Application of numerical methods to solve nonlinear inverse problems in calorimetry of hard materials

A method is suggested for numerical determination of heat capacity as a function of temperature using the data on nonstationary experiments. This is based on the solution of the inverse problem in the overdefined formulation, with allowance for the temperature distribution inside the solid. The algorithm developed for the solution of the problem allows determination of the heat capacity both in case of a material with a known thermal conductivity, and in the case when the thermal conductivity of the material is unknown and should be determined simultaneously with the heat capacity. The suggested method of numerical solution for the coefficient-type inverse problem of nonlinear thermal conductivity may also be of use in interpretations of the data of thermal analysis.

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Zusammenfassung Die vorgeschlagene Methode zur Bestimmung der Temperaturabhängigkeit der Wärmekapazität aus den Daten eines nichtstationären Versuchs gründet sich auf die Lösung der umgekehrten Aufgabe in einer überbestimmten Aufstellung, sie erlaubt, die Temperaturverteilung innerhalb der festen Probe in Betracht zu ziehen. Der ausgearbeitete Lösungsalgorithmus gestattet, die Wärmekapazität zu bestimmen, und zwar sowohl, wenn die Wärmeleitfähigkeit des Materials bekannt ist, als auch, wenn sie unbekannt ist und gleichzeitig mit der Wärmekapazität bestimmt werden soll. Die vorgeschlagene Methode der numerischen Lösung des Problems der inversen Koeffizienten bei der nichtlinearen Wärmeleitfähigkeit kann auch bei der Auswertung von Daten der thermischen Analyse verwendet werden.

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, . , , . .

     

Liquid-phase hydrogenation on new AlPO4?SiO2 supported rhodium catalysts

The liquid-phase catalytic hydrogenation of various organic compounds was carried out using new rhodium catalysts supported on AlPO₄–SiO₂ (2080 wt. %) system, in methanol as solvent, under low hydrogen pressure (0.55 MPa) and at 293 K. Neither alkene isomerization nor hydrogenolysis products were detected in any of the cases.

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AlPO₄–SiO₂ (2080 . %), , , (0,55 MPa) 293 . , .

     

Infrared study of the interaction of nitric oxide with CuY zeolites

Infrared studies of the interaction of NO with CuY–A zelites have been made over the temperature range from –100°C to 400°C. Several forms of NO adsorption have been found, in particular, a stable cis-dimer at low temperatures.

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- (–100+400°C) NO CuY–A . NO, ë - .

     

Properties of template-free synthetic (B, Al) pentasil type zeolites

Template-free synthetic, boron-containing pentasil type zeolites exhibit structural and catalytic properties similar to those of SABO zeolites made in the presence of n-propylamine.

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, , , SABO, -.

     

Thermal properties of thiocyanatocopperc(II) complexes with picolines and lutidines

The thermal properties of coordination compounds of the composition Cu(NCS)₂L₂ (whereL=pyridine, 2-, 3- and 4-picoline, and 2,3-, 2,4-, 2,5-, 2,6-, 3,4- and 3,5-lutidine) are dealt with. The thermal decomposition of these compounds begins with the release of the ligandL. The compounds with pyridine derivatives containing a methyl substituent at position 2 show a markedly decreased initial decomposition temperature. It was found that X-ray irradiation caused a reduction of the central atom Cu(II) in the coordination compounds under investigation. X-ray electron spectra data showed the stability of the compounds Cu(NCS)₂L₂ withL=picoline or lutidine having a methyl substituent at position 2 to be distinctly lower in the surface layers. From the given series, the compounds Cu(NCS)₂(pyridine)₂ and Cu(NCS)₂(3,5-lutidine)₂ exhibit an analogous course of thermal decomposition in nitrogen atmosphere up to 600°. The stoichiometries of thermal decomposition are discussed.

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Zusammenfassung Der Artikel befaßt sich mit den thermischen Eigenschaften von Koordi-nationsverbindungen der Zusammensetzung Cu(NCS)₂ L ₂ (L= Pyridin, 2-, 3-, 4-Pikolin, 2,3-, 2.4-, 2,5-, 2,6-, 3,4- und 3,5-Lutidin). Die thermische Zersetzung dieser Verbindungen beginnt mit der Abspaltung des LigandenL. Die Verbindungen mit Pyridinderivaten, welche einen Methylsubstituenten in Position 2 im Pyridinring enthalten, zeigen eine deutlich herabgesetzte anfängliche Zersetzungstemperatur. Es wurde gefunden, daß die Röntgenbestrahlung eine Reduktion des zentralen Cu(II)-Atoms bei den untersuchten Koordinationsverbindungen herbeiführte. Die Daten der Röntgen-Elektronenspektren zeigten, daß die Stabilität der Verbindungen Cu(NCS)₂L₂ mitL=Pikolin oder Lutidin, welche einen Methylsubstituenten in Position 2 enthalten, in den Oberflächenschichten wesentlich geringer ist. Von der gegebenen Reihe der Verbindungen zeigen Cu(NCS)₂(Pyridin)₂ und Cu(NCS)₂(3,5-Lutidin)₂ in Stickstoff-Atmosphäre bis zu 600° einen ähnlichen Verlauf der thermischen Zersetzung. Die Stöchiometrie ihrer thermischen Zersetzung wird beschrieben.

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Résumé L'article a trait aux propriétés thermiques des composés de coordination de composition Cu(SCN)₂L₂ (L=pyridine, 2-, 3-, 4-picoline, 2,3-, 2,4-, 2,5-, 2,6-, 3,4-, 3,5-lutidine). La décomposition thermique de ces composés commence avec la libération du ligandL. Les composés avec des dérivés de la pyridine contenant un substituant méthyle en position 2 sur le cycle de la pyridine présentent une température initiale de décomposition qui se trouve abaissée de manière appréciable. On observe que le traitement aux rayons X provoque une réduction de l'atome central Cu(II) dans les composés de coordination étudiés. Les données fournies par les spectres électroniques des rayons X ont montré que la stabilité des composés Cu(SCN)₂L₂ avecL= picoline ou lutidine, ayant un substituant méthyle en position 2, est nettement plus faible dans les couches superficielles. Dans cette série de composés, Cu(SCN)₂ (pyridine)₂ et Cu(SCN)₂(3,5-lutidine)₂ montrent, en atmosphère d'azote, jusqu'à 600°, un processus analogue de décomposition thermique. La stoechiométrie de leur réaction de décomposition thermique est examinée.

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Cu(NCS)₂L₂ L=, 2-, 3-, 4- , 2,3-, 2,4-, 2,5-, 2,6-, 3,4-, 3,5-. L. 2- . , , Cu(II). , Cu(NCS)₂L₂ c L= , 2, . Cu(NCS)₂ ( )₂ Cu(NCS)₂ (3,5-)₂ 600°. .

     

CO oxidation to CO2 by Mo?V?P heteropolyacid in the presence of an aqua complex of Pd(II)

Kinetic oxidation of CO to CO₂ by Mo–V–P heteropolyacid in the presence of an aqua complex of Pd(II) has been studied. The reaction is suggested to involve the participation of carbonyl complexes of Pd(I). It has been established that VO ₂ ⁺ ions formed in HPA dissociation inhibits the reaction.

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CO CO₂ - Pd(II). Pd(I). , VO ₂ ⁺ , , .

     

Crystallization kinetics of polyamide 6 containing pigments

In terms of the Avrami equation, the effects of selected organic pigments on the kinetic parameters of the isothermal crystallization of coloured polyamide 6 were examined in the temperature range 468–478 K. It was found that B Blue and BB Red are active nucleating agents, which is acribed to their crystalline structure. G Orange slightly accelerates the crystallization of PA 6 at lower temperatures and concentrations, whereas in other conditions its effect is the opposite.The isothermal data were confirmed by the results of non-isothermal crystallization. The degree of supercooling corresponding to the peak of the DSC curve was the measured feature in this case.It was found that B Blue and BB Red reduce the free energy of formation of criticalsize nuclei by 20 and 12%, respectively, which is reflected in the rates of crystallization.

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Zusammenfassung Mit Hilfe der Avrami Gleichung wurde der Einfluß einiger ausgewählter organischer Pigmente auf die kinetischen Parameter der isothermen Kristallisation gefärbter Polyamide 6 im Temperaturbereich 468–478 K untersucht. B Blue und BB Red erwiesen sich als aktive Keimbilder, was mit Hilfe ihrer kristallinen Struktur erklärt werden kann. Bei niedrigeren Temperaturen und geringeren Konzentrationen wird die Kristallisation von PA 6 durch G Orange leicht beschleunigt, unter anderen Bedingungen kann das Gegenteil beobachtet werden. Die isothermen Daten wurden durch die Ergebnisse bei nichtisothermer Kristallisation bekräftigt. In diesem Falle wurde das dem DSC Peak entsprechende Maß an Unterkühlung untersucht. Es wurde gefunden, daß B Blue und BB Red die freie Energie zur Bildung von Keimen kritischer Größe um 20 bzw. 12% herabsetzen, was sich in den Kristallisationsgeschwindigkeiten widerspiegelt.

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, -6 468–478 . , , . , . . . , , , 20 12%, .

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This work was supported by the Polish Academy of Science, goal 01.14.     

Estimation of nonlinear relaxation of catalytic reactions

Nonlinear relaxation time has been considered as a differential characteristic determined by the reciprocal value of the relative decrease in the deviation rate of the current concentration vector of intermediates from that of their steady-state concentrations. This characteristic is used for the analysis of some model reactions.

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, , .

     

New method for determination of the equilibrium state in systems involving reactions of the type A(s)=B(s)+C(g)

A static method is described for measurement of the equilibrium values of temperature, pressure and composition of the solid phase, and determination of the number of degrees of freedom in heterogeneous systems containing a gaseous phase, including water vapour. With this method, it has been found that in the system formed in the thermal dehydration of CaC₂O₄·H₂O a solid solution of monohydrate and anhydride coexists in equilibrium with water vapour. The composition of the solid solution changes with the temperature and the pressure of water vapour. The dehydration enthalpy of the solid solution referred to 1 mol H₂O does not depend on its composition. It was found to be H _deh=(69+-3) kJ·mol^–1.

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Zusammenfassung Eine isotherme Methode zur Messung von Temperatur, Druck und Zusammensetzung der festen Phase im Gleichgewicht und zur Bestimmung der Anzahl der Freiheitsgrade in heterogen Systemen mit einer Gasphase (z.B. Wasserdampf) wird beschrieben. Mit dieser Methode wurde nachgewiesen, dass bei der thermischen Entwässerung von CaC₂O₄·H₂O eine feste Lösung von Monohydrat und Anhydrid im Gleichgewicht mit Wasserdampf existiert. Die Zusammensetzung dieser festen Lösung ändert sich mit der Temperatur und dem Wasserdampfdruck, ihre Dehydratationsenthalpie (pro 1 mol Wasser) hängt nicht von der Zusammensetzung ab und wurde zu H _deh=(69±3) kJ mol^–1 bestimmt.

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, , , , . , , ₂₄·₂ . . , 1 , H .=69±3 .^–1.

     

IR and thermal studies on lithium oxomolybdenum(VI) oxalate

A new molybdenum(VI) complex, Li₂[Mo₂O₆(C₂O₄)] · 2 H₂O (LMO), was prepared and characterized by chemical analysis and IR spectral studies. Its thermal decomposition was studied by using TG and DTA techniques. LMO loses its two moles of water between 75 and 170° to give the anhydrous product, which decomposes in three stages between 240 and 380°. The first two stages occur in the temperature ranges 240–280° and 280–305°, to give intermediates with the tentative compositions Li₆[Mo₆O₁₉(C₂O₄)₂] and Li₆[Mo₆O₂₀(C₂O₄)], respectively. In the third stage, which extends up to 380°, Li₆[Mo₆O₂₀(C₂O₄)] decomposes to give the end-product, Li₂Mo₂O₇.

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Zusammenfassung Ein neuer Molybdän(VI)-Komplex der Formel Li₂[Mo₂O₆(C₂O₄)] · 2 H₂O (LMO) wurde dargestellt und durch chemische Analyse und IR-spektroskopisch charakterisiert. Die thermische Zersetzung dieses Komplexes wurde mittels TG und DTA untersucht. LMO verliert die zwei Wassermoleküle zwischen 75 und 170° unter Bildung des wasserfreien Produktes, das zwischen 240 und 380° in drei Stufen zersetzt wird. Die in den Temperaturbereich von 240–280° und 280–305° verlaufenden ersten zwei Reaktionsschritte ergeben Intermediäre der tentativen Zusammensetzung Li₆[Mo₆O₁₉(C₂O₄)₂] bzw. Li₆[Mo₆O₂₀(C₂O₄)]. In dem sich bis 380° erstreckenden dritten Reaktionsschritt wird Li₆[Mo₆O₂₀(C₂O₄)] unter Bildung des Endproduktes Li₂Mo₂O₇ zersetzt.

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Li₂[MO₂O₆(C₂O₄] · 2 ₂ . . - 70–170° , , 240–380°. 240–280° 280–305° - Li₆[Mo₆O₁₉(C₂O₄)₂] Li₆[Mo₆O₂₀(C₂O₄)]. - 380° Li₂Mo₂O₇.

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The authors are grateful to Prof. S. N. Tandon, Head of the Chemistry Department, for providing the research facilities.     

The thermal behaviour of some clathrates based upon Dianin's Compound

Clathrates based upon Dianin's Compound (4-p-hydroxyphenyl-2,2,4-trimethylchroman) exhibit shape and size selectivity towards included guest molecules in a manner similar to that shown by some commercially important zeolites. Clathrates derived from Dianin's Compound and a wide range of guest solvents were heated to their melting points and beyond, and their behaviour observed.

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Zusammenfassung Auf Dianin's Verbindung (4-p-Hydroxyphenyl-2,2,4-trimethylchroman) basierende Klathrate weisen gegenüber eingeschlossenen Gastmolekülen eine ähnliche Form- und Grössenselektivität auf wie einige wichtige kommerzielle Zeolithe. Von Dianin's Verbindung und einer Reihe von Lösungsmitteln erhaltene Klathrate wurden bis zum Schmelzpunkt und darüber hinaus erhitzt und dabei ihr Verhalten beobachtet.

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—4-- -2,2,4- — , , . , , , .

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The assistance of Mr Carl Garland and Miss Marianne McCusker in the early stages and Miss Cathy Kennedy in the later stages of this work is acknowledged with thanks. Instruction in the use of the Thermal Analyser and interpretation of several of the calorimetric analyses were generously provided by Dr Geoff Irvine.     

Study of the thermal decomposition processes of clathrate compounds

The decompositions of the clathrate compounds [M(NCS)₂(4-MePy)₄]·nG (whereM=Mn, Co, Ni or Cd;G=4-methylpyridine (4-MePy), benzene or xylenes) were studied on a Q-derivatograph under quasi-equilibrium conditions and with linear heating. These clathrates can be divided into two groups, in which the loss of guest is either (I) accompanied by destruction of the host complex, or (II) occurs before decomposition of the host complex. Kinetic parameters were obtained.

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Zusammenfassung Die Zersetzung von Clathrat-Verbindungen der Zusammensetzung [M(NCS)₂(4-MePy)₄]·nG (M=Mn, Co, Ni, Cd;G=4-Methylpyridin (4-MePy), Benzen, o-,m, p-Xylen) wurde mittels Q-Derivatograph unter Quasi-Gleichgewichtsbedingungen und bei linearer Aufheizung untersucht.Die studierten Clathrate lassen sich in zwei Gruppen einteilen, je nachdem ob die Abgabe des Gastmoleküls G entweder vor oder unter Gleichzeitiger Zerstörung des Wirtskomplexes erfolgt. Kinetische Parameter wurden ermittelt.

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Q- [M(NCS)₂(4-MePy)₂]·nG, M , , , G — 4- , . , . .

     

Transverse photothermal deflection spectroscopy (PDS) applied to thermal diffusiyity measurements

Transverse photothermal deflection spectroscopy(PDS) is applied for the determination of thermal diffusivities of solid surfaces. The theory of PDS is briefly recalled and some approximated analytical formulae concerning the transverse configuration are derived. In materials where the thermal diffusivity is smaller than that of the air, the dependence of the deflection angle on the displacement between pump and probe beams is shown to have a minimum that relates to the thermal diffusivity, thereby allowing its straightforward measurement. Measurements carried out on Al₂O₃ samples with different porosities at room temperature show a good agreement between experiment and theory.

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Zusammenfassung Die transverse photothermische Reflektionsspektroskopie (PDS) wird zur Bestimmung der thermischen Diffusivität von festen Oberflächen herangezogen. Die Theorie der PDS wird kurz dargelegt und einige sich auf die transverse Konfiguration beziehenden analytischen Näherungsgleichungen abgeleitet. Es wird gezeigt, daß bei Materialien mit kleinerer thermischer Diffusivität als Luft die Abhängigkeit des Deflektionswinkels von der Ablenkung zwischen Pumpen- und Probenstrahl ein Minimum aufweist, das mit der thermischen Diffusivität im Zusammenhang steht und somit deren zuverlässige Messung ermöglicht. An Al₂O₃-Proben unterschiedlicher Porosität bei Raumtemperatur ausgeführte Messungen zeigen gute Übereinstimmung von Experiment und Theorie.

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. , . , , , , . , , .

     

Kinetics of Co?Mo/Al2O3 catalyst reduction

According to kinetic studies on the reduction of commercial Co–Mo/Al₂O₃ and model catalysts in H₂ at 523–773 K, the kinetic curves for the reduction process have been determined. The reduction rate is shown to be higher for the commercial catalyst. Activation energies E_act for the reduction of several forms of Mo and Co in Co–Mo/Al₂O₃ catalysts are presented.

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H₂ 523–773 . , : Mo Co .

     

Acetylene adsorption on a clean iridium surface

The interaction of C₂H₂ with a polycrystalline iridium surface at 140 KT500 K has been studied by AES, XPS and UPS. A model of the bonding between C₂H₂ and Ir by the 1 orbitals of the hydrocarbon is proposed. The more pronounced energy splitting between the orbitals of acetylene during adsorption compared to that in the gas phase is ascribed to deformation of the acetylene molecule.

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C₂H₂ . 140 KT500 K AES, XPS UPS. C₂H₂ Ir 1- . - , , .

     

Design of a gas chromatograph for chemical kinetic studies and measurement of other physicochemical properties

A simple gas chromatograph was constructed for the purpose of studying reaction kinetics parameters and physicochemical properties. The instrument has a large oven that can accommodate rather long and straight columns; an efficient air circulation makes the temperature gradients inside the oven negligible. The injector has a small dead volume and a thermal conductivity detector was used.

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- . , . , . .

     

Investigations of thermal elimination reactions of polymers by thermal volatilization analysis and ultraviolet spectroscopy

Using thermal volatilization analysis with differential condensation of volatile products, with film samples on flat-bottomed silica glass reaction tubes to permit measurements of UV spectra of partly degraded polymer, the thermal stability, the types of volatile products and the development of conjugation in the involatile residue have been compared for poly(vinyl chloride), polychloroprene, poly(vinyl acetate) and vinyl acetate/ethylene copolymers, poly(vinyl formate) and poly(vinyl alcohol). All undergo a side-group elimination reaction at lower temperatures, and polyene breakdown occurs in all the samples between 400 and 500°. The longest polyene sequences are formed by PVC. All the polymers except PVC show some complexity of products in the elimination reaction.

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Zusammenfassung Die Anwendung der thermischen Verdampfungsanalyse durch Differentialkondensation der flüchtigen Produkte an Filmproben in flachen Quarzglasreaktionsrohren gestattet die Ermittlung der UV-Spektren von teilweise degradierten Polymeren sowie Aussagen über die thermische Stabilität und Types des flüchtigen Produktes. Die Bindungen in dem nichtflüchtigen Rest wurden untersucht und im Falle der Copolymere Poly(vinylchlorid), Polychloropren, Poly(vinylacetat) und Vinylacetat/Äthylen, weiterhin Poly/vinylformat und Poly/vinylalkohol verglichen. Alle erleiden eine Eliminierungsreaktion an der Seitengruppe bei niedrigeren Temperaturen und Polyenabspaltung zwischen 400 und 500°. Die längsten Polyensequenzen werden durch PVC gebildet. Abgesehen vom PVC zeigten alle übrigen Polymere eine gewisse Komplexität in der Eliminierungsreaktion.

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Résumé L'emploi de la méthode d'analyse par volatilisation thermique avec condensation différentielle des produits volatils, sur des échantillons en film sur tubes de réaction en verresilice à fond plat permet l'examen des spectres ultraviolets des polymères partiellement dégradés et l'étude de la stabilité thermique, outre l'identification des constituants volatils. On a comparé le développement de la conjugaison dans le résidu non-volatil pour les polychlorure de vinyle, polychloroprène, polyacétate de vinyle et les copolymères acétate de vinyle/éthylène, polyformiate de vinyle et polyalcool vinylique. Dans chaque cas, on a observé une réaction d'élimination du groupe latéral à basse température et rupture du polyène entre 400 et 500°. Les plus longues séquences ont été formées dans le cas du PCV. Tous les polymères, excepté le PCV, montrent une certaine complexité de produits dans la réaction d'élimination.

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. (), , , , . , , — - , — . ; 400–500°. . , , .

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Some parts presented at the International Symposium on Macromolecular Chemistry, Budapest, 1969.

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One of the authors (D.L.G.) thanks the Science Research Council for the award of a studentship. Some of the experiments with PVF were carried out by Mr. A. Jamieson. Differential condensation TVA curves were obtained by Mr. R. G. Perrett.     

Thermal and thermoxidative decomposition of ternary grafted copolymers of ABS type

The thermal (under high vacuum, 10^–5 mm Hg) and thermoxidative decompositions of ternary grafted copolymers of ABS type were studied, the dependence of the characteristic thermal data on the overall composition being followed over narrow ranges of variation of comonomer content.It was found that the nature of the solid products obtained on thermal decomposition is dependent on the copolymer structure.

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Zusammenfassung Die thermischen (unter Hochvakuum, 10^–5 mm Hg) und thermooxidativen Zersetzungen ternärer Kopolymere der Typen ABS wurden untersucht, wobei die Abhängigkeit der charakteristischen thermischen Daten von der allgemeinen Zusammensetzung über enge Bereiche der Änderung des Komonomergehaltes verfolgt wurde. Es zeigte sich, daß die Beschaffenheit der bei der thermischen Zersetzung erhaltenen festen Produkte von der Kopolymerstruktur abhängig ist.

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( 10^–5 Hg) ABC. , . , , , .

     

Solvent effects in the photolysis of 1,2,3,4-tetrahydro-1-naphthylhydroperoxide. Photocatalytic effect of Co(III) 2,4-pentanedionate

The effect of various solvents on the photoinitiated decomposition of 1,2,3,4-tetrahydro-1-naphthylhydroperoxide (THP) with and without added Co(III) 2,4-pentanedionate has been studied. The conversion of THP, formation of major products and change in the oxidation state of the metal ion have been investigated in different solvents.

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1, 2, 3, 4--1- () Co(III) 2,4-. , .