WO1982000665A1 - Process and product for the passivation of iron and steel surfaces - Google Patents
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- WO1982000665A1 WO1982000665A1 PCT/EP1981/000128 EP8100128W WO8200665A1 WO 1982000665 A1 WO1982000665 A1 WO 1982000665A1 EP 8100128 W EP8100128 W EP 8100128W WO 8200665 A1 WO8200665 A1 WO 8200665A1
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- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
- C23F11/00—Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent
- C23F11/08—Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent in other liquids
- C23F11/10—Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent in other liquids using organic inhibitors
Definitions
- the invention relates to a method and means for passivating iron and steel surfaces chemically with the aid of aqueous solutions which react weakly alkaline and contain a combination of certain corrosion-inhibiting substances.
- Passivation agents are also used as an additive to forcing baths, quenching water, such as for induction hardening, cooling circuits, such as in engine test benches, and also as hydraulic fluids.
- passivation A number of methods are known for passivation. For example, it can be carried out with oils or fats or also corresponding plastic emulsions, although undesirable layers often form. Therefore, it is often advisable to passivate the metal surfaces with aqueous solutions containing appropriate chemical additives. Such corrosion inhibiting passivation Examples of iron surfaces are alkali nitrites, alkali chromates, soaps, benzoates and alkanolamines. Maleic acid monois ⁇ alkylamides have also been used for the passivation of iron and steel surfaces.
- the new method is characterized in that the metal surfaces are treated with 0.5 to 5 weight-based solutions, the pH value of which is between 7.5 and 10.5 and which is a combination which is clearly soluble in water
- the weight ratio maleic monoalkylamide to alkanolamine 1: 0.3 to 1:10 and the weight ratio maleic monoalkylamide to phosphonic acid is 1: 0.01 to 1: 0.5.
- Suitable maleic acid monoalkylamides are both amides with straight-chain and branched alkyl radicals with 6 to 14 carbon atoms, preferably with 8 to 10 carbon atoms.
- Suitable alkanolamines are short-chain compounds such as mono-, di- and triisopropanolamine, n-propanolamine, N, N, N ', N' -tetrakis (2-hydroxyethyl) ethylenediamine and preferably mono-, di- and triethanolamine especially as a mixture.
- Suitable complexing phosphonic acids are: 1-hydroxyalkyl-1,1-diphosphonic acids, 1-amino alkyl-1,1-diphosphonic acid, phosphonocarboxylic acids, such as in particular 2-phosphono-1,2,4-tricarboxylic acid and / or phosphonic acids the general formula
- 1-hydroxyethane-1,1-diphosphonic acid, 2-phosphonobutane-1,2,4-tricarboxylic acid and nitrilotrimethyleneph ⁇ sphonic acid have proven successful.
- the phosphonic acids can also be used as alkali salts or alkanolamine salts. Free phosphonic acids can also be added to the corresponding solutions. In such a case, then by an excess of alkanolamine in the solution these are adjusted to pH 7.5 to 10.5.
- An essential feature of the combination according to the invention is the weight ratio of maleic acid monoalkylamide to alkanolamine, which is 1: 0.3 to
- the weight ratio of maleic acid monoalkylamide to phosphonic acid in the process according to the invention is 1: 0.01bi ⁇ 1: 0.5 and preferably 1: 0.1 to 1: 0.5.
- a further increase in the phosphonic acid addition is possible, but does not bring any additional synergistic effects.
- the pH of the solution from 7.5 to 10.5 that is suitable for carrying out the process is not already achieved by the alkalinity of the substances used, it can be adjusted by adding a small amount of alkali.
- the metal surfaces made of iron or steel can be treated at elevated temperatures between 30 and 10 ° C., but preferably at room temperature.
- the agents can also contain further substances.
- surfactants preferably nonionic low-foaming surfactants.
- the following are low-foaming nonionic surfactants: the adducts of ethylene or propylene oxide with polypropylene glycol or polyethylene glycol and adducts of ethylene and / or propylene oxide with mono- or polyalcohols, mono- or polyamines, fatty acids, amides and alkylphenols with an alkyl radical of preferably 8 to 20, especially 12 to 18 carbon atoms.
- the concentration in the aqueous passivation solution is between 0.005 to 0.3 percent by weight.
- the agents according to the invention can also contain alkanolamine soaps of short-chain fatty acids - i.e. of fatty acids with 6 to 12 carbon atoms -, for example caprylic or isononanoic acid, which reinforce the corrosion protection effect in a manner known per se and act as a solubilizer and as a foam regulator.
- the solutions according to the invention can optionally also contain preservatives for preventing bacterial decomposition, such as, for example, chlorophenols, diphenyl derivatives, hexahydrotriazine derivatives and / or for non-ferrous metal inhibition, benztriazole, mercaptobenztriazole and lignin sulfonate in amounts of about 0.05 to 0.1 percent by weight.
- preservatives for preventing bacterial decomposition such as, for example, chlorophenols, diphenyl derivatives, hexahydrotriazine derivatives and / or for non-ferrous metal inhibition, benztriazole, mercaptobenztriazole and lignin sulfonate in amounts of about 0.05 to 0.1 percent by weight.
- the agents used contain the components mentioned in the stated amounts. Ge if desired, however, the corresponding agents can also be prepared in concentrated form in order to be diluted to the stated concentration immediately before use.
- the corrosion protection obtained with the solutions according to the invention is considerably higher than the sum of the properties of the individual substances and exceeds the passivating agents used to date.
- the outstanding corrosion-protecting properties of the process according to the invention were tested in the corrosion protection test according to DIN 51 360/2 with casting chips GG 30 at exposure times of 2 hours.
- the test solutions were prepared at room temperature with 20 hard water.
- the pH of all test solutions was between 8, 5 and 10.5; Test and comparison solution were adjusted to the same pH.
- the concentration of the respective combination was 1, 1.5 and 2% in the DIN tests.
- the comparative tests are listed in the table under a), and the solutions according to the invention are listed under b).
- non-ionic surfactant (adduct of ethylene oxide with polyethylene glycol)
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Description
"Verfahren und Mittel zum Passivieren von Eisen- und Stahloberflächen"
Gegenstand der Erfindung sind ein Verfahren und Mittel zum Passivieren von Eisen- und Stahloberflachen auf chemischem Wege mit Hilfe wäßriger Losungen, die schwach alkalisch reagieren und eine Kombination bestimmter korros ionsinhibierender Substanzen enthalten.
Es ist häufig erforderlich, zur Vermeidung-unerwünsch ter Korros ionsers cheinungen Eisen- und Stahloberflächen zu passivieren. Dies erfolgt beispielsweise bei oder nach Reinigungsoperationen, bei der Metallbearbeitung oder Zwischenlagerung vor einer weiteren Bearbeitung der Metalle. Ebenfalls werden Passivierungsmittel als Zusatz zu Abdrückbädern, Abschreckwässern, wie zum Beispiel bei der Induktionshärtung, Kühlkreisläufen, wie bei Motorenprüfständen,und auch als Hydraulikflüssigkeiten verwendet.
Für die Passivierung ist eine Reihe von Methoden bekannt. So kann sie beispielsweise mit ölen oder Fetten oder auch entsprechenden Kunststoffemulsionen vorgenommen werden, wobei sich allerdings häufig unerwünschte Schichten bilden. Deshalb ist es oft zweckmäßig, die Metalloberflächen mit wäßrigen Lösungen, die ent sprechende chemische Zusätze enthalten, zu passivieren. Derartige die Korrosion inhibierende Passivierungsmit
tel für Eisenoberflächen sind beispielsweise Alkalinitrite, Alkalichromate, Seifen, Benzoate und Alkanolamine. Auch wurden Maleinsäuremonoisσalkylamide schon für die Passivierung von Eisen- und Stahloberflachen eingesetzt.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß hinsichtlich des Korrosionsschutzes eine starke synergistische Wirkung auftritt, wenn man sich des nachstehend beschriebenen Verfahrens zum Passivieren von Eisen- und Stahloberflächen auf chemischem Wege mit Hilfe wäßriger Lösungen, die alkalisch reagieren und eine Kombination bestimmter korrosionsinhibierender Substanzen enthalten, bedient.
Das neue Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloberflächen mit 0,5 bis 5 gewichtsprσzentigen Losungen behandelt werden, deren pH-Wert zwischen 7,5 und 10,5 liegt und die eine in Wasser klar lösliche Kombination aus
a) einem oder mehreren Maleinsäuremonoalkylamiden, b) einem oder mehreren Alkanolaminen, c) einer oder mehrerer Phosphonsäuren, die komplexie rende Eigenschaften haben,
enthalten, wobei das Gewichtsverhältnis Maleinsäuremonoalkylamid zu Alkanolamin 1 : 0,3 bis 1 : 10 und das Gewichtsverhältnis Maleinsäuτemonoalkylamid zu Phos- phonsäure 1 : 0,01 bis 1 : 0,5 beträgt.
Als Maleinsäuτemonoalkylamide kommen sowohl Amide mit geradkettigen als auch verzweigten Alkylresten mit 6 bis 14 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise mit 8 bis 10 Kohlenstoffatomen in Betracht.
Als geeignete Alkanolamine kommen kurzkettige Verbindungen wie Mono-, Di- und Triisopropanolamin, n-Propanol amin, N,N,N',N' -Tetrakis-(2-hydroxyethyl) -ethylendiamin und vorzugsweise Mono-, Di- und Triethanolamin, insbe sondere als Gemisch, in Betracht.
Als geeignete komplexierende Phosphonsäuren sind zu nennen: 1-Hydroxy-alkyl-1,1-diphosphonsäuren, 1-Amino alkyl-1,1-diρhosphonsäure, Phosphonocarbonsäuren, wie insbesondere 2-Phosphono-1,2,4-tricarbonsäure und/oder Phosphonsäuren der allgemeinen Formel
in der
bedeutet.
Vorzugsweise haben sich 1 -Hydroxyethan-1,1-diphosphonsäure, 2-Phosphonobutan-1,2,4-tricarbonsäure und Nitrilotrimethylenphσsphonsäure bewährt. Die Phosphonsäuren können im übrigen auch als Alkalisalze oder Alkanolaminsalze eingesetzt werden. Εs kann den entsprechenden Lösungen aber auch die freien Phosphonsäuren hinzugefügt werden. In einem solchen Falle kann dann durch
einen Oberschuß an Alkanolamin in der Lösung diese auf den pH-Wert 7,5 bis 10,5 eingestellt werden.
Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Kombination ist das Gewichtsverhältnis von Maleinsäuremonoalkylamid ru Alkanolamin, welches 1 : 0,3 bis
1 : 10 und vorzugsweise 1 : 1 bis 1 : 4 betragen soll. Das -GewichtsVerhältnis von Maleinsäuremonoalkylamid zu Phosphonsäure beträgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren 1 : 0,01bi≤ 1 : 0,5 und vorzugsweise 1 : 0,1 bis 1 : 0,5. Eine weitere Erhöhung des PhosphonsäureZusatzes ist zwar möglich, bringt aber keine zusätzlichen synergistischen Effekte.
Falls der für die Durchfuhrung des Verfahrens geeignete pH-Wert der Lösung von 7,5 bis 10,5 nicht bereits durch die Alkalität der verwendeten Substanzen erzielt wird, kann er durch einen geringen Zusatz an Alkali eingestellt werden.
Die Behandlung der Metalloberflächen aus Eisen oder Stahl kann bei erhöhten Temperaturen zwischen 30 und 10O°C, vorzugsweise jedoch bei Raumtemperatur, erfolgen.
Die Mittel können zusätzlich zu den bereits erwähnten Komponenten noch weitere Substanzen enthalten. Insbesondere kommen dabei Tenside, vorzugsweise nichtionogene schaumschwache Tenside, in Betracht. Insbesondere dann, wenn gleichzeitig mit der Passivierung eine Reinigung erwünscht ist oder befettete oder teilbefettete Teile gleichzeitig in einem Arbeitsgang behandelt werden sollen.
Als schaumschwache nichtionogene Tenside sind zu nennen: die Anlagerungsprodukte von Ethylen- oder Prαpylenoxid an Polypropylenglykol beziehungsweise Polyethylenglykol sowie Anlagerungsprodukte von Ethylen- und/oder Propy lenoxid an Mono- oder Polyalkohole, Mono- oder Polyamine, Fettsäuren, Amide und Alkylphenole mit einem Alkylrest von vorzugsweise 8 bis 20, insbesondere 12 bis 18 C-Atomen.
Soweit Tenside Anwendung finden, liegt- die Konzentration in der wäßrigen Passivierungslösung zwischen 0,005 bis 0,3 Gewichtsprozent.
Schließlich kann es in manchen Fällen auch zweckmäßig sein, zur Verstärkung der Reinigungswirkung den erfindungsgemäßen Mitteln sogenannte Builder, die die Wirkung der Tens-ide verstärken, zuzusetzen. Insbesondere sind zu nennen Ortho- oder Polymerphosphate und/oder
Borate. Bevorzugt ist ein Gehalt an Buildern in Mengen von 0,2 bis 2 Gewichtsprozent, bezogen auf die wäßrige Lösung. Die erfindungsgemäßen Mittel können weiterhin noch Alkanolaminseifen kurzkettiger Fettsäuren - d.h. von Fettsäuren mit 6 bis 12 C-Atomen -, beispielsweise Capryl- oder Isononansäure, enthalten, die in an sich bekannter Weise die Korrosionsschutzwirkung verstärken und als Lösungsvermittler sowie als Schaumregula tor wirken. Auch können die erfindungsgemäßen Lösungen gegebenenfalls noch Konservierungsmittel zur Verhinderung der bakteriellen Zersetzung, wie beispielsweise Chlorphenole, Diphenylderivate, Hexahydrotriazinderivate und/oder zur Buntmetallinhibierung Benztriazol, Mercaptobenztriazol und Ligninsulfonat in Mengen von etwa 0,05 bis 0,1 Gewichtsprozent enthalten.
Die zur Anwendung gelangenden Mittel enthalten die genannten Komponenten in den angegebenen Mengen. Ge
wünschtenfalls können jedoch auch die entsprechenden Mittel in konzentrierter Form hergestellt werden, um unmittelbar vor der Verwendung auf die genannte Konzentration verdünnt zu werden.
Der Korrosionsschutz , der mit den erfindungs gemäßen Lösungen erhalten wird, ist erheblich höher als die Summe der Eigenschaften der Einzelsubstanzen und übertrifft die bisher verwendeten Passivierungsmittel.
Beispiele
Die hervorragenden korrosiσnsschützenden Eigenschaften des erfindungs gemäßen Verfahrens wurden im Korrosionsschutztest nach DIN 51 360/2 mit Gußspänen GG 30 bei Expositonszeiten von 2 Stunden getestet. Die Prüflösungen wurden bei Raumtemperatur mit 20 hartem Wasser angesetzt. Der pH-Wert aller Testlösuήgen lag zwischen 8, 5 und 10,5; Test- und Vergleichs lösung wurden auf den gleichen pH-Wert eingestellt. Die Konzentration der jeweiligen Kombination betrug bei den DIN-Testen 1, 1,5 und 2 %. In der Tabelle sind unter a) die Vergleichs - versuche, unter b) die erfindungsgemäßen Lösungen aufgeführt.
•
8. Aktivsubstanzen der Rezeptur in Gewichtsteilen
10 Monoethanolamin 10 Diethanolamin 10 Triethanolamin 5 Maleinsäuremono-2-ethylhexylamid
2 Maleinsäuremonodecylamid
7 Caprylsäure
1 1 -Hydroxyethan-1 .1 -diphosphonsäure , 60%ig 1 Aminotrimethylenphosphonsäure , 50% ig 2 nichtionogenes Tensid (Anlagerungsprodukt von
Ethylenoxid an Polyethylenglykol)
1 Phosphonobutantricarbonsäure , 50%i g
9. Aktivsubs tanzen der Rezeptur in Gewichtsteilen
10 Maleinsäuremono-2-ethylhexylamid 30 Diethanolamin
5 Caprylsäure
3 1 -Hydroxyethan-1 .1 -diphosphonsäure , 60%ig
2 nichtionogenes Tensid (Anlagerungsprodukt von Ethylenoxi d an Polyethylenglykol)
10. Aktivsubstanzen der Rezeptur in Gewichtsteilen
10 Borsäure 5 Monoethanolamin 6 , 6 Maleinsäurεmono-2-ethylhexylamid 20 Diethanolamin 3 , 3 Caprylsäure
2 1 -Hydroxyethan-1 .1 -diphosphonsäure 1 , 3 ni chtionogenes Tensid (Anlagerungsprodukt von Ethylenoxi d an Polyethylenglykol)
Korrosionstest nach DIN 51 360/2
Beurteilung der Rostbildung in Korrosions graden 0 - 4,
0 = keine Korrosion, 4 = starke Korrosion
Claims
1. Verfahren zur Passivierung von Eisen- und Stahlober- flächen mit Hilfe wäßriger, alkalisch reagierender Lösungen, die Korrosionsinhibitoren enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloberfläche mit 0,5 bis 5 gewichtsprozentigen Lösungen behandelt wird, die eine in Wasser klar lösliche Kombination aus
a) einem oder mehreren Maleinsäuremonoalkyl amiden, b) einem oder mehreren Alkanolaminen, c) einer oder mehrerer Phosphonsäuren, die kom plexierende Eigenschaften haben enthalten, wobei das GewichtsVerhältnis von Malein säuremonoalkylamid zu Alkanolamin 1 : 0, 3 bis 1 : 10 und das Gewichtsverhältnis Maleinsäuremonoalkylamid zu Phosphonsäure 1 : 0 , 01 bis 1 : 0, 5 beträgt und der pH-Wert der Lösung zwischen 7 , 5 und 10 , 5 liegt .
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß die Metalloberfläche mit einer Lösung behandelt wird, die Maleins äuremono-n- oder -iso-alkylamide mit 6 bis 1 4 , vorzugsweise 8 bis 10 Kohlens toffatomen enthält .
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloberfläche mit einer Lösung behandelt wird, die Mono- Di- und/oder Triethanolamin enthält .
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloberfläche mit einer Lösung behandelt wird, die als Phosphonsäure 1 -Hydroxyalkyl- 1 ,1-diphosphonsäure, 1 -Aminoalkyl-1,1-diphosphonsäure, Phosphonocarbonsäure und/oder eine Phosphonsäure der Formel
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloberfläche mit einer Lösung behandelt wird, die als Phosphonsäuren 1-Hydroxyethan- 1,1-diphosphonsäure, 2-Phosphonobutan-1,2,4-tricarbon säure und/oder Nitrilotrimethylenphosphonsäure enthält.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloberfläche mit einer Lösung behandelt wird, in der das Gewichtsverhältnis Maleinsäuremonoalkylamid zu Alkanolaminen 1 : 1 bis 1 : 4 beträgt.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloberfläche mit einer Lösung be handelt wird, in der das Gewichtsverhältnis Maleinsäuremonoalkylamid zu Phosphonsäure 1 : 0,1 bis
1 : 0,5 beträgt.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeich net, daß die Metalloberfläche mit einer Lösung behandelt wird, die zusätzlich Tenside, vorzugsweise nichtionogene Tenside, in Mengen von 0,005 bis 0,3 %, bezogen auf die wäßrige Lösung, enthält.
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, daduτch gekennzeich net, daß die Metalloberfläche mit einer Lösung behandelt wird, die zusätzlich Büilder, vorzugsweise Phosphate und/oder Borate, in Mengen von 0,2 bis 2%, bezogen auf die wäßrige Lösung, enthält.
10. Mittel zur Passivierung von Eisen- und Stahlober- flächen auf Basis von wäßrigen Korrosionsinhibitoren enthaltenden alkalisch reagierenden Lösungen, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine in Wasser klar lösliche Kombination aus
a) einem oder mehreren Maleinsäuremonoalkyl amiden, b) einem oder mehreren Alkanolaminen, c) einer oder mehrerer Phosphonsäuren, die kom plexierende Eigenschaften haben in Mengen von insgesamt 0,5 bis 5 Gewichtsprozent enthalten, wobei das Gewich tsverhältnis von Maleinsäuremonoalkylamid zu Alkanolamin 1 : 0,3 bis 1 : 10 und das Gewichts Verhältnis Maleinsäuremonoalkylamid zu Phosphonsäure 1 : 0,01 bis 1 : 0,5 und der pH-Wert der Lösungen zwischen 7,5 und 10,5 beträgt.
11. Mittel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß es Maleinsäuremono-n- oder -iso-alkylamide mit 6 bis 14, vorzugsweise 8 bis 10 Kohlenstoffatomen enthält.
12. Mittel nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß es Mono-, Di- und/oder Triethanolamin enthält.
13. Mittel nach Anspruch 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß es als Phosphonsäure 1-Hydroxyalkyl-1,1- diphosphonsäure, 1-Aminoalkyl-1,1-diphosphonsäure,
Phosphonocarbonsäure und/oder eine Phosphonsäure der Formel
14. Mittel nach Anspruch 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es als Phosphonsäuren 1 -Hydroxyethan-1,1- diphosphonsäure, 2-Phosphonobutan-1,2,4-tricarbonsäure und/oder Nitrilotrimethylenphosphonsäure enthält.
15. Mittel nach Anspruch 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis Maleinsäuremono alkylamid zu Alkanoϊaminen 1 : 1 bis 1 : 4 beträgt.
16. Mittel nach Anspruch 10 bis 15, dadurch gekennzeich net, daß das Gewichtsverhältnis Maleinsäuremonoalkylamid zu Phosphonsäure 1 : 0,1 bis 1 : 0,5 beträgt.
17. Mittel nach Anspruch 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich Tenside, vorzugsweise nichtionogene Tenside, in Mengen von 0,005 bis 0,3 %, bezogen auf die wäßrige Lösung, enthält.
18. Mittel nach Anspruch 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich Builder, vorzugsweise Phosphate und/oder Borate, in Mengen von 0,2 bis 2 %, bezo gen auf die wäßrige Lösung, enthält.
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