ES2685266B1 - Composición de elastómero de silicona bicomponente curable mejorada - Google Patents

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Description

DESCRIPCION
COMPOSICION DE ELASTOMERO DE SILICONA BICOMPONENTE
CURABLE MEJORADA
La presente invencion se refiere a una nueva composicion de elastomero de silicona de alta consistencia bicomponente, curable tanto a elevada temperatura, a temperatura ambiente y por ondas electromagneticas. Puede utilizarse para diversos propositos, ya sea para la personalizacion de la forma de productos para uso ludico domestico como docente tal como la plastilina, como para la obtencion de productos industriales o artisticos tales como moldes para duplicado de objetos, para bisuteria, arts & Crafts.
Antecedentes de la invencion
En el estado de la tecnica son conocidas composiciones de silicona curable a temperatura ambiente para permitir a los usuarios adaptar o personalizar la forma de los productos finales.
Asi, ES2389759 divulga una composicion de silicona curable a temperatura ambiente con humedad ambiental en 24 horas, que comprende polidimetilsiloxano, sflice pirogenica tratada con silano, silicato de magnesio, un reticulante de silano hidrolizable y una cantidad de un catalizador de curado, preferiblemente un compuesto de estano tal como el dilaurato de dibutilestano. Se trata de una composicion de un producto curable en superficie, de modo que bajo esta superficie curada, la composicion todavia es moldeable y el usuario puede continuar modelando el producto. Sin embargo, para evitar que prosiga el curado, el producto moldeable debe envasarse en un envase hermetico y al vado y, por lo tanto, se desperdicia todo el producto que no se haya envasado correctamente.
La patente CN101671482 describe una silicona bicomponente de curado a temperatura ambiente para la fabrication de juguetes de modelado manual. La silicona bicomponente esta formada por un componente masilla y un componente catalizador, donde la relation entre ambos componentes es 1:1, y el componente masilla comprende aceite de metil vinil silicona, un agente reticulante de la metil vinil silicona, un inhibidor, microesferas de baja densidad, agente secuestrante de hidrogeno, agente de liberacion de molde, un plastificante y un agente de relleno; y el componente catalizador comprende gel de sflice, un compuesto complejo de coordination de metil vinil siloxano y platino, microesferas de baja densidad, un agente de liberation de molde, un plastificante y un agente de relleno. El inhibidor es un Kquido de bajo peso molecular de tipo siloxano. Sin embargo, el material divulgado en CN101671482 no contempla el curado a alta temperatura.
Por otro lado, tambien se han descrito materiales termoplasticos que requieren altas temperaturas para el curado, mediante aire caliente o agua caliente, en donde el curado tiene lugar por evaporation del disolvente. Por ejemplo, US5431563 y US5536544 divulgan composiciones que requieren el uso de calor para permitir que los materiales utilizados sean moldeables y/o curables.
WO201425078 divulga una composition de arcilla para el modelado, que es curable con aire caliente. La composicion de arcilla de modelado se prepara mezclando conjuntamente una silicona base en estado gelificado que se forma mezclando siloxano, silicona, grupo terminado de vinilo, metil vinilo, dimetilo, un regulador de la plasticidad hecho de un material en polvo a base de sflice para regular la dureza, un agente antiaglutinante oleoso hecho de un material polidimetilsiloxano para evitar el aglomerado, un agente antimicrobiano, y un agente de curado de platino.
Forma parte del conocimiento general de un experto en la materia la existencia de tres tipos de tecnologias para el curado o vulcanizado de siliconas: reticulation en caliente, reticulation a temperatura ambiente, o curado por radiation UV. La reticulacion en caliente, de forma general, se lleva a cabo mediante peroxidos que generan radicales libres con una primera etapa de consolidation en molde a aproximadamente 125 °C, seguido de una segunda etapa de postcurado para la elimination de peroxidos, agua y pequenas moleculas originadas, o bien mediante agentes endurecedores oligomeros polisiloxano con grupo lateral hidruro catalizador de Pt, donde la reaction tiene lugar en aproximadamente 10-20 segundos a 175-190 °C y en los que la velocidad puede regularse con la presencia de inhibidores o retardadores en la composicion. La reticulacion a temperatura ambiente de, forma general, se lleva a cabo mediante un mecanismo de condensation que se inicia por vapor de agua. Y finalmente, por curado mediante radiacion UV, limitado a piezas de pequeno espesor pero que no necesita temperatura, ni humedad del ambiente.
El problema, a la vista del estado de la tecnica es el de como proporcionar una composicion de elastomero de silicona que posea la doble propiedad de curado a temperatura ambiente y curado a elevada temperatura, en el que el tiempo de curado a temperatura ambiente ademas sea lo suficientemente largo como para que un usuario pueda personalizar el modelado de una pieza, proporcionando la versatilidad de curado un producto modelado de propiedades mejoradas que lo hacen versatil para diferentes aplicaciones.
Descripcion de la invencion
Con la composition de elastomero de silicona bicomponente mejorada de la invencion se consiguen resolver los inconvenientes citados, presentando otras ventajas que se describiran a continuacion.
Para superar los inconvenientes del estado de la tecnica se proporciona una composicion de elastomero de silicona bicomponente curable a elevada temperatura y temperatura ambiente, donde la silicona es polidimetilsiloxano de alta consistencia, que se caracteriza por el hecho de que dicha composicion consiste en dos componentes, A y B, presentes en una relation sustancialmente proxima a 1:1 y comprenden cada uno de ellos los siguientes ingredientes:
- componente A formado por elastomero de polidimetilsiloxano 40-85%, carga reforzante sflice pirogenica y/o sflice precipitada 10-30%, catalizador de curado metilhidrogeno y agentes captadores de hidrogeno 0,5-10% donde los porcentajes estan expresados en peso con respecto al peso del componente A, con la condition de que la suma de todos los componentes no supere el 100%, y
- componente B formado por elastomero de polidimetilsiloxano 40-85%, carga reforzante sflice pirogenica y/o sflice precipitada 10-30%, agente de curado de platino: 1-8% y pigmentos: hasta 5%, donde los porcentajes estan expresados en peso con respecto al peso del componente B, con la condicion de que la suma de todos los componentes no supere el 100%,
donde la composicion de elastomero de silicona bicomponente presenta una viscosidad Mooney antes de curado comprendida entre 15 y 75 mPa s, y una dureza Shore despues de curado comprendida entre 10 y 80 Sh A.
La silicona es polidimetilsiloxano de alta consistencia.
Ventajosamente, la composicion de elastomero de silicona bicomponente de la invencion posee la triple funcionalidad de curar a elevada temperatura, a temperatura ambiente, y por radiacion electromagnetica siendo la transformation del 100% de la composition a fase elastica, lo que la hace una composicion de elastomero de silicona muy util y con un amplio espectro de aplicaciones.
El curado o vulcanizado se activa cuando se juntan los dos componentes en una proportion sustancialmente igual a 1:1 (al 50%). El modo de curado o vulcanization se ha definido para que este no sea ni demasiado rapido, ni demasiado lento, teniendo asi un usuario el tiempo suficiente para modelar la composicion bicomponente de silicona, tras mezclar los dos componentes A y B.
Ventajosamente, el tiempo de modelado por parte del usuario puede ser de varias horas, pudiendose ajustar dicho tiempo, modificando en la composicion los porcentajes de catalizador en el componente A y los porcentajes de agente de curado de Platino en el componente B. A mayor porcentaje de catalizador y mayor porcentaje de agente de curado menor tiempo de curado tras mezclar los dos componentes A y B de la composicion inventiva de la invention.
Los autores de la presente invencion han encontrado que para obtener la composicion inventiva de la invencion ambos componentes A y B deben contener los mismos ingredientes a exception del catalizador y el agente de curado, pudiendose incorporar los pigmentos conjuntamente bien al componente que lleva el catalizador o al componente que lleva el agente de curado de Platino.
El componente B comprende pigmentos al objeto de proporcionar productos, piezas u objetos finales de colores diversos.
En una realization preferida, la composicion inventiva de la invencion consiste en dos componentes, A y B, en una relation sustancialmente proxima a 1:1 y comprenden cada uno de ellos los siguientes ingredientes: el componente A esta formado por elastomero de polidimetilsiloxano 50-80%, carga reforzante sflice pirogenica y/o sflice precipitada 15-25%, catalizador de curado metil-hidrogeno y agentes captadores o secuestrantes de hidrogeno 1­ 5%, donde los porcentajes estan expresados en peso con respecto al peso del componente A, con la condition de que la suma de todos los componentes no supere el 100%, y el componente B esta formado por elastomero de polidimetilsiloxano 50-80%, carga reforzante sflice pirogenica y/o sflice precipitada 15-25%, agente de curado de platino: 1-5% y pigmentos: hasta el 5%, donde los porcentajes estan expresados en peso con respecto al peso del componente B, con la condition de que la suma de todos los componentes no supere el 100%.
En la presente invention, una relation entre los componentes A y B sustancialmente proxima a 1:1 incluye una relacion comprendida entre 0,8:1,2 y 1,2:0,8, preferiblemente comprendida entre 0,9:1,1 y 1,1:0,9, mas preferiblemente de 1:1.
El componente A de la composicion es transparente.
El componente B de la composition es coloreado por la presencia de los pigmentos, aunque tambien puede ser transparente si no se le incorpora ningun pigmento.
El componente A, el componente B, y la composicion bicomponente A+B antes de curar, es decir en su fase plastica, presentan una plasticidad Williams, medida segun la norma ASTM D926, comprendida entre 100 y 800 mm.
El componente A, el componente B, y la composicion bicomponente A+B antes de curar, es decir en su fase plastica, presentan una viscosidad Mooney, medida segun la norma DIN 53523/23°C, comprendida entre 15 y 75 mPa s.
En una realization, la composicion de elastomero de silicona bicomponente es modelable a temperatura ambiente en un periodo de tiempo de 5 horas. El curado se materializa en un plazo de 24-48 horas, en funcion del tamano de la pieza.
En otra realizacion alternativa, la composicion de elastomero de silicona bicomponente es curable en aire caliente o por radiation electromagnetica. La temperatura de un horno convencional es adecuada para realizar el curado en aire caliente, estando el rango de temperaturas habitual comprendido entre 150 y 300 °C, y el uso de un microondas domestico convencional para el curado por radiacion electromagnetica, estando la potencia comprendida entre 500 y 2000 W. En estas realizaciones, a mayor potencia menor tiempo de curado y a mayor temperatura menor tiempo de curado.
En otro aspecto, la invencion se refiere a un producto modelable obtenido con la composicion inventiva de la invencion. Ventajosamente, dicho producto soporta temperaturas extremas, que incluyen temperaturas entre -40 y 250°C
En otro aspecto, el producto modelable obtenido despues del curado destaca por ser inerte. Posee una excelente resistencia a la intemperie y a los agentes atmosfericos (ozono, UV, salinidad, humedad, etc), por lo que es un producto ideal para aplicaciones de uso externo.
En otro aspecto, destacar tambien su atoxicidad. Bien es sabido que las siliconas, debido a sus caracteristicas se utilizan para fabricar productos para contacto alimentario, para aplicaciones farmaceuticas, medicas....Nuestro producto, debido a su composition de silicona, tambien es un material atoxico . Cumple con los requisitos y normativas que aplican al sector del juguete (Norma DIN EN-71), por lo que es un producto ideal para uso ludico y/o docente.
El producto modelable obtenido despues del curado presenta dureza Shore comprendida entre 10 y 80 Sh A. Para la determination de la dureza se ha empleado la norma DIN 53505-A/23°C/sobre probetas de 6mm de espesor.
La invention tambien se refiere al uso de la composicion inventiva de la invention para obtener un molde para duplicar un producto. Con el molde obtenido pueden reproducirse figuras con distintos tipos de materiales tales como yeso, hielo, arcilla polimerica, cera, jabon, resina, entre otros. Incluso es valido para utilizar con metales de bajo punto de fusion como el plomo, zamak o peltre habitualmente empleados en bisuteria. Por lo tanto, la invencion proporciona ademas un producto acabado, despues de curado, resistente a elevadas temperaturas, no dependiendo esta propiedad de la tecnica de curado, es decir, si el producto modelado se ha curado a temperatura ambiente, elevada temperatura o por ondas electromagneticas
Ventajosamente, la composicion inventiva de la invencion posee buenas propiedades adhesivas a otros materiales, en especial a materiales porosos tal como la escayola, madera, arcillas, etc.
La invencion tambien se refiere a un procedimiento para obtener un producto moldeable, en el que la composicion inventiva de la invencion se mezcla y se modela en condiciones ambientales, teniendo un tiempo de modelado de hasta 5 horas, en el que el curado se materializa en 24-48 horas a temperatura ambiente, en funcion del tamano de la pieza y en aire caliente o radiation electromagnetica en cuestion de minutos en funcion de la temperatura y la potencia y el tamano de la pieza, respectivamente.
La transformation al 100% a la fase elastica (curado) dependera del tamano de la pieza u objeto modelado. Puede realizarse en un periodo de 24-48 horas a temperatura ambiente y en cuestion de minutos en un microondas o un horno con aire caliente.
Ventajosamente, la composition de elastomero de silicona bicomponente de la invention presenta la versatilidad de facilitar el modelado del producto, la pieza u objeto, durante un periodo de hasta 5 horas, pudiendose, si se desea, acelerar el curado en el momento que el usuario haya finalizado el modelado de la pieza u objeto mediante el uso de aire caliente en un horno convencional o mediante el uso de radiation electromagnetica en un microondas convencional. Alternativamente, la pieza u objeto cura a temperatura ambiente en un periodo comprendido entre 24-48 horas
La composicion de silicona bicomponente de la invencion presenta las siguientes ventajas con respecto los productos existentes en el estado de la tecnica:
Respecto a la plastilina: la composicion inventiva de la invencion puede moldearse de la misma manera, y el producto resultante es elastico y duradero, a diferencia de la plastilina. La composicion inventiva tiene una mayor gama de colores, incluso transparentes.
Si se prefiere, es posible tambien utilizar el producto sin que se active el curado o vulcanization, utilizando unicamente el componente B (y sus variantes de color). De esta manera el producto no vulcaniza y su uso se asemeja a la plastilina convencional. Pero con la ventaja de que mancha menos, no endurece, ni se reseca, como la plastilina convencional.
Respecto a la arcilla polimerica de secado a temperatura ambiente:
• Mas facil de modelar, no colapsa a diferencia de las arcillas polimericas de secado a temperatura ambiente;
• Tiene una gama mas amplia de colores, mas vivos, con posibilidad de obtener el color transparente;
• Caducidad: la composicion inventiva de la invencion tiene un periodo de caducidad superior, ya que en contacto con el aire no se seca;
• La composicion inventiva de la invencion tras la vulcanizacion tiene unas propiedades elasticas superiores;
• La composicion inventiva de la invencion es inerte. No se deshace en contacto con el agua, a diferencia de las arcillas polimericas de secado a temperatura ambiente.
Respecto a la arcilla polimerica de secado a alta temperatura:
• La composition inventiva de la invention tras la vulcanization es elastica, a diferencia de la arcilla polimerica de secado al aire que rigido (no elastico).
Respecto a arcilla, yeso, porcelana:
• La composicion inventiva de la invencion tras la vulcanizacion es elastica, este tipo de materiales no.
Respecto a siliconas bicomponetes para fabricar moldes:
• Las siliconas bicomponentes para fabricar moldes tienen un tiempo de modelado muy limitado (vulcanizan muy rapidamente) lo que no permite crear figuras. Con la composicion inventiva de la invencion si pueden crearse figuras, ademas de que puede utilizarse para fabricar moldes;
Breve description de las figuras
Para mejor comprension de cuanto se ha expuesto se acompanan unas figuras en las que, esquematicamente y tan solo a trtulo de ejemplo no limitativo, se representa un caso practico de realizacion.
La figura 1 es muestra cuatro fotografias (a - d) de distintos productos de creation personalizada obtenidos con la composicion inventiva de la invencion.
La figura 2 muestra un molde obtenido con la composicion inventiva de la invencion con el producto duplicado con este molde.
La figura 3 muestra un protector de manillar de bicicleta obtenido con la composicion inventiva de la invencion.
La figura 4 muestra un objeto de escayola pegado empleando la composicion inventiva de la invencion.
Ejemplos
Ejemplo 1: Preparation de la composition de elastomero de silicona bicomponente Componente A: 1 kg
Elastomero de silicona (polidimetisiloxano): 80%
Carga reforzante sflice pirogenica: 15%
Catalizador de curado metil-hidrogeno y agentes captadores de hidrogeno: 5%
Componente B: 1.200 kg, divididos en varios colores:
Color rojo: 200 gramos
Elastomero de silicona (polidimetilsiloxano): 80%
Carga reforzante sflice pirogenica: 15%
Agente de curado de platino: 4%
Pigmento rojo: 1%
Color amarillo: 200 gramos
Elastomero de silicona (polidimetilsiloxano): 80%
Carga reforzante silice pirogenica: 15%
Agente de curado de platino: 4%
Pigmento amarillo: 1%
Color azul: 200 gramos
Elastomero de silicona (polidimetilsiloxano): 80%
Carga reforzante sflice pirogenica: 15%
Agente de curado de platino: 4%
Pigmento azul: 1%
Color transparente: 200 gramos
Elastomero de silicona (polidimetilsiloxano): 80%
Carga reforzante sflice pirogenica: 15%
Agente de curado de platino: 4%
Color blanco: 200 gramos
Elastomero de silicona (polidimetilsiloxano): 80%
Carga reforzante sflice pirogenica: 15%
Agente de curado de platino: 4%
Pigmento blanco: 1%
Color negro: 200 gramos
Elastomero de silicona (polidimetilsiloxano): 80%
Carga reforzante sflice pirogenica: 15%
Agente de curado de platino: 4%
Pigmento negro: 1%
Ejemplo 2: Elaboration de figuras la oveja shawn
Primeramente se trabaja con los distintos colores disponibles del componente B. Se combinan y mezclan los colores base, ya que con estos colores base (amarillo, rojo y azul) ademas del blanco, negro y transparente se pueden conseguir una amplisima gama de colores. Mezclando en distintas proporciones se obtienen los distintos colores que conforman las piezas: amarillo, verde, naranja, gris....etc. Anadiendo el color blanco y/o negro se ajusta la tonalidad definitiva de los colores obtenidos.
Ya tenemos todos los colores necesarios del componente B (con cada color se ha formado una esfera). A continuacion, se procede a mezclar con las manos cada esfera de cada color de componente B con la misma cantidad de componente A (1:1), este ultimo de color transparente, hasta que se obtiene un color uniforme. Como resultado se obtienen esferas del doble de tamano de cada color. La proportion de cantidad del componente A y B a mezclar tiene que ser aproximadamente 1:1 pero no es necesario que sea exacto. No hace falta una medicion exacta en una bascula. Con mezclar dos esferas de un tamano similar (medido a ojo) es suficiente.
Empleando dichas esferas de cada color (A+B) es el momento de empezar a modelar las figuras (vease Fig. 1).
La composition de silicona de la invention se modela con facilidad. No colapsa, no mancha, no huele. Las siliconas de colores se pegan entre si, e incluso se pueden despegar con facilidad lo que facilita corregir errores en el modelado.
Una vez que las figuras estan creadas, se procede al curado. En este caso el curado de las figuras se produjo en un horno microondas, a una potencia de 800 W y el curado se realizo en unos 10 minutos.
Ejemplo 2: Elaboracion de protector para manillar bicicleta
Componente B (Azul) Componente A (transparente): se cogen dos porciones del mismo tamano aproximadamente de cada componente, y se mezclan con las manos. Una vez que la mezcla se ha homogeneizado (color azul), se procede a modelar. Se modelan churros de diametro similar, y se colocan en forma de espiral en el manillar de la bicicleta. Una vez cubierto todo el manillar con la silicona, se deja que cure la silicona sobre el manillar a temperatura ambiente. En un plazo de 24-36 horas la silicona ya esta curada (vease Fig. 3).
Ejemplo 3: Elaboracion de molde con la composicion de silicona de la invencion Componente B (transparente) componente A (transparente): se cogen dos porciones del mismo tamano aproximadamente de cada componente, y se mezclan con las manos. Una vez que la mezcla se ha homogeneizado (color transparente), se modela y se incrusta la figura a copiar. De esta forma se crea la cavidad, o negativo en la composicion de silicona de la invencion. En este caso, la figura es un cangrejo de plastico. Se deja que cure a temperatura ambiente. En un plazo de 24 a 36 horas la composicion de silicona de la invencion ya esta curada, y se procede a retirar la figura de plastico. Una vez retirada la figura de plastico, ya esta creado el molde listo para ser utilizado con infinidad de productos (jabones, cera, arcilla polimerica, etc....) (vease Fig. 2).
A pesar de que se ha hecho referencia a una realization concreta de la invencion, es evidente para un experto en la materia que la composicion inventiva de la invencion descrita es susceptible de pequenas variaciones y modificaciones, y que todos los detalles mencionados pueden ser substituidos por otros tecnicamente equivalentes, sin apartarse del ambito de protection definido por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (11)

REIVINDICACIONES
1. Composition de elastomero de silicona bicomponente de alta consistencia curable a elevada temperatura, a temperatura ambiente o mediante radiation electromagnetica, donde la silicona es polidimetilsiloxano de alta consistencia, caracterizada por el hecho de que dicha composicion que consiste en dos componentes, A y B, presentes en una relation sustancialmente proxima a 1:1 y comprenden cada uno de ellos los siguientes ingredientes:
- componente A formado por elastomero de polidimetilsiloxano 40-85%, carga reforzante sflice pirogenica y/o sflice precipitada 10-30%, catalizador de curado metilhidrogeno y agentes captadores de hidrogeno 0,5-10% donde los porcentajes estan expresados en peso con respecto al peso del componente A, con la condition de que la suma de todos los componentes no supere el 100%, y
- componente B formado por elastomero de polidimetilsiloxano 40-85%, carga reforzante sflice pirogenica y/o sflice precipitada 10-30%, agente de curado de platino: 1-8% y pigmentos: hasta 5%, donde los porcentajes estan expresados en peso con respecto al peso del componente B, con la condicion de que la suma de todos los componentes no supere el 100%,
donde la composicion de elastomero de silicona bicomponente presenta una viscosidad Mooney antes de curado comprendida entre 15 y 75 mPa s, y una dureza Shore despues de curado comprendida entre 10 y 80 Sh A.
2. Composicion segun la revindication 1, donde el componente A esta formado por elastomero de polidimetilsiloxano 50-80%, carga reforzante sflice pirogenica y/o sflice precipitada 15-25%, catalizador de curado metil-hidrogeno y agentes captadores de hidrogeno 1-5% donde los porcentajes estan expresados en peso con respecto al peso del componente A, con la condicion de que la suma de todos los componentes no supere el 100%, y el componente B esta formado por elastomero de polidimetilsiloxano 50-80%, carga reforzante sflice pirogenica y/o sflice precipitada 15-25%, agente de curado de platino: 1-5% y pigmentos: hasta 5%, donde los porcentajes estan expresados en peso con respecto al peso del componente B, con la condicion de que la suma de todos los componentes no supere el 100%.
3. Composition segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la relation entre los dos componentes, A y B, es de 0,8:1,2 a 1,2:0,8, preferiblemente 1:1.
4. Composicion segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1, donde el componente A es transparente.
5. Composicion segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el componente B es coloreado por la presencia de los pigmentos, pero que es transparente sin la presencia de pigmentos.
6. Composicion segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la composicion de elastomero de silicona bicomponente es modelable a temperatura ambiente en un periodo de tiempo de hasta 5 horas, y vulcaniza en un plazo de 24­ 48 horas, en funcion del tamano de la pieza.
7. Composicion segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la composicion de elastomero de silicona bicomponente es curable en aire caliente o por radiation electromagnetica.
8. Producto modelable obtenido con una composicion segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
9. Producto segun la revindication 8 que soporta temperaturas extremas, que incluyen temperaturas entre -40 y 250°C.
10. Utilization de la composicion segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores para obtener un molde para duplicar un producto.
11. Procedimiento para obtener un producto moldeable, en el que la composicion segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 se mezcla y se modela en condiciones ambientales, pudiendo modelarse en un periodo de hasta 5 horas que cura a temperatura ambiente en un periodo de tiempo comprendido entre 24-48 horas, en funcion del tamano de la pieza, y en aire caliente o radiacion electromagnetica en cuestion de minutos.
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