DE1595343A1 - Verfahren zum Herstellen schlagfester Styrolmischpolymerisate - Google Patents
Verfahren zum Herstellen schlagfester StyrolmischpolymerisateInfo
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Description
'3OHS AMlLIH- A SODA-PABRIK AG
Unser Zeichen O0Z0 24 464 Buc/La
Ludwigshafen (Ehein), 9»9o1966
Verfahren zum Herstellen schlagfester Styrolmisehpolymerisate
Es ist bekannt, schlagzähe Hassen aus einem kautschukartigen
Pfropfcopolymerisat des Butadiens mit Styrol und Acrylnitril einerseits und einem Copolymerisat aus Styrol und Acrylnitril
andererseits durch Emulsionspolymerisation herzustellen. Derartige Produkte haben bei relativ großen Kautschukanteilen von
etwa 20 ia hohen Glanz und gute mechanische Eigenschaften» Sie
sind jedoch schwierig zu verarbeiten» ihre Herstellung ist im Vergleich zu den Verfahren der Suspensions- oder Lösungs- und
Blockpolymerisation aufwendig«, ferner ist bekannt, schlagzähe Massen mit höheren Acrylnitrilgehalten bei vergleichbaren mechanischen
Werten nach dem Suspensions- oder Lösungs- bzw, Blockpolymerisationsverfahren herzustellen, die dann aber weniger
glatte und homogene Oberflächen, schlechteren Glanz sowie
ungünstige Fließeigenschaften haben,=
Es wurde nun gefunden 9 daß man unter Vermeidung der vorstehenden
Nachteile schlagfeste Styrolmischpolymerisate durch Polymerisation von Styrol und Acrylnitril in Gegenwart von kaut-
ΒΑΓ
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schukartigen Homo- und/oder Mischpolymerisaten des Butadiene
in an sich üblicher Weise herstellen kann, indem man mindestens 40 Gewichtsprozent des zur Polymerisation verwendeten Acrylnitrils
erst dann zusetzt, wenn die Kautecnuk-Monomerenphase die
disperse Phase geworden ist.
Man erhält schlagzähe Styrolpolymerisate, die eine homogene
glatte Oberfläche, hohen Glanz und hervorragende mechanische
sowie Verarbeitungseigenachaften haben«, Außerdem lassen sich
die schlagzähen Acrylnitril-Styrolpolymerisate erfindungsgemäß wesentlich einfacher als nach üblichen Verfahren herstellens
weil beim erfindungsgemäßen Verfahren während der Herstellung
die Viskosität der Reaktionsmasse niedriger ist und daher die Massen gut durchmischt werden können*
Erfindungsgemäß werden die schlagzähen Styrolpolymerisate vorteilhaft durch Suspensions-9 Lösungs- oder Blockpolymerisation
hergestellt.,
So wird beispielsweise in Suspension polymerisiert, indem man einen Kautschuk in Styrol gegebenenfalls unter Zusatz von üblichen
Schmiermittelny wie Butylstearat und/oder aliphatischen Kohlenwasserstoffen, technischen Weißölen und Alterungsschutzmittel,
wie Di-terto-butyl-p-kresol, und in Gegenwart von 0 bis
60 Gewichtsprozent des zur Polymerisation verwendeten Acrylnitrils
löst0 Diese Lösung wird vorteilhaft - kontinuierlich oder
diskontinuierlich - bis zu einem Peststoffgehalt von 25 his 35 i>
thermisch oder in Gegenwart von üblichen Katalysatoren polymerl-
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eiert. Danach wird das restliche Acrylnitril zugemischt« Gegebenenfalls werden erst Jetzt übliche Polymerisationskatalysatoren zugesetzt und das Polymerisationsgeaisch dann mit Hilfe
von Molekülechutzkolloiden, wie Polyvinylpyrrolidon oder Hydroxylapatit, in Wasser suspendierto Diese Suspension wird hei
Temperaturen zwischen 80 und 1400C zu Ende polymerisiert.
In Lösung wird beispielsweise polymerisiert;, indem man zunächst
Kautschuk in Styrol gegebenenfalls unter Zusatz von üblichen
Schmiermitteln, wie Butylstearat und/oder aliphatischen Kohlenwasserstoffen, technischen Weißölen und Alterungeschutzmitteln,
wie Bi-tert.-Butyl-p-kreeol, und in Gegenwart von 0 bis 60 Gewichtsprozent des zur Polymerisation verwendeten Acrylnitrils
löst, dieser Lösung bis zu 30 i> Lösungsmittel, z„B. Äthylbenzol
oder Toluol zusetzt. Diese Lösung wird gegebenenfalls in Gegenwart üblicher Katalysatoren bis zu einem Peststoixgehalt von
15 bis 40 1> polymerisiert.. Anschließend wird die restliche, zur
Polymerisation benötigte Acrylnitrilmenge zudosiert und die Polymerisation blendet. Bei sonst gleicher Arbeitsweise, aber in Abwesenheit eines Lösungsmittels erhält man Blockpolymerisate.
In allen Fällen verläuft die Polymerisation sof daß mit einer
homogenen Lösung von Kautschuk Im Monomerengemisch begonnen
wird. Im Laufe der Polymerisation bildet sich eine zweite Phase aus, die aus einer Lösung von Copolymerisat aus Styrol und Acrylnitril in gelösten Monomeren besteht, deren Menge auf Kosten
der Kautschuk/Monomeren-Phase ständig wächst. Wenn die Mengen
beider Phasen vergleichbar groß sind, tritt ein Wechsel.der
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BAD ORlOlNAL
BAD ORlOlNAL
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Phasenkohärenz ein, indem die zunächst kohärente Kautschuk/Monomeren-Phase zerreißt und zur dispersen Phase wird» während
die ursprünglich, disperse Phase aus Oopolymerisat in des Monomeren ihrerseits die kohärente wird« Erst nach diesem Phasenwechsel wird die restliche zur Polymerisation benötigte Acrylnitrilmenge zugefügt,
Bas zur Polymer!sation rerwendete Styrol und. Acrylnitril 1st
nach üblichen Terfahren hergestellt, unter Homo- oder Mischpolymerisaten des Butadiens werden solche Polymerisate rerstanden,
die gelfrei in den Torgenannten Monomeren löslich sind und die in üblicher Weise durch Emulsions- oder Lösungspolymerisation
hergestellt worden sind; sie enthalten vorteilhaft nicht mehr als 25 i>
Styrol. Das Molekulargewicht dieser Polymerisate liegt zwischen 175 000 und 350 000, die Intrinzic-Yiscosität zwischen
1,7 und 2,8 und die Mooney-Viscosität (ML-4', 1000C) zwischen
25 und 65.
SI· «rfiadmngmgemaß erhaltenen schlagzähen Styrolmischpolymerisate eignen sich zum Herstellen τοη Formkörpern, beispielsweise
Batteriekästen oder Radiogehäusen0
Die in 4«n Beispielen genannten Teile und Prozente beziehen sich
auf das Gewicht.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäfie Verfahren anhand der
Suspensionspolymerisation dargelegt (Beispiele 1 bis 6). In den Beispielen 1 bis 3 diente ein mit n-Butyl-Lithium herge-
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- '-, ^
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stelltes Polybutadien als Weichkomponente. Die Mooney-Yiscosität
(ML~4·, 1000C) betrug 37,5, die Defohärte war 425, die Defoelastizität
4 (beiße gemessen bei 300C) und der 1,2-Vinylanteil
lag bei 9 £„ Dieser Kautschuk löste sich in aromatischen
Lösungsmitteln völlig gelfrei„
Es wird eine Lösung durch Auflösen von 9 Teilen Polybutadien, 0,2 Teilen Di-terto-butyl-p-kresol als Alterungsschutzmittel,
0,4 Teilen Butylstearat als Schmiermittel, 10 Teilen Acrylnitril und 80,4 Teilen Styrol, hergestellt. Diese Lösung wird nun
in drei in Serie angeordneten Rührkesseln, wobei die beiden ersten als Druckreaktoren ausgelegt waren, kontinuierlich bis
zu einem feststoffgehalt von 35 £ polymerisierto Der Durchsatz
und die Dimensionen der drei Reaktoren werden so aufeinander abgestimmt, daß sich folgendes Verweilzeit- und Temperaturspektrum
ergibt %
Reaktor 1s 1,5 Stunden - 1000C
Reaktor 2 t 2 Stunden - 95°C
Reaktor 3s 1,75 Stunden- 1050C
85 Teile dieses durch thermische Polymerisation kontinuierlich hergestellten Polymerisates werden hierauf mit 15 Teilen Acrylnitril
vermischt und anschließend werden dem Reaktionsansatz noch 0,32 i* Benzoylperoryd, gelöst in wenig Styrol, zugesetzte
Zu 150 Teilen dieses Ansatzes werden anschließend unter gutem Rühren 200 Teile wäßrige Phase, die 0,2 i» Polyvinylpyrrolidon
(Luviskol K 90) und 0,1 ^ Natriumpyrophosphat (Ha^PpO^J enthält,
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unter intensivem Rühren zugegeben. Anschließend wird 10 Stunden
bei 800C, dann 10 Stunden bei 950C polymerisiert. Die anfallenden Perlen werden isoliert, gewaschen, getrocknet und zu Prüfstäben verarbeitet (Ergebnis siehe Tabelle 1)„
(Erstes Vergleichsbeiepiel zu 1)
Sie ursprüngliche Lösung besteht aus 9 Teilen Polybutadien,, 0,2
Teilen Alterungsschutzmittel, 0,4 Teilen Schmiermittel sowie
25 Teilen Acrylnitril und 65,4 Teilen Styrole Polymerisiert
wird wie im ersten Beispiel, jedoch bei folgenden Temperaturen*
Reaktor 1s 930C
Reaktor 2 s 910C
Reaktor 3 s 1000C :
Dabei ergaben sich zu Beispiel 1 korrespondierende Festetoffgehalt e„ Ansonsten entsprechen alle weiteren
dingungen denen von Beispiel 1 mit dem Unterschied,
keine weitere Acrylnitrilzugabe mehr erfolgt. (Prüfwerte siehe
(Zweites Tergleichsbeispiel zu 1)
Die Ausgangslösung enthält hier kein Acrylnitril, dieses (25 1>
' der organischen Phaee) wird" erst vtrr Zugabe des Katalysators
zu dem Yorpolymerisat hinzugefügto Ansonsten waren die 7er=
Suchsbedingungen die gleichen wie in Beispiel 1 (Prüfergebnisse in Tabelle 1).
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- 7 - 0.Z. 24 464
Kp/c"2 DII 53 455 367 338 364
1* DII 53 455 15,5 6 5 t
DIK 53 453 18 12 10
stellten Porekörper guter Glanz schlechter guter Clane
Glanz
| Meltindex gr/5 «in. | 0,9 | 0,3 | 0,5 |
|
Fließverhalten der
Polyaerecheelse ) Yerarbeitbarkeit |
gut | schlecht | gut |
| Benzinfestigkeit | hervorragend | gut | hervorragend |
Die in der Tabelle 1 zueauengestellten Daten lassen den Vorteil
dee erfindungsgeaäSen Verfahrens gegenüber den üblichen klar er- j
kennen. Die hohe Dehnung bedingt eine größere Bruchsicherheit der Fertigteile, vas noch durch die besondere Zähigkeit verstärkt
wird. Gleichseitig ist die Oberfläche völlig homogen und hat guten Glanz. In diesen letzten Eigenschaften, sowie im Fließverhalten, jedoch nicht in der Schlagzähigkeit befriedigt auch das
unter Beispiel 3 angeführte Produkt.
- 8-
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bringt also das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Beispiel 1 eine unerwartet gute Kombination von Eigenschaften im scblagfeeten
Polystyrol ο
Für die folgenden Beispiele 4 und 5 wurde ein sogenannter Wärmekautschuk
verwendet, der 23»5^ Styrol enthält» Die Mooney-Viscosität
(HL- 4', 1000C) beträgt 45, die Defohärte 1200 (300C) bzw.
500 (8O0C) und der elastische Anteil 35 (300C) bzw. 32 (8O0C).
90 Teile des beschriebenen Wärmekautschuke werden in 1150 Teilen
Styrol und 75 Teilen Acrylnitril gelöst und nach Hinzufügen von 1,5 Teilen t-Dodecylmerkaptan in einem Druckkessel mit Rührervorrichtung
und Rückflußkühler während 6 Stunden bei 1080C und einem Unterdruck von 100 Torr polymerisiert. Hierauf werden
0,75 Teile Di-tert0-butylperoxyd und 180 g Acrylnitril zugesetzt,
gut durchgerührt, 3000 Teile wäßrige Phase zugegeben
und auspolymerisiert. Die wäßrige Phase ist e-ine Lösung von
15f45 Teilen Trinatriumphosphat f 23 Teilen Calciumchlorid,
10,25 Teilen Ammoniumhydroxyd und 35 Teilen Hatrium-Dodecylbenzol-sulfonat
in 3000 Teilen Wasser,,
Die wäßrige Suspension wird bei einem Druck von 4 bis 5 atü, der mit Stickstoff eingestellt wird, 5 Stunden bei 1200C, 3
ο Stunden bei 125 C und 6 Stunden bei 140 C polymerisiert. Die
Versuchsergebnisse sind aus Tabelle 2 zu ersehen.
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(Erstes Vergleichsbeispiel zu Beispiel 4)
Derselbe Ansatz wie unter Beispiel 4 wird verwendet, jedoch
wird das gesamte Acrylnitril von vornherein zugesetit und di·
femperatur bei der Vorpolymerisation (in Substanz) auf 970C reduziert (Endwerte in Tabelle 2).
(Zweites Vergleichsbeispiel zu Beispiel 4)
Analog zu Beispiel 3 wird das gesamte Acrylnitril erst unmittelbar vor Zusatz der wäßrigen Phase zugegeben» Die in Tabelle
zusammengestellten Daten wurden an Noraprüfstäben ermittelt.
Tabelle 2 Prüfdaten der schlagfesten Polystyrole 4) und 5)
| Beispiel 4 | Zugfestigkeit Kp/cm2 DIN 53 455 |
360 | Beispiel 5 | Beispiel 6 |
| Bruchdehnung # DIN 53 455 |
29 | 305 | 375 | |
|
KerbSchlagzähig
keit DIN 53 453 |
7,8 | 15 | 19,5 | |
| Meltindex gr/5 mino | 0,9 | 6,4 | 5,8 | |
|
Aussehen der im Spritz
guß hergestellten form körper |
glänzend | 0,3 | 0,6 | |
| Fließverhalten | gut | matt | glänzend | |
| schlecht | gut |
- 10 -
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- 10 - O.Z. 24 464
Bas erfindungsgemäß hergestellte senlagfeste Produkt (Beispiel 4)
hat wieder die besten Pestigkeitseigensohaften.
Sie Herstellung der erfindungsgemlßen Pormassen nach des LoeungsTerfahren kann wie folgt geschehen:
Eine Lösung, hergestellt aus 5»7 feilen Polybutadien (Mooney-Yiseosität (ML-41, 1000C) 38, Defoharte 410, Defoelastiiität 4,
der 1,2-Yinjlgehalt liegt hei 10 *), 97 Teilen Styrol, 4 Teilen
Acrylnitril und 0,03 Teilen Di-tert.-Butyl-p-kresol als Alterungsschuts und 8 Teilen Ithylbenxol als Lösungsmittel, wird
in einer 5-teiligen Apparatur, bestehend aus 3 Kesseln und 2 Türmen, bis zu einem Peststoffgehalt τοη Θ0 i» kontinuierlich
polymerisiert. Anschließend wird im Takuum bei 2300C die Polymerisationslösung τοη Restmonomeren und Lösungsmittel befreit.
Die Polymer!sationsbedingungen sind wie folgt:
Kessel 1s Temperatur 1020C, Yerweilseit 1,5 Stunden, 6 i>
Feststoff gehalt; (die Kautschukphase ist noch die kohärente Phase). Kessel 2s Temperatur 1090C, Yerweilseit 2,5 Stunden, 24 1» Peststoffgehalt (die Kautschukphase ist bereits die disperse Phase).
Im Kessel 3 werden nun su der Ansät«lösung erfindungsgemaS weitere 13 Teile Acrylnitril gepumpt. Der Kessel läuft bei 930C
und einer Terweilseit τοη 2,5 Stunden bei 30 i>
Peststoff gehalt konstant. Der Druck in allen drei Beaktoren beträgt 5 atu. Me
weitere Polymerisation erfolgt in 3 Türmen, die mit Rührern τersehen sind, unter einer gleichmäßigen Temperatursteigerung τοη
95 auf 1400C bis su einem Peststoff gehalt τοη 80 % bei einer
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- 11 - (KZ. 24 464
Verweilzeit von 5 Stunden. Danach befreit man die erhaltene Polymerisationslöeung im Yakuum von den restlichen Monomeren und
dem Lösungsmittel und arbeitet 1 i» Butyl'stearat ein. Man erhält
eine schlagzähe Formmasse mit folgenden Eigenschafteng
Vicatzahl; 88
Gelgehalt 18 *
Unterläßt man die erflndungsgemäBe Aufteilung der zur Polymerisation benötigten Acrylnitrilmenge und polymerisiert eine Lösung yon 5 7 Teilen Polybutadien in 95 Teilen Styrol, 17 Teilen
Acrylnitril, OfO3 Teilen Bi-tert.-butyl-p-knesOl und 8 Teilen
Xthylbeneol in derselben Weise wie Beispiel 7, so mißt man an
lern mit 1 1° Butylstearat geschmierten Endprodukt folgende Wertes
Bruchdehnung: 15 %
Kerbschlagsähigkeit. 6 Kpcm/cm
Vicatzahl; 88
Gelgehalt * 14 %
- 12 -
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BAD OBlOlNAL
BAD OBlOlNAL
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■erieation verwendeten Acrylnitrilaengen eine erhebliche Verbesserung der »echanischen Eigenschaften bringt» Die Benzinfestigkeit let in beiden Fällen gut.
In den Beispielen 9 und 10 wird ein mittels Li- organischer Katalysatoren in Lösung hergestellter Kautschuk mit 25 % Styrol
verwendet» Gegenüber den herkömmlichen hot-rubber oder SBR-Typen
wird diese Art Kautschuk auch als Stereo-SBE bezeichnet. Die
Mooney-Yiscosität (ML-41, 100°C) beträgt 57, die Defohärte liegt
bei 3000 (300C) bzw. 800 (8O0C), der elastische Anteil bei 32
(3O0C) bawo 27 (8O0C). Die Isoaerenverteilung des Butadienanteilesist 27 hie 30 + 1,2-Yinyl und 73 bis 70 + 1,4-Vinylo
Für die Herstellung des schlagfesten Polystyrols dient eine aus
5 alt Rührern ausgestatteten Reaktoren bestehende Apparatur. Die Reaktoren 1 und 2 sind alt Rückflußkühlern versehen, 3» 4
und 5 sind druckfest ausgelegt <,
8 Teile Stereo-SBR-Kautschuk werden in 76 Teilen Styrol gelöst
und alt 10 Teilen Isopropylbenzol sowie 5 Teilen Acrylnitril und 1 Teil Phthalsäure-di-n-butylester als Schmiermittel rtrsetst. Diese Lösung wird nun dem ersten Reaktor zugeführt und
während 1,5 Stunden bei 1O2°C polyaerisierto Hierauf wird das
Gemisch aus dem-gebildeten Polymerisat, nicht umgesetzten Monomeren» sowie Lösungsmittel und Schaieralttel kontinuierlich dem
zweiten Reaktor zugeführt9 wo es 1,5 Stunden bei 970C weiterpolymerlsiert wird«. Während der Polymerisation wird dem Gemisch im
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- 13 - OoZo 24 464
zweiten Reaktor so viel Acrylnitril zugeführt, daß dessen Gesamt konzentrat ion 1O92 56 beträgt. Die Polymerlösung am Auegang
von Kessel 2 enthält 57»8 #.des sur Herstellung des schlagfesten
verwendeten Acrylnitril. Das des Reaktor 3 zugeführte
Gewisch, wird 1,5 Stunden bei 1130C polymerisiert. Gleichzeitig
wird in diesem Stadium so viel Acrylnitril kontinuierlich zudosiert f daß dessen Anteil am Austrag von Reaktor 3 17**65 1» der
Polymerenlösung beträgt0
Die Verweilzeiten in den Reaktoren 4 und 5 betragen jeweils 3 Stunden, die ent& irr ebbenden Polymerisationstemperaturen 121 und
1260Go Der Ansatz wird anschließend auf einer Entgasungsschnecke
von flüchtigen Anteilen befreit und hierauf zu Prüfstäben verarbeitete
Die Prüfdaten sind in Tabelle 3 aufgeführt.
(Vergleichsbeispiel zu Beispiel 9)
Das gesamte Acrylnitril wird dem Ansatz von vornherein zugesetzt*,
Ansonsten sind die Versuchsbedingungen dieselben wie in Beispiel 7ο Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 ersichtlich.
In Beispiel 11 und 12 wird als Kautschuk ein mittels Zieglerkatalysator
hergestelltes Polybutadien verwendet. Die Mooney-Viscosität (MW; 10O0C) ist 40, die Defohärte beträgt IO7O
(3O0C) bzw» 820 (800C), die entsprechenden Elastizitätswerte
37 (300C) und 28 (80°).
BAD ORIGINAL -U-
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- 14 - O.Z. 24 464
Bei»»iei 11 1595343
331 e Bedingungen find bis auf di· Art de« rerwendeten Kautschuks
die gleichen wie in Beispiel 9. (Yersuchsergebnisse siebe Tabelle 3)
| (Vergleicbebeiepiel | su Beispiel | 11) | 10 | 11 | gelöst, |
| 2tas gvsaste Acrylnitril ist τοη | Anfang an im | Ansätχ | 480 | 280 | siehe Ta- |
| tonst wird gemäß Beispiel 11 gearbeitet. Prüfdaten | 1 | 21 | |||
| Tabelle 3 | 7,1 | 7,8 | 12 | ||
| Beispiele 9 | 0,3 | 1,0 | 285 | ||
|
Zugfestigkeit Kp/cm
BII 53 455 380 |
8 | ||||
|
Bruchdehnung i»
PIH 53 455 14 |
6,8 | ||||
|
gerbschlagzähigkeit
Kpcn/c»2 du 53 455 8,4 |
0,35 | ||||
| Heltindex gr/5 min 1,2 | |||||
Die erfindungsgeaäB hergestellten schlagsähen Massen 9) und 11)
Belohnen sich gegenüber den Tergleichsproben 10)und 12) wieder
durch unerwartet hohe Sehnungen und Zähiglceitseigenschaften bei
gleichseitig guter Oberfläche und Yerarbeitungseigenschaften aus.
- 15 -0 0 9818/1552 original inspected
Claims (1)
- - 15 - O.Z. 24 464Terfahren stm Herstellen eohlaffeeter Btyrolaiecbpolyaerieate durch Polymerisation τοη Styrol «ad Acrylnitril la. tof tmrart τοη Hobo- und/oder HiaokpoljrBoriMtoa dt« Bmtalitna la aa »ick üblicher Weiee, dadurch gekennselchnet. daB aaa mindeetene 40 Gewichteprosent des snr Polymerieation rerweadeten Acrylnitril· erst dann «ueetet, wenn die Kauteohttk-Monoaeren-Pha·· die Di■-pereionaphaee geworden tat.BASISCHE AIILII- k SODA-ΪΑΒΕΙΙ Aö009818/1552
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-
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