DE29723365U1 - Recycelfähige Klebeartikel mit Papierträger - Google Patents
Recycelfähige Klebeartikel mit PapierträgerInfo
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Description
BEIERSDORFAG Hamburg
Beschreibung
Die Erfindung betrifft recycelfähige Klebeartikel mit Papierträger und ihre Verwendung.
In den vergangenen Jahrzehnten hat der Anteil an recyceltem Papier bei der Papierherstellung
stetig zugenommen, so daß heute in der BRD im Durchschnitt der Faserrohstoff von neu erstellten Papieren zu ca. 60% aus Altpapier stammt. Diese
Tendenz ist weiter steigend und wird nach Schätzungen der Papierindustrie erst bei 70-75 % ihren Sättigungsgrad erreichen. Einige Papier- und Pappensorten
bestehen bereits heute zu 100% aus recyceltem Altpapier.
Für die Wirtschaftlichkeit dieser Ressourcen schonenden Entwicklung ist es u.a.
wichtig, den Aufwand zur Entfernung von Störstoffen im Recyclingprozeß in vertretbaren
Grenzen zu halten. Eine der wesentlichen Störstoffquellen im Altpapier sind neben Bindemitteln, Harzen und Wachsen die Klebstoffe. Zusammen werden
sie unter dem Oberbegriff "potentielle Klebstoffe" als Ursache der Bildung von sogenannten
"Stickies" aufgeführt. Diese Stickies können in verschiedensten Größen auftreten, von Keimen mit einigen pm Durchmesser bis zu größeren Klumpen , die
durchsetzt mit Cellulosefasern und /oder Füllstoffen häufig aus Keimen während der Pulpe-Verarbeitung heranwachsen. Diese Stickies verunreinigen das gewonnene
Papier und/oder setzen sich als klebrige Masse auf den Trockenzylindern und Langsieben ab. Bahnreißer und Maschinenstillstand incl. hohem Reinigungsaufwand
sind die Folge.
Haftkleberpartikel sind wegen ihres niedrigen Glasübergangspunkt (-20 bis-60°C)
und damit leichten Verformbarkeit besonders schwierig aus der Pulpe zu entfernen.
Aus diesem Grunde hat man eine Reihe von mehr oder weniger leicht wasserlöslichen
Haftklebern entwickelt, die als Beschichtung von Spleiß-Klebebändern oder
verschiedensten Papieretiketten und Verpackungs-klebebändern mit Papiertragern
als repuipierbare Haftklebe-Artikel verwendet werden. Im Recycling-Prozeß werden
diese Haftkleber mit dem Prozeß-Wasser aus der Pulpe entfernt. Beispiele werden in den Patenten US 3 441 430 Peterson, US 3 865 770 Blake, US 4 052 368
Larrson, US 4 413 080 Blake, US 4 569 960 Blake , EP 0 532 013 Nakamura, EP 0 379 932 Zbigniew und DE 43 40 297 Gleichenhagen beschrieben.
Larrson, US 4 413 080 Blake, US 4 569 960 Blake , EP 0 532 013 Nakamura, EP 0 379 932 Zbigniew und DE 43 40 297 Gleichenhagen beschrieben.
Verbrauchten vor wenigen Jahren die Papierfabriken im Durchschnitt noch 15-20 L
Prozeßwasser/kg Papier, so arbeiten aus ökologischen Gründen moderne Anlagen heute im Bereich von ca. 7L Prozeßwasser/kg Papier. Unter diesen Gegebenheiten
können die oben genannten repulpierbaren Haftkleber mit ihren ausgezeichneten klebtechnischen Eigenschaften innerhalb der Papierfabriken weiter verwendet werden,
da der Eintrag in das Prozeßwasser gering und kalkulierbar bleibt, so daß
Überfrachtungen des Prozeßwassers nicht auftreten können. Bei nicht überschaubaren Mengen von Klebern im Altpapier sind aber über Filter abtrennbare Produkte,
die sich nicht im Prozeß-Wasser lösen, geeigneter.
Überfrachtungen des Prozeßwassers nicht auftreten können. Bei nicht überschaubaren Mengen von Klebern im Altpapier sind aber über Filter abtrennbare Produkte,
die sich nicht im Prozeß-Wasser lösen, geeigneter.
Bei den Scherbeanspruchungen im Pulp-Prozeß werden Klebstoff-Filme auf Papiersubstraten
zu Partikeln zerkleinert, deren Größenverteilung bis hinab zu einigen &mgr;&eegr;&igr; reicht. Die übliche Schlitzbreite der Siebe, mit denen in den Produktionsanlagen die Pulpe von Störstoffen gereinigt wird, liegt zwischen 200- 300Mm und kann wegen der Dimensionierung der Cellulosefasern, die diese Siebe passieren müssen, nicht wesentlich verringert werden. Damit ist ein sicheres Abtrennen dieser
potentiellen Klebstoffe aus dem Faserbrei nicht möglich.
zu Partikeln zerkleinert, deren Größenverteilung bis hinab zu einigen &mgr;&eegr;&igr; reicht. Die übliche Schlitzbreite der Siebe, mit denen in den Produktionsanlagen die Pulpe von Störstoffen gereinigt wird, liegt zwischen 200- 300Mm und kann wegen der Dimensionierung der Cellulosefasern, die diese Siebe passieren müssen, nicht wesentlich verringert werden. Damit ist ein sicheres Abtrennen dieser
potentiellen Klebstoffe aus dem Faserbrei nicht möglich.
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Redispergierbare Klebstoffe, deren Filme durch Trocknen spezieller Dispersionen
entsprechend den Patenten US 5 550 181 und US 5 196 504 Scholz hergestellt
werden oder als haftklebende Mikrokugeln gemäß den Patenten EP 0 419 020 und EP 0 454 365 Silver, eingesetzt werden, zeigen anhand der Trübung, die sie in
Kontakt mit Wasser erleiden, daß sie nicht gelöst werden, sondern vorrangig in Teilchen von potentiellen Klebstoffen zerfallen und mit einer Größenordnung von
ca. 5&mgr;&eegr;&eegr; bis 100&mgr;&eegr;&igr; die Filteranlagen größten Teils passieren können. Die ausschließliche
Verwendung von Haftklebeartikeln auf Folienbasis gewährt zwar eine erleichterte Abtrennung der Folienbänder oder Etiketten über Rechen und Filter
aus der Pulpe, führt aber zu erheblichen Mengen von mit Klebstoff verunreinigten
nicht recycelbaren Kunststoff-Abfällen. Aus den genannten Gründen besteht ein Bedarf an (Haft)klebeartikeln, deren (haft)klebende Ausrüstung leicht und vollständig
mit den üblichen in Papierfabriken installierten Filteranlagen aus der Pulpe abgetrennt
werden kann.
(Haftjkleberbeschichtungen auf Papier-Substraten haben durchschnittliche
Schichtdicken zwischen ca. 10-40&mgr;&eegr;&igr; und liegen nur in Sonderfällen darüber. Bei
der Desintegration des Faserverbundes im Pulp-Prozeß des Altpapiers werden
derartige, vollflächig aufgetragene (Haft)klebefilme, die in direktem Kontakt ohne
stützende Zwischenlage mit der Papieroberfläche stehen, durch die für die Vereinzelung
der Fasern aufzuwendende mechanische Energie zu Partikeln zerschlagen. Die Größenverteilung reicht von einigen mm Durchmesser hinab bis zu wenigen
&mgr;&eegr;&tgr;&igr;. Eine ausreichende Trennung von Fasern und "Stickies" ist bei diesen Größenordnungen
mit Filterungen nicht zu erreichen.
Wird hingegen der (Haft)klebstoff in Form kompakter, diskreter Areale insbesondere
in Form von linsenförmigen oder kalottenartigen Körpern, wie dies in der EP 195 135 Gleichenhagen beschrieben wird, auf die Papier-Trägermaterialien appliziert,
so findet beim Pulp-Prozeß keine oder nur geringe Zerkleinerung der vorge-
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formten Klebstoff-Partikel statt. Das hierfür vorauszusetzende Mindestmaß an Kohäsivität
der (Haft)-kleberpartikel ist für einen leistungsfähigen (Haft)klebstoff ohnehin
erforderlich. Durch Auswahl geeigneter Beschichtungsparameter kann die
Größe der (Haft)klebeteilchen in einem definierten, eng begrenzten Größenbereich,
der ein zuverlässiges Rückhalten in den Sieb-Anlagen der Pulpe-Aufbereitung gewährleistet, festgelegt werden.
Für die Erzeugung von aus diskreten linsen- oder kalottenförmigen Arealen bestehenden
Beschichtungen sind neben dem Sprühverfahren und dem Tintenstrahlverfahren der Siebdruck und der Tiefdruck technisch besonders gut für derartige
(Haft)kleberbeschichtungen geeignet. Mit ihnen können diskrete Areale mit zuverlässig
konstanter ausreichender Größe von Linsen oder Kalotten in Beschichtungs-Mengen,
die im (Haft)kleberbereich gängig sind (ca. 10g-200g/qm), auf die Papier-Trägermaterialien
appliziert werden. Für den Einsatz in dem bevorzugten Beschichtungsverfahren Siebdruck sind wäßrige (Haft)klebedispersionen am besten geeignet.
Bei ausreichend hoher Viskosität im Bereich von 45-90 Pa s , die bei Bedarf mit gängigen Verdickungsmittel eingestellt werden kann, und bei einem Feststoffgehalt
von möglichst > 60 Gew.% können in Rotations-Siebdruck-Anlagen einwandfreie diskrete kalottenförmige Haftklebepartikel auf die Papier-Trägersubstrate
mit anschließender Trocknung insbesondere durch Wärme oder Hochfrequenz appliziert werden. Bei Absenkung des Viskositätsprofils können derartige Zubereitungen
auch mit Gravurwalzen-Auftrag beschichtete werden. Abstand und Größe der Partikel werden durch das jeweilige Design der Siebe bzw. Gravurwalzen und
den Feststoffanteil der Dispersion vorgegeben. Für eine einwandfreie Abtrennbarkeit
sollte der kleinste Durchmesser der Partikel deutlich über den Schlitzbreiten der Siebanlagen in den Papierfabriken liegen. Der kleinste Durchmesser der Teilchen
sollte daher im Bereich > 300&mgr;&igr;&eegr; liegen, zumindest aber die Schlitzbreite der
Siebe in den Pulpe-Aufbereitungs-Anlagen der Papierfabriken überschreiten. Bei
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einer annähernd halbkugelförmigen Kalottengestalt mit 300pm Höhe würde dies bei
30g/qm Haftklebematerial mit Dichte ca. 1 eine Bedeckung von ca. 15% der Fläche mit (haft)klebenden Arealen ergeben. In vielen Anwendungen ist diese Reduzierung
der Klebfläche tolerabel, zumal sie mit einer wesentlich erhöhten Beschichtungsdicke
und dadurch erhöhten Klebkraft in den diskreten Arealen einhergeht. Zu berücksichtigen ist außerdem, daß bei vollflächiger (Haft)verklebung auf Papieren
die Bruchfestigkeit der Verbindung in den weitaus meisten Fällen durch die Spaltfestigkeit des Papiers begrenzt wird und weniger von den Adhäsions-und Kohäsionskräften
der (Haft)kleber abhängt. Außerdem ist die aktive Klebfläche wegen der Rauhigkeit von Papieroberflächen auch bei vollflächiger
(Haft)klebebeschichtung häufig kleiner als die vorhandene Beschichtungsfläche. Besonders bei der Verklebung von Papieren und Pappen, bei denen ein
Wiederablösen ohne wesentliche Schädigung der Papieroberflächen gewünscht wird, ist das erfindungsgemäße Verfahren einer vollflächigen Beschichtung vorzuziehen.
Bei beheizbarer Ausstattung der Beschichtungsanlagen und Zusatzausrüstung mit
geeigneten Pump- und Dosier-Aggregaten können auch Schmelz-(Haft)kleber insbesondere
in Sieb- oder Tiefdruck-Verfahren beschichtet werden. Mit ihnen sind besonders gut große Partikel bis zu mehreren mm Durchmesser und entsprechender
Dicke in definierter einheitlicher Größe zu erzeugen. In org. Lösemitteln gelöste
(Haft)kleber sind für diese Beschichtungsarten weniger gut geeignet, da das Fließverhalten
dieser Polymerlösungen, unterstützt durch Verdunstung, häufig unerwünschtes Fadenziehen verursacht und die Feststoffkonzentrationen verhältnismäßig
gering sind. Für derartige (Haft)kleber kann durch Verwendung von Hochsiedern und/oder Zusatz geringer Mengen Füllstoff wie z.B. wenige %-Anteile pyrogener
Kieselsäure das viskoelastische Verhalten den Erfordernissen in Grenzen angepaßt werden. Die gelegentliche Verwendung von Füllstoffen ist auch gängige
Praxis zur Verbesserung des Druckbilds bei Einsatz von Dispersionen oder Schmelzen. Dabei ist aber eine Reduzierung des Täcks und bei größeren Füllstoff-Mengen
auch eine Absenkung der Klebkraft zu beachten.
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Wegen des allgemein hohen Polymerisationsgrads von Polymerdispersionen ist bei
deren Verwendung eine zusätzliche Vernetzung zur Steigerung der Kohäsion nicht immer notwendig. Trotz leichten Aufquellens bei längerem Kontakt mit dem Prozeß-Wasser
widerstehen die Teilchen bei hohem Polymerisationsgrad und geringer Polarität häufig auch ohne nachträgliche Vernetzung unzerstört den Scherbeanspruchungen
im Pulp-Prozeß. Dispersionen mit höheren Anteilen an Emulgatoren und hydrophilen Gruppen, deren Filme zum Redispergieren neigen, müssen durch
vorzugsweise interpartikulare Vernetzung verfestigt werden. Hierzu eignen sich die
bekannten Verfahren wie z.B. thermische Vernetzung über Epoxid-Funktionen oder N-Methylol-Gruppen in Verbindung mit OH-oder Carboxyl-Gruppen sowie Vernetzungen
über mehrwertige Kationen etc. Auch Strahlenvernetzungen sind möglich,
vorausgesetzt die Eindringtiefe reicht aus.
Bei den Schmelz(haft)klebem ist ein Angriff des Prozeßwassers wegen der im allgemeinen
deutlich geringeren Hydrophilie dieser (Haft)kleber mit den damit verbundenen Quelleffekten und Schwächungen der Kohäsion wesentlich geringer
ausgeprägt. Im allgemeinen erfüllen die physikalischen Vernetzungen über Kristallit-Domänen,
wie sie z.B. bei Block-copolymeren auf Basis Butadien/Styrol oder
Isopren/Styrol bekannt sind, die Anforderungen für eine ausreichende Kohäsion der
(Haft)klebepartikel. Bei Acrylat-Systemen können bei Bedarf strahlenchemische Vernetzungen mit UV-Strahlen oder Elektronen-Strahlen unter Zusatz mehrfunktioneller
Verbindungen und Photoinitiatoren entsprechend dem Stand der Technik zur Steigerung der Kohäsion eingesetzt werden.
Die klebtechnischen Eigenschaften der mit den oben beschriebenen Verfahren
ausgerüsteten (haft)klebenden Flächengebilde lassen sich mittels der Rezeptierung
der Haftklebemasse und der Anordnung der klebenden Areale auf dem Träger-Substrat
unter Beachtung der oben genannten Mindestgröße- und Dicke dieser Areale in weiten Bereichen einstellen.
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Nachfolgend wird die Erfindung an Beispielen erläutert, ohne sie damit jedoch unnötig
einschränken zu wollen. Gew.Tln. = Gewichtsteile.
1.1 Herstellung einer wäßrigen Haftkleberdispersion.
Es wird eine Monomermischung aus 8 Gew.Tln. Acrylsäure, 196 Gew.Tln. n-Butylacrylat
und 196 Gew.Tln. 2-Ethylhexylacrylat erzeugt. Die wäßrige Phase besteht
aus 400 Gew.Tln. entionisiertem Wasser, in dem 12 Gew.TIe. eines anionischen
Emulgators (Fenopon EP110 Firma GAF) und 16 Gew.Tle. eines nichtionischen
Emulgators (Arcopal N60 Firma Hoechst) gelöst sind.
In einer für radikalische Emulsionspolymerisation ausgerüstete Polymerisationsapparatur
werden nach Verdrängen des Luftsauerstoffs 133 Gew.Tle. der Monomermischung
in 310 Gew.Tln. der wäßrigen Phase emulgiert, auf 750C erhitzt und mit
0,13 Gew.Tle. Ammonium-peroxidisulfat initiiert. In die entstandenen Polymerdispersion
wird der Rest der Monomermischung, emulgiert in der verbliebenen Wasserphase, unter Zusatz von 2,7 Gew.Tln. Ammonium-peroxidisulfat nach Maßgabe
des Verbrauchs zudosiert. Nach 6 h Reaktionszeit resultiert eine wäßrige Haftklebedispersion mit 50% Feststoff ohne Vernetzungsfunktionen, die als
typisches Beispiel eines Polyacrylat-Haftklebers auf Dispersionsbasis anzusehen ist. Die Dispersion wird mit 3 Gew% Collacral HP (30%ige Zubereitung) bez. auf
den Feststoff der Dispersion unter Zusatz von wenig Ammoniak zu einer Paste verdickt, deren Viskosität im Bereich von 50-90 Pa s liegt.
1.2 Die verdickte Haftklebedispersion wird in einer Rotations-Siebdruck-Anlage auf
Etikettenpapier (60g Flächengewicht) verdruckt und thermisch bei 1100C getrocknet.
Das Sieb hat folgendes Design:
Mesh 17, Manteldicke 215&mgr;&igr;&tgr;&igr;, Offene Fläche 11%, Lochdurchmesser 525&mgr;&eegr;&eegr;.
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Die Beschichtungsmenge an Haftkleber beträgt 20g/qm.
Es werden 20mm breite Streifen hergestellt und mit lOmaligem Anrollen mit einer
Walze von 4kg Gewicht auf Etikettenpapier (s.o.) verklebt und 48 h gelagert.. Der
Peeltest mit einer Abzuggeschwindigkeit von 300mm/min. bei 180° ergibt 1,2N/cm.
1.3 25g des haftklebrig ausgerüsteten Etikettenpapiers werden gemäß der Prüfmethode
"non beating test" in 2L entionisiertem Wasser 30 Minuten vorgeweicht und danach 15 Minuten in einem Labor-Desintegrator mit 3000U/min zerfasert.
Die entstandene Pulpe wird durch ein Schlitzfilter von 200&mgr;&igr;&eegr; Schlitzbreite, ausgerüstet
mit
Pump-Vorrichtung und mechanischer Abstreifvorrichtung von Haftklebepartikeln
gereinigt. Nach Passieren des Filters werden aus der gereinigten Pulpe 3 Testblätter
erzeugt und auf klebrige Stickies untersucht. Es werden keine klebenden Verunreinigungen
gefunden.
In einem Wiederholungsversuch wird die Desintegration des haftklebrig ausgerüsteten
Etikettenpapiers gemäß Tappi usefull method UM 213A durchgeführt. Die
Testblätter enthalten keine haftklebrigen Stickies.
Die in Beispiel 1 unter 1.2 und 1.3 beschriebenen Verfahrensweisen werden mit der
im Handel erhältlichen Haftkleber-Dispersion Primal PS 83 D.53 (Firma Rohm &
Haas) wiederholt.
Die Beschichtungsmenge wird durch Verringerung des Rakeldrucks auf eine für
Etiketten übliche Menge reduziert.
Es werden folgende Ergebnisse erhalten:
Beschichtungsmenge: 14g /qm
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Peeltest: 0,6 N/cm
Klebrige Stickies in den Testblättern: keine
Ein Schmelzhaftkleber, der aus einem Gemisch von Acrylsäure und Acrylestern mit
einpolymerisierten im Wellenlängenbereich von Hg-Hochdruckstrahlern UV-aktiven Funktionen besteht und eine relative Viskosität von 2,030 (gemessen in Toluol bei
25°C) hat, wird bei einer Temperatur von 13O0C in einem beheizbaren Rotations-Siebdruck-Werk
auf Etikettenpapier (s.o.) beschichtet. Beim Siebdesign ist die Wandstärke auf 450&mgr;&eegr;&igr; und der Lochdurchmesser auf &Igr;&Ogr;&Ogr;&Ogr;&mgr;&eegr;&igr; erhöht. Es resultiert
eine Beschichtungsmenge von 35g/qm.
Nach der Verdruckung wird der Haftkleber durch Bestrahlung mit einem Hg-Hochdruckstrahler
(120 W/cm Gesamtleistung, Bahngeschwindigkeit 20m/min.) vernetzt.
Der Peeltest ergibt 1,9 N/cm
Die Testpapiere aus der entsprechend Beispiel 1 hergestellten Pulpe enthalten
keine haftklebenden Stickies.
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Claims (9)
1. Klebeartikel mit Papierträger, die für den Pulp-Prozess bei der Altpapieraufbereitung
zur Herstellung von Recycelpapier geeignet sind, dadurch gekennzeichnet,
daß der Klebstoff auf dem Papierträger in Form diskreter Areale angeordnet ist, wobei die Areale Durchmesser von größer als 300 pm aufweisen.
2. Klebeartikel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff mittels
Siebdruck oder Tiefdruck aufgetragen ist.
3. Klebeartikel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff ein
Haftklebstoff ist.
4. Klebeartikel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff ein
solcher auf Emulsionsbasis oder ein hot-melt ist.
5. Klebeartikel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser
der Areale 300 - 5000 pm, insbesondere 350 -1000 Mm beträgt.
6. Klebeartikel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emulsionsbasis
ein wäßriges System mit einer Viskosität von 45 - 90 Pas und einem Feststoffgehalt
von über 60 Gew.-% ist.
7. Klebeartikel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff vernetzt
ist.
8. Klebeartikel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff ein
Polyacrylat ist.
9. Verwendung von Klebeartikeln nach einem der Ansprüche 1 - 8 im Pulp-Prozeß
bei Altpapieraufbereitung zur Herstellung von Recycelpapier, dadurch gekenn-
PADl/RECYL.DOC
zeichnet, daß nach der Desintegration des Faserverbundes des eingesetzten Altpapiers
die dabei miteingesetzten Klebeartikel derart zerschlagen werden, daß in den anschließenden Sieb-Anlagen ein zuverlässiges Rückhalten gewährleistet ist,
wobei insbesondere der Durchmesser der gebildeten Partikel über den Schlitzbreiten
der Siebanlagen liegt, insbesondere größer als 300 &mgr;&eegr;&igr; beträgt.
der Siebanlagen liegt, insbesondere größer als 300 &mgr;&eegr;&igr; beträgt.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE29723365U DE29723365U1 (de) | 1997-03-18 | 1997-03-18 | Recycelfähige Klebeartikel mit Papierträger |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19711256 | 1997-03-18 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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Family
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Family Applications (1)
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Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE29723365U1 (de) |
-
1997
- 1997-03-18 DE DE29723365U patent/DE29723365U1/de not_active Expired - Lifetime
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