DE3246812A1 - CURABLE, CATIONIC MODIFICATION PRODUCTS OF EPOXY RESINS, METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF AND THEIR USE - Google Patents
CURABLE, CATIONIC MODIFICATION PRODUCTS OF EPOXY RESINS, METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF AND THEIR USEInfo
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Abstract
Description
Härtbare, kationische Modifizierungsprodukte von Epoxid-Curable, cationic modification products of epoxy
harzen, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung Die Erfindung bezieht sich auf härtbare, kationische Modifizierungsprodukte von Epoxidharzen, die als vernetzendes Prinzip »-Hydroxyalkyl-Carbamidester und gegebenenfalls zusätzlich tertiäre Amingruppen enthalten, wasserlöslich gemacht und auch bei der kataphoretischen Tauchlackierung angewendet werden können.Resins, process for their preparation and their use The invention refers to curable, cationic modification products of epoxy resins, as the crosslinking principle »-hydroxyalkyl carbamide esters and optionally additionally contain tertiary amine groups, made water-soluble and also with the cataphoretic Dip painting can be applied.
Es ist bekannt, Epoxidharze mit Aminen, Carbonsäuren, Melaminharzen, Phenolharzen, Harnstoffharzen und anderen mehr zu vernetzen. Kationische Epoxidharzabkömmlinge enthalten in der Regel Amingruppen, die nach Protonisierung eine Uberführung in eine wäßrige Phase ermöglichen. Solche Harze können aus den wäßrigen Lösungen bei der kataphoretischen Tauchlackierung durch Anlegen von Gleichstrom auf elektrisch leitenden Substraten abgeschieden werden. Zu ihrer Vernetzung können zwar nicht Amine und freie Carbonsäuren, wohl aber bestimmte polyfunktionelle Carbonsäureester angewendet werden. Auch Melaminharze, Phenolharze und Harnstoffharze sind brauchbar, werden aber in der Regel als Präkondensate angewendet. Diese bevorzugte Ausführungsform beseitigt zwar lacktechnische Nachteile, führt aber zu hohen Molekularmassen und damit zu einer vielfach nicht erwünschten Viskositätserhöhung.It is known to combine epoxy resins with amines, carboxylic acids, melamine resins, To crosslink phenolic resins, urea resins and others. Cationic epoxy derivatives usually contain amine groups which, after protonation, are converted into allow an aqueous phase. Such resins can be made from the aqueous solutions cataphoretic dip painting by applying direct current to electrical conductive substrates are deposited. They cannot be networked Amines and free carboxylic acids, but certain polyfunctional carboxylic acid esters be applied. Melamine resins, phenolic resins and urea resins can also be used, but are usually used as precondensates. This preferred embodiment Although it eliminates the disadvantages of paint technology, it leads to high molecular masses and thus an increase in viscosity that is often undesirable.
Selbstvernetzende Epoxidharzabkömmlinge stellt man auch dadurch her, daß Polyisocyanate an die Hydroxylgruppen oder reaktiven Amingruppen des Epoxidharz-Modifizierungsprodukts partiell addiert und anschließend verkappt werden. Als Verkappungsmittel dienen in der Regel Alkohole oder Stoffe mit Amingruppen. Es ist auch möglich, aminfreie Epoxidharze oder deren Abkömmlinge mit Polyisocyanaten umzusetzen und/oder kationische Gruppen, die zugleich als Verkappungsmittel dienen, an Isocyanatgruppen, z. B. die übriggebliebenen, zu addieren.Self-crosslinking epoxy resin derivatives are also produced by that polyisocyanates to the hydroxyl groups or reactive amine groups of the epoxy resin modification product partially added and then capped. Serve as a capping agent usually alcohols or substances with amine groups. It is also possible to be amine-free React epoxy resins or their derivatives with polyisocyanates and / or cationic Groups that also serve as capping agents on isocyanate groups, e.g. B. the leftover, add up.
B;i diesem technisch durchge-führten Verfahren ergeben sich Nachteile wegen der schlechten Handhabbarkeit der Isocyanate. Diese Verbindungen sind stark giftig und gegen Wasser ulnd Hydroxylgruppen enthaltende Verbindungen empfindlich.B; This technically carried out process has disadvantages because of the poor handling of the isocyanates. These connections are strong toxic and sensitive to compounds containing water and hydroxyl groups.
In Gegenwart starker Basen tendieren die Isocyanatgruppen außerdem zur Polymerisation. Der Hauptnachteil der so hergestellten Harze liegt aber in der hohen Entkappungstemperatur; ernetzungen unter Praxisbedingungen sind in der Regel ab 1700C, meist aber erst bei noch höheren Temperaturen möglich. Um bei der Addition des Isocyanates an das Epoxidharz unerwünschte Molekülvergrößerungen zu vermeiden, verwendet man in der Regel solche Diisocyanate, z. B.The isocyanate groups also tend in the presence of strong bases for polymerization. The main disadvantage of the resins produced in this way, however, lies in the high decapping temperature; As a rule, wounds under practical conditions are common from 1700C, but usually only possible at even higher temperatures. To at the addition of the isocyanate to the epoxy resin to avoid unwanted molecular enlargements, one uses such diisocyanates as a rule, z. B.
oluylendiisocyanat, deren Isocyanatgruppen unterschiedlich hohe Reakivitäten aufweisen. Die reaktivere Isocyanatgruppe reagiert mit dem Epoxidharz, die trägere bleibt übrig, so daß auf diese Weise Molekülvergrößerungen vermieden werden.oluylene diisocyanate, the isocyanate groups of which have different reactivities exhibit. The more reactive isocyanate group reacts with the epoxy resin, the more sluggish remains, so that molecular enlargements are avoided in this way.
Daraus resultiert wiederum eine Verstärkung des Nachteils der zu hohen Einbrenntemperaturen, denn die aus der reaktionsträgeren Isocyanatgruppe hergestellten Urethane bzw.This in turn increases the disadvantage of excessively high Stoving temperatures, because those produced from the less reactive isocyanate group Urethanes or
substituierten Harnstoffe entkappen natürlich bei noch höheren Temperatur-en, so daß nochmals höhere Vernetzungstemperaturen bei der Härtung des Lacks angewendet werden müssen. Außerdem werden bei der Reaktion der Epoxidharze mit Diisocyanaten Hydroxylgruppen des Epoxidharzes verbraucht, die dann für die Vernetzungsreaktion nicht mehr zur Verfügung stehen.substituted ureas naturally decap at even higher temperatures, so that even higher crosslinking temperatures are used when curing the lacquer Need to become. In addition, the reaction of the epoxy resins with diisocyanates Hydroxyl groups of the epoxy resin are consumed, which are then used for the crosslinking reaction are no longer available.
Es wurde nun überraschend gefunden, daß man diese Nachteile durch die Erfindung vermeidet. Gegenstand der Erfindung sind härtbare, kationische Modifizierungsprodukte von Epoxidharzen, die durch einen Gehalt an -Hydroxyalkylcarbamidestergruppen gekennzeichnet sind, wobei sich deren Amidgruppe von einem Polyamin mit wenigstens zwei primären und/oder sekundären Aminogruppen ableitet, und gegebenenfalls zusätzlich tertiären Aminogruppen, von deren Stickstoffbindungen zwei durch Kohlenwasserstoffreste besetzt sind, wobei die Harze als solche oder in einer durch Säure protonisierten, in Wasser oder wäßrig-organischen Systemen. gelösten Form vorliegen und gegebenenfalls übliche Zusätze enthalten, und wobei mindestens 70 % der Epoxy-gruppen zur Umsetzung gebracht sind.It has now been found, surprisingly, that these disadvantages can be overcome the invention avoids. The invention relates to curable, cationic modification products of epoxy resins, which are characterized by a content of -hydroxyalkylcarbamide ester groups are, the amide group of which is derived from a polyamine with at least two primary and / or secondary amino groups, and optionally additionally tertiary Amino groups, two of whose nitrogen bonds are occupied by hydrocarbon radicals are, the resins as such or in an acid protonated, in water or aqueous-organic systems. present in dissolved form and possibly customary Contain additives, and wherein at least 70% of the epoxy groups are brought to implementation are.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur erstellung solcher Modifizierungsprodukte, das dadurch gekennzeichnet ist, daß Polyamine mit wenigstens zwei primären und/oder sekundären Aminogruppen teilweise so weit mit cyclischen Alkylencarbonaten zu P-Hydroxyalkylcarbadestern umgesetzt werden, daß mindestens eine primäre oder sekundäre Aminogruppe erhalten bleibt, und anschließend die verbliebenen Aminfunktionen an Epoxidharze addiert oder daß aminfunktionelle Abkömmlinge von Epoxidharzen, die primäre und/oder sekundäre Aminfunktionen enthalten, mit cyclischen Alkylencarbonaten zu p-Hydroxyalkylcarbamidestergruppen enthaltenden Kunstharzen umgesetzt werden, wobei die Epoxygruppen gegebenenfalls auch vor, während oder nach ihren Umsetzungen zusätzlich mit Polyaminen, die eine tertiäre und außerdem mindestens eine primäre oder sekundäre Aminogruppe enthalten, umgesetzt werden.The invention also relates to a method for producing such Modification products, which is characterized in that polyamines with at least two primary and / or secondary amino groups partly so far with cyclic Alkylene carbonates are converted to P-Hydroxyalkylcarbadestern that at least a primary or secondary amino group is retained, and then the remaining ones Amine functions added to epoxy resins or that amine-functional derivatives of Epoxy resins containing primary and / or secondary amine functions with cyclic ones Alkylene carbonates to synthetic resins containing p-hydroxyalkylcarbamide ester groups are reacted, the epoxy groups optionally also before, during or after their reactions additionally with polyamines, which have a tertiary and also at least contain a primary or secondary amino group.
Gegenstand der Erfindung ist schließlich die Verwendung der vorgenannten Modifizierungsprodukte, insbesondere solcher, die entweder tertiäre Aminogruppen und/oder Härtungskatalysatoren enthalten, zur Herstellung von Formkörpern, insbesondere Flächenbeschichtungen.The invention finally relates to the use of the aforementioned Modification products, especially those containing either tertiary amino groups and / or contain curing catalysts, for the production of moldings, in particular Surface coatings.
Es ist bekannt, daß sich cyclische Alkylencarbonate, z. B.It is known that cyclic alkylene carbonates, e.g. B.
Äthylencarbonat, Propylencarbonat oder Butylencarbonat, die Abkömmlinge von 1,2-Glykolen sind, an Ammoniak, primäre oder sekundäre Amine glatt zu den entsprechenden »-Hydroxyalkyl-Carbamidestern anlagern. Verwendet man Polyamine, vorzugsweise solche, die mindestens zwei primäre und/oder sekundäre Aminfunktionen enthalten, vorzugsweise aber mindestens eine primäre, und wählt die Mengenverhältnisse so, daß mindestens eine Aminfunktion, in der Regel ist es eine sekundäre, übrigbleibt, kann man diese Addukte an die Epoxy-gruppen von Epoxidharzen addieren. Es ist z. B. aber auch möglich, zunächst durch Umsetzung von Epoxidharzen mit den oben genannten Polyaminen Kunstharze zu bilden, die wenigstens sekundäre und gegebenenfalls primäre Aminfunktionen enthalten, und dann zu addieren, wobei mit cyclischen Alkylencarbonaten prinzipiell gleiche Reaktionsprodukte entstehen.Ethylene carbonate, propylene carbonate or butylene carbonate, the derivatives of 1,2-glycols are, in ammonia, primary or secondary amines smooth to the corresponding »-Hydroxyalkyl carbamide esters add. If you use polyamines, preferably those which contain at least two primary and / or secondary amine functions, preferably but at least one primary, and selects the proportions so that at least an amine function, as a rule, it is a secondary, remains, these adducts can be added to the epoxy groups of epoxy resins. It is Z. B. but also possible, initially by reacting epoxy resins with the above Polyamines to form synthetic resins that are at least secondary and optionally primary Amine functions contain, and then add, taking with cyclic alkylene carbonates basically the same reaction products are formed.
Als Epoxidharze- können sämtliche Epoxidharze verwendet werden, die mindestens eine Epoxy-gruppe pro Molekül enthalten.All epoxy resins that can be used as epoxy resins contain at least one epoxy group per molecule.
Bevorzugt sind Epoxidharze, die aus Diphenylolalkanen oder höheren Polyphenylolalkanen wie Novolaken und Epihalogenhydrinen bzw. Dihalogenhydrinen, vorzugsweise Epichlorhydrin hergestellt werden. Andere geeignete Epoxidharze sind die, die durch Reaktion derselben Ilydrine mit mehrwertigen Alkoholen oder Polyglykoläthern oder durch Epoxidierung von Doppelbindungen, z. B. durch Epoxidierung von ungesättigten fetten Ölen oder ungesättigten Kohlenwasserstoffen, hergestellt werden.Epoxy resins made from diphenylolalkanes or higher are preferred Polyphenylene alkanes such as novolaks and epihalohydrins or dihalohydrins, preferably epichlorohydrin can be produced. Other suitable epoxy resins are those that result from the reaction of the same Ilydrine with polyhydric alcohols or polyglycol ethers or by epoxidation of double bonds, e.g. B. by epoxidation of unsaturated fatty oils or unsaturated hydrocarbons.
Für die Herstellung der ß-Hydroxyalkyl-Carbamidester werden z. B. Polyamine mit Kohlenwasserstoffresten von 2 bis 8 C-Atomen wie Athylen-, Propylen-, Butylen- und Hexylendiamin, ferner Dipropylentriamin, Tripropylentetramin, Dibutylentriamin, Dihexylentriamin, aromatischeHAmine¢mit aliphatisch gebundenen Nll 2-Gruppen, wie Xylylendiamin und seine Hydrierungsprodukte, die verschiedenen Cyclohexylendiamine, vorzugsweise aber Dialkylentriamine und/oder Trialkylentetramine, deren Alkylenrest jeweils 2 bis 6 C-Atome enthält, insbesondere Diäthylentriamin und/oder Triäthylentetramin oder Mischungen aus diesen Aminen eingesetzt. Es ist möglich, einen Teil der primären Aminfunktionen zu maskieren.For the preparation of the ß-hydroxyalkyl carbamide esters, for. B. Polyamines with hydrocarbon radicals of 2 to 8 carbon atoms such as ethylene, propylene, Butylenediamine and hexylenediamine, furthermore dipropylenetriamine, tripropylenetetramine, dibutylenetriamine, Dihexylenetriamine, aromatic HAmines [with aliphatically bonded NII 2 groups, such as Xylylenediamine and its hydrogenation products, the various cyclohexylenediamines, but preferably dialkylenetriamines and / or trialkylenetetramines, their alkylene radicals each contains 2 to 6 carbon atoms, in particular diethylenetriamine and / or triethylenetetramine or mixtures of these amines are used. It is possible to be part of the primary To mask amine functions.
Das geschieht zweckmäßig durch Umsetzung mit Ketonen zu Schiff'schen Basen.This is expediently done by reaction with ketones to give Schiff's Bases.
Die so hergestellten Epoxidharz-ß-Hydroxyalkyl-Carbamidester-Addukte sind bereits kationische Harze und können mit Säuren in eine wasserlösliche Form übergeführt werden.The epoxy resin-β-hydroxyalkyl-carbamide ester adducts produced in this way are already cationic resins and can be converted into a water-soluble form with acids be transferred.
Die Basenstärke der in diesen Harzen enthaltenen Amingruppierungen ist aber in der Regel schwach. Um den kationischen Charakter zu verstärken, kann es aber daher zweckmäßig sein, stärkere Aminfunktionen einzubauen. Dazu ist es vorteilhaft, nicht sämtliche Epoxidgruppen mit den Alkylencarbonat-Addukten umzusetzen, sondern einen Teil für eine weitere Umsetzung mit solchen Aminen und/oder Alkanolaminen zu reservieren, die außer der primären und/oder sekundären Aminfunktion eine tertiäre Aminfunktion enthalten. Das sind beispielsweise Dialkylaminoalkylamine, besonders Dimethylaminopropylamin; N,N-Dialkylamino-(N'-Alkyl-)Alkylamine oder N,N-Dialkylamino-(N'-Alkanol-)Alkylamine )Alkylamine, z. B.The base strength of the amine moieties contained in these resins but is usually weak. To reinforce the cationic character, can but it would therefore be advisable to incorporate stronger amine functions. For this it is advantageous not to implement all epoxide groups with the alkylene carbonate adducts, but part for a further reaction with such amines and / or alkanolamines reserve a tertiary amine function in addition to the primary and / or secondary amine function Contain amine function. These are, for example, dialkylaminoalkylamines, in particular Dimethylaminopropylamine; N, N-dialkylamino- (N'-alkyl-) alkylamines or N, N-dialkylamino- (N'-alkanol-) alkylamines ) Alkylamines, e.g. B.
N,N-Dimethylamino-(N'-Hydroxyäthyl-)Propylamin. Diese Amine können außerdem in der Hauptkette substituiert sein, wie das z. B beim N, N-Dimethylamino-(N'-Methylamino-)2-Hydroxypropylamin der Fall ist. Auf diese Weise erhält man Modifizierungsprodukte, die zusätzlich tertiäre Aminogruppen enthalten, von deren Stickstoffbindungen zwei durch Kohlenwasserstoffreste besetzt sind.N, N-dimethylamino (N'-hydroxyethyl) propylamine. These amines can also be substituted in the main chain, such as the z. B for the N, N-dimethylamino- (N'-methylamino-) 2-hydroxypropylamine the case is. In this way one obtains modification products that additionally contain tertiary amino groups, two of whose nitrogen bonds are through hydrocarbon radicals are occupied.
Eine andere Möglichkeit zur Erhöhung der kationischen Eigenbesteht besteht darin, die »-Hydroxyalkyl-Carbamidestergruppen mit solchen Verbindungen umzusetzen, die außer mindestens einer tertiären Aminogruppe mindestens eine primäre und/oder sekundäre Aminogruppe und/oder Hydroxylgruppe enthalten. Auf diese Weise erhält man aus den Garbamidestergruppen Harnstoff- und/oder Urethangruppierungen. Dazu eignen sich unter anderem die oben aufgeführten Polyamine.Another way to increase the cationic self is consists in the »-hydroxyalkyl carbamide ester groups with such compounds implement the at least one primary apart from at least one tertiary amino group and / or secondary amino group and / or hydroxyl group. In this way urea and / or urethane groups are obtained from the garbamide ester groups. The polyamines listed above, among others, are suitable for this purpose.
Es ist aber auch möglich, solche Verbindungen einzusetzen, die außer mindestens einer tertiären Aminogruppe als funktionelle Gruppen nur Hydroxylgruppen enthalten. Beispiele für solche Verbindungen sind N,N-Dialkylamino-(N' ,N'-Dialkanol)-Alkylamine oder Polyäther, die durch Reaktion von Amlnen, die außer mindestens einer tertiären Aminogruppe mindestens eine primäre und/oder sekundäre 'minogruppe enthalten, mit Alkylenoxiden, vorzugsweise Propylenoxiden hergestellt werden.But it is also possible to use compounds that except at least one tertiary amino group as functional groups only hydroxyl groups contain. Examples of such compounds are N, N-dialkylamino (N ', N'-dialkanol) -alkylamines or polyethers, which are produced by the reaction of amines, the except at least a tertiary amino group, at least one primary and / or secondary 'amino group contain, are prepared with alkylene oxides, preferably propylene oxides.
Zur Veränderung der Löseeigenschaften und zur Steuerung des richtigen Maßes an Hydrophylie bzw. Hydrophobie können außerdem solche Aminaddukte von monofunktionellen Epoxidverbindungen in das Harz eingebaut werden, die noch mindestens eine primäre oder sekundäre Aminogruppe enthalten. Solche Aminaddukte können durch Umsetzung von Polyaminen, die mindestens zwei nicht-tertiäre, vorzugsweise zwei primäre Aminogruppen im Molekül enthalten, mit a) Glycidylestern; von gesättigten und/oder olefinisch ungesättigten Fettsäuren oder b) gegebenenfalls substituierten Alkylenoxiden, wie Aryl- oder Alkylglycidyläthern hergestellt werden.To change the dissolving properties and to control the correct one In addition, such amine adducts of monofunctional ones can have a degree of hydrophilicity or hydrophobicity Epoxy compounds are built into the resin that still have at least one primary or contain secondary amino group. Such amine adducts can by reaction of polyamines containing at least two non-tertiary, preferably two primary amino groups contained in the molecule, with a) glycidyl esters; of saturated and / or olefinic unsaturated fatty acids or b) optionally substituted alkylene oxides, such as Aryl or alkyl glycidyl ethers are produced.
Zum gleichen Zwecke können Polyaminoamide in das Harz eingebaut werden. die mindestens eine Drimäre und/oder sekun- däre Aminfunktion enthalten. Diese PoI95-mide können hergestellt werden, indem gesättigte oder olefinisch ungesättigte Mono- oder Polycarbonsäuren mit polyfunktionellen Aminen, z. B. den oben genannten, umgesetzt werden.Polyaminoamides can be incorporated into the resin for the same purpose. the at least one drimary and / or second contain the amine function. These Pol95-mide can be prepared by adding saturated or olefinically unsaturated mono- or polycarboxylic acids with polyfunctional amines, e.g. B. the above, are implemented.
Die Reaktion zwischen cyclischem Alkylencarbonat und Amin kann in Substanz oder in organischer oder wäßriger Lösung erfolgen. Sie läuft schon bei Raumtemperatur ab, braucht dann aber mehrere Tage. Es ist vorzuziehen, bei erhöhter Temperatur, vorzugsweise bei 40 bis 1200C und besonders zwischen 60 und 1000C zu arbeiten. Bei den höheren Temperaturen ist die Reaktion meist nach einer halben bis etwa 5 Stunden abgeschlossen; das gleiche gilt für die Reaktion der erhaltenen Umsetzungsprodukte mit den'Epoxidharzen und die gegebenenfalls durchgeführte Umsetzung mit zusätzlichen aminische8 und/oder epoxidischen Verbindungen. Letztere kann in Lösemitteln durchgeführt werden. Als Lösemittel können dabei verwendet werden ein- oder mehrwertige Alkohole, Ketone, Ester, Äther, partielle oder vollständige Glykoläther, Acetale.The reaction between cyclic alkylene carbonate and amine can be in Substance or in organic or aqueous solution. She's already running at Room temperature falls, but then takes several days. It is preferable at elevated levels Temperature, preferably at 40 to 1200C and especially between 60 and 1000C work. At the higher temperatures, the reaction is usually after half a time completed in about 5 hours; the same applies to the reaction of the obtained Reaction products with die'Epoxidharzen and any implementation carried out with additional amine8 and / or epoxy compounds. The latter can be in Solvents. Solvents that can be used here are or polyhydric alcohols, ketones, esters, ethers, partial or complete glycol ethers, Acetals.
Zur Erhöhung der kationischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Harze ist es möglich, zusätzlich Aminogruppen in das Harz einzuführen, indem in erster Stufe Polyamine, die mindestens zwei Aminogruppen enthalten, von denen wenigstens eine tertiär und die anderen primär oder sekundär sind , oder solche Verbindungen, die außer mindestens einer primären oder sekundären oder tertiären Aminfunktion noch eine oder mehrere Hydroxylgruppen enthalten, teilweise mit Polyisocyanaten umgesetzt und die restlichen Isocyanatgruppen in zweiter Stufe mit den OH-Gruppen oder eventuell noch vorhandenen primären oder sekundären Aminogruppen des modifizierten Epoxidharzes weiter reagiert werden.To increase the cationic properties of the invention Resins, it is possible to introduce additional amino groups into the resin by adding in first stage polyamines which contain at least two amino groups, of which at least one is tertiary and the other is primary or secondary, or those compounds those other than at least one primary or secondary or tertiary amine function still contain one or more hydroxyl groups, some with polyisocyanates implemented and the remaining isocyanate groups in the second stage with the OH groups or any primary or secondary amino groups of the modified one still present Epoxy resin are further reacted.
Geeignete Polyisocyanate sind z. B. 2,4- oder 2,6-Toluylen- diisocyanat, Xylylendiisocyanat, Diphenylmethy+-i4,'-diiso- cyanat, Triphenylmethyl-4,4',4"-triisocyanat, Polyphenylpolymethyl-isocyanat, Isophorondiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat, 2,2,4(2,4,4)-Trimethylhexamethylendiisocyanat, Methylcyclohexyldiisocyanat, Dicyclohexylmethyldiisocyanat, Diäthylfumarhexylisocyanat, Bis-(3-Methyl-4-isocyanatocyclohexyl-)methan, 2,2-Bis-(4-isocyanatocyclohexyl-)propan, der Methylester des Lysindiisocyanats, das Biuret des Hexamethylendiisocyanats, Diisocyanate dimerer Säuren, 1-Methylbenzol-2,4,5-triisocyanat, Biphenyl-2,4,4'-triisocyanat, Tr<phenyinothntriisyti, das Triisocyanat aus 3 Mol Hexamethylendiisocyanat und 1 Mol Wasser mit 16 % NCO-Gehalt und weitere wenigstens zwei NCO-Gruppen pro Molekül enthaltende Verbindungen.Suitable polyisocyanates are, for. B. 2,4- or 2,6-toluylene- diisocyanate, xylylene diisocyanate, diphenylmethy + -i4, '- diiso- cyanate, triphenylmethyl-4,4 ', 4 "-triisocyanate, polyphenylpolymethyl isocyanate, isophorone diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, 2,2,4 (2,4,4) -trimethylhexamethylene diisocyanate, methylcyclohexyl diisocyanate, dicyclohexylmethyl diisocyanate, diethyl fumarhexyl isocyanate (3-methyl isocyanate, bis- 4-isocyanatocyclohexyl-) methane, 2,2-bis- (4-isocyanatocyclohexyl-) propane, the methyl ester of lysine diisocyanate, the biuret of hexamethylene diisocyanate, diisocyanates of dimeric acids, 1-methylbenzene-2,4,5-triisocyanate, biphenyl-2 , 4,4'-triisocyanate, Tr <phenyinothntriisyti, the triisocyanate of 3 moles of hexamethylene diisocyanate and 1 mole of water with 16% NCO content and other compounds containing at least two NCO groups per molecule.
Außerdem ist es möglich, zusätzlich Aminogruppen in Form von teilweisen oder vollständigen Umsetzungsprodukten von Polyepoxiden, z. B. Diepoxiden, einerseits und Polyaminen andererseits, die sowohl tertiäre als auch sekundäre und/oder primäre Aminfunktionen enthalten, über im Harzmolekül noch vorhandene primäre und/oder sekundäre Aminogruppen einzuführen.It is also possible to have additional amino groups in the form of partial or complete reaction products of polyepoxides, e.g. B. Diepoxiden, on the one hand and polyamines, on the other hand, which are both tertiary and secondary and / or primary Contain amine functions via primary and / or secondary ones still present in the resin molecule To introduce amino groups.
Die Gewichtsverhältnisse zwischen Epoxidharz, p-Hydroyalkyl-Carbamidester-Derivat und gegebenenfalls den übrigen Verbindungen in weiten Grenzen variierbar. Vorzugsweise sind in den erfindungsgemäßen Produkten mindestens 80 % und besonders vorteilhaft mindestens 90 - 95 % der Epoxy-gruppen zur Umsetzung gebracht.The weight ratios between epoxy resin, p-hydroxyalkyl carbamide ester derivative and, if applicable, the other compounds can be varied within wide limits. Preferably at least 80% and particularly advantageously at least 90-95% of the epoxy groups are reacted in the products according to the invention.
Zur Überführung in eine wasserlösliche Form müssen die erfindungsgemäßen Harze protonisiert werden. Die Auswahl der verwendeten Säure ist grundsätzlich gleichgültig; es ist jedoch bevorzugte niedrigmolekulare ßrganische Mono- oder Polycarbonsäuren zu verwenden, die gegebenenfalls noch Hydroxylgruppen enthalten. Genannt werden z. B. Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Milchsäure, Glukonsäure, Oxalsäure.To be converted into a water-soluble form, the inventive Resins are protonated. The selection of the acid used is basically irrelevant; however, it is preferred low molecular weight organic mono- or polycarboxylic acids to use, which may still contain hydroxyl groups. To be named z. B. formic acid, acetic acid, propionic acid, lactic acid, gluconic acid, oxalic acid.
Phosphorsäuren, besonders Orthophosphorsäure und deren saure Ester, können gleichfalls verwendet werden. Die Säuren können vor, während oder nach der Harzbildung zugegeben werden.Phosphoric acids, especially orthophosphoric acid and its acidic esters, can also be used. The acids can be used before, during or after Resin formation can be added.
Die erfindungsgemäßen kationischen Harze sind im Prinzip selbstvernetzend. Ihre Vernetzung erfolgt bei Temperaturen von mindestens 110°C, vorzugsweise ab 120°C, sofern diese Harze stark basisch sind, wie es besonders nach dem Einbau von tertiären Aminogruppen der Fall ist. Die Vernetzungsgeschwindigkeit kann bei diesen Harzen durch Verwendung von Katalysatoren beschleunigt werden. Besonders eignen sich Metallsalze wie die Salze des Bleis, Zinns, Eisens, Mangans, Kobalts, Calciums oder Bariums mit Monocarbonsäuren, z. B.The cationic resins according to the invention are in principle self-crosslinking. They are crosslinked at temperatures of at least 110 ° C, preferably from 120 ° C, provided these resins are strongly basic, as it is especially after the incorporation of tertiary ones Amino groups is the case. The rate of crosslinking can vary with these resins can be accelerated by using catalysts. Metal salts are particularly suitable like the salts of lead, tin, iron, manganese, cobalt, calcium or barium with monocarboxylic acids, e.g. B.
Octoate/, Neodecanoatet, Laurate, Oleaten, StearateZ und Naphthenatep'. Die schwächer basischen erfindungsgemäßen Harze vernetzen erst bei höheren Temperaturen, etwa ab 1800C, und bedürfen zur Vernetzung bei niedrigeren Temperaturen, z. B. ab 1100C oder ab 12000, zwingend des Zusatzes von Katalysatoren, z. B. der genannten. Bevorzugt werden die Harze also in der Form eingesetzt, daß sie entweder tertiäre Aminogruppen und/oder Härtungskatalysatoren enthalten.Octoate /, Neodecanoatet, Laurate, Oleaten, StearateZ and Naphthenatep '. The weaker basic resins according to the invention crosslink only at higher temperatures, from about 1800C, and need to crosslink at lower temperatures, z. B. ab 1100C or from 12000, mandatory the addition of catalysts, e.g. B. the above. The resins are therefore preferably used in the form that they are either tertiary Contain amino groups and / or curing catalysts.
Die erfindungsgemäßen Harze sind gewöhnlich fest, zuweilen aber zähflüssig. Sie können in Substanz, die festen z. B.The resins according to the invention are usually solid, but sometimes viscous. You can in substance, the solid z. B.
in Pulvermischungen, oder aus organischen Lösemitteln zur Herstellung von Formkörpern, vor allem. flächenförmigen wie Verklebungen und Beschichtungen, aber auch für Imprägnierungen angewendet werden und sind. nach der Vernetzung hochelastisch und chemisch widerstandsfähig. Der besondere Vorteil der Harze besteht darin, daß sie nach Zugabe von Säuren in eine wasserlösliche Form übergeführt und als wäßrige oder organisch-wätrige kolloide Systeme angewendet werden können. Die Anwendung kann nach den in der Lacktechnik üblichen Methoden durch Aufstreichen, Aufwalzen, Aufrakeln, Aufspritzen erfolgen. Die wäßrigen bzw. wäßrigorganischen Kunstharzlösungen können aber auch bei der kataphoretischen Tauchlackierung angewendet und durch elektrischen Strom abgeschieden werden.in powder mixtures or from organic solvents for production of moldings, especially. flat like bonds and coatings, but are and are also used for impregnations. highly elastic after networking and chemically resistant. The particular advantage of the resins is that they are converted into a water-soluble form after the addition of acids and as an aqueous form or organic-aqueous colloidal systems can be used. The application can be done using the methods customary in paint technology by brushing on, rolling on, Applying a doctor blade, spraying on. The aqueous or aqueous organic synthetic resin solutions but can also be used in cataphoretic dip painting and by electrical Electricity can be deposited.
Für die Anwendung der erfindungsgemäßen Harze als Lack, also zur Herstellung von Uberzügen, können die in Substanz, als Lösungen, wäBrig-kolloide Lösungen oder Dispersionen vorliegenden Harze mit Pigmenten, Füllstoffen oder anderen üblichen Zusätzen versehen werden. Unter Zusätzen sind besonders solche organischen Substanzen und Kunstharze zu verstehen, die in der Lacktechnik zur Verbesserung der lacktechnischen Eigenschaften verwendet werden. Das sind z. B.For the use of the resins according to the invention as a lacquer, that is to say for production of coatings, they can be in substance, as solutions, or aqueous-colloidal solutions Dispersions present resins with pigments, fillers or other usual resins Supplements are provided. In particular, such organic substances are included as additives and to understand synthetic resins that are used in paint technology to improve paint technology Properties are used. These are z. B.
Epoxidharze, Epoxidharzdispersionen, Esterharze, Polyglykoläther, nicht-flüchtige oder schwerflüchtige Lösemittel. Diese Substanzen können selbst kationische Eigenschaften besitzen, jedoch ist das nicht zwingend.Epoxy resins, epoxy resin dispersions, ester resins, polyglycol ethers, non-volatile or non-volatile solvents. These substances can even have cationic properties, but this is not mandatory.
Die erfindungsgemäßen Harze werden bei der Herstellung von Uberzügen auf beliebigen Substraten verwendet, sofern diese eine thermische Stabilität haben, die über -der Vernetzungstemperatur liegt. Bei der Verwendung für kataphoretische Tauchlackierungen müssen die Substrate elektrisch leitfähig sein.The resins according to the invention are used in the manufacture of coatings used on any substrate as long as it has thermal stability, which is above the crosslinking temperature. When using for cataphoretic With dip coatings, the substrates must be electrically conductive.
In den folgenden Beispielen bedeuten T Gewichtsteile und % Gewichtsprozente. Die Viskosität wird in der anfallenden Form bei 20°C nach DIN 53015 bestimmt.In the following examples, T denotes parts by weight and% denotes percentages by weight. The viscosity is determined in the resulting form at 20 ° C according to DIN 53015.
Beispiele 1. 332,4 T eines aus Diphenylolpropan und EpichlorhydPir.Examples 1,332.4 T of one made from diphenylolpropane and epichlorohydPir.
aufgebauten Epoxidharzes mit einem Epoxidäquivalent von 475 wurden in 221,6 T Methyläthylketon gelöst. In einem anderen Reaktionsgefäß wurden 77,3 T Diäthylentriamin in 225 T Essigester gelöst und zu der auf 4000 temperierten Lösung 76,5 T Propylencarbonat gegeben. Der Ansatz erwärmte slc-h infolge der exothermen Reaktion auf etwa 8000. Diese Temperatur wurde drei Stunden gehalten. Anschließend wurde die Reaktionslösung aus diesem zweiten Reaktionsgefäß in das erste Reaktionsgefäß gegeben und das Gemisch drei Stunden bei 800C gerührt. Es fielen 933 T einer 60%igen Harzlösung an, die eine Viskosität von 15 000 mPa.s aufwies.built-up epoxy resin with an epoxy equivalent of 475 dissolved in 221.6 T methyl ethyl ketone. In another reaction vessel, 77.3 T diethylenetriamine dissolved in 225 T ethyl acetate and added to the solution heated to 4000 76.5 T propylene carbonate given. The approach warmed up slc-h as a result of the exothermic Response to about 8,000. This temperature was held for three hours. Afterward the reaction solution was transferred from this second reaction vessel to the first reaction vessel given and the mixture was stirred at 80 ° C. for three hours. 933 T of a 60% strength fell Resin solution which had a viscosity of 15,000 mPa.s.
100 T dieser Harzlösung wurden mit 2 T einer Bleioctoat-Lösung, die 27 % Blei enthielt, vermengt und dieser Lack mit einer Naßfilmstärke von 100 /um auf fünf Glasplatten aufgezogen. Diese wurden nach 30minütigem Ablüften je 30 min bei 130, 140, 150, 160 bzw. 1700C im Trockenschrank erwärmt. Sämtliche Lackfilme erwiesen sich bei dem Schneiden mit dem Messer als zähelastisch und waren lösemittelbeständig. Sie hielten 100 Doppelwischungen mit einem mit Aceton getränkten Wattebausch aus.100 T of this resin solution were mixed with 2 T of a lead octoate solution, the Containing 27% lead, mixed and this paint with a wet film thickness of 100 / um mounted on five glass plates. After 30 minutes of flashing off, these were each 30 minutes heated at 130, 140, 150, 160 or 1700C in the drying cabinet. All paint films When cut with a knife, they proved to be viscoplastic and solvent-resistant. They endured 100 double wipes with a cotton ball soaked in acetone.
100 T der mit Bleioctoat versetzten Lac-klösung wurden mit Methyläthylketon auf eine Viskosität von 15 DIN-s verdünnt und verzinkte Eisenbleche damit tauchlackiert. Die 20 min bei 1300C im Trockenschrank erhitzten Filme waren zähelastisch, hielten eine Schlagtiefung von 70 Zolltlb aus und widerstanden in Parallelversuchen 30 min lang 800C heißer 2gier Natronlauge sowie 1000C heißer 2%iger Essigsäure.100 parts of the lacquer solution mixed with lead octoate were treated with methyl ethyl ketone Diluted to a viscosity of 15 DIN-s and dip-coated galvanized iron sheets with it. The films heated in a drying cabinet at 130.degree. C. for 20 minutes were viscoplastic and lasted an impact depression of 70 inches and withstood in parallel tests for 30 minutes long 800C hot 2gier caustic soda and 1000C hot 2% acetic acid.
2. 380 T eines Epoxidharzes auf Basis von Diphenylolpropan und Epichlorhydrin mit einem Epoxidäquivalent von 950 und einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 1900 wurden in 253,2 T Essigester gelöst. In einem anderen Reaktionsgefäß wurden 20,6 T Diäthylentriamin in 40,8 T Essigester gelöst und zu der bei Raumtemperatur befindlichen Mischung 40,7 T Propylencarbonat gegeben. Unter Ausnutzung der exothermen Reaktion wurde auf 80°C geheizt und diese Temperatur drei Stunden gehalten. Dann wurde die Reaktionsmischung aus dem zweiten Reaktionsgefäß in das erste Reaktionsgefäß gegeben und das Gemisch drei Stunden bei 800C gerührt. Dann kühlte man auf 400C ab und gab 16,8 T N,N-Dimethylamino-(N'-Hydroxyäthyl-)Propylamin zu und rührte bei 600C, bis der Ansatz eine Viskosität von 130 000 mPa.s erreicht hatte. Das dauert vier Stunden. Die Lösung wurde mit 150 T Methyläthylketon auf 50 % verdünnt. Diese Lösung hatte eine Viskosität von 13 000 mPa.s.2. 380 T of an epoxy resin based on diphenylolpropane and epichlorohydrin having an epoxy equivalent of 950 and an average molecular weight from 1900 were dissolved in 253.2 T of ethyl acetate. In another reaction vessel were 20.6 T of diethylenetriamine dissolved in 40.8 T of ethyl acetate and added to that at room temperature given mixture 40.7 T propylene carbonate. Taking advantage of the exothermic The reaction was heated to 80 ° C. and this temperature was maintained for three hours. then the reaction mixture was transferred from the second reaction vessel to the first reaction vessel given and the mixture was stirred at 80 ° C. for three hours. Then it was cooled to 400C and gave 16.8 T of N, N-dimethylamino (N'-hydroxyethyl) propylamine and stirred 600C until the batch had a viscosity of 130,000 mPa.s. This takes a while four hours. The solution was diluted to 50% with 150 parts of methyl ethyl ketone. These Solution had a viscosity of 13,000 mPa.s.
200 T der 50%igen Lösung wurden mit 5 g 50%iger Essigsäure versetzt und mit 240 T Wasser verdünnt. Es entstand eine kolloide Lösung, die eine Viskosität von 230 mPa.s aufwies.200 parts of the 50% solution were mixed with 5 g of 50% acetic acid and diluted with 240 T water. A colloidal solution was created that had a viscosity of 230 mPa.s.
Diese Lacklösung wurde durch Walzlackieren auf entfettetes, verzinntes Stahlblech aufgetragen und 20 Minuten bei 1300C vernetzt. Die Dicke des'eingebrannten Lackfilmes betrug-8 /um.This lacquer solution was roller lacquered onto degreased, tinned Steel sheet applied and crosslinked for 20 minutes at 1300C. The thickness of the 'branded Lacquer film was -8 / µm.
Die Prüflinge hielten eine Schlagtiefung von 70 Zollwlb unbeschädigt aus und wi/derstanden in Parallelversuchen zwei Stunden einer 2%igen Essigsäure bei 1000C und zwei Stunden 2%iger Natronlauge bei 800C.The specimens kept an impact depression of 70 inches undamaged and withstood two hours of 2% acetic acid in parallel experiments at 1000C and two hours of 2% sodium hydroxide solution at 800C.
3. In einem mit Rührer und Thermometer versehenen Reaktionsgefäß wurden 206 T Diäthylentriamin in 409 T Diäthylenglykoldimethyläther gelöst und bei 50 0C 408 T Propylencarbonat zugegeben. Die Temperatur stieg auf 8OOC an und wurde drei Stunden bei 80 0C gehalten. Dann war die Umsetzung beendet. Es fielen 1023 T einer Lösung I an, die einen Feststoffgehalt von 60 % (1 h/1350C) besaß.3. In a reaction vessel equipped with a stirrer and thermometer, 206 T of diethylenetriamine dissolved in 409 T of diethylene glycol dimethyl ether and stored at 50 ° C 408 T propylene carbonate were added. The temperature rose to 80OC and became three Held at 80 ° C. for hours. Then there was the implementation completed. It 1023 T of a solution I were obtained, which had a solids content of 60% (1 h / 1350C) owned.
396 T des Glycidylesters der Isononansäure wurden in 60 T Diäthylenglykoldimethyläther gelöst, 140 T Hexamethylendiamin zugegeben und in einem mit Thermometer und Rührer versehenen Reaktionsgefäß zwei Stunden auf 140 C erhitzt.396 parts of the glycidyl ester of isononanoic acid were dissolved in 60 parts of diethylene glycol dimethyl ether dissolved, 140 T hexamethylenediamine added and in a with thermometer and stirrer The reaction vessel provided is heated to 140 ° C. for two hours.
Dann wurde abgekühlt. Es fielen 596 T einer 90-%igen Lösung II an (Rückstand: 1 h/135°C) 760 T eines Epoxidharzes auf Basis von Diphenylolpopan und Epichlorhydrin mit einem Epoxidäquivalentgewicht von 475 wurden in einem mit Rührer und Thermometer. versehenen ReaktionsgefäR in einer Mischung aus gleichen Teilen 1,2-Propylenglykol, Methylisoamylketon und Diäthylbenzol gelöst und auf 800C gebracht. Dann wurden 272 T der Lösung 1 und 159 T der Lösung II zugegeben und das Gemisch drei Stunden bei 800C gerührt. Dann gab man 334 T Methylisoamylketon, 15,4 T Essigsäure und 24,5 T Dimethylaminopropylamin zu und rührte weitere zwei Stunden bei 800C. Nach dem Abkühlen auf 20°C erhielt man eine 60 %ige Lösung III eines wasserverdünnbaren Kunstharzes mit einer Viskosität von 22 000 mPa.s.Then it was cooled down. 596 parts of a 90% strength solution II were obtained (Residue: 1 h / 135 ° C) 760 T of an epoxy resin based on diphenylolpopane and Epichlorohydrin with an epoxy equivalent weight of 475 were in a stirrer and thermometer. equipped reaction vessel in a mixture of equal parts Dissolved 1,2-propylene glycol, methyl isoamyl ketone and diethylbenzene and brought to 80 ° C. Then 272 T of solution 1 and 159 T of solution II were added and the mixture Stirred for three hours at 80.degree. 334 parts of methyl isoamyl ketone and 15.4 parts of acetic acid were then added and 24.5 T dimethylaminopropylamine and stirred for a further two hours at 80.degree. After cooling to 20 ° C., a 60% strength solution III of a water-dilutable was obtained Synthetic resin with a viscosity of 22,000 mPa.s.
Zur Herstellung eines Kataphoresebades verdünnte man unter Rühren 200 T der Lösung III mit 800 T entionisiertem Wasser.To produce a cataphoresis bath, the mixture was diluted with stirring 200 T of solution III with 800 T of deionized water.
Die wäRrig-koltoide Lösung hatte ein pH von 8,8 und eine Leitfähigkeit von 463 /uS (Mikrosiemens) (beide Werte bei 200C gemessen). Durch Zugabe von 1,3 T Essigsäure stellte man das Bad auf eine Leitfähigkeit von 1 200 /uS und ein pH von 7,9 ein. In einer Kataphoresezelle wurden als Anode ein entfettetes Stahlblech und als Kathode ein phosphatiertes Stahlblech angebracht. Die kataphoretische Beschichtung wurde bei 250C mit einer Spannung von-280 Volt durchgeführv und dauerte 1,5 Minuten. Das als Kathode geschaltete Blech wurde aus der Zelle genommen und mit Wasser abgespült. Nach Abtrocknen des Bleches mit einem Luftstrahl wurde die Beschichtung bei 1300C 20 Minuten in einem Umlufttrockenschrank eingebrannt. Es bildete sich ein harter, glänzender, zähelastischer Überzug mit einer Schichtdicke von 21 /Um auf der Vorder- und Rückseite. Der eingebrannte Film war beständig gegen organische Lösemittel und widerstand dem -Acetontest.The aqueous colloidal solution had a pH of 8.8 and a conductivity of 463 / uS (microsiemens) (both values measured at 200C). By adding 1.3 With acetic acid, the bath was set to a conductivity of 1,200 μS and a pH of 7.9 a. A degreased sheet steel was used as the anode in a cataphoresis cell and a phosphated steel sheet attached as cathode. The cataphoretic coating was carried out at 250C with a voltage of -280 volts and lasted 1.5 minutes. The sheet metal connected as the cathode was removed from the cell and rinsed with water. After drying the sheet with an air jet, the Coating Baked in a circulating air drying cabinet at 1300C for 20 minutes. It formed a hard, glossy, viscoplastic coating with a layer thickness of 21 / um on the front and back. The baked film was resistant to organic Solvent and withstood the acetone test.
720 T Lösung III wurden mit 108 T Titandioxid und 8,6 T Bleisilikat auf einer Dreiwalze abgerieben und mit 30010 T entionisiertem Wasser verdünnt. -Die wäßrig-kolloide Lösung hatte ein pH von 8,9 und eine Leitfähigkeit von 830 /uS (beide Werte bei 200C gemessen). Durch Zugabe von 0,9 T Essigsäure wurde ein pH von 7,5 und eine Leitfähigkeit von 1250 /uS eingestellt. Die pigmentierte Harzlösung wurde in einer Kataphoresezelle bei 250C in gleicher Weise wie oben bei einer Spannung von 230 Volt abgeschieden. Nach Spülen des kataphoretisch beschichteten Bleches und Trocknen mit Preßluft wurde 20 Minuten in einem Umlufttrockenschrank bei 135ob eingebrannt. Die Schichtstärke auf der Vorder- und Rückseite betrug 19 /um.720 T of solution III were made with 108 T of titanium dioxide and 8.6 T of lead silicate rubbed on a three roller and diluted with 30,010 T deionized water. -The aqueous colloidal solution had a pH of 8.9 and a conductivity of 830 / uS (both Values measured at 200C). By adding 0.9 T acetic acid, a pH of 7.5 and set a conductivity of 1250 / uS. The pigmented resin solution was in a cataphoresis cell at 250C in the same way as above for a voltage deposited by 230 volts. After rinsing the cataphoretically coated sheet and drying with compressed air was 20 minutes in a circulating air drying cabinet at 135ob burned in. The layer thickness on the front and back was 19 μm.
Die Erichsentiefung nach DIN 53156 ergab einen Wert von 5,8 mm und die Schlagtiefung nach ASTM-}-2794 einen Wert von 25 Zolllb. Beim Salzsprühtest nach ASTM-B-117-64/ 5%ige Kochsalzlösung bei 35°C zeigten die Prüfbleche nach 500 und 1000 Stunden Belastungsdauer weder an der Kante noch am Kreuzschnitt Unterrostungserscheinungen. Der Blasengrad der Prüfbleche nach DIN 53209 zeigte den bestmöglichen Wert M O G 0.The Erichsen indentation according to DIN 53156 gave a value of 5.8 mm and the impact depression according to ASTM -} - 2794 has a value of 25 incheslb. In the salt spray test According to ASTM-B-117-64 / 5% saline solution at 35 ° C., the test panels showed after 500 and 1000 hours of exposure, neither on the edge nor on the cross-cut, signs of rust underneath. The degree of blistering of the test panels according to DIN 53209 showed the best possible value M O G 0.
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