DE2731445A1 - Norbonen-aethylen-copolymerisate enthaltende gemische - Google Patents
Norbonen-aethylen-copolymerisate enthaltende gemischeInfo
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Description
2731U5
VEB Leuna-v/erke Merseburg, 28. 1. 1977
"Walter Ulbricht" DC.Do/Sch
LP 7630 a
Titel der Erfindung
Norbornen-Äthylen-Copolymerisate enthaltende Gemische
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Norbornen-Äthylen-Copolymerisate enthaltende
Gemische mit hohen Schlagbiegefestigkeiten und Kerbschlagzähigkeiten, guten Verarbeitungseigenschaften sowie hoher thermooxidativer
Beständigkeit und Lichtstabilität.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Es ist bekannt, daß Norbornen-Äthylen-Copolymere harte und
spröde Thermoplaste sind.und sich bei 170 0C bis 200 0G und
einem Druck von 20 000 psi. innerhalb von 2 Hinuten zu Filmen verpressen und bei 170 0C bis 225 0C extrudieren lassen
(US-PS 2 799 668, GB-PS 777 414). Norbornen-Äthylen-Copolymere
zeigen jedoch sowohl beim Verpressen als auch beim Extrudieren ein unbefriedigendes Fließverhalten. Besonders nachteilig wirkt
sich diese Eigenschaft beim Spritzgießen großer und komplizierter Formkörper bzw. bei hohen Spritzgeechwindikgeiten aus. Derartige
Thermoplaste besitzen eine ungenügende Festigkeit gegenüber Schlag- oder Stoßbeanspruchung. Einem Einsatz als mechanisch
belasteten Formkörpern sind deshalb Grenzen gesetzt.
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Es ist weiterhin bekannt, daß Norbornen-Äthylen-Copolymere
gegenüber anderen Polyolefinen eine erhöhte thermooxidative
Stabilität und Alterungsbeständigkeit aufweisen (DL-PS 109 224), Bei längeren Preßzeiten bei erhöhten Temperaturen, beim Extrudieren,
Verwalzen oder Spritzgießen kommt es jedoch trotzdem je nach Versuchsbedingungen zu mehr oder weniger starken Verfärbungen
der Norbornen-Äthylen-Gopolymeren.
Norbornen-Athylen-Copolymerisate enthaltende Gemische mit verbesserten
Fließ- und damit Verarbeitungseigenschaften, verbesserter Schlagfestigkeit sowie erhöhter thermooxidativer Beständigkeit
und Lichtstabilität sind nicht bekannt.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist es, Gemische auf Norbornen-Athylen-Copolymerisat-Basi8
mit verbesserten Verarbeitungseigenschaften, verbesserter Schlagfestigkeit und erhöhter thermooxidativer
und Lichtstabilität herzustellen.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Es bestand die Aufgabe, Gemische auf Norbornen-Äthylen-Copolymerisat-Basis
herzustellen, die durch Anwendung von Zusätzen verbessert« Fließeigenschaften und Schlagfestigkeit aufweisen
und durch Anwendung von Stabilisatoren oder Stabilisatorgemischen eine erhöhte thermooxidative und Lichtstabilität besitzen.
Dadurch werden sowohl die Verarbeitungstemperaturen und -drücke verringert und die Verarbeitungsgeschwindigkeit
gesteigert als auch die Gebrauchsdauer der Erzeugnisse erhöht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß Norbornen-Athylen-Copolymerisate
mit einer oder mehreren der folgenden Komponenten gemischt werden: 0,01 bis 5 Gew-%, vorzugswei-
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se 0,1 bis 3 Gew-%, eines Stabilisators oder Stabilisatorgemisches,
0,1 bis 5 Gew-%, vorzugsweise 0,2 bis 3 Gew-%, eines Gleitmittels, 1 bis 30 Gew-%, vorzugsweise 5 bis 20 Gew-%,
eines Elastes.
Als Norbornen-Äthylen-Copolymerisate werden dabei Produkte eingesetzt,
die aus Norbornen und Äthylen mit Hilfe von Ziegler-Mischkatalysatoren
hergestellt werden und deren Norbornengehalt zwischen 25 und 95 Mol-%, vorzugsweise 40 bis 80 Mol-%,
liegen. Für Anwendungsgebiete, die eine erhöhte Wärmeformbeständigkeit verlangen, ist der Einsatz möglichst hochnorbornenhaltiger
Copolymeren vorzusehen.
Als Stabilisatoren gegen thermooxidative Abbau- bzw. Vernetzungsreaktionen
eignen sich besonders arainische und bzw. oder phenolische Antioxidantien, schwefelhaltige Hydroperoxidzersetzer,
vorzugsweise Thiodipropionate, und organische Phosphite. Diese können sowohl einzeln als auch in Kombination eingesetzt
werden, wobei Stabilisatorgemische aus Antioxidantien, organischen Phosphiten und schwefelhaltigen Hydroperoxidzerset zern
besonders wirksam sind. Gemische, die der Außenbewitterung oder UV-Strahlung ausgesetzt werden, lassen sich durch UV-Absorber
und Quencher stabilisieren. Neben anderen Substanzen zeigen besonders Benztriazole und Benzophenone als UV-Absorber
und Nickelverbindungen als Quencher eine hohe stabilisierende Wirkung. Schlagzähe Norbornen-Äthylen-Copolymerisat enthaltende
Gemische besitzen zum Teil ein ungenügendes Gleit- bzw. Fließverhalten, das für die Verarbeitung, insbesondere zum Spritzgießen
komplizierter Formteile bzw. von Präzisionsteilen, verbessert werden muß. Verbesserte Fließfähigkeiten werden durch
Zumischen von unpolaren Substanzen wie niedermolekularem Polyäthylen, Hartparaffin und Paraffinölen sowie von polaren Substanzen
wie Stearinsäure oder deren Salze, Phthalate und bzw. oder Polyglykole erreicht.
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Als Elastkomponenten werden z.B. Polybutadien, Polypentenamer, Butadien-Styrol-Copolymerisate, Acrylnitril-Butadien-Copolymerisate,
Äthylen-Propylen-Terpolymer-Kautschuk, Polyurethane, Polyisopren, Naturkautschuk und bzw. oder Äthylen-Vinylazetat-Copolymerisate
eingesetzt. Dabei beeinflussen die einzelnen Elasttypen die mechanischen und elektrischen Kennwerte in spezifischer
Weise, so daß für das jeweilige Einsatzgebiet der geeignetste Elast ausgewählt werden muß. Voraussetzung für hohe
Schlagzähigkeiten in Kombination mit anderen guten Festigkeitswerten ist die Ausbildung von echten Zweiphasensystemen aus der
Norbornen-Äthylen-Copolymerisat-Matrix und der Elastkomponente·
Diese Vorbedingung ist bei allen Gemischen auf Norbornen-Äthylen-Gopolymerisat-Basis
erfüllt. Auch bei Kombinationen aus einem Norbornen-Äthylen-Copolymerisat und einem bestimmten Elast
läßt sich das Eigenschaftsbild dieser Gemische durch Variation der beiden Anteile gezielt beeinflussen. Mit steigendem Elastgehalt
steigen die Schlagbiegefestigkeit und Kerbschlagzähigkeit. Dabei sinken jedoch gleichzeitig solche Werte für die
Härte, Festigkeit und Steifigkeit wie Zugfestigkeit, Biegefestigkeit, Kugeldruckhärte, Schub- und Ε-Modul. Die Gemische
lassen sich deshalb durch Wahl der Zusammensetzung aus Norbornen-Äthylen-Copolymerisaten
und Elastkomponenten gezielt für einen jeweiligen Anwendungszweck herstellen.
Zur Erreichung guter Schlagzähigkeiten ist es erforderlich, das Norbornen-Äthylen-Copolymerisat mit der Elastkomponente in
wirksamen Kneteinrichtungen in der Schmelze gut zu verteilen. Die Größe der Elastteilchen in der Norbornen-Äthylen-Copolymerisat-Matrix
sollte etwa 0,5 bis 5 Mikrometer betragen. In gleicher Welse mlissen auch die Gleitmittel und Stabilisatoren
möglichst homogen verteilt in den Gemischen vorliegen, um eine optimale Wirkung zu erzielen· Dazu werden die Komponenten in
den bekannten Mischern gemischt und gemeinsam über eine Dosiereinrichtung in einen heizbaren Kneter gegeben und dort in der
Schmelze homogenisiert. Der gleiche Effekt kann jedoch auch
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erzielt werden, wenn die Bestandteile der Gemische über getrennte Dosiereinrichtungen kontinuierlich in den Kneter gegeben
werden. Mit Vorteil werden als Kneter Extruder mit einer Granuliereinrichtung eingesetzt, um die Gemische sofort als
Granulat zu erhalten. Diese Gemische lassen sich durch Pressen, Extrusion, Spritzgießen und Blasformen verarbeiten und spangebend
bearbeiten.
Ein besonderes Merkmal dieser Kombinationen besteht in der annähernden
Konstanz der Wärmefonnbeständigkeit bei Variation des Elastanteils. Sowohl die Vicat-Temperatur als auch der Kurvenverlauf
des Schubmoduls über der Temperatur weisen mit steigendem Elastanteil nur einen geringen Abfall der i/armeformbeständigkeit
aus.
AusfUhrungsbauspiele
Die Bestimmung der Kennwerte erfolgt nach den TGL-Methoden:
Vicat-Temperatur 17274
Zugfestigkeit I4070
Kugeldruckhärte 20924
E-Modul 14067
Schlagbiegefestigkeit I4068
Kerbschlagzähigkeit I4068
Schmelzindex 20996
6,5f-3 Norbornen-Äthylen-Copolymerisat mit 4I Mol-% Norbornen,
13 g 4,4l-Thio-bis-(3-rnethyl-6-tert.-butylphenol), 13 g ß,ß'-Thiodipropionsäure-dilaurylester
und 13 g Tri-nonylphenylphosphit werden in einem Schnellmischer intensiv gemischt und
in einem Extruder bei einer Maseetempera tür von 200 0C homogenisiert.
Aus diesem Gemisch werden bei 190 0C 0,2 mm dicke
Folien gepreßt. Diese Folien werden bei 220 0C in einem Wärme-
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schrank mit Luftumwälzung zusammen mit analog hergestelltem unstabilisierten
Copolymerisat gelagert.
Nach verschiedenen Zeiten werden Proben entnommen und deren vernetzte Anteile (Gelwerte in %) durch 7-stündiges Erhitzen
in siedendem Xylol, Abtrennung, Trocknung und Auswaage der unlöslichen Anteile bestimmt.
Die folgende Tabelle verdeutlicht den Vorteil des Stabilisatorgemisches.
Tabelle 1: Gelwert in %
Substanz Gelwert nach Lagerung bei 220 0C
0 0,5 1 2 3 (Zeit in Std)
Norbornen-Äthy- 0 13,9 17,4 28,1 31,5 len-Copolymeri-
sat-unstabilisiert
Gemisch 0 0 0 1,9 13,0
stabilisiert
4,5 kg Norbornen-Äthylen-Copolymerisat mit 35 Mol-% Norbornen,
9 g 4,4l-Thio-bis-(3-methyl-6-tert.-butylphenol), 9 g 2-Hydroxy-4-n-octyloxy-benzophenon
und 0,2 % des Nickelkomplexes des 3»5-Di-tert.-butyl-4-hydroxy-benzylpho^>hon8äuremono-äthylesters
werden in einem Schnellmischer intensiv gemischt und in einem Extruder bei einer Maseetemperatür von 195 0C homogenisiert. Aus
dem resultierenden Gemisch (II) werden bei 190 0C 0,2 mm dicke
Folien gepreßt und im Xenotestgerät 450 bei 35 0G bis 39 0C und
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ca. 50 % relativer Feuchte zusammen mit unstabiIisorten Norbornen-Äthylen-Copolymerisat-Folien
(I) der Bestrahlung ausgesetzt.
Durch das Stabilisatorgemisch läßt sich die Bestrahlungsdauer
bis zur Verfärbung nach vergleichbaren gelben Farbtönen auf das 2-fache verlängern.
Folien Xenotest-Bestrahlungsdauer bis zur Gelbfärbung
I (unstabilisert) 1000 Std.
II (stabilisert) 2000 Std.
80 g Norbornen-Äthylen-Copolymerisat mit einem Norbornengehalt
von 48 MoI-JS, 0,24 g eines Kondensationsproduktes aus Cyclohexanon
und Diphenylamin und 0,16 g Trinonyl-phenylphoephit
werden in einem Brabender-Plastographen 10 Minuten bei 190 0C
homogenisiert.
Aus diesem Gemisch werden bei 190 0C, 0,2 mm dicke Folien gepreßt
und die Sauerstoffaufnahme in reinem Sauerstoff bei 2200C
gemessen. Für die Aufnahme von 50 ml Og pro g Gemisch werden
11 Minuten benötigt, während dieselbe Sauerstoffmenge von reinem Norbornen-Äthylen-Copolymerisat schon nach 6 Minuten absorbiert
ist.
7 kg Norbornen-Äthylen-Copolymerisat mit einem Norbornengehalt
von 53 Mol-% und 70 g Calcium-Stearat werden in einem Schnellmischer
und in einem Brabender-Plastographen bei 195 0C homogenisiert.
Die Mischung besitzt einen Schmelzindex bei 250 0C und
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2,16 kp Belastung von 4,9 g/10 min gegenüber einem Wert von
2.2 g/10 min für das analoge Copolymerisat.
5 Ig Norbornen-Äthylen-Copolymerisat mit einem Norbornengehalt
von 49 Mol-%, 10 g 4t4'-Thio-bis(3-methyl-6-tert.-butylphenol),
10 g ßjß'-Thiodipropionsäure-dilaurylester und 100 g Hartparaffin werden Über getrennte Dosiereinrichtungen kontinuierlich
in einen Extruder eingespeist und dort bei einer Massetemperatur von 195 0C homogenisiert. Die Mischung besitzt einen
Schmelzindex bei 230 0C und einer Belastung von 2,16 kp von
6.3 g/10 min gegenüber einem Wert für das reine Norbornen-ithylen-Copolymerieat von 2,2 g/10 min.
8.4 kg eines Norbornen-Äthylen-Copolymerisates mit einem Norbornengehalt von 51 Mol-% und einer Vicat-Temperatur von 127 0C
und 1,6 kg eines Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisates mit 30
bis 35 Gew-56 Vinylazetat werden in granulierter Form in einem
Schnellmischer gemischt. Das Granulatgemisch wird in einem Extruder bei 195 0C Massetemperatür und bei einer mittleren Verweilzeit von 5 Minuten homogenisiert. Das Gemisch weist eine
echte Zeiphasenstruktür mit einer optimalen Verteilung auf. Gegenüber dem Norbornen-Äthylen-Oopolymerisat besitzt das Gemisch
eine Vicat-Temperatur von 118 °0. Die Zugfestigkeit beträgt 410 kp/cm2, die Kugeldruckhärte 1503 kp/cm2 und der B-Modul
18 600 kp/cm . Als wesentlicher Vorteil sind die Schlagbiegefestigkeit und Kerbsohlagaähigkeit auf das 3,6fache gesteigert.
72 g des in Beispiel 6 angeführten Norbornen-Äthylen-Oopolymerisates und 28 g des in Beispiel 6 beschriebenen Äthylen-Vinylazetat-Copolymerisates werden 20 Minuten in einem Brabender-
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eine Zweiphaaenatruktur mit optimaler Verteilung. Die Vicat-Temperatur
beträgt 118 0C, die Zugfestigkeit 310 kp/cm2. die
2 ?
Kugeldruckhärte I4IO kp/cra und der Ε-Modul 9500 kp/cm . Die
Schlagbiegefestigkeit und die Kerbschlagzähigkeit sind auf das 2,9faohe des eingesetzten Norbornen-Äthylen-Copolymerisates
angestiegen.
9 kg eines Norbornen-Äthylen-Copolyraerisates, das 50 Mol-% Norbornen
enthält und eine Vicat-Temperatur von 125 °G besitzt,und
1 kg eines Butadien-Styrol-Kautschuks mit einem Gehalt von 27 Gew-?i Styrol werden in einem Schnellmischer intensiv gemischt
und in einem Bussextruder bei einer Massetemperatür von 205 0C
und einer mittleren Verweilzeit von 5 Minuten homogenisiert. Das Gemisch hat eine Zweiphasenstruktur mit optimaler Verteilung.
Die Schlagbeigefestigkeit und Kerbschlagzähigkeit liegen um das 5,3fache höher als beim eingesetzten Norbornen-iithylen-Copolymerisat.
Die Vicat-Temperatur beträgt 118 0C, die Zugfestigkeit
430 kp/cm2, die Kugeldruckhärte 1490 kp/cm2 und der E-Modul
20 500 kp/cm2.
90 g eines Norbornen-Äthylen-Copolymerisates mit einem Horbornengehalt
von 52 MoI-^ und mit einer Vicat-Temperatur von
130 0C und 10 g trans-Polypentenamer werden bei I90 0C im Brabender-Plastographen
20 Minuten homogenisiert. Das Gemisch besitzt eine 3fach höhere Schlagbiegefestigkeit und Kerbschlagzähigkeit.
Die Vicat-Temperatur beträgt 124 0C, die Zugfestigkeit
380 kp/cm und der E-Modul 20 400 kp/cm .
cat-Temperatur von 127 0C und 1,4 kg eines Butadien-Acrylni-
3,6 kg eines Uorbornen-Äthylen-Copolymerisates mit einer Vi-
:ylni-
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tril-Kautschuks mit einem Acrylnitrilgehalt von 30 Gew-ίο werden
im Schnellmischer intensiv gemischt und im Extruder bei 195 0C I lassetempera tür homogenisiert. Dieses Gemisch übertrifft
in der Schlagbiegefestigkeit und Kerbschlagzähigkeit das Norbornen-Äthylen-Copolymerisat
um das 7,8fache. Die Vicat-Temperatur liegt bei 118 0C, die Zugfestigkeit bei 280 kp/cm und
der Ε-Modul bei I4 500 kp/cm2.
Die Komponenten von Beispiel 10 werden im Verhältnis 4,5 kg Ilorbornen-Äthylen-Copolymerisat zu 0,5 kg Butadien-Acrylnitril-Kautschuk
über getrennte Dosiereinrichtungen in einen Extruder kontinuierlich eingespeist und bei 195 0C Massetemperatür homogenisiert.
Die Vicat-Temperatur des Gemisches beträgt 125 °G,
die Zugfestigkeit 420 kp/cm und der E-Modul 24 100 kp/cm . Die
Schlagbiegefestigkeit und die Kerbschlagzähigkeit steigen auf das 2,6fache gegenüber dem reinen Norbornen-Äthylen-Copolymeri-
sat an.
8,3 kg Norbornen-Athylen-Oopolymerisat mit einem Norbornengehalt
von 32 Mol-%, 1,7 kg Styrol-Butadien-Kautschuk mit einem
Styrolgehalt von 25 %, 20 g 4,4'-Thio-bis-(3-methyl-6-tert.-butylphenol),
20 g ß,ß'-Thiodipropionsäure-dilaurylester und
20 g Tri-nonyl-phenylphosphit werden in einem Schnellmischer
intensiv gemischt und in einem Extruder bei 195 °C Massetemperatur homogenisiert. Aus diesem Gemisch werden bei 180 C 0,05
mm dicke Folie gepreßt. Die Oxidationsstabilität dieser Folien wird bei I90 0C in reinem Sauerstoff geprüft. Gegenüber der
analog hergestellten aber unstabilisierten Mischung beträgt die Aufnahme von 50 ml Op/g Gemisch 255 Minuten, Von der unstabilisierten
Mischung wird die gleiche Sauerstoffmenge schon in 90 Minuten aufgenommen. Der Schmelzindex bei 250 0C und
2,16 kp Belastung beträgt 0,29 g/10 min.
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83 Gew-Teile Norbornen-Äthylen-Copolymerisat mit einem Norbornengehalt
von 65 Mol-}« sowie 17 Gew-Teile eines Styrol-Butadien-Kautschuks
mit einem Styrolgehalt von 25 % werden mit 0,2 % 4,4-Thio-bis(3-methyl-6-tert.-butylphenol), 0,2 % 2-Hydroxy-4-n-octyloxybenaophenon
und 0,2 % des Nickelkomplexes des 3,5-Di-ter"b-butyl-4-hydroxybenzyl-phosphonsäure-mono-äthylesters
auf einem Laborwalzwerk gemischt. Bei 210 0C werden aus diesem
Gemisch 0,2 mm dicke Folien gepreßt und der Bestrahlung in einem Xenotestgerät 450 bei 35 bis 39 °C und ca. 50 % relativer Feuchte
zusammen mit einem analogen unstabilisierten Gemisch ausgesetzt. Durch das Stabilisatorgemisch läßt sich die Bestrahlungsdauer bis zu Verfärbung nach vergleichbaren gelben Farbtönen
auf das 2,5fache verlängern.
Gemisch Xenotest-Bestrahlungsdauer bis zur
Gelbfürung
stabilisiert 2000 Std.
unstabilisiert 800 Std.
Zu den Komponenten von Beispiel 12 werden zusätzlich 200 g Hartparaffin
als Gleitmittel gegeben. Die weitere Homogenisierung erfolgt wie im Beispiel 12. Gegenüber einem Schmelzindex von
0,29 g/10 min steigt dieser durch den Zusatz von Hartparaffin auf 1,1 g/10 min.
Zu den Komponenten von Beispiel 12 werden zusätzlich 100 g GaI-ciumstearat
als Gleitmittel gegeben. Die weitere Homogenisierung erfolgt wie im Beispiel 12. Der Schmelzindex bei 230 0C und
2,16 kp Belastung steigt gegenüber dem Gemisch von Beispiel auf 0,69 g/10 min. -12-
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Claims (5)
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ErfindungsanspruchNorbornen-Äthylen-Gopolymerisate enthaltende Gemische, dadurch gekennzeichnet, daß Norbornen-Äthylen-Gopolymerisate mit einer oder mehrerer der folgenden Komponenten gemischt werden: 0,01 bis 5 Gew-%, vorzugsweise 0,1 bis 3 Gew-%, eines Stabilisators oder Stabilisatorgemisches, 0,1 bis 5 Gew-%, vorzugsweise 0,2 bis 3 Gew-%, eines Gleitmittels, 1 bis 30 Gew-%, vorzugsweise 5 bis 20 Gew-%, eines Elastes. - 2. Norbornen-Äthylen-Copolymerisate enthaltende Gemische nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten Norbornen-Äthylen-Copolymerisate 25 bis 95 Mol-%, vorzugsweise 40 bis 80 Mol-%, Norbornen enthalten.
- 3. NorbornenJ-Äthylen-Copolymerisate enthaltende Gemische nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß als thermooxidative Stabilisatoren aminische und bzw. oder phenolische Antioxidantien, schwefelhaltige Hydroperoxidzersetzer, vorzugsweise Thiodipropionate und organische Phosphite, und als Lichtstabilisatoren UV-Absorber, vorzugsweise Benztriazole und Benzophenone sowie Quencher, vorzugsweise Nickelverbindungen, eingesetzt werden.
- 4. Norbornen-Äthylen-Copolymerisate enthaltende Gemische nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Gleitmittel niedermolekulares Polyäthylen, Hartparaffin, Paraffinöle, Stearinsäure oder deren Salze, Phthalate und bzw. oder PoIyglykole verwendet werden.
- 5. Norbornen-Äthylen-Copolymerisaite enthaltende Gemische nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Elastkomponenten Polybutadien, Polypentenamer, Butadien-Styrol-Copolymerisate, Acrylnitril-Butadien-Copolymerisate, Äthy3en-Propylen--13-709885/0674- 273U45LP 7630 aTerpolymerisat-Kautschule, Polyurethane, Polyisopren, Naturkautschuk und bzw. oder Äthylen-Vinylazetat-Oopolymerisate, verwendet werden.709R85/0674
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