DE2233288B2 - Verfahren zur Herstellung eines Terpolymeren aus Äthylen, Tetrafluoräthylen und Hexafluorpropylen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Terpolymeren aus Äthylen, Tetrafluoräthylen und HexafluorpropylenInfo
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Description
Il
R —C —O —O —R'
durchgeführt wird, wobei R und R' aliphatische Alkylgruppen mit 3 bis 13 Kohlenstoffatomen
bedeuten.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Initiator in Mengen von 0,001 bis 5
Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Gesamtmonomerenmischung, eingesetzt wird.
Copolymere aus Tetrafluoräthylen und Äthylen haben eine ausgezeichnete Chemikalienbeständigkeit
und thermische Stabilität sowie gute elektrische Eigenschaften. Sie können durch Copolymerisation von
Tetrafluoräthylen und Äthylen in Gegenwart eines Polymerisationsstarters hergestellt werden und zur
Herstellung von Formkörpern, zum Beschichten von elektrischem Draht und zur Herstellung von korrosionsbeständigen
Beschichtungen verwendet werden.
Es wurde ein Verfahren vorgeschlagen, um Copolymere vor Tetrafluoräthylen und Äthylen herzustellen,
welche eine wesentlich höhere Wärmebeständigkeit haben als herkömmliche Copolymere. Bei diesem
Verfahren wird bei einem hohen molaren Verhältnis von Tetrafluoräthylen zu Äthylen (C2F4ZC2H4 = 80/20)
gearbeitet. Die erhaltenen Copolymeren haben erhöhte Zersetzungstemperaturen und niedrigere Fließtemperaturen
im Vergleich zu herkömmlichen Copolymeren dieser Art, so daß sie innerhalb eines breiten
Temperaturbereichs verarbeitet werden können.
Andererseits haben jedoch Copolymere, welche bei einem Molverhältnis von C2F4/C2H4 von mehr als 2,35
hergestellt werden, schlechte Temperaturspannungseigenschaften, so daß Beschichtungen aus einem solchen
Copolymeren bei Spannungsbeanspruchung bei erhöhten Temperaturen von z. B. 150-2000C Risse erhalten.
Durch diese Rißbildung in der kontinuierlichen Schicht eines Oberzugs oder einer Auskleidung wird die
Anwendbarkeit dieser Copolymeren erheblich beschränkt Es wurde versucht, dieses Problem durch
Copolymerisation mit einem zusätzlichen Monomeren zu lesen. Gemäß der FR-PS 2030 642 werden
Terpolymere aus Tetrafluoräthylen, Äthylen und einem
dritten Monomeren hergestellt, wobei das Molverhältnis C2E4/C2H4 geringer als 235 gewählt wird und wobei
erhebliche Mengen eines dritten Monomeren eingesetzt werden. Als zusätzliches Monomeres wird u.a. ein
Perfluor-a-olefin mit mindestens 4 Kohlenstoffatomen
verwendet Die Verwendung von Hexafluorpropen ist dabei ausdrücklich ausgenommen, und es wird anhand
eines Vergleichsbeispiels gezeigt, daß mit diesem
Monomeren das Problem der Rißbildung bei Spannungsbeanspruchung der Beschichtung nicht vermieden
werden kann. Die Verwendung höherer Perfluor-oc-olefine,
z. B. von Perfluorbuten oder Perfluorhepten hat
jedoch den Nachteil, daß die Polymerisationsgeschwindigkeit stark herabgesetzt ist, und daß das gebildete
Terpolymere eine zu niedrige Zersetzungstemperatur hat
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Terpolymeren aus
Äthylen, Tetrafluorethylen und Hexafluorpropylen zu schaffen, welches mit einer hohen Copolymerisationsgeschwindigkeit
bei relativ niedriger Temperatur und niedrigem Druck zu Copolymeren mit ausgezeichneten
Temperaturspannungseigenschaften, guter thermischer
3'J Stabilität und ausgezeichneter Formbarkeit führt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Terpolymeren aus
Äthylen, Tetrafluoräthylen und Hexafluorpropylen durch Copolymerisation von Äthylen, Tetrafluorethylen
und Hexafluorpropylen in Gegenwart eines flüssigen gesättigten fluorhaltigen Kohlenwasserstoffs als Lösungsmittel
bzw. eines Gemisches aus diesem Lösungsmittel und Wasser und eines freie Radikale liefernden
Initiators oder unter Anwendung von Strahlen bei einer Temperatur von 30 bis 1000C und einem Druck von 2 bis
50 kg/cm2, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß das Reaktionssystem Tetrafluoräthylen und Äthylen im
Molverhältnis von mehr als 3,0 und Hexafluorpropylen in einer Menge von 2 bis 30 Molprozent, bezogen auf die
Gesamtmenge aller Monomeren, enthält.
Es wurde überraschenderweise festgestellt, daß entgegen den Angaben der FR-PS 20 30 642 Terpolymere
aus Tetrafluoräthylen, Äthylen und Hexafluorpropylen hergestellt werden können, welche bei erhöhten
Temperaturen und bei Spannungsbeanspruchungen der Beschichtung nicht zur Rißbildung neigen, wenn die
vorstehend genannten Polymerisationsbedingungen eingehalten werden. Ferner hat sich überraschenderweise
herausgestellt, daß die Verwendung von Perfluorpropylen im Gegensatz zur Verwendung von Perfluorbuten
und höheren Perfluorolefinen nicht zu einer Senkung der Polymerisationsgeschwindigkeit führt.
Ferner ist bei Verwendung von Hexafluorpropylen die Zersetzungstemperatur höher als bei Verwendung von
«· höheren Perfluorolefinen. Das erhaltene Terpolymere
eignet sich ausgezeichnet als Material zur Beschichtung von elektrischen Drähten und für korrosionsbeständige
Auskleidungen.
Wenn das molare Verhältnis CjFVCjI^ außerhalb des
hr' genannten Bereichs liegt, z. B. bei I —2 oder bei weniger
als I, so bleibt die Bildung von Rissen im Copolymeren
nicht völlig aus. Bei einem molaren Verhältnis von mehr als 3,0 wird die Bildung von Rissen im Copolymeren
jedoch vollständig vermieden. Wenn die Menge an Hexafluorpropylen zu gering ist, so wird die Bildung von
Rissen nicht unterdrückt Wenn andererseits die Menge an Hexafluorpropylen zu groß ist, so ist die Copolymerisationsgeschwindigkeit unbefriedigend. Zur Erzielung
eines Copolymeren mit ausgezeichneten Eigenschaften ist es bevorzugt, 5—20 Molprozent Hexafluorpropylen
einzusetzen.
Die erfindungsgemäße Copolymerisationsreaktion kann in Gegenwart eines Polymerisationsstarters, z. B.
einer Peroxyverbindung, einer Azoverbindung, einer Bestrahlung mit ultravioletten Strahlen odor mit
ionisierenden Strahlen in Gegenwart eines organischen inerten Lösungsmittels durchgeführt werden.
Es wurde bevorzugt, als Polymerisationsreaktionsmedium einen gesättigten Fluorkohlenwasserstoff oder
einen gesättigten Fluorchlorkohlenwasserstoff zu verwenden. Diese Lösungsmittel sind im Handel erhältlich.
Dabei entstehen Copolymere mit sehr guter Temperaturstabilität, Formbarkeit und guten thermischen
Spannungseigenschaften. Ferner können die Reaktionsbedingungen gesteuert werden, und die Reaktionsgeschwindigkeit kaflfn gesteigert werden. Als gesättigte
Fluorkohlenwasserstoffe und Fluorchlorkohlenwasserstoffe kommen insbesondere die folgenden Verbindungen in Frage:
Man kann eine oder mehrere dieser Verbindungen einsetzen. Es ist bevorzugt, einen gesättigten Fluorkohlenwasserstoff oder Fluorchlorkohlenwasserstoff als
Lösungsmittel zu verwenden, welcher keine Wasserstoffatome im Molekül enthält, wie
da in diesem Fall das Molekulargewicht des erhaltenen Copolymeren erhöht wird. Im allgemeinen sind
gesättigte Fluorchlorkohlenwasserstoffe mit 1—4 und insbesondere mit 1—2 Kohlenstoffatomen bevorzugt.
Es ist möglich, eine geringe Menge eines anderen Lösungsmittels, z. B. eines Halogenkohlenwasserstoffs,
wie Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff oder eines Alkohols, wie Äthanol, t-Butanol oder eines aromatischen Kohlenwasserstoffs, wie Äthylbenzol, Toluol,
zusammen mit dem gesättigten Fluorchlorkohlenwasserstoff einzusetzen, ohne daß es zu Schwierigkeiten
kommt.
Es ist bevorzugt, 0,05—20 Mole und insbesondere I bis 10 Mole des Lösungsmittels auf 1 Mol der
Gesamtmonomer-Mischung aus Tetrafliioräthylen,
Äthylen und Hexafluorpropylen einzusetzen. Die Copolymerisation kann unter Verwendung von weniger
als 0,01J Molen des Lösungsmittels auf I Mol der
Gesamtmonomer-Mischung durchgeführt werden. Es ist jedoch vorteilhaft, mehr als 1 Mol des Lösungsmittels
zur Herstellung des erfindungsgemäßen Copolymeren zu verwenden, da in diesem Fall die Copolymerisationsgeschwindigkeit besonders groß ist Man kann mehr als
20 Mole des Lösungsmittels einsetzen. Es ist jedoch bevorzugt, weniger als 10 Mole des Lösungsmittels auf 1
MoI der Monomerenmischung einzusetzen, da in diesem Fall das Verfahren wirtschaftlich gestaltet werden kann,
ίο insbesondere vom Standpunkt der Lösungsmittelrückgewinnung nach der Reaktion.
Die Ergebnisse des Verfahrens sind insbesondere gut,
wenn man das Copolymerisationsreaktionssystem gut rührt oder wenn man für eine wirksame Ableitung der
Man kann den Starter je nach dem Polymerisationssystem auswählen. Wenn eii fluorhaltiger Kohlenwasserstoff der genannten Art als Lösungsmittel verwendet
wird, so ist es bevorzugt, den Polymerisationsansatz mit
ionisierenden Strahlen, ζ. B. mit y-Strahlen aus radioaktiven Elementen, wie Kobalt 60 oder Cäsium 137 zu
bestrahlen oder einen oleophilen Radikalstarter z. B. eine Peroxidverbindung oder eine Azoverbindung zu
wählen. Es ist z. B. möglich, mit ionisierenden Strahlen
bei einer Bestrahlungsdosis von 10—10*rad/h zu
bestrahlen. Als Peroxidverbindung kann man ein organisches Peroxid verwenden, wie Benzoyiperoxid
oder Lauroylperoxid, einen Perester, wie tert-Butylperoxid oder Diisopropylperoxy-dicarbonat
Als Azoverbindung kann man Azobisisobuttersäurenitril verwenden.
Es ist insbesondere bevorzugt, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren als Polymerisationsinitiator einen
Peroxyester der allgemeinen Formel
Il
R —C —O —O —R'
zu verwenden, wobei R und R' aliphatische Alkylgruppen mit 3—13 Kohlenstoffatomen bedeuten, wobei sich
Vorteile hinsichtlich der Polymerisationstemperatur ergeben. Als Peroxyester kommen insbesondere tert.-Butylperoxyisobutyrat, tert.-Butylperoxyacetat, tert-
Butylperoxypivalat, tert.-Butylperoxy-2-äthyl-hexanoat,
tert-Butylperoxylaurat in Frage. Die Menge des Initiators ist nicht beschränkt. Sie kann nach Belieben
ausgewählt werden. Die Menge des Initiators sollte jedoch für die Durchführung der Copolymerisationsre
aktion ausreichen. Im allgemeinen ist es bevorzugt,
mehr als 0,0001 Gewichtsteile auf 100 Gewichtsteile der Gesamtmonomeren bei Verwendung eines gesättigten
Fluorkohlenwasserstcffs als Lösungsmittel zu wählen. Wenn die Menge des Initiators zu gering ist, so ist die
Ausbeute unzureichend. Wenn die Menge des Initiators zu groß ist, so verläuft die Polymerisationsreaktion
unkontrolliert und heftig und man muß den nicht umgesetzten Initiator aus dem erhaltenen Copolymeren
entfernen. Demgemäß sollte die Konzentration des
M) Initiators in der Mischung vorzugsweise im Bereich von
0,001—5 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile der Gesamtmonomeren liegen.
Die Reaktionstemperatur kann je nach der Art und der Menge des Lösungsmittels, je nach dem molaren
hi Verhältnis der Monomeren und je nach der Menge ties
Hexafluorpropylens und der Art des Polymerisationsinitiators ausgewählt werden. Wenn die Reaktionstemperatur zu groß ist, so wird der Reaktionsdruck ebenfalls
zu groß. Wenn andererseits die Reaktionstemperatur zu gering ist so ist die Copolymerisationsgeschwindigkeit
unbefriedigend. Die Reaktionstemperatur wird gewöhnlich im Hinblick auf die Halbwertzeit des als
Initiator verwendeten Peroxyester ausgewählt Zum Beispiel wird eine Reaktionstemperatur von 70—75°C
gewählt wenn tert-Butylperoxyisobutyrat verwendet wird, oder es wird eine Temperatur von 50—55" C
gewählt wenn tert-Butylperoxypivalat verwendet wird.
Wenn ein Lösungsmittel der oben genannten Art verwendet wird, so kann dieses nach der Copolymerisationsreaktion
leicht zusammen mit den nicht umgesetzten Monomeren vom erhaltenen Copolymeren abgetrennt
werden. Wenn die Copolymerisationsreaktion in einem wäßrigen Medium durchgeführt wird, so kann ein
übermäßiger Reaktionsdruck vermieden werden. Dabei erhält man ein Copolymeres, welches eine ausgezeichnete
thermische Stabilität und gute Temperaturspannungseigenschaften aufweist und leicht geformt werden
kann. Ferner ist dabei die Copolymerisationsgeschwindigkeit
befriedigend.
Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Copolymere enthält weniger als 5 Molprozent
und insbesondere weniger als 3 Molprozent Hexafluorpropylen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert
In einem 500-ml-Autoklaven aus Edelstahl werden
169 g Trichlormonofluormethan, 281 g Trichlortrifluoräthan und 15 mg tert-Butylperoxyisobutyrat gegeben.
Der Inhalt wird durch Abkühlen verfestigt und die Luft durch Evakuierung entfernt worauf 106 g Tetrafluoräthylen
und 7,4 g Äthylen (molares Verhältnis C2F4/
C2H4==4) und 6,2 g Hexafluorpropylen (3 Molprozent
bezogen auf die Gesamtmonomeren) in den Autoklaven gegeben werden. Danach wird die Verfestigung und die
Evakuierung wiederholt Die Mischung wird sodann bei 65° C während 4,5 h unter Rühren copolymerisiert,
wobei eine Mischung von Tetrafluoräthylen und Äthylen im Molverhältnis von 1,13 zum Ersatz der
reagierenden Monomermengen eingeleitet wird. Nach der Copolymerisation werden die nicht umgesetzten
Monomeren entfernt und das Lösungsmittel wird abfiltriert. Das Produkt wird mit Aceton gewaschen.
Man erhält 17 g eines weißen Copolymeren. Das Copolymere hat einen Schmelzpunkt von 269° C und
eine Zersetzungstemperatur von 348° C Das Copolymere hat einen Gehalt an C3F6 von weniger als 0,4
Molprozent und ein Molverhältnis von C2F4/C2H4 von
1,13.
102 g Tetrafluoräthylen, 7,1 g Äthylen (Molverhältnis C2F4ZC2H4=4) und 10 g Hexafluorpropylen (5 Molprozent
bezogen auf die Gesamtmonomeren) werden eingesetzt und während 27 h in Gegenwart von 20 mg
tert-Butylperoxyisobutyrat gemäß Beispiel 1 copolymerisiert Man erhält 13 g eines weißen Copolymeren. Das
Copolymere hat einen Schmelzpunkt von 268° C und eine Zersetzungstemperatur von 3470C. Es enthielt
etwa 0,5 Molprozent C3F6 und das Molverhältnis
C2F4/C2H4 beträgt 1,13.
97 g Tetrafluoräthylen, 6,8 g Äthylen (Molverhiiltnis C2F4/C2H4 = 4) und 20,1 g Hexafluorpropylen (10 Molprozent
bezogen auf die Gesamtmonomeren) werden eingesetzt und während 63 h gemäß Beispiel 2
copolymerisiert Man erhält 13,8 g eines weißen Copolymeren. Das Copolymere hai einen Schmelzpunkt
von 262° C und eine Zersetzun^stemperatur von 347° C. ts enthält etwa 1,1 Molprozent C3F6. Das Molverhältnis
C2F4/C2H4 beträgt 1,13.
In einem 500-ml-Autoklaven aus Edelstahl werden 127 g Trichlormonofluormethan, 324 g Trichlortrifluoräthan
und 200 mg tert-Butylperoxyisobutyrat gegeben.
Die Luft wird durch Verfestigung und Evakuierung entfernt und 54,4 g Tetrafluoräthylen und 3,8 g Äthylen
(Molverhältnis C2F4/C2H4=4) und 18 g Hexafluorpropylen
(15 Molprozent, bezogen auf die Gesamtmonomeren) werden in den Autoklaven gegeben und die
Verfestigung und Evakuierung wird wiederholt Die Mischung wird sodann unter Rühren auf 65° C erhitzt,
wobei der Druck auf 11,5 kg/cm2 ansteigt Eine Mischung von Tetrafluoräthylen und Äthylen (Molverhältnis
C2F4/C2H4=1,13) wird separat hergestellt und
entsprechend der fortschreitenden Copolymerisationsreaktion in den Autoklaven geleitet so daß der Druck
auf 11,5 kg/cm2 gehalten wird. Die Copolymerisation
wird während 6 h durchgeführt.
Nach beendeter Copolymerisation werden die nicht
Nach beendeter Copolymerisation werden die nicht
jo umgesetzten Monomeren entfernt das Lösungsmittel wird abfiltriert und das Produkt wird mit Aceton
gewaschen. Man erhält 29 g eines weißen Copolymeren mit einem Schmelzpunkt von 260°C und einer
Zersetzungstemperatur von 345° C Es enthält etwa 1,7 Molprozent C3F6. Das Molverhältnis C2F4ZC2H4 beträgt
1,13.
Vergleichsbeispiel
In einen 500-ml-Autoklaven aus Edelstahl werden 108 g Trichlormonofluormethan, 342 g Trichlortrifluoräthan,
33 mg tert-Butylperoxyisobutyrat, 41,8 g Tetrafluoräthylen und 2,9 g Äthylen (Molverhältnis C2F4/
C2H4 = 4) gemäß Beispiel 4 gegeben, und die Mischung
wird bei 65° C erhitzt, wobei der Druck auf 10,5 kg/ctn^
anstieg. Eine Mischung aus Tetrafluoräthylen und Äthylen (Molverhältnis C2F4ZC2H4=I1B) wird separat
hergestellt und entsprechend der fortschreitenden Copolymerisationsreaktion in den Autoklaven eingeleitet,
so daß der Druck auf 10,5 kg/cm2 gehalten wird. Die Copolymerisationsreaktion wird während 4,5 h durchgeführt.
Man erhält 21,5 g eines weißen festen Copolymeren. Das Copolymeren hat einen Schmelzpunkt
von 271°C und eine Zersetzungstemperatur von 347°C.
Unter Verwendung der Copolymeren gemäß den Beispielen 1 bis 4 wird jeweils eine Dispersion
hergestellt. Die Dispersion wurde auf eine Eisenplatte mit einer Sprüheinrichtung aufgesprüht und während
etwa 10 min auf 300° C erhitzt, wobei eine giatte Beschichtungsmembran entsteht Die beschichtete Platte
wird in einem elektrischen Ofen während etwa 300 h auf 180° C erhitzt, wobei keine Veränderung der
Membran festgestellt wird. Wenn die mit dem
<v5 Copolymeren gemäß dem Vergleichsbeispiel beschichtete
Platte unter den gleichen Bedingungen während 3 h auf 18O0C erhitzt wird, so bilden sich sehr viele Risse in
der Membran.
In einen 10-1-Autoklaven aus Edelstahl werden 2,5 kg
Trichlormonofluormethan, 6,5 kg Trichlortrifluoräthan und 1,2 g tert-Butylperoxyisobutyrat gegeben. Die
Mischung wird auf —300C gekühlt, und der Autoklav
wird mit trockenem Stickstoff ausgespült. 1,14 kg Tetrafluoräthylen, 80 g Äthylen und 238 g Hexafluorpropylen
(10 Molprozent, bezogen auf die Gesamtmonomeren) werden eingesetzt, und die Mischung wird
unter Rühren auf 65°C erhitzt, wobei der Druck auf 13,3 kg/cm2 ansteigt. Eine Gasmischung aus Tetrafluorethylen
und Äthylen (Molverhältnis C2F4ZC2H4 = I1H)
wird separat hergestellt und entsprechend der fortschreitenden Copolymerisationsreaktion in den Autokiaven
eingeleitet, um den Druck auf 13,3 kg/cm2 zu
halten. Die Copolymerisationsreaktion wird während 5 h durchgeführt Man erhält 606 g eines weißen
Copolymeren mit einem Schmelzpunkt von 263° C und einer Zersetzungstemperatur von 347° C. Das Copoiymere
enthält etwa 0,9 Molprozent C3F6.
Unter Verwendung des gemäß Beispiel 5 hergestell-
ten Copolymeren wird ein elektrischer Draht beschichtet, wobei eine Membran mit einer glatten Oberfläche
erhalten wird. Dieser beschichtete elektrische Draht wird während etwa 100 h auf 1800C erhitzt, wobei keine
Risse in der Beschichtung erscheinen. Wenn ein gleicher Test mit dem Copolymeren gemäß dem Vergleichsbeispiel
durchgeführt wird, so erscheinen schon nach 2 h eine Vielzahl von Rissen in der Beschichtung.
Das Verfahren des Beispiels 1 wird unter den gleichen Bedingungen wiederholt, wobei jedoch kein tert.-Butylperoxyisobutyrat
eingesetzt wird, sondern eine Bestrahlung mit y-Strahlen einer K.obalt-60-Quelle mit einer
Strahlungsdosis von 500 Röntgen/h während 5 h vorgenommen wird. Man erhält 16 g eines weißen
festen Copolymeren mit einem Schmelzpunkt von 268° C und einer Zersetzungstemperatur von 350° C.
Das erhaltene Copolymere enthält weniger als 0,4 Molprozent C3F6. Ein elektrischer Draht und eine Platte
werden mit diesem Copolymeren beschichtet und auf 180° C erhitzt, wobei keine Risse auftreten.
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung eines Terpolymeren
aus Äthylen, Tetrafluoräthylen und Hexafluorpropylen
durch Copolymerisation von Äthylen, Tetrafluoräthylen und Hexafluorpropylen in Gegenwart eines
flüssigen gesättigten fluorhaltigen Kohlenwasserstoffs als Lösungsmittel bzw. eines Gemisches aus
diesem Lösungsmittel und Wasser und eines freie Radikale liefernden Initiators oder unter Anwendung
von Strahlen bei einer Temperatur von 30 bis 1000C und einem Druck von 2 bis 50 kg/cm2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionssystem Tetrafluoräthylen und Äthylen im
Molverhältnis von mehr als 3,0 und Hexafluorpropylen in einer Menge von 2 bis 30 Molprozent, bezogen
auf die Gesamtmenge aller Monomeren, enthält
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Lösungsmittel in Mengen von 0,05 bis 20 Molprozent bezogen auf 1 Mol der
Gesamtmonomerenmischung, eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Copolymerisation in Gegenwart
eines Initiators der allgemeinen Formel
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8263 | Opposition against grant of a patent | ||
8235 | Patent refused |