DE2612355B2 - Verfahren zur Abtrennung von Katalysatoren aus rohen Weichmacherestern - Google Patents
Verfahren zur Abtrennung von Katalysatoren aus rohen WeichmacheresternInfo
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- C07C67/58—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives by liquid-liquid treatment
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur vollständigen Abtrennung von metallhaltigen Veresterungskatalysatoren
aus rohen Weichmacherestern.
Als Weichmacherester haben bekanntlich die Ester der Phthalsäure oder der Adipinsäure mit höhersiedenden
Alkoholen, wie Ce- bis Cn-Alkanolen, z. B. bei der
Verarbeitung von Polyvinylchlorid, großtechnische Bedeutung erlangt.
Diese Ester werden z. B. durch Veresterung in Gegenwart metallhaltiger Veresterungskatalysatoren
hergestellt. Als metallhaltige Katalysatoren sind z. B. Zinn, Titan, Zirkonium oder Verbindungen dieser
Metalle geeignet (s. FR-PS 11 34 016, FR-PS 11 65 428 und GB-PS 9 99 947). Die Metalle werden in feinverteilter
Form oder zweckmäßig in Form ihrer Salze oder Oxide bzw. in Form löslicher organischer Verbindungen
verwendet. Diese Katalysatoren sind Hochtemperaturkatalysatoren, sie erreichen ihre volle Aktivität erst bei
Veresterungstemperaturen oberhalb von 18O0C. Wichtige Vertreter dieser Gruppe sind z. B. Zinnpulver,
Zinn-ll-oxid, Zinn-II-oxalat, Titansäureester, wie Tetraisopropylorthotitanat
oder Tetrabutylorthotitanat sowie Zirkoniumester, wie Tetrabutylzirkonat.
Ein gravierender Nachteil der genannten Katalysatoren ist der, daß ihre Entfernung aus den Veresterungsgemischen,
in denen sie nach der Veresterung gewöhnlich in gelöster Form vorliegen, beträchtliche Schwierigkeiten
bereitet. Dies gilt besonders bei Verwendung der genannten Metallkatalysatoren, die in Form ihrer
löslichen organischen Verbindungen vorliegen, wie für Titansäureester bzw. Zirkonsäureester.
Bei der Weichmacherherstellung ist es üblich, den Rohester zur Abtrennung des meist im Überschuß
vorhandenen Alkohols sowie zur Verbesserung der Geruchsqualität, bei Temperaturen von über 1000C mit
überhitztem Wasserdampf zu behandeln. Führt man diese Wasserdampfbehandlung durch, ohne daß der
Veresterungskatalysator vorher abgetrennt wurde, so wird dieser dabei zu einem schwer abtrennbaren Gel
hydrolysiert. Dieses Gel läßt sich durch übliche technische Filtrationsverfahren auch bei Einsatz erhöhter
Mengen an Filterhilfsmittel nicht aus dem Weichmacherester entfernen. Um diese Schwierigkeiten zu
25
30
40 vermeiden, ist es erforderlich, den Katalysator vor der Wasserdampfbehandlung aus dem Veresterungsgemisch
zu entfernen.
Man hat schon versucht, den Katalysator dadurch abzutrennen, daß man das Reaktionsgemisch aus der
Veresterung bei erhöhter Temperatur mit 1 bis 2 Gew.% Aktivkohle in Berührung bringt. Die Aktivkohle
wird dann mit dem darauf adsorbierten Katalysator durch Filtration vom flüssigen Veresterungsprodukt
abgetrennt Dieses Verfahren ermöglicht jedoch auch bei Einsatz hoher Aktivkohlemengen (1 bis
2 Gew.%, bezogen auf das Veresterungsgemisch) nur eine unvollständige, etwa 90%ige Katalysatorabtrennung.
Es erfordert die Installation großer Filteraggregate; zusätzlich geht der im Filterrückstand enthaltene
Ester verloren. Außerdem genügt ein mit Katalysatorresten verunreinigter Weichmacherester oft nicht den
hohen Reinheitsanforderungen.
In der DE-AS 21 12 492 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem man den im Veresterungsgemisch
ge]östen Katalysator im wasserfreien System durch Umsetzen mit einem festen Alkali in ein unlösliches
Hydroxid bzw. Oxid überführt. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß der Katalysator oft in kolloidaler
Form oder in Form einer sehr feinen Suspension gefällt wird, so daß auch hier erhebliche Filterschwierigkeiten
auftreten.
Es wurde nun gefunden, daß man die Abtrennung von Katalysatoren aus rohen Weichmacherestern, die durch
Veresterung von Phthalsäureanhydrid oder Adipinsäure mit Ce- bis Cu-Alkoholen unter Verwendung von
Veresterungskatalysatoren der Zinn-, Titan- oder Zirkon-Reihe erhalten wurden, durch Behandlung der
rohen Ester mit wäßrigem Alkali bei Temperaturen unter 100° C und anschließendes Abtrennen der
wäßrigen, den hydrolysierten Katalysator enthaltenden Phase durch Dekantieren auf einfache, schnelle und
praktisch vollständige Weise durchführen kann, wenn man den neutralen oder schwach sauren Rohester bei 80
bis 1000C 3 bis 20 Minuten mit 5 bis 20 Gewichtsteilen,
bezogen auf 100 Gewichisteile des rohen Esters, einer 0,1 bis 5 gewichtsprozentigen wäßrigen Lösung eines
Hydroxides, Carbonates oder Bicarbonates des Ammoniums, Natriums oder Kaliums so vermischt, daß eine
Emulsion entsteht, in der die Tropfen der organischen Phase einen Durchmesser von 0,5 bis 10 mm, vorzugsweise
0,5 bis 3 mm aufweisen.
Der große Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß sich bei dieser Arbeitsweise ein
flockiger im Vergleich zu Wasser spezifisch schwerer Niederschlag aus hydrolysiertem Katalysator bildet, der
bei der anschließenden Phasentrennung vollständig von der Wasserphase aufgenommen wird. Dadurch wird
eine schnelle und praktisch vollständige Abtrennung des Katalysators zusammen mit der Wasserphase von der
Esterphase erzielt. Man erreicht dabei eine Katalysatorabtrennung von mehr als 99% der ursprünglichen
Konzentration. Diese vorteilhafte Ergebnis ist insofern überraschend, da aus der DE-AS 21 12 492 (s. Spalte 1,
Zeile 65 bis Spalte 2, Zeile 3) bekannt ist, daß insbesondere bei Verwendung von metallhaltigen
Veresterungskatalysatoren, wie Titanverbindungen, die Behandlung der Veresterungsgemische mit wäßriger
Alkalilösung zu gelatinösen, schlecht abtrennbaren Hydrolyseniederschlägen führt.
Die durch metallkatalysierte Veresterung erhaltenen rohen Weichmacherester werden auf bekannte Weise
aus Phthalsäureanhydrid oder Adipinsäure und C6- bis
Ci3-Alkoholen hergestellt Die Alkoholkomponente ist
z.B. ein Alkanol, wie 2-Äthylhexanol, i-Nonanol,
i-Dekanol oder ein Gemisch von Alkoholen dieser Art
In dem rohen Veresterungsgemisch liegen die Katalysatoren der Zinn-, Titan- oder Zirkonreihe z. B.
als Metallsalze der veresterten Säuren oder als Metallalkoholat bzw. Metallalkoxid des veresterten
Alkohols vor. Das rohe Veresterungsgemisch enthält üblicherweise noch überschüssige Anteile des bei der
Veresterung im Überschuß eingesetzten Alkohols. Man kann den überschüssigen Alkohol vor der erfindungsgemäßen
Katalysatorabtrennung entfernen. Vorteilhaft wird er jedoch erst danach entfernt
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auf neutrale oder nur schwach saure rohe Weichmacherester
mit Säurezahlen nicht größer als 1 anwenden. Da die Katalysatorabtrennung im alkalischen Medium
erfolgt, werden leicht saure Veresterungsgemische im allgemeivien auch gleichzeitig neutralisiert Eine zusätzliche
Neutralisationstufe ist somit nicht erforderlich.
Als wäßrige Alkalilösungen sind Ammonium-, Natrium- oder Kaliumhydroxide, -carbonate und -bicarbonate
geeignet. Auch Gemische verschiedener Alkalien untereinander sind möglich. Wäßrige Natriumcarbonat-
und Natriumhydroxidlösungen sind bevorzugt. Bei der Behandlung von Estern mit Alkoholen der Kohlenstoffzahl
6—8 sind wäßrige Natriumcarbonatlösungen, und bei solchen mit Alkoholen der Kohlenstoffzahl 9—13 ist
Natronlauge vorteilhafter.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird bei Temperaturen von 80 bis 100°C durchgeführt. Man vermischt
den Rohester mit der Alkalilösung z. B. in Rührkesselreaktoren, Rührkesselkaskaden mit nachgeschaltetem
Abscheider oder auch in Mischstrecken, Pulsationskolonnen bzw. Füllkörperkolonnen sowie in geeigenten
Kombinationen der genannten Apparate. Das Verfahren kann diskontinuierlich, kontinuierlich oder halbkontinuierlich
durchgeführt werden. Die Kontaktzeit beim Vermischen des Rohesters mit der Alkalilösung beträgt
3 bis 20, vorzugsweise 10 bis 20 Minuten.
In einem 25-m3-Rührkesselreaktor werden 6100 kg
Phthalsäureanhydrid und 12 900 kg 2-Äthylhexanol unter Zusatz von 6,4 kg Tetraisopropyltitanat auf
übliche Weise verestert. Der Überschuß an 2-Äthylhexanol beträgt 20 Gew.%. Nach einer Veresterungszeit
von 5,5 Stunden bei einer Temperatur von maximal 2300C erhält man ein Veresterungsgemisch mit einer
Säurezahl von 0,09.
Der Reaktorinhalt wird innerhalb von 1 Stunde auf 95° C abgekühlt. Zur Abtrennung des Katalysators
werden 2400 kg einer 0,5%igen wäßrigen Sodalösung von 900C in das Veresterungsgemisch eingerührt. Nach
10 Minuten ist eine Emulsion entstanden, in der die Tropfen der organischen Phase einen Durchmesser von
0,5 bis 1 mm aufweisen. Das Rührwerk wird zur Phasentrennung abgestellt. Nach einer Absitzzeit von
15 Minuten hat sich die Esterphase von der Wasserphase
glatt getrennt. Der durch Hydrolyse ausgefällte Katalysator hat sich in Form eines flockigen Niederschlages
vollständig in der alkalischen Wasserphase abgesetzt. Durch Ablassen der Wasserphase wird das
Katalysatorhydrolysat aus dem Reaktor ausgetragen.
Der Titangehalt des so behandelten Veresterungsgemisches beträgt 0,3 ppm gegenüber 60 ppm vor der
Katalysatorabtrennung. Dies entspricht einer Katalysatorabtrennung von 99,5%. Durch Nachwaschen mit
2400 kg Wasser, Abtrennen des Überschußalkohols, Wasserdampfbehandlung und Trocknung wird das
katalysatorfreie Veresterungsgemisch in üblicher Weise zu Dioctylphthalat aufgearbeitet
Man verfährt wie im Beispiel 1 beschrieben, wobei man das Veresterungsgemisch zur Katalysatorabtrennung
jedoch 20 Minuten lang mit 2400 kg l°/oiger Ammoniumhydroxidlösung zu einer Emulsion verrührt
in der die Tropfen der organischen Phase einen Durchmesser von 0,5 bis 3 mm aufweisen. Nach
Abtrennen des sich in der alkalischen Wasserphase abgeschiedenen Katalysatorhydrolysates beträgt der
Titangehalt im Veresterungsgemisch 0,9 ppm, entsprechend einer Abtrennung von 98,5%.
In einem 25-m3-Veresterungsreaktor werden 5450 kg
μ Phthalsäureanhydrid und 13 800 kg i-Dekanol unter
Zusatz von 6,4 kg Tetra-n-butyl-titanat in der üblichen
Weise verestert Nach 5stündiger Veresterung bei einer Temperatur von maximal 235° C wird eine Säurezahl
von 0,15 erreicht Der Überschuß an i-Dekanol beträgt
2> 20Gew.<!O. Das Veresterungsgemisch wird innerhalb
von 1 Stunde auf 900C abgekühlt und zur Katalysatorabtrennung
mit 2300 kg 3%iger Natronlauge 20 Minuten lang verrührt. In der erhaltenen Emulsion
weisen die Tropfen der organischen Phase einen
ίο Durchmesser von 1 bis 3 mm auf. Nach einer Absitzzeit
von 30 Minuten wird die Wasserphase zusammen mit dem darin abgesetzten Niederschlag des Katalysatorhydrolysates
von der Esterphase abgetrennt. Zur Alkalientfernung wird die organische Phase einmal mit
i"i 2300 kg Wasser nachgewaschen. Im so behandelten Veresterungsgemisch mit der Säurezahl 0,01 wird ein
Resttitangehalt von 0,7 ppm ermittelt. Dies entspricht bei einem ursprünglichen Titangehalt von 49 ppm einer
Katalysatorabtrennung von über 98,5%.
In einer kontinuierlich arbeitenden Weichmacheranlage
werden aus dem Veresterungsteil stündlich 9000 kg eines Veresterungsgemisches, das im wesentlichen aus
7650kg Phthalsäure-di-2-äthylhexylester und 1350kg
2-Äthylhexanol besteht, ausgetragen. Die Säurezahl dieses Rohesteraustrages beträgt 0,08, der Titangehalt
62 ppm. Die Veresterung wurde mit Tetra isopropyltitanat durchgeführt. Nach Abkühlung auf 98°C wird das
Ίο Veresterungsgemisch in einer aus zwei Rührkesseln
bestehenden RUhrkesselkaskade kontinuierlich mit stündlich 1250 kg 1°/oiger wäßriger Natronlauge verrührt.
In der so erhaltenen Emulsion weisen die Tropfen der organischen Phase einen Durchmesser von 2 bis
> > 4 mm auf. Die mittlere Verweilzeit des Gemisches in der
Hydrolysekaskade beträgt 18 Minuten. Das aus der Kaskade ausfließende Gemisch wird zur Phasentrennung
in einen Abscheider eingeleitet, der so dimensioniert ist, daß die mittlere Verweilzeit 45 Minuten
beträgt. Am unteren Ablaufstutzen dieses Abscheiders werden stündlich 1250 kg der Wasserphase, zusammen
mit dem darin abgeschiedenen Niederschlag des Katalysatorhydrolysates, ausgetragen. Am oberen Ablaufstutzen
werden stündlich 9000 kg der organischen Phase ausgetragen, die zur Entfernung von Alkaliresten
in einem nachgeschalteten Rührgefäß mit stündlich 1200 kg Wasser nachgewaschen werden. Die Abtrennung
des Waschwassers erfolgt durch Phasentrennung
in einem weiteren Abscheider. Das Waschwasser wird durch Sammeln des in der Veresterungs- und Strippstufe
der Weichmacheranlage angefallenen Abwassers bereitgestellt Der Wasseraustrag des Waschwasserabscheiders,
stündlich 1200 kg, wird für die Herstellung der Hydrolyselauge zum Verdünnen von 25%iger Natronlauge
in die Hydrolysestufe zurückgeführt Das am Waschabscheider abgezogene Gemisch aus Dioctylphthalat
und 2-Äthylhexanol mit der Säurezahl 0,01 hat einen Resttitangehalt von 0,6 ppm. Dies entspricht einer
Katalysatorabtrennung von über 99%.
In einer kontinuierlich arbeitenden Weichmacheranlage wird Phthalsäureanhydrid und ein im Überschuß
vorhandenes Gemisch aus Alkoholen der Kohlenstoffzahl 9—11, unter Verwendung von Tetra-n-butyl-titanat
verestert Das aus dem Veresterungsteil austretende Reaktionsgemisch wird weitgehend vom Überschußalkohol
befreit und auf nahezu 10^0C abgekühlt Die
Säurezahl des so erhaltenen Rohesters beträgt 0,12, der Titangehalt 53 ppm.
Zur Katalysatorabtrennung werden stündlich 5420 kg des im wesentlichen aus 5100 kg Phthalsäure-di-Cg-nester
und 320 kg C9-H-Alkohol bestehenden Rohesters
in einem Mischrohr kontinuierlich mit 780 kg 0,5%iger Natronlauge vermischt und in einer nachgeschalteten
Rührkesselkaskade 11 Minuten bei 950C verrührt. Die
Kaskade besteht aus zwei hintereinandergeschalteten Rührkesseln, die mit Schaufelrührer, Klöperböden,
getauchten Produkteinläufen und freien Produktüberläufen ausgestattet sind. Jeder Rührkessei hat ein
Fassungsvermögen von 600 1. Die Rührerdrehzahl des ersten Rührgefäßes beträgt 80 UpM, die des zweiten
25 UpM. In dem unter diesen Bedingungen in der Kaskade entstehenden Flüssigkeitsgemisch weisen die
Tropfen der organischen Phase einen Durchmesser von 0,5—2 mm auf.
Das aus der Kaskade ablaufende Gemisch wird zur Abtrennung der wäßrigen Phase in einen Abscheider
eingeleitet. Dieser ist so dimensioniert, daß die mittlere Verweilzeit des Gemisches 45 Minuten beträgt. Am
unteren Auslauf dieses Abscheiders werden stündlich 780 kg der wäßrigen Phase zusammen mit dem darin
abgeschiedenen Katalysatorhydrolysat ausgetragen. Am oberen Abscheiderablauf werden stündlich 5420 kg
der organischen Phase ausgetragen, die zur Entfernung noch vorhandener Alkalireste in einem nachgeschalteten
Rührgefäß mit stündlich 750 kg Kondenswasser nachgewaschen werden. Die Abtrennung des Waschwassers
erfolgt in einem weiteren Abscheider.
Der Titangehalt des so behandelten Rohesters beträgt 0,7 ppm. Dies entspricht einer Katalysatorabtrennung
von praktisch 99%.
In einem 25-m3-Veresterungsreaktor werden 6850 kg
Phthalsäureanhydrid und 14 500 kg eines Gemisches aus Alkoholen der Kohlenstoffzahl 6,8 und 10, unter Zusatz
von 7 kg Tetra-iso-propyltitanat, in üblicher Weise bis zu einer Säurezahl von 0,12 verestert. Der Alkoholgehalt
des Rohesters beträgt 20 Gew.%, der Titangehalt wird mit 58 ppm bestimmt.
Zur Katalysatorabtrennung wird der auf 11O0C
abgekühlte Reaktor (20 500 kg) innerhalb von 35 Minuten in ein 28 m3 fassendes Hydrolysegefäß übergepumpt.
Im Hydrolysegefäß wurden zuvor 2700 kg einer 0,5%igen wäßrigen Natriumcarbonatlösung von 80°C
vorgelegt Das zylindrische Hydrolysegefäß, dessen unterer Teil sich trichterförmig verjüngt, ist mit einem
Blattrührer ausgerüstet Während des Einpumpens des Rohesters bleibt das Rührwerk abgeschaltet Anschlie-
-> ßend wird der Inhalt des Hydrolysegefäßes für 20 Minuten bei 95CC und mit einer Rührgeschwindigkeit
von 55 UpM verrührt Es entsteht ein Flüssigkeitsgemisch, in dem die Tropfen der organischen Phase einen
Durchmesser von 3—6 mm aufweisen. Nach einer
ίο Absitzzeit von 20 Minuten kann die Wasserphase,
zusammen mit dem darin angesammelten Katalysatorhydrolysat, als Unterphase abgetrennt werden. Eine
anschließende Wasserwäsche ist nicht erforderlich. Im so behandelten Rohester mit der Säurezahl 0,02
wird ein Resttitangehalt von 0,7 ppm ermittelt Dies entspricht einer Katalysatorabtrennung von 98,8%.
In einem 25-m3-Veresterungsreaktor werden 6750 kg
Adipinsäure und 13 900 kg 2-Äthylhexanol, unter Zusatz
von 6,8 kg Tetra-n-butyltilanat, in der üblichen Weise
verestert. Nach 6stündiger Veresterung bei maximal 2250C wird eine Säurezahl von 0,11 errreicht. Der
Rohester hat einen Überschuß an 2-Äthylhexanol von
2> etwa 15 Gew.%.
Zur Katalysatorabtrennung wird der Rohester (19 000 kg) im Reaktor auf 95° C abgekühlt. Bei
stehendem Rührer werden innerhalb von 20 Minuten 2600 kg einer l,5%igen wäßrigen Natriumcarbonatlö-
}i> sung von 800C dazugepumpt. Anschließend wird der
Reaktorinhalt 5 Minuten bei 900C verrührt. Der Schaufelrührer des Reaktors läuft dabei mit einer
Geschwindigkeit von 40 UpM. In dem entstehenden Flüssigkeitsgemisch beträgt die Tropfengröße der
;■> organischen Phase 2—4 mm.
Zur Phasentrennung wird das Rührwerk abgeschaltet. Nach 30 Minuten Absitzzeit kann die Wasserphase
zusammen mit dem darin abgesetzten Katalysatorniederschlag von der Esterphase abgetrennt werden.
κι Zur Entfernung noch vorhandener Alkalireste wird der
Ester einmal mit 2000 kg Kondenswasser bei 900C nachgewaschen.
Im so behandelten Rohester der Säurezahl 0,01 wird ein Titangehalt von 0,5 ppm ermittelt. Bei einem
■v'i ursprünglichen Titangehalt von 59 ppm entspricht dies
einem Abscheidegrad von über 99%.
In einem 25-m3-Veresterungsreaktor werden 5450 kg
■>o Phthalsäureanhydrid und 13 800 kg i-Dekanol, unter
Zusatz von 7,2 kg Zinn-II-oxid, in der üblichen Weise
verestert. Nach einer Veresierungsdauer von 5,5 Stunden bei maximal 2300C wird eine Säurezahl von
0,16 erreicht. Der Überschuß an i-Dekanol im Rohester
•35 beträgt 20 Gew.%, der Zinngehalt 315 ppm.
Zur Katalysatorabtrennung wird der auf 900C
abgekühlte Rohester (18 600 kg) innerhalb von 30 Minuten in das in Beispiel 6 beschriebene 28 m3 fassende
Hydrolysegefäß gepumpt. Gleichzeitig mit dem Rohwi ester werden über eine separate Zuleitung und bei
stehendem Rührer 3500 kg einer l,0%igen Natronlauge von 800C in das Hydrolysegefäß eingepumpt. Nach
Beendigung des Einpumpvorganges wird der Behälterinhalt durch Anstellen des mit 55 UpM laufenden
Blattrührers für 20 Minuten bei 85°C vermischt. Es entsteht ein Flüssigkeitsgemisch, in dem die organische
Phase in Tropfen der Größe von 3—6 mm vorliegt. Anschließend wird zur Abtrennung der Wasserphase
der Rührer abgestellt und nach einer Absitzzeit von 45 Minuten die wäßrige Unterphase, zusammen mit dem
darin angesammelten Katalysatorniederschlag, ausgetragen. Zur Entfernung noch vorhandener Alkalireste
wird der Ester einmal mit 2500 kg Kondenswasser bei
80° C nachgewaschen.
Im so behandelten Rohester mit der Säurezahl 0,01 wird ein Zinngehalt von 5,6 ppm ermittelt. Dies
entspricht einer Katalysatorabtrennung von über 98%.
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Abtrennung von Katalysatoren aus rohen Weichmacherestern, die durch Veresterung von Phthalsäureanhydrid oder Adipinsäure mit Cebis Ci3-Alkoholen unter Verwendung von Veresterungskatalysatoren der Zinn-, Titan- oder Zirkon-Reihe erhalten wurden, durch Behandlung der rohen Ester mit wäßrigem Alkali bei Temperaturen unter 1000C und anschließendes Abtrennen der wäßrigen, den hydrolysierten Katalysator enthaltenden Phase durch Dekantieren, dadurch gekennzeichnet, daß man den neutralen oder schwach sauren Rohester bei 80 bis 1000C 3 bis 20 Minuten mit 5 bis 20 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile des rohen Esters, einer 0,1 bis 5 gewichtsprozentigen wäßrigen Lösung eines Hydroxides, Carbonates oder Bicarbonates des Ammoniums, Natriums oder Kaliums so vermischt, daß eine Emulsion entsteht, in der die Tropfen der organischen Phase einen Durchmesser von 0£ bis 10 mm aufweisen.
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DE (1) | DE2612355C3 (de) |
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