DE3110277A1 - Thermoplastisches, alkoholloesliches poly-(amidester)-harz - Google Patents

Thermoplastisches, alkoholloesliches poly-(amidester)-harz

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DE3110277A1 DE19813110277 DE3110277A DE3110277A1 DE 3110277 A1 DE3110277 A1 DE 3110277A1 DE 19813110277 DE19813110277 DE 19813110277 DE 3110277 A DE3110277 A DE 3110277A DE 3110277 A1 DE3110277 A1 DE 3110277A1
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Description

TlEDTKE - BüHLING " KiNNE Grupe - Pellmann
anwalte unü
Patentanwälte Vertreter beim EPA Dipl.-Ing. KTiedtke Dipl.-Chem. G. Bühling Dipl.-Ing. R. Kinne Dipl.-Ing. R Grupe Dipl.-Ing. B. Pellmann
Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2
Tel.: 089-539653 Telex: 5-24845 tipat
cable: Germaniapatent München
17. März 1981
DE 1066 / case Suri-138
Sun Chemical Corporation
New York, USA
Thermoplastisches, alkohollösliches Poly-(amidester)-Harz
Die Erfindung betrifft thermoplastische, alkohollösliche Poly-(amidester)-Harze, insbesondere Poly-(amidester)-Harze mit daranhängenden Hydroxylgruppen, die sich besonders für die Verwendung als Bindemittel für Druckfarben und Beschichtungsmassen eignen.
Die Herstellung von Polyamidharzen aus Epoxidharzen, zweibasigen Säuren und Polyaminen ist bekannt. Aus der
US-PS 3 308 076 sind harzartige Polyamide bekannt, die durch . folgende Stufen hergestellt werden:
(1) Veresterung eines Epoxidharzes mit einer zweibasigen Säure unter Bildung eines Epoxidesters mit CarboxyI-
Endgruppen und dann
(2) Umsetzung des Expoxidesters mit einem Polyamin unter Bildung eines Polyamids mit Amin-Endgruppen. Solche Produkte eignen sich als Klebstoffe für das Laminieren von Folien von Mylar und Polyäthylen, was aus der US-PS
Xl/rs
DE 1066
3 207 65 3 bekannt ist.
Gegenstand der Erfindung ist das im Patentanspruch 1 gekennzeichnete thermoplastische, alkohollösliche c Poly-(amidester)-Harz.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Poly-(amidester) -Harzes wird eine dimerisierte Fettsäure in Gegenwart eines Kettenabbrechers mit einem Polyamin umgesetzt,
IQ wobei ein Polyamidharz mit daranhängenden Carboxylgruppen gebildet wird (Stufe 1). Die Carboxylgruppen werden dann in Gegenwart eines Katalysators mit einem Epoxidharz umgesetzt, und zwar über dessen endständige Epoxidgruppen. Bei der Öffnung der Epoxidringe werden sekundäre Hydroxylgruppen gebildet (Stufe 2). Die allgemeinen Umsetzungen laufen folgendermaßen ab:
Stufe 1
HOOC-D-COOH + H7N-R-NH-
HO(OC-D-COnH-R-NH-CO-D-CO) OH
'IL
Stufe 2
HO(OC-D-CONII-R-NH-CO-D-CO) OH + H^-CH-QL-O-R^O-CH -CH-CH
V 2W
0-C-D-C-NH-R-NH-C-D-C-O-CH2-CH-CH2-O 0-C-D-C-NH-R-NII-C-D-C-O-CH2-CH-CH2-O-111'
00 6o on
DE 1066
worin D ein alkylsubstituierter Cyclohexenylring, R eine aliphatische Kette, ein aromatischer Kern, ein alkylsubstituierter Cyclohexylring oder eine Oxypropylen-Struktureinheit, R eine Bisphenol A-Komponente,
t- eine Novolak-Struktur oder eine Glykol-Struktureinheit und η eine ganze Zahl von etwa 2 bis 20 ist.
Die dimerisierten Fettsäuren haben die allgemeine Formel
HOOC-D-COOH,
worin D ein alkylsubstituierter Cyclohexenylring ist. Sie können im Handel von verschiedenen Herstellern bezogen werden und haben annähernd die folgende Zusammensetzung:
monomere Säuren Spur bis 15 Gew.-% dimere Säuren 6 0 bis 98 Gew.-% trimere Säuren Spur bis 25 Gew.-%
Beispiele für typische dimerisierte Fettsäuren sind:
Säuren (Gew^-%)
monomere dimere t rimer e
Crodym (Crosby Chemicals)
T-18 3 79 18 Empol (Emery Industries)
1014 1
1018 Spur
Unidyme 18 (Union Camp) . 3
95 4
83 17
79 18
DE 1066
Die dimerisierte Fettsäure wird im allgemeinen in einer Menge zwischen etwa 40 und 88 Gew.-% und vorzugsweise in einer Menge zwischen etwa 70 und 75 Gew.-%, auf das Gesamtgewicht der eingesetzten Reaktionsteilnehmer
ς bezogen, verwendet-
Die Polyamin-Komponente hat die allgemeine Formel
H2N-R-NH2,
worin R eine aliphatische Kette, einen aromatischen Kern, einen alkylsubstituierten Cyclohexylring oder eine Oxypropylen-Struktureinheit bedeutet. Typische Beispiele für die Polyamin-Komponente sind Äthylendiamin, Propylendir amin, Hexamethylendiamin, Isophorondiamin und Polyglykoldiamin. Zusätzlich zu dem Diamin kann in Abhängigkeit von der Funktionalität der Säure-Komponente eine kleine Menge eines Triamins wie Diäthylentriamin oder eines Polyamine wie Triäthylenteträmin oder Tetraäthylenpentamin eingesetzt werden. Die Polyamin-Komponente wird in einer Menge zwischen etwa 5 und 10 Gew.-% und vorzugsweise in einer Menge zwischen etwa 6 und 9 Gew.-%, auf das Gesamtgewicht der eingesetzten Reaktionsteilnehmer bezogen, verwendet.
Die Epoxidharz-Komponente hat die allgemeine Formel
IUC- CH- CII9-O-R1- 0-CII9-CII- CII9 2 \ / 2 2 χ / 2 r
0 0
1
worin R eine Bisphenol A-Komponente, eine Novolak-Struktur oder eine Glykol-Struktureinheit ist. Die Epoxidharz-Komponente kann ein Bisphenol A-Epichlorhydrin-Harz wie ein Epon von Shell, z. B. Epon 812 (Epoxidäquivalent: 150 bis 170), Epon 828 (Epoxidäquivalent: 180 bis 195),
DE 106 6
■j Epon 1001 (Epoxidäquivalent: 425 bis 550) und Epon 1004 (Epoxidäquivalent: 875 bis 1025), DER 331 (Dow; Epoxidäquivalent: 182 bis 190) und DER 383 (Dow; Epoxidäquivalent: 178 bis 186); ein Epoxidharz vom Novolak-Typ wie DEN 431 (Dow; Epoxidäquivalent: 172 bis 179) und DEN 438 (Dow; Epoxidäquivalent: 176 bis 181) oder ein Epoxidharz vom Polyglykol-Typ wie DER 732 (Dow; Epoxidäquivalent: 305 bis 335) und DER 736 (Dow; Epoxidäquivalent: 175 bis 205) sein. Das Epoxidharz wird im allgemeinen in
IQ einer Menge von etwa 5 bis 5 0 Gew.-% und vorzugsweise in einer Menge von etwa 10 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der eingesetzten Reaktionsteilnehmer, verwendet. Zusätzlich kann eine kleine Menge eines Monoepoxids, beispielsweise eines Alkylgruppen mit 8 bis 14 C-Atomen enthaltenden, aliphatischen Glycidyläthers, eingesetzt werden.
In Stufe 1 des Verfahrens wird ein Kettenabbrecher eingesetzt, um das Molekulargewicht des Produkts zu regulieren und dadurch die Löslichkeit des Produkts in Alkoholen wie Äthanol, n-Propanol oder Isopropanol zu verbessern. Geeignete Kettenabbrecher sind einbasige Säuren wie Essigsäure, Propionsäure und Säuren, die in ihrer Kette etwa 3 bis 18 Kohlenstoffatome aufweisen.
Der Kettenabbrecher wird in einer Menge zwischen etwa 2 und 10 Gew.-% und vorzugsweise in einer Menge zwischen etwa 4 und 6 Gew.-%, auf das Gesamtgewicht der eingesetzten Reaktionsteilnehmer bezogen, verwendet.
In Stufe 2 des Verfahrens wird zur Erzielung einer hohen Veresterungsgeschwindigkeit ein Katalysator verwendet. Beispiele für typische Katalysatoren sind tertiäre Amine wie Ν,Ν-Dimethylbenzylamin oder Tris-n-butylamin, Seltenerdoxide wie Ceroxid oder Lantharoxid und Salze von übergangsmetallen wie Chromacetat oder Zirkoniumoctanoat.
Die in Stufe 1 angewandte Temperatur kann zwischen etwa 150 und 225 0C liegen und liegt vorzugsweise zwischen etwa 175 und 200 0C. Die Temperatur liegt in Stufe 2 im allgemeinen zwischen etwa 100 und 150 0C und vorzugsweise zwischen etwa 115 und 140 0C Die als Produkt erhaltenen Poly-(amidester)-Harze sind zäh bzw. widerstandsfähig und trotzdem flexibel. Sie haben eine Säurezahl· von etwa 0 bis 30 und vorzugsweise von etwa 0 bis 15 mg KOH/g Harz, eine Aminzahl von etwa 0 bis 5 und vorzugsweise von etwa 0 bis 3 mg KOH/g Harz und einen Erweichungspunkt zwischen etwa 85 und 160 0C und vorzugsweise zwischen etwa 95 und 135 0C. Sie sind in höheren Alkoholen und in Mischungen von Alkoholen mit als Lösungsmittel dienenden Kohlenwasserstoffen oder Estern löslich und sind in einem geeigneten Bereich mit Nitrocellulose verträglich.
Wenn die erfindungsgemäßen Poly-(amidester)-Harze in Druckfarben-Formulierungen eingemischt werden, können Druckfarben erhalten werden, die auch an schwierig zu bedruckenden Kunststoff- und Metallober^achen ausgezeichnet anhaften, eine hohe Wärmebeständigkeit haben und in hohem Maße vernetzt werden können. Wenn die erfindungsgemäßen Poly-(amidester)-Harze beispielsweise als Binde-
mittel in Flexodruck- oder Tiefdruck-Druckfarben eingesetzt werden, werden den Druckfarben durch die Harze verbesserte Eigenschaften in bezug auf den Glanz, die Adhäsion, die Abriebbeständigkeit und die Wärmebeständigkeit verliehen. Wenn die erfindungsgemäßen Poly-(amid-·
"^ ester)-Harze zur Herstellung von Tiefdruck-Druckfarben für den Druck von Publikationen mit abgekalktem Terpentinharz umgesetzt werden, werden ein hoher Glanz und eine hohe Abriebbeständigkeit erzielt.
DE 106
Die erfindungsgemäßen Poly-(amidester)-Harze enthalten durch die Ringöffnung der Epoxidgruppen gebildete, sekundäre Hydroxylgruppen und können deshalb zur Verbesserung der Adhäsion, des Glanzes und der Abriebbeständigkeit des Endprodukts einen Esteraustausch mit anderen geeigneten Harzen wie Alkydharzen oder Polyestern eingehen.
Die erfindungsgemäßen Harze stellen auch potentielle Bindemittel für Druckfarben auf Basis von Wasser dar. Die erfindungsgemäßen Harze können wasserlöslich oder in Wasser dispergierbar gemacht werden, indem man ihre Hydroxylgruppen mit einem Anhydrid umsetzt und die durch die Ringöffnung des Anhydrids gebildeten, freien Carboxylgruppen des erhaltenen Produkts unter Bildung eines Salzes mit einer organischen Base neutralisiert. Zur Erzielung von Wasserlöslichkeit kann auch ein organisches Oxid wie Äthylenoxid hinzugegeben werden.
Die erfindungsgemäßen Poly-(amidester)-Harze können auch als UV-reaktive Bindemittel oder als Additivharze für UV-Anwendungen eingesetzt werden. Ihre Hydroxylgruppen können mit Polyisocyanaten und Hydroxylacrylaten reagieren, wobei urethangruppenhaltige, acrylierte
■" Amidester erhalten werden.
In den nachstehenden Beispielen sind alle Angaben von Teilen und alle Prozentangaben auf das Gewicht bezogen, wenn nichts anderes angegeben ist. 30
ή%- DE 1066
•j Beispiel 1
(Λ) In einen 1-1-Vierhals-Pyrexkolben, der mit einem Rührer, einer Vorrichtung zum Fernhalten von Feuchtigc keit, einem Stickstoff-Einlaßrohr und einem wassergekühlten Kühler ausgestattet war, wurden 395,5 Teile einer dimerisierten Fettsäure (Crodym T-18, Crosby Chemicals), 24,8 Teile Propionsäure (Reinheit: 99 %) und 3 Tropfen eines Antischaummittels (flüssiges Silicon; DC-200 von
IQ Dow Corning) eingefüllt. Die Reaktionsteilnehmer wurden unter Stickstoff auf 50 0C erwärmt, und 25,3 Teile Äthylendiamin (Reinheit: 99 %) wurden hinzugegeben. Durch die freiwerdende Reaktionswärme wurde die Temperatur auf 100 °C erhöht. Dann wurde die Temperatur auf 110 bis 120 0C gebracht und 1 h lang auf diesem Wert gehalten. Das erhaltene, polymere Salz wurde entwässert, und Wasser wurde bei 140 bis 200 0C abdestilliert, wobei ein Polyamidharz mit Carboxyl-Endgruppen erhalten wurde, das eine Säurezahl von 100 bis 110 und eine Aminzahl von 0,1 hatte.
(B) Das Produkt von Stufe (A) wurde auf 120 bis 130 0C abgekühlt, und 155,0 Teile eines Bisphenol A-Epichlorhydrin-Harzes (Epon 828 von Shell) und 0,6 Teile Ν,Ν-Dimethylbenzylamin wurden hinzugegeben. Die Reaktionsmischung wurde bei 120 bis 140 0C gehalten, bis die Säurezahl des Produkts unter 10 lag.
Das Produkt war ein bernsteinfarbenes, zähes bzw. widerstandsfähiges Poly-(amidester)-Harz, das bei Raumtemperatur etwa kautschukartig war und folgende Eigenschaften hatte:
Säurezahl ^--Al- 7,3 3 11 0277
- Aminzahl O DE 1 066
Erweichungspunkt
Duran (0C)
98
nach
Viskosität nach Gardner
(bei 25 0C in n-Propanol mit einem Feststoffgehalt von etwa 40 %)
in Beispiel 2
(A) In einen 1-1-Vierhals-Pyrexkolben, der mit einem Rührer, einer Vorrichtung zum Fernhalten von Feuchtigkeit, einem Stickstoff-Einlaßrohr und einem
,c wassergekühlten Kühler ausgestattet war, wurden 472,0 Teile einer dimerisierten Fettsäure (Crodym T-18), 29,6 Teile Propionsäure (Reinheit: 99 %) und 5 Tropfen eines Antischaummittels (DC-200) eingefüllt. Die Reaktionsteilnehmer wurden unter Stickstoff auf 5 0 0C erwärmt, und
2Q 42,2 Teile Äthylendiamin (Reinheit: 99 %) wurden hinzugegeben. Die Temperatur wurde durch die freiwerdende Reaktionswärme auf 90 bis 100 0C erhöht und dann auf 115 0C gebracht und 1 h lang auf diesem Wert gehalten. Das erhaltene, polymere Salz wurde entwässert, und Wasser wurde bei 140 bis 200 0C abdestilliert, wobei ein PoIyamidharz mit Carboxy1-Endgruppen erhalten wurde, das eine Säurezahl von 60 bis 65 und eine Aminzahl von 0,1 hatte.
(B) Das Produkt von Stufe (A) wurde auf 130 bis 135 0C abgekühlt, und 110,0 Teile eines Bisphenol A-'
Epichlorhydrin-Harzes (Epon 828) und 0,6 Teile N,N- "* Dimethylbenzylamin wurden hinzugegeben. Die Reaktionsmischung wurde auf 120 bis 135 0C gehalten, bis die Säurezahl des Produkts etwa 10 betrug. Das Produkt war ein Poly-(amidester)-Harz, das zum Abkühlen und Verfesti-
- ή (ι _
DE 1066
gen auf eine Schale gegossen und anschließend zerkleinert wurde.
Das Produkt war ein bernsteinfarbenes Harz, das etwas härter und weniger kautschukartig als das Produkt von Beispiel 1 war und folgende Eigenschaften hatte:
Säurezahl 10,9
Aminzahl 1 ,1
Erweichungspunkt nach Duran (0C) 115 - 116
Viskosität nach Gardner (bei 25 0C in n-Propanol mit einem Feststoffgehalt von etwa 40 %) D+
Beispiel 3
Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei jedoch Crodym T-18 jeweils durch Unidyme 18 (dimerisierte Fettsäure von Union Camp) oder die dimerisierten
Fettsäuren Empol 1014 oder Empol 1018 yon Emery Industries ersetzt wurde. Die Ergebnisse waren vergleichbar.
Beispiel 4 *
Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, • wobei jedoch das Bisphenol A-Epichlorhydrin-Harz Epon jeweils durch eines der folgenden Epoxidharze ersetzt wurde: durch eines der Epoxidharze vom Bisphenol A-Typ Epon 812, Epon 1001 oder Epon 1004 von Shell oder DER oder DER 383 von Dow; durch eines der Epoxidharze vom Novolak-Typ DEN 431 oder DEN 438 von Dow oder durch eines der Epoxidharze vom Polyglykol-Typ DER 732 oder DER 736. „_ Die Ergebnisse waren vergleichbar.
Beispiel 5
Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei das Äthylendiamin jedoch jeweils durch eines der folgenden Polyamine ersetzt wurde: Propylendiamin, Hexamethylendiamin oder Isophorondiamin. Die Ergebnisse waren vergleichbar.
Beispiel 6
10
Das Verfahren von Beispiel 1 wurde mit Essigsäure anstelle von Propionsäure wiederholt- Die Ergebnisse waren vergleichbar.
Beispiel 7
Aus den nachstehenden Bestandteilen wurde eine Flexodruck-Druckfarbe formuliert:
Teile
Produkt von Beispiel 1 Litholrubin' Nitrocellulose Polyäthylenwachs Äthanol
n-Propylacetat Heptan
Die erhaltene Flexodruck-Druckfarbe zeigte einen
hohen Glanz, eine gute Adhäsion, eine gute Abriebbeständigkeit und eine gute Wärmebeständigkeit auf einer Koronabehandlung unterzogenen Polyolefinfolien und auf
Papieren.
35
1 4,0 5,0
1 5,0 0,0
5,0
1,0
40,0
1
1
1 4,0
1 0,0
5,0
1,0
3 0,0
1 5,0
25,0
DE 1066 Beispiel 8
Aus den nachstehenden Bestandteilen wurde eine Tiefdruck-Druckfarbe formuliert:
Teile Produkt von Beispiel 2
Litholrubin
Nitrocellulose
PoIyäthy1enwac h s
Äthanol
n-Propylacetat
Toluol
Die erhaltene Tiefdruck-Druckfarbe zeigte einen hohen Glanz, eine gute Adhäsion, eine gute Abriebbeständigkeit und eine gute Wärmebeständigkeit auf einer Koronabehandlung unterzogenen Polyolefinfolien und auf Papieren.
Poly-(amidester)-Harze werden durch folgende Stufen hergestellt:
(1) Umsetzung einer dimerisierten Fettsäure mit einem Diamin unter Bildung eines Polyamidharzes mit Carboxy1-Endgruppen und
(2) anschließende Umsetzung des Polyamidharzes mit einem Epoxidharz über dessen endständige Epoxidgruppen unter Bildung eines Poly-(amidester)-Harzes mit sekundären Hydroxylgruppen.
SSB

Claims (1)

Patentansprüche
1. Thermoplastisches, alkohollösliches Poly-(amidester)-Harz mit der folgenden Struktureinheit:
C &
C-D-C 0 0
OH
CH OH
worin D ein alkylsubstxtuierter Cyclohexenylring, R eine aliphatische Kette, ein aromatischer Kern, ein alkylsubstituierter Cyclohexylring oder eine Oxypropylen-Struktureinheit und R eine Bisphenol Α-Komponente, eine Novolak-Struktur oder eine Glykol-Struktureinheit ist, wobei das Harz eine Säurezahl von etwa 0 bis 30, eine Aminzahl von etwa 0 bis 5 und einen Erweichungspunkt von etwa 85 bis 160 0C hat.
Xl/rs
DE 1066
, 2· Harz nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Säurezahl von etwa 0 bis 15, eine Aminzahl von etwa 0 bis 3 und einen Erweichungspunkt von etwa 95 bis 135 °C.
ς 3. Harz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es durch folgende Stufen hergestellt worden ist:
(1) Umsetzung einer dimerisierten Fettsäure mit einem Polyamin unter Bildung eines Polyamidharzes mit
Ι« Carboxyl-Endgruppen und
(2) Umsetzung des Polyamidharzes mit einem Epoxidharz.
ic 4. Harz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dimerisierte Fettsäure in einer Menge von etwa
4 0 bis 88 Gew.-%, das Polyamin in einer Menge von etwa
5 bis 10 Gew.-% und das Epoxidharz in einer Menge von etwa 5 bis 50 Gew.-% eingesetzt worden ist, wobei sich alle Mengen auf das Gesamtgewicht der eingesetzten Reaktionsteilnehmer beziehen.
5. Harz nach Anspruch 3, dadurch"gekennzeichnet, daß die dimerisierte Fettsäure in einer Menge von etwa 70 bis 75 Gew.-%, das Polyamin in einer Menge von etwa
6 bis 9 Gew.-% und das Epoxidharz in einer Menge von etwa 10 bis 20 Gew.-% eingesetzt worden ist, wobei sich alle Mengen auf das Gesamtgewicht der eingesetzten Reaktionsteilnehmer beziehen.
6. Harz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dimerisierte Fettsäure aus etwa einer Spur bis 15 Gew.-% einer monomeren Säure, etwa 60 bis 98 Gew.-% einer dimeren Säure und etwa einer Spur bis 25 Gew.-% einer trimeren Säure bestanden hat.
] 1. Verfahren zur Herstellung eines Poly-(amidester)-Harzes mit Hydroxyl-Endgruppen, gekennzeichnet durch folgende Stufen:
(1) Umsetzung einer dimerisierten Fettsäure mit einem Polyamin bei einer Temperatur von etwa 150 bis 225 0C unter Bildung eines Polyamidharzes mit Carboxyl-Endgruppen und
(2) Umsetzung des Polyamidharzes mit einem Epoxidharz bei einer Temperatur von etwa 100 bis 150 0C.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Stufe (1) bei einer Temperatur von etwa 175 bis 200 0C und die Stufe (2) bei einer Temperatur von etwa 115 bis 140 0C durchführt.
9. Druckfarbe, bestehend aus einem Harz, einem Lösungsmittel und einem Pigment, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz ein Poly-(amidester) mit daranhängenden Hydroxylgruppen ist.
10. Druckfarbe, dadurch gekennzeichnet, daß sie das im Patentanspruch 1 definierte Harz mit der Struktur
0 0 0 0 OH ~~ 0-C-D-C-NH-R-NH-C-D-C-O-CH9-CH-CH7-O ,
~~ 0-C-D-C-NH-R-NH-C-D-C-O-CH9-CH-CH-O dU 0 0 0 0 OH
- y~Q.- DE 1066
enthält, worin D ein alkylsubstituxerter Cyclohexenylring, R eine aliphatische Kette, ein aromatischer Kern, ein alkylsubstituxerter Cyclohexylring oder eine Oxypropylen-Struktureinheit und R eine Bisphenol A-Komponente, eine Novolak-Struktur oder eine Glykol-Struktureinheit ist, wobei das Harz eine Säurezahl· von etwa bis 30, eine Aminzahl von etwa 0 bis 5 und einen Erweichungspunkt von etwa 85 bis 160 0C hat.
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