DE2522189C2 - Urethanprepolymermasse und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents
Urethanprepolymermasse und Verfahren zu ihrer HerstellungInfo
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Description
2. Verfahren zur Herstellung der Urethanprepolymermasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
man S-lsocyanatomethylO.S.S-trlmethylcyclohexyllsocyanat mit Trimethylolpropan In einem NC0/0H-Verhältnls
von 3:1 bis 10: 1 In Gegenwart eines organometalllschen Katalysators umsetzt und anschließend
das nicht umgesetzte S-lsocyanatomethylO^S-trlmcthylcyclohexyllsocyanat entfernt.
Die Erfindung betrifft eine Urethan-Prepolymermasse, die endständige Isocyanatgruppen enthalt, auf 3-IsocyanatmethylO.S.S-trlmethylcyclohexyllsocyanat
basiert und ausgezeichnete Löslichkeit In organischen Lösungsmitteln
sowie ausgezeichnete Vertraglichkeit mit Polyolkomponcnten aufweist und ferner Anstrichfilme mit
wesentlich verbesserter Wetterfestigkeit ergibt.
Eine große Vielzahl von Überzugsmassen und Anstrichmitteln auf Polyurethanbasis Ist heute auf dem Markt
erhältlich. Diese Überzugsmassen und Anstrichmittel haben jedoch Im allgemeinen schlechte Wetterbeständigkeit
und neigen bei Einwirkung des Lichts zum Vergilben. Eine besonders schlechte Wetterbeständigkeit haben
Überzugsmassen und Anstrichmittel auf Basis von Toluylcndlisocyanat (TDI).
In dem Bemühen. Anstrichfilmen verbesserte Wetterbeständigkeit zu verleihen, wurden Anstrichmittel auf
Basis von aliphatischen Diisocyanate^ z. B. Hexamelhylcndllsocyanat (KDI), 4.4'-Dlcyc!ohexylmethandllsocya-3"
nat usw. sowie auf Basis von Xylylcndllsocyanat (XDl) vorgeschlagen, aber alle diese Anstrichmittel erwiesen
sich als unbefriedigend.
nat, das aus Addukten von S-lsocyanatmcthylO.S.S-trlmcthylcyclohexyllsocyanat mit nlcdrlgmolekularen PoIyolen
und Polyalkoholen hergestellt wird, Im allgemeinen erheblich verbesserte Wetterbeständigkeit aufweisen.
nachstehend kurz als »IPDI« bezeichnet.)
dlol, 1,4-Butandiol, 1,6 Hexandlol und Neopcntylglykol nicht nur die Trockeneigenschaften der hergestellten
praktischen Wert haben. Es wurde ferner festgestellt, daß Anstrichmittel, die aus Acrylpolyolen In Kombination
mit IPDI-Polyol-Addukten hergestellt werden, die als Polyole verschiedene TrIoIe wie Glycerin, 1,2,6-Hexantrlol
und Trlmethyloläthan, oder tetrafunkilonellc oder hOherfunkllonelle Polyole, z. B. Pentaerythrit, Sorbit und
Es wurde ferner gefunden, daß Anstriche auf Basis der Addukte, die aus IPDI mit Trimethylolpropan (nachstehend
kurz als »TMP« bezeichnet) erhältlich sind, verhältnismäßig gute Haftfestigkeit und Schlagfestigkeit
aufweisen.
Eine weitere Untersuchung von IPDI-TMP-Addukten ergab, daß die Addukte, die durch Umsetzung von
IPDl mit TMP nach der In der Polyurcthan-Chemle üblichen Welse, d. h. bei einem NCO/OH-Vcrhältnls von
2,0:1 (2 Mol IPDI und 1 Mol TMP) erhalten werden, schlechte Verträglichkeit mit den Polyolkomponenten
aufweisen. In diesem Fall werden Nebenprodukte, τ. B. ein Addukl aus 2 Mol TMP mit 5 MoI IPDI und seine
welterpolymerlslerten Addukte außer dem Idealen Addukl von TMP mit 3 Mol IPDI gebildet. Es wird angenommen,
daß diese Nebenprodukte und das nicht umgesetzte IPDI einen nachteiligen Einfluß auf die Verträg-
^ Henkelt mit Polyolkomponenten ausüben.
So beschreibt die DE-OS 19 62 808 eine Urclhanprepolymermasse, die nicht umgesetztes IPDI sowie das
Addukt aus 2 Mol TMP und 5 Mol IPDl neben dem Idealen Addukt enthält.
Das Ideale Addukt von TMP mit 3 Mol IPDI hat die folgende Formel:
Das Ideale Addukt von TMP mit 3 Mol IPDI hat die folgende Formel:
I!
CH2OCNH-IPDl
O
O
Il
Il
. CH3OCNH-IPDl
In dieser Formel steht »-IPDI« für IPDl, in dem eine NCO-Gruppe mit einer der Hydroxylgruppen von TMP
umgesetzt Ist, wahrend die andere NCO-Gruppe eine freie NCO-Gruppe Ist.
Der Ausdruck »ideales Adüukt« (idealized adduct) wird hler In dem Sinne gebraucht, wie er beispielsweise
von J. H. Saunders und Mitarbeitern In »Polyurethanes, Chemistry and Technology, Tell II Technology« definiert
1st und allgemein bei Beschlchtungsmaterlallen und Anstrichmitteln auf Polyurethanbasis gebraucht wird. S
Es wurde jedoch gefunden, daß eine Urethanprepolymermassc. die 1, nicht weniger als 65 Gew.-* des Idealen
Addukts von Trlmethylolpropan mit 3 Mol IPDI und 2. nicht mehr als 5 Gew.-% IPDI-Monomeres, bezogen auf
die Gesamtmasse, enthalt, nicht nur Anstriche mit ausgezeichneter Wetterbeständigkeit ergibt, sondern auch
überaus gut verträglich mit Polyolen (z. B. Polyesterpolyolen, Polyäthcrpolyolen, Polyesterätherpolyolen, ölmodlflzlcrten
Polyesterpolyolen und Acrylpolyolen) und äußerst leicht In organischen Lösungsmitteln löslich Ist, so
daß dieses Produkt sich besonders gut als Polyurcihan-Prepolymeres für Anstrichzwecke eignet. Der Erfindung
liegen die vorstehenden Feststellungen zugrunde.
a) dem Idealisierten Addukt von Trlmethylolpropan mit 3 Mol S-IsocyanatomethylO.S.S-trlmethylcyclohexyl-Isocyanat,
b) 3-Isocyanatomethyl-3,5,5-lrimethylcyclohexyllsocy:inat und
c) dem Addukt aus 2 Mol Trlmethylolpropan mit 5 Mol S-Isocyanaiomethyl-S.S.S-trlmethylcyclohexyllsocyanat
und seinen weller polymerisation Addukten dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Komponente
(a) wenigstens 65 Gew.-*, der Anteil der Komponente (b) nicht mehr als 5 Gew.-% und der Anteil der
Komponente (c) nicht mehr als 30 Gew.-*, bezogen jeweils auf die Gesamtmasse, beträgt.
Die Erfindung umfaßt ferner ein Verfahren, das die Herstellung dieser Urethanprepolymermassen In einfacher
Arbeltswelse und mit gutem Wirkungsgrad ermöglicht.
In den Produkten gemäß der Erfindung beträgt das Gewlchisverhältnls des Idealisierten Addukts von TMP 2$
mit 3 Mol IPDI zur Gesamtmasse wenigstens 0,65 : 1, vorzugsweise wenigstens 0,70 :1, Insbesondere wenigstens
0,75 : 1 und das Gewlchtsverhaitnls des IPDI-Monomeren zur Gesamtmasse nlchl mehr als 0,05: 1, vorzugsweise
nicht mehr als 0,03 : 1, Insbesondere nicht mehr als 0,01 :1.
Als weitere Komponenten außer den vorstehend genannten sind beispielsweise das Addukt von 2 Mol TMP
mit 5 Mol IPDI und seine weltcrpolymerlslerten Addukte vorhanden. *'
Die Anteile des Idealisierten Addukts von TMP mit 3 Mol IPDI und des IPDI-Monomeren In den Urethanprepolymermassen
gemäß der Erfindung werden beispielsweise durch Gelpermeatlonschromatographle
bestimmt.
Die Urethan-Prepolymermasscn gemäß der Erfindung werden nach üblichen Verfahren hergestellt, d. h. die
Prepolymermasse läßt sich leicht durch Umsetzung von IPDI mit TMP bei einem beliebigen NCO/OH-Verhält- ^s
nls und anschließende Entfernung des nicht umgesetzten IPDI-Monomeren und der Nebenprodukte außer dem
Idealisierten Addukt von TMP mit 3 Mol IPDI nach geeigneten Methoden herstellen.
Die Umsetzung von IPDI mit Trlmethylolpropan (TMP) gemäß der Erfindung kann sowohl in Abwesenheit
eines Lösungsmittels als auch In Gegenwart eines Lösungsmittels, das keinen freien Wasserstoff enthält (z. B.
Äthylacetat, Butylacclat, Tetrahydrofuran, Dimethylformamid, Dlmcthylaceiamld, Methyläthylketon und *o
Dloxan), durchgeführt werden. Die Reaktionstemperatur kann Im Bereich von 40° bis 150° C, vorzugsweise 60
bis 90° C, liegen. Nach beendeter Reaktion wird das gegebenenfalls verwendete Lösungsmittel abdestllllert.
Vorzugswelse wird ein organometalllscher Katalysator dem Rcaktlonsgemlsch aus IPDI und TMP zugesetzt. Als
organometalllsche Katalysatoren eignen sich beispielsweise zinnhaltige organometalllsche Verbindungen, z. B.
Dlstannoxane der allgemeinen Formel 4S
R R
I I
X—Sn-O —Sn-Y
i I
R R
In der R ein Alkylrest mit 1 bis 20 C-Atomen Ist und X und Y, die gleich oder verschieden sein können, jeweils
1 für ein Halogenatom, eine Hydroxylgruppe, eine Isocyanatgruppe, eine Thlolsocyanatgruppe oder einen Carbonsäurerest
stehen, Verbindungen der allgemeinen Formel
R1 X'
R1 Kj
In der R1 und R2 jeweils für einen Alkylrest mit I bis 20 C-Atomen stehen, Ri ein Säurcrest, ein Alkylrest oder <>5
Alkoxyrest mit I bis 20 C-Atomen und X' ein Säurerest Ist, mit der Maßgabe, daß Rj und X' gemeinsam für
=0 oder=S stehen können, und Verbindungen der allgemeinen Formel
R4
Sn
Als Alkylreste, für die R, R<% Rj und Rj In den vorstehenden allgemeinen Formeln stehen, kommen beispielsweise
Methyl, Äthyl, Propyl. Butyl, Octyl, Lauryl und Stearyl In Frage. Die Halogenatome X und Y können
ίο beispielsweise Chlor, Fluor, Brom oder Jod sein. Als Alkoxyreste, für die R3 steht, kommen beispielsweise
Methoxy, Äthoxy, Propoxy und Bi-'toxy in Frage. Die Säurereste, für die R3 und X' stehen, können anorganische
Säurereste und organische Säurereste mit 1 bis 18 C-Atomen sein, z. B. Halogenatome (z. B. Chlor, Brom, Fluor
und Jod), Acstoxy, Lauroyloxy, Maleoyloxy und 2-Äthylhexanoyloxy. Der höhere organische Carbonsäurerest
R4 enthält voizugsweise 8 bis 30 C-Atome und Ist beispielsweise ein Octanoyloxyrest, Nonanoyloxyrest, Decano-
is yl oxy rest oder Undecanoyloxyrest.
R R :
I I
™ Distannoxane X—Sn — O—Sn—Y
I I
R R
Tetrabutyl-1,3-dlacetoxy-dlstannoxan Tetrabutyl-1,3-dlstearoyloxy-dlstannoxan
Tetrabutyl-1,3-dllauroyloxy-dlstannoxan
Teiraäthyl-1 -chlorO-hydroxy-dlstannoxan
Tetrabutyl-1,S-dicyanoacetoxy-dlstannoxan
Tetrabutyl-l^-dlbenzyloyloxy-dlstannoxan
Tetrabutyl-Tetrabutyl-
Tetrabutyl-
Tetrabutyl-
-hydroxy-3-formyloxy-dlstannoxan ,3-bls(monomethylmaleoyloxy)-dlstannoxane
-hydroxy-3-lauroyloxy-dlstannoxan
-chlor-3 -ethoxy-dlstannoxan
.3-dllsocyanato-dlstannoxan ^-dllsothlocyanat-dlstannoxan
Tetrabutyl-1,3-dlmaleoyloxy-dlstannoxan
Tetrabutyi-1 -hydroxy-3-monomethylmaleoyloxy-dlstannoxan
Tetrabutyl-1.3-dlchlor-dlstannoxan
Verbindungen der allgemeinen Formel
R1 X' | Trlbutylzlnnoxyd, |
\ / | Trlbutylzlnnacetat, |
Sn | Trlbutylz:rn!lthoxyd. |
/ \ | Trlälhylzlnnilthoxyd. |
R2 R3 | Triathylzlnnacetat, |
Dlbutylzlnndichlorld. | Dloctylzlnnoxyd, |
Dlbutylzlnndlbromld. | Trlbutylzlnnehorld, |
Dibutylzlnnoxyd. | Tribulyl/Inntrlchloracctnt |
Dlbutylzlnndllaurat, | |
Dlbutylzlnnmaleat. | |
Dlbutylzlnndlacetat, | |
Dlbutylzlnndl-2-äthyihexoai. | |
Dlbutylzlnnsulfld. | |
Trlbuiylzlnnsulfld. | |
Sn
R4
Außer den vorstehend genannten Organozinnverbindungen eignen sich ferner Bleiverbindungen wie Bleloleai.
Blelbenzoat, Blel-2-äihylhexanoai und Blclnaphthcnat, Titanverbindungen, z. B. Dlbutyltltandlchlorld, Tetrabutyltltanat
und Butoxytltantrlchlorld, Elsenverbindungen, z. B. Elsen-2-fiihylhexanoat und Elsenacetylacetonat.
Antimonverbindungen, z. B. Trlphenylantlmondlchlorld, Kobaltverbindungen, z. B. Kobaltbenzoat und Kobalt-2-äthylhcxanoat,
Zinkverbindungen, z. B. Zlnk-2-äihylhexanoat und Zlnknaphthenat, Mangan-2-äthylhexanoat
und Zlrkonlumnaphthenat. Von diesen organometaülschen Verbindungen werden Organozinnverbindungen, ls
Insbesondere Dlbutylzlnndllaurat und Tetrabutyldlacetoxydisiannoxan, bevorzugt.
Diese Katalysatoren werden In einer Menge von etwa O1Ol bis 5 Gew.-*, vorzugsweise 0,03 bis 2 Gew.-%,
bezogen auf das Gewicht des IPDI, verwendet.
Die Entfernung des nicht umgesetzten IPDI-Monomcren und der Nebenprodukte vom Reaktionsgemisch von
IPDI und TMP kann nach üblichen Verfahren erfolgen, z. B. durch Extraktion mit einem organischen Lösungsmittel.
Destillation, Chromatographie, Fällung und eine Kombination dieser Verfahren. Diese Verfahren werden
nachstehend ausführlicher beschrieben.
1) Extraktion
Bei dieser Methode beträgt das stochlometrlsche Verhältnis (NCO/OH) von IPDI zu TMP 3:1 bis 8:1,
vorzugsweise 4:1 bis 6: I. Wenn das Verhältnis unter 3: 1 liegt, haben die hergestellten Anstrichfilme nur
ungenügende Haftfestigkeit und Schlagfestigkeit. Wenn dagegen die Verhältnisse über 8 : 1 liegen, 1st es äußerst
schwierig, das nicht umgesetzte IPDI zu entfernen. Ferner sind die Ausbeuten sehr niedrig, so daß das Verfahren
praktisch unbrauchbar Ist.
Als Extraktlonsmltlcl werden zweckmäßig aliphatlsche Kohlenwasserstoffe verwendet. Bevorzugt werden aliphatlsche
Kohlenwasserstoffe, die Im Bereich von 50" bis 100° C sieden. Geeignet sind beispielsweise n-Heptan,
η-Hexan, Llgroln, n-Octan, 3-Methylpcntan, 3-Äthylpentan und Erdölbenzin sowie Gemische dieser Kohlenwasserstoffe.
Da die Prepolymermasse in organischen Lösungsmitteln sehr leicht löslich Ist, Ist es äußerst schwierig, die
gewünschte Prepolymermasse In hoher Reinheit und guter Ausbeute durch Entfernung des nicht umgesetzten
IPDI allein mit einem Extraktionsmittel zu erhalten. Es Ist hierbei zweckmäßig, die Art des Extraktionsmittels
und die übrigen Bedingungen sorgfältig auszuwählen. Von diesem Standpunkt wird η-Hexan von den vorstehend
genannten Extraktionsmitteln besonders bevorzugt. Die Extraktionstemperatur kann 15 bis 900C betragen
und Hegt vorzugsweise bei 30 bis 60° C. Die Extraktion kann In üblicher Welse kontinuierlich oder chargenweise *°
durchgeführt werden. Das Extraktionsmittei wird in der I- bis 4fachen Gewichtsmenge, vorzugsweise In der 2-bls
3fachen Gewichtsmenge des Reaktionsgemisches bei kontinuierlicher Extraktion und In der 2- bis 6fachen,
vorzugsweise In der 3- bis 5fachen Gewichtsmenge des Reaktionsgemisches beim Chargenverfahren verwendet.
Der hierbei erhaltene Hxtraklonsrückstand enthält eine geringe Menge Extraktionsmittei, das sorgfältig abdestllliert
wird. Das nicht umgesetzte IPDI-Monomere Im Extrakt wird durch Destillation des Extrakts zurückgewonnen
und für die Reaktion von TMP und IPDI wiederverwendet.
2) Destillation
Bei dieser Methode Ist das Verhältnis (NCO/OH) von IPDI zu TMP möglichst hoch, jedoch Hegt es vom so
wirtschaftlichen Standpunkt be! 3 : ! bis 10: I, vorzugsweise be! 4: ! bis 7 : !. Die Destillation kann in üblicher
Welse chargenweise oder kontinuierlich durchgeführt werden.
Um den Abbau des gebildeten Urethanprepolymeren durch Erhitzen zu verhindern, wird die Destillation
vorzugsweise In einem Dünnschichtverdampfer mit verhältnismäßig kurzer Verweilzelt durchgeführt. Hierbei
wird das Reaktionsgemisch aus IPDI und TMP In einen Dünnschichtverdampfer eingeführt und das nicht
umgeseute IPDI bei etwa 150 bis 200° C unter vermindertem Druck von nicht mehr als etwa 1,0 mm Hg abdestilllert.
Das aus dem Verdampfer abgezogene IPDI-Monomere wird für die Umsetzung von IPDI und TMP
wiederverwendet.
3) Chromatographie
Als Chromatograph Ische Verfahren kommen beispielsweise die Säulenchromatographie, Dünnschlchtchromatographle
und Papierchromatographie In Frage. Hierbei kann die Umsetzung von IPDI mit TMP bei einem
beliebigen NCO/OH-Verhältnis durchgeführt werden. Bevorzugt wird ein Verhältnis von 3:1 bis 10:1. Die
Abtrennung der Nebenprodukte und des nicht umgesetzten IPDI-Monomeren vom Idealisierten Addukt von
TMP mit 3 Mol IPDI erfolgt nach üblichen Relnlgungs- und Trennverfahren für organische Verbindungen.
Im Falle der Säulenchromatographie wird die Adsorptlonssäule gebildet, indem ein feingepulvertes festes
Adsorptionsmittel (z. B. Kieselgel) In ein Glasrohr gestampft oder gerpreßt wird, das an einem Ende verengt
und mit Watte oder Glaswolle löse verschlossen Ist. Das Rcaktlonsgemlsch wird In den oberen Teil der SiIuIe
filtriert, wobei das Idealisierte Addukl von TMP mit 3 Mol IPDI, die Nebenprodukte und nicht umgesetztes
IPDI-Monomeres adsorbiert werden. Die Säule wird dann mit einem Irischen Lösungsmittel, z. B. Äthylacclat,
gewaschen. Die genannten drei oder mehr Komponenten wandern durch die Säule und werden völlig getrennt.
Im allgemeinen wird das Reaktlonsgcmlsch möglichst schnell und unter einer Stickstoffatmosphäre gewaschen.
4) Trennung durch Fallung
"· Bei dieser Methode beträgt das Verhältnis (NCO/OH) von IPDI zu TMP vorzugsweise etwa 1,3 :1 bis 2,0 : 1.
Das hierbei erhaltene Reaktionsgemisch enthält das Idealisierte Addukl von TMP mit 3 Mol IPDI und die
Nebenprodukte, aber nicht das nicht umgesetzte IPDI-Monomere. Die Trennung dieser Verbindungen erfolgt
mit Hilfe einer selektiven Fällungsmethode, die allgemein In der Hochpolymerchemie angewandt wird. Hierbei
kann das Idealisierte Addukt von den Nebenprodukten durch Ausfällen der Nebenprodukte durch Zusatz eines
'* Fäüungsrnlttels zum Reaktionsgemlsch abgetrennt werden. Das FäUungsmUtel, das nur genügt, die erste Fraktion
(d. h. die Nebenprodukte) abzuscheiden, wird zugesetzt und die hierbei gebildete Fällung abfiltriert. Das
Idealisierte Addukt bleibt Im Flltrat, aus dem es durch Zusatz des genannten Fällungsmittels In hoher Ausbeute
ausgefällt werden kann.
Als Fällungsmittel eignen sich beispielsweise die vorstehend genannten Extraktlonsmliiel, die bei der Extraktionsmethode
(1) verwendet werden.
Die in dieser Welse erhaltene Urethan-Prepolymermasse hat ein Amlnäqulvalent von etwa 240 bis 350 und
ausgezeichnete Löslichkeit In organischen Lösungsmitteln. Beispielsweise Ist sie In Äthylacetat, Butylacctat,
Cellosolveacetat, Benzol, Toluol, Xylol, Mclhyläthylkelon usw. löslich.
Die Prepolymermasse gemäß der Erfindung wird für die Verwendung als lsocyanalkomponentc eines Zwelkomponenten-Anstrlchmlltels
auf Polyureihanbasls Im allgemeinen mit einem Lösungsmittel verdünnt. Die
Prepolymermasse wird gewöhnlich mit Äthylacetat bis zu einem Fcstkörpergehalt von 20 bis 75 Gew.-%
verdünnt und die Lösung mit einer Polyolkomponcnle für Polyurethanstriche gemischt. Die Prepolymermasse
gemäß der Erfindung zeigt ausgezeichnete Verträglichkeit mit einem weiten Bereich von Polyolen, die als
Polyolkomponenten von Polyurethan-Anstrichmitteln verwendet werden, beispielsweise mit Polycsterpolyoien,
Polytätherpolyolen, Polyesterätherpolyolen, ölmodlflzlcrtcn Polycsierpolyolen und Acrylpolyolen, und bildet bei
Vermischung mit diesen Polyolen einen homogenen, klaren Lack. Ein solcher Lack oder eine durch Pigmentleren
des Lacks hergestellte Lackfarbe bildet Anstrlchfllme mit ausgezeichnetem Glanz und hervorragender
Wetterfestlgkclt, Haftfestigkeit und Schlagfestigkeit.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele und Vcrglelchsbelsplele weiter erläutert. In diesen Beispiels
len verstehen sich die Teile als Gewlchtstclle, falls nicht anders angegeben. Die Prozentsätze sind auf das
Gewicht bezogen.
Zu 200 Teilen S-IsocyanatmethylO.S.S-trlmethylcyclohcxyl-lsocyanal (IPDI) wurden 1,2 Teile Dlbutylzlnndllaurat
gegeben. Das Gemisch wurde auf 800C erhitzt. Diesem Gemisch wurden unter Rühren 17,9 Teile
geschmolzenes Trlmethylolpropan (TMP) zugetropft. Das NCO/OH-Verhältnls dieses Systems betrug 4,5. Nach
erfolgter Zugabe wurde das Gemisch weitere 3 Stunden bei 75 bis 80° C gerührt. Zu diesem Zeltpunkt hatte das
Reaktionsgemisch ein Amlnäqulvalent von 155,8 (theoretisch 155,6).
•»5 Nach der Reaktion wurde die Temperatur auf 40 bis 59" C gesenkt. Bei dieser Temperatur wurde das nicht
umgesetzte IPDl achtmal mit n-Hcxan extrahiert. Das η-Hexan wurde In einer Menge von 120 Teilen für die
erste Extraktion und von 100 Teilen für jede anschließende Extraktion, d. h. für die zweite bis achte Extraktion
verwendet. Dann wurde die Im Extraktionsrückstand verbliebene geringe Menge n-Hcxan sorgfältig abdestllllert,
wobei 90,8 Teile eines Präpolymeren erhalten wurden. (Die auf den gesamten Ansatz bezogene Ausbeute betrug
so 41,7%.)
Durch Geipermeaiionscnröfnäiögraphic wurde festgestellt, daß im Extraktionsrückstand das freie !PD! In
einem Anteil von 0,2 Gew.-% und das idealisierte Addukt von TMP mit 3 Mol IPDI In einem Anteil von 76
Gew.-96, bezogen jeweils auf die Gesamtmasse, vorhanden war. Der Feststoffgehalt dieses Extrakilonsrückstandes
wurde durch Zusatz von Äthylacetat auf 75% eingestellt. Das Amlnäqulvalent dieser Prepolymerlösung
betrug 380.
Diese Prepolymerlösung Ist äußerst leicht beispielsweise In organischen Lösungsmitteln löslich und kann mit
Äthylacetat, Butylacetat, Benzol, Toluol. Xylol, Methylethylketon. Methyllsobutylketon usw. unendlich
verdünnt werden.
Um die Löslichkell der In der beschriebenen Welse hergestellten Lösung des Urethanprepolymeren im
Um die Löslichkell der In der beschriebenen Welse hergestellten Lösung des Urethanprepolymeren im
6(1 Vergleich zu anderen Prepolymeren für Polyurethan-Anstrichmittel zu ermitteln, wurden verschiedene Verdünnungsmittel
zu Proben von 1 g des Harzes (mit einem Festkörpcrgehalt von je 75%) gegeben. Gemessen wurden
die Mengen (Verdünnung) der Lösungsmittel, die erforderlich waren, bevor eine weiße Trübung erschien. Die
Ergebnisse sind In Tabelle 1 genannt. Die dort genannten anderen Urethanprepolymeren waren unter Verwendung
der gleichen Molmengen Hexamethylcndllsocyanat und w,w'-Dlisocyanat-I,3-dlmcthylbenzol anstelle von
S-Isocyanatmethyl-S.S.S-irlmethylcyclohexylisocyanai hergestellt worden. Diese Prepolymeren sind In Tabelle 1
als HDI- bzw. XDI-Relhe bezeichnet, während das nach dem Verfahren gemäß der Erfindung erhaltene Prepolymere
als IPDl-Relhe bezeichnet 1st.
Vcrdünnbarkdt (1A,) der I'olyurethan-Lackharze
Prepolymeres
Verdünnungsmittel Toluol Xylol
n-Hexan
IPDI-Relhe | unendlich | unendlich | 35 |
HDI-Relhc | 500 | 300 | 13 |
XDl-Relhe | 250 | 90 | 10 |
Um die Verträglichkell des Urethanprepolymeren gemäß der Erfindung mit Polyolkomponenten und mit
einem üblichen Zusatzstoff Im Vergleich zu einigen anderen Urethanprepolymeren für Anstrichmittel zu bestimmen,
wurde je 1 Teil jedes Harzes (mit einem Fcstkorpergehalt von 75%) mit 3 Teilen eines Acrylpolyols (Festkörpergehalt
50%, OH-Zahl 50) bzw. Celluloseacetobutyrat (Lösung In Mcthyllsobutylketon, Feststoffgehalt 20%)
gut gemischt, Jedes Gemisch wurde visuell geprüft. Die Ergebnisse sind In Tabelle 2 genannt. Hier werden die
gleichen Kurzbezelchnungen für die Prepolymeren wie In Tabelle I verwendet. Die Ergebnisse zeigen, daß die
IPDI-Relhe In der Verträglichkeit sowohl mit dem Polyol als auch mit dem Zusatzstoff den Produkten der
anderen Reihen überlegen Ist.
Verträglichkeit mit Acrypolyolen und Celluloseacctobutyrai
Prepolymeres
Aussehen nach dem Mischen mit Acrylpolyolen
Aussehen nach dem
Mischen mit
Celluloseacelobutyral
Mischen mit
Celluloseacelobutyral
IPDI-Relhe | klar | Trübung | klar | Trübung |
HDI-Relhe | klar | weiße | Trübung | |
XDI-Relhe | weiße | weiße | ||
Die gemäß diesem Beispiel hergestellte Prepolymerlösung wurde mit einem Polyesterpolyl (OH-Zahl 130,
Säurezahl 4), das Titandloxyd vom Rutlltyp enthielt, zusammengegeben und zur Herstellung eines Anstrlchfllms
(PWC 40%) verwendet. Als Verglelchsprobc wurde ein Anstrichfilm geprüft, der In der gleichen Welse unter
Verwendung von l^-BlsUsocyanatmethyU-cyclohexan (nachstehend kurz als H»XDI bezeichnet) hergestellt
worden war und nachstehend als »H6XDI-Reihe« bezeichnet wird.
Die Wetterbeständigkeit des Anstrlchfllms wurde durch Einwirkung von UV-Licht bewertet und mit derjenigen
anderer Anstrichfilme verglichen. Die Ergebnisse sind In Tabelle 3 In N.B.S.-Elnhelten angegeben. In dieser
Tabelle haben die Ausdrücke »IPDI-Relhe«, »HDI-Relhe« und »XDl-Relhe« die gleiche Bedeutung wie In
Tabelle I.
Anstrlchlllm | L | Vor UV- | Nach 50 Sld. | Ab =1,52 |
a | Beslrahluhg | lIV-Besirahlung | AE=2,i9 | |
IPDI-Relhe | b | 96,64 | 95,40 | |
L | -3,52 | -4,50 | Ab =5,31 | |
a | 3,i7 | 4,69 | AE=5,75 | |
HDI-Relhe | b | 96,43 | 94,81 | |
L | --3,54 | -5,02 | Ab=7,13 | |
a | 3,60 | 8,91 | AE=7,67 | |
XDl-Relhe | b | 94,72 | 92,62 | |
L | -3,73 | -5.62 | Ab =2,71 | |
a | 2,70 | 9,83 | AE=3,14 | |
HiXDI-Relhe | b | 95,54 | 94,30 | |
-3,62 | ^t,60 | |||
3,17 | 5,88 | |||
45 50
55
60
Die Ergebnisse In Tabelle 3 zeigen, daß die Anstrichfilme der IPDI-Relhe gegen UV-Licht beständig sind und
eine besonders geringe Neigung zu Vergilbung haben. Dies ergibt sich aus den entsprechenden Ab- und AE-Werten.
Ein Vergleich des Anstrichfllms gemäß der Erfindung mit dem Anstrlchfllm H6XDI ergibt einen
Unterschied von 1,19 Im Ab-Wert und einen Unterschied von 0,95 Im AE-Wert, ein Beweis, daß der Anstrichfllm
gemiß der Erfindung dem Anstrlchfllm H1XDI weit überlegen ist.
65
Zu 200 Teilen IPDl wurde 1 Teil Tctrabutyl-K.Vdlacctoxydlstannoxan gegeben. Das Gemisch wurde auf 7O0C
erhitzt. Dann wurden 26,8 Teile geschmolzenes Trlmethylolpropan tropfenweise unter Rühren Innerhalb von 1
Stunde zugesetzt. Das NCO/OH-Verhaltnls dieses Systems betrug 3,0. Nach erfolgter Zugabe wurde das
Gemisch weitere 3 Stunden bei 70 bis 75° C gerührt. Das System hatte nun ein Amlnäqulvalent von 188,8 (theoretisch
189,0).
Das nicht umgesetzte IPDI wurde durch Extraktion mit n-llcxan auf die In Beispiel I beschriebene Welse
entfernt, wobei 137,9 Teile eines Rückstandes erhalten wurden (Ausbeute 61%, bezogen auf den gesamten
ο Einsatz). Der Rückstand enthielt 0,1 Gew.-'*, freies IPDI und 68 Gew.-* Idealisiertes Addukt, bezogen auf die
Gesamtmasse. Dieser Extraktionsrückstand wurde durch Zusatz von Athylacetat auf einen Feststoffgehalt von
75* eingestellt. Nach vollständiger Auflösung wurde eine klare Prepolymerlösung mit einem Amlnäqulvalent
von 389 erhalten.
Zu 200 Teilen IPDI wurden 1,5 Teile ZlnndD-octoai gegeben. Das Gemisch wurde auf 800C erhitzt. Unter
Rühren wurden 13,4 Teile geschmolzenes Trlmethylolpropan (TMP) Innerhalb einer Stunde zugetropfl. Das
NCO/OH-Verhältnls des Systems betrug nun 6,0. Nach erfolgter Zugabe wurde das Gemisch weitere 3 Stunden
2" bei 75 bis 80° C gerührt. Das System hatte nun ein Amlnäqulvalent von 142,5 (theoretisch 142,3).
Das nicht umgesetzte IPDl wurde durch Extraktion mit η-Hexan auf die In Beispiel 1 beschriebene Welse
entfernt, wobei 53,4 Teile Rückstand erhalten wurden (Ausbeute 25%, bezogen auf den gesamten Einsatz). Der
Rückstand enthielt 0.2 Gew.-* freies IPDI und 79 Gew.-* des Idealisierten Addukts, bezogen jeweils auf die
Gesamtmasse.
Dieser Rückstand wurde durch Zusatz von Athylacetat auf einen Fcststoffgehalt von 75% eingestellt. Nach
vollständiger Auflösung wurde eine klare Prepolymerlösung mit einem Amlnäqulvalent von 385 erhalten.
3» 200 Teile IPDI wurden auf 80° C erhitzt. Unter Rühren wurden 17,9 Teile Trlmeihylolpropan (TMP) Innerhalb
einer Stunde zugetropft. Das NCO/OH-Vcrhältnls des Systems betrug 4,5, d. h. es hatte den gleichen Wert wie
wurde, der 0.2 Gew.-* freies IPDI und 54 Gew.* des Idealisierten Addukts, bezogen jeweils auf die Gesamtmasse,
enthielt. Nach vollständiger Auflösung wurde eine Prepolymerlösung mit einem Feststoffgehalt von 75%
erhalten.
Zu 200 Teilen IPDl wurden 1.2 Teile Dlbutylzlnndllaurat gegeben. Das Gemisch wurde auf 8O0C erhitzt.
Unter Rühren wurden 17.9 Teile geschmolzenes Trlmethylolpropan Innerhalb einer Stunde zugetropft. Das
NCO/OH-Verhältnls des Systems betrug nun 4,5,d. h. es hatte den gleichen Wert wie In Beispiel 1. Nach erfolgter
Zugabe des TMP wurde das Gemisch 3 Stunden bei 75 bis 80° C gerührt. Das Rcaktlonsgemisch enthielt 35
Gew.-* des Idealisierten Addukts und 54 Gew.-* freies IPDI. Diesem Gemisch wurden 72.6 Teile Athylacetat
zugesetzt, worauf gut gemischt wurde. Hierbei wurde eine klare Prepolymerlösung mit einem Amlnäqulvalent
von 207,7 erhalten.
Zu 200 Teilen IPDI wurden 1,2 Teile Dlbutylzlnndllaurat gegeben. Das Gemisch wurde auf 80°C erhitzt.
Unter Rühren wurden 40.2 Teile geschmolzenes Trlmethylolpropan (TMP) Innerhalb einer Stunde zugetropft.
Das NCO/OH-Verhältnls des Systems betrug 2.0. Nach erfolgter Zugabe des TMP wurde das Gemisch weitere 3
Stunden bei 75 bis 80° C gerührt. Das System hatte nun ein Amlnäqulvalent von 266,6 (theoretisch 266,9).
Anschließend wurde auf die in Beispiel 1 beschriebene Welse weitergearbeitet, um das nicht umgesetzte IPDI
mit η-Hexan zu entfernen. Hierbei wurden 190,2 Teile eines Extraktlonsrückslandes erhalten. Der Rückstand
enthielt nicht mehr als 0,1 Gew.-* freies IPDI und 58 Gew.-% des Idealisierten Addukts, bezogen auf die
Gesamtmasse. Dieser Rückstand wurde durch Zusatz von Athylacetat auf einen Festsloffgehalt von 75% eingestellt,
wobei eine klare Prepolymerlösung mit einem Amlnäqulvaleni von 397 erhalten wurde.
Den gemäß Beispiel 1, 2 und 3 und gemäß den Vcrglclchsbelsplclen I, 2 und 3 hergestellten Urcthanpropolymeren
wurde ein Acrylpolyol (Feststoffgehalt 50*. OH-Zahl 20) zugesetzt, das durch Copolymerisation von
Teilen Styrol, 45 Teilen Methylmcthacrylat und 10 Teilen 2-Hydroxyälhylmethacrylat hergestellt worden war.
Die hierbei erhaltenen Anstrichmittel wurden auf die gleichen Unterlagen aufgetragen. Die Eigenschaften der
erhaltenen Anstrichfilme wurde bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 genannt. Die Prüfungen wurden an
den Anstrichfllmcn vorgenommen, nachdem sie 3 Tage bei 45° C gehalten worden waren.
Tabelle 4 | Beispiel I | Beispiel 2 | 25 22 | 189 | Vgl | .- Beispiel 1 | Vgl | .- Beispiel 2 | Vgl.- Beispiel 3 |
Prepolymeres | 1 Min. | 30 Sek. | Beispiel 3 | 1 | Min. | 2 | Min. | 30 Sek. 5 | |
Erstes oberflächliches |
1 Min | ||||||||
13 MIn. 2H 20
Gitterschnitt-Prüfung, X*)/100
du Pont-Schlag- 1A x 1000 χ 30 '/, χ 1000 χ 20 '/, χ 1000 χ 30 1A χ 300 χ 10
festlgkelts- bestanden bestanden bestanden nicht prüfung bestanden
(Zoll/g/cm)
3OMIn.
V2 χ 300 χ 10
nicht
bestanden
6 Min.
2H-3H
10
2H-3H
10
'/, χ 300 χ Ί0
nicht
bestanden
*) Zahl der nicht abgerissenen Quadrate
Zu 200 Teilen IPDl wurden 1,2 Teile Zlnknaphlhcnal (14,5% Zn) gegeben. Das Gemisch wurde auf 800C
erhitzt. Unter Rühren wurden 17,9 Teile geschmolzenes Trlmethylolpropan Inne.halb einer Stunde zugetropft.
Das NCO/OH-Verhältnls des Systems betrug nun 4,5. Nach erfolgter Zugabe des TMP wurde das Gemisch
weitere 3 Stunden bei 75 bis 800C gerührt. Das System hatte nun ein Amlnäqulvalent von 155,9 (theoretisch
155,6). Nach Beendigung der Reaktion wurde das Reaktionsgemisch auf 40 bis 45° C gekühlt. Unter Aufrechterhaltung
dieser Temperatur wurde das Gemisch zur Entfernung von nicht umgesetztem IPDI achtmal mit Erdölbenzin
extrahiert. Für die erste Extraktion wurden 120 Teile und für alle folgenden Extraktionen je 100 Teile
Erdölbenzin verwendet. Die Im Extraktionsrückstand verbliebene geringe Menge Erdölbenzin wurde unter
vermindertem Druck abdestllllert. Der Rückstand enthielt 2,2 Gew.-% freies IPDI und 72 Gew.-% des Idealisierten
Addukts, bezogen auf die Gesamtmasse. Der Rückstand wurde mit Äthylacetat auf die In Beispiel 1
beschriebene Welse auf einen Feststoffgehalt von 75* eingestellt. Nach vollständiger Auflösung hatte diese
Prepolymerlösung ein Amlnäqulvalent von 383.
Zu 200 Teilen IPDl wurden 1,2 Teile Blelnaphthcnat (30,0% Pb) gegeben. Das Gemisch wurde auf 80° C
erhitzt. Unter Rühren wurden 17,9 Teile geschmolzenes Trlmethylolpropan Innerhalb einer Stunde zugetropft.
Das NCO/OH-Verhältnls des Systems betrug nun 4,5. Nach erfolgter Zugabe des TMP wurde das Gemisch
weitere 3 Stunden bei 75 bis 80°C gerührt. Das System hatte nun ein Amlnäculvalent von 156,1 (theoretisch
155,6). Nach beendeter Reaktion wurde das Reaktionsgcmlsch auf 40 bis 45° C tjekühlt und zur Entfernung des
nicht umgesetzten IPDI unter Aufrechterhaltung dieser Temperatur achtmal mit Erdölbenzin extrahiert. Die
verwendete Erdölben/Inmenge betrug 120 Teile für die erste Extraktion und je 100 Teile für alle folgenden 7
Extraktionen. Die Im Extraktionsrückstand verbliebene geringe Menge Erdölbenzin wurde unter vermindertem
Druck abdestllllert. Der Rückstand enthielt 2 Gew.-* freies IPDI und 73 Gew.-% des Idealisierten Produkts,
bezogen jeweils auf die Gesamtmasse. Auf die In Beispiel 1 beschriebene Welse wurde der Rückstand mit
Äthylacetat auf einen Feststoffgehalt von 75% eingestellt.
Das Amlnäqulvalent dieser Prepolymerlösung betrug 385. Auf die in Beispiel 4 beschriebene Welse wurden
die gemäß Beispiel 5 und 6 hergestellten Ureihanprcpolymercn zur Herstellung von Anstrichfilmen jeweils mit
dem Acrylpolyol zusammengegeben. Die erhaltenen Anstrlchfllme auf gleichen Unterlagen wurden geprüft. Die
Ergebnisse sind nachstehend In Tabelle 5 genannt.
Prepolymeres | Beispiel S | 100 | Beispiel 6 |
Erstes oberflächliches | 1 MIn. | 1 MIn. | |
Antrocknen | bestanden | ||
üurchtrocknung | 14MIn. | 15MIn. | |
Bleistifthärte | H-2H | 2H | |
Haftfestigkeit, | 100 | ||
Gltierschnlttprüfung (X/100) | |||
du Pont-Schlagfestlg- | bestan | ||
keltsprüfung (Zoll/g/cm) | den |
Zu 137,8 Teilen IPDl wurden 0.091 Teile Elsenacetylaceionat gegeben. Das Gemisch wurde auf 80° C erhitzt.
Unter Rohren wurden 13,9 Teile geschmolzenes TrI methylol propan Innerhalb einer Stunde zugetropft. Das
•s NCO/HO-Verhältnls des Systems betrug nun 4,0. Nach erfolgter Zugabe des TMP wurde das Gemisch weitere 2
Stunden bei 75 bis 80° C gerührt. Das Rekllonssystem hatte nun ein Aminäqulvalcnt von 169,6. Nach beendeter
Reaktion wurde das Reaktionsgemisch auf 40 bis 45° C gekühlt und dann zur Entfernung von nicht umgesetztem
IPDl unter Aufrechterhaltung der Temperatur In diesem Bereich achtmal mit n-Hcxan extrahiert. Die Im
Extraktionsrückstand verbliebene geringe Menge η-Hexan wurde unter vermindertem Druck abdestilliert. Der
Rückstand enthielt 0,2 Gew.-* freies IPDI und 70 Gew.-1V, des Idealisierten Addukts. bezogen auf die Gesamtmasse.
Auf die In Beispiel 1 beschriebene Welse wurde der Rückstand gleichmäßig In einer solchen ,Menge
Äthylacetat gelöst, daQ der Feststoffgehall 75% betrug. Die erhaltene PrcpolmeriOsung hatte ein Amlnäqulvalent
von 390. Diese Lösung wurde In Kombination mit dem in Beispiel 4 genannten Acrylpolyol verwendet. Die
Prüfungen des Anstrichfilms ergaben, daß dieser ausgezeichnete Haftfestigkeit und Schlagfestigkeit hatte.
Zu 200 Teilen 3-lsocyanatmethyl-3,5,5-dlmethylcyclohcx.vllsocyanat (IPDl) wurden 1,2 Teile Dlbutylzlnndllaurat
gegeben. Das Gemisch wurde auf 80° C erhitzt. Unter Rühren wurden 17,9 Teile geschmolzenes
2(1 Trlmethylolpropan (MTP) dem Gemisch zugetropit. Das NCO/OII-Vcrhaltnls dieses Systems betrug 4,5. Nach
erfolgter Zugabe des TMP wurde das Gemisch weitere 3 Stunden bei 75 bis 90" C gerührt. Das Reaktionsgemisch
hatte nun ein Amlnüqulvalcnt von 155,8 (theoretisch 155,6).
Nach der Reaktion wurde die Temperatur auf 40 bis 45" C gesenkt, »el dieser Temperatur wurde das nicht
umgesetzte IPDl 4mal mit η-Hexan extrahiert. Das η-Hexan wurde für die erste Extraktion In einer Menge von
120 Teilen und für die folgenden drei Extraktionen In einer Menge von je 100 Teilen verwendet. Die Im Extraktionsrückstand
verbliebene geringe Menge n-Hcxan wurde sorgfältig abdcsillllert.
Durch Gelpermeatlonschromaiographle wurde festgestellt, daß der Extraktionsrückstand 7 Gew.-1« freies IPDI
und 73 Gew.-% des Idealisierten Addukts enthielt, bezogen jeweils auf die Gesamtmasse. Durch Zusatz von
Älhylacetat zum Extraktionsrückstand wurde der Fcststoffgchalt auf 75% eingestellt.
Auf die in Beispiel 4 beschriebene Welse wurde dieser l'rcpolymcrlösung das Acrylpolyol zugesetzt. Die damit
hergestellten Anstrlchfllme auf gleichen Unterlagen wurden geprüft. Die Prüfungen hatten die folgenden Ergebnisse:
ßlelstlfthärtc 211
du-Pont-Schlagfestlgkellsprüfung (Zoll/g/cm) 1/2 χ 50Ox 10, bestanden
·>" Beispiel 8
Zu 200 Teilen S-IsocyanaimethylO.S.S-lrlmclhylcyclohcxyllsocyanat (IPDI) wurden 1,2 Teile Dlbutylzlnndllaurat
gegeben. Das Gemisch wurde auf 80" C erhitzt.
Unter Rühren wurden 17,9 Teile geschmolzenes Trlinclhylolpropan (TMP) dem Gemisch zugetropft. Das
■•s NCO/OH-Verhältnls dieses Systems betrug 4,5. Nach erfolgter Zugabe des TMP wurde das Gemisch weitere 3
Stunden bei 75 bis 80° C gerührt. Das Rcaktlonsgemlsch halte nun ein Amlnäqulvalent von 155,8 (theoretisch
155,6).
nicht umgesetzte IPDI-Monomere bei etwa 170 bis 175" C unter einem verminderten Druck von elwa 1 mm Hg
abdestilliert wurde. Der erhaltene Rückstand enthielt 2 Gew.-1V, freies IPDI und 76 Gew.-% des Idealisierten
einen Feststoffgchalt von 75ά, eingestellt. Diese l'repolymcrlosung hatte ein Amlnäqulvalent von 380.
Claims (1)
1. Urethanprepolymermasse aus
a) dem Idealisierten Addukt von Trimethylolpropan mit 3 Mol S-lsocyanatomeihyU.S.S-trlmethylcyclohexyllsocyanat,
b) S-IsocyanatomethyU.S.S-trlmcthylcyclohexyllsocyanat und
c) dem Addukt aus 2 Mol Trimethylolpropan mit 5 Mol S-lsocyanatomethylO.S.S-trimethylcyclohexyllsocyanat
und seinen weiter polymerlslcrten Addukten, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil
der Komponente (a) wenigstens 65 Gew.-%, der Anteil der Komponente (b) nicht mehr als S Gew.-56
und der Anteil der Komponente (c) nicht mehr als 30 Gew.-%, bezogen jeweils auf die Gesamtmasse,
betragt.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP49056978A JPS5741487B2 (de) | 1974-05-20 | 1974-05-20 | |
JP50044475A JPS592685B2 (ja) | 1975-04-11 | 1975-04-11 | ウレタンプレポリマ−組成物 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2522189A1 DE2522189A1 (de) | 1976-10-14 |
DE2522189C2 true DE2522189C2 (de) | 1984-11-29 |
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ID=26384401
Family Applications (1)
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DE19752522189 Expired DE2522189C2 (de) | 1974-05-20 | 1975-05-17 | Urethanprepolymermasse und Verfahren zu ihrer Herstellung |
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---|---|---|---|---|
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1975
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---|---|---|---|
8125 | Change of the main classification |
Ipc: C08L 75/04 |
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8126 | Change of the secondary classification |
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