JPH07507336A - 水性結合剤混合物およびその使用 - Google Patents

水性結合剤混合物およびその使用

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JPH07507336A JP6500145A JP50014593A JPH07507336A JP H07507336 A JPH07507336 A JP H07507336A JP 6500145 A JP6500145 A JP 6500145A JP 50014593 A JP50014593 A JP 50014593A JP H07507336 A JPH07507336 A JP H07507336A
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ケーニツヒ,エーベルハルト
ペダイン,ヨーゼフ
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 水性結合剤混合物およびその使用 本発明は、水に対し可溶性および/または分散性の、封鎖イソシアネート基を有 するNC0−プレポリマーと第一および/または第二(シクロ)脂肪族結合アミ ノ基を有するポリアミン成分との組合せ物の水溶液および/または分散物から実 質的になる水性結合剤混合物、および耐熱性基体への被覆を作成するためのこれ ら結合剤混合物の使用に関するものである。
水性PUR−分散物の製造は公知であり、たとえばJ、W、ロスサウザーおよび に、ナハトキャンプの論文「水性ポリウレタン」、アトパンシス・イン・ウレタ ン・サイエンス・アンド・テクノロジー、第10巻(1987)、第121〜1 62頁に記載されている。たとえば米国特許第4 308 184号に開示され ているように従来技術には、水性PUR−分散物を使用前にメラミン−ホルムア ルデヒド樹脂と混合することが含まれる。この手段により、熱硬化した被覆膜は 架橋したデュロマ−(duromer )特性を有し、耐水性かつ耐溶剤性とな る。この架橋法の欠点は、ホルムアルデヒドを遊離する物質と合する際の困難性 に加え、この種の改変PUR−分散物が限られた「可使時間」しか持たず、した がってEK−系が生しないという事実である。
真正(すなわち実用上無制限に貯蔵安定性)のポリウレタンに基づく水性l−成 分結合剤も既に知られている(DE−O83345448号)。これには2種の 水性PUR−分散物の混合物が挙げられ、一方はOH基を有すると共に他方はε 〜カプロラクタム封鎖されたNGO−基を有する。この水性l−成分結合剤の欠 点は、熱架橋のため約170℃という極めて高い温度を必要とすることにある。
したがって本発明の基礎となる課題は、120〜150℃の範囲の比較的低い架 橋温度にて硬化しうると共に貴重なラッカー技術上の性質を有する被覆を作成す べく用いうるような室温にて貯蔵安定性の水性結合剤混合物を提供することにあ る。
この課題は、以下詳細に説明する本発明の水性結合剤混合物によって解決するこ とができる。
本発明の主題は、 (a)成分(b)の存在下にて水に対し可溶性および/または分散性である、ウ レタン基を有する封鎖イソシアナト基を持った少なくとも1種のNC0−プレポ リマーと、 (b)全体で少なくとも2個の第一および/または第二脂肪族もしくは脂環式結 合アミノ基を有する少なくとも1種の有機ポリアミンからなるポリアミン成分と の、 封鎖イソシアナト基と第一および/または第二アミノ基とのモル比が100゜9 〜l:1.5である組合せ物の水溶液および/または分散物から実質的になる水 性結合剤混合物である。
さらに本発明の主題は、必要に応じラッカー技術における慣用の助剤および添加 剤と混合した、耐熱性基体に対する被覆を作成するための前記水性結合剤混合物 の使用である。
本発明の結合剤成分(a)にはウレタン基を有する親水性改変された封鎖イソシ アネート基を有するNGO−プレポリマーが挙げられ、これは少なくとも成分( b)の存在下で水に対し可溶性および/または分散性である。 成分(a)とし て特に適するNGO−プレポリマーは1分子当り少なくとも2個の封鎖イソシア ネート基を有するものであって、 2〜10重量%、好ましくは3〜6重量%の封鎖イソシアネート基(NGOとし て計算)の含有量と、 5〜20重量%、好ましくは8〜15重量%の末端−および/または側鎖−ポリ エーテル鎖内に組込まれた酸化エチレン単位(C2H,Oとして計算)の含有量 と、固形物100g当り10〜60ミリ当量、好ましくは15〜40ミリ当量の 、少なくとも部分的に成分(b)との反応により中和されたカルボキシル基の含 有量と を有し、ここで上記種類の酸化エチレン単位とカルボキシルーもしくはカルボキ ンレート基の全含有量はプレポリマーが少なくとも成分(b)の存在下で水に対 し可溶性および/または分散性となるように計量せねばならない。
好ましくはプレポリマー(a)の作成に際し、イオン改変にっき水相にてポリア ミン(b)との交換作用により少なくとも部分的に強親水性のカルボキンレート 基まで中和されるカルボキシル基の組込みのみが行われ、水に対する成分(a) の溶解性または分散性は成分(b)の同時存在に依存するが、成分(a)の親水 性が充分高い場合には水に対する成分(a)の溶解性もしくは分散性が成分(b )の不存在下でも得られるので充分(b)の同時存在に依存しない。
NCO〜プレポリマー(a)を作成するには(1)有機ポリイソシアネートと、 (2)高分子ポリヒドロキシル化合物と、必要に応しく3)低分子連鎖延長剤と 、(4)親水性構成成分と、(5)イソシアナト基用の封鎖剤とが用いられる。
適するポリイソシアネート(1)は、たとえばツーベン・ワイル、メンーデン・ デル・オーガニツシエン・ヘミ−1第14/2巻、第61〜70頁およびW。
ンーフケンの論文、ジャスタス・リービッヒス・アナーレン・デル・ヘミ−1第 562巻、第75〜136頁に記載されたような公知の芳香族もしくは(シクロ )脂肪族ポリイソシアネートである。芳香族ポリイソノアネートとしては、たと えば2.4−ンイソシアナトトルエン、混合物に対し35重量%までの2.6− ジイツシアナトトルエンとのその技術混合物、4.4′−ジイソノアナトジフェ ニルメタン、混合物に対し50重量%まで(好ましくは40重量%まで)の2゜ 4′−ジイソノアナトジフェニルメタンおよび必要に応じ混合物に対し5重量% までの2,2′−ジイソノアナトジフェニルメタンとのその工業混合物、上記ジ イランアナトンフェニルメタン異性体と2個より多いイソシアナト基を有するそ の高級同族体との混合物(この混合物は一般に少なくとも80重量%の上記ジイ ソノアナトジフェニルメタン異性体を含有する)、並びに例として上記したポリ イソシアネートの任意の混合物が挙げられる。脂肪族ポリイソシアネートとして は、たとえばヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、2−メチルペンタメ チレンジイソシアネート、2. 2. 4−トリメチルーヘキサメチレンジイラ ンアネート(THDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、1.4− ンイランアナトメチル−7りロヘキサン、テトラメチルキンリレンジイソシアネ ート(TMXDI)が挙げられる。
さらに、特に1−IDIおよび/またはIPDIに基づく公知の[ラッカーポリ イランアネートJ、特に公知のビウレット基、イソシアヌレート基および/また はウレトジオン基を有するこれらジイソノアネートの誘導体も封鎖ポリイソシア ネート(a)を作成するための出発成分(1)として使用することができる。ま た、例として上記したポリイソシアネートの任意の混合物の使用も可能である。
ポリヒドロキシル化合物(2)としては特にポリウレタン化学からそれ自体公知 のポリエステル−および/またはポリエーテルポリオールが挙げられ、これらは 1分子当り少なくとも2個、好ましくは少なくとも2〜4個のヒドロキシル基と 、OH含有量および官能価から計算しうる400〜10,000、好ましくは5 00〜3,000の分子量を存する。好ましくは、対応するポリエステルポリエ ールまたはポリエステル−およびポリエーテル−ポリオールの混合物のいずれか が使用される。
適するポリエステルポリエールはポリアセトンジオール、たとえばヘキサンジオ ール−1,6−とε−カプロラクトンとの特に500〜1,500の分子量範囲 の反応生成物である。
同様に適するポリエステルポリオールはポリカーボネートジオール、特に500 〜2,000の分子量範囲におけるヘキヅンジオールー1.6−ボリカーボネー トンオールであり、これらはたとえばジオール(特に1,6−へギサンジオール )と7フエニルカーポネートもしくはツメデルカーボネートとのそれ自体公知の 縮合により得ることができる。
ポリエステルポリオールの1部を長鎖のヒドロキシル基を有するカルボン酸の難 鹸化性オリゴエステルから構成することもてきる。この場合、たとえばヒマノ浦 を挙げることができる。
ポリヒドロキンポリエーテルとしては、たとえば出発物質としてポリエーテルア ルコ−ルに関し既に例として上記した種類の低分子ポリオールに対するエポキシ ド(たとえば酸化エチレンおよび/または酸化プロピレン)の自体公知の重付加 生成物を挙げることができる。特に好ましくは、ビスフェノールAもしくはトリ メヂロールプロパンのプロポキシル化によりそれ自体公知の方法で作成される分 子量に関し上記の規定に相当するようなポリエーテルポリオールである。
必要に応じ同時使用される連鎖延長剤(3)としては400未満の分子量を有す る単純な低分子ポリオールが挙げられ、たとえばポリエステルポリオールの製造 に関し出発物質として例示した多価(好ましくは二価)アルコールおよび/また はアミノ基を有する化合物(たとえばヒドラジンもしくはヒドラジン水和物)、 或いは60〜400の分子量範囲における有機ジアミン、たとえばエチレンジア ミン、ヘキサメチレンジアミン、4,4′−ジアミノジシクロヘキシルメタンも しくは3.3′−ジメチル−4,4′−ジアミノ−ジシクロヘキシルメタンがあ る。低分子連鎖延長剤(3)は、多くの場合、高分子ヒドロキシル化合物(2) の重量に対し10重量%までの量で使用される。
適する親水性構成成分(4)は特に350〜5,000の分子量範囲における一 価の酸化エチレン単位を有するポリエーテルアルコールであり、たとえば酸化エ チレンと必要に応じ他の酸化アルキレンとの一官能性出発分子(たとえばメタノ ール、n−プロパツール、n−ブタノールもしくはブチルジグリコール)に対す るそれ自体公知の方法による付加により得ることができる。このアルコキシル化 反応に際し、酸化エチレンの他に他の酸化アルキレン(たとえば酸化プロピリレ ン)をも使用する場合は、酸化アルキレンの全量に対する酸化エチレンの割合を 少なくとも40重重量、好ましくは少なくとも80重量%にすることに注意すべ きである。より多量の酸化アルキレンを使用する場合、これは混合物としておよ び/または順次にアルコキシル化反応に際し用いることができる。
他の親水性構成成分(4)はカルボキシル基の他に少なくとも1個(好ましくは 2個)の反応性基を有する有機カルボン酸であり、これらはイソシアネート基よ りも高い反応性をカルボキシル基として有する。好ましくは、この反応性基とし ては第一および/または第二アミノ基、特にアルコール性ヒドロキシル基が挙げ られる。特に適するこの種の親水性構成成分は全部で5〜8個の炭素原子を有す るα、α−ジメチロールアルカンカルボン酸、たとえばジメチロールプロピオン 酸である。同様に、たとえばヒドロキシピバリン酸またはDE−O820344 79号にしたがうアクリル酸に対するジアミン(たとえばエチレンジアミンもし くはイソホロンジアミン)の付加生成物も適している。
プレポリマー(a)を製造する場合、好ましくは例として上記した種類の酸化エ チレン単位を有する一価アルコールも上記種類のアミノ−もしくはヒドロキシ− カルボン酸も、プレポリマー中に酸化エチレン単位およびカルボキシル基(また は成分(b)との組合せ物にしたがい少なくとも部分的にカルポギシレート基) が上記範囲内で存在するような凰にて使用される。酸化エチレン単位を有する一 価ポリエーテルアルコールを成分(4)の1部として使用する場合、親水性ポリ エーテル鎖は末端に或いは(分枝として作用する高官能性の構成成分を同時使用 する場合)側鎖として配置される。
封鎖剤(5)としてフェノール類(たとえばフェノール)、ラクタム類(たとえ ばε−カプロラクタム)、オキシム類(たとえばブタノンオキシ1、)および第 二アミン類(たとえばンイソプロピルアミン)、イミダゾール、ピラゾールまた は1,2.4)リアゾールを用いることができる。本発明によれば、ブタノンオ キツムおよびンイソプロビルアミンが好適である。
ブIノポリマー(a)を作成する場合、一般に出発成分(1)〜(5)の全重量 に対し20〜60重量%、好ましくは30〜55重量%の量の高分子ポリヒドロ キシル化合物(2)が使用される。成分(1)のイソシアネート基と成分(2) 〜(4)のイソシアネート基よりも反応性の基との当量比(成分(4)に存在す るカルボキシル基を除く)は一般に1.5:1〜2.5+1の範囲である。封鎖 剤(5)の量は一般に、また存在するイソシアネート過剰量が少なくとも90% まで、好まし、<は100%まで封鎖剤により消失するように計量される。基本 的に、N G O−プレポリマーが先ず最初に遊離イソ/アネート基を有し、次 いて分散過程に際(5水または成分(b)の1部により消失するよう小過剰の封 鎖剤を使用することも可能であるか大して好適でない。
本発明により成分(b)としては、全部で少なくとも2個の第一および/または 第二アミノ基を有する分子量範囲60〜400、好ましくは100〜250の( シクロ)脂肪族ポリアミンか挙げられる。例としてエチレンジアミン、ヘキサメ チレンジアミン、ノエチレントリアミン、4.4′−ジアミノジシクロヘキシル メタン、1.4−ノアミノノタロヘキサン、3. 3. 5−トリメチル−5− アミノメチル/りロヘキ/ルアミン(IPDA)または過水素化トリアミノ−シ フ1ニルメタンが挙げられ、これらはたとえば対応する脂環式トリイソシアネー トを製造ずべくDE−O33417683号にしたがって用いられる。この種の ポリアミンの任意の混合物も同様に使用することができる。3,3′−ジメチル −4,4′−ジアミノジシクロヘキシルメタンが好適である。
ポリアミン(b)は、本発明による結合剤混合物の作成に際し、成分(a)の封 鎖イソシアネート基と成分(b)の第一および/または第二アミノ基とのモル比 が10.9〜l川、5、好ましくはl:1〜1:1.1となるような量にて使用 される。
本発明による結合剤混合物の製造は、たとえば出発ポリイソシアネート(1)を 段階的に或いはワンショット反応として出発成分(2)〜(5)と60−110 ℃にて反応混合物の理論NC0価(一般に遊離イソシアネート基が完全に消失す る)に達するまで反応させるよう行うことができる。次いで成分(b)を撹拌混 入し、一般に35〜55重量%である所望の固体含有量まで水により希釈する。
一般に溶融状態で反応を開始させ、必要に応じイソシアネート基に対し不活性カ リ水と混和しうる溶剤(これはその後に蒸留除去することができる)、たとえば アセトンを添加する。添加した溶剤の除去は、所望に応じ分散水の添加の後に蒸 留して行うことができる。最後に、本発明による結合剤混合物が水溶液もしくは 分散物として得られる。
本発明による結合剤混合物にはラッカー技術の慣用の助剤および添加剤、たとえ ば顔料、分散剤、UV−安定剤、酸化防止剤、充填剤、チキソトロープ剤または 柔軟剤を混入することができる。このようにして、室温で実質的に無限に貯蔵可 能であり、120〜150℃の比較的低い温度でも充分な機械的性質を有するラ ッカ一層まで硬化しうるような直ちに使用しつる水性被覆剤が得られる。本発明 の被覆剤におけるポリアミン(b)は封鎖NGO−プレポリマー用の硬化剤と組 込カルボキシル基用の中和剤との二重機能を有するので、熱硬化に際し水性ポリ ウレタン分散物の化学にて通常である中和剤として作用するt−アミンが決して 分離しない。中和剤はラッカー膜内に組込まれる。この理由から、燃焼過程に際 し揮発性有機物質が比較的少量しか遊離しない。
本発明による結合剤混合物は、自動車の床裏保護用被覆材および落石保護充填材 の作成に特に好適に使用される。
以下、実施例により本発明をさらに説明し、ここで%は全で重量に基づく。
実施例1 芳香族イソシアネート成分に基づ(本発明による結合剤の50%分散物。最初に 挙げた6種の出発成分の反応生成物である成分(’a )は、末端鎖もしくは側 鎖のポリエーテル鎖内に組込まれた8、7重量%の酸化エチレン単位と固形物1 00g当り30.4ミリ当量のカルボキシル基とを有した。
出発物質 323.0g (0,380当量)=66のOH価を有するアジピン酸−ヘキサ ンジオール−1,6−ネオペンチルグリコール−ポリエステル、 240.0g (0,240当量)ニトリメチロールプロパンのプロポキル化に より作成された56のOH価を有するポリエーテルポリオール、 90.0g (0,040当量):n−ブタノールのエトキシル化により作成さ れた25のOH価を有する1価ポリエーテルポリオール(分散剤)、 42.0g (0,626当量)ニジメチロールプロピオン酸、63.8g ( 0,734当量):ブタノンオキシム、271.0g (2,020当量);約 90重量%の2核割合を有し、そのうち約10重量%が2,4′−ジフェニルメ タンジイランアネートであり、約10重量%がより高校割合である約31.3% のNGO含有量を有するRohr−MDI型、96.0g (0,800当量) 、ビス−(4−アミノ−3−メチル−シクロヘキシル)−メタン、 1126.0g・ 水(50%固体割合に相当)2251.8g 結合剤分散物 23℃にて約1000100Oの粘度 実施 MDIを約500m1のアセトンに室温にて導入し、撹拌下で順次にポリエステ ルと水フリーの両ポリエーテルとジメチロールプロピオン酸とブタノンオキシム とを導入した。反応混合物をゆっくり加温し、MDIとブタノンオキシムとがこ こで約65℃の還流温度にて発熱反応し、約10時間にわたり還流条件下で反応 させた。この反応時間の後、IRスペクトルにてまだ僅かの小さいNGOバンド が確認された。この場合、さらに10m1のブタノンオキシムを添加し、30分 間後に再び残留NGO含有量につき検査した。NGO含有量がもはや存在しなく なった際、ジアミンを冷却された出発物質に撹拌混入した。次いで、激しく撹拌 しながら約45℃にて水を添加した。乳青色の分散物が生じ、これは勿論まだア セトンを含有した。最後に約45℃および低圧力(最終状態は約150ミリバー ル)にてこれを約4時間以内に蒸留した。約1,000mPa5 (23℃)の 粘度を有する乳青色の微細な50%分散物が得られた。
性質 このl成分−結合剤分散物は貯蔵安定性であり、たとえば50℃にて6か月にわ たり変化しない。分散物を灰色顔料処理し、検査板に塗布した。水の蒸発および 120℃における焼成(30分間)の後、たとえば364μmのフィルム厚さが 測定された。付着性は良好である。このコーチングは散弾の射撃(ザーブルック ス試験)に対し2分40秒にわたり損傷なしに耐え、これは優秀な数値である脂 肪族ポリイソノアネートに基づく本発明による結合剤混合物。最初に挙げた7種 の出発成分の反応生成物を形成するNGOプレポリマー(a)は、末端鎖もしく は側鎖のポリエーテル鎖内に組込まれた13.7重量%の酸化エチレン単位と固 形物100g当り15.2ミリ当量のカルボキシル基とを有した。
出発物質 336、 0g (0,3当量)、50のOH価を有するアジピン酸−ブタンジ オール−1,4−ポリエステル、 135.0g(0,06当量):実施例1による分散剤、20.1g(0,30 当量)ニジメチロールプロピオン酸、99.9g (0,90当量)・IPDI 、270.0g(1,35当量):ヘキサメチルジイソシアネートに基つくイソ シアヌレート基を有するポリイソシアネート(NGO含有量21%)、 +1.7. 6g (1,23当量):ブタノンオキシム、10、 0g (0 ,4当量):ヒドラジン水和物、114.7g(1,35当量):IPDI、1 345.0g 水(45%固体含有量に相当)2448.3g 結合剤混合物 衷卑 ポリエステルとポリエーテルとを導入し、110°C/15ミリバールにて撹拌 下に約1時間にわたり脱水した。約60℃まで冷却すると共に容器内に両イラン アネート成分と少しづつジメチロールプロピオン酸とを撹拌混入した。その後、 少しづつブタノンオキシムを添加し、ここで反応は発熱性となった。加温すると 共に100〜110℃にて溶融状態で反応させ、約2時間の後に1. 5%の計 算NCO含有量を僅かに越えた。約70℃まで冷却し、約10100Oのアセト ンに溶解させ、次いて連鎖延長剤であるヒドラジン水和物に添加した。このアセ トン溶液を約50℃にてさらに3時間にわたり撹拌し、IRスペクトルは最小の NGOバンドを示し、次いでIPDAと混合し、さらに実施例1に既に記載した ようにアセトンを除去した。23℃にて約2,000mPa5の粘度を有する乳 青色の微細な45%分散物が得られた。この1成分−結合剤分散物は貯蔵安定性 で脂肪族ポリイソシアネートに基つく本発明による結合剤混合物。最初に挙げた 7種の出発成分の反応生成物であるNCOプレポリマー(a)は、末端鎖もしく は側鎖のポリエーテル鎖内に組込まれた13.2重量%の酸化エチレン単位と固 形物100g当り27.9ミリ当量のカルボキシル基とを有した。
448.0g (0,40当量)、50のOH価を有するアジピン酸−ブタンジ オール−1,4−ポリエステル、 180、Og(0,08当量):実施例1による分散剤、133、.2g (1 ,20当量)+IPDI、360.0g (1,,80当量):実施例2による ポリイソシアネート26.8g (0,40当量)ニジメチロールプロピオン酸 、165.6g(1,64当量)ニジイソプロピルアミン、120、 0g ( 0,4当量):水(242g>における1モルのIPDACl 70 g)と1 モルのアクリル酸(72g)とのアダクト;このアミノカルボン酸の1当量の組 込みうるN H/ N H2は300gである、 153.0g (1,8当量)+IPDI、1623.0g 水(45%固体含 有量に相当)3209.6g 結合剤分散物 実施 ポリエステルとポリエーテルとを110℃/15ミリバールにて撹拌下に約1時 間にわたり脱水した。約70℃まで冷却し、120gのN−メチルピロリドンて 希釈し、容器内にイソシアネートを添加し、ジメチロールプロピオン酸を少しつ つ導入し、さらにンイソプロビルアミンを良好に撹拌された出発物質に少しづつ 滴下した。次いて内部温度を100まで上昇させた。約1時間の反応時間の後、 1.45%の計算NGO含有量を僅かに越えた。約60℃まで冷却し、約1゜2 00m1のアセトンで希釈し、次いでIPDA−アクリル酸アダクトの水溶液を 撹拌混入した。40℃にて約30分間の後、アセトン溶液にはNGO含有量(I Rスペクトル)がもはや確認しえなかった。IPDAを添加すると共に水で分散 させた。その後、アセトンを実施例1に説明したように4時間かけて蒸留除去し た(45℃/150ミリバール)。50%の固体含有量と3.7%の有機溶剤割 合と23℃にて約2,000mPa5の粘度とを有する乳青色の分散物が得られ た。
フロントページの続き (51) Int、 C1,’ 識別記号 庁内整理番号C09D175104  PHV 8620−4JI

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.(a)成分(b)の存在下にて水に対し可溶性および/または分散性である 、ウレタン基を有する封鎖イソシアネート基を持った少なくとも1種のNCOー プレポリマーと、 (b)全体で少なくとも2個の第一および/または第二脂肪族もしくは脂環式結 合アミノ基を有する少なくとも1種の有機ポリアミンからなるポリアミン成分と の、 封鎖イソシアネート基と第一および/または第二アミノ基とのモル比が1:0. 9〜1:1.5である組合せ物の水溶液および/または分散物から実質的になる 水性結合剤混合物。
  2. 2.成分(a)が2〜10重量%の封鎖イソシアネート基(NCOとして計算) の含有量と、 5〜20重量%の末端−および/または側鎖−ポリエーテル鎖内に組込まれた酸 化エチレン単位(C2H4Oとして計算)の含有量と、固形物100g当り10 〜60ミリ当量の、成分(b)との反応により少なくとも部分的に中和されたカ ルボキシル基の含有量とを有することを特徴とする請求の範囲第1項に記載の水 性結合剤混合物。
  3. 3.必要に応じラッカー技術における慣用の助剤および添加剤と混合する、耐熱 性基体への被覆を作成するための請求の範囲第1項または第2項に記載の水性結 合剤混合物の使用。
  4. 4.自動車の床裏保護被覆または落石耐性充填材を作成するための請求の範囲第 3項に記載の使用。
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