ES2264114T3 - Metodo e imprimacion para revestir un sustrato no polar. - Google Patents

Metodo e imprimacion para revestir un sustrato no polar.

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ES2264114T3 ES04717640T ES04717640T ES2264114T3 ES 2264114 T3 ES2264114 T3 ES 2264114T3 ES 04717640 T ES04717640 T ES 04717640T ES 04717640 T ES04717640 T ES 04717640T ES 2264114 T3 ES2264114 T3 ES 2264114T3
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Dhruv Vrajlal Parekh
Xueting Qiu
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Abstract

Un método de revestir un sustrato no polar, que comprende las etapas de aplicar una imprimación que comprende uno o más polímeros no polares con función silano sobre el sustrato no polar y, posteriormente, aplicar una o más capas de un revestimiento pigmentado sobre la capa de imprimación.

Description

Método e imprimación para revestir un sustrato no polar.
Ámbito de la invención
La presente invención se refiere a un método y a una imprimación para tratar sustratos no polares. Los substratos no polares son sustratos de materiales que no permiten el libre movimiento de los electrones, tales como sustratos poliolefínicos termoplásticos. El uso de olefinas termoplásticas, tales como polipropileno, continúa en aumento, particularmente en la industria del automóvil, debido a los bajos costes de tales materiales y su moldeabilidad y capacidad de reciclado. No obstante, debido a la muy baja tensión superficial de tales materiales, pintar tales sustratos requiere técnicas de pretratamiento especiales.
Antecedentes de la invención
Las técnicas de pretratamiento usadas a menudo son, por ejemplo, tratamiento con llama y descarga en corona. Estas técnicas tienen deficiencias de seguridad importantes. Otra técnica de pretratamiento es la aplicación de promotores de adhesión, tales como poliolefinas cloradas. Los revestimientos basados en poliolefinas cloradas se aplican generalmente a bajo contenido de sólidos y se hacen normalmente conductoras para facilitar la aplicación electrostática de capas de revestimiento posteriores. No obstante, las poliolefinas cloradas son caras y se encontró que tenían impacto negativo sobre la resistencia química.
Además, se han intentado las poliolefinas no cloradas, pero, al igual que con las poliolefinas cloradas, estos promotores de la adhesión disminuyen la resistencia química. Además, se encontró que la adhesión a películas de revestimiento adicionales aplicadas sobre tales imprimaciones era selectiva, basada en la capa de acabado.
Sumario de la invención
El objeto de la invención es crear una imprimación que muestre buena adhesión a sustratos no polares así como a capas de revestimiento adicionales aplicadas sobre una capa de la imprimación, sin que disminuya la resistencia química. Otro objeto de la invención es un método de revestir un sustrato no polar que tenga como resultado buena adhesión de la imprimación/sustrato, así como buena adhesión entre la imprimación y otro revestimiento aplicado sobre la imprimación.
Descripción detallada de la invención
El objeto de la invención se logra mediante un método de revestir un sustrato no polar que comprende las etapas de aplicar una imprimación que comprende uno o más polímeros no polares con función silano sobre el sustrato y aplicar una capa de un revestimiento pigmentado sobre la capa de imprimación. Los polímeros no polares son polímeros que tienen cadenas principales que están sustancialmente exentas de grupos iónicos u otros grupos polares distintos de los grupos funcionales silano. A este respecto, "sustancialmente libre" significa menor que alrededor de 5% en peso del polímero, preferentemente menor que alrededor de 1% en peso.
Se ha encontrado que el método según la presente invención tiene como resultado una excelente adhesión de la imprimación-sustrato, también cuando está revestido con sistemas de capa base/capa transparente de alta o baja
cocción. Sorprendentemente, las imprimaciones no sólo mostraron excelente adhesión a los sustratos no polares sino también a las capas de revestimiento pigmentadas adicionales aplicadas sobre ellas, que generalmente son de naturaleza más polar. Los sustratos revestidos usando un método según la invención muestran buena resistencia química, particularmente resistencia a la gasolina, y buenos resultados en los ensayos de choque térmico y chorro de agua. Las imprimaciones parecen ser particularmente apropiadas para sustratos poliolefínicos termoplásticos, por ejemplo, sustratos de polipropileno modificado con caucho.
Los polímeros modificados con silano apropiados que se pueden usar en realizaciones de una imprimación de acuerdo con la presente invención son poliolefinas modificadas con silano, particularmente poli(alfa-olefinas), homo- o copolímeros de olefinas, por ejemplo, polietileno, polipropileno, polibutileno, etileno-propileno, etileno-hexileno, etileno-butileno-estireno, etileno-éteres de vinilo (por ejemplo, etileno-acetato de vinilo), etileno-ésteres del ácido (met)acrílico (por ejemplo, etileno-acrilato de etilo, etileno-acrilato de metilo, y etileno-acrilato de butilo). Un ejemplo particularmente apropiado de una poliolefina modificada con silano comercialmente disponible es Vestoplast® 206, disponible de Degussa.
El polímero usado en la imprimación puede comprender hasta 20% de grupos funcionales silano, por ejemplo, entre 0,1-10%, o entre 0,5-6% en peso del polímero.
La imprimación comprende típicamente uno o más disolventes para obtener una viscosidad requerida. Para este fin, se pueden usar disolventes tales como hidrocarburos aromáticos (por ejemplo, xileno y/o tolueno) o alifáticos, ésteres, éteres, alcoholes, cetonas, éter-acetatos o sus mezclas. Un disolvente particularmente apropiado es, por ejemplo, Aromatic® 100, comercialmente disponible de Exxon-Mobil, que es una mezcla de hidrocarburos aromáticos que da un mejor aspecto a la solución y que tiene un menor contenido de contaminantes peligrosos del aire que el xileno o tolueno. Un disolvente no aromático apropiado es, por ejemplo, nafta VMP®, disponible de Ashland Chemical Company. También se pueden usar mezclas de dos o más de estos disolventes. Por ejemplo, tolueno, xileno y/o nafta VMP® se pueden usar solos o en conjunción con Aromatic® 100 para lograr las características de secado y solubilidad deseadas. El contenido de sólidos puede variar, por ejemplo, desde alrededor de 15% en peso hasta alrededor de 35% en peso, pero también se pueden usar contenidos de sólidos menores o mayores, si así se desea.
Bajo la influencia de la humedad, el grupo silano se hidroliza formando grupos silanol. El polímero puede, posteriormente, ser reticulado, por ejemplo, mediante condensación del silanol o por reacción con polímeros con función hidroxilo. Las reacciones de condensación de silanol pueden estar catalizadas por un catalizador de condensación de silanol, tal como carboxilatos metálicos, por ejemplo, dilaurato de dibutilestaño, compuestos organometálicos, por ejemplo, titanato de tetrabutilo, bases orgánicas, por ejemplo, etilamina, y ácidos minerales y grasos. Otros catalizadores apropiados se describen en el documento US-A-3.646.155. El catalizador se puede usar opcionalmente en una cantidad de 0,004 - 0,2%, por ejemplo, desde 0,01 - 0,1% en peso de la composición de la imprimación.
La composición de la imprimación también puede comprender otros componentes tales como cargas o pigmentos. Cargas apropiadas son, por ejemplo, talco y carbonato cálcico. Se pueden usar pigmentos orgánicos o inorgánicos, tales como dióxido de titanio. También se pueden usar pigmentos conductores, tales como negro de humo
conductor.
La composición de la imprimación de la presente invención también puede contener otros aditivos. Aditivos típicos son, por ejemplo no limitativo, agentes dispersantes, por ejemplo, lecitina de soja; diluyentes reactivos; plastificantes; agentes de nivelación, por ejemplo, oligómeros de acrilato; agentes antiespumantes, por ejemplo, aceite de silicona; sales metálicas de ácidos orgánicos, tales como etilhexanoato de cobalto; agentes quelantes; agentes de control de la reología, por ejemplo, bentonitas, sílice pirolizada, derivados de aceite de ricino hidrogenado y aductos de un di- o triisocianato a una monoamina; antioxidantes, tales como fenoles sustituidos; y estabilizadores frente a la radiación UV, tales como benzofenonas, triazoles, benzoatos y bipiridilaminas con impedimento estérico.
Se observó que la adición de una o más resinas de hidrocarburo aromático alquilado a la composición de la imprimación mejora significativamente la estabilidad de la imprimación enlatada. Un ejemplo comercialmente disponible de una resina apropiada es Nevchem® 140, disponible de Neville Chemical Company.
La imprimación es particularmente apropiada para uso con sustratos no polares, tales como sustratos de poliolefina termoplástica, por ejemplo, sustratos hechos de polipropileno o polietileno.
Como es usual, por ejemplo, en la industria del automóvil, la composición de revestimiento aplicada sobre la imprimación puede ser una capa base que, a su vez, está revestida con una capa transparente. Opcionalmente, tal sistema de capa base/capa transparente, se puede aplicar por medio de un procedimiento de húmedo-sobre-húmedo. En tal procedimiento, la imprimación se aplica sobre el sustrato no polar, se seca instantáneamente, por ejemplo, durante alrededor de cinco minutos, y se reviste con una capa base. Después del secado instantáneo de la capa de capa base, por ejemplo, durante alrededor de cinco minutos, se aplica una capa transparente sobre la capa base. Posteriormente, la imprimación, la capa base y la capa transparente se curan conjuntamente, por ejemplo, horneando o curando con UV o cualquier otro método de curado apropiado.
En vez de usar un sistema de capa base/capa transparente, se puede usar un sistema de monocapa, si así se requiere. En un sistema de monocapa, se aplica un único revestimiento pigmentado sobre la capa de imprimación, sin el uso de una capa transparente.
La capa base, la monocapa y/o la capa transparente pueden ser, por ejemplo, revestimientos soportados en agua o soportados en disolvente. Las capas base soportadas en disolvente se pueden combinar con capas transparentes soportadas en agua, y al contrario, si se desea.
La capa base, la capa transparente o la monocapa se pueden basar en cualquier mecanismo de reticulación o curado apropiado. Los revestimientos pueden ser sistemas 1K o de único componente que usan agentes de reticulación bloqueados o latentes. Por otra parte, se pueden usar revestimientos 2K o multicomponentes, en los que los agentes de reticulación y ligantes co-reactivos se almacenan separadamente y se mezclan inmediatamente antes o durante la aplicación.
Un mecanismo de reticulación apropiado para sistemas de capa base y capa transparente es, por ejemplo, la reticulación NCO-OH, realizada generalmente mediante un agente de reticulación de poliisocianato y una resina con función hidroxilo, o al contrario, si así se desea.
Ejemplos de poliisocianatos apropiados incluyen 1,6-diisocianatohexano, 1,6-diisocianato de hexametileno, diisocianato de isoforona, tetrametilxilileno, 2-metil-1,5-diisocianatopentano, 1,6-diisocianato de 2,2,4-trimetilhexametileno, 1,12-diisocianatododecano, 4,4-diisocianato de diciclohexilmetano de metileno o bis(isocianatociclohexil)metano, y sus aductos, tales como biurets o isocianuratos. Un biuret apropiado es, por ejemplo, el biuret de 1,6-diisocianato de hexametileno, comercialmente disponible como Desmodur® N de Bayer. Ejemplos de isocianuratos apropiados son el isocianurato de 1,6-diisocianato de hexametileno y el isocianurato de diisocianato de isoforona, comercialmente disponibles como Desmodur® N-3390 y Desmodur® Z-4370, respectivamente, ambos de Bayer. Generalmente, la relación de NCO:OH está en el intervalo de 0,5-3:1, tal como 1-2:1.
Para impedir la reticulación prematura, los agentes de reticulación y los compuestos correactivos se envasan separadamente y se mezclan sólo inmediatamente antes o durante la aplicación (generalmente denominado un sistema 2K o de dos componentes). Por otra parte, se puede bloquear una de las funcionalidades de reticulación, dejando así la mezcla de todos los componentes en un único envase o recipiente (sistemas 1K o de un componente). El componente bloqueado se puede desbloquear bajo la influencia de, por ejemplo, temperatura elevada, humedad, luz, etc. Los agentes bloqueadores apropiados para isocianatos son, por ejemplo, cetoximas, ésteres malónicos o acetoacetatos. Los agentes bloqueadores monofuncionales apropiados son, por ejemplo, éster dietílico del ácido malónico, acetoacetato de etilo, \varepsilon-caprolactama, butanonaoxima, ciclohexanonaoxima, 1,2,4-triazol, dimetil-1,2,4-triazol, 3,5-dimetilpirazol o imidazol. Preferentemente, se usan agentes bloqueadores que se separan dentro del intervalo de temperatura hasta 160°C, más preferentemente hasta 150°C.
Los agentes de reticulación de isocianato se pueden usar no sólo en sistemas de curado de NCO/OH, sino también en combinación con resinas que comprendan grupos funcionales que tengan hidrógenos activos, tales como politioles o poliaminas.
Otros agentes de reticulación apropiados para compuestos con función hidroxilo son, por ejemplo, agentes de reticulación de melamina. Ejemplos de melaminas apropiadas son condensados de melamina-formaldehído parcial y completamente alquilados, por ejemplo, resinas de melamina-formaldehído metiladas. Ejemplos particulares son hexametoximetilmelamina (por ejemplo, Cymel® 303), éter mixto metoxi/butoxi metilmelamina (por ejemplo, Cymel® 1135), metoximetilmelamina polimérica con alto contenido de imino (por ejemplo, Cymel® 325), estando todos los mencionados productos Cymel® comercialmente disponibles de Cytec Industries Inc.
La imprimación se puede aplicar al sustrato de cualquier manera apropiada, tal como mediante revestimiento con rodillo, pulverización, aplicación con brocha, revestimiento fluido o inmersión. La imprimación se aplica típicamente en un espesor de capa de película seca de alrededor de 5-10 micrómetros, por ejemplo, 6-8 micrómetros. La capa de la capa base o capa de monocapa de aplica generalmente en un espesor de capa de película seca de 20-50 micrómetros, por ejemplo, de 30-40 micrómetros. Si se aplica una capa transparente, el espesor de capa de la película seca es típicamente alrededor de 40-50 micrómetros.
La invención se describe adicionalmente y se ilustra mediante los siguientes Ejemplos. En los Ejemplos, todas las cantidades de contenidos se dan en partes en peso, pep, a menos que se indique de otra forma.
Ejemplo 1
Vestoplast® 206, una poliolefina modificada con silano disponible de Degussa, se fundió y disolvió en Aromatic® 100 dando como resultado una solución al 20%. 100 pep de esta solución se mezclaron con 2,4 pep de negro de humo conductor y 0,93 pep de talco y de molieron con un Dino-Mill en un molino de dispersión horizontal hasta lograr una finura de molienda mínima de 4 en el calibrador Hegman. Posteriormente, se añadieron 112 pep de tolueno y 1,91 pep de una solución al 1% de dilaurato de dibutilestaño en Aromatic® 100.
La composición de la imprimación resultante se aplicó a una serie de paneles de material termoplástico (Reactor Grade TPO, CA 186 AC de Basell) a un espesor de película seca de alrededor de 5-10 \mum. Posteriormente, se aplicó una capa base de uretano soportado en disolvente de dos componentes a alrededor de 38 \mum de espesor de película seca. La capa base estaba basada en un poliéster con función hidroxilo reticulado mediante un agente de reticulación de isocianato. La imprimación y la capa base se secaron instantáneamente durante 5 minutos a temperatura ambiente. Posteriormente, se aplicó una capa transparente de uretano de dos componentes, basada en resina acrílica con función hidroxilo y un agente de reticulación de isocianato. Después de 10 minutos de secado instantáneo, se horneó todo el sistema a 80°C durante 30 minutos.
Ejemplo 2
Se repitió el Ejemplo 1, pero con un sistema de capa base/capa transparente diferente. La capa base fue una composición soportada en disolvente de un solo componente basada en un poliéster-poliol y un agente de reticulación de melamina. La capa transparente fue una composición soportada en disolvente de un solo componente basada en un poliuretano-poliol y un agente de reticulación de melamina. Después de la aplicación, se horneó el sistema completo a una temperatura de 120°C durante 30 minutos.
Los paneles se ensayaron de conformidad con las especificaciones de General Motors, usando los métodos de ensayo especificados en la Tabla 1.
TABLA 1
Ensayo Método de ensayo Resultados del ensayo para los
Ejemplos 1 y 2
Adhesión en humedad a 240 h GM 4465 P, GM 9071 P Pasa la adhesión
Choque térmico GM 9525 P Pasa la adhesión
Chorro de agua GM 9531 P Pasa la adhesión
Grava en congelador de 2,844 l, 45º SAE J 400 Cumple varias especificaciones
de OEM
Inmersión en gasolina GM 9501 P, método B Pasa tiempo de inmersión de
30 minutos
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo Comparativo A
Vestoplast® 708, una clase no silanizada, se fundió y disolvió en Aromatic® 100 dando como resultado una solución al 20%. De cada una de estas clases se hizo una composición de la imprimación similar a la del Ejemplo 1, excepto por retener la solución al 1% de dilaurato de dibutilestaño en Aromatic® 100. La composición de la imprimación resultante se aplicó a una serie de paneles de material termoplástico (Reactor Grade TPO, CA 186 AC de Basell) a un espesor de película seca de alrededor de 5-10 \mum. Posteriormente, se aplicó una capa base/capa transparente y se horneó como se describe en el Ejemplo 1.
Al ensayar para determinar la adhesión según el método de ensayo de GM GM9071 P, se observó que la capa base no tenía adhesión a la capa de imprimación.
Ejemplo Comparativo B
Se repitió el Ejemplo Comparativo A usando Vestoplast® 828 en vez de Vestoplast® 708. Vestoplast® 828 es una poliolefina sin grupos funcionales silano. Los resultados del ensayo fueron los mismos que en el Ejemplo Comparativo A.
Ejemplos Comparativos C y D
Se repitieron los Ejemplos 1 y 2 usando, en ambos casos, una imprimación de poliolefina clorada, comercialmente disponible de Rohm and Haas HP 21054-4B1. Los resultados del ensayo fueron similares a los de los Ejemplos 1 y 2.
Ejemplo 3
Vestoplast® 206 se fundió y disolvió en Aromatic® 100 dando como resultado una solución al 20%. 71,04 pep de esta solución se mezclaron con 4,3 pep de Aromatic® 150, 3,72 pep de Aromatic® 100 y 25 pep de nafta VMP. Posteriormente, se añadieron a la mezcla 0,69 pep de una solución al 1% en Aromatic® 100 de dilaurato de dibutilestaño.
La composición de imprimación transparente resultante se pulverizó sobre un sustrato de TPO moldeado en color (Sequel 1140 YBTA) a un espesor de película seca de alrededor de 5-10 \mum. La imprimación se secó instantáneamente durante 5 minutos a temperatura ambiente.
Posteriormente, se aplicó una capa base de uretano soportado en disolvente de dos componentes a un espesor de película seca de alrededor de 38 \mum. La capa base estaba basado en poliéster con función hidroxilo reticulado mediante un agente de reticulación de isocianato. La capa base se secó instantáneamente durante 5 minutos a temperatura ambiente. Posteriormente, se aplicó una capa transparente de uretano de dos componentes, basada en resina acrílica con función hidroxilo y un agente de reticulación de isocianato. Después de 10 minutos de secado instantáneo, se horneó todo el sistema a 80°C durante 30 minutos.
Los paneles se ensayaron de acuerdo con el procedimiento de ensayo de General Motors GM4465 P y GM9071 P para la adhesión en humedad a 240 horas. Los resultados del ensayo cumplen los criterios del procedimiento de no pérdida de adhesión o formación de ampollas tras la exposición a humedad.
Repitiendo el experimento usando sustratos de TPO de calidad para extrusión (Sequel E3000 e Indure 1500 HG) dieron los mismos resultados.
Ejemplo 4
Se hizo una imprimación transparente como en el Ejemplo 3 y se aplicó en un sustrato de TPO (Sequel 1140 YBTA) moldeado en color (MIC) hasta un espesor de película seca de alrededor de 5-10 \mum. La imprimación se secó instantáneamente durante 5 minutos a temperatura ambiente.
Sobre el sustrato imprimado se aplicó una capa base de un componente basada en un poliéster-poliol y un agente de reticulación de melamina. Posteriormente, se aplicó una capa transparente soportada en disolvente de un componente, basada en un poliuretano-poliol y un agente de reticulación de melamina. Después de la aplicación, el sistema completo se horneó a una temperatura de 120°C durante 30 minutos.
Se llevaron a cabo los mismos ensayos que en el Ejemplo 3. No se produjo pérdida de adhesión o formación de ampollas. Repitiendo el experimento usando sustratos de TPO (Sequel E3000 e Indure 1500 HG) de calidad para extrusión dieron los mismos resultados.
Ejemplo 5
Vestoplast® 206 se fundió y disolvió en Aromatic® 100 dando como resultado una solución al 20%. 35,63 pep de esta solución se mezclaron con 3,63 pep de Aromatic® 100, 1,66 pep de negro de humo conductor y 0,65 pep de sulfato de bario precipitado (Blanco Fijo). Esta mezcla se molió con un Dyno-Mill en un molino de dispersión horizontal hasta lograr una finura de molienda mínima de 4 en el calibrador Hegman.
Posteriormente, se añadieron 4,2 pep de Aromatic® 150, 19,91 pep de la solución al 20% de Vestoplast® 206, 19,80 pep de nafta VMP, 8,47 pep de Aromatic® 100 y 0,55 pep de una solución al 0,1% de dilaurato de dibutilestaño en Aromatic® 100. A esta mezcla, se añadieron 5,49 pep de una solución al 20% en xileno de una resina de hidrocarburo aromático alquilado (Nevchem® 140, disponible de Neville Chemical Company). Se observó que la adición de esta resina mejoraba significativamente la estabilidad enlatada de la imprimación.
La composición de la imprimación resultante se aplicó a una serie de paneles de material termoplástico (Reactor Grade TPO, CA 186 AC de Basell) a un espesor de película seca de alrededor de 5-10 \mum. Posteriormente, como en el Ejemplo 1, se aplicó una capa base de uretano soportado en disolvente de dos componentes a un espesor de película seca de alrededor de 38 \mum. La capa base estaba basada en un poliéster con función hidroxilo reticulado mediante un agente de reticulación de isocianato. La imprimación y la capa base se secaron instantáneamente durante 5 minutos a temperatura ambiente. Posteriormente, se aplicó una capa transparente de uretano de dos componentes, basada en una resina acrílica con función hidroxilo y un agente de reticulación de isocianato. Después de 10 minutos de secado instantáneo, se horneó todo el sistema a 80°C durante 30 minutos. Los paneles se ensayaron de la misma forma que en el Ejemplo 1. Los resultados del ensayo fueron similares (véase la Tabla 1).

Claims (14)

1. Un método de revestir un sustrato no polar, que comprende las etapas de aplicar una imprimación que comprende uno o más polímeros no polares con función silano sobre el sustrato no polar y, posteriormente, aplicar una o más capas de un revestimiento pigmentado sobre la capa de imprimación.
2. El método según la reivindicación 1, en el que la composición del revestimiento aplicado sobre la imprimación es una capa base y posteriormente se aplican sobre la capa base una o más capas de una capa transparente.
3. El método según la reivindicación 2, en el que la capa base y la capa transparente te aplican húmedo sobre húmedo y se curan conjuntamente en una etapa subsiguiente.
4 Una composición de la imprimación que comprende una resina de hidrocarburo aromático alquilado y un polímero no polar, en la que el polímero comprende grupos silano.
5. La composición de la imprimación según la reivindicación 4, en la que el polímero es una poliolefina.
6. La composición de la imprimación según la reivindicación 5, en la que la poliolefina es un polipropileno.
7. La composición de la imprimación según la reivindicación 4, en la que comprende uno o más pigmentos conductores.
8. La composición de la imprimación según la reivindicación 4, en la que comprende un catalizador de condensación de silanol.
9. La composición de la imprimación según la reivindicación 8, en la que el catalizador de condensación de silanol es un compuesto de organoestaño.
10. La composición de la imprimación según la reivindicación 9, tal que el compuesto de organoestaño es dilaurato de dibutilestaño.
11. La composición de la imprimación según la reivindicación 4, en la que el polímero comprende hasta 20% en peso de grupos con función silano, por ejemplo, entre 3-10%, por ejemplo, alrededor de 5% en peso del polímero.
12. Un sustrato no polar revestido según la reivindicación 1.
13. El sustrato no polar según la reivindicación 12, en el que el sustrato es un sustrato de poliolefina.
14. El sustrato no polar según la reivindicación 13, en el que el sustrato de poliolefina es un sustrato de polipropileno.
15. El sustrato no polar según la reivindicación 14, en el que el sustrato es un polipropileno modificado con caucho.
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