DE3022106A1 - Verfahren zur herstellung von difluorjodacetylfluorid - Google Patents
Verfahren zur herstellung von difluorjodacetylfluoridInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
von Difluorjodacetylfluorid, bei dem dieses in hoher Reinheit und mit hoher Ausbeute erhalten wird.
Difluorjodacetylfluorid (JCF2COF) stellt ein brauchbares
Zwischenprodukt für verschiedene fluorierte Verbindungen oder für eine Verbindung mit speziellen Eigenschaften dar.
So kann z.B. Difluorjodacetylfluorid in <*>
-Jodperfluorkohlenstoff-vinylather
umgewandelt werden, welcher als Quelle für wärmehärtbare, fluorierte Harze dient, und
zwar durch Umsetzung mit Hexafluorpropylenoxid und thermische Zersetzung des Produktes. Difluorjodacetylfluorid
kann mittels einer unter Jodabspaltung verlaufenden Kopplungsreaktion
in Perfluorsuccinylfluorid umgewandelt werden. Das resultierende Perfluorsuccinylfluorid kann durch
Umsetzung mit einem nucleophilen Reagens in Perfluordicarbonsäure-Derivate
überführt werden, welche brauchbare Quellen für fluorierte Polykondensate, wie Polyamide und
Polyester, mit ausgezeichneter Wärmebeständigkeit und chemischer Stabilität darstellen. Difluorjodacetylfluorid
kann auch als Quelle für Oxalylfluorid verwendet werden. Dieses ist als Zwischenprodukt für verschiedene fluorierte
Verbindungen brauchbar.
Es ist bekannt, Difluorjodacetylfluorid durch Umsetzung
von wasserfreiem Lithiumchlorid mit Tetrafluoräthylenoxid in Essigsäureanhydrid herzustellen (US-PS 3 311 658). Bei
diesem bekannten Verfahren ist es unerläßlich, Tetrafluoräthylenoxid einzusetzen, welches unter den Gesichtspunkten
von Explosionsgefahr und geringer Ausbeute nicht einfach hergestellt werden kann. Außerdem beträgt die Ausbeute
an Difluorjodacetylfluorid lediglich weniger als 4096,
bezogen auf Tetrafluoräthylenoxid. Dieses Verfahren ist daher als industrielles Verfahren nicht befriedigend.
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Andererseits wurde von den Erfindern eine Reihe von Reaktionen von a,<V -Dijodpolyfluoralkan mit einer oxidierenden
Säure untersucht. Dabei wurde gefunden, daß man hauptsächlich fluorierte Disäurefluoride erhält, falls a,GJ-Dijodpolyfluoralkane
mit 6 oder mehr Kohlenstoffatomen eingesetzt werden. Falls oc,6ü-Dijodpolyfluoralkane mit 3 bis
5 Kohlenstoffatomen verwendet werden, erhält man cyclische Verbindungen, wie fluorierte Lactone und fluorierte
cyclische Äther. Wenn α,α) -Dijodalkane mit 3 bis 5 Kohlenstoffatomen
mit rauchender Schwefelsäure umgesetzt werden, erhöht sich das Produktverhältnis des fluorierten cyclischen
Äthers in Abhängigkeit von einer Konzentration^steigerung
an Schwefeltrioxid, wohingegen das Produktverhältnis
des fluorierten Lactons sich in Abhängigkeit von der Zunahme der Konzentration an Schwefeltrioxid erniedrigt
(US-PS 4 116 977 und JA-OS 111011/1978).
Die vorliegende Erfindung beruht auf den folgenden, neuen, überraschenden Befunden, die bei dieser Untersuchungsreihe erhalten wurden.
Es ist also Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Difluorjodacetylfluorid
in hoher Ausbeute herzustellen, ohne daß dabei irgendein gefährlicher Reaktionsschritt durchgeführt
wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man Difluorjodacetylfluorid herstellt, indem
man
(a) durch Umsetzung von 1,2-Dijodtetrafluoräthan
mit einer ein S(VI)-Atom aufweisenden,oxidierenden Säure in einem ersten Reaktionsschritt ein Zwischenprodukt herstellt,
das eine JCF2CF20S02-Gruppe aufweist, und
(b) in einem weiteren Reaktionsschritt das Zwischenprodukt
zu dem Produkt zersetzt.
Das Zwischenprodukt kann aus einer Verbindung oder aus mehreren Verbindungen bestehen, die jeweils eine JCFpaufweisen.
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Die Umsetzung von 1,2-Dijodtetrafluoräthan mit einer ein
S(VI)-Atom aufweisenden, oxidierenden Säure unterscheidet sich bemerkenswert von der Oxidation von α,^-Dijodalkanen
mit 3 oder mehr Kohlenstoffatomen. Das stabile Zwischenprodukt mit einer JCF2CF20S02-Gruppe, welches ein teilweise
oxidiertes Produkt darstellt, wird mit hoher Ausbeute erhalten. Durch Zersetzung des Zwischenproduktes entsteht
Difluorjodacetylfluorid in hoher Ausbeute.
Bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist es wesentlich, 1,2-Dijodtetrafluoräthan als Reagens und eine
ein S(VI)-Atom aufweisende, oxidierende Säure als Oxidationsmittel
einzusetzen. Bei Verwendung dieser Kombination kann das eine JCF2CF2OSO2-GrUpPe aufweisende Zwischenprodukt,
welches in Difluorjodacetylfluorid überführt wird, mit hoher Ausbeute erhalten werden. Folglich
kann Difluorjodacetylfluorid in hoher Ausbeute aus 1,2-Dijodtetrafluoräthan
hergestellt werden.
Oxidierende Säuren, die ein S(Vl)-Atom aufweisen, können
Schwefeltrioxid, rauchende Schwefelsäure und Halogensulfonsäuren, wie z.B. Fluorsulfonsäure und Chlorsulfonsäure,
sein. Im Hinblick auf eine leichte Abtrennung des Zwischenproduktes und auf die Reaktivität wird vorzugsweise
Schwefeltrioxid verwendet.
Das Verhältnis von oxidierender Säure zu 1,2-Dijodtetrafluoräthan
ist nicht kritisch. .Es hängt von der Art der oxidierenden Säure und der jeweiligen Reaktionsbedingung
ab. So wurde beispielsweise festgestellt, daß bei Verwendung von Schwefeltrioxid als oxidierender Säure das teilweise
oxidierte Zwischenprodukt selbst dann .mit hoher Ausbeute erhalten wird, wenn das Molverhältnis von Schwefeltrioxid
zu 1,2-Dijodtetrafluoräthan 2 oder mehr beträgt.
Vorzugsweise wird ein Molverhältnis von Schwefel-
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trioxid zu 1,2-Dijodtetrafluoräthan von 0,2 bis 5 gewählt,
und zwar im Hinblick auf die Effizienz des Reaktors und eine einfache Nachbehandlung. Falls rauchende Schwefelsäure
oder Fluorsulfonsäure als oxidierende Säure eingesetzt
wird, liegt das Verhältnis von oxidierender Säure zu 1,2-Dijodtetrafluoräthan gewöhnlich in einem Bereich
von 0,3 Ms 3.
Die Bedingungen für die Oxidation werden in Abhängigkeit von der Art der oxidierenden Säure ausgewählt. Falls beispielsweise
Schwefeltrioxid als oxidierende Säure verwendet wird, wird es bevorzugt, eine Temperatur im Bereich
von -10 bis +1200C zu wählen. Falls die Temperatur zu
niedrig ist, ist die Reaktionsgeschwindigkeit bemerkenswert gering. Falls die Temperatur hingegen zu hoch ist,
ist die Selektivität zu dem teilweise oxidierten Zwischenprodukt gering. Beides ist unvorteilhaft. Falls rauchende
Schwefelsäure oder Fluorsulfonsäure als oxidierende Säure eingesetzt wird, wird es bevorzugt, eine Temperatur im
Bereich von 30 bis 150°C zu wählen.
Die Struktur des Zwischenproduktes, das eine JCF2CF2OSO2-Gruppe
aufweist, hängt von der Art des Oxidationsmittels ab. Falls rauchende Schwefelsäure oder Fluorsulfonsäure
als oxidierende Säure verwendet wird, wird das Zwischenprodukt in Form von JCF2CF2OSO2F [Perfluor-(2-jodäthanfluorsulfat)]
erhalten. Falls Chlorsulfonsäure als oxidierende Säure eingesetzt wird, wird das Zwischenprodukt
in Form von JCF2CF2OSO2Cl erhalten. Falls Schwefeltrioxid
verwendet wird, kann das Zwischenprodukt in Form einer Mischung isoliert werden. Aufgrund von NMR-Untersuchungen
wurde festgestellt, daß die im letzteren Fall erhaltene
Mischung wenigstens vier Arten von Zwischenprodukten umfaßt. Die Zwischenprodukte wie auch die Mischung können
bei der Reaktionsstufe der Zersetzung eingesetzt werden
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land werden dabei unter Bildung des angestrebten Produktes, Difluorjodacetylfluorid, zersetzt. Bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren kann die Zersetzung des Zwischenproduktes durchgeführt werden» indem man dieses lediglich erhitzt.
Beispielsweise kann Difluorjodacetylfluorid mit einer Ausbeute von 40 bis 50% durch einfaches Erhitzen des Zwischenproduktes
auf 150 bis 2000C erhalten werden. Die Ausbeute kann durch Verwendung eines Beschleunigers für die Zersetzung
erhöht werden. Es können verschiedene Beschleuniger eingesetzt werden. Geeignete Beschleuniger umfassen
Alkalimetallhalogenide, Ammoniumhalogenide und quaternäre Ammoniumhalogenide, Silberfluorid und Alkalimetallperfluoralkoxide.
Im Hinblick auf die erforderliche Menge, die Aktivität und die Verfügbarkeit werden vorzugsweise
Alkalimetallhalogenide, wie Kaliumfluorid, eingesetzt.
Die Zersetzungsreaktion wird vorzugsweise in einem aprotischen,
polaren Lösungsmittel durchgeführt, und zwar im Hinblick auf die Aktivitätszunähme des Beschleunigers und
im Hinblick auf die Erhöhung der Ausbeute an Difluorjodacetylfluorid.
Geeignete Lösungsmittel umfassen Sulfolan, Diglyme, Tetraglyme, Dioxan, 1,2-Dimethoxyäthan und Tetrahydrofuran.
Das Verhältnis von Lösungsmittel zu Zwischenprodukt liegt in einem Bereich von 1 bis 20 (nach Gewicht).
Difluorjodacetylfluorid wird zu Difluorjodessigsäure
(JCF2COOH) hydrolysiert. Im Hinblick auf eine hohe Ausbeute
ist es bevorzugt, die Zersetzungsreaktion unter im wesentlichen wasserfreien Bedingungen durchzuführen.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird 1,2-Dijodtetrafluoräthan,
welches durch stöchiometrische Umsetzung von Jod mit Tetrafluoräthylen hergestellt wurde, in das
Zwischenprodukt überführt, indem man es mit einer oxidierenden Säure umsetzt. Das Zwischenprodukt wird zersetzt.
Dabei kann DifluorjodacetyIfluorid, das als Zwischen-
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produkt für verschiedene fluorierte Verbindungen brauchbar
ist, mit bemerkenswert hoher Ausbeute erhöLten werden.
Das ist insbesondere bei einem industriellen Verfahren vorteilhaft.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen und Vergleichsbeispielen näher erläutert.
In einen Vierhalskolben, der mit einem Thermometer, einem Tropftrichter, einem Rührer und einem Rückflußkühler ausgerüstet
ist, wobei das obere Ende des Rückflußkühlers mit einer auf Trocken eistemperatur gehaltenen Kühlfalle
verbunden ist, gibt man 307 g 1,2-Dijodtetrafluoräthan.
Während 4 h werden durch den Tropftrichter unter Stickstoff atmosphäre und heftigem Rühren bei einer Reaktionstemperatur von 5
weise zugegeben.
weise zugegeben.
temperatur von 5 bis 200C 155 g Schwefeltrioxid tropfen-
Nach der Umsetzung wird am Boden eine Ausfällung von Jod
beobachtet, und es werden 26 g Schwefeldioxid in der Kühlfalle aufgefangen. Der Jodniederschlag wird durch Filtration
der Reaktionsmischung abgetrennt, und man erhält 288 g Filtrat. Gemäß einer gaschromatographischen Analyse
19
und einer ^F-NMR-Analyse wird eine Umwandlung des 1,2-Dijodtetrafluoräthans von 9496 und eine Selektivität zu dem Zwischenprodukt mit einer JCF2CF20S02-Gruppe von 88# sowie eine Selektivität zu dem Nebenprodukt mit einer 0CF2CF2O-Gruppe (beide C-J-Bindungen sind oxidiert) von 12% gefunden.
und einer ^F-NMR-Analyse wird eine Umwandlung des 1,2-Dijodtetrafluoräthans von 9496 und eine Selektivität zu dem Zwischenprodukt mit einer JCF2CF20S02-Gruppe von 88# sowie eine Selektivität zu dem Nebenprodukt mit einer 0CF2CF2O-Gruppe (beide C-J-Bindungen sind oxidiert) von 12% gefunden.
Die chemischen Verschiebungen der F-Atome in den Difluormethylengruppen
des Zwischenproduktes mit einer JCF2CF2O-S02-Gruppe
oder dem Nebenprodukt mit einer OCF2CF2O-
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Gruppe im F-NMR-Spektrum (bezogen auf Trichlorfluor methan) und die Kopplungen sind wie folgt.
(a)()
JCF2CF2OSO2- (a) -65,3 TpM; Triplett
JCF2CF2OSO2- (a) -65,3 TpM; Triplett
(b) -83,8^ -85,2 TpMj Triplett (vier
(c) Arten)
-OCF2CF2O- (c) -85,6 TpM; Singlett.
Ein Vierhalskolben, der mit einem Thermometer, einem Tropftrichter,
einem Rührer und einem Rückflußkühler ausgerüstet ist, wobei der Rückflußkühler mit einer bei Trockeneistemperatur
gehaltenen Kühlfalle und mit einer bei flüssiger Stickstofftemperatur gehaltenen Kühlfalle verbunden
ist, wird mit 80 ml SuIfοlan, das mit Molekularsieb
getrocknet wurde, und 8,0 g Kaliumfluorid, das 4 h bei 450°C getrocknet wurde, beschickt. Es wird heftig
gerührt und 29,5 g des in dem ersten Reaktionsschritt erhaltenen Filtrats werden tropfenweise durch den Tropftrichter
bei einer Reaktionstemperatur von 30 bis 360C zugegeben.
Nach der Zugabe wird das Rühren eine weitere Stunde fortgeführt und die Reaktionsmischung wird auf 460C erhitzt.
Die Produkte werden unter vermindertem Druck in den beiden Kühlfallen aufgefangen. Die Gesamtmenge der aufgefangenen
Produkte beträgt 22,8 g. Die Gesamtmenge enthält 16,0 g Difluorjodacetylfluorid (Ausbeute = 80%, bezogen
auf 1,2-Dijodtetrafluoräthan) und 0,4 g Oxalylfluorid.
Das Verfahren von Beispiel 1 wird wiederholt. Dabei werden jedoch 29,8 des Filtrats tropfenweise zugesetzt und es
wird Diglyme als aprotisches Lösungsmittel bei der Zersetzungsreaktion verwendet. Die Reaktionstemperatur beträgt
25 bis 400C. Es werden 12,9 g Difluorjodacetyl-
030062/0712
30221
- ίο -
fluorid (Ausbeute = 64%, bezogen auf 1,2-Dijodtetrafluoräthan)
und 0,4 g Oxalylfluorid als ein Nebenprodukt erhalten.
Das Verfahren gemäß Beispiel 1 wird wiederholt. Es werden jedoch bei der Oxidationsreaktion 400 g 1,2-Dijodtetrafluoräthan
und 137,4 g Schwefeltrioxid eingesetzt. Die Umwandlung von 1,2-Dioodtetrafluoräthan beträgt 64%, die
Selektivität zu dem Zwischenprodukt mit einer JCF2CF2OSO2-Gruppe
beträgt 92,3% und die Selektivität zu einer Verbindung
mit einer -OCF2CF2O-Gruppe beträgt 7,7%. Die Reaktionsmischung
wird zur Abtrennung von Jod filtriert, und das Filtrat wird gemäß dem Verfahren von Beispiel 1
zersetzt. Dabei erhält man Difluorjodacetylfluorid in einer Ausbeute von 55%, bezogen auf 1,2-Dijodtetrafluoräthan.
In einen 300 ml Glaskolben, der mit einem Thermometer, einem Rührer und einem Auslaßrohr ausgerüstet ist, welches
mit einer auf Trockeneistemperatur gehaltenen Kühlfalle verbunden ist, gibt man 152 g 1,2-Dijodtetrafluoräthan
und 151 g 25%ige rauchende Schwefelsäure und erhitzt 30 min unter Rühren auf einem Ölbad auf 90°C. Dann wird
die Reaktionstemperatur während 1 h auf 14O°C erhöht. Dabei werden 107 g des Produktes in der Kühlfalle aufgefangen.
Gemäß einer gasChromatograph!sehen Analyse und
19
einer ^F-NMR-Analyse enthält die aufgefangene Mischung 81,1 g Perfluor-(2-jodäthanfluorsulfat), 6,3 g Difluorjodacetylfluorid, 16,3 g 1,2-Dijodtetrafluoräthan und eine geringe Menge Oxalylfluorid.
einer ^F-NMR-Analyse enthält die aufgefangene Mischung 81,1 g Perfluor-(2-jodäthanfluorsulfat), 6,3 g Difluorjodacetylfluorid, 16,3 g 1,2-Dijodtetrafluoräthan und eine geringe Menge Oxalylfluorid.
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30221
Die aufgefangene Mischung wird über eine mit Helipack bepackte
Säule destilliert, um Perfluor-(2-jodäthsnfluorsulfat)
mit einer Reinheit von mehr als 99# zu isolieren»
Die chemischen Verschiebungen der F-Atome des Fluorsulfats
im °F-NMR-Spektrum (bezogen auf Trichlorfluormethan) und
die Kopplungen sind wie folgt.
(c)
JCF2CF2OSO2F | Kopplung | |
Chemische Verschiebung | Triplett | |
(a) | -65,5 TpM | verdoppelt, Triplett |
(h) | -85,3 " | Triplett |
(c) | +45,9 " | |
1^5 Die chemischen Verschiebungen der C-Atome im ^C-NMR-Spektrum
(bezogen auf Tetramethylsilan) sind wie folgt.
JCF2CF2OSO2F
Chemische Verschiebung
(d) 88,5 TpM
(e) 116,4 "
Das IR-Spektrum zeigt die charakteristische Absorptionsbande von v? SO2 in der S02F-Gruppe bei 1490 cm"1.
In dem Reaktor, der bei Beispiel 1 in der zweiten Reaktionsstufe verwendet wurde, werden 100 ml durch Molekularsieb
getrocknetes Sulfolan und 4,0 g getrocknetes Kaliumfluorid vorgelegt und heftig gerührt. 25,0 g des
isolierten Fluorsulfats werden über den Tropftrichter während 30 min bei einer Reaktionstemperatur von 30 bis
40°C tropfenweise zugegeben. Nach der Zugabe wird das
Rühren weitere 5 h fortgeführt, und das Produkt wird unter
vermindertem Druck aufgefangen. Das aufgefangene Produkt enthält 14,6 g Difluorjodacetylfluorid.
030062/0712 ORIGINAL INSPECTtO
30221
Beispiel 5
In einen 500 ml Autoklaven aus Hastelloy, der mit einem
Thermometer, einem Tropftrichter und einem Rührer ausgerüstet
ist, gibt man 177 g 1,2-Dijodtetrafluoräthan und
rührt bei 700C. Über den Tropftrichter werden während
1 h 75 g Fluorsulfonsäure tropfenweise zugesetzt. Nach
der Zugabe wird das Rühren weitere 2 h fortgeführt und das Produkt unter vermindertem Druck aufgefangen. Das
aufgefangene Produkt enthält 99,0 g Perfluor-(2-jodäthanfluorsulfat)
und 33»6 g nichtumgesetztes 1,2-Dijodtetrafluoräthan.
Das Fluorsulfat wird aus dem aufgefangenen Produkt gemäß dem Verfahren von Beispiel 4 isoliert.
Das isolierte Fluorsulfat wird gemäß dem Verfahren von Beispiel 4 zersetzt. Dabei erhält man Difluorjodacetylfluorid
in einer Ausbeute von 85% (bezogen auf das
Fluorsulfat).
030062/0712
Claims (11)
1A-3268
A-237
A-237
ASAHI GLASS COMPANY, LTD. Tokyo, Japan
Verfahren zur Herstellung von Difluorjodacetylfluorid
Patentansprüche
Verfahren zur Herstellung von Difluorjodacetylfluorid,
gekennzeichnet durch einen Reaktionsschritt der Herstellung eines Zwischenproduktes mit einer JCFpCFoO-SC>2-Gruppe
durch Umsetzung von 1,2-Dijodtetrafluoräthan
mit einer ein S(VI)-Atom aufweisenden, oxidierenden Säure; und einen Reaktionsschritt der Zersetzung des
Zwischenproduktes unter Bildung des Produktes.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man die oxidierende Säure aus der Gruppe Schwefeltrioxid, rauchende Schwefelsäure und Halogensulfonsäure auswählt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Schwefeltrioxid in einem Molverhältnis von 0,2 bis
5, bezogen auf 1,2-Dijodtetrafluoräthan, einsetzt.
030062/0712
INSPECT!©
INSPECT!©
22106
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung von Schwefeltrioxid mit 1,2-Dijodtetrafluoräthan
bei -10 bis +12O°C durchführt.
5· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Zersetzung des Zwischenproduktes in Gegenwart eines Beschleunigers für die Zersetzung durchführt.
6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß man ein Alkalimetallhalogenid als Beschleuniger einsetzt.
7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Zersetzung des Zwischenproduktes in einem aprotischen, polaren Lösungsmittel durchführt.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Zersetzung des Zwischenproduktes unter im wesentlichen
wasserfreien Bedingungen durchführt.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Zersetzung des Zwischenproduktes bei 0 bis
1000C durchführt.
10. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man den Beschleuniger in einem Molverhältnis von 0,1
bis 10, bezogen auf das Zwischenprodukt, zusetzt.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß es sich bei dem Zwischenprodukt um eine Mischung von zwei oder mehr Verbindungen mit einer JCFpCFpOSOp-Gruppe
handelt, die in Difluorjodacetylfluorid umwandelbar sind.
030062/0712
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FR (1) | FR2458532A1 (de) |
GB (1) | GB2052501B (de) |
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- 1980-06-09 FR FR8012788A patent/FR2458532A1/fr active Granted
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FR2458532B1 (de) | 1983-12-30 |
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US4318867A (en) | 1982-03-09 |
IT8022658A0 (it) | 1980-06-09 |
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