DE3833286A1 - Harzmasse - Google Patents

Harzmasse

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Description

Die Erfindung betrifft eine Harzmasse mit guter Formbarkeit und ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften, ausgezeichneter chemischer Beständigkeit und hervorragender Wärmebeständigkeit. Die Masse ist auf vielen Gebieten brauchbar einschließlich den Gebieten der elektrischen und elektronischen Bauteile, Automobilbauteile, Haushaltsutensilien, Gehäusen für Maschinen und Bauteile sowie für mechanische Teile, welche durch Spritzformen hergestellt werden. Das Material eignet sich ferner für Platten oder Folien, welche durch Extrusionsformen hergestellt werden, sowie für Produkte, die durch Glasformung hergestellt werden.
Polyamidharze oder thermoplastische Polyesterharze haben ausgezeichnete physikalische und chemische Eigenschaften. Dennoch beobachtet man dann, wenn derartige Harze allein verrwendet werden, gewisse Nachteile oder Unzulänglichkeiten. So zeigen beispielsweise Polyamidharze den Nachteil, daß sie bei Absorption von Feuchtigkeit oder Wasser eine Beeinträchtigung der Steifigkeit erleiden und bei den Formprodukten eine wesentliche Dimensionsänderung eintritt. Andererseits haben thermoplastische Polyesterharze den Nachteil, daß sie bei der Schlagfestigkeit oder bei der Beständigkeit gegen hydrothermale Beanspruchung schlechtere Eigenschaften aufweisen. Um ein Harz zu erhalten, bei dem derartige Unzulänglichkeiten ausgeglichen oder komplementiert werden, hat man Untersuchungen durchgeführt, bei denen ein thermoplastisches Polyesterharz einem Polyamidharz zugemischt wurde. Derartige Mischungszusammensetzungen sind beispielsweise in den JP-OS 103191/1976, 105355/1976 und 213256/1986 beschrieben.
Ein Polyamidharz und ein thermoplastisches Polyesterharz sind miteinander jedoch nur schlecht kompatibel, wodurch die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Zugfestigkeitseigenschaften oder die Schlagfestigkeitseigenschaften, beeinträchtigt werden oder eine Phasentrennung leicht eintritt, was zu einer Beeinträchtigung des Aussehens führt. Es hat sich daher als praktisch schwierig erwiesen, eine praktisch brauchbare Mischungszusammensetzung mittels eines wirtschaftlich brauchbaren Verfahrens, wie durch Schmelzkneten, zu erhalten.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, unter Anwendung eines industriell konstengünstigen und einfachen Verfahrens eine Zusammensetzung zu schaffen, deren Wasserabsorptionseigenschaften verringert sind, während die ausgezeichneten Eigenschaften eines Polyamidharzes aufrechterhalten werden, und das ferner die Eigenschaften eines thermoplastischen Polyesterharzes aufweist, das hinsichtlich Schlagfestigkeit und mechanischen Eigenschaften hervorragend ist.
Erfindungsgemäß wird eine Harzmasse geschaffen, umfassend
  • (I) 100 Gew.-Teile Harzmasse, bestehend aus
    • (i) 5 bis 95 Gew.-% eines Polyamidharzes und
    • (ii) 5 bis 95 Gew.-% eines thermoplastischen Polyesterharzes;
  • (A) 0,01 bis 30 Gew.-Teile einer hochmolekulargewichtigen Epoxyverbindung vom Bisphenol-Typ, wobei es sich um ein Kondensationsprodukt eines Bisphenols mit Epichlorhydrin handelt und das einen Polymerisationsgrad aufweist von im wesentlichen mindestens 11; und/oder
  • (B) 1 bis 50 Gew.-Teile eines Metallionen-haltigen Ethylencopolymerisats.
Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsform erläutert.
Das bei der vorliegenden Erfindung verwendete Polyamid kann ein Polyamid sein, das durch Polymerisation eines mindestens 3gliedrigen Lactams oder einer polymerisierbaren ω -Aminosäure erhalten wurde, oder ein Polyamid, das erhalten wurde durch die Polykondensation einer zweibasischen Säure mit einem Diamin. Speziell umfaßt sind Polymere von ε -Caprolactam, Aminocapronsäure, Önantholactam, 7-Aminoheptansäure, 11-Aminoundecansäure, 9-Aminononansäure, α -Pyrrolidon und α -Piperidon, Polymere, welche erhalten wurden durch die Polykondensation eines Diamins, wie Hexamethylendiamin, Nonamethylendiamin, Undecamethylendiamin, Dodecamethylendiamin oder m-Xylylendiamin, mit einer Dicarbonsäure, wie Terephthalsäure, Isophthalsäure, Adipinsäure, Sebacinsäure, Dodecandisäure oder Glutarsäure, und Copolymeren davon, wie Nylon 4, 6, 7, 8, 11, 12, 6.6, 6.9, 6.10, 6.12, 6T, 6/6.6, 6/12, 6/6T und 6I/6T.
Das thermoplastische Polyesterharz, das bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann ein Polyalkylenterephthalat sein, das erhalten wird durch Polykondensation von Terephthalsäure oder ihrem Dialkylester mit einem aliphatischen Glykol oder einem Copolymeren davon. Typische Beispiele umfassen Polyethylenterephthalat und Polybutylenterephthalat. Bei dem oben erwähnten aliphatischen Glykol kann es sich um Ethylenglykol, Propylenglykol, Tetramethylenglykol oder Hexamethylenglykol handeln. Diese aliphatischen Glykole können nicht mehr als 30 Gew.-% anderer Diole oder mehrwertiger Alkohole enthalten, wie Cyclohexandiol, Cyclohexandimethanol, Xylylenglykol, 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan, 2,2- Bis-(4-hydroxy-3,5-dibromphenyl)-propan, 2,2-Bis-(4- hydroxyethoxyphenyl)-propan, 2,2-Bis-(4-hydroxyethoxy- 3,5-dibromphenyl)-propan, Glycerin und Pentaerythrit.
Ferner können Terephthalsäure oder ihre Dialkylester in Kombination mit anderen zweibasischen Säuren, einer mehrbasischen Säure oder einem Alkylester derselben verwendet werden, beispielsweise in Kombination mit nicht mehr als 30 Gew.-%, bezogen auf die Terephthalsäure oder ihren Dialkylester, Phthalsäure, Isophthalsäure, Naphthalindicarbonsäure, Diphenyldicarbonsäure, Adipinsäure, Sebacinsäure, Trimesinsäure, Trimellitsäure oder einem Alkylester derselben.
Das Mischungsverhältnis von Polyamidharz und thermoplastischem Polyesterharz beträgt 5 bis 95 Gew.-% einer dieser Komponenten und 5 bis 95 Gew.-% der anderen Komponente, und zwar derart, daß die Gesamtmenge 100 Gew.-% ausmacht. Außerhalb dieses Bereichs können die Eigenschaften beider Polymere nicht aufrechterhalten werden. Vorzugsweise umfaßt die Harzmasse (I) 2 bis 90 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 40 bis 90 Gew.-%, des Polyamidharzes und 10 bis 80 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 10 bis 60 Gew.-%, des thermoplastischen Polyesterharzes.
Die hochmolekulargewichtige Epoxyverbindung vom Bisphenol- Typ, die bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, ist ein Kondensationsprodukt eines Bisphenols, wie Bisphenol A, mit Epichlorhydrin. Beispielsweise handelt es sich im Falle von Bisphenol A um eine hochmolekulargewichtige Epoxyverbindung vom Bisphenol-Typ der folgenden Formel I, wobei der Polymerisationsgrad n im wesentlichen mindestens 11 und vorzugsweise mindestens 15 beträgt.
Spezielle Beispiele des Bisphenols umfassen Bisphenol A, Bisphenol F, Bisphenol C, Tetramethyl-bisphenol A, Tetramethyl- bisphenol F, Diisopropyl-bisphenol A, Di-sek.- butyl-bisphenol A, Tetra-t-butyl-bisphenol A, Tetra-t- butyl-bisphenol F, Tetra-t-butyl-bisphenol, 1,1-Ethyliden- bisphenol, 1,1-Isobutyliden-bisphenol, Methyl-ethyl- methylen-bisphenol, Methyl-isobutyl-methylen-bisphenol, Methyl-hexyl-methylen-bisphenol, Methyl-phenyl-methylen- bisphenol, Bisphenol Z, p,p′-Bisphenol, Methylen-bis- (2,4-DTB-3CR), o,p′-Bisphenol A, Methylpropionat-diphenol, Ethylpropionat-diphenol und Tetramethyl-bisphenol S.
Die speziellen, hochmolekulargewichtigen Epoxyverbindungen vom Bisphenol-Typ, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, können in Kombination von zwei oder mehr unterschiedlichen Typen eingesetzt werden.
Die Epoxyverbindung wird in einer Menge von 0,01 bis 30 Gew.-Teilen, bezogen auf 100 Gew.-Teile der Mischung des Polyamidharzes und des thermoplastischen Polyesterharzes, zugesetzt. Falls die Menge kleiner als 0,01 Gew.-Teile ist, kann bei der Kompatibilität kein ausreichender Effekt erzielt werden. Falls andererseits die Menge 30 Gew.-Teile übersteigt, werden die mechanischen Eigenschaften beeinträchtigt. Vorzugsweise liegt die Menge in einem Bereich von 0,05 bis 20 Gew.-Teilen.
Das Metallionen-haltige Ethylencopolymerisat bei der vorliegenden Erfindung ist ein ionisches Polymerisat, aufgebaut aus einer Ethylenkomponente, einer ungesättigten Carbonsäurekomponente und einer Komponente eines Metallsalzes einer ungesättigten Carbonsäure. Ein solches Produkt wird gewöhnlich als Ionomer bezeichnet. Als ungesättigte Carbonsäurekomponente wird eine solche mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen bevorzugt. Besonders bevorzugt ist eine solche, die von Acrylsäure, Methacrylsäure oder Ethacrylsäure abstammt. Die Komponente eines Metallsalzes einer ungesättigten Carbonsäure kann ein Metallsalz der oben erwähnten, ungesättigten Carbonsäuren sein, wie ein Na-, K-, Mg-, Ca-, Ba- oder Zn-Salz. Als bevorzugte Beispiele seien ein Na-, Mg- oder Zn-Salz erwähnt. Die Mengenanteile der oben erwähnten Komponenten betragen vorzugsweise 80 bis 99 Mol-% der Ethylenkomponente und 0,1 bis 20 Mol-% jeder ungesättigten Carbonsäurekomponente und deren Metallsalzkomponente. Die Komponente des Metallsalzes einer ungesättigten Carbonsäure macht vorzugsweise mindestens 10 Mol-%, bezogen auf die ungesättigte Carbonsäurekomponente, aus. Ferner kann das Metallionen-haltige Ethylencopolymerisat zusätzlich zu den obigen drei Komponenten eine ungesättigte Carbonsäurealkylester-Komponente enthalten, wie Methylacrylat oder Methylmethacrylat, oder eine Vinylesterkomponente, wie Vinylacetat. Bei der Herstellung des Metallionen-haltigen Ethylencopolymerisats kann man Verfahren anwenden, wie sie z. B. in der JP-AS 31556/1974 und US-PS 37 89 035 beschrieben sind. Das am meisten bevorzugte Produkt ist beispielsweise ein Ionomerharz (Sirline, Warenzeichen), hergestellt von Dupont Company.
Das Metallionen-haltige Ethylencopolymerisat wird in einer Menge von 1 bis 50 Gew.-Teilen und vorzugsweise von 3 bis 30 Gew.-Teilen, bezogen auf 100 Gew.-Teile der Mischung aus Polyamidharz und thermoplastischem Polyesterharz, eingearbeitet. Falls die Menge kleiner als 1 Gew.-Teil ist, wird kein ausreichender Effekt bei der Verbesserung der Kompatibilität des Polyamidharzes und des thermoplastischen Polyesterharzes erzielt. Falls andererseits die Menge 50 Gew.-Teile übersteigt, kommt es zu einer wesentlichen Beeinträchtigung der Hitzebeständigkeit.
Das Vermischen der erfindungsgemäßen Zusammensetzung kann nach einem Schmelzknetverfahren durchgeführt werden, das den Fachleuten gut bekannt ist. Es bestehen keine speziellen Beschränkungen hinsichtlich der beim Kneten einzuhaltenden Temperatur oder Zeitdauer. Im allgemeinen wird jedoch eine Temperatur von 150 bis 350°C empfohlen. Speziell erwähnt als geeignete Vorrichtungen zur Durchführung des Vermischens seien ein Extruder, Banbury-Mischer, Supermischer, eine Walzenmühle oder ein Kneter.
Vorzugsweise werden alle Komponenten gleichzeitig der Schmelzknetoperation unterworfen. In einigen Fällen kann man jedoch zwei Komponenten der drei zunächst der Schmelzknetoperation unterwerfen und anschließend die restliche Komponente zumischen, gefolgt von einem weiteren Schmelzkneten. Man kann die Epoxyverbindung und das Metallionen-haltige Ethylencopolymerisat erfindungsgemäß jeweils allein einverleiben oder man kann sie auch zusammen in Kombination verwenden. Die Komponenten können ferner geringe Mengen an Verunreinigungen enthalten.
Erfindungsgemäß können andere Harze einverleibt werden, solange die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Harzmasse nicht beeinträchtigt werden.
Um die Kompatibilität zwischen dem Polyamidharz und dem thermoplastischen Polyesterharz noch weiter zu verbessern, kann man herkömmliche Additive, wie ein modifiziertes Polyolefinharz oder ein Olefinelastomeres einverleiben.
Speziell kann man eine weitere Verbesserung der Schlagfestigkeitseigenschaften erzielen, falls ein Ethylen/ Acrylsäureester-Copolymerisat, ein Elastomeres oder dergl. in einer Menge von 0,1 bis 10 Gew.-Teilen, bezogen auf 100 Gew.-Teile der Mischung aus Polyamidharz und thermoplastischem Polyesterharz, einverleibt wird. Als das Elastomere kommt hierbei ein kautschukartiger Polymeres oder ein kautschukmodifiziertes Styrolharz in Betracht. Spezielle Beispiele des kautschukartigen Polymeren umfassen ein Polybutadien, ein Butadien-Styrol- Copolymerisat, ein Ethylen-Propylen-Copolymerisat, ein Ethylen-Propylen-Dien-Copolymerisat, Polyisopren, ein Ethylen-α-Olefin-Copolymerisat, ein Polyisobutylen, ein Polyacrylat, einen Polyester, ein Polyurethan und verschiedene, modifizierte Polymere derselben. Spezielle Beispiele des kautschukmodifizierten Styrolharzes umfassen beispielsweise ein Butadienkautschuk-modifiziertes Polystyrol, ein Butadienkautschuk-modifiziertes Styrol-Acrylnitril-Copolymerisat, ein Acrylkautschuk- modifiziertes Polystyrol, ein Acrylkautschuk-modifiziertes Styrol-Acrylnitril-Copolymerisat, ein Ethylen-Propylen- Copolymerisat-modifiziertes Polystyrol und ein Ethylen- Methylmethacrylat-Copolymerisat-modifiziertes Polystyrol.
Die erfindungsgemäße Masse kann ferner verschiedene andere, wohlbekannte Additive enthalten, einschließlich Verstärkungsmaterialien, wie Glasfasern, Kohlenstoffasern und Metallwhisker; Füllstoffe, wie Silica, Alumina, Silica-Alumina-Tonmineralien, Silica-Magnesium- Tonmineralien, Calciumsilicat, Calciumcarbonat, Asbest und Ruß; Gleitmittel, Nucleiermittel, Antioxidantien, Flammschutzmittel, Antistatikmittel, Mittel zur Wetterfestausrüstung und dergl.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie zu beschränken. In den Beispielen wurden die physikalischen Eigenschaften wie folgt bestimmt.
  • (1) Zugfestigkeit, Dehnung: gemäß ASTM D-638;
  • (2) Zugschlagwert (tensile impact value): gemäß ASTM D-1822;
  • (3) Izod-Schlagfestigkeitswert: gemäß ASTM D-256 unter Verwendung eines Probekörpers mit einer Dicke von ⅛ Zoll.
Beispiele 1 und 2
Nylon 6 mit einer relativen Viskosität von 2,5, bestimmt mit dem Ostwald-Viskosimeter gemäß JIS K-6810, als Polyamid, Polybutylenterephthalat mit einer Intrinsic-Viskosität von 1,2 (Novadur 5010, Warenzeichen, hergestellt von Mitsubishi Kasei Corporation) und eine hochmolekulargewichtige Epoxyverbindung vom Bisphenol-Typ werden miteinander unter Schaffung der in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzung vermischt. Die Mischung wird mittels eines Extruders bei einer Temperatur von 250 bis 320°C einer Schmelzmischung unterzogen. Die erhaltene Masse wird unter den in Tabelle 2 angegebenen Bedingungen durch Spritzguß verarbeitet.
Beispiele 3 bis 8
Unter Verwendung eines Polyethylenterephthalats mit einer Intrinsic-Viskosität von 0,6 und einem Schmelzpunkt von 260°C anstelle des in den Beispielen 1 und 2 verwendeten Polybutylenterephthalats wird gemäß den Beispielen 1 und 2 eine Mischungszusammensetzung hergestellt. Es werden die in Tabelle 1 identifizierten Massen erhalten, und die Massen werden unter den in Tabelle 2 angegebenen Bedingungen durch Spritzguß verarbeitet.
Vergleichsbeispiele 1 und 2
Eine Mischungszusammensetzung wird hergestellt, indem man in einem Extruder auf gleiche Weise wie bei den Massen der Beispiele 1 bis 8 ein Schmelzmischverfahren durchführt. Dabei wird jedoch keine hochmolekulargewichtige Bisphenol-Epoxyverbindung eingesetzt. Die Masse wird unter den in Tabelle 2 angegebenen Bedingungen durch Spritzguß verarbeitet.
Vergleichsbeispiele 3 bis 6
Unter Verwendung einer Epoxyverbindung vom Bisphenol-Typ mit einem relativ niedrigen Molekulargewicht der Formel I, worin n kleiner als 10 ist, wird eine Mischung hergestellt unter Schaffung der in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzung. Das Ganze wird gemäß den Beispielen 1 bis 8 in einem Extruder durch Schmelzmischen zu einer Masse verarbeitet, die unter den in Tabelle 2 angegebenen Bedingungen durch Spritzgießen verarbeitet wird.
Vergleichsbeispiele 7 bis 9
Unter Verwendung einer anderen Epoxyverbindung als die Epoxyverbindung vom Bisphenol-Typ wird eine Mischungszusammensetzung hergestellt, wie sie in Tabelle 1 angegeben ist, und gemäß den Beispielen 1 bis 8 der Schmelzmischung unterworfen. Die Masse wird unter den in Tabelle 2 angegebenen Bedingungen durch Spritzguß verarbeitet.
An den auf diese Weise erhaltenen Spritzgußprodukten der Harzmassen der Beispiele 1 bis 8 und Vergleichsbeispiele 1 bis 9 werden jeweils die Zugfestigkeit, die Zugdehnung, der Zugschlagfestigkeitswert und der Izod-Schlagfestigkeitswert bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Tabelle 1
Tabelle 2
Beispiele 9 bis 17
Es wird eine Mischungszusammensetzung hergestellt, bei der die in Tabelle 3 angegebene Zusammensetzung vorliegt. Dazu wird Nylon 6 oder Nylon 66 mit einer relativen Viskosität von 3,0, bestimmt mittels Ostwald-Viskosimeter gemäß JIS K-6810, als Polyamidharz, Polybutylenterephthalat (PBT) mit einer Intrinsicviskosität von 1,1 oder Polyethylenterephthalat (PET) mit einer Intrinsicviskosität von 0,8 als thermoplastisches Polyesterharz und ein Ionomerharz von Dupont Company (Sirline, Warenzeichen) als Metallionen-haltiges Ethylencopolymerisat eingesetzt. Die Mischungszusammensetzung wird mit einem 40 mm Durchmesser- Extruder bei einer Harztemperatur im Bereich von 240 bis 280°C in der Schmelze vermischt. Anschließend wird die erhaltene Masse durch Spritzguß verarbeitet unter Verwendung einer Spritzgußmaschine mit einer Formeinspannkraft von 75 t (IS 75 S, hergestellt von Toshiba Kikai K.K.).
Beispiele 18 bis 22
Das Verfahren wird gemäß den Beispielen 9 bis 17 durchgeführt. Es wird jedoch eine hochmolekulargewichtige Epoxyverbindung vom Bisphenol-Typ oder ein Ethylen-Propylen- Terpolymerisatkautschuk (EPDM) zusätzlich zu der Zusammensetzung des Beispiels 12 einverleibt, so daß die in Tabelle 3 angegebene Zusammensetzung erhalten wird.
Vergleichsbeispiele 10 bis 12
Das Verfahren wird gemäß den Beispielen 9 bis 17, jedoch ohne das Metallionen-haltige Ethylencopolymerisat durchgeführt.
An den auf diese Weise erhaltenen Spritzgußprodukten der Harzmassen der Beispiele 9 bis 22 und der Vergleichsbeispiele 10 bis 12 werden die Zugfestigkeit, die Dehnung und der Izod-Schlagfestigkeitswert bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 aufgeführt.
Tabelle 3
Tabelle 4

Claims (8)

1. Harzmasse, umfassend
  • (I) 100 Gew.-Teile einer Harzmasse, enthaltend
    • (i) 5 bis 95 Gew.-% eines Polyamidharzes und
    • (ii) 5 bis 95 Gew.-% eines thermoplastischen Polyesterharzes;
  • (A) 0,01 bis 30 Gew.-Teile einer hochmolekulargewichtigen Epoxyverbindung vom Bisphenol-Typ, wobei es sich um ein Kondensationsprodukt eines Bisphenols mit Epichlorhydrin handelt und welches einen Polymerisationsgrad von im wesentlichen mindestens 11 aufweist; und/oder
  • (B) 1 bis 50 Gew.-Teile eines Metallionen-haltigen Ethylencopolymerisats.
2. Harzmasse gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hochmolekulargewichtige Epoxyverbindung vom Bisphenol-Typ (A) die folgende Formel aufweist: wobei n für eine ganze Zahl von mindestens 11 steht und die Benzolringe Substituenten aufweisen können.
3. Harzmasse gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hochmolekulargewichtige Epoxyverbindung vom Bisphenol-Typ (A) einen Polymerisationsgrad von im wesentlichen mindestens 15 aufweist.
4. Harzmasse gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallionen-haltige Ethylencopolymerisat (B) ein Copolymerisat von Ethylen mit einer ungesättigten Carbonsäure ist, an die Metallionen gebunden sind.
5. Harzmasse gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Harzmasse (I) (i) 20 bis 90 Gew.-% des Polyamidharzes und (ii) 10 bis 80 Gew.-% des thermoplastischen Polyesterharzes umfaßt.
6. Harzmasse gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Harzmasse (I) (i) 40 bis 90 Gew.-% des Polyamidharzes und (ii) 10 bis 60 Gew.-% des thermoplastischen Polyesterharzes umfaßt.
7. Harzmasse gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hochmolekulargewichtige Epoxyverbindung vom Bisphenol-Typ (A) in einer Menge von 0,05 bis 20 Gew.-Teilen, bezogen auf 100 Gew.-Teile der Harzmasse (I), vorliegt.
8. Harzmasse gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallionen-haltige Ethylencopolymerisat (B) in einer Menge von 3 bis 30 Gew.-Teilen, bezogen auf 100 Gew.-Teile der Harzmasse (I), vorliegt.
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