DE68928674T2 - Zusammensetzung zur Wärme- und Ultraviolettstabilisierung von thermoplastischen Harzen und thermoplastische Harze, die eine solche Stabilisatorzusammensetzung enthalten - Google Patents
Zusammensetzung zur Wärme- und Ultraviolettstabilisierung von thermoplastischen Harzen und thermoplastische Harze, die eine solche Stabilisatorzusammensetzung enthaltenInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stabilisierungszusammensetzung für ein thermoplastisches Harz, insbesondere ftir ein halogenhaltiges thermoplastisches Harz, gegenüber Wärme- und/oder Lichteinwirkung. Insbesondere betilift die vorliegende Erfindung eine ternäre Stabilisierungszusarnmensetzung, die ein Hydrotalcit, einen Zinkzeolithen und ein Zinkcarboxylat enthält.
- Es ist bekannt, daß thermoplastische Harze, die Halogene und/oder Verbindungen mit saurem Charakter enthalten, die aus Katalysatoren und/oder Monomeren und/oder aus der Nachhalogenierung stammen, z.B. Harze, die aus Monomeren oder Comonomeren stammen, die Halogene enthalten, so z.B. Polymere oder Copolymere des Vinylchlorids sowie Harze, die unter Verwendung von Katalysatoren erhalten worden sind, wie z.B. Bortrifluorid, Zinntetrachlorid und Kahumpersulfat, und nachhalogenierte Harze, wie z.B. nachchlorierte Harze, Metallteile von Formen und Formgebungsmaschinen zur Korrosion oder zum Rosten bringen können, weil sie Halogene und/oder Verbindungen mit saurem Charakter enthalten. Gleichermaßen weiß man, daß diese Harze und die ausgehend von diesen Harzen geformten Produkte unter Einwirkung von Wärme oder ultravioletter Bestrahlung einem Abbau unterliegen.
- Beispielsweise gehen die Vinylchloridharze, wenn sie Wärme oder einer ultravioletten Bestrahlung ausgesetzt werden, eine Dehydrochlorierung im Inneren ihrer molekularen Ketten ein, was gleichzeitig einen Abbau und eine Verfärbung der Harze sowie eine Korrosion der Formen und Formgebungsmaschinen hervorruft.
- Die Us-A-4 299 759 lehrt, daß Hydrotalcite wirksame Wärmestabilisatoren für thermoplastische Harze sind. Die Us-A-4 427 816 beschreibt ein binäres Stabilisierungssystem, das aus einem p-Diketon und einem Hydrotalcit besteht.
- Die Hydrotalcite können durch die folgende allgemeine Formel wiedergegeben werden:
- M1-x)M'x (OH)&sub2; An- x/n m H&sub2;O (I)
- in der:
- - M und M' jeweils zweiwertige oder dreiwertige Metallkationen sind,
- - x der Bedingung ∅ < x ≤ ∅,5 genügt,
- - m eine positive Zahl ist und
- - An- ein Anion mit der Wertigkeit n ist.
- Vorzugsweise ist M Magnesium und M' Muminium, so daß die Hydrotalcite der folgenden allgemeinen Formel entsprechen:
- Mg(1-x)Alx (OH)2 An-x/n m H&sub2;O
- Geeignete Anionen sind CO&sub3;²&supmin;, SO&sub4;²&supmin;, &supmin;O&sub2;C-CO&sub2;&supmin;, HPO&sub4;²&supmin; und dergleichen. Die ausgewählten Hydrotalcite weisen eine spezifische Oberfläche von weniger als 30 m²/g und eine Granulometrie (Teilchengröße) von weniger als 5 Mikron auf. Solche Hydrotalcite und dergleichen sind von W.T. Reichle in "Anionic Clay Minerals" (CHEMTECH, Januar 1986, S.58-63) und von S. Miyata in "Clays and Clays Minerals" (Bd.31, Nr.4, S.305-311, 1983) beschrieben.
- Die Patentanmeldung GB 2 075 989 beschreibt eine Zusammensetzung auf Basis eines thermoplastischen Harzes, die durch ein Hydrotalcit stabilisiert ist.
- Die Patentanmeldung JP 62-68839 betrifft ein PVC-Harz mit einer verbesserten Beständigkeit gegenüber dem ,,Plate-out"-pHänomen, gegenüber der Wanderung (Migration) der Additive und gegenüber einem Bleichen durch Wasser; dieses PVC-Harz enthält eine Thiazolverbindung oder eine Dithiocarbamatsäure und ein Zinkcarbamat oder ein Zinkaluminat.
- Jedoch sind die Hydrotalcite kostspielige Substanzen, und man beabsichtigt die Herstellung wirksamer Stabilisierungszusammensetzungen unter Verwendung einer reduzierten Menge an Hydrotalcit.
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine neuartige und wirksame Stabilisierungszusammensetzung für thermoplastische Harze, wobei diese Zusammensetzung ein ternäres System ist, welches ein Hydrotalcit mit einer spezifischen Oberfläche von mehr als 30 m²/g und einer Korngröße (Granulometrie) von weniger als 5 Mikron, einen Zinkzeolithen und ein Zinkcarboxylat enthält.
- Die erfindungsgemäße Zusammensetzung enthält vorzugsweise:
- - etwa 60 bis 80 Gew.-% eines Hydrotalcits,
- - etwa 10 bis 20 Gew.-% eines Zinkzeolithen und
- - etwa 10 bis 20 Gew.-% eines Zinkcarboxylats.
- Die Vorteile des erfindungsgemäßen ternären Systems liegen in einer verbesserten Langzeitstabilität gegenüber Wärme und gegenüber Licht.
- Die in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen verwendbaren Hydrotalcite können ausgewählt sein aus den zuvor beschriebenen Hydrotalciten.
- Der Zinkzeolith ist ein Muminosilicat vom Molekularsiebtyp der folgenden allgemeinen Formel
- (Zna M"b O) (Al2O3) x' (SiO2) y (H2O) (II)
- in der:
- - M" ein Kation mit der Wertigkeit n' ist,
- - a und b Zahlen sind, die der Bedingung 2a + bn' = 2 mit a ≠ 0 folgen,
- - x' eine Zahl > 1 ist,
- - y eine Zahl > 0 ist.
- Besonders geeignete Zeolithe sind Verbindungen, in denen a zwischen etwa 0,1 und 1 liegt.
- Die Zinkzeolithe können ausgehend von Natriumzeolithen, die handelsüblich verfügbar sind und der allgemeinen Formel
- (Na&sub2;O Al&sub2;O&sub3; x'SiO&sub2; yH&sub2;O)
- entsprechen, durch Kationenaustausch hergestellt werden.
- Die Zinkcarboxylate umfassen die Salze der Carbonsäuren, wobei bevorzugte Carbonsäuren Fettsäuren sind, wie z.B. Caprylsäure, Octansäure, Pelargonsäure, Capronsäure, Undecansäure, die Laurinsäure, Myristinsäure, Palmitinsäure, Stearin- säure, Isostearinsäure, Oleinsäure (Ölsäure), Linolensäure, Behensäure, Suberinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Dioleinsäure, Maleinsäure, Weinsäure oder Phthalsäure
- Wie zuvor angegeben, sind geeignete Hydrotalcite in der US-A-4 299 759 beschrieben, deren Inhalt in diese Anmeldung durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
- Man verwendet insbesondere ein Hydrotalcit der Formel
- M0,67 Al0,33 (OH)2(CO3)0,165 m H2O
- wobei m zwischen 0 und 0,3 liegt; dieses Hydrotalcit wird von der Firma KYOWA Chemical Industry Co. Ltd., TOKYO, Japan unter der Bezeichhung "Alcamizer II" vertrieben.
- Weitere Additive können in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen verwendet werden, so z.B. Epoxide (z.B. Rizinusöl oder epoxydiertes Sojaöl); Derivate der phosphorigen Säure (z.B. Triphenylphosphit oder Diphenyldecylphosphit); Mercaptane (z.B. die Thiosäuren und hydroxylierte Thloester); phenolische Antioxidantien, stickstofihaltige Verbindungen (z.B. Dihydropyridine, α-Phenylindol, β-Aminocrotonate); die P-Diketone und andere Additive, die dem Fachmann bekannt sind.
- Erfindungsgemäß stabilisiert man gegenüber thermischem Abbau und ultraviolette Strahlung die thermoplastischen Harze, insbesondere Harze, die Halogene und/oder Verbindungen mit saurem Charakter enthalten, die aus Katalysatoren und/oder Monomeren und/oder aus der Nachhalogenierung stammen, einschließlich der olefinischen Harze, die Halogene enthalten, die aus Polymerisationskatalysatoren und/oder der Nachhalogenierung stammen.
- Beispiele für erfindungsgemäß stabilisierbare thermoplastische Harze sind thermoplastische Harze, die Halogene und/oder Verbindungen mit saurem Charakter enthalten, die unter Verwendung von Katalysatoren erhalten worden sind, die Halogene und/oder Verbindungen mit saurem Charakter enthalten, so z.B. Schwefelsäure, Bortrifluorid, Zinntetrachlond oder Chlorwasserstoffsäure (Salzsäure) (z.B. Polystyrolharze, Acrylnitril/Styrol-Harze (AS), Butadien/Styrol-Harze (BS), ABS-Harze, Acrylharze oder Methacrylharze); thermoplastische Harze, die Halogen enthalten, so z.B. Vinylchloridpolymere oder -copolymere; Vinylidenchloridpolymere und -copolymere; chlorierte und fluorierte Kautschuke, so z.B. chloriertes Polyvinylchlorid; Chloropreitkautschuk und chlorierter Isobutylenkautschuk; nach chlorierte Vinylchloridpolymere oder -copolymere; Vinylacetatpolymere oder -copolymere, so z.B. Polyvinylacetat oder Ethylen/Vinylacetatcopolymere; Polytetrafluorethylen, Copolymere aus Ethylen/fluoriertem Propylen; Polychlortrifluorethylen; Mischungen, die mindestens zwei der zuvor aufgezählten Polymere, Copolymere, Harze und Kautschuk enthalten.
- Wie bereits dargelegt, bezieht sich der Ausdruck "thermoplastische Harze, die Halogene und/oder Verbindungen mit saurem Charakter enthalten", auf olefinische Harze, die Halogene enthalten, die aus Polymerisationskatalysatoren und/oder aus der Nachhalogenierung stammen. So zählen beispielsweise zu den thermoplastischen Harzen, die halogenhaltigen Verbindungen und/oder saure Verbindungen enthalten, wie sie erfindungsgemäß verwendet werden, die Homopolymere und Copolymere von α-Olefinen, die Copolymere mindestens eines a-Olefins und eines Diens, die nachchlorierten Produkte dieser Polymere und Copolymere sowie Mischungen dieser halogenhaltigen olefinischen Harze, beispielsweise das Polyethylen, das Polypropylen, das Poly-1-buten, das Polymethyl-1-penten und die Ethylen/Propylen-Copolymere, die unter Verwendung vor halogenhaltigen Katalysatoren vom Ziegler-Typ hergestellt worden sind.
- Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Zusammensetzung, bei der das thermoplastische Harz aus PVC besteht, insbesondere aus weichem PVC. In dem erfindungsgemäßen ternären System wird das Hydrotalcit in Mengen von etwa 60 bis 80 % verwendet, bezogen auf die Zusammensetzung. Der Zinkzeolith wird in Mengen von etwa 10 bis 20 %, bezogen auf die Zusammensetzung, verwendet; das Zinkcarboxylat wird in Mengen von 10 bis 20 % zu der Zusammensetzung hinzugegeben.
- Insbesondere ist das thermoplastische Harz weiches PVC, und das ternäre System enthält etwa 65 bis 75 Gew.-% Hydrotalcit, 12,5 bis 17,5 Gew.-% Zinkzeolith und 12,5 bis 17,5 Gew.-% Zinkcarboxylat.
- Die erfindungsgemäßen Stabilisierungszusammensetzungen können zu den thermoplastischen Harzen in Mengen von 0,2 bis 10 Gew.-% hinzugegeben werden (bezogen auf das Gewicht des Harzes). Vorzugsweise liegt dieser Anteil zwischen 0,5 und 3 %.
- In den folgenden, nicht beschränkenden Beispielen werden die PVC-Proben mit Hilfe von erfindungsgemäßen Additivzusammensetzungen stabilisiert und einem Verfärbungstest unter thermischer Behandlung unterzogen. Hierzu werden die verschiedenen Bestandteile 5 Minuten lang bei 160 ºC in einem Rollmischer verknetet.
- Die erhaltenen Blättchen sind etwa 1 mm dick.
- Der Versuch basiert auf der Bestimmung der allmählichen Farbänderung, die aus der thermischen Zersetzung der Probestücke in Form von 25 cm langen Streifen resultiert, die in die zuvor genannten Blättchen geschnitten werden, die in einem Isolierofen, der bei konstanter Temperatur belassen wird, einer Wärmeeinwirkung ausgesetzt werden.
- Außer mit einer Heizeinfassung ist die Versuchsapparatur mit einem elektromechanischen System ausgestattet, das ein Verschieben oder Versetzen einer herausnehmbaren Platte ermöglicht, die die Probestücke trägt und die mit vorbestimmter konstanter Geschwindigkeit aus dem Ofen heraustreten kann.
- Ein elektronisches System kontrolliert die Geschwindigkeit des Herausnehmens der Platte und die Temperatur des Ofens. Die Veränderung der Farbtönung der herausgenommenen Probe wird visuell bei einer gegebenen Ofentemperatur und einer Versuchsgeschwindigkeit beobachtet.
- Für jeden Versuch ist die "Stabilitätszeit" diejenige Zeit, die abgelaufen ist, bevor sich das Harz schwarz färbt.
- Die Entwicklung der Färbung (d.h. die Verfärbung) wird gemäß der folgenden Einteilung beurteilt:
- 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
- weiß gelb schwarz orange
- Zu 150 g ZnSO&sub4; 7H&sub2;O, die in 300 ml destilliertem Wasser gelöst sind, gibt man 30 g eines Natilumzeolithen (Typ 13 X). Die auf diese Weise erhaltene heterogene Mischung wird anschließend bei Umgebungstemperatur 24 Stunden lang durchrührt. Der so erhaltene Zinkzeolith wird durch Filtration abgetrennt, anschließend zweimal mit destilliertem Wasser gewaschen, bei 150 ºC getrocknet und auf 300 ºC erhitzt. Die Zinkkonzentration beträgt 13,8 % (% Na=2,9).
- Ein Ofen wird auf 180 ºC eingeregelt, und man programmiert die Herausnahme der Probestücke auf 180 Minuten.
- Die getesteten Zusammensetzungen enthalten:
- - 100 Gewichtsteile PVC mit einem Index K=71
- - 60 Gewichtsteile Dioctylphthalat
- - 5 Teile epoxydiertes Sojaöl. b) Stabilisierungszusammensetzung Tabelle I
- * Alcamizer I
- Der Versuch zur Bewertung der Stabilität der Farbe wird bei 180 ºC über verschiedene Zeitdauern durchgeführt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt. Tabelle II
- * 10=unverändert
- Diese Beispiele zeigen deutlich, daß das ternäre System aus Hydrotalcit, Zinkcarboxylat und Zinkzeolith eine bessere Stabilität verleiht (Beispiele 3 und 4) als das System aus Hydrotalcit plus Carboxylat (Beispiel 2).
- Man wiederholt die Versuche 3 bis 5 im folgenden bei einer Temperatur von 200 ºC, und die Herausnahme der Probestücke wird auf 120 Minuten einprogrammiert. Tabelle III Thermische stabilität (Farbe) Tabelle IV
- Diese Beispiele zeigen, daß ein zunehmendes Verhältnis von Zinkzeolitwzinkcarboxylat die Stabilitätszeit erhöht, obwohl man eine leichte Abnahme der Stabilität der Farbe beobachtet.
- Diese Versuche wurden bei 180 ºC durchgeführt, wobei die Entnahme der Probestücke auf 300 Minuten einprogrammiert wurde.
- Man vergleicht die Stabilisierungszusammensetzung aus Beispiel 3 mit den zwei Zusammensetzungen, die andere Additive enthalten. Tabelle V
- Die Entwicklung der Verfärbung ist im folgenden angegeben:
- Diese Beispiele zeigen die Überlegenheit der erfindungsgemäßen ternären Mischung aus Beispiel 3.
- Der Ofen wird mit den Probestücken, die 180 Minuten lang in dem Ofen belassen werden, auf 180 ºC eingeregelt.
- - 100 Gewichtsteile PVC S 110 von ATOCHEM (Frankreich)
- - 50 Gewichtsteile Dioctylphthalat,
- - 2 Gewichtsteile epoxydiertes Sojaöl.
- - Das Hydrotalcit wird durch Calciumstearat ersetzt (siehe Tabelle VI) Tabelle 6
- Die Anderung der Farbe wird im folgenden angegeben.
- Die Ergebnisse zeigen, daß eine ternäre Zusammensetzung aus Calcium salz/Zinksalz/Zinkzeolith nicht so wirksam ist wie das erfindungsgemäße ternäre System.
- Denn in Gegenwart des Calciumsalzes bilngt die schrittweise Substitution des Zinksalzes durch den Zinkzeolithen eine Erhöhung der Stabilitätszeit mit sich, verändert jedoch beträchdich die Anfangsfarbe des PVC.
- Die Temperatur des Ofens wird auf 180 ºC eingeregelt, und das Ganze wird so programmiert, daß die Probestücke 300 Minuten lang in dem Ofen verbleiben. Die getesteten Zusammensetzungen enthalten:
- - 100 Gewichtsteile PVC S 110 (Atochem),
- - 60 Gewichtsteile Dioctylphthtalat. b) Stabillsierungszusammensetzung: Tabelle VII
- Diese Ergebnisse zeigen, daß die erfindungsgemäßen ternären Zusammensetzungen thermisch stabiler sind als die binären Systeme, selbst wenn der Gehalt an Costabilisator, wie z.B. epoxydiertes Sojaöl, abgesenkt wird.
- Während die vorliegende Erfindung für bestimmte Ausführungsformen beschrieben ist, ist es selbstverständlich, daß andere Ausführungsformen, Varianten und Abänderungen vom Fachmann mit einbezogen werden, ohrie daß er hierbei den Rahmen der vorliegenden Erfindung verläßt.
Claims (12)
1. Zusammensetzung zur Wärme- und/oder Lichtstabilisierung von
thermoplastischen Harzen, dadurch gekennzeichnet, daß sie
a) ein Hydrotalcit mit einer spezifischen Oberfläche von weniger als
30 m²/g und einer Teilchengröße von weniger als 5 Micron,
b) ein Zinkzeolith und
c) ein Zinkcarboxylat
enthält.
2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie
(gewichtsbezogen)
a) etwa 60 bis 80 % eines Hydrotalcits,
b) etwa 10 bis 20 % eines Zinkzeoliths und
c) etwa 10 bis 20 % eines Zinkcarboxylats
enthält.
3. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie
(gewichtsbezogen)
a) etwa 65 bis 75 % eines Hydrotalcits,
b) etwa 12,5 bis 17,5 % eines Zinkzeoliths und
c) etwa 12,5 bis 17,5 % eines Zinkcarboxylats
enthält.
4. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der
a) das Hydrotalcit die allgemeine Formel
M(1-x) M'x (OH)2 An-x/n m H&sub2;O (I)
aufweist, in der:
- M und M' jeweils zweiwertige oder dreiwertige Metallkationen sind,
- x der Bedingung O < x ≤ 0,5 genügt,
- m eine positive Zahl ist und
- An- ein Anion mit der Wertigkeit n ist;
b) die Zinkzeolithe die allgemeine Formel
(Zna M"b O) (Al2O3) x' (SiO2) y (H2O) (II)
aufweisen, in der
- M" ein Kation mit der Wertigkeit n' ist,
- a und b Zahlen sind, die der Bedingung 2a + bn' = 2 mit a ≠ 0 folgen,
- x' eine Zahl > 1 ist,
- y eine Zahl > 0 ist;
c) die Zinkcarboxylate Fettsäuren sind, die ausgewählt sind aus
Caprylsäure, Octansäure, Pelargonsäure, Capilnsäure, Undecansäure,
Laurinsäure, Myristinsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure, Isostearinsäure,
Oleinsäure, Linolensäure, Behensäure, Suberinsäure, Azelainsäure,
Sebacinsäure, Dioleinsäure, Maleinsäure, Weinsäure und Phthalsäure.
5. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der
a) das Hydrotalcit die allgemeine Formel
Mg(1-x) Alx (OH)&sub2; An-x/n m H&sub2;O
aufweist, in der die Anionen An- die folgende Bedeutung haben:
CO&sub3;²&supmin;, SO&sub4;²&supmin;, &supmin;O&sub2;C-CO&sub2;&supmin; oder HPO&sub4;²&supmin;,
wobei das Hydrotalcit eine spezifische Oberfläche von weniger als
30 m²/g und eine Teilchengröße von weniger als 5 Micron aufweist;
b) der Zeolith eine Verbindung der Formel II ist, in der a zwischen etwa 0,1
und etwa 1 liegt und
c) die Carbonsäure, von der sich das Zinkcarboxylat ableitet, eine
Kohlenstoffatomanzahl zwischen etwa 7 und 17 aufweist.
6. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, in der
a) das Hydrotalcit die allgemeine Formel
Mg0,67 Al0,33 (OH)2 (CO3)0,165 m H2O
aufweist (wobei m zwischen 0 und 0,3 liegt);
b) der Zinkzeolith sich von einem Natriumzeolith vom Typ 13 X ableitet
und
c) das Zinkcarboxylat Zinkstearat ist.
7. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die ein oder mehrere
der folgenden Additive enthält:
Epoxide, ausgewählt aus Rizinusöl und epoxidiertem Sojaöl;
Phosphorderivate, ausgewählt aus Triphenylphosphit und
Decyldiphenylphosphit;
Mercaptane, ausgewählt aus hydroxylierten Thiosäuren oder Thioestern;
Antioxidantien auf Phenolbasis;
Stickstoffverbindungen, ausgewählt aus Dihydropyridinen, α-Phenylindol
und 13-Aminocrotonaten; und
β-Diketone.
8. Thermoplastische Harzzusammensetzung, enthaltend eine Zusammensetzung
nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
9. Thermoplastische Harzzusammensetzung, die Halogene und/oder
Verbindungen mit saurem Charakter enthält und eine Zusammensetzung
nach einem der Ansprüche 1 bis 7 umfaßt.
10. Zusammensetzung nach Anspruch 8 oder 9, in der das thermoplastische Harz
ausgewählt ist aus der Gruppe von
- Polystyrolharzen, Acrylnitril/Styrol-Harzen, Butadien/Swrol-Harzen,
Acrylnitril/Butadien/Styrol-Harzen;
- Acryl- oder Methacrylharzen;
- Vinylchlorid- oder Vinylidenchloridpolymeren und -copolymeren;
- chlorierten und fluorierten Kautschuken;
- nachchlorierten Vinylchloridpolymeren und -copolymeren;
- Vinylacetatpolymeren und -copolymeren;
- Polytetrafluorethylen, Ethylen/Fluorpropylen-Copolymeren und
Polychlortrifluorethylen;
- Homo- und Copolymeren von α-Olefinen, erhalten mit Hilfe von
Ziegler-Katalysatoren;
- Mischungen von mindestens zwei der zuvor genannten Harze, Polymeren,
Copolymeren und Kautschuken.
11. Zusammensetzung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß
das Harz Polyvinylchlorid umfaßt.
12. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 8 bis 11) dadurch
gekennzeichnet, daß sie auf 100 Teile des thermoplastischen Harzes 0,2 bis 10 Teile,
vorzugsweise 0,5 bis 3 Teile, einer Zusammensetzung nach einem der
Ansprüche 1 bis 7 enthält.
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