DE4235182A1 - Treatment of transparent plastic objects with a photochromic dye - does not require temps. greater than 100 deg C and is useful for the prepn. of spectacles, sunglasses, ski goggles and helmet visors - Google Patents
Treatment of transparent plastic objects with a photochromic dye - does not require temps. greater than 100 deg C and is useful for the prepn. of spectacles, sunglasses, ski goggles and helmet visorsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ein bringen wenigstens eines Farbstoffes in einen Gegen stand aus einem durchsichtigen Kunststoffmaterial gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for bring at least one dye into a counter was made from a clear plastic material the preamble of claim 1.
Entsprechende Färbeverfahren sind allgemein bekannt. Nur exemplarisch wird auf die GB-PS 1 067 207 oder auf die JP 63 199 771 A2 verwiesen. Gemäß diesen bekannten Verfahren insbesondere zur Oberflächenbehandlung von Kunststoffen wird der Farbstoff in einem Lösemittel gelöst, in dem das Kunststoffmaterial zumindest quell bar ist. Für das Kunststoffmaterial "Polycarbonat" wird dabei als Lösemittel vorzugsweise Cyclohexanon verwen det. Die Oberfläche des Gegenstandes, durch die der Farbstoff eingebracht werden soll, wird dann während des eigentlichen Färbevorgangs mit der Lösung in Berüh rung gebracht. Der an den Färbevorgang anschließende Verdunstungsvorgang des Lösemittels erfolgt so langsam, daß die ursprüngliche optische Oberflächenstruktur des Gegenstandes wieder hergestellt wird.Corresponding dyeing processes are generally known. The example is based on GB-PS 1 067 207 or referred to JP 63 199 771 A2. According to these known Process, in particular for the surface treatment of Plastic is the dye in a solvent solved in which the plastic material at least swells is cash. For the plastic material "polycarbonate" is preferably use cyclohexanone as solvent det. The surface of the object through which the Dye to be introduced is then during the actual dyeing process with the solution in Contact brought. The one following the dyeing process Evaporation process of the solvent is so slow that the original optical surface structure of the Object is restored.
Diese bekannten Verfahren eignen sich im Prinzip zum Einbringen beliebiger Farbstoffe. Erfindungsgemäß ist jedoch festgestellt worden, daß beim Färben von Poly carbonat mit photochromen Farbstoffen bei der (aus schließlichen) Verwendung von Cyclohexanon Probleme auftreten:In principle, these known methods are suitable for Introducing any dyes. According to the invention however, it has been found that when dyeing poly carbonate with photochromic dyes in the (from eventual) use of cyclohexanone problems occur:
Photochrome Farbstoffe und insbesondere photochrome organische Farbstoffe zum Färben von Kunststoffmateria lien sind allgemein bekannt. Nur exemplarisch wird auf die europäischen Offenlegungsschriften 141 407, 146 136, 195 898 oder 233 295 verwiesen, in denen verschie dene organische photochrome Farbstoffe beschrieben sind.Photochromic dyes and especially photochromic organic dyes for dyeing plastic materials lien are well known. It is only an example European publications 141 407, 146 136, 195 898 or 233 295, in which various described organic photochromic dyes are.
Bei der Verwendung dieser Farbstoffe sowie weiterer bekannter photochromer Farbstoffe mit anderer Struktur in Verbindung mit Cyclohexanon als Lösemittel kann es vorkommen, daß sich die durch das Lösemittel "ange löste" Oberfläche nicht in einer Qualität "zurückbil det", die zu keiner Beeinträchtigung der optischen Eigenschaften des Gegenstandes führt. When using these dyes and others known photochromic dyes with a different structure in combination with cyclohexanone as solvent it can happen that the by the solvent " solved "surface not in one quality" det ", which does not affect the optical Properties of the item leads.
Zum Einfärben von Gegenständen aus einem Kunststoffma terial, wie beispielsweise von Brillengläsern und ins besondere von Sonnenschutzgläsern, von Skibrillen, von Visieren für die verschiedensten Arten von Schutzhel men, z. B. von Motorradhelmen oder von Sonnenschutzdä chern insbesondere für Kraftfahrzeuge, werden deshalb gegenwärtig neben dem einleitend beschriebenen Verfah ren die verschiedensten Verfahren angewandt:For coloring objects from a plastic material material, such as glasses and ins special of sun protection glasses, of ski goggles, of Visors for various types of protective helmets men, e.g. B. from motorcycle helmets or sun protection chern especially for motor vehicles currently in addition to the procedure described in the introduction various processes are used:
So ist es bekannt, polymerisierbare Kunststoffmateria lien vor Ausführung des Polymerisationsvorganges "in der Masse" mit dem photochromen Farbstoff zu färben.So it is known polymerizable plastic material lien before execution of the polymerization process "in the mass "with the photochromic dye.
Ferner ist in der DE-A-40 24 330 beschrieben, den Farb stoff gemeinsam mit dem Polymer zu dem gewünschten photochromen Gegenstand zu extrudieren.Furthermore, DE-A-40 24 330 describes the color fabric together with the polymer to the desired extrude photochromic object.
Weiterhin ist es aus der EP-A-003 191 bekannt, den photochromen Farbstoff mittels eines Sublimations-Vor ganges aus einer Trägerschicht, beispielsweise einem Filterpapier, in das Kunststoffmaterial, das beispiels weise aus Diethylenglycolbisallylcarbonat besteht, zu überführen.Furthermore, it is known from EP-A-003 191, the photochromic dye using a sublimation pre ganges from a carrier layer, for example one Filter paper, in the plastic material, for example as consists of diethylene glycol bisallyl carbonate convict.
Aus der DE-A-35 16 586 ist ein anderes Verfahren be kannt, bei dem zunächst auf den einzufärbenden Gegen stand eine Lackschicht aufgebracht wird, aus der der photochrome Farbstoff während einer Wärmebehandlung in das einzufärbende Kunststoffmaterial eindiffundiert. Die Tauchfärbung für einzufärbende Gegenstände aus Kunststoffmaterial ist in der bereits genannten EP-A-146 135 beschrieben. Another process is known from DE-A-35 16 586 knows, at first on the counter to be colored a layer of paint was applied from which the photochromic dye during a heat treatment in diffuses the plastic material to be colored. Dip dyeing for objects to be colored Plastic material is in EP-A-146 135 already mentioned described.
Letztlich ist es aus der EP-A-146 136 bekannt, auf die Oberfläche eines einzufärbenden Gegenstandes aus einem Kunststoffmaterial eine Lackschicht und insbesondere eine Schutzlackschicht aufzubringen, in der der oder die photochromen Farbstoffe enthalten sind, und die auf dem einzufärbenden Gegenstand verbleibt.Ultimately, it is known from EP-A-146 136 to which Surface of an object to be colored from a Plastic material a layer of paint and in particular to apply a protective lacquer layer in which the or the photochromic dyes are included, and those on the object to be colored remains.
Sämtliche vorstehend genannten Verfahren haben spezifi sche Vor- und Nachteile:All of the above methods have speci advantages and disadvantages:
So ist bei den meisten Verfahren mit Ausnahme des aus der EP-A-146 136 bekannten Verfahrens eine Wärmebehand lung des Gegenstandes und des mit dem Gegenstand in Kontakt gebrachten photochromen Farbstoffes bei Tempe raturen von typischerweise 140°C bis 250°C erforder lich. Wärmebehandlungen bei derart hohen Temperaturen führen aber zu einer Schädigung des photochromen Farb stoffes und/oder des aus einem Kunststoffmaterial be stehenden Gegenstandes.This is the case with most procedures except the the method known from EP-A-146 136 a heat treatment development of the object and of the object in Contacted photochromic dye at Tempe temperatures of typically 140 ° C to 250 ° C are required Lich. Heat treatments at such high temperatures but lead to damage to the photochromic color fabric and / or be made of a plastic material standing object.
Lediglich bei dem aus der EP-A-146 136 bekannten Ver fahren ist keine Wärmebehandlung erforderlich. Bei diesem Verfahren muß aber auf den Gegenstand eine Lack schicht aufgebracht werden, die während der Lebensdauer des Gegenstandes auf diesem verbleibt.Only in the Ver known from EP-A-146 136 no heat treatment is required. At This process, however, requires a varnish on the object layer to be applied over the life of the object remains on it.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Einbringen wenigstens eines photochromen Farbstof fes in einen Gegenstand aus einem durchsichtigen Kunst stoffmaterial anzugeben, bei dem der oder die Farbstof fe schonend in den Gegenstand eingebracht werden kön nen, ohne daß eine Wärmebehandlung bei Temperaturen deutlich über 100°C erforderlich wäre oder auf dem Gegenstand eine zusätzliche Schicht aufgebracht werden müßte, die während der Lebensdauer des Gegenstandes auf diesem verbleiben muß.The invention has for its object a method for introducing at least one photochromic dye fes in an object from a transparent art specify the material in which the dye or dyes can be gently introduced into the object NEN without heat treatment at temperatures well above 100 ° C would be required or on the Subject an additional layer can be applied ought to be on during the life of the item this must remain.
Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfin dung sind Gegenstand der Ansprüche 2ff. Erfindungsge mäß ist erkannt worden, daß es möglich ist, die Nach teile eines Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des An spruchs 1 beim Einbringen eines oder mehrerer photo chromer Farbstoffe dadurch zu beheben, daß zur Steue rung des Quell-/Anlösevorganges ein leicht flüchtiges Lösemittel zugesetzt wird, das sich gegenüber dem Kunststoffmaterial inert verhält.An inventive solution to this problem is in Claim 1 specified. Further training of the Erfin dung are the subject of claims 2ff. Invention Ge it has been recognized that it is possible to parts of a method according to the preamble of the An Proposition 1 when introducing one or more photos Correct chromic dyes by adding to the tax The swelling / dissolving process is a volatile one Solvent is added, which is opposite to the Plastic material behaves inertly.
Damit können nicht nur die in den einleitend genannten Veröffentlichungen genannten Farbstoff-Klassen, sondern beliebige organische photochrome Farbstoffe verarbeitet werden.This means that not only those mentioned in the introduction Publications called dye classes, but processed any organic photochromic dyes will.
Durch den Kontakt mit dem in der Lösung enthaltenen Lösemittel quillt der Gegenstand auf, wobei insbesonde re die Oberfläche angelöst wird. Hierdurch können die photochromen Farbstoffe in das Material eindringen und verbleiben dort bei der anschließenden langsamen Ver dunstung des Lösemittels. Zur Steuerung des Quell-/An lösevorganges kann dabei dem bevorzugt schwerflüchtigen Lösemittel ein leichtflüchtiges Lösemittel zugesetzt werden, das sich gegenüber dem Kunststoffmaterial, wie beispielsweise Diethylenglycolbisallylcarbonat, Poly methylmethacrylat oder Polycarbonat inert verhält.Through contact with the contained in the solution Solvent swells the object, especially re the surface is dissolved. This allows the penetrate photochromic dyes into the material and remain there during the subsequent slow ver evaporation of the solvent. To control the source / on The dissolving process can be the preferred non-volatile Solvent added a volatile solvent be that against the plastic material, such as for example diethylene glycol bisallyl carbonate, poly methyl methacrylate or polycarbonate behaves inertly.
Dieses Zusatzlösemittel wird gemäß Anspruch 3 bevorzugt mit einer Konzentration von 30 bis 70 Gewichts-% zuge setzt. This additional solvent is preferred according to claim 3 with a concentration of 30 to 70% by weight puts.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird erreicht, daß die Verdunstung so langsam vonstatten geht, daß die ursprüngliche Oberfläche in ihrer optischen Qualität im wesentlichen wieder hergestellt wird.The measures according to the invention achieve that the evaporation takes place so slowly that the original surface in its optical quality in is essentially restored.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren können photochrome Farbstoffe ohne Wärmebehandlung und damit ohne Diffusi ons- oder Sublimationsvorgänge oder ohne eine Beschich tung auf Lackbasis eingebracht werden. Dabei hat das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere den Vorteil, daß beispielsweise dann, wenn mehrere, unterschiedliche Farbstoffe zur Erzielung einer bestimmten Farbe einge setzt werden, sich das Konzentrationsverhältnis der einzelnen Farbstoffe nicht durch unterschiedliche Dif fusionsvorgänge ändert.By means of the method according to the invention, photochromic Dyes without heat treatment and therefore without diffuser ons or sublimation processes or without a coating lacquer-based. It has method according to the invention in particular the advantage that, for example, if there are several different ones Dyes used to achieve a specific color be set, the concentration ratio of the individual dyes not by different Dif merger changes.
Für die langsame Ausführung des Verdunstungsvorganges wird - wie bereits ausgeführt - vorteilhafterweise ein schwerflüchtiges Lösemittel und insbesondere ein Löse mittel verwendet werden, dessen Dampfdruck bei 20°C 20 hPa beträgt.For the slow execution of the evaporation process is - as already mentioned - advantageously non-volatile solvent and especially a solvent medium are used, the vapor pressure at 20 ° C. Is 20 hPa.
Kombinationen von Lösemittel und Zusatzlösemittel für Polycarbonat sind in den Ansprüchen 4 und 5 angegeben:Combinations of solvents and additional solvents for Polycarbonate are specified in claims 4 and 5:
Als schwer flüchtiges Lösemittel können Cyclohexanon und als Zusatz-Lösemittel n-Hexan oder N-Methyl-pyrro lidon und als Zusatz-Lösemittel Ethylenglykol verwendet werden.Cyclohexanone can be used as a difficultly volatile solvent and as an additional solvent n-hexane or N-methyl-pyrro lidon and used as an additional solvent ethylene glycol will.
Das In-Berührung-bringen des Gegenstands mit der Lösung aus Lösemittel, Zusatzlösemittel und Farbstoff(en) kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß der Gegenstand in die Lösung getaucht (Anspruch 19) oder mit der Lösung geflutet (Anspruch 21) wird.Bringing the object into contact with the solution from solvent, additional solvent and dye (s) for example, that the object in the solution immersed (claim 19) or with the solution flooded (claim 21).
Selbstverständlich kann die Lösung aber auch auf die Oberfläche des Gegenstandes mit einem bekannten Verfah ren, beispielsweise einem airless-Spritzverfahren auf gespritzt oder mit einer bekannten Technik aufgeschleu dert werden (Anspruch 22). Anschließend erfolgt bevor zugt eine Lufttrocknung.Of course, the solution can also be based on Surface of the object using a known method ren, for example, an airless spray process sprayed or applied using a known technique be changed (claim 22). Then takes place before inflicts air drying.
Selbstverständlich ist es aber auch möglich, ein weni ger schwer flüchtiges Lösemittel zu verwenden. Zur Steuerung des Verdunstungsvorganges ist es dann gemäß Anspruch 7 möglich, den Verdunstungsvorgang in einer Überdruckkammer mit Gasaustausch auszuführen.Of course, it is also possible to have a little low volatile solvent. For Control of the evaporation process is then according to Claim 7 possible the evaporation process in one Execute overpressure chamber with gas exchange.
Weiterhin ist es möglich, zur Steuerung des Quell-/An lösevorganges die Temperatur zu variieren (Anspruch 8). Hierzu kann die Temperatur der Lösung, z. B. bei Tauch- oder Flutverfahren, der Umgebung beim Spritzen und/oder des Gegenstandes variiert werden (Anspruch 9).It is also possible to control the source / on dissolving the temperature to vary (claim 8th). For this, the temperature of the solution, e.g. B. at Immersion or flooding, the environment when spraying and / or the object can be varied (claim 9).
Beim Tauchen besteht zusätzlich die Möglichkeit, den Quell-/Anlösevorgang durch die Verweilzeit im Bad zu steuern (Anspruch 20). Dies ist - in geringerem Maße - beim Fluten durch die Viskosität der Lösung steuerbar. Im letzteren Falle genügen bereits geringe Mengen che misch inerter Viskositätserhöher.When diving, there is also the option of Swelling / dissolving process due to the dwell time in the bath control (claim 20). This is - to a lesser extent - controllable during flooding by the viscosity of the solution. In the latter case, small amounts are sufficient mixed inert viscosity enhancer.
Für die meisten Kunststoffmaterialien ist es ausrei chend, wenn der Verdunstungsvorgang gemäß Anspruch 10 ca. 10-20 Minuten dauert, da dann die Oberfläche mit optischer Qualität "wiederhergestellt" wird. It is sufficient for most plastic materials if the evaporation process according to claim 10 takes about 10-20 minutes, because then the surface with optical quality is "restored".
Der Verdunstungsvorgang kann dabei zusätzlich unter Wärmeeinwirkung (Anspruch 11) ausgeführt werden, wobei der Gegenstand bevorzugt auf Temperaturen <100°C und insbesondere auf Temperaturen von 80°C bis 90°C erwärmt wird. Die Erwärmung kann dabei in einem Ofen, durch einen IR-Strahler oder in sonstiger Weise erfolgen.The evaporation process can also under Exposure to heat (claim 11) are carried out, wherein the object preferably at temperatures <100 ° C and especially heated to temperatures from 80 ° C to 90 ° C becomes. The heating can be done in an oven an IR radiator or in any other way.
In jedem Falle ist es bevorzugt, wenn die Konzentration des oder der Farbstoffe in dem Lösemittel 0,1-5 Gewichts-% und bevorzugt 0,5-2 Gewichts-% beträgt (Ansprüche 14 und 15).In any case, it is preferred if the concentration of the dye or dyes in the solvent 0.1-5% by weight and preferably 0.5-2% by weight (claims 14 and 15).
Dabei können dem Lösemittel weitere Stoffe, wie bei spielsweise Stabilisatoren auf der Basis von Nickel komplexen, aber auch alle sonstigen bekannten Zusatz stoffe, mit denen beispielsweise die Lebensdauer der photochromen Farbstoffe erhöht wird, zugefügt werden.Here, the solvent can contain other substances, such as for example, stabilizers based on nickel complex, but also all other known additions substances with which, for example, the lifespan of the photochromic dyes is increased, added.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausfüh rungsbeispiels näher beschrieben:The invention is described below with reference to an embodiment Example described in more detail:
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung der allgemeinen Anwendbarkeit der Erfindung exemplarisch für die photochrome Färbung von Polycarbonat beschrie ben.The invention is hereinafter without limitation general applicability of the invention as an example for the photochromic coloring of polycarbonate ben.
Zum photochromen Einfärben eines Körpers aus Polycarbo nat (i.f. PC-Körper) - beispielsweise eines Visiers eines Motorrad-Helms - wird ein Färbebad verwendet, das aus N-Methyl-pyrrolidon-(2) und Ethylenglykol im Volu menverhältnis 45 : 55 besteht. Diesem Lösemitteln ist der photochrome Farbstoff mit einer Konzentration von ca. 2 Gew.-% zugesetzt. For the photochromic coloring of a body made of polycarbo nat (usually PC body) - for example a visor a motorcycle helmet - a dye bath is used, the from N-methyl-pyrrolidone- (2) and ethylene glycol in volume ratio of 45: 55 exists. This solvent is the photochromic dye with a concentration of approx. 2 wt .-% added.
Bei einer Bad-Temperatur von 60°C beträgt die Färbedau er typischerweise 2 min, abhängig von der Farbstoffkon zentration und der gewünschten Farbtiefe.The dyeing time is at a bath temperature of 60 ° C it typically 2 min, depending on the dye con concentration and the desired color depth.
Nachdem der PC-Körper aus dem Färbebad herausgenommen worden ist, wird er in ein Wasserbad getaucht, das Raumtemperatur oder eine geringfügig höhere Temperatur aufweist. Anschließend wird er in ein Ethanolbad ge taucht. Unterläßt man die Reinigung des PC-Körpers in einem Reinigungsbad, so kann eine Trübung der Oberflä che auftreten.After the PC body is removed from the dye bath has been immersed in a water bath, the Room temperature or a slightly higher temperature having. Then it is placed in an ethanol bath dives. Failure to clean the PC body in a cleaning bath, the surface may become cloudy che occur.
Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel kann selbstverständlich auf die verschiedensten Arten abge wandelt werden:The embodiment described above can of course in various ways be changed:
Beispielsweise ist es möglich, die Färbetemperatur zu variieren: Bei niedrigeren Temperaturen muß der Anteil des das Kunststoffmaterial lösenden Lösemittels erhöht werden, so daß die Färbung vorwiegend durch Quellung und Farbstoffeinlagerung wie beim einleitend genannten Stand der Technik erfolgt. Bei höheren Temperaturen kann der Anteil des das Kunststoffmaterials lösenden Lösemittels weiter reduziert werden, so daß die Färbung überwiegend durch Thermodiffusion erfolgt. Selbstver ständlich sind alle Zwischenformen möglich.For example, it is possible to increase the dyeing temperature vary: At lower temperatures the proportion of the solvent dissolving the plastic material increased be, so that the coloring mainly by swelling and dye storage as in the introduction State of the art takes place. At higher temperatures can the proportion of the dissolving the plastic material Solvent can be further reduced, so that the coloring mainly done by thermal diffusion. Self Ver all intermediate forms are possible.
Anstelle von N-Methyl-pyrrolidon als das Kunststoffma terial zumindest quellende Lösemittel kann ein anderes zyklisches Amid oder ein zyklisches Keton verwendet werden, bei dem insbesondere eine CH2-CH2-Gruppe durch eine N-CH3-Gruppe ersetzt ist. Instead of N-methyl-pyrrolidone as the plastic material which at least swells, another cyclic amide or a cyclic ketone can be used, in which in particular a CH 2 -CH 2 group is replaced by an N-CH 3 group.
Weiterhin ist es möglich, auf das Wasserbad zu verzich ten, und den Gegenstand aus einem Kunststoffmaterial direkt in ein Ethanolbad zu geben. Die Verwendung eines Wasserbades hat jedoch den Vorteil, daß die photochrome Substanz direkt in diesem ausfällt und das Ethanolbad nur noch zur Reinigung benutzt wird. Verwendet man kein Wasserbad, muß das Ethanolbad öfter gewechselt werden, da es durch mitgeschleppte Lösemittel schnell verunrei nigt wird. Diese sind schwerer flüchtig als Ethanol, so daß die Gegenstände länger getrocknet oder mechanisch gereinigt werden müssen.It is also possible to do without the water bath ten, and the object from a plastic material put directly into an ethanol bath. The use of a Water bath has the advantage, however, that the photochromic Substance precipitates in this and the ethanol bath is only used for cleaning. Don't use one Water bath, the ethanol bath must be changed more often, since it quickly becomes unsettled due to the entrained solvents is inclined. These are more volatile than ethanol, so that the items dried longer or mechanically need to be cleaned.
Claims (24)
- - der Farbstoff wird in einem Lösemittel gelöst, in dem das Kunststoffmaterial zumindest quellbar ist,
- - die Oberfläche des Gegenstandes, durch die der Farbstoff eingebracht werden soll, wird während des Färbevorgangs mit der Lösung in Berührung gebracht,
- - der an den Färbevorgang anschließende Verdunstungs vorgang des Lösemittels erfolgt so langsam, daß die ursprüngliche optische Oberflächenstruktur des Gegen standes wieder hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einbringen wenigstens eines photochromen Farbstoffs in den Gegenstand dem Lösemittel zur Steuerung des Quell-/Anlösevorganges ein leicht flüchtiges Lösemittel zugesetzt wird, das sich gegenüber dem Kunststoffmaterial inert verhält.
- the dye is dissolved in a solvent in which the plastic material is at least swellable,
- the surface of the object through which the dye is to be introduced is brought into contact with the solution during the dyeing process,
- - The process of evaporation of the solvent following the dyeing process takes place so slowly that the original optical surface structure of the object is restored, characterized in that for introducing at least one photochromic dye into the object the solvent for controlling the swelling / dissolving process is easy volatile solvent is added, which is inert to the plastic material.
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Legal Events
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: RODENSTOCK GMBH, 80469 MUENCHEN, DE |
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8131 | Rejection |