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Die Erfindung betrifft eine Stiftmine für Schreib-, Zeichen-, Mal- und/oder Kosmetikstifte auf Basis von biologisch abbaubaren Bindemitteln mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch einen Stift mit der Stiftmine.
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Stiftminen zum Schreiben, Zeichnen, Malen und/oder Kosmetik mit Polymeren, die aus Rohöl erzeugt wurden, sind bekannt.
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Die Druckschrift EP 2644407 A1 beschreibt polymergebundene expandierte Minen, die bioabbaubare Bindemittel und als Farbmittel Graphit aufweist. Zum Teil ist bei derartigen Minen die Festigkeit und die Deckkraft des Abstriches insbesondere bei Bleistiftminen optimierbar.
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Weiter ist aus der Druckschrift
DE 19855325 A1 eine auf Cellulose und biologisch abbaubaren Polymeren basierende Ummantelung von Farb- oder Bleimine beschrieben. Hierbei werden eine Vielzahl von Biopolymeren für die Umhüllung von Minen beschrieben, jedoch kein Hinweis gegeben wie eine Mine mit derartigen Biopolymeren ausgeführt werden könnte.
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Eine polymergebunden Farb- und Graphitminen ist aus der Druckschrift
WO 2010/006742 A1 bekannt. Derartige Minen enthalten ein polymeres Bindemittel, Wachs, Palmöl und Füllstoffe. Die meisten Polymerminen sind auf Basis von Rohölprodukten aufgebaut und daher direkt vom Preis und der Verfügbarkeit des Öls abhängig sind. Weiterhin verbrauchen Minen, die auf Basis von rohölabgeleiteten Polymeren hergestellt werden, natürlich vorkommende, nicht regenerierbare Ressourcen.
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Des Weiteren sind polymergebundene Farb- und Graphitminen aus der Druckschrift US 2988784 A bekannt. Derartige Minen enthalten ein polymeres Bindemittel auf Basis von Cellulose Ester, insbesondere Celluloseacetat, Wachs und Füllstoff. Diese Minen sind zwar aus einem natürlichen Rohstoff aufgebaut und können deshalb komplett abgebaut werden, sie bestehen allerdings zu einem Großteil aus dem natürlich vorkommenden Rohstoff Holz. Durch die hohe Nachfrage nach Holz, wird es allerdings immer schwieriger und teurer qualitativ hochwertiges Holz zu erstehen. Zusätzlich wird das kleiner werdende Vorkommen natürlicher Hölzer durch eine Herstellung der Stifte mit Cellulose Estern stark beansprucht.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Stiftmine sowie einen Stift mit der Stiftmine zum Schreiben, Zeichnen und/oder Malen zu entwickeln, wobei die Stiftmine eine umweltbewusste Alternative bildet, ohne dabei die primären Eigenschaften, beispielweise die Spitzbarkeit, die Farbgebung, die Festigkeit, die Deckkraft des Abstriches und/oder die Radierbarkeit der Stiftmine zu verlieren.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Stiftmine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einen Stift mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung.
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Die Erfindung betrifft eine Stiftmine für Schreibstifte, Zeichenstifte, Malstifte und/oder Kosmetikstifte, bestehend aus Füllstoff, Farbmittel, Bindemittel und sonstige Additive. Die Stiftmine kann als eine Farbstiftmine oder als eine Bleistiftmine ausgebildet sein.
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Unter Stiftminen zum Schreiben, Zeichnen, Malen und/oder Kosmetik versteht man insbesondere Stiftminen, die fest in einem Schaftmaterial z.B. Holz oder extrudierte Gemische z.B. als Polymergemisch eingebracht werden, wobei diese anspitzbar sind. Alternativ dazu können Stiftminen verschiebbar in einer biegesteifen Hülle gelagert werden. Beispiele hierfür sind holzgefasste Bleistifte und Stiftminen für mechanische Stifte, beispielweise so genannte Druckbleistifte oder Fallstifte. Dabei weisen die Stiftminen insbesondere Außendurchmesser im Bereich von etwa 0,3 mm bis 6 mm auf.
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Erfindungsgemäß weist die Stiftmine folgende Bestandteile bezogen auf die Stiftmine, insbesondere auf das Gesamtgewicht der Stiftmine auf:
| 5 bis 65 Gew.-% | Bindemittel umfassend Polyhydroxybuttersäure und/oder ein Copolymer mit Polyhydroxybuttersäure als erstes Polymer und einem zweitenPolymer, |
| 33 bis 85 Gew.-% | Füllstoff mit Farbmittel, |
| 2 bis 33 Gew.-% | Wachs oder Wachse, |
| 0 bis 1 Gew.-% | sonstige Additive wie Stabilisatoren, Gleitmittel. |
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Erfindungsgemäß umfasst das Bindemittel Polyhydroxybuttersäure. Polyhydroxybuttersäure wird als PHB abgekürzt und ist insbesondere im Chemical Abstracts Service unter der Nummer CAS: 26063-00-3 registriert. Je nach Anzahl der Monomere im Polymer können die Eigenschaften des PHB als Polymer etwas variieren. Die Polyhydroxybuttersäure hat thermoplastische Eigenschaften und ist biologisch abbaubar.
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Alternativ oder ergänzend umfasst das Bindemittel ein Copolymer mit Polyhydroxybuttersäure als erstes Polymer. Unter dem Copolymer wird ein Polymer verstanden, das aus, insbesondere genau zwei Polymeren zusammengesetzt ist. Die Polymere des Copolymers sind chemisch verbunden. Bei dem Copolymer basierend auf Polyhydroxybuttersäure ist das erste Polymer die Polyhydroxybuttersäure. Das zweite Polymer wird nach den Anforderungen der Eigenschaften ausgewählt. Bevorzugt ist das zweite Polymer biobasiert herstellbar und/oder biologisch abbaubar. Besonders bevorzugt ist das zweite Polymer flexibler als Polyhydroxybuttersäure.
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Es hat sich in überraschender Art und Weise gezeigt, dass mit Polyhydroxybuttersäure und/oder einem Copolymer umfassend Polyhydroxybuttersäure als erstes Polymer als ein Bindemittel eine qualitativ hochwertige Stiftmine herstellbar ist, wobei die Polyhydroxybuttersäure durch die biologische Abbaubarkeit eine umweltbewusste Alternative bildet.
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In einer Ausführung weist das Bindemittel nur Polyhydroxybuttersäure auf. In einer weiteren Ausführung weist das Bindemittel nur ein Copolymer mit Polyhydroxybuttersäure als erstes Polymer und einem zweiten Polymer auf. In einer weiteren Ausführung weist das Bindemittel ein Gemisch aus Polyhydroxybuttersäure und einem Copolymer mit Polyhydroxybuttersäure als erstes Polymer und dem zweiten Polymer auf.
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Insbesondere wird der Füllstoff aus einer Gruppe umfassend hexagonales Bornitrid, Schichtsilikate, Kreide, Schwerspat, bunte Pigmente und/oder unbunte Pigmente oder Gemische hiervon ausgewählt. Das ermöglicht, dass eine Stiftmine hergestellt werden kann, die eine Optimierung hinsichtlich der Kosten und der mechanischen Eigenschaften aufweist.
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Der Füllstoff kann ergänzend Graphit und/oder Ruß umfassen, die gleichzeitig als Farbmittel wirken. Bevorzugt wird für schwarze Stiftminen als Füllstoff und Farbmittel, Graphit und/oder Ruß einzeln oder als Gemisch hiervon ausgewählt. Insbesondere werden schwarze Stiftminen als Bleistiftminen oder Graphitminen bezeichnet.
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Farbmittel dienen der Einfärbung der Stiftmine, so dass beim Schreiben ein farbiger Abrieb sichtbar ist. Insbesondere wird das Farbmittel aus einer Gruppe umfassend Titandioxid, Zinksulfid, bunte Pigmente, Ruß, Graphit und/oder Gemische hiervon ausgewählt. Damit ist die Farbe der Stiftmine wählbar.
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Die sonstigen Additive umfassen Stabilisatoren, Gleitmittel.
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Stabilisatoren werden der Stiftmine zugesetzt, damit die Alterungsprozesse des Polymers reduziert werden. So können Hitze-, Licht-, Ozon - und Sauerstoffeinwirkungen zu Alterungsprozessen führen, die in der Verschlechterung der Eigenschaften z.B. als Farbveränderungen sichtbar werden.
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Insbesondere werden Gleitmittel der Stiftmine zugesetzt, damit bei Druckbleistiften oder Fallstiften die Stiftmine sich nicht in der Hülle festgeklemmt. Weiterhin bewirken Gleitmittel eine erleichterte Stiftführung über das Blatt und einen besseren Übertrag der Farbmittel der Stiftmine auf den Schreib-Untergrund z.B. Tafel, Papier, Beton, Asphalt, Haut. Insbesondere weist das Gleitmittel Palmöl auf.
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In einer Ausführung weist das Copolymer ein Gewichtsverhältnis von Polyhydroxybuttersäure als erstes Polymer und dem zweiten Polymer im Bereich von 1: 10 bis 10:1, bevorzugt im Bereich von 5:10 bis 10:5 insbesondere bezogen auf das Gesamtgewicht des Bindemittels auf.
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In einer weiteren Ausführung weist das zweite Polymer des Copolymers Poly(3-hydroxyvaleriansäure) auf. Poly(3-hydroxyvaleriansäure) ist insbesondere eine Bezeichnung für Poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) und/oder als PHV bekannt (CAS: 83120-66-5). Es ist biobasiert herstellbar und biologisch abbaubar.
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Insbesondere weist das Bindemittel nur Copolymere von Polyhydroxybuttersäure als erstes Polymer mit Poly(3-hydroxyvaleriansäure) als zweites Polymer mit einem Gewichtsverhältnis im Bereich von 1:10 bis 10:1, bevorzugt im Bereich von 5:10 bis 10:5, insbesondere bezogen auf das Gesamtgewicht des Bindemittels auf.
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Insbesondere umfasst das Bindemittel ein Gemisch aus Polyhydroxybuttersäure, Poly(3-hydroxyvaleriansäure) und/oder Polylactic acid. Vorzugsweise besteht das Bindemittel aus dem Gemisch. Ein Gemisch aus Polymeren wird als Blend bezeichnet.
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PLA ist eine Bezeichnung für polylactic acid, das insbesondere als Polylactid und/oder Polymilchsäure bezeichnet werden kann. Im Speziellen ist das PLA im Chemical Abstracts Service auch unter der Nummer CAS: 9051-89-2 registriert. Je nach Anzahl der Monomere im Polymer können die Eigenschaften des PLA als Polymer etwas variieren.
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PLA ist ein Thermoplast. PLA hat den Vorteil, dass es biobasiert hergestellt werden kann, so dass der Einsatz von erdölbasierenden Rohstoffen in dem Stift deutlich gesenkt oder komplett vermieden wird. PLA wird beispielsweise aus Mais gewonnen und gehört als synthetisches Polymer zu den Polyestern. Somit ist das reine PLA bevorzugt aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt und basiert nicht auf fossilen Rohstoffen, wie zum Beispiel Erdöl.
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Insbesondere umfasst das Bindemittel ein Gemisch aus Polyhydroxybuttersäure, Poly(3-hydroxyvaleriansäure) und Polylactic acid. Insbesondere umfasst das Bindemittel ein Gemisch aus Polyhydroxybuttersäure und Poly(3-hydroxyvaleriansäure). Insbesondere umfasst das Bindemittel ein Gemisch aus Poly(3-hydroxyvaleriansäure) und Polylactic acid. Insbesondere umfasst das Bindemittel ein Gemisch aus Polyhydroxybuttersäure und Polylactic acid
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Damit ist eine Auswahl bezüglich der Eigenschaften wie Abrieb, mechanische Festigkeit bei biologisch abbaubaren Bindemitteln möglich.
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Andere Copolymere basierend auf Polyhydroxybuttersäure sind möglich und vergrößern die Auswahl um verschiedene Eigenschaften zu wählen. So können die mechanischen Eigenschaften insbesondere die Spitzbarkeit, die Farbgebung, die Festigkeit, die Deckkraft des Abstriches, die Radierbarkeit, etc. und auch die Herstellungskosten eingestellt werden.
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In einer bevorzugten Ausführung weist die Stiftmine ein Gehalt an Bindemittel bevorzugt im Bereich von 8 bis 50 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von 15 bis 27 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmasse der Stiftmine auf. Das hat den Vorteil, dass der Bindemittelanteil die Kosten für die Herstellung bei gleichzeitiger Bereitstellung von mechanischen Eigenschaften in der Stiftmine optimiert werden kann.
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In einer weiteren Ausführung weist die Stiftmine mindestens ein Wachs oder ein Gemisch von Wachsen als Wachsgemisch auf. Das mindestens eine Wachs wird aus einer Gruppe umfassend Fettsäuren, Stearate, Montanwachs, Amidwachs, Carnaubawachse, Bienenwachs, Paraffin, Polyolefinwachse, Polyethylenwachs, Polyethylenvinylacetatwachse und Gemische hiervon ausgewählt. Ergänzend umfasst das Wachs weitere Additive. Es sind mehrere unterschiedliche Wachse als ein Wachsgemisch einsetzbar.
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Bevorzugt weist das Wachs ein Gemisch aus Polyethylenwachs und/oder Polyethylenvinylacetatwachs auf.
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Bevorzugt wird das mindestens eine Wachs aus der Gruppe umfassend Calzium-Stearat und/oder Ethylen-Bis-Stearamid (EBS) ausgewählt. Ethylene bis(stearamide) ist insbesondere eine Bezeichnung für Distearylethylendiamid und/oder als EBS bekannt (insbesondere CAS: 110-30-5). Calzium-Stearat (CAS: 1592-23-0) ist auch Teil europäischen Liste für Lebensmittelzusatzstoffe als E470a. Insbesondere ergänzend umfasst das Wachs Biomere der Fa. Deurex.
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In einer weiteren Ausführung weist die Stiftmine ein Gehalt an Farbmittel im Bereich von 0 bis 10 Gew.-% bezogen auf die Stiftmine auf.
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In einer weiteren Ausführung weist die Stiftmine folgende Bestandteile bezogen auf die Stiftmine, insbesondere auf das Gesamtgewicht der Stiftmine auf:
| 8 bis 50 Gew.-% | Bindemittel umfassend Polyhydroxybuttersäure und/oder ein Copolymer mit Polyhydroxybuttersäure als erstes Polymer und einem zweitenPolymer, |
| 40 bis 80 Gew.-% | Füllstoff mit Farbmittel, |
| 5 bis 28 Gew.-% | Wachs oder Wachse, |
| 0 bis 1 Gew.-% | sonstige Additive wie Stabilisatoren, Gleitmittel. |
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Insbesondere wird bei einem Einsatz der Stiftmine in einem Stift mit Schaft ein Haftvermittler verwendet. Der Haftvermittler hat den Vorteil, dass die Stiftmine verschiebefest im Schaft angeordnet ist. So verschiebt sich die Stiftmine beim leichten Druck während des Schreibens nicht in den Schaft.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Stift mit der Stiftmine, wie diese zuvor beschrieben wurde. Der Stift ist insbesondere als ein Schreibstift, Zeichenstift, Malstift und/oder Kosmetikstift ausgebildet. Der Stift weist die Stiftmine und einen Schaft auf, wobei der Schaft die Stiftmine bevorzugt konzentrisch und/oder koaxial umgibt. Die Stiftmine ist bevorzugt mit dem Schaft relativ zueinander verschiebefest und/oder unverschiebbar angeordnet. Insbesondere ist die Stiftmine im Schaft dauerhaft unlösbar festgelegt und/oder nicht zerstörungsfrei lösbar. Alternativ hierzu ist die Stiftmine in dem Stift verschiebbar gelagert. Beispielsweise ist der Stift als ein Druckbleistift oder Fallstift ausgebildet.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung:
- Die Herstellung der erfindungsgemäßen Stiftmine erfolgt bevorzugt nach dem Mischen und Granulieren der Bestandteile der Stiftmine im Extrusionsverfahren oder Coextrusionsverfahren als Strang einer Stiftmine bei ca. 150 bis 200°C.
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Die Form der Stiftminenquerschnittsfläche wird im Extrusionskopf eingestellt. Wenn Stiftminen für Fallstifte hergestellt werden, erfolgt zusätzlich ein Schneiden des Stiftminenstranges auf eine bestimmte Länge. Bei Stiftminen für Schaftstifte, erfolgt die Ummantelung der Stiftmine mit einem Schaftmaterial als einer der weiteren Prozessschritte.
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Nachfolgend sind beispielhafte Zusammensetzungen für Stiftminen dargestellt.
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Beispiel 1: Stiftmine mit folgenden Bestandteilen:
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| 17.5 Gew.-% |
Polyhydroxybuttersäure als Bindemittel, |
| 67,5 Gew.-% |
Talkum und/oder Kaolin als Füllstoff, |
| 7 Gew.-% |
Ruß als Farbmittel, |
| 3 Gew.-% |
Polyethylenwachs als Wachs, |
| 5 Gew.-% |
Polyethylenvinylacetatwachs als Wachs. |
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Der Vorteil ist der hohe Füllstoffanteil in Verbindung mit biologisch, abbaubaren Bindemittel, wodurch ein weitgehend biologisch abbaubare Stiftmine hergestellt werden kann.
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Beispiel 2: Bleistiftmine als Stiftmine mit folgenden Bestandteilen:
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60 Gew.-% Copolymer aus Polyhydroxybuttersäure und Poly(3-hydroxyvaleriansäure) im Gewichtsverhältnis 2:1, insbesondere bezogen auf das Gesamtgewicht des Bindemittels, entspricht vorzugsweise 40 Gew.-% Polyhydroxybuttersäure und 20 Gew.-% Poly(3-hydroxyvaleriansäure) als Bindemittel,
34 Gew.-% Graphit und Ruß, insbesondere im Gewichtsverhältnis 1:2 als Füllstoff mit Farbmittel,
| 2 Gew.-% | Polyethylenwachs als Wachs, |
| 4 Gew.-% | Polyethylenvinylacetatwachs als Wachs. |
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Das Copolymer reduziert den Anteil an kristallinen Bereichen und erleichtert den Abrieb der Stiftmine und damit das Schreiben.
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Beispiel 3: Stiftmine mit folgenden Bestandteilen:
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| 26 Gew.-% |
Polyhydroxybuttersäure als Bindemittel, |
| 55 Gew.-% |
Schichtsilikate als Füllstoff, |
| 10 Gew.-% |
Rot-Pigment als Farbmittel, |
| 5 Gew.-% |
Polyethylenwachs als Wachs, |
| 3 Gew.-% |
Polyethylenvinylacetatwachs als Wachs, |
| 1 Gew.-% |
Palmöl als Gleitmittel. |
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Beispiel 4: Stiftmine mit folgenden Bestandteilen:
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| 7 Gew.-% |
Poly(3-hydroxyvaleriansäure) als Bindemittel, |
| 81 Gew.-% |
Graphit als Füllstoff, |
| 2 Gew.-% |
Ruß als Farbmittel, |
| 6 Gew.-% |
Ethylen-Bis-Stearamid als Wachs, |
| 4 Gew.-% |
Calzium-Stearat als Wachs. |
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Beispiel 5: Stiftmine mit folgenden Bestandteilen:
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40 Gew.-% Copolymer aus Polyhydroxybuttersäure und Poly(3-hydroxyvaleriansäure) als Bindemittel, insbesondere im Verhältnis 1:4, im Speziellen bezogen auf das Gesamtgewicht des Bindemittels, entspricht vorzugsweise 8 Gew.-% Polyhydroxybuttersäure und 32 Gew.-% und Poly(3-hydroxyvaleriansäure),
| 46 Gew.-% | Schwerspat als Füllstoff, |
| 10Gew.-% | Gelb-Pigment als Farbmittel, |
| 2 Gew.-% | Polyethylenwachs als Wachs, |
| 2 Gew.-% | Calzium-Stearat als Wachs. |
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Beispiel 6: Stiftmine mit folgenden Bestandteilen:
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| 16 Gew.-% |
Polylactic acid Gemisch oder Blend aus Polyhydroxybuttersäure und Polylactic acidals Bindemittel, insbesondere im Verhältnis 3:1, entspricht vorzugsweise12 Gew.-% Polyhydroxybuttersäure und 4 Gew.-% |
| 74 Gew.-% |
hexagonales Bornitrid als Füllstoff, |
| 5 Gew.-% |
Ruß und Titandioxid-Pigment als Farbmittel, |
| 4 Gew.-% |
Ethylen-Bis-Stearamid als Wachs, |
| 6 Gew.-% |
Polyethylenvinylacetatwachs als Wachs. |
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Beispiel 7: Stiftmine mit folgenden Bestandteilen:
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| 26 Gew.-% |
Gemisch oder Blend aus Polyhydroxybuttersäure und Polylactic acidals Bindemittel, insbesondere im Verhältnis 27:10, entsprichtzugsweise 19 Gew.-% Polyhydroxybuttersäure und 7 Gew.% Polylacticacid, |
| 55 Gew.-% |
Schichtsilikate als Füllstoff, |
| 10 Gew.-% |
Grün-Pigment als Farbmittel |
| 5 Gew.-% |
Polyethylenwachs als Wachs, |
| 3 Gew.-% |
Polyethylenvinylacetatwachs als Wachs, |
| 1 Gew.-% |
Palmöl als Gleitmittel. |
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Mit diesen Beispielen können Stiftminen hergestellt werden, die ein biologisch abbaubares Bindemittel aufweisen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19855325 A1 [0004]
- WO 2010006742 A1 [0005]