DE4024552A1 - Derivat der aminobernsteinsaeure als komplexierungsmittel - Google Patents
Derivat der aminobernsteinsaeure als komplexierungsmittelInfo
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C11D—DETERGENT COMPOSITIONS; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS DETERGENTS; SOAP OR SOAP-MAKING; RESIN SOAPS; RECOVERY OF GLYCEROL
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft 3-Hydroxy-2,2′-iminodibernsteinsäure
und ihre löslichen Salze, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre
Verwendung als Komplexierungsmittel in Wasch- und Reinigungsmitteln.
An Komplexierungsmittel, die in modernen Wasch- und Reinigungsmitteln
verwendet werden sollen, wird in zunehmendem Maße zusätzlich zu der
selbstverständlichen Forderung nach starkem Komplexierungsvermögen die
Anforderung nach möglichst umweltschonendem Verhalten gestellt.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift 22 41 134 sind N-substituierte
Amino-hydroxybernsteinsäure-Derivate bekannt, die je nach Art und Anzahl
der Carboxylgruppen tragenden Substituenten am N-Atom ein mehr oder weni
ger gutes Komplexierungsvermögen, besonders für Erdalkaliionen, besitzen.
Derartige Verbindungen, die ein hohes Komplexierungsvermögen aufweisen,
sind nur relativ schwer abbaubar, während leichter abbaubare Produkte ein
vergleichsweise geringes Komplexierungsvermögen besitzen.
Es bestand daher nach wie vor die Aufgabe, ein biologisch möglichst leicht
abbaubares, möglichst stark komplexierendes Mittel zu entwickeln.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß 3-Hydroxy-2,2′-iminodibern
steinsäure und ihre löslichen Salze sowohl ein hohes Komplexierungsver
mögen für die die Wasserhärte ausmachenden Erdalkaliionen wie auch für
Schwermetallionen als auch leichte biologische Abbaubarkeit zeigen und als
Kombination der Werte für das Komplexierungsvermögen und für die biolo
gische Abbaubarkeit unerwartet überlegene Eigenschaften aufweisen.
Unter löslichen Substanzen sollen im Rahmen der vorliegenden Anmeldung
Verbindung verstanden werden, die sich in Wasser bei 20°C zu mehr als
0,1 Gramm pro Liter lösen.
Die löslichen Salze der 3-Hydroxy-2,2′-iminodibernsteinsäure sind vorzugs
weise diejenigen, die als Kationen solche aus der die Ammonium- und die
Alkaliionen umfassenden Gruppe enthalten, wobei die Ammoniumionen bevor
zugt solche der allgemeinen Strukturformel R¹R²R³R⁴N⁺, in der R¹, R², R³
und R⁴ unabhängig voneinander Wasserstoff, Alkylreste mit 1 bis 12 C-Ato
men oder hydroxysubstituierte Alkylreste mit 2 bis 3 C-Atomen bedeuten,
sind. Dabei können eine, zwei, drei oder alle vier Carbonsäuregruppen der
3-Hydroxy-2,2′-iminodibernsteinsäure in der Salzform vorliegen. Es handelt
sich folglich um Verbindungen der allgemeinen Formel (I),
in der A, B, Y und Z unabhängig voneinander ein Kation vorzugsweise aus
der Gruppe umfassend Wasserstoff-, Ammonium- und die Alkalimetallionen
bedeuten, wobei die Ammoniumionen zu denen der allgemeinen Strukturformel
R¹R²R³R⁴N⁺ gehören, in der R¹, R², R³ und R⁴ unabhängig voneinander Was
serstoff, Alkylreste mit 1 bis 12 C-Atomen oder hydroxysubstituierte Al
kylreste mit 2 bis 3 C-Atomen bedeuten.
Im Vergleich mit den Verbindungen der deutschen Offenlegungsschrift
22 41 134 zeigt sich, daß die erfindungsgemäße 3-Hydroxy-2,2′-iminodibern
steinsäure eine bessere biologische Abbaubarkeit und ein insbesondere bei
höheren Temperaturen, zum Beispiel 70 bis 98°C, stärkeres Komplexierungs
vermögen aufweist (Tabelle 1, Tabelle 2).
Die Herstellung der erfindungsgemäßen 3-Hydroxy-2,2′-iminodibernsteinsäure
oder ihrer Salze gemäß Formel (I) erfolgt durch Reaktion von Asparagin
säure mit Epoxybernsteinsäure, vorzugsweise in Molverhältnissen von 1,05 : 1
bis 1 : 05. Die Reaktion wird vorzugsweise in wäßrigem oder zumindest
überwiegend wäßrigem Medium ausgeführt, wobei das restliche Lösungsmittel
aus unter den Reaktionsbedingungen inerten organischen Verbindungen, ins
besondere Methanol, Ethanol und/oder Dioxan, besteht. Vorzugsweise wird
die Umsetzung unter weitgehend neutralen bis schwach basischen Bedingung
en, das heißt unter Zugabe von Laugen, vorzugsweise wäßrigen Lösungen von
Alkali- oder Ammoniumhydroxiden, durchgeführt, so daß die Säuregruppen der
Reaktanden zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, in Form von
Carboxylat-Anionen, bevorzugt als Alkali- oder Ammoniumcarboxylate, vor
liegen. Das Ammoniumhydroxid wird dabei vorzugsweise aus den Verbindungen
der allgemeinen Formel R¹R²R³R⁴N⁺ OH⁻, in der R¹, R², R³ und R⁴ unabhän
gig voneinander Wasserstoff, Alkylreste mit 1 bis 12 C-Atomen oder
hydroxysubstituierte Alkylreste mit 2 bis 3 C-Atomen bedeuten, ausgewählt.
Zu diesen Hydroxiden gehören zum Beispiel Ammoniumhydroxid, Methylammo
niumhydroxid, Ethylammoniumhydroxid, Triethylammoniumhydroxid, Tributyl
ammoniumhydroxid, Didecyl-methylammoniumhydroxid, Didecyl-dimethylammo
niumhydroxid, Diethanolammoniumhydroxid und Triethanolammoniumhydroxid.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Herstellungsverfahrens be
steht darin, Asparaginsäure so in Wasser vorzulegen, daß eine 20 gewichts
prozentige bis 30 Gew.-prozentige Lösung oder Suspension entsteht, etwa 2
Molequivalente eines Alkalihydroxids, vorzugsweise Natriumhydroxid, zuzu
geben und anschließend etwa 1 Molequivalent Epoxybernsteinsäure-Dialkali
salz, vorzugsweise Dinatriumsalz, zuzusetzen. Anschließend rührt man be
vorzugt bis zur vollständigen Umsetzung der Reaktionspartner, die in der
Regel etwa 1 bis 8 Stunden benötigt. Zur Beschleunigung der Reaktion kann
sie bei erhöhter Temperatur, zum Beispiel bei 80 bis 100°C, durchgeführt
werden. Nach Abziehen des Lösungsmittel, zum Beispiel mit Hilfe eines Ro
tationsverdampfers, erhält man in nahezu quantitativer Ausbeute des Tetra
alkalisalz der 3-Hydroxy-2,2′-iminodibernsteinsäure als mehr oder weniger
farblosen Feststoff. Aus diesem oder aus dem lösungsmittelhaltigen Rohpro
dukt kann in im Prinzip bekannter Weise durch Zugabe üblicher Säuren, zum
Beispiel Salzsäure oder Schwefelsäure, die 3-Hydroxy-2,2′-iminodibern
steinsäure freigesetzt werden. Der Ansäuerungsschritt kann unterbleiben,
wenn das Salz als solches weiter eingesetzt werden soll. Der Schritt des
Entfernens des Lösungsmittels kann entfallen, wenn das Produkt in flüssige
Formulierungen oder Zwischenprodukte, zum Beispiel in Pasten oder Slur
ries, eingearbeitet werden soll.
"Epoxybernsteinsäure" wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung als Syno
nym sowohl für cis- als auch für trans-Epoxybernsteinsäure als auch für
deren Gemische verwendet, wobei die trans-Form als eines der Enantiomeren
oder als beliebiges Gemisch aus beiden, beispielsweise als Racemat, vor
liegen kann. Der Begriff "Asparaginsäure" steht analog dazu sowohl für die
L- als auch für die D-Asparaginsäure als auch für deren Gemische, zum Bei
spiel das Racemat. Die Bezeichnung "3-Hydroxy-2,2′-iminodibernsteinsäure"
steht demgemäß für alle optischen Isomere der durch diesen Namen wiederge
gebenen Konstitution und die Gemische derartiger Isomere.
Unbeschadet der oben gegebenen Definition wird unter "Asparaginsäure" vor
zugsweise die natürlich vorkommende L-Asparaginsäure verstanden.
Die als Edukt eingesetzte cis- beziehungsweise trans-Epoxybernsteinsäure
oder deren Salze können zum Beispiel nach dem von G. B. Payne und P. H.
Williams in J. Org. Chem. 24 (1959), 54 beschriebenen Verfahren aus
Maleinsäure beziehungsweise Fumarsäure hergestellt werden.
Ein bevorzugtes Einsatzgebiet der erfindungsgemäßen 3-Hydroxy-2,2′-imino
dibernsteinsäure und ihrer löslichen Salze ist ihre Verwendung als Kom
plexierungsmittel in Wasch- oder Reinigungsmitteln. Derartige Mittel ent
halten 0,01 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 5 Gew.-%, des erfindungs
gemäßen Komplexierungsmittels. Sie können als Feststoffe, zum Beispiel
pulver- oder tablettenförmig, oder als mehr oder weniger viskose Flüssig
keiten, zum Beispiel in Form von Lösungen, Suspensionen oder Pasten, vor
liegen.
Wasch- und Reinigungsmittel, in denen die erfindungsgemäßen Verbindungen
enthalten sind, können darüber hinaus alle in derartigen Mitteln üblichen
Bestandteile, insbesondere reinigungsaktive Tenside, Buildersubstanzen,
Bleichmittel, anorganische Neutralsalze, Lösungsmittel, Vergrauungsinhi
bitoren, Enzyme, Bleichaktivatoren, Schauminhibitoren, antimikrobielle
Wirkstoffe und Abrasivmittel sowie Farb- und Duftstoffe, enthalten.
Derartige Mittel können, wenn sie in fester Form vorliegen, in bekannter
Weise, zum Beispiel durch Sprühtrocknen oder Granulation, hergestellt
werden, wobei Inhaltstoffe, die unter derartigen Herstellungsbedingungen nicht
stabil sind, nachträglich zugesetzt werden können. Flüssige Formulierungen
werden bevorzugt durch einfaches Vermischen der Bestandteile, die als
solche oder in Form von Lösungen vorliegen können, hergestellt.
Zu den geeigneten Buildersubstanzen gehören Polycarbonsäuren, insbesondere
Polyacrylsäuren, Polymethacrylsäuren, Polymaleinsäuren und deren Copo
lymere, Schichtsilikate, insbesondere Bentonite, und Alumosilikate, ins
besondere Zeolithe. Die vorgenannten Säuren werden üblicherweise in Form
ihrer Alkalisalze, insbesondere ihrer Natrium- oder Kaliumsalze, einge
setzt. Die vorzugsweise in die Waschmittel eingearbeiteten Zeolithe sind
insbesondere solche des NaA- oder NaX-Typs oder deren Gemische. Vorzugs
weise enthalten die erfindungsgemäßen Mittel Zeolith-Builder in Mengen von
5 bis 50 Gew.-%, insbesondere von 15 bis 40 Gew.-%, gegebenenfalls in
Kombination mit Polymer-Polycarbonsäuren, die vorzugsweise in Mengen bis
zu 30 Gew.-%, insbesondere von 1 bis 20 Gew.-%, in den erfindungsgemäßen
Mitteln enthalten sind.
Die Verwendung der erfindungsgemäßen Komplexierungsmittel in den erfin
dungsgemäßen Mitteln hat zusätzlich zu der wasserenthärtenden Wirkung der
Komplexierungsmittel den Vorteil, daß die gegebenenfalls gleichzeitig
vorhandenen gegenüber Schwermetallionen empfindlichen Bestandteile, zu
denen insbesondere optische Aufheller, Enzyme und Aktivsauerstoff-abge
bende Bleichmittel gehören, gegen die Schwermetallionen-katalysierte Zer
setzung sehr effektiv werden.
Zu 13,3 g (0,1 Mol) L-Asparaginsäure in 50 ml Wasser wurden bei Raumtem
peratur unter Rühren 8,0 g (0,2 Mol) Natriumhydroxid und anschließend
17,6 g (0,1 Mol) cis-Epoxybernsteinsäure-di-Natriumsalz gegeben. Die
klare, schwach gelbe Lösung wurde 8 Stunden unter Rückfluß erhitzt. An
schließend wurde das Lösungsmittel am Rotationsverdampfer (Vakuum) ent
fernt. Man erhielt 36,8 g 3-Hydroxy-2,2′-iminodibernsteinsäure-tetra-
Natriumsalz (B1) als C(3)-Epimerengemisch. Der farblose Feststoff enthielt
laut ¹H-NMR ca. 5 Gew.-% Di-Natriumtartrat (Signal bei = 4,40).
IR (KBr):[cm-1] = 3400 (O-H); 1590 (C=O Carbonsäure); 1390.
¹H-NMR (250 MH, D₂O) : [ppm] = 2,45 (m, 2H-C(3′)); 3,35 (m, H-C(2′)); 3,45 und 3,50 (d und d, H-C(2)); 4,15 und 4,20 (d und d, H-C(3)).
¹H-NMR (250 MH, D₂O) : [ppm] = 2,45 (m, 2H-C(3′)); 3,35 (m, H-C(2′)); 3,45 und 3,50 (d und d, H-C(2)); 4,15 und 4,20 (d und d, H-C(3)).
In analoger Weise wurde durch Umsetzung von mit Kaliumhydroxid neutrali
sierter Asparaginsäure mit cis-Epoxybernsteinsäure-di-Natriumsalz das
entsprechende Di-Natrium-di-Kaliumsalz hergestellt.
Die bei der oben beschriebenen Herstellung anfallenden konzentrierten Lö
sungen, die einen Aktivsubstanzanteil von über 40% aufweisen, können auch
ohne Einrotieren und Isolierung des Reaktionsproduktes direkt weiterver
wendet werden.
Nach dem modifizierten OECD-Screening-Test (EEC Directive 79/831, Annex V,
Part C, 5.2.) wurde die aquatische Bioabbaubarkeit der in Tabelle 1 ange
gebenen Produkte geprüft. Aufgeführt ist die prozentuale Abnahme des DOC-
Wertes (dissolved organic carbon, in Lösung vorliegender Kohlenstoff) nach
28 Tagen unter aeroben Abbaubedingungen nach Voradaption der Bakterien
gemäß der Zahn-Wellens-Methode (Chem. Ztg. 98 (1974), 228):
| Biologische Abbaubarkeit | |
| Umsetzungsprodukt von Epoxybernsteinsäure-di-Natriumsalz mit dem Natriumsalz von | |
| Abbaubarkeit [%] | |
| a) L-Asparaginsäure (B1) | |
| 80-89 | |
| b) Glutaminsäure | 51-57 |
| c) Ethylendiamin | 7-10 |
| d) Alanin | 12-14 |
Das erfindungsgemäße Produkt (Zeile a) ist im Vergleich mit den ähnlichen
Verbindungen der Zeilen b bis d relativ leicht abbaubar.
Lösungen von jeweils circa 1 g der in Tabelle 2 aufgeführten Substanzen in
circa 250 ml destilliertem Wasser wurden durch Zugabe von 2 N NaOH auf
einen pH-Wert von 11 eingestellt, jeweils 10 ml 2 Gew.-prozentige Natrium
carbonat-Lösung wurden zugegeben und die bei den in Tabelle 2 angegebenen
Temperaturen gehaltenen klaren Lösungen wurden mit 0,25 N Calciumchlorid-
Lösung bis zum Auftreten einer ersten Trübung titriert (Photometrische
Bestimmung, Meßwellenlänge 400 nm). In analoger Weise wurde durch Titra
tion mit wäßriger FeCl₃-Lösung das Komplexierungsvermögen von B1 für Eisen
zu 1139 mg Fe3+ pro g Komplexbildner bei 20°C und zu 289 mg Fe3+ pro g
Komplexbildner bei 98°C bestimmt:
Durch Vergleich der Meßdaten von Ligand- und Ligand + Metall-Titrationen
wurde die Cu-Komplexbindungskonstante der Verbindung B1 zu 6,4 bestimmt.
Ebenso wurde ihre Ca-Komplexbildungskonstante gemessen. Als Vergleich sind
die nach dem gleichen Verfahren ermittelten Ca-Komplexbindungskonstanten
üblicher Komplexierungsmittel angegeben:
| Komplexbildungskonstanten | |
| Verbindung | |
| pKCa | |
| 3-Hydroxy-2,2′-iminodibernsteinsäure (B1) | |
| 5,8 | |
| Hydroxyethyl-2,2′-iminodiessigsäure | 4,6 |
| Isoserin-N,N-diessigsäure | 5,6 |
Unter Verwendung eines handelsüblichen Kochwaschmittelpulvers wurde in
einer Trommelwaschmaschine (Miele W 760) jeweils 3,5 kg saubere Füllwäsche
mit jeweils 2,1 g mit einer bleichbaren Anschmutzung verunreinigten Tex
tilproben (Rotwein auf Baumwolle; Johanisbeere auf Baumwolle; Tee auf
Baumwolle; Rotwein auf veredelter Baumwolle; Tee auf veredelter Baumwolle;
Rotwein auf veredelter Baumwolle/Polyester; Tee auf veredelter Baumwolle/
Polyester) bei 90°C mit Wasser des Härtegrades 16°dH (160 mg CaO/Liter),
dem 5 ppm Cu(II) zugesetzt worden waren, im Ein-Laugen-Verfahren gewaschen
(Waschprogramm 241/22). Zum Einsatz kam ein handelsübliches Kochwaschmit
telpulver (W1), dem 0,25 Gew.-% des erfindungsgemäßen Komplexierungsmit
tels B1 (W2) beziehungsweise 0,25 Gew.-% Diethylentriamin-penta-(methylen
phosphonsäure)-penta-Natriumsalz (DETMP) (W3) zugegeben wurde. Die Zugabe
menge der Waschmittel W1, W2 oder W3 betrug jeweils 140 g pro Waschladung;
jeweils 4 Wäschen wurden durchgeführt. Der Durchschnittswert der Remission
der gewaschenen Teststücke über die 7 genannten Testanschmutzungen betrug
bei Verwendung des erfindungsgemäßen Waschmittels W2 69,2. Der ent
sprechende Wert war bei Verwendung des komplexierungsmittelfreien Wasch
mittels W1 signifikant schlechter (67,0), die Verwendung des phosphonat
haltigen Mittels W3 ergab kein signifikant besseres Ergebnis als die Ver
wendung von W2.
Diese Waschergebnisse zeigen, daß die erfindungsgemäße Verbindung B1 die
Perboratzersetzung durch Schwermetalle mindestens ebensogut unterdrückt
wie ein bekanntermaßen gut wirksames Komplexierungsmittel aus der Klasse
der Phosphonate.
Claims (8)
1. 3-Hydroxy-2,2′-iminodibernsteinsäure und ihre löslichen Salze.
2. Verbindungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus den
Verbindungen nach Formel (I) ausgewählt werden,
in der A, B, Y und Z unabhängig voneinander ein Kation aus der Gruppe
umfassend Wasserstoff-, Ammonium- und die Alkalimetallionen bedeuten,
wobei die Ammoniumionen aus denen der allgemeinen Formel R¹R²R³R⁴N⁺
ausgewählt werden, in der R¹, R², R³ und R⁴ unabhängig voneinander
Wasserstoff, Alkylreste mit 1 bis 12 C-Atomen oder hydroxysubsti
tuierte Alkylreste mit 2 bis 3 C-Atomen bedeuten.
3. Verbindungen gemäß Formel (I) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß Kation A ein Alkaliion ist und daß A, B, Y und Z gleich sind.
4. Verfahren zur Herstellung von Verbindungen gemäß einem der Ansprüche 1
bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Epoxybernsteinsäure oder ein Epoxy
bernsteinsäuremono- oder -disalz mit Asparaginsäure oder eine, Aspara
ginsäuremono- oder -disalz umgesetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Molverhält
nis von Epoxybernsteinsäure beziehungsweise des Epoxybernsteinsäure
salzes zu Asparaginsäure beziehungsweise des Asparaginsäuresalzes im
Bereich von 1,05 : 1 bis 1 : 1,05 liegt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Mono- oder Di-Ammonium- oder Alkalisalz der Asparaginsäure
mit einem Mono- oder Di-Ammonium- oder Alkalisalz der Epoxybernstein
säure umgesetzt wird, wobei die Ammoniumionen aus denen der allgemei
nen Formel R¹R²R³R⁴N⁺ ausgewählt werden, in der R¹, R², R³ und R⁴ un
abhängig voneinander Wasserstoff, Alkylreste mit 1 bis 12 C-Atomen
oder hydroxysubstituierte Alkylreste mit 2 bis 3 C-Atomen bedeuten.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß Epoxybernsteinsäure als 20 Gew.-prozentige bis 30 Gew.-prozentige
Lösung oder Suspension in Wasser vorgelegt wird, diese gegebenenfalls
vollständig oder teilweise durch Zugabe eine Lösung von Ammonium-
oder Alkalihydroxid neutralisiert wird, man die gegebenenfalls voll
ständig oder teilweise durch eine Lösung von Ammonium- oder Alkali
hydroxid neutralisierte Asparaginsäure zugibt, wobei das Ammonium
hydroxid aus den Verbindungen der allgemeinen Formel R¹R²R³R⁴N⁺ OH⁻
ausgewählt wird, in der R¹, R², R³ und R⁴ unabhängig voneinander Was
serstoff, Alkylreste mit 1 bis 12 C-Atomen oder hydroxysubstituierte
Alkylreste mit 2 bis 3 C-Atomen bedeuten, und das Reaktionsgemisch 0,5
Stunden bis 8 Stunden bei Temperaturen von Raumtemperatur bis 100°C
hält.
8. Mittel zum Reinigen und/oder Desinfizieren von festen Oberflächen oder
Textilien, dadurch gekennzeichnet, daß es 0,01 bis 20 Gew.-%, insbe
sondere 0,1 bis 5 Gew.-% eines Komplexierungsmittels gemäß einem der
Ansprüche 1 bis 3 und 5 bis 50 Gew.-%, insbesondere 15 bis 40 Gew.-%,
Zeolith, gegebenenfalls in Kombination mit bis zu 30 Gew.-%, insbeson
dere von 1 bis 20 Gew.-%, Polymer-Polycarbonsäure, enthält.
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| DE4024552A DE4024552A1 (de) | 1990-08-02 | 1990-08-02 | Derivat der aminobernsteinsaeure als komplexierungsmittel |
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|---|---|---|---|
| DE4024552A DE4024552A1 (de) | 1990-08-02 | 1990-08-02 | Derivat der aminobernsteinsaeure als komplexierungsmittel |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family
ID=6411518
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|---|---|---|---|
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| Country | Link |
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| DE (1) | DE4024552A1 (de) |
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