DE4344891A1 - Verfahren zur Herstellung eines umweltfreundlichen Werkstoffs, der bei dem Verfahren erhaltene Werkstoff und seine Verwendung - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines umweltfreundlichen Werkstoffs, der bei dem Verfahren erhaltene Werkstoff und seine VerwendungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
eines umweltfreundlichen Werkstoffs, einen umwelt
freundlichen Werkstoff und seine Verwendung als Mate
rialsubstitut für PVC.
Zum Bau von Bürotrennwänden werden z.Zt. für die Ver
steifungsrahmen Aluminiumhohlprofile verwendet. Die
Abdeckplatten, Endstücke, Kabelkanäle usw. bestehen
meistens aus Polyvinylchlorid (PVC). Im Bereich der
Fenster werden heute ebenfalls in großer Zahl Kunst
stoffenster mit aus PVC gefertigten Rahmen einge
setzt. PVC als Werkstoff für derartige Bauteile weist
jedoch entscheidende Nachteile auf. Zum einen ist das
Recycling noch nicht zufriedenstellend gelöst, zum
anderen entwickelt PVC im Brandfall gefährliche Gase.
Somit besteht heute ein großer Bedarf, das PVC durch
ein umweltfreundliches Produkt aus nachwachsenden
Rohstoffen zu ersetzen.
Der vorliegenden Erfindung liegt ausgehend hiervon
die Aufgabe zugrunde, einen Werkstoff zu entwickeln,
der die Nachteile von PVC nicht aufweist und biolo
gisch abbaubar ist. Der Werkstoff soll dabei ähnliche
mechanische Eigenschaften wie PVC besitzen, insbeson
dere muß die Brandschutzklasse B2 in jedem Fall er
füllt sein. Die Ausgangsmaterialien zur Herstellung
des umweltfreundlichen Werkstoffs sollen natürlicher
Herkunft sein. Das Verfahren zu seiner Herstellung
soll auf einfache Weise schnell und ohne besonderen
Aufwand erfolgen. Der Werkstoff soll preisgünstig
herstellbar sein, und das Gewicht entsprechender
Formteile soll nicht über dem der gegenwärtig einge
setzten Teile liegen. Aus dem Werkstoff hergestellte
Bauteile sollen sich inert verhalten und ihre Eigen
schaft im Lauf der Zeit nicht ändern.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruches 1 gelöst, hinsichtlich des neuen Werk
stoffes durch die Kennzeichen des Anspruches 11, in
bezug auf die Verwendung durch die Merkmale des An
spruches 12.
Der erfindungsgemäße Werkstoff besitzt die Nachteile
von PVC nicht und ist biologisch abbaubar. Er besitzt
ähnliche mechanische Eigenschaften wie PVC. Der er
haltene Werkstoff ist starr elastisch und von hoher
Festigkeit. Bei mechanischer Punktbelastung, wie sie
z. B. bei der Befestigung von Holzschrauben oder der
Einbringung von Holznägeln auftritt, bleibt die
Struktur des umgebenden Materials erhalten. Ein Ein
reißen, wie dies beispielsweise bei Holz auftreten
kann, wird nicht beobachtet. Der Werkstoff läßt sich
problemlos mechanisch bearbeiten. Beim Sägen oder
Fräsen ist kein Einreißen der Grenzflächen oder gar
Abplatzen von kleineren Teilstücken zu beobachten.
Der erfindungsgemäße Werkstoff erfüllt auch die For
derungen der Brandschutzklasse B2. Insbesondere wird
durch den Einbau von Aluminiumhydroxid bei Entflam
mungsversuchen eine merkliche Verbesserung des Brand
verhaltens festgestellt. Der Einbau von Aluminium
hydroxid und die damit einhergehende Abspaltung von
Wasser verhindert den direkten Angriff der Flammen.
Die Brandschutzklasse B2 nach DIN 4102 ist somit er
füllt.
In zahlreichen Versuchen hat sich zudem gezeigt, daß
beim erfindungsgemäßen Werkstoff keine merkliche Was
seraufnahme erfolgt, Preßlinge wurden dazu über einen
längeren Zeitraum hinweg in Wasser getaucht. Nach 80
Stunden wurde keine nennenswerte Wassermenge vom
Werkstoff aufgenommen. Am Werkstoff konnten keine
physikalischen und chemischen Änderungen beobachtet
werden.
Erfindungsgemäß wird als Füllstoff cellulosehaltiges
Material, bevorzugt Holzmehl, Sägespäne oder sonsti
ger Holzabfall, verwendet. Das verwendete Füllmittel
kann als solches als Abfall anfallen, oder man kann
größere Holzstücke, die als Abfall anfallen, entspre
chend verkleinern. Der Füllstoff sollte vorzugsweise
eine Faserlänge im Bereich von 5 µm bis 750 µm und
eine Faserstärke von 5 µm bis 200 µm nicht über
schreiten. Besonders bevorzugt besteht der Füllstoff
aus pulverisiertem Holz wie Holzmehl oder aus kleinen
Sägespänen. Es ist weiter bevorzugt, erfindungsgemäß
pulverisiertes Buchenholz mit einer Faserlänge von
bis zu 180 µm und einer Faserstärke von 30 bis 50 µm
zu verwenden.
Das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete
Ricinusöl kann irgendein im Handel erhältliches Rici
nusöl sein. Seine Säurezahl sollte 20 nicht über
schreiten. Bevorzugt besitzt es eine Säurezahl von
0,1 bis 14. Die Säurezahl bezeichnet die Menge in mg
an KOH, die zur Neutralisation von 1 g Probe ver
braucht wird. Der Wassergehalt des Ricinusöls sollte
nicht höher als 1,0 Gew.-%, bezogen auf das Ricinu
söl, vorzugsweise unter 0,1 Gew.-% liegen. Bevorzugt
stammt das Ricinusöl aus der ersten Pressung. Ricinu
söl besteht hauptsächlich aus dem Glycerid der Rici
nolsäure. Im folgenden sind die Formeln der Ricinol
säure und die Hauptbestandteile des Ricinusöls ange
geben:
Als Katalysator werden erfindungsgemäß bevorzugt ter
tiäre Amine, wie "Polycat SA-610/50" (Hersteller: Air
Products and Chemicals Inc., Allentown, PA 18195 USA)
oder bicyclische und anellierte N-haltige Heterocy
clen wie z. B. Diazobicycloundecin verwendet.
Andere Beispiele sind:
Organo-Metall-Verbindungen, wie z. B. Sn-Octeat, DBTDL.
Organo-Metall-Verbindungen, wie z. B. Sn-Octeat, DBTDL.
Bevorzugt wird der Katalysator so ausgewählt, daß die
Reaktionsbeschleunigung erst im Bereich von T < 20°C
einsetzt. Dies hat den Vorteil einer langen Verarbei
tungszeit der Grundmischung, da die endgültige Aus
härtung somit auf den Verfahrensschritt C begrenzt
ist.
Erfindungsgemäß kommen als Polyisocyanate für die
Herstellung von Polyurethanen an sich bekannte Poly
isocyanate in Betracht, d. h. es können aliphatische,
cycloaliphatische, araliphatische, aromatische und
heterocyclische Polyisocyanate verwendet werden, wie
sie z. B. von W. Siefken in Liebig′s Annalen der Che
mie, Band 562, Seiten 75 bis 136, beschrieben werden.
Bevorzugte Polyisocyanate sind im allgemeinen die
verschiedenen Toluylendiisocyanate, Diphenylmethan
diisocyanate und insbesondere Polymethylenpolyphenyl
polyisocyanate sowie Gemische aus diesen Isocyanat-
Arten.
Die sekundären OH-Gruppen des Ricinusöls reagieren
mit dem Diisocyanat unter Vernetzung, wie es in dem
folgenden Reaktionsschema dargestellt wird:
Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, daß dem erhaltenen
Gemisch ein Flammschutzmittel zugesetzt wird. Bei
spiele für Flammschutzmittel sind Aluminiumhydroxid,
Halogen-, Antimon-, Wismut-, Bor- oder Phosphorver
bindungen oder deren Gemische. Erfindungsgemäß ist es
besonders bevorzugt, Aluminiumhydroxid zu verwenden.
Das gepulverte Aluminiumhydroxid verleiht dem System
eine verstärkte Flammwidrigkeit.
Das erfindungsgemäße Produkt kann weiterhin Zeolith
enthalten.
Der eingesetzte Zeolith bindet die im Reaktionsge
misch befindliche Restfeuchte. Eingesetzt werden Zeo
lithe mit Porendurchmessern von 3 Å bis 5 Å.
Die Mischung der Einsatzstoffe kann in beliebiger
Reihenfolge erfolgen, es gibt hier keine Beschrän
kung. Es ist auch möglich, einige der Bestandteile
zuvor mit einem Teil des Ricinusöls zu vermischen und
dann den Rest des Ricinusöls und die anderen Bestand
teile zuzugeben. In der beigefügten Fig. 1 ist die
Herstellung des Werkstoffs anhand eines Fließschemas
dargestellt. Die Füllstoffkomponenten lassen sich
problemlos miteinander vermischen. Die Homogenisie
rung von Füllstoff und Bindemittel sollte in einem
eigens dafür vorgesehenen Mischer erfolgen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird vorge
schlagen, zuerst die Einsatzstoffe Ricinusöl, Füll
stoff und Katalysator, gegebenenfalls noch ein Flamm
schutzmittel zu vermischen und erst anschließend das
Polyisocyanat hinzuzufügen. Auch durch diese Maßnahme
wird gewährleistet, daß die Grundmischung über eine
große Zeitspanne (bis zu 1 Tag) verarbeitbar bleibt,
insbesondere dann, wenn - wie bevorzugt vorgeschlagen
- der Katalysator erst bei einer Temperatur im Be
reich von < 20°C, bevorzugt im Bereich von 40°C, sei
ne Aktivität entfaltet.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die ein
zelnen Bestandteile in folgenden Mengen eingesetzt:
Füllstoff: 50-90 Gew.-%, vorzugsweise 60-80,
Polyisocyanat: 5-25 Gew.-%, vorzugsweise 10-20,
Ricinusöl: 5-25 Gew.-%, vorzugsweise 10-20,
Katalysator: 0-10 Gew.-%, vorzugsweise 0-0,3.
Polyisocyanat: 5-25 Gew.-%, vorzugsweise 10-20,
Ricinusöl: 5-25 Gew.-%, vorzugsweise 10-20,
Katalysator: 0-10 Gew.-%, vorzugsweise 0-0,3.
Erfindungsgemäß werden die Einsatzstoffe, aus Holz
mehl, Ricinusöl, Katalysator, Polyisocyanat und gege
benenfalls dem Flammschutzmittel vermischt, in eine
Form gegeben und bei einer Temperatur im Bereich von
20°C bis 200°C, vorzugsweise 20 bis 100°C, besonders
bevorzugt 35 bis 80°C und einem Druck von 1 bis 100
bar, vorzugsweise 2 bis 60 bar, während einer Zeit im
Bereich von 30 Sekunden bis 10 Stunden, vorzugsweise
30 Sekunden bis 6 Stunden, ausgehärtet. Besonders
bevorzugt ist es, das erhaltene Produkt bei 40°C und
40 bar während 30 bis 40 Sekunden auszuhärten.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die erhalte
ne Mischung einzeln in Formen gegeben und gepreßt,
oder es kann eine Endlosproduktion durchgeführt wer
den.
Die Endlosproduktion kann
- a) durch Extrudieren oder
- b) durch Heißwalzen
erfolgen.
Das Reaktionsgemisch bildet nach der Aushärtung eine
geschlossene und ausgesprochen glatte Oberfläche aus,
dabei ist die plastische Auflösung, d. h. die Größe
geometrischer Figuren, die noch plastifiziert werden
kann, sehr hoch. Feinste filigrane Muster werden
durch das Material sehr exakt wiedergegeben. Der
Werkstoff erhält erst nach einer Auslagerung von 24
Stunden seine Endhärte. Das Bindemittel ist hydroly
sefest und schließt das Füllstoffgemisch vollständig
und wirkt der Aufnahme von Wasser entgegen.
Das erfindungsgemäß erhaltene Produkt kann in vorge
fertigten Raumgliederungssystemen als Material-Sub
stitut für Kunststoff- und Metallrahmen, als Lack
schienen und Verkleidungselemente-Material und als
Profilmaterial verwendet werden. Es kann PVC voll
ständig oder teilweise ersetzen und somit auch im
Fensterbau eingesetzt werden.
Die physikalischen Eigenschaften des gemäß Beispiel 1
erhaltenen Produktes sind in der folgenden Tabelle 1
angegeben:
Druckfestigkeit: ermittelt an Presslingen, hergestellt bei
einem Druck von 50 bar
Druckfestigkeit : 6 MPa
Elastizitätsmodul: ermittelt an H-Profilen hergestellt bei einem Druck von 50 bar
Elastizitätsmodul: 2,57 * 108 N/m²
Zum Vergleich beträgt das Elastizitätsmodul von Alumini um 7,1 * 10¹⁰ N/m², von Vulcanfiber 4,9 * 10⁰⁹ N/m².
Bruchdehnung εR ermittelt an H-Profilen, hergestellt bei ei nem Druck von 50 bar
εR = 0,03
Dichte p, ermittelt an Presslingen, hergestellt bei einem Druck von 70 bar
p = 1,02 g/cm²
Druckfestigkeit : 6 MPa
Elastizitätsmodul: ermittelt an H-Profilen hergestellt bei einem Druck von 50 bar
Elastizitätsmodul: 2,57 * 108 N/m²
Zum Vergleich beträgt das Elastizitätsmodul von Alumini um 7,1 * 10¹⁰ N/m², von Vulcanfiber 4,9 * 10⁰⁹ N/m².
Bruchdehnung εR ermittelt an H-Profilen, hergestellt bei ei nem Druck von 50 bar
εR = 0,03
Dichte p, ermittelt an Presslingen, hergestellt bei einem Druck von 70 bar
p = 1,02 g/cm²
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung:
70 Gew.-% Holzmehl werden mit 12,5 Gew.-% Ricinusöl
und 5 Gew.-% Zeolith vermengt, bis das Holzmehl voll
ständig benetzt ist. Anschließend werden 12,5 Gew.-%
Isocyanat hinzugegeben, und es wird innigst ver
mischt. Die Mischung wird in eine Metallpreßform ge
geben, deren Oberfläche zuvor mit einem Trennmittel
benetzt wurde, und bei 200°C 6 Stunden bei einem
Druck von 5 bar gepreßt. Das erhaltene Produkt
besitzt eine glatte Oberfläche.
Es wird 24 Stunden ausgelagert, dabei erhält das Pro
dukt seine Endhärte.
40 Gew.-% Holzmehl werden mit 20 Gew.-% Aluminium
hydroxid gemischt. Nach Zugabe von 9,9 Gew.-% Zeo
lith, 15 Gew.-% Ricinusöl und 0,1 Gew.-% Katalysator
werden die Komponenten so lange vermischt, bis die
Feststoffanteile vollständig benetzt sind. Anschlie
ßend fügt man 15 Gew.-% Isocyanat zu und vermischt
das System vollständig.
Die Mischung wird in eine Metallpreßform, deren Ober
fläche zuvor mit einem Trennmittel benetzt wurde,
gegeben und bei 90°C 30 Sekunden mit einem Druck von
50 bar gepreßt.
Das erhaltene Produkt besitzt eine glatte Oberfläche,
es wird 24 Stunden ausgelagert und erhält dabei seine
Endhärte.
69,9 Gew.-% Holzmehl werden mit 15 Gew.-% Ricinusöl und
0,1 Gew.-% Katalysator gemischt bis das Holzmehl
gleichmäßig benetzt ist. Anschließend fügt man 15
Gew.-% Polyisocyanat hinzu und mischt abermals. Die
Mischung wird in eine auf 85°C vorgeheizte Metallform
gegeben und 60 Sekunden mit einem Druck von 83 bar
gepreßt.
Claims (12)
1. Verfahren zur Herstellung eines umweltfreundli
chen Werkstoffes, gekennzeichnet durch die Kom
bination der folgenden Merkmale:
- a) daß 5-25 Gew.-% Ricinusöl, 50-90 Gew.-% Cellulose-enthaltendes Material als Füll stoff, 5-25 Gew.-% Polyisocyanat und 0-10 Gew.-% eines Katalysators als Einsatzstoffe zu einer Grundmischung vermischt werden,
- b) daß die Grundmischung in eine gewünschte Form gebracht wird,
- c) daß eine Aushärtung bei einer Temperatur im Bereich von 20°C bis 200°C, bei einem Druck von 1 bar bis 100 bar während einer Zeit im Bereich von 10 Sec. bis 15 Std. durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Mischung der Einsatzstoffe (Verfah
rensschritt a) in beliebiger Reihenfolge er
folgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß als Einsatzstoffe zuerst Ricinusöl,
Katalysator, Füllstoff und anschließend das Po
lyisocyanat vermischt werden.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1
bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Verfah
rensschritt a) eine oder mehrere Flammschutzmit
tel zugefügt werden.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1
bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ricinusöl
vor der Vermischung mit den anderen Einsatzstof
fen mit Zeolith vermischt wird.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ricinusöl
mit einer Säurezahl < 20 und einem Wassergehalt
< 1-Gew.-% eingesetzt wird.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1
bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff
ausgewählt ist aus der Gruppe Holzmehl, Sägespä
ne oder Holzabfall oder andere Cellulose-enthal
tende nachwachsende Rohstoffe, wie z. B. Reis
spelze.
8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1
bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysa
tor tertiäre Amine oder bicyclische und anel
lierte Heterocyclen mit Stickstoff eingesetzt
werden.
9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1
bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysa
tor so ausgewählt ist, daß die Beschleunigung
der Reaktion bei einer Temperatur < 20°C ein
setzt.
10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1
bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Flamm
schutzmittel ausgewählt ist aus der Gruppe Alu
miniumhydroxid, Halogen-, Antimon-, Wismut-,
Bor-, oder Phosphorverbindungen bzw. deren Mi
schungen.
11. Umweltfreundlicher Werkstoff, dadurch gekennzei
chnet, daß er nach einem der Verfahren nach den
Ansprüchen 1 bis 10 erhalten worden ist.
12. Verwendung des umweltfreundlichen Werkstoffes
nach Anspruch 11 in vorgefertigten Raumgliede
rungssystemen, als Materialsubstitut für Kunst
stoff- und Metallrahmen, als Leitschienen- und
Verkleidungselemente-Material und als Profilma
terial.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19934344891 DE4344891A1 (de) | 1993-12-29 | 1993-12-29 | Verfahren zur Herstellung eines umweltfreundlichen Werkstoffs, der bei dem Verfahren erhaltene Werkstoff und seine Verwendung |
| EP95904381A EP0739387A1 (de) | 1993-12-29 | 1994-12-23 | Verfahren zur herstellung eines umweltfreundlichen werkstoffs, der bei dem verfahren erhaltene werkstoff und seine verwendung |
| PCT/DE1994/001537 WO1995018185A1 (de) | 1993-12-29 | 1994-12-23 | Verfahren zur herstellung eines umweltfreundlichen werkstoffs, der bei dem verfahren erhaltene werkstoff und seine verwendung |
| JP7517723A JPH10501559A (ja) | 1993-12-29 | 1994-12-23 | 環境に優しい材料を製造する方法、その方法により得られる材料、及び、その環境に優しい材料の利用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19934344891 DE4344891A1 (de) | 1993-12-29 | 1993-12-29 | Verfahren zur Herstellung eines umweltfreundlichen Werkstoffs, der bei dem Verfahren erhaltene Werkstoff und seine Verwendung |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4344891A1 true DE4344891A1 (de) | 1995-07-06 |
Family
ID=6506485
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19934344891 Ceased DE4344891A1 (de) | 1993-12-29 | 1993-12-29 | Verfahren zur Herstellung eines umweltfreundlichen Werkstoffs, der bei dem Verfahren erhaltene Werkstoff und seine Verwendung |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0739387A1 (de) |
| JP (1) | JPH10501559A (de) |
| DE (1) | DE4344891A1 (de) |
| WO (1) | WO1995018185A1 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2300205A4 (de) * | 2008-06-08 | 2013-06-19 | Robert N Clausi | Verfahren zur herstellung eines elastischen mdf- und hdf-holzfaserbretts |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9481759B2 (en) | 2009-08-14 | 2016-11-01 | Boral Ip Holdings Llc | Polyurethanes derived from highly reactive reactants and coal ash |
| US8846776B2 (en) | 2009-08-14 | 2014-09-30 | Boral Ip Holdings Llc | Filled polyurethane composites and methods of making same |
| US10138341B2 (en) | 2014-07-28 | 2018-11-27 | Boral Ip Holdings (Australia) Pty Limited | Use of evaporative coolants to manufacture filled polyurethane composites |
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| US4582891A (en) * | 1984-02-09 | 1986-04-15 | Dai-Ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd. | Process for inhibiting corrosion of polyurethane coating |
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| CH516991A (de) * | 1969-11-24 | 1971-12-31 | Fahrni Peter | Verfahren zur Herstellung von Presskörpern |
| JPS6017414B2 (ja) * | 1981-01-21 | 1985-05-02 | 日立電線株式会社 | 電線ケ−ブルの貫通部充填用難燃性ポリウレタン組成物 |
| JPH02214602A (ja) * | 1989-02-15 | 1990-08-27 | Dai Ichi Kogyo Seiyaku Co Ltd | 木質ボードの製造方法 |
-
1993
- 1993-12-29 DE DE19934344891 patent/DE4344891A1/de not_active Ceased
-
1994
- 1994-12-23 JP JP7517723A patent/JPH10501559A/ja active Pending
- 1994-12-23 EP EP95904381A patent/EP0739387A1/de not_active Withdrawn
- 1994-12-23 WO PCT/DE1994/001537 patent/WO1995018185A1/de not_active Ceased
Patent Citations (3)
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| JP 59-145 221, referiert in Hochmolekular- bericht, 1985, Referat (H.9309/85)U * |
| JP 60-023 427, referiert in CPI-Profile Booklet, 1985, Referat 85-070 545k * |
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| EP2300205A4 (de) * | 2008-06-08 | 2013-06-19 | Robert N Clausi | Verfahren zur herstellung eines elastischen mdf- und hdf-holzfaserbretts |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10501559A (ja) | 1998-02-10 |
| WO1995018185A1 (de) | 1995-07-06 |
| EP0739387A1 (de) | 1996-10-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8131 | Rejection |