DE69611557T2 - Lösungsmittelfreie Zweikomponentenprimerzusammensetzung zur verbesserten Haftung von RTV-Siliconelastomeren am Substrat - Google Patents
Lösungsmittelfreie Zweikomponentenprimerzusammensetzung zur verbesserten Haftung von RTV-Siliconelastomeren am SubstratInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine lösungsmittelfreie Primer- bzw.- Grundierungs-Zusammensetzung zur Verbesserung der Haftung von bei Raumtemperatur härtbaren elastomeren Silicon-Zusammensetzungen an verschiedenen Substraten. Mehr im Besonderen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Grundierungs-Zusammensetzung, die eine lineare Dimethylsilicon-Flüssigkeit geringen Molekulargewichtes mit Aminoethylaminopropyldimethoxysilan- Endgruppen und ein Alkyltitanat umfasst.
- Zum Haften von bei Raumtemperatur vulkanisierbaren Siliconelastomeren an verschiedenen Substraten war es üblicherweise notwendig, das Substrat erst mit einer Grundierung zu überziehen oder zu behandeln. Die für diesen Zweck eingesetzten typischen Grundierungen enthielten bisher ein organisches Lösungsmittel und ein Kupplungsmittel. Die US-PSn 4,749,741; 4,681,636 und 3,671,483 offenbaren solche Grundierungs-Zusammensetzungen.
- Wegen zunehmender Bedenken hinsichtlich der Freisetzung flüchtiger organischer Lösungsmittel aus verschiedenen organischen Produkten, wie Farben, Dichtungsmitteln, Aerosolen und Ähnlichen, in die Atmosphäre und die nachteiligen Wirkungen der Abgabe flüchtiger organischer Verbindungen in die Umwelt oder Atmosphäre auf die Umwelt wurde es erwünscht, den Gehalt vieler brauchbarer kommerzieller Produkte an flüchtigem organischem Material zu minimieren. Die Abwesenheit von Lösungsmitteln, die die wirksame Konzentration von Materialien hohen Molekulargewichtes verdünnen, die gewöhnlich auch viskos sind, macht die einfache Entfernung von Lösungsmitteln aus Formulierungen zu einer Herausforderung. Da die Zusammensetzungen selbst umformuliert werden müssen, muss häufig eine Änderung in der molekularen Architektur der eingesetzten Verbindungen stattfinden, um die gleichen Vorteile für ein gegebenes beabsichtigtes Produkt sicherzustellen, während die Menge flüchtigen organischen Materials in der Formulierung verringert wird.
- Im Falle von Dichtungsmitteln und bei Raumtemperatur vulkanisierbaren Silicon-Zusammensetzungen wurde durch kürzliche Entwicklungen im Stande der Technik ein gewisser Fortschritt zu diesem Ziel hin erzielt. Die US-PS 5,238,708 offenbart eine Grundierung, die geeignet ist zum Einsatz bei Raumtemperatur vulkanisierbaren Zusammensetzungen, die ein Organotitanat und ein Zinncarboxylat umfassen. Die US-PS 4,332,844 offenbart eine Zusammensetzung, umfassend eine alkoxy-haltige Silicon-Zusammensetzung, eine Organohydrogensilicium-Verbindung und ein Organotitanat, das die Haftung zwischen einem Siliconkautschuk und einem Substrat verbessert.
- Die EP-A-0 384 401 offenbart eine Grundierungs-Zusammensetzung, umfassend ein Polyorganosiloxanharz, enthaltend an Silicium gebundene Hydroxyl- oder Alkoxygruppen, ein amino- gruppen-haltiges Silan, einen Organotitanatester und ein organisches Lösungsmittel.
- Die JP-A-61021157 offenbart Zusammensetzungen, die Polydiorganosiloxan mit Hydroxyl- Endgruppen, ein Silan oder Siloxan, enthaltend mindestens drei Alkoxygruppen pro Molekül, ein Alkylaminoalkoxysilan und einen Silanol-Kondensations-Katalysator umfassen.
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine rasch härtende, lösungsmittelfreie Zweikomponenten-Grundierungszusammensetzung für bei Raumtemperatur vulkanisierbare Siliconelastomere, umfassend von 100,1 Gew.-Teile bis 120 Gew.-Teile von
- (A) 100 Gew.-Teilen eines Dimethylsiloxan-Oligomers mit Aminoethylaminopropyldimethoxysiloxyl-Endgruppen mit der Formel:
- [NH&sub2;(CH&sub2;)&sub2;NH(CH&sub2;)&sub3;)Si(OCH&sub3;)&sub2;O-)&sub2;-]Si(CH&sub3;)&sub2;O-]x
- worin x von 6 bis 12 variiert,
- und
- (B) von 0,1 bis 20 Gew.-Teilen eines Organotitanats der Formel:
- Ti(OR)&sub4;
- worin R ein Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen ist.
- Das Organotitanat wird bevorzugter ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Tetrabutyltitanat, Tetramethyltitanat, Tetraisopropyltitanat, Ethylmethyldibutyltitanat, Tetraoctyltitanat und Tetraethylhexyltitanat, und es ist am bevorzugtesten Tetrabutyltitanat. Der Bereich des Organotitanats liegt von 0,1 bis 20 Gewichtsteilen in einer Zusammensetzung, die eine Zusammensetzung in Gewichtsteilen von 100,1 Gewichtsteilen bis 120 Gewichtsteilen aufweist, wobei dieser Bereich bevorzugter von 0,1 bis 10 Gewichtsteilen und am bevorzugtesten von 0,1 bis 5 Gewichtsteilen variiert.
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Herstellen einer lösungsmittelfreien, rasch härtenden Zweikomponenten-Grundierung für bei Raumtemperatur vulkanisierbare Siliconkautschuk-Elastomere, umfassend
- a) Umsetzen eines Dimethylsiloxan-Oligomers mit Aminoethylaminopropyltrimethoxysilan zur Bildung eines eine geringe Viskosität aufweisenden Dimethylsiloxan-Oligomers mit Aminoethylaminopropyldimethoxysiloxyl-Endgruppen mit der Formel:
- [NH&sub2;(CH&sub2;)&sub2;NH(CH&sub2;)&sub3;)Si(OCH&sub3;)&sub2;O-]&sub2;-[Si(CH&sub3;)&sub2;O-]x
- worin x von etwa 6 bis etwa 12 variiert,
- und
- b) Vermischen damit eines eines Organotitanats der Formel:
- Ti(OR)&sub4;
- worin R ein Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen ist, wobei das Verfahren in Abwesenheit von Wasser ausgeführt wird.
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiter auf ein Verfahren zum Aufbringen eines Dichtungsmittels auf ein Substrat, umfassend:
- a) Grundieren des Substrates mit einer lösungsmittelfreien Grundierung, umfassend von 100,1 Gewichtsteilen bis 120 Gewichtsteilen von
- (A) 100 Gew.-Teilen eines Dimethylsiloxan-Oligomers mit Aminoethylaminopropyldimethoxysiloxyl-Endgruppen mit der Formel:
- [NH&sub2;(CH&sub2;)&sub2;NH(CH&sub2;)&sub3;)Si(OCH&sub3;)&sub2;O-]&sub2;-[Si(CH&sub3;)&sub2;O-]x
- worin x von 6 bis 12 variiert,
- und
- (B) von 0,1 bis 20 Gew.-Teilen eines Organotitanats der Formel:
- Ti(OR)&sub4;
- worin R ein Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen ist.
- b) Härten der Grundierung auf dem Substrat und
- c) Aufbringen eines bei Raumtemperatur vulkanisierbaren Silicon-Dichtungsmittels darauf.
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich somit auf eine Zusammensetzung, ein Verfahren zum Herstellen dieser Zusammensetzung und eine Verwendung für diese Zusammensetzung.
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein lösungsmittelfreie Zweikomponenten- Grundierung zur Verbesserung der Haftung von bei Raumtemperatur vulkanisierbaren Silicon- Zusammensetzungen an Substraten, umfassend ein Polyorganosiloxan mit Aminoethylaminopropyldimethoxysiloxyl-Endgruppen und ein Organotitanat. Weiter schafft eine solche Zusammensetzung eine lösungsmittelfreie Grundierung, die keine flüchtigen organischen Verbindungen im formulierten Zustand enthält, so dass sie bei ihrem Einsatz von Nutzen für die Umwelt ist, sowie eine verbesserte Haftung an verschiedenen Substraten ergibt. Es ist ein zusätzlicher Nutzen der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung, dass sie einer raschen hydrolytischen Härtung nach dem Aufbringen auf ein Substrat unterliegt, wobei eine solche Härtung genügend rasch ist, so dass das Aufbringen von bei Raumtemperatur vulkanisierbaren Silicon-Dichtungsmitteln auf ein mit der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung grundiertes Substrat unmittelbar nach dem Aufbringen der Grundierung erfolgen kann. Dies ist besonders geeignet zum Beseitigen einer Warteperiode während der Härtung der Grundierung. Als lösungsmittelfrei definiert die Anmelderin eine Konzentration an flüchtigem organischem Material unter 5 Gew.-% des Gesamtgewichtes der Zusammensetzung, vorzugsweise unter 1 Gew.-% und am bevorzugtesten unter 0,25 Gew.-%.
- Es wird somit eine lösungsmittelfreie rasch härtende Zweikomponenten-Grundierung für bei Raumtemperatur vulkanisierbare Silicon-Elastomere offenbart, umfassend:
- (A) 100 Gew.-Teile eines Dimethylsiloxan-Oligomers mit Aminoethylaminopropyldimethoxysiloxyl-Endgruppen mit der Formel:
- [NH&sub2;(CH&sub2;)&sub2;NH(CH&sub2;)&sub3;)Si(OCH&sub3;)&sub2;O-]&sub2;-[Si(CH&sub3;)&sub2;O-]X
- worin x von 6 bis 12 variiert, und
- (B) von 0,1 bis 20 Gew.-Teilen eines Organotitanats der Formel:
- Ti(OR)&sub4;
- worin R ein Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen ist. Die Grundierungs-Zusammensetzung variiert somit von 100,1 Gewichtsteilen, wobei 100 Gewichtsteile die Komponente (A) und 0,1 Gewichtsteil die Gewichtsteile der Komponente (B) sind, bis zu 120 Gewichtsteilen, worin 100 Gewichtsteile die Komponente (A) sind und 20 Gewichtsteile die Komponente (B) sind. Beispielhafte Verbindungen für das Organotitanat, die bevorzugt sind, sind: Tetrabutyltitanat, Tetramethyltitanat, Tetraisopropyltitanat, Ethylmethyldibutyltitanat, Tetraoctyltitanat und Tetraethylhexyltitanat. Das bevorzugteste Titaxial ist Tetrabutyltitanat. Das Organotitanat wird bevorzugter ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Tetrabutyltitanat, Tetraethyltitanat, Tetraisopropyltitanat, Ethylmethyldibutyltitanat, Tetraoctyltitanat und Tetraethylhexyltitanat und es ist am bevorzugtesten Tetrabutyltitanat. Der Bereich des Organotitanats reicht von 0,1 bis 20 Gewichtsteilen in einer Zusammensetzung, die insgesamt aus 100,1 Gewichtsteilen bis 120 Gewichtsteilen besteht, wobei dieser Bereich bevorzugter von 0,1 bis 10 Gewichtsteilen und am bevorzugtesten von 0,1 bis 5 Gewichtsteilen variiert.
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Herstellen einer lösungsmittelfreien, rasch härtenden Zweikomponenten-Grundierung für bei Raumtemperatur vulkanisierbare Siliconkautschuk-Elastomere, umfassend:
- a) Umsetzen eines Dimethylsiloxan-Oligomers mit Aminoethylaminopropyltrimethoxysilan zur Bildung eines eine geringe Viskosität aufweisenden Dimethylsiloxan-Oligomers mit Aminoethylaminopropyldimethoxysiloxyl-Endgruppen mit der Formel:
- [NH&sub2;(CH&sub2;)&sub2;NH(CH&sub2;)&sub3;)Si(OCH&sub3;)&sub2;O-]&sub2;-[Si(CH&sub3;)&sub2;O-]x
- worin x von 6 bis 12 variiert,
- und
- b) Vermischen damit eines eines Organotitanats der Formel:
- Ti(OR)&sub4;
- worin R ein Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen ist.
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiter auf ein Verfahren zum Aufbringen eines Dichtungsmittels auf ein Substrat, umfassend:
- a) Grundieren des Substrates mit einer lösungsmittelfreien Grundierung, umfassend von 100,1 Gewichtsteilen bis 120 Gewichtsteilen von
- (A) 100 Gew.-Teilen eines Dimethylsiloxan-Oligomers mit Aminoethylaminopropyldimethoxysiloxyl-Endgruppen mit der Formel:
- [NH&sub2;(CH&sub2;)&sub2;NH(CH&sub2;)&sub3;)Si(OCH&sub3;)&sub2;O-]&sub2;-[Si(CH&sub3;)&sub2;O-]x
- worin x von 6 bis 12 variiert,
- und
- (B) von 0,1 bis 20 Gew.-Teilen eines Organotitanats der Formel:
- Ti(OR)&sub4;
- worin R ein Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen ist.
- b) Härten der Grundierung auf dem Substrat und
- c) Aufbringen eines bei Raumtemperatur vulkanisierbaren Silicon-Dichtungsmittels darauf.
- Weil diese Formulierung sehr empfindlich auf die Anwesenheit von Wasser reagiert, und einer raschen hydrolytisch katalysierten Härtung unterliegt sollte sie unter im Wesentlichen wasserfreien Bedingungen hergestellt und gelagert werden.
- Alle hier genannten US-PSn werden spezifisch durch Bezugnahme aufgenommen.
- Ein geeignetes Reaktionsgefäß, ausgerüstet mit einem Rührer, Heizgerät, einer Stickstoffspülung und einer Vakuumquelle, wurde mit 109 Gewichtsteilen trockenem Aceton, 10 Gewichtsteilen Wasser und 2 Gewichtsteilen Bentonittonquarz (Super Filtrol Grad #20) gefüllt. Diese Bestandteile wurden bei einer mäßigen Geschwindigkeit 15 Minuten lang vermischt. Zu dieser Mischung gab man 100 Gewichtsteile geschmolzenes Methyltrimer (Hexamethyltrisiloxan) und vermischte unter Erwärmen auf eine Temperatur im Bereich von 50 bis 60ºC 6 Stunden lang, woraufhin der Prozentsatz des unumgesetzten Trimers sich auf weniger als 5% verringert hatte. Zu diesem Zeitpunkt wurden 1,3 Gewichtsteile Magnesiumoxid und 1,0 Gewichtsteil calcinierte Diatomeenerde (Celite 545®) zu der Reaktionsmischung hinzugegeben und 30 Minuten lang damit vermischt. Die Reaktionsmischung wurde auf 25ºC abgekühlt und filtriert. Aceton wurde aus der Reaktionsmischung durch Strippen unter einem Teilvakuum unter Bedingungen entfernt, bei denen die Temperatur niemals 55ºC überstieg. Dies führte zur Isolation des Dimethylsiloxanoligomers. Nach dem Abkühlen auf 25ºC wurde das Dimethylsiloxanoligomer analysiert, und es wurden ein Silanolgehalt von 5-8 Gew.-%, eine Viskosität von 3-10 cps und ein restlicher Trimergehalt unter 5 Gew.-% festgestellt. Die Zubereitung war farblos.
- Ein geeignetes Reaktionsgefäß, ausgerüstet mit einem Rührer, Heizgerät, Stickstoffspülung und einer Vakuumquelle, wurde mit 100 Gewichtsteilen Dimethylsiloxanoligomer, das wie vorher beschrieben hergestellt worden war, gefüllt, und unter Rühren auf 70-90ºC erhitzt. Eine Lösung, bestehend aus 42 Gewichtsteilen Aminoethylaminopropyltrimethoxysilan, 5,1 Gewichtsteil Dibutylamin und 2,4 Gewichtsteilen Essigsäure, wurde zu der Reaktionsmischung hinzugegeben und 30 Minuten lang bei einer Temperatur von 70-90ºC unter einer Stickstoffspülung damit vermischt. Die Mischung wurde auf 40-60ºC abgekühlt und es wurden 15 Gewichtsteile Hexamethyldisilazan hinzugegeben und 30 Minuten lang damit vermischt. An die Mischung wurde 30 Minuten lang Vakuum gelegt, um sie zu entgasen, und dann wurde sie auf Raumtemperatur abgekühlt.
- Die folgenden Experimente wurden unter Einsatz von etwa 2,5 · 10 cm (1 · 4 inch) großen Platten aus anodisiertem Aluminium ausgeführt, das durch Waschen mit Isopropanol gereinigt worden war. Ein dünner Film des Grundierungs-Kandidaten wurde dann mit einem sauberen trocknenen Tuch aufgebracht. Unmittelbar nach dem Aufbringen der Grundierung wurden ASTM- C-794-Proben (Proben für die Abziehhaftung) hergestellt. Die folgenden Dichtungsmittel wurden auf Kohäsionsversagen getestet, nachdem man sie 10 Tage auf den grundierten Aluminiumplatten hatte härten lassen:
- Dichtungsmittel A: Eine bei Raumtemperatur vulkanisierbare Silicon-Zusammensetzung unter Benutzung einer zinn-katalysierten Alkoxy-Härtung.
- Dichtungsmittel B: Eine bei Raumtemperatur vulkanisierbare Silicon-Zusammensetzung unter Benutzung einer zinn-katalysierten Acetoxy-Härtung.
- Dichtungsmittel C: Eine bei Raumtemperatur vulkanisierbare Silicon-Zusammensetzung unter Benutzung einer titanat-katalysierten Alkoxy-Härtung. Experiment 1: Grundierung: Dimethylsiloxanoligomer mit Aminoethylaminopropyldimethoxy-Endgruppen. Experiment 2: Grundierung: 99 Gewichtsteile Dimethylsiloxanoligomer mit Aminoethylaminopropyldimethoxy-Endgruppen und 1 Gewichtsteil Tetrabutyltitanat. Experiment 3: Grundierung: 97 Gewichtsteile Dimethylsiloxanoligomer mit Aminoethylaminopropyldimethoxy-Endgruppen und 3 Gewichtsteile Tetrabutyltitanat. Experiment 4: Grundierung: 95 Gewichtsteile Dimethylsiloxanoligomer mit Aminoethylaminopropyldimethoxy-Endgruppen und 5 Gewichtsteile Tetrabutyltitanat. Experiment 5: Grundierung: keine, Einsatz von nicht grundiertem anodisiertem Aluminium.
- Experiment 6: Bei einem Niveau von 10 Gewichtsteilen Tetrabutyltitanat und 90 Gewichtsteilen Dimethylsiloxanoligomer mit Aminoethylaminopropyldimethoxy-Endgruppen nahm die Hydrolyserate bis zu dem Punkt zu, bei dem das Grundieren des Substrates nach dem in den vorhergehenden Tests benutzten Verfahren nicht praktisch war. Andere derzeit verfügbare oder noch zu entwickelnde Grundierungsverfahren können größere Mengen von Organotitanat zum Einsatz in Grundierungs-Formulierungen geeignet machen.
- Kohäsionsversagen ist definiert als ein Spalten des Dichtungsmittels innerhalb der Dichtungsmittelschicht selbst, beträchtlich unterhalb der Mitte, wenn die Probe bis zur Zerstörung gezogen wird. Adhäsionsverfahren ist ein Versagen des Dichtungsmittels, am Substrat zu haften, wenn bis zur Zerstörung gezogen wird. Auf der Grundlage der Ergebnisse der Experimente 1 bis 5 gab es, während es im Wesentlichen kein Adhäsionsversagen gab, ein stärkeres Kohäsionsversagen, was den Erfolg der Grundierungs-Zusammensetzung beim Aufrechterhalten der Haftung des Dichtungsmittels an der Grundierung und der Grundierung am Substrat zeigt. Kohäsives Versagen zeigt ein Versagen des Dichtungsmittels innerhalb der Dichtungsmittelschicht, im Unterschied dazu, woran das Dichtungsmittel gebunden sein mag, an das Substrat oder an die Grundierung.
Claims (9)
1. Rasch härtende, lösungsmittelfreie Zweikomponenten-Grundierungszusammensetzung für
bei Raumtemperatur vulkanisierbare Siliconelastomere, umfassend von 100,1 Gew.-Teile bis 120
Gew.-Teile von
(A) 100 Gew.-Teilen eines Dimethylsiloxan-Oligomers mit
Aminoethyl-aminopropyldimethoxysiloxyl-Endgruppen mit der Formel:
[NH&sub2;(CH&sub2;)&sub2;NH(CH&sub2;)&sub3;)Si(OCH&sub3;)&sub2;O-]2-[Si(CH&sub3;)&sub2;O-]x
worin x von 6 bis 12 variiert, und
(B) von 0,1 bis 20 Gew.-Teilen eines Organotitanats der Formel:
Ti(OR)&sub4;
worin R ein Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen ist.
2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin das Organotitanat ausgewählt ist aus der
Gruppe bestehend aus Tetrabutyltitanat, Tetramethyltitanat, Tetraisopropyltitanat,
Ethylmethyldibutyltitanat, Tetraoctyltitanat und Tetra-ethylhexyltitanat.
3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, worin das Organotitanat Tetrabutyltitanat ist.
4. Zusammensetzung nach einem vorhergehenden Anspruch, worin die Menge des
Organotitanats im Bereich von 0,1 Gew.-Teil bis 10 Gew.-Teilen liegt.
5. Zusammensetzung nach einem vorhergehenden Anspruch, worin die Menge des
Organotitanats im Bereich von 0,1 Gew.-Teil bis 5 Gew.-Teilen liegt.
6. Verfahren zum Herstellen einer lösungsmittelfreien, rasch härtenden Zweikomponenten-
Grundierungszusammensetzung für bei Raumtemperatur vulkanisierbare Siliconelastomere,
umfassend:
a) Umsetzen eines Dimethylsiloxan-Oligomers mit Aminoethyl-aminopropyl-trimethoxysilan
zur Bildung eines eine geringe Viskosität aufweisenden Dimethylsiloxan-Oligomers mit
Aminoethyl-aminopropyldimethoxysiloxyl-Endgruppen mit der Formel:
[NH&sub2;(CH&sub2;)&sub2;NH(CH&sub2;)&sub3;)Si(OCH&sub3;)&sub2;O-]&sub2;-[Si(CH&sub3;)&sub2;O-]x
worin x von etwa 6 bis etwa 12 variiert, und
b) Vermischen damit eines eines Organotitanats der Formel:
Ti(OR)&sub4;
worin R eine Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen ist, wobei das Verfahren in
Abwesenheit von Wasser ausgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, worin das Organotitanat ausgewählt ist aus der Gruppe
bestehend aus Tetrabutyltitanat, Tetramethyltitanat, Tetraisopropyltitanat,
Ethylmethyldibutyltitanat, Tetraoctyltitanat und Tetra-ethylhexyltitanat.
8. Verfahren nach Anspruch 7, worin das Organotitanat Tetrabutyltitanat ist.
9. Verfahren zum Aufbringen eines Dichtungsmittels auf eine Substrat, umfassend:
a) Grundieren des Substrates mit einer lösungsmittelfreien Zusammensetzung nach
Anspruch 1,
b) Härten der Grundierung auf dem Substrat und
c) Aufbringen eines bei Raumtemperatur vulkanisierbaren Silicon-Dichtungsmittels darauf.
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