DE2921513A1 - Imidgruppenhaltige polymerisate - Google Patents
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Description
PATENTANWALrE
WUESTHOFF-v.PECHMANN -BEHRENS -GOETZ
PROFESSIONAL REPRESENTATIVES DEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE
DR.-ING. FRANZ VUESTHOFF
DR. PHIL. FREDA VUESTHOFF (1927-I9J6)
DIPL.-ING. GERHARD PULS (19J2-I971)
I)IFL-CHEM. DR. E. FREIHERR VON PECHMANN
DR.-ING. DIETER BEHRENS
DIPL.-ING.; DIPL.-VIRTSCH.-ING. RUPERT GOET2
D-8000 MÜNCHEN 90 SCHWEIGERSTRASSE 2
telefon: (089) 6620 ji
telegramm: protectpatent telex: 524070
1A-52 138
Anm. : Rhone-Poulenc
Patentanmeldung
Anmelder:
RHONE-POULENC INDUSTRIES
22, Avenue Montaigne
- Paris (8eme)
Frankreich
22, Avenue Montaigne
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Frankreich
Titel:
Imidgruppenhaltige Polymerisate
9098A9/0740
PATENTANWÄLTE
WUESTHOFF - ν. PECHMANN - BEHRENS - GOETZ
PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE
MANDATAIRES AGREES PRES !.'OFFICE EUROPEEN DES BREVETS
-5-
D-8000 MÜNGHEN 90 SCHWEIGERSTRASSE 2
telefon: (089) 66 20 51 telegramm: protectpatent
telex: j 24 070
IA-52 138
Anna.: Rhone-Poulenc
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf neue, wärmehärtbare Polymerisate, die Imidgruppierungen enthalten und durch Reaktion
zwischen einem Bis-Imid einer ungesättigten Carbonsäure und einem äthylenisch ungesättigten Monomeren erhalten werden.
Diese Polymerisate können ohne Lösungsmittel eingesetzt bzw. verarbeitet werden und eignen sich zur Herstellung von Formkörpern,
Überzügen oder Beschichtungen, Schichtpreßstoffen und Erzeugnissen mit zelliger Struktur.
Bekanntlich lassen sich durch Erhitzen von Bis-imiden ungesättigter
Carbonsäuren hitzebeständige Polyimidharze herstellen. Die daraus erhaltenen Formkörper sind aber wegen
ihres hohen Vernetzungsgrades spröde bzw. zerbrechlich. Man hat daher versucht, die Vernetzungsdichte durch Additionsreaktionen zwischen dem Bis-imid und einem Diamin (FR-PS
1 555 564) oder einem Gemisch aus Polyaminen und Monoaminen (US-PS 3 669 930) zu verringern. Diese Produkte haben nützliche
Anwendungen immer dann gefunden, wenn gute HaSbarkeit bei erhöhter Temperatur bzw. Verhalten bei hohen Temperaturen
notwendig war. In zahlreichen Fällen stellen jedoch die Schwierigkeiten beim Einsatz bzw. Verarbeiten dieser
/2
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1A-52 138
Harze ein Hindernis für ihre weitere Entwicklung dar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Polymerisate mit Imidgruppierungen bereitzustellen, die ohne Lösungsmittel
eingesetzt, * verarbeitet werden können, und die nach dem Aushärten Produkte mit verbesserten mechanischen Eigenschaften
liefern.
Erfindungsgemäß wurden neue Polymerisate mit Imidgruppierungen
aufgefunden, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie hergestellt werden durch Umsetzung von
a) einem Bis-imid der allgemeinen Formel
0 0
HC-C /C—CH
HC-C /C—CH
j IJ-A-M I (I)
in der A für einen 2-wertigen Rest steht, ausgewählt aus der
Gruppe Phenylengruppen und Gruppen der allgemeinen Formel
(II)
in der T für - CH0 - , - C(CHx), - , - 0 - oder - SO, - steht,
b) einem äthylenisch ungesättigten Monomeren,das einen solchen
Grad der Reaktionsfähigkeit aufweist, daß der Zahlenwert des Parameters Resonnanz Q zwischen 0,01 und 0,7 beträgt und der
Zahlenwert für den Parameter Polarität e =" 0 ist
Die Bis-maleinsäureimide der allgemeinen Formel I sind bekannt.
Sie können mit Hilfe der in der US-PS 3 018 290 und der GB-PS 1 137 592 beschriebenen Methoden hergestellt werden.
* durch einfaches Heißgießen
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Beispiele hierfür sind:
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N, N'-Metaphenyl en-M s-mal e ins äur eimid,
N,Nl-4,4l-Diphenyläther-bis-maleinsäureimid,
N,N *-4,4·-Diphenyl-2,2-propan-bis-maleinsäureimid,
N,N'-4,4·-Diphenylsulfon-bis-maleinsäureimid und
N,Nl-4,.4I-Diphenylmethan-bis-maleinsäureimid.
Bevorzugt wird die letztgenannte Verbindung.
Selbstverständlich auch kann ein Gemisch dieser Bis-raaleinsäureimide
eingesetzt werden.
Weiterhin kann mit einem Gemisch aus einem Bis-maleinsäureimid
der Formel I und einem Monoimid gearbeitet werden, wobei die Anzahl der Imidgruppen, die durch das Mono-imid bögesteuert
werden, bis zu 30 % der Gesamtzahl der Imidgruppen ausmachen kann, die durch das Gemisch zur Verfugung gestellt
werden.
Brauchbare Monomeren b, die die oben genannten Werte für die Parameter e und Q aufweisen, enthalten zumindest eine poly-•
merisierbare Gruppierung - CH = C=C^ ·
Die Parameter e und Q sind in der Literatur definiert. Verwiesen sei in diesenu-Zusammenhang auf "Encyclopedia of Polymer
Science and Technology", Bd. 4, Seiten 192 ff.
In der Praxis lassen sich die Werte e und Q für ein gegebenes Monomer berechnen, indem man eine partielle Copolymerisation
dieses Monomeren mit einem Bezugs-Monomerem, beispielsweise Styrol durchführt. Die Analyse des Reaktionsproduktes ermöglicht
die Bestimmung de Verhältnisse* der Reaktionsfähigkeit, die mit e und Q durch die Gleichung von Alfrey-Price in Beziehung
stehen
exp
* (Anteile)
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-*_- g 1A-52 118921513
Brauchbare Monomere gehören zu den Athern, Sulfiden, Estern, Kohlenwasserstoffen und substituierten Heterocyclen. Sie
können durch Halogenatome substituiert sein, vor allem durch Chlor und Fluor.
Beispiele für Äther und Sulfide sind Vinylderivate wie Divinyläther,
n-Butylvinyläther, Isobutylvinyläther, Äthylvinyläther,
Divinylsulfid, Äthylvinylsulfid und Methylvinylsulfid.
Zu den Estern gehören Vinylester, Allylester, 1-Chlorallylester,
Crotylester und Isopropenylester, die sich von aliphatischen
oder aromatischen Mono- oder Polycarbonsäuren wie Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, Capronsäure,
Oxalsäure, Malonsäure und Benzolsäure ableiten. Typische Beispiele für derartige Ester sind Vinylacetat, Vinylformiat,
Vinylchloracetat und -dichloracetat, Allylacetat, Chlorallylacetat,
Methallylacei2b, Isopropenylacetat, Vinylbenzoat, Äthylvinyloxalat
und Dimethylallyloxalat.
Weiterhin können äthylenisch, acetylenisch und cycloaliphatisch ungesättigte Kohlenwasserstoffe verwendet werden. Beispiele
hierfür sind Äthylen, Propylen, Isobutylen und die Oligobutene, Penten, Hexen, Inden und Stilben, sowie Vinylacetylen, Phenylacetylen,
Acenaphtylen, Norbornen, Vinylnorbornen, Vinylcyclohexen und Dicyclopentadiene
Zu den substituierten Heterocyclen gehören vor allem N-Vinylderivate
wie N-Vinylcarbazol, N-Vinylcaprolactam, N-Vinyl-2-oxazolidinon.
Die Monomeren b) können weiterhin funktioneile Gruppen aufweisen, beispielswase eine alkoholische oder phenolische OH-Gruppe,
eine aldehydische oder Keto- Carbonylgruppe oder eine Amidogruppe.
Beispiele für in dieser V/eise substituierte Monomere
sind N-Allylacrylamid, Benzalaceton und Allylalkohol.
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Selbstverständlich kann man auch Gemische aus mehreren der oben genannten Monomeren einsetzen.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polymerisate v/erden die Mengenverhältnisse der Reaktionspartner so gewählt, daß das
Verhältnis zwischen AnzaM/Emidgruppierungen des Maleinsäureimids
a)und Anzahl der Moleküle des ungesättigten Monomeren b) 0,3 bis 5 beträgt; die bevorzugten Mengen entsprechen einem
Verhältnis von 0,5 bis 3.
Die Reaktionstemperatur kann innerhalb weiter Grenzen schwanken, je nach Beschaffenheit und Mengenanteilen der Reaktionspartner; allgemein liegt sie im Bereich von 50 bis 250°C.
Die erfindungsgemäßen Polymerisate können durch Umsetzung in Masse hergestellt werden, indem zumindest bis zum Erhalt einer
homogenen Flüssigkeit das Gemisch aus ungesättigten Monomeren und Verbindung mit Imidgruppierungen erhitzt wird. Das
Gemisch der Reaktionspartner wird vorteilhafter Weise vor dem Erhitzen homogenisiert. Man kann auch zunächst eine der beiden
Komponenten schmelzen und sie dann mit der anderen Komponenten mischen. Allgemein ist es nicht notwendig 1600C zu
überschreiten, um eine flüssige, homogene Masse zu erhalten.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polymerisate kann man auch das Gemisch der Reaktionspartner in einem organischen
Verdünnungsmittel herstellen, wobei das organische Verdünnungsmittel in zumindest einem Teil des Temperaturintervalls flüssig
ist. Zu diesen Verdünnungsmitteln gehören vor allem Chlorbenzol, Dioxan, Aceton,N-Methylpyrrolidon, Dimethylformamid
und Dirnethylacetamid.
Die Lösungen oder Suspensionen der Polymerisate können für zahlreiche Verwendungszwecke als solche eingesetzt werden.
Man kann aber auch zunächst die Polymerisate isolieren, beispielsweise mittels Filtrieren, gegebenenfalls nach Ausfällen
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- S* - Λ,Υ 1Α-52. 138
' W 292Ί513
mit Hilfe eines mit dem verwendeten Lösungsmittel mischbaren organischen Verdünnungsmittel. In diesem Zusammenhang
sei erwähnt, daß man mit Vorteil einen Kohlenwasserstoff verwenden kann, dessen Siedepunkt 1200C nicht merklich
übersteigt. Meist brauchen jedoch die Verdünnungsmittel nicht zugesetzt zu werden, weil die Ausgangsgemische
beginnend bei mittleren Temperaturen ausreichend flüssig bzw. fließfähig sind.
Die Herstellung der Polymerisate kann in Gegenwart eines Inhibitors für freie Radikale vorgenommen werden, beispielsweise
einer der Verbindungen, die in "Encyclopedia of Polymas Sciences and Technology" Bd. 7, Seiten 644 bis 662 genannt
werden oder von Phenothiazin.
Die erhaltenen Polymerisate können gehärtete (vernetzte) Polymerisate
sein, die in den üblichen Lösungsmitteln unlöslich sind und die nicht merklich erweichen unterhalb der Temperatur,
bei der sie sich zu zersetzen bzw. zu verändern beginnen. Die Polymerisate können auch Prepolymerisate sein, die
in den polaren, organischen Lösungsmitteln löslich sind und die einen Erweichungspunkt unterhalb 2500C aufweisen. Diese
Prepolymerisate können in Masse oder Substanz erhalten werden, indem das Gemisch der Reaktionspartner erhitzt wird, bis
man ein homogenes oder pastenförmiges Produkt erhält, bei einer Temperatur allgemein im Bereich von 50 bis 1800C. Die Herstellung
der Prepolymerisate kann ebenfalls in Suspension oder in Lösung in einem Verdünnungsmittel erfolgen, das in zumindest
einem Teil des Intervalls von 50 bis 1800C flüssig ist; vorzugsweise wird dann in einem polaren, organischen Lösungsmittel
gearbeitet.
In einer zweiten Stufe können die Harze gehärtet werden durch Erhitzen bis zu Temperaturen im Bereich von 3000C, allgemein
im Bereich von 100 bis 2000C, gegebenenfalls nach Zugabe eines
Katalysators, z. B. eines Peroxids. Eine zusätzliche Formgebung kann während dem Aushärten vorgenommen werden, gegebenenfalls
im Vakuum oder unter Überdruck. Diese Arbeits-
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schritte oder Haßnahmen können auch nacheinander vorgenommen
werden.
Die Polymerisate nach der Erfindung können auch als Zusatz eine aromatische Verbindung mit 2 bis 4 Benzolkernen enthalten,
*die bei Atmosphärendruck bis zu 250°C nicht sublimiert
und deren Siedepunkt oberhalb 250°C liegt. Die Zugabe derartiger aromatischer Verbindungen ist vor allem interessant
im Falle der Prepolymerisate, weil sie allgemein dazu beitragen, deren Erweichungspunkt zu erniedrigen. Geeignete
aromatische Verbindungen sind in der FR-PS 2 046 025 beschrieben.
Die Polymerisate nach der Erfindung können auch durch Zugabe,
vor dem Härten, eines ungesättigten Polyesters modifiziert werden. Die brauchbaren ungesättigten Polyester sind
in der FR-PS 2 102 796 beschrieben.
Die erfindungsgemäß vorgesehenen Polymerisate sind vor dem
Härten fließfähige Harze von geringer Viskosität bei mäßiger Temperatur, die sich leicht handhaben und einsetzen lassen,
vor allem bei Formgebungsverfahren wie Gießen oder Imprägnieren (Tauchen). Man kann die Polymerisate auch nach Abkühlen
und Vermählen in Form von Pulvern verwenden, die besonders
gut geeignet sind für Preßformverfahren, gegebenenfalls kombiniert mit faserigen oder pulverigen Füllstoffen.
. Die Polymerisate eignen sich weiterhin zur Herstellung von Beschichtungen bzw. Überzügen, zum Verkleben,für
die Herstellung von Schichtstoffen auf der Basis von mineralischen,
pflanzlichen oder synthetischen Fasern, zur Herstellung von zelligen Stoffen nach Zugabe eines Porenbildners
bzw. Treibmittels und als Tränklacke und Emaillierlacke
ohne Lösungsmittel.
* bzw. umfassen _ '
■ /8
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Die Erfindung wird in den folgenden Beispielen näher erläutert.
In ein zylindrisches Reaktionsgefäß mit Rührwerk, das in einem thermostatisch bei 1400C gehaltenem Bad-stand, wurden die
benötigten Mengen an Bis-maleinsäureimid, ungesättigtem Monomerem
sowie jeweils 0,1 g Tetrachlor-para-benzochinon gegeben.
Das Gemisch wurde während 15 Hinuten gerührt und hatte dann das Aussehen einer klaren Lösung, die dann im Vakuum (200 mm Hg)
während 2 Hinuten entgast wurde. Darauf wurde die Lösung in eine rechteckige Form (127 x 75 x 4 mm) ausgegossen, die zuvor
auf 1500C erwärmt worden war. Das ganze wurde 4 Stunden auf
150°C und dann 24 Stunden auf 2000C erhitzt. Man erhielt homogene Formkörper von ausgezeichneter Beschaffenheit und Qualität.
In der nachfolgenden Tabelle 1 sind für die verschiedenen Arbeitsgänge
die Ausgangsprodukte und eingesetzten Mengen angegeben sowie die Viskosität der geschmolzenen Masse nach dem
intgasen und die Gelzeit.
In der Tabelle 2 sind die mechanischen Eigenschaften der erhaltenen
Formkörper aufgeführt. Die Biegefestigkeit und der Biegemodul wurden entsprechend ASTM D 790-63 bestimmt mit einem
Abstand zwischen den Auflagen von 25,4 mm.
Es wurde wie in den Beispielen 1 bis 6 gearbeitet mit folgender Rezeptur: 56 g N,N',4,4'-Diphenylmethan-bis-maleinsäureimid
und 44 g 4-Phenyl-3-buten-2-on (Benzalaceton). Der fertiggestellte
Formkörper wies eine Biegefestigkeit von 5,49 daN/mm bei 25°C und einen Biegemodul von 195,22 daN/mm2 auf (5,6 kg/mm ,
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199 kg/mm2).
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Bei gleicher Arbeitsweise jedoch mit 72 g des gleichen Bisimids
und 28 g des gleichen Monomeren erhielt man einen
Formkörper mit einer Biegefestigkeit von 6,77 daN/mm und
einem Biegemodul von 240,34 daN/nim (6,9 kg/mm bzw. 245
kg/mm ).
Es wurde wie in den vorangegangenen Beispielen gearbeitet
unter Einsatz von 74 g N,N1,4,4-Diphenylmethan-bis-malein-
säureimid und 26 g Dicyclopentadien.
Die Temperatur der Homogenisierung zu Beginn wurde auf 150°(
eingestellt.
Nach 22-stUndigem weiteren Erhitzen auf 150°C erhielt man e.
nen homogenen und durchscheinenden Formkörper.
Es wurde wie in Beispiel 1 gearbeitet unter Einsatz von 80 g N,N', 4,4'-Diphenylmethan-bis-maleinsäureimid und 20 g Vinylcarbazol.
Nach weiterem Erhitzen auf 2000C während 24 Stunden erhielt
2 man einen Formkörper mit Biegefestigkeit 8,53 daN/mm Dei
25°C und von 2,84 daN/mm2 bei 2000C (8,7 kg/mm2 bzw. 2,9 kg/mm2),
/10 7249
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T A B B L L E
Beispiel | Bis-imid | DPBM* | 76,4 | Monomer | Inden | 23,6 | 29 | Viskosität (Ρε | 0,32 | ι s)** | Gelbildungszeit (min) | 6 |
Art Menge | DPBM | 62 | Art Menge | Inden | 38 | 800C 1100C | 1300C | 1300C 15O0C | 5,5 | |||
g | DPBM | 57,5 | g | Vinyl- | 42,5 | 2,8 | 5,8 | |||||
1 | capro- | 0,05 | >25 | |||||||||
2 | lactan | 0,5 | 0,03 | 13,5 | ||||||||
3 | DPBM | 73 | Vinyl- | 27 | 2,6 | 0,05 | 10,5 | 6 | ||||
capro- | ||||||||||||
lactan | ||||||||||||
4 | DP3M | 55,3 | Acenauhty- | 0,35 | 7,5 | |||||||
len |44,7 | 6 | |||||||||||
DPBM | 77 | Acenaphty- | ||||||||||
VJI | len | 12 | ||||||||||
>25 | ||||||||||||
6 | ||||||||||||
>25 |
DPBM = N,N1,4,4'-Diphenylmethan-Ms-maleinsäureiinid ** 1 Pa s = 10P
ro VD
O CD 00 4>-CO
*>^ O
1 .2 3 4
5 6
Biegefestigkeit dalT/nun (kg/mm )
250C
2000C
9,71 9,81
13,15 15,4 8,34 9,16
( 9,9 )
(10 )
(13,4 )
(16 )
( 8,5 )
( 9/8 )
5,78 5,98 1,27
(5,9) (6,1) (1,3)
Biegemodul dall/mm2 (kg/mm2)
25°C
2000C
301,17 260,95 199,14 236,42 186,39 252,12
(307) (266)
(203) (241) (190) (257)
170,69 (174)
163,83 (167)
88,29 ( 90)
Claims (12)
1. Polymerisate mit Imidgruppierungen, dadurch gekennzeichnet , daß sie erhalten worden sind durch Umsetzen
von
a) einem Bis-maleinsäureimid der allgemeinen Formel
a) einem Bis-maleinsäureimid der allgemeinen Formel
(D
in der A einen 2-wertigen Rest aus der Gruppe Phenylengruppen
und Gruppen der allgemeinen Formel
(II)
in der T für - CH2 -, - C(CHj)2 -, - 0 - oder - SO2 - steht,
bedeutet s mit
b) einem äthylenisch ungesättigten Monomeren, das einen solchen Grad der Reaktionsfähigkeit aufweist, daß der Zahlenwert des
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Parameters der Resxnanz Q Ο,Ο'Ι bis 0,7 beträgt und der Zahlenwert des Parameters der Polarität e = 0 ist.
2. Polymerisate nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Monomere b)ausgewählt wurde aus den
Vinyl- oder Allylderivaten von Äthern, Sulfiden und Estern von aliphatischen oder aromatischen Mono- oder Polycarbonsäuren
sowie von substituierten Heterocyclen.
3. Polymerisate nach Anspruch 1, dadurch g e .k e η η zeichnet
, daß das Monomere b)ausgewählt wurde aus der Gruppe der äthylenischen, acetylenischen und ungesättigten
cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffen.
4. Polymerisate nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Monomer b)N-Vinylcarbazol verwendet
wurde.
5. Polymerisate nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Monomer b) N-Vinylcaprolactam verwendet
wurde.
6. Polymerisate nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Monomer b)ausgewählt wurde aus der
Gruppe Inden, Acenaphtylen und Dicyclopentadien.
7. Polymerisate nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen Anzahl
Imidgruppen des Bis-maleinsäureimid a)und der Anzahl Mole
des Monomeren b)0,3 bis 5, vorzugsweise 0,5 bis 3 beträgt.
8. Polymerisate nach einem der Ansprüche 1 bis 7> dadurch gekennzeichnet , daß sie durch Zugabe vor dem
Härten einer aromatischen Verbindung mit 2 bis 4 Benzolkernen die bei Atmosphärendruck bis zu 2500C nicht sublimiert und
deren Siedepunkt oberhalb 250°C liegt, modifiziert sind.
/3 909849/0740
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9. Polymerisate nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß sie durch Zugabe vor dem
Härten eines ungesättigten Polyesters modifiziert sind.
10. Verfahren zur Herstellung der Polymerisate nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet ,
daß man das Gemisch der Reaktionspartner auf eine Temperatur von 50 bis 2500C erhitzt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man zunächst das Gemisch der Reaktionspartner auf 50 bis 180°C erhitzt und dann das in dieser ersten
Stufe erhaltene Prepolymerssat durch Erhitzen auf eine Temperatur
im Bereich von 150 bis 2500C härtet.
12. Verwendung der Polymerisate nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Herstellung von Formkörpern, Überzügen, Schichtstoffen
und Erzeugnissen mit zelliger Struktur.
909849/0740
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---|---|---|---|
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DE2921513C2 DE2921513C2 (de) | 1986-04-24 |
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---|---|---|---|
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