ES2222716T3 - Procedimiento para la fabricacion de un sustrato estimulante del crecimiento vegetal de lana mineral y el sustrato estimulante del crecimiento vegetal de lana mineral obtenible. - Google Patents

Procedimiento para la fabricacion de un sustrato estimulante del crecimiento vegetal de lana mineral y el sustrato estimulante del crecimiento vegetal de lana mineral obtenible.

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ES2222716T3 ES99932410T ES99932410T ES2222716T3 ES 2222716 T3 ES2222716 T3 ES 2222716T3 ES 99932410 T ES99932410 T ES 99932410T ES 99932410 T ES99932410 T ES 99932410T ES 2222716 T3 ES2222716 T3 ES 2222716T3
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Abstract

Procedimiento para la fabricación de un sustrato estimulante del crecimiento vegetal de lana mineral que tiene una matriz hidrófila coherente de fibras de lana mineral conectadas por un ligante curado, que comprende las etapas de: i. proporcionar fibras de lana mineral; ii. aplicar a las fibras de lana mineral un ligante una resina de fenol-formaldehído y una resina de furano; iii.formar una matriz de fibras de lana mineral; y iv. curar el ligante.

Description

Procedimiento para la fabricación de un sustrato estimulante del crecimiento vegetal de lana mineral y el sustrato estimulante del crecimiento vegetal de lana mineral obtenible.
La presente invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de un sustrato estimulante del crecimiento vegetal de lana mineral, y al sustrato estimulante del crecimiento vegetal de lana mineral obtenible.
Los sustratos estimulantes del crecimiento vegetal pueden tener la forma de obturadores ajustables en un agujero de bandeja, de cubetas que tienen una cinta metálica alrededor de las superficies laterales verticales, de losas recubiertas de plástico, o de granulado.
Los sustratos convencionales estimulantes del crecimiento vegetal de lana mineral están basados en una matriz coherente de lana mineral de la que las fibras de lana mineral están conectadas entre sí por un ligante curado que es, generalmente, una resina de fenol-formaldehído. Debido al uso de este tipo de ligantes la matriz de lana mineral tiene que estar provista de un agente denominado humectante para comunicar propiedades hidrófilas a la matriz de lana mineral hidrófoba de. Es decir, la matriz puede absorber en un período de tiempo relativamente corto hasta cantidades de saturación de agua. Este tipo de sustratos estimulantes de crecimiento vegetal convencional al que se han comunicado propiedades hidrófilas mediante el uso de un agente humectante se describen, por ejemplo, en el documento GB-A-1 336 426. El uso de agentes humectantes, en particular de marca registrada Triton, tiene varias desventajas. Una desventaja es que Triton puede tener efectos tóxicos, y se extrae por lixiviación de los sustratos estimulantes del crecimiento vegetal después de un período de descarga de solución nutriente a través del sustrato estimulante del crecimiento vegetal. Esto quiere decir que durante un período de tiempo el agente humectante es separado de la matriz de lana mineral de manera que después del agotamiento del agua es difícil, si no imposible, rehumedecer el sustrato estimulante del crecimiento vegetal hidrófilo debido a que pierde sus propiedades hidrófilas.
El documento WO 97/07664 describe un sustrato estimulante del crecimiento vegetal hidrófilo que obtenía sus propiedades hidrófilas del uso de una resina de furano como aglutinante. El uso de una resina de furano permite el abandono del uso de un agente humectante. Por consiguiente, este sustrato estimulante del crecimiento vegetal hidrófilo conocido no experimenta desventajas relacionadas con el uso de un agente humectante, en particular de Triton. Una desventaja del uso de una resina de furano como un ligante para una matriz coherente de fibras de lana mineral para un sustrato estimulante del crecimiento vegetal, es que la resina de furano es relativamente cara. En consecuencia, el uso de estos sustratos estimulantes del crecimiento vegetal hidrófilos que tienen un ligante de resina de furano curada es menos económico.
En el documento WO 97/07664 se describe que la resina de furano puede consistir en un copolímero del monómero de la molécula de furano y otros monómeros, como formaldehído y fenol. Formaldehído y fenol pueden ser usados en cantidades de hasta 50% y se ejemplifica una cantidad de 5-10%. Aunque se informa que usando estos monómeros el carácter hidrófilo puede ser ajustado en el sentido deseado, se encuentra que hay un control insuficiente de la polimerización de los monómeros de furano por una parte y formaldehído y fenol por la otra, de manera que se requieren instalaciones caras o recetas de difícil formulación para obtener un sustrato estimulante del crecimiento vegetal hidrófilo. El complejo proceso de fabricación da como resultado caros sustratos estimulantes del crecimiento vegetal hidrófilos.
La invención tiene por objeto proporcionar un sustrato estimulante del crecimiento vegetal hidrófilo que no experimente desventajas en relación con el uso de un agente humectante o la desventaja de usar una resina de furano o un copolímero de furano y fenol-formaldehído.
La presente invención se basa en el descubrimiento de que cuando las fibras de lana mineral están provistas de una resina de fenol-formaldehído y están provistas de una resina de furano, es decir con dos polímeros de resina separados y no con un copolímero de resina, las propiedades hidrófilas se obtienen sin el uso de un agente humectante y, mientras, se usa una cantidad relativamente pequeña de resina de furano en relación con la resina de fenol-formaldehído.
En consecuencia, la presente invención proporciona un procedimiento para la fabricación de un sustrato estimulante del crecimiento vegetal de lana mineral que tiene una matriz hidrófila coherente de fibras de lana mineral conectadas por ligante curado, que comprende las etapas de:
i.
proporcionar fibras de lana mineral;
ii.
aplicar a las fibras de lana mineral de
un ligante
una resina de fenol-formaldehído y
una resina de furano;
iii.
formar una matriz de fibras de lana mineral; y
iv.
curar el ligante.
Los sustratos estimulantes del crecimiento vegetal según la invención comprenden una matriz coherente de lana mineral. Como lana mineral puede usarse lana de piedra, lana de vidrio y/o lana de escorias. Estas matrices son producidas usando métodos de producción convencionales que sólo dependen de la lana de partida.
Para sustratos vegetales según la invención puede hacerse uso de una matriz coherente de lana mineral. La coherencia se obtiene curando la resina de furano aplicada de manera que las fibras mutuas estén mecánicamente conectadas. Sin embargo, es de señalar que el sustrato estimulante del crecimiento vegetal puede consistir en un denominado granulado que tiene la forma de copos de lana mineral que comprenden numerosas fibras y que tienen un tamaño de partícula de 0,2-5 cm.
En el contexto de la presente invención, el carácter hidrófilo significa que el agua es absorbida en una extensión/cantidad sustancial que puede ser medida en el denominado ensayo de hundimiento en agua a la que no se añade ningún tensioactivo ni se aplica al sustrato ninguna fuerza mecánica. Es de señalar que, sin la inclusión de un agente humectante, el sustrato estimulante del crecimiento vegetal de la invención tiene buenas propiedades (hidrófilo) estimulantes del crecimiento vegetal. En el ensayo de hundimiento, el tiempo de hundimiento del sustrato estimulante del crecimiento vegetal hidrófilo según la invención es, generalmente, menor de 1 minuto, en particular, menor de 30 segundos y, preferiblemente y la mayoría de las veces, en el intervalo de 5-25 segundos.
La densidad del sustrato estimulante del crecimiento vegetal hidrófilo según la presente invención es ajustable y depende de la densidad del sustrato estimulante del crecimiento vegetal justo antes de que se cure la mezcla ligante de resina de fenol formaldehído y de resina de furano. La densidad está, generalmente, en el intervalo de 10 kg/m^{3} a 150 kg/m^{3} y, prácticamente, en el intervalo de 30-100 kg/m^{3}, como 40-70 kg/m^{3}.
Por resinas fenólicas se quiere indicar el grupo de resinas basadas en fenol, por ejemplo resina de fenol-formaldehído y resina de fenol-urea-formaldehído, como se describen, por ejemplo, en Knop y Pilato: "Phenolic resins", Springer Verlag 1985. Las resinas de fenol-formaldehído son bien conocidas en la técnica como ligantes termocurables. La preparación de la resina puede ser usada en una forma no polimerizada o parcialmente polimerizada. La preparación de la resina es atomizada en un caudal de gas y después de poner en contacto con fibras minerales se deposita sobre ellas y se cura mediante un tratamiento térmico, por el que las fibras que contienen lana mineral son unidas entre sí por la resina curada.
La resina de fenol-formaldehído contiene tanto fenol como formaldehído en una relación molar de 1:2,8 y más, como hasta 1:6. En general, la cantidad de formaldehído es mayor que la cantidad estequiométrica, como en la relación 1:3,1 a 1:5, por ejemplo 1:3,6. El exceso de formaldehído evita la posibilidad de fenol remanente presente en forma gaseosa en el caudal de gas y que es emitido al entorno después de la atomización de la preparación de la resina y de la evaporación del agua presente en dicho lugar. La urea está presente como un aditivo para una óptima polimerización.
La preparación de la resina contiene, también, generalmente, amoníaco con el propósito de ligar la cantidad en exceso de formaldehído respecto a fenol. Si se requiere, la emisión de amoníaco puede reprimirse significativamente neutralizando el amoníaco en la preparación de la resina haciendo uso de un compuesto de azúcar. El compuesto de azúcar puede ser añadido antes de que el ligante esté listo para ser usado incluso antes de que se añada el amoníaco. Según un procedimiento de preparación, la adición de este compuesto de azúcar tiene lugar antes de la atomización de la preparación de la resina, evitando de ese modo, debido a la reacción del amoníaco con el compuesto de azúcar, la neutralización final del amoníaco y la reducción por ello de la función como estabilizante de la resina. Es posible la adición del compuesto de azúcar durante la preparación de la resina. La preparación de la resina se convierte finalmente en inestable e inadecuada para usar como ligante de la lana mineral. Se propone que el compuesto de azúcar y/o el amoníaco se añada a la preparación de resina de forma oportuna antes de aplicar la preparación de la resina a la lana mineral.
El compuesto de azúcar, en general una preparación de azúcar, puede contener cualquier compuesto de azúcar adecuado, en la medida en que el compuesto de azúcar se introduce en una reacción con amoníaco y no disminuye sustancialmente la acción de la preparación de la resina. Compuestos de azúcar adecuados comprenden aldosas y cetosas, como monosacáridos, por ejemplo glucosa y fructosa, disacáridos como sacarosa, maltosa, lactosa, oligosacáridos como sirope, en particular sirope de glucosa y sirope de fructosa, y polisacáridos, en particular polisacáridos solubles en agua como dextrina y almidón. Es de señalar que la preparación de azúcar puede contener uno o más de estos compuestos de azúcar. La preparación de azúcar puede consistir en una dispersión sólida pero es, preferiblemente, una solución en agua. Así, es posible un mezclado óptimo con la preparación de la resina acuosa.
Si se desea, la preparación de la resina puede contener aditivos para una polimerización óptima, como amidas, en particular urea. Respecto a la urea, es de señalar sin embargo, que ésta no tiene efecto sobre el efecto del azúcar de ligar el amoníaco, según la invención, porque la emisión de amoníaco no disminuye sustancialmente.
Las resinas de furano que se usan en la presente invención se basan en la polimerización de al menos una molécula de furano que tiene la fórmula general
1
En esta fórmula general A y B son grupos polimerizables. Debido a la polimerización se forman moléculas de dímeros, de oligómeros y de polímeros en las que la estructura de anillo de furano está separada al menos por otra estructura de furano por el grupo A y/o B. Además, el anillo de furano puede estar menos insaturado, es decir, puede comprender sólo uno o ningún doble enlace carbono-carbono en las posiciones 2, 3 ó 4 en la estructura de anillo.
Los grupos polimerizables A y B pueden ser seleccionados de hidrógeno, grupos alquilo C1-C10, radicales vinilo polisustituidos, grupos aromáticos polisustituidos, cetonas, anhídridos, furfurilo polisustituido, hidroxilos, aldehídos, ácidos carboxílicos, ésteres, aminas, iminas, alquinos, haluros de alquilo, haluros aromáticos, haluros olefínicos, éteres, tioles, sulfuros, nitrilos, grupos nitro, sulfonas, ácidos sulfónicos, y sus mezclas.
Por consiguiente, los grupos de repetición en el producto obtenido por polimerización comprenden
furano, furfural, alcohol furfurílico,
5-hidroximetil-2-furancarboxialdehído,
5-metil-2-furancarboxialdehído, 2-vinil-furoato,
5-metil-2-vinilfuroato; 5-ter-butil-2-vinil-furoato,
2-furfurilmetacrilato, 2-furfuril-metilmetacrilato,
2-vinil-furano, 5-metil-2-vinil-furano,
2-(2-propilen)furano (o 2-metil-viniliden-furano),
5-metil-2-metil-viniliden-furano;
fufuriliden-acetona, 5-metil-2-furfurilideno, acetona,
2-vinil-tetrahidrofurano, 2-furil-oxirano,
5-metil-2-furiloxirano, furfuril-vinil-éter,
5-metil-furfuril-vinil-éter,
vinil-2-furil-cetona,
bis-2,5-carboxialdehído-furano
bis-2,5-hidroximetil-furano,
5-hidroximetil-2-etil-furanoacrilato,
ácido 2,5-furanodicarboxílico,
dicloruro de diácido 2,5-furano,
éster dimetílico del ácido 2,5-furanodicarboxílico,
2,5-furanometilamina,
5-carboxi-2-furano-amina,
5-metiléster-2-furanoamina
bis-(2,5-metileno-isocianato)furano,
bis(2,5-isocianato)furano,
furilo-2-isocianato, y
furilo-2-metileno-isocianato.
Se prefiere una resina de furano basada en alcohol furílico.
Las resinas de furano pueden ser usadas como un concentrado o en forma diluida en un disolvente adecuado, como agua. El contenido sólido en una composición de resina de furano cuando se inyecta puede ser como desde 1% en peso, generalmente menos que 40% en peso, como 2-30% en peso, como 5-20% en peso. Un ligante de resina de furano adecuado es un tipo Farez M (marca registrada) de QO-Chemicals.
La resina de furano puede formarse por polimerización, como polimerización por poliadición y polimerización por condensación. Estas polimerizaciones se conocen en la técnica.
Para reducir la viscosidad de la preparación por polimerización que ha de usarse, puede usarse un codisolvente. Codisolventes adecuados son mono-, di- y poli-ácidos orgánicos, como ácido levulínico y ácido maleico. Pueden usarse codisolventes en una cantidad de hasta 15% en peso, como 2-10% en peso o generalmente 4-8% en peso.
Para curar una resina de furano, la composición de la resina de furano puede comprender un catalizador. Son ejemplos los ácidos inorgánicos y orgánicos, como ácido hidroclórico y ácido maleico. Otros ejemplos de catalizadores son los catalizadores de Friedel-Crafts, como el cloruro de aluminio. Otros ejemplos son las sales de ácidos inorgánicos y orgánicos como el sulfato de amonio, el nitrato de amonio y la sal de urea del ácido toluenosulfónico. Dependiendo del tipo de catalizador podrá usarse hasta 20% en peso, generalmente en el intervalo de 1-15% en peso, como preferiblemente 8-10% en peso.
Para mejorar la cohesión para enlazar con la superficie de la fibra o con el material de la fibra puede incluirse un agente de acoplamiento. Ejemplos de agentes de acoplamientos son los silanos u organotitanatos y organocirconatos. Ejemplos de adecuados agentes de acoplamiento de silano son N-metil-3-aminopropil-trimetoxisilano y 3-aminopropil-trietoxisilano.
Además, los tensioactivos y extendedores pueden ser usados en la composición de resina de furano.
Para evitar la formación de polvo durante la producción y manipulación del sustrato vegetal, puede añadirse un aceite mineral hidrófobo, pero el sustrato formado mantiene sus propiedades hidrófilas.
El ligante que comprende resina de fenol formaldehído y resina de furano ambos en la forma de polímeros separados se aplica a las fibras de lana mineral después de la formación y durante la suspensión en el aire. Este ligante se aplica en una cantidad tal que el contenido de la resina del sustrato estimulante del crecimiento vegetal sea aproximadamente de 1-10% en peso, como 1,5-5% en peso, y, en particular, de 2-3,5% en peso.
Preferiblemente, primero se aplica la resina de fenol-formaldehído y, posteriormente, la resina de furano. En consecuencia, se evita que la resina de fenol-formaldehído recubra en una sustancial extensión la resina de furano aplicada a las fibras de lana mineral. En consecuencia, la cantidad de resina de furano puede ser usada, sustancialmente, sólo para proporcionar propiedades hidrófilas por exposición. Debido a que la resina de furano, al mismo tiempo, aumenta las propiedades de enlace y de resistencia, la cantidad de resina de fenol-formaldehído puede reducirse. La cantidad de resina de furano, generalmente, es tal que cumple con las deseadas propiedades hidrófilas del sustrato estimulante del crecimiento vegetal. Generalmente, puede usarse cualquier cantidad de resina de furano en combinación con la resina de fenol-formaldehído siempre que sea económicamente aceptable. Generalmente, la cantidad de resina de furano es de 1-50% del total de ligante aplicado. Preferiblemente, la cantidadde resina de furano es 5-40% y, más preferiblemente, 10-30% del ligante aplicado. El resto es resina de fenol-formaldehído.
Es preferible aplicar primero la resina de fenol formaldehído y separadamente de la resina de furano, después ambas resinas pueden aplicarse mediante toberas separadas y/o aplicarse mediante tornos para hilar separados (véase entre otros el documento WO 95/14135). Cuando se usan toberas separadas, la resina de fenol-formaldehído se aplica mediante toberas que están por encima de la corriente de las toberas que aplican las resinas de furano. Cuando se usan tornos para hilar, la resina de fenol-formaldehído se aplica en tornos para hilar diferentes de los tornos para hilar por los que se aplica la resina de furano pero de manera que se obtengan las deseadas y óptimas propiedades hidrófilas. Obviamente, la resina de fenol-formaldehído y la resina de furano pueden ser aplicadas mediante una combinación de toberas y tornos para hilar.
Las propiedades hidrófilas pueden ser seleccionadas como se desee y son ampliamente controladas mediante factores económicos. Las propiedades hidrófilas pueden ser determinadas en un ensayo de hundimiento como se ha descrito anteriormente, o pueden ser determinadas por la cantidad de agua retenida en el sustrato estimulante del crecimiento vegetal bajo una presión de succión dada como unidades de columna de agua en centímetros. Preferiblemente, la capacidad de retener agua del sustrato estimulante del crecimiento vegetal hidrófilo según la presente invención, a una presión de succión de columna de agua de -21,5 cm, es al menos 15% vol/vol. Preferiblemente, las propiedades hidrófilas son mayores y la capacidad de retener agua es al menos de 20% v/v. Generalmente, la capacidad de retener agua, a una presión de succión de una columna de agua de -21,5 cm, está en el intervalo de 15-40% v/v. La capacidad de retener agua, a una presión de succión de columna de agua de -10 cm, es o es además al menos de 70% v/v, preferiblemente al menos de 75% v/v. La capacidad de retener agua, de columna de agua de -10 cm, está generalmente en el intervalo de 70-95% v/v, más particular en un intervalo de 75-90% v/v. Estos valores de capacidad de retener agua son mayores que para sustratos estimulantes del crecimiento vegetal hidrófilo tradicionales que comprenden un agente humectante y una resina de fenol formaldehído. En consecuencia, estos sustratos estimulantes del crecimiento vegetal tienen, en condiciones similares, una mayor cantidad de agua adsorbida y son, por tanto, menos vulnerables a las condiciones de agotamiento de agua.
La presente invención se refiere también al sustrato estimulante del crecimiento vegetal hidrófilo que se obtiene en el proceso de fabricación descrito en la presente memoria anteriormente. Aunque parcialmente, la tradicional resina de fenol formaldehído es separada y sustituida por resina de furano, el sustrato estimulante del crecimiento vegetal hidrófilo según la presente invención tiene tales propiedades físicas (densidad, resistencia al enlace y resistencia a la compresión) que es utilizable en condiciones idénticas de manipulación, transporte y condiciones de crecimiento que los tradicionales sustratos estimulantes del crecimiento vegetal.
El siguiente ejemplo muestra la adecuabilidad del sustrato estimulante del crecimiento vegetal hidrófilo según la presente invención que comprende una combinación de una resina de fenol-formaldehído (como polímero) y una resina de furano (como polímero). La resina de furano proporciona las propiedades hidrófilas que son retenibles en condiciones estimulantes del crecimiento vegetal y en condiciones de descarga de nutrientes porque la resina de furano está conectada de forma sustancialmente irreversible a las fibras de lana mineral sobre las que se cura. La cantidad relativamente pequeña de resina de furano, considerando la resina de fenol-formaldehído, da como resultado menores costes de fabricación mientras se evita el uso de un agente humectante.
Ejemplo
Un sustrato estimulante del crecimiento vegetal fue producido convencionalmente en una densidad de aproximadamente 75 kg/m^{3}. Se aplicó resina de fenol-formaldehído a las fibras de lana mineral en suspensión en el aire corriente arriba de la tobera por la que se aplica la resina de furano a las fibras de lana mineral en suspensión en el aire. La cantidad de resina de furano aplicada es 20% de la cantidad total de ligante aplicado y la cantidad de resina de fenol-formaldehído es 80% del ligante aplicado. La cantidad total de ligante aplicado era de aproximadamente 2,3% en peso del sustrato estimulante del crecimiento vegetal.
En una estufa de curado, se cura el ligante que comprende resina de fenol-formaldehído y resina de furano. Después de curar, se ensaya la densidad, resistencia a la flexión, resistencia a la compresión, pérdida por incineración y capacidad de retención de agua del sustrato de lana mineral según la invención.
Las propiedades hidrófilas se ensayan también en un ensayo de hundimiento.
Por razones comparativas, un sustrato estimulante del crecimiento vegetal según la técnica anterior se producía cuando se usaba únicamente resina de fenol-formaldehído en una cantidad de aproximadamente 2,3% en peso y 0,03 a 0,07% en peso de Triton.
La resistencia a la flexión se determina en un sustrato estimulante del crecimiento vegetal que tenga una longitud de 1 metro y una anchura de 15 cm y esté soportado de 10 a 90 cm. La flexión se determina situando una carga de 500 g en el centro y determinando la distancia a la que el sustrato se comba.
El módulo elástico se determina en condiciones de ensayo estándar en una muestra de ensayo de 25 \times 25 \times 7,5 cm. Reciente (después de 1 h en solución nutriente) y después de 25 días en solución nutriente.
Las propiedades de capacidad de retener agua se determinan usando aparatos de ensayo estándar para determinar la curva pF.
Los primeros experimentos del crecimiento vegetal han demostrado buenos y prometedores resultados de crecimiento y de cosecha para verduras y flores de corte.
2

Claims (7)

1. Procedimiento para la fabricación de un sustrato estimulante del crecimiento vegetal de lana mineral que tiene una matriz hidrófila coherente de fibras de lana mineral conectadas por un ligante curado, que comprende las etapas de:
i.
proporcionar fibras de lana mineral;
ii.
aplicar a las fibras de lana mineral
un ligante
una resina de fenol-formaldehído y
una resina de furano;
iii.
formar una matriz de fibras de lana mineral; y
iv.
curar el ligante.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que se aplica la resina de fenol-formaldehído y, posteriormente, la resina de furano.
3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 ó 2, en el que la resina de fenol-formaldehído y la resina de furano se aplican mediante toberas separadas y/o tornos para hilar.
4. Procedimiento según las reivindicaciones 1-3, en el que la cantidad de resina de furano aplicada equivale a 1-50%, preferiblemente 5-40%, más preferiblemente 10-30% del ligante aplicado.
5. Procedimiento según las reivindicaciones 1-4, en el que el sustrato estimulante del crecimiento vegetal tiene una capacidad de retención de agua de -21,5 cm de columna de agua de al menos 15% v/v, preferiblemente al menos 20% v/v, tal como 15-40% v/v.
6. Procedimiento según las reivindicaciones 1-5, en el que el sustrato estimulante del crecimiento vegetal tiene una capacidad de retención de agua de -10 cm de columna de agua de al menos 70% v/v, preferiblemente al menos 75% v/v, como 70-95% v/v, más particularmente 75-90% v/v.
7. Sustrato estimulante del crecimiento vegetal de lana mineral obtenido por el procedimiento de las reivindicaciones 1-6.
ES99932410T 1998-02-02 1999-02-02 Procedimiento para la fabricacion de un sustrato estimulante del crecimiento vegetal de lana mineral y el sustrato estimulante del crecimiento vegetal de lana mineral obtenible. Expired - Lifetime ES2222716T3 (es)

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