegebenenfalls alkyl- oder arylsubstituierter Alkylen- oder Arylenrest und X Wasserstoff oder ein
H—C -N^
j >c -Rest ist,
H— C -N^
i I
R R'
und die 1,2-Epoxidverbindungen einen unteren Aufschmelzpunkt von > 6O0C besitzen.
. 609836/0925
Für "die Beschichtung von Metallrohr^«, Insbesondere von Stahlleitungsrohren mit wärmehärtenden Pu Ivor sys Iv1F^n1 wird die den Rohren "beim Herste].lungsvorgang mitgegebene Temperatur in der Abkühlzone von 300-2000C, in speziellen Fällen von 270-2400C, für die Aushärtung der Pulverlackschichten genutzt.
Der Auftrag der Pulverpartikel kann mit den übDichen Methoden der elektrostatischen Aufladung, der air-staticf aber auch ausschließlich mit pneumatischer Kraft erfolgen. Infolge der vorhandenen Wärme setzt der Schmelzprozeß der Bindemittel unmittelbar nach Aufprall am Stahlblech ein, womit die Vernetzungsreaktion in Gang gesetzt wird.
Sehr kurze Reaktionszeiten v/erden für viele Fälle der Außenbeschichtung verlangt. Im Produktionsablauf liegen zwischen dem Pulverauftrag und der anschließenden mechanischen Beanspruchung der ausgehärteten Beschichtung durch Greifwerkzeuge, Hebe- oder Rollenvcrrichtungen weniger als 1 Minute Verweilzeit. Diese Zeitspanne muß für die vollständige Vernetzung des Pulverüberzugs s ausreichen.
Am Ende dieser kurzen Aushärtungszeit erfolgt zur schnelleren Abkühlung der beschichteten Rohre die direkte Behandlung mit kaltem Wasser.
Der besondere Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß diese limitierte Zeitspanne unterschritten wurde bei gleichzeitiger Verbesserung der Filmeigenschaften. Da es sich um den Auftrag eines Einschichtsystemes handelt, sind Schichtstärken von mindestens 300 μΐη gefordert, die nach dem Stand der heutigen Technik nicht immer zu erreichen sind, ohne daß es zu Oberflächenstörungen oder Ablauferscheinungen kommt.
609836/0925
Zur Herstellung der feinteiligen Gemische, die als Fulverlacke Anwendung finden sollen, eignen sich 1,^-Epoxidverbindungen mit mindestens einer 1,2-Epoxidgruppe im Molekül und einem unteren Aufschmelzpunkt von>600C. Verbindungen, die diesem Charakteristika entsprechen, sind einmal Polyepoxidverbindungen, die bei 6O0C und darunter fest sind, wobei darunter höhermolekulare Verbindungen (sogenannte Festharze) fallen, und solche, die infolge ihres symmetrischen Aufbaus bzw. der Größe der an die 1,2-Epoxidgruppe gebundenen Kohlenstoffsysteme fest sind, und 7um anderen solche, die durch Reaktion von flüssigen 1,2-Epoxidverbindungen mit .aehr als einer Epoxidgruppe pro Molekül mit primären oder sekundären Aminen in solcher Menge hergestellt worden sind, daß das Addukt mindestens im Durchschnitt noch eine 1,2-Epoxidgruppe pro Molekül enthält (sogenannte Addukthärter).
Die 1,2-Epoxidverbindungen können sowohl gesättigt als auch ungesättigt sowie aliphatisch, cycloaliphatisch, aromatisch und heterocyclisch sein. Sie können weiterhin solche Substituenten enthalten, die unter den Mischungs- oder Reaktionsbedingungen keine störenden Nebenreaktionen verursachen. Keine Nebenreaktionen rufen beispielsweise Alkyl- oder Arylsubstituenten, Hydroxylgruppen, Äthergruppierungen und ähnliche hervor. Die geeigneten Verbindungen gehören folgenden Stoffklassen an: Epoxide ein- oder mehrfach ungesättigter Kohlenwasserstoffe, halogenhaltige Epoxide, Epoxiäther ein- oder mehrfacher Alkohole und Phenole, Epoxiester ein- oder mehrbasischer Säuren sowie N-haltige Epoxide.
Es sind dies beispielsweise die festen, polymeren Polyglycidylpolyäther des 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propans, die beispielsweise durch Reaktion von 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)-propan mit Epichlorhydrin in Molverhältnissen von 1:1,9 bis 1,2 (in Anwesenheit eines Alkalihydroxids im wässrigen Medium) erhalten werden. Polymere Polyepoxide dieser Art können auch erhalten werden durch Umsetzung eines Polyglycidyläthers des 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propans mit weniger als der aquimolekularen Menge an zweiwertigem Phenol, vorzugsweise in Anwesenheit eines Katalysators, wie eines tertiären Amines, eines tertiären Phosphines oder eines
6 0 98 36/0-91 5-
quaternären Phosphoniumsalzes. Das Polyepoxid kann auch ein fester epoxidierter Polyester sein, der beispiel£v;;Ise erhalten wird durch Umsetzung eines mehrwertigen Alkohols und/ oder einer mehrbasigen Carbonsäure bzw. deren Anhydrid mit einem niedermolekularen Polyepoxid. Beispiele für derartige Polyepoxide mit niedrigem Molekulargewicht sind der flüssige Diglycid3riäther des 2,2-Bis-(^-hydroxyphenyl) -propans, Diglycidylphthalat, Diglycidylhexahydrophthalat, Diglyciclylmalea-c und der 3,4-Epoxycyclohexylmethylester von 3»4--Epoxycyclohexan-· carbonsäure.
Gemische aus festen Polyepoxide]! können ebenfalls verwendet werden, z.B. ein Gemisch aus einem Polyepoxid, dessen Schmelzpunkt zwischen 120 und 16O°C liegt und einem Polyepoxid mit einem Schmelzpunkt zwischen 60 und 800C (Schmelzpunkt wird bestimmt nach der Quecksilberraethode von Durrans). Geeignete Mischungen enthalten zwischen 30 und 50 Gew.% eines festen PoIyglycidylathers von 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan mit einem Epoxiäquivalentgewicht zwischen 1650 und 2050 und einem Schmelzpunkt von 120 bis 16C°C, und zwischen 50 und 70 Gew.% eines festen Polyglycidylpolyäthers von 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan mit einem Epoxiäquivalentgewicht zwischen 450 und 525 und einem Schmelzpunkt von 60 bis 800C.
Erscheint eine hohe Epoxifunktionalität wünschenswert, so ist ein bevorzugtes Polyepoxid der Polyglycidäther des 1,1,2,2-Tetra-(4-hydroxyphenyl)-äthans.
Auch epoxidierte Polybutadiene können für diesen Zweck eingesetzt werden.
Wie bereits früher erwähnt, eignen sich neben den sogenannten Festharzen auch Addukthärter zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Solche festen Addukthärter können beispielsweise aus flüssigen Polyepoxiden mehrfach ungesättigter Kohlen-
- 6 609836/0925
Wasserstoffe, wie Vinylcyclohexen, Dicyclopentadien u.a., Epoxiäthern mehrwertiger Alkohole und Phenole etc. und aliphatischen, cycloaliphatischen und aromatischen Diaminen hergestellt v/erden. Voraussetzung für die Eignung eines derartigen Adduktes ist, daß auch hier der untere AufSchmelzpunkt oberhalb GO0C liegt.
Ebenso wie die reinen Epoxidverbindungen können auch deren Gemische, beispielsweise solche von Mono- und Polyepoxiden, nach dem erfindungsgeniäßen Verfahren eingesetzt werden.
Geeignete Imidazolin-Derivate im Sinne der- vorliegenden Erfindung sind 2-Methylim.idazolin, 2,4-Dimethylimidazolin, 2-Äthyl™ imidazolin, 2-Äthyl-4methylimidazolin, 2-Benzyl-imidazolin, 2-Phenyl-imidazolin, 2-Phenyl-4-niethyl-imidazolin, 2-(o-Tolyl)-imidazolin, 2-(p-Tolyl)-imida.zolin, 1,4-Tetramethylen-biB-imidazolin, 1,1,3-Trimethyl-15 4~tetramethylen-bis-imidazolin, 1,3,3-Trimethyl-1,4-tetramethylen-bis-imidazolin, 1,1,3-Trimethyl-1,4-tetramethylen-bis~4-methylimidazolin, 1,3,3-Trimethyl-1,4-tetramethylen-bis-4-methylimidazolin, 2-(m-Pyridyl)-imidazolin, 2~(p-Pyridyl)-imidazolin, 1,2-Phenylen-bis-imidazolin, 1,3-Phenylen~bis-imidazolin, 1,4-Phenylen-bis-imidazolin, 1,4~Phenylen~bis - 4-methylinidazolin u.a.m. Es können auch Gemische diecer Imidazolin-Derivate erfindungsgemäß eingesetzt werden. Aus diesen Gruppen der Imidazoline werden besonders das 1,4-Tetramethylen-bis~imidasolin und das 2-Phenyl-imidazolin bevorzugt. Diese Verbindungen-werden als alleinige Härter bzw. Vernetzer für die 1,2-Epoxidverbindungen eingesetzt.
Die vorstehend beschriebenen Imidazolin-Derivate werden in solchen Mengen eingesetzt, daß 3-10 Gew.-?6, vorzugsweise 4-8 Gew.-So, bezogen auf die Menge an 1,2-Epoxidverbindungen, kommen.
— 7 —
609836/092 5
Zur Verbesserung der Verlaufeigenschaften der Lacke werden bei der Zubereitung sogenannte Verlaufmittel zugesetzt. Bei diesen Mitteln kann es sich um chemische Verbindungen bzw. deren Gemische sehr unterschiedlicher chenischer Art handeln, "..3. Poly-· mere oder monomere Verbindungen, Acetale, wie Polyvinylformal, Polyvinylacetat Polyvinylbutyral, Polyvinylacetolnityral \:.:im, Di-2-äthyl\exyl-i-butyraldehyd~acetal, Di-2-äthylhs:iyl"K-butyr" aldehyd-acetal, Diäthyl-2-ätl)ylhex£aiol-acetal, Di ■■·η-butyl-2-äthyl-hexanol-acetal, D:L-~i-butyl-2-ätliylh-3X3nol-c.cetal, üi-2-äthyl-hexyl-acetaldehyd--acetal u.ö., Äther, wie die polymeren Polyäthylen- und Polypropylenglykole, Mischpolymerisate aus n-Butylacrylat und VinylisouutylMther, Ketcn-Aldehyd-Kondensationsharze, feste Siliconharze oder auch Gemische vcn Zinkseifen, von Fettsäuren und aromatischen Carbonsäuren u.a. Auch werden für diesen Zweck in Handel Produkte ( wie Kodaflow, angeboten, deren chemischer Charakter den Verbrauchern unbekannt ist und von dem lediglich bekannt ist, daß es sich um eine komplexe, polymere, wirksame Flüssigkeit handelt. Derartige Verlaufmittel können in den Ansätzen i.n Mengen von 0,2 - 0,5 Gew.;'o, bezogen auf die Gesamtmenge des Pulverlackes, enthalten sein.
Die anderen gebräuchlichen Bestandteile des Pulverlackgeiaisches, wie Pigmente, Farbstoffe, Füllstoffe u. a. können, bezogen auf die Menge 1,2~Epoxidverbindung und Härter, innerhalb eines weiteren Bereichs schwanken. Sie kann sich nach den Anforderungen an die Qualität der Überzüge richten.
Vor ihrer Anwendung werden die Pulverlackbestandteile innig vermischt bei Temperaturen unterhalb der Härtungstemperaturen, extrudiert und anschließend gemahlen. Für die praktische Anwendung wird vorzugsweise eine Teilchengröße von <100 μ angestrebt, wobei das Teilchengrößenmaximum zwischen 30 und 50 μ liegen sollte.
Die Aufbringung der Pulverlacke auf die zu überziehenden Metallrohre geschieht nach bekannten Methoden, z.B. durch elektro-
- 8 609836/0925
statisches Pulverspritaen oder "Wirbelsintern etc.
Die Art des Hetails bzw. der Legierung ist für die Anwendung
des Verfahrens nicht kritisch. Bevorzugt kann dieses Verfahren zur Beschichtung von Äüisen··- odor Stahlrohren vervencl-rt werden. Die Beschichtung der Innenseiten kann in gleicher V/eiso durchgeführt werden, wobei zv/eckmäßigerweise gleichzeitig dor Pulverlack innen und außen aufgebracht wird.
- 9 609836/0925
Allgemeine Beschreibung der angewandten Beschichtungsmothodik
Die erfindungsgemäß einsetzbaren Imidazolin-Derivate wurden mit den anderen Pulverlackkomponenten nach bekannten Verfahren, wie beispielsweise in der DT-OS 22 AS 776 beschrieben, zum sprühfertigen Pulver verarbeitet. Das Auftragen dieser Pulver auf die sandgestrahlten Stahlleitungsrohre, die auf eine Temperatur von 240 - 270°C erhitzt wurden, erfolgte mittels der elektrostatischen Methode unter folgenden Bedingungen:
Pistolenluftdruck 0,8 atu
Spannung 50 RV
Ladung negativ
Um einen gleichmäßigen Palverauftrag zu gewährleisten wurde das Rohr während des BeSchichtungsvorganges in drehender Bewegung gehalten. Die sofort einsetzende Härtungsreaktion war nach 45 Sekunden beendet. Das Rohr wurde anschließend mit kaltem V/asser besprüht und auf eine Temperatur von 25 C abgekühlt. Der ausgehärtete und dann duroplastische Überzug wies Schichtstärken- von 300-350 ^m (elektromagnetisch geraessen) auf. Mit den durchgeführten Beschichtungen wurden dann eine Reihe von Prüfungen durchgeführt, die bei den jeweiligen Beispielen angegeben sind.
Beispiel 1
1,4-Tetramethylen-bis-imidazolin wurde mit Titandioxid, Chromoxidgrün, Chromgelb, Oxidrot, Oxidschwarz, dem angegebenen Epoxidharz und einem geringen Zusatz an Verlaufmittel in folgendem Verhältnis zu Pulverlack bzw. Sinterpulver verarbeitet:
- 1 0 -
609836/0925
- ίο -
1_a Zusammensetzung des Piiivorlackes
Festes Epoxidharz, auf der Basis eines
Adduktes aus 2,2~Bis-(4--hydroxyphenyl)-propan (Dian) und Epichlorhydrin, welches
einer HCl-A"b£;paltuiig unterworfen, und anschließend mit weiteren). Dian unbesetzt
wurde, und v/elches nach Angabe des Her—
stellers ein Epoxid-Aquivalentgev/icht
von 900-1000 besitzt, was einem Spoxidwert von 0,10-0,11 entspricht, und einera
Schmelzbereich von 90 - 1000C
1,4-Tetramethylen~bio-imidazolin
Titandioxid (in Pulverform)
Chromoxidgrün
Chromgelb 62 C
Oxidrot 130 F
Oxidschwarz
87,6
4,0 !I
4.0 "
2.1 " 1,6 » 0,1 " 0,2 "
Verlaufmittel (Polyacrylsäure - η - butylester mit einem K-Wert von 30-35) 0,4 "
Diese Formulierung v/urde .auf 2700C heiße Rohre sowie einen Prüfstab aufgebracht, nach 45 Sekunden mit Wasser abgeschreckt und geprüft.
Tb Eigenschaften der__Beschichtung
Schichtdicke
Glanzgrad n. Gardner 60° Winkel Gitterschnitt DIN 53 151 Dornbiegeversuch DIN 53 152 Wattebauschtest (MIBK)
11 (Aceton)
Porentest (Porotester/15 000 V)
320 - 340 /im
40 %
Gt 0
2
beständig beständig porenfrei
- 11 6098 3 6/0925
Biegetest * · "*^%·. Film ohne Risne und Poren
Be ir-plel-2
^-Tetramethylen-bis-irnidazolin wurde mit- den F.i gmenten gemäß Beispiel 1, dem angegebenem Epoxidharz und einem geringen Zusatz von Verlaufmittel in folgendem Verhältnis zu Pulverlack bzw, Sinterpulver vernrbe i tet:
Festes Epoxidharz, auf der Basis eines Adduktes aus 2,2-Bis-(4~hydroxyphenyl)-propan (Dian) und Epichlorhydrin, velches einer HCl-Abspaltung unterworfen v/urde imd welches nach Angabe des Herstellers ein Spoxid-Acxuivalentse-wicht im Bereich von 700-875 besitzet, was erinero Epoxidv/ert von 0,142-0,114 entspricht und einem
Schmelzbereich von 85 - 10O0C 1,4-Tetramethylen-bi.8-imida:-;olin Titandioxid (in Pulverform) Chromoxidgrün Chromgelb 62 C Oxidrot 130 F Oxidschv/arz Verlaufmittel geaäß Beispiel 1a
Diese Formulierung wurde auf 240 0C heiße Rohre und einen Prüfstab gesprüht, nach 45 Sekunden mit kaltem Wasser abgeschreckt und geprüft.
6,1 Gew.
5,5 11
4,0 U
2,1 Il
1,6 !!
0,1 ti
0,2 II
0,4 It
*Analog der Rohrbeschichtung wurde ein Stahlrundstahl von 8 mm Stärke beschichtet und abgekühlt. Zur Prüfung der Beschichtung erfolgte die Biegung über einen zylindrischen Körper vom 3-fachen (=24 min) Durchmesser des Stabes.
- 12 -
609836/09 2 5
I /öd
2b Eigenschaften der Beschichtung
Schichtdicke
Glanzgrad η. Gardner 6θ Winkel Gitterschnitt DIN 53 151 Wattebauschtest (MIBK) " (Aceton)
Porentest (Porotester/15 000 V) Biegetest (gemäß Beispiel 1)
300-330 um 38 %
Gt 0
beständig beständig porenfrei Film ohne Risse und Poren
Beispiel 3
2~Phenyl-imidazolin wurde mit Titandioxid, dem angegebenen Epoxidharz und einem geringen Teil eines Verlaufmittels in folgendem Verhältnis zu Pulverlack bzw. Sinterpulver verarbeitet:
3a Zusammensetzung des Pulverlackes
Festes Epoxidharz, auf der Basis eines Adduktes aus 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan (Dian) und Epichlorhydrin, welches einer HCl-Abspaltung unterworfen, und anschließend mit weiterem Dian umgesetzt wurde, und welches nach Angabe des Herstellers ein Epoxid-Äquivalentgewicht von 900 - 1000 besitzt, was einem Epoxidwert von 0,10 - 0,11 entspricht, und einem Schmelzbereich von 90-1000C : 84,5 Gew.-% 2 Phenyl-imidazolin : 6,0 "
Titandioxid (in Pulverform) : 9,0 "
Verlaufmittel gemäß Beispiel 1a 0,5 "
- 13-
609836/0925
Diese Formulierung wurde auf 250 C heiße Rohre und den Prüfstab aufgegeben, nach 45 Sekunden mit kaltem Wasser abgeschreckt und geprüft.
3b Eigenschaften der Beschichtung
Schichtdicke
Glanzgrad n. Gardner 60° Winkel Gitterschnitt DIN 53 151 Wattebauschtest (MIBK)
11 (Aceton)
Porentest (Porotester/ 15 000 V) Biegetest (gernäi3 Beispiel 1) 400 um 70 %
Gt 0
beständig beständig porenfrei Film ohne Risse und Poren
- 14 -
609836/0925

Claims (1)

  1. ?§ienta n
    Verfahren zum Überziehen von Metallrohren mit einer duroplastischen Schutzschicht durch Auftragen von Pulverlacken aus cyclischen Amidinen und 1,2-Epoxidverbindungen mit mehr als einer 1,2-Epoxidgruppe im Molekül sowie den üblichen Zusätzen und Aushärten der Pulverschicht bei erhöhter Temperatur, dadurch gekennzeich net , daß man den Pulverlack auf die auf 200-3000C erhitzten Metallrohre elektrostatisch aufträgt und die Aushärtung des Überzugs durch die Wärmekapazität der Rohre ohne Zufuhr weiterer Wärmeenergie durchführt und daß man als cyclische Amidine Imidazolin-Derivate der allgemeinen Formel
    H H I I
    R1 — N β
    worin R Wasserstoff, ein Alkyl- oder Arylrest, R! ein Cycloalkyl-, Heterocycloalkyl- oder R-Rest, R" ein gegebenenfalls alkyl- oder arylsubstituierter Alkylen- oder Aryleiirest und X Wasserstoff oder ein
    H-C-N^
    C Rest ist, verwendet,
    H-C —N
    I I
    R R'
    und die 1,2-Epoxidverbindungen einen unteren Aufschmelzpunkt von größer als 600C besitzen.
    - 15 609836/0925
    Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet , daß man die Imidazolin-Derivate in solchen Mengen einsetzt, daß 3-10 Gev/.-%, vorzugsweise 4-8 Gew.-?£, "bezogen auf die Menge 1,2--Epoxidver"bindungen ( kommen.
    Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Imidazolin-Derivat 1,4-Tetramethylen-bis-imidazolin ist.
    A-. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Imidazolin-Derivat 2-Phenyl-irnidazolin ist.
    OftfGfNAL INSPECTED
    dr.kn./rnü. * 609836/0925
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