DE2717582A1 - Verfahren zur herstellung von schnell haertbaren, lagerstabilen mit epoxidharz/haerter-gemischen beschichteten substraten - Google Patents
Verfahren zur herstellung von schnell haertbaren, lagerstabilen mit epoxidharz/haerter-gemischen beschichteten substratenInfo
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Description
MÜLLEK'ROItK · ÜICU^EL· - SCHÖN · UERTEL
PAT ENTABWÄIT E
.3
DR. WOLFGANG !HOLLER-BORE (PATENTANWALTVON 1927-197S)
DR. PAUL DEUFEL. DIPU-CHKM. DR. ALFRED SCHÖN. DIPL.-CHEM. WERNER HERTEL, DIPL.-PHYS.
S/I 10-150
Inventa AG für Forschung und Patentverwertung, Zürich
Stampfenbachstr. 38, CH-8O23 Zürich / Schweiz
"Verfahren zur Herstellung von schnell härtbaren, lägerstabilen
mit Epoxidharz/Härter-Genrischen beschichteten
Substraten"
7098U/0920
Die vorliegende Erfindung betrifft bei Raumtemperatur lagerstabile, in der Wärme schnell härtbare Substrate,
die mit Epoxidharz/Härter-Gemischen beschichtet sind, ein
Verfahren zu ihrer Herstellung sowie deren Anwendung, insbesondere zur Herstellung von Prepregs, Schichtpressstoffen,
Laminaten und als Folienkleber.
Für die Herstellung von bei Raumtemperatur lagerstabilen,
in der Wärme schnell härtbaren Substraten, die mit Epoxidharz/Härter-Gemischen beschichtet^ sind, sind bereits verschiedene
Verfahren bekannt. Nach dem bisher am meisten angewandten Herstellungsverfahren werden die Substrate
mit Lösungen von Epoxidharz/Härter-Gemischen in organischen Lösungsmitteln imprägniert und anschliessend die
Lösungsmittel durch Verdunsten in der Wärme entfernt. Nach diesem Verfahren werden bei Raumtemperatur feste oder
flüssige Epoxidharze und Härter verarbeitet. Im Falle der Verwendung von bei Raumtemperatur flüssigen Epoxidharzen
muss neben der Entfernung des Lösungsmittels zusätzlich das Epoxidharz/Härter-Gemisch durch eine kontrollierte
Teilvernetzung in den klebfreien sogenannten B-Zustand übergeführt werden. Wesentliche Nachteile dieses Verfahrens
sind die hohen Lösungsmittelverluste, die Brand- bzw. Explosionsgefahr sowie die deshalb erforderlichen Schutzvorrichtungen
und die Umweltbelastung. Ein weiteres Verfahren besteht in der Imprägnierung der Substrate mit
flüssigen lösungsmittelfreien Epoxidharz/Härter-Gemischen und anschliessender Überführung in den sogenannten B-Zustand.
Beide beschriebenen Verfahren besitzen den Nachteil,
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dass die so erhaltenen klebfreien imprägnierten Substrate
bei Raumtemperatur sprödharte Eigenschaften aufweisen, die
die Weiterverarbeitung durch z.B. Fräsen, Schneiden oder Stanzen sehr ungünstig beeinflussen.
Des weiteren werden üblicherweise nach diesen Verfahren nur Epoxidharz/Härter-Gemische verwendet, die bei einer
genügenden Lagerstabilität im technisch besonders interessanten Temperaturbereich zwischen etwa 90 und 12O°C zu
lange Härtungszeiten erfordern. In der CH-P8 558 397 wird
vorgeschlagen, bei Raumtemperatur lagerstabile, in der Wärme schnell härtbare pulverförmige Epoxidharz/Härter-Gemische
mit Hilfe von lösungsmittelhaltigen Primern oder flüssigen Epoxidharz/Härter-Gemischen, die im noch nicht
vernetzten Zustand ebenfalls als Primer wirken, auf Substrate aufzubringen. Im Falle der Verwendung lösungsmittelhaltiger
Primer treten die gleichen Nachteile wie bereits oben beschrieben auf, und bei Verwendung flüssiger lösungsmittelfreier
Epoxidharz/Härter-Gemische als Primer werden neben der in der Praxis nur sehr schwer wirtschaftlich
realisierbaren Ausführungsform die Weiterverarbeitungseigenschaften der beschichteten Substrate ungünstig beeinflusst.
Nach einem anderen Vorschlag werden die Substrate mit flüssigen Epoxidharzen, die bereits einen Teil
des Härtungsmittels enthalten können, imprägniert und anschliessend mit pulverisierten Gemischen aus bei Raumtemperatur
relativ latenten Härtungsraitteln und Thermoplasten beschichtet. Die so erhaltenen beschichteten Substrate
werden als Folienkleber empföhle.., besitzen aber nur eine beschränkte Lagerstabilität von wenigen Monaten.
Zur Vermeidung der nach den oben bekannten Verfahren wesentlichen Nachteile, wie
- hohe Lösungsmittelverluste, Brand- und Explosionsgefahr
sowie Umweltbelastung
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- bei genügender Lagerstabiiitäb zu lange Härtungszeiten
im technisch interessanten Temperaturbereich unterhalb 120°C
- infolge sprödharten Zustandes schlechte Weiterverarbeitungseigenschaften
wurde weiterhin vorgeschlagen, lagerstabile pulverförmige
Epoxidharz/Härter-Gemische oder pulverförmige Epoxidharze
und in Wasser lösliche oder unlösliche Härtungsmittel sowie Härtungsbeschleuniger in Form wässriger, thixotroper
Dispersionen auf Substrate aufzubringen und diese anschliessend zu trocknen. Die Trocknung erfolgt nach diesem
Verfahren mit Warmluft unter Bedingungen, bei denen das pulverförmige lagerstabile Eooxidharz/Härter/Beschleuniger-Geraisch
nicht schmilzt oder sintert.
Das verwendete Thixotropierungsmittel wirkt in der Dispersion
nach dem Trocknen auch als Bindemittel für das pulverförmige lagerstabile Epoxidharz/Härter/Beschleuniger-Gemisch
auf dem Substrat. Obwohl sich nach diesem Verfahren klebfreie und schmiegsame mit bei Raumtemperatur
lagerstabilen und in der Wärme sehr schnell härtbaren Epoxidharz/Härter/Beschleuniger-Gemischen beschichtete
Substrat herstellen lassen, die als Schichtpressstoffe und Folienkleber ausgezeichnete Eigenschaften aufweisen, besitzt
es den Nachteil der erforderlichen Verdampfung der für die Herstellung der Dispersion verwendeten Wassermenge.
Es wurde nun gefunden, dass sich auch dieser Nachteil unter Beibehaltung sämtlicher positiver Eigenschafben derartig
beschichteter Substrate vermeiden lässt, wenn man pulverförmige
bei Raumtemperatur lagerstabile und in der Wärme sehr schnell härtbare Epoxidharz/Härter-Gemioche und
Beschleuniger oder physikalische Gemische aus Epoxidharzen,
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Härtungsmitteln und Beschleunigern auf Substrate aufbringt
und im Anschluss daran durch Wärmeeinwirkung das Bindemittelgemisch
kurzzeitig bis zum Erweichungspunkt der Komponente mit dem niedrigsten Erweichungspunkt erwärmt,
wodurch das Bindemittelgemisch auf die Oberfläche des
Substrates locker aufsintert und auch ein Verbund zwischen den Komponenten erhalten wird, und anschliessend sofort
abkühlt.
Deragemäss besteht die vorliegende Erfindung in einem Verfahren
zur Herstellung von schnell härtbaren, lagerstabilen mit Epoxidharz/Härter-Getnischen beschichteten Substraten,
welches dadurch gekennzeichnet ist, dass eine pulverförmige, bei Raumtemperatur lagerstabile Bindemittel-Mischung,
bestehend aus einem Epoxidharz, einem Härtungsmittel oder einem Epoxidharz/Härter-Gemisch und einem
Härtungsbeschleuniger auf ein Substrat aufgebracht, kurzzeitig
erwärmt und im Anschluss daran sofort abgekühlt wird.
Das vorgeschlagene Beschichtungsverfahren wird vorzugsweise
kontinuierlich ausgeführt und es sind hierfür die für die Herstellung von mit thermoplastischen Materialien beschichteten
Substrate bekannten Apparaturen und Technologien geeignet. Danach werden pulverförmige Bindemittelgemische
durch Streuen, Sieben, Bürsten oder Aufsprühen kontinuierlich auf die Substrate aufgetragen, mittels
Warmluft erwärmt und anschliessend sofort durch z.B. gekühlte Walzen abgekühlt. Für die Sinterphase genügt nur
eine sehr kurze Zeit von weniger als 1 Minute, und das
Verhältnis von Bindemittel : Substrat lässt sich konstant einstellen. Nach einer anderen Ausführungsform werden die
bei Raumtemperatur lagerstabilen Epoxidharz/Härter/Beschleuniger-Mischungen auf ein auf etwa 50 bis 60°C vorgewärmtes
Substrat aufgetragen und sofort abgekühlt.
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— σ —
Weiterhin ist es möglich, das Bindemittelgemisch mittels
elektrostatischer Pulverspritzanlagen auf die Substrate aufzubringen. Bei Verwendung von relativ lockeren Substraten,
wie z.B. Vliesen, lassen sich nach dem erfindungsgemässen
Verfahren auch bei sehr hohen Bindemittelanteilen bis zu ca. 95 Gew.-^ schmiegsame beschichtete
Substrate mit sehr guten Weiterverarbeitungseigenschaften
herstellen, die sich ausgezeichnet als Vlieskleber eignen. Für die Herstellung von Vliesklebern ist es auch möglich,
das lagerstabile, schnell härtbare Bindemittelgemisch bereits
vor der Herstellung der Vliese mit dem Fasermaterial zu vermischen und die Vlieskleber kontinuierlich herzustellen.
Die beschichteten Substrate enthalten also ein Bindemittelgemisch bestehend aus einem Epoxidharz und einem Härtungsmittel oder einer lagerstabilen Epoxidharz/Härter-Mischung
und einem Härtungsbeschleuniger sowie gegebenenfalls Pigmente oder Füllstoffe. Da das Epoxidharz und das Härtungsmittel bzw. die Epoxidharz/Härter-Mischung und der Härtungsbeschleuniger
nur in einem physikalischen Geraisch vorliegen und die Sinterphase nur sehr kurz ist, ist es
möglich, nach dem erfindungsgemässen Verfahren beschichtete
Substrate mit ausserordentlich guter Lagerstabilität und sehr kurzen Härtungszeiten im technisch interessanten
Temperaturbereich unterhalb 1200C herzustellen. Weitere
wesentliche Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens sind der vollständige Ausschluss von organischen Lösungsmitteln
und damit jeder Umweltbelastung sowie die Energie— einsparung und die technisch einfache Ausführungsform, da
keine flüchtigen Stoffe verdampft werden müssen. Die mit den erfindungsgemäss beschichteten Substraten bei Verwendung
als Vlieskleber erreichbaren Haftfestigkeiten auf verschiedenen Materialien sind überraschend hoch und trotz
hervorragender Lagerstabilität und sehr kurzer Härtungs-
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zeiten bei Härtungstemperatüren unterhalb 120 C den bisher
bekannten gleichartigen Produkten überlegen.
Als pulverförmiges Epoxidharz/Härter-Systera werden bevorzugt Gemische aus Epoxidharzen auf Basis von Bis- oder
Polyphenolen, die auch Helogen enthalten können, z.B. Bisphenol mit substituiertem, modifiziertem oder auch nur
einfachem Dicyandiamid als Härter verwendet. Neben den bereits erwähnten Epoxidharzen sind selbstverständlich
auch andere, mehr als eine Epoxidgruppe im Molekül enthaltende Epoxidverbindungen mit geeignetem Schmelzbereich
sowie andere als Härter geeignete Verbindungen einsetzbar, die im Gemisch mit den Epoxidverbindungen eine genügende
Lagerstabilität bei Raumtemperatur besitzen und sich für
das erfindungsgemässe Herstellungsverfahren eignen. Solche
Verbindungen sind z.B. Biguanide, Hydrazide, Imidazole, Imidazoline etc.
Im Falle der Verwendung reiner, pulverförmiger Epoxidharze v/erden die gleichen Harztypen, wie oben beschrieben, verwendet,
und als Härter sind dann Dicyandiamide, substituierte oder modifizierte Dicyandiamide, Biguanide,
Hydrazide, aromatische Polyamine, Imidazole, Imidazoline, Epoxidharz/Polyamin- bzw. -Polyaraid-Addukte und andere
verwendbar, d.h. es können auch Härtungsmittel mit nur beschränkter Lagerstabilität und relativ grosser Reaktivität
verwendet werden.
Als Härtungsbeschleuniger sind besonders solche Verbindungen geeignet, die unter normalen Lagerbedingungen bei Raumtemperatur
latente Eigenschaften besitzen und erst bei erhöhten Temperaturen wirksam werden. Da sie in den nach dem
erfindungsgemässen Verfahren hergestellten beschichteten Substraten jedoch nur in einem physikalischen Gemisch vorliegen,
spielt die Reaktivität der Härtungsbeschleuniger
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mit den Epoxidharz/Härter-Gemischen unter Lagerbedingungen nur eine untergeordnete Rolle.
Als Substrate eignen sich eine Vielzahl von Materialien, wie z.B. Gewebe oder Vliese aus Glas, natürlichen oder
synthetischen Materialien, Platten, Folien etc. Weiterhin ist die Mitverwendung von Füllstoffen möglich und in
einigen Anwendungsfällen sogar vorteilhaft.
Hauptanv/endungsgebiete für die erfindungsgemäss beschichteten Substrate sind Schichtpressstoffe, wie z.B. Laminate,
gedruckte Schaltungen etc. und insbesondere der Skibau. Aufgrund der hervorragenden Hafteigenschaften aux' verschiedenen
Materialien können die beschichteten Substrate im Skibau als Kleber und als Ersatz für die bisher verwundeten
Epoxidharz-Prepregs oder Epoxidharz-Laminate verwendet werden.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung. Darin sind sämtliche Grilonit-Typen Produkte der Firma
Emser Werke AG, Domat/Ems, Schweiz.
Ein bei Raumtemperatur lagerstabiles, pulverförmiges Bindemittelgemisch
bestehend aus 100 Gew.-Teilen Grilonit PK 60703 (lagerstabiles Epoxidharz/Härter-Gemisch aus einem
Epoxidharz auf Bisphenol Α-Basis und einem modifizierten
Dicyandiamid, durch Extrudieren hergestellt), 3,25 Gew.-Teilen
Grilonit-Beschleuniger B 87002 und 0,5 Gew.-Teilen
Aerosil (Degussa, Frankfurt a.M./BRD) wird mittels einer geeigneten Vorrichtung kontinuierlich und in gleichmässigen
Mengen auf .in Polyestervlies (Flächengewicht 35 g/m )
aufgestreut (als Polyester wird Polyathylenterephthalat verwendet).
Das so beschichtete Vlies wird anschliessend in einem Wärmetunnel auf ca. 50°G Objekttemperatur erwärmt
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und nach weniger als 1 Minute durch gekühlte V/alzen abgekühlt.
Es wird ein gut schmiegsames beschichtetes Vlies mit sehr guten Weiterverarbeitungseigenschaften erhalten.
Die mit dem beschichteten Substrat erreichbaren Haftfestigkeiten auf Stahl und Aluminium in Abhängigkeit von der
Härtungszeit und -temperatur sind in Tabelle 1 aufgeführt.
100 Gew.-Teile der in Beispiel 1 beschriebenen bei Raumtemperatur lagerstabilen pulverförmigen Epoxidharz/Härter-Beschleuniger-Mischung
werden mit 50 Gev/.-Teilen Kreide (Omya BLR 2 / Plüss-Stauffer, Oftringen/CH) gut vermischt
und wie in Beispiel 1 beschrieben auf ein Polyestervlies
(Flächengewicht 35 g/m ) aufgebracht. Die mit dem beschichteten
Substrat erreichbaren Haftfestigkeiten auf
Stahl und Aluminium, in Abhängigkeit von der Härtungszeit
und-temperatur sind in Tabelle 1 aufgeführt.
100 Gew.-Teile pulverförmiges Grilonit L 12.02, 7 Gew,-Teile
Grilonit H 82071 (modifiziertes Dicyandiamid), 3,5
Gev/.-Teile Grilonit-Beschleuniger B 87002 und 0,55 Gew.-Teile Aerosil werden in einem Pulvermischer gut vermischt
und die fertige Mischung wie in Beispiel 1 beschrieben auf ein Polyestervlies (Flächengewicht 35 g/m ) aufgebracht.
Die mit dem beschichteten Substrat erreichbaren Haftfestigkeiten auf Stahl und Aluminium, in Abhängigkeit
von der Härtungszeit und -temperatur, sind in Tabelle 1
aufgeführt.
100 Gew.-Teile pulverförmiges Grilonit L 12.02, 30 Gew,-Teile
pulverförmiges isoliertes Addukt von Epoxidherz und
aliphatischem Polyamin, 3,9 Gew.-Teilen Grilonit-Beschleu-
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niger B 87002 und 0,65 Gew.-Teile Aerosil werden in einem
Pulvermischer gut vermischt und die fertige Mischung wie in Beispiel 1 beschrieben auf ein Polyestervlies (Flächengewicht
35 g/m ) aufgebracht. Die mit dem beschichteten
Substrat erreichbaren Haftfestigkeiten auf Stahl und Aluminium, in Abhängigkeit von der Härtungszeit und —temperatur,
sind in Tabelle 1 aufgeführt.
100 Gew.-Teile pulverförmiges Grilonit L 12.02, 7,5 Gew.-Teile
Methylendianilin, 3,5 Gew.-Teile Grilonit-Beschleuniger
B 87002 und 0,55 Gew.-Teile Aerosil werden in einem Pulvermischer gut vermischt und die fertige Mischung wie
in Beispiel 1 beschrieben auf ein Polyestervlies (Flächengewicht 35 s/m ) aufgebracht. Die mit diesem Substrat
erreichbaren Haftfestigkeiten auf Stahl und Aluminium, in Abhängigkeit von der Härtungszeit und -temperatur, sind
in Tabelle 1 aufgeführt.
Das in Beispiel 1 beschriebene lagerstabile, pulverförmige
Bindemittelgemisch wird mit einer elektrostatischen Pulversprühvorrichtung auf ein Polyestervlies (Flächengewicht
35 g/m ) aufgesprüht, anschliessend auf ca. 50 C Objekttemperatur
erwärmt und sofort abgekühlt. Es wird, wie bereits in Beispiel 1 beschrieben, ein gut schmiegsames beschichtetes
Vlies mit sehr guten Verarbeitungseigenschaften erhalten. Die mit diesem Substrat erreichbaren Haftfestigkeiten
auf Stahl und Aluminium, in Abhängigkeit von der Härtungszeit und -temperatur, sind in Tabelle 1 beschrieben«
Ein bei Raumtemperatur lagerstabiles Bindemittelgemisch,
bestehend aus 100 Gew.-Teilen pulverisiertem Epoxidharz
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(25 Gew.-% Brom enthaltend), 42,5 Gew.-Teilen pulverförmigem
isoliertem Addukt von Epoxidharz und aliphatischem Polyamin, 2,25 Gew.-Teilen Grilonit-Beschleuniger B 87002
und 0,7 Gew.-Teilen Aerosil, wird in einem Pulvermischer
gut vermischt und wie in Beispiel 1 beschrieben auf ein Glasseidengewebe (Flächengewicht 195 g/m ) mit einem Bindemitte
Ige ha It von 42 Gew.-# aufgebracht. Die so beschichteten
Glasseidengewebe eignen sich ausgezeichnet für die Herstellung selbstverlöschender Schichtpressstoffe und
härten bei 1200G in 15 bis 20 Minuten vollständig durch.
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CjO 00
Beschichtetes Substrat gemäss Beispiel |
Bindemittel gehalt in Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung |
iTlächenge wicht als beschichte tes Substrat (in g/m2) |
Lagerstabi lität bei Ea um tempera tur in Monaten |
Härtun dingun Temp, in 5C |
gsbe- gen Zeit in Min. |
Zugschei nach I in k| 1 ^ Stahl lJ |
'festigkeit )IN 53283 j/mm2 2) Aluminium ' |
1 | 90,1 | 334 | >12 | 110 | 10 | 3,58 | 3,26 |
2 | 68,6 | 387 | ^>12 | 110 | 10 | 3,21 | 3,08 |
3 | 91,2 | 331 | > 12 | 110 | 10 | 3,52 | 3,19 |
4- | 89,5 | 333 | min. 10 | 110 | 10 | 3,12 | 2,73 |
5 | 90,5 | 331,5 | min. 8 | 110 | 10 | 2,81 | 2,36 |
6 | 92 | 318 | > 12 | I 110 |
10 | 3,48 | 3,2 |
1 )
Vorbehandlung: J durch Sandstrahlen
2)
J Säure-Beizung
cn co ro
Claims (9)
- PATENTANSPRÜCHE:, 1. Verfahren zur Herstellung von schnell härtbaren,
lagerstabilen mit Epoxidharz/Härter-Gernischen beschichteten Substraten, dadurch gekennzeichnet, dass eine pulverförmige, bei Raumtemperatur lagerstabile Bindemittel-Mischung, bestehend aus einem Epoxidharz, einem Härtungsniittel oder einem Epoxidharz/Härter-Gemisch und einem
Härtungsbeschleuniger auf ein Substrat aufgebracht, kurzzeitig erwärrat und im Anschluss daran sofort abgekühlt
wird. - 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass lagerstabile Epoxidharz/Härter-Gemische aus Epoxidharzen auf Basis von gegebenenfalls halogenierten Bisoder Polyphenolen (wie Bisphenol A) mit latenten Härtungsmitteln, wie modifiziertes, substituiertes oder einfaches Dicyandiamid, Biguaniden, Hydraziden, Imidazolen, Imidazolinen etc. verwendet werden.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als pulverförmige Epoxidharze die gleichen Typen wie in Anspruch 2 beschrieben, verwendet werden.
- 4-, Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass als Härtungsmittel für die Epoxidharze modifiziertes, substituiertes oder einfaches Dicyandiamid, Biguanide,
Hydrazide, aromatische Polyamine, Imidazole, Imidazoline, Epoxidharz/Polyamin oder - Polyamid-Addukt etc. verwendet7098AA/O920ORIGINAL INSPECTEDwerden. - 5· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Härtungsbeschleuniger grundsätzlich Verbindungen verwendet werden, die die Vernetzungsreaktion zwischen den in den Ansprüchen 2 bis 4-beschriebenen Epoxidharzen und Härtungsaiitteln in der V/ärme beschleunigen.
- 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Substrate Gewebe, Vliese oder Folien aus Glas, natürlichen oder synthetischen Materialien verwendet werden.
- 7. Vex'fahi^en nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Pigmente oder Füllstoffe, besonders solche, die die kohäsiven und/oder adhäsiven Eigenschaften verbessern, mitverwendet werden.
- 8. Die mit bei Raumtemperatur lagerstabilen, in der Wärme schnell härtbaren Epoxidharz/Härter-Gemischen gemäss Anspruch 1 bis 7 beschichteten Substrate.
- 9. Verv/endung von beschichteten Substraten gemäss Anspruch 8 zur Herstellung von Schichtpressstoffen, Laminaten und als Folienkleber.709844/0920
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