DE1546280A1

DE1546280A1 - Verfahren zum Fuellen von Papier

Info

Publication number: DE1546280A1
Application number: DE19651546280
Authority: DE
Inventors: Treat Ralph Oran
Original assignee: FR DES SILICATES SPECIAUX SIFR
Current assignee: FR DES SILICATES SPECIAUX SIFR
Priority date: 1964-04-17
Filing date: 1965-04-15
Publication date: 1970-02-26
Also published as: FI49439B; FI49439C; US3287207A

Description

Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zum Füllen von Papier mit anorganischen Füllstoffen. ■

In modernen Papiermaschinen wird Papier dadurch hergestellt, dass sich Faserstoffe auf dem Sieb einer Papiermaschine absetzen. Dies wird durch Herstellen eines Eintrags durchgeführt, der aus öellulosefasern, Y/asser mit Rückhaltehilf sstoffen, Farbstoffen, ausflockenden Stoffen, Bindemittel und anderen, bei der Papierherstellung gebräuchlichen Zusätzen, besteht.

Der Eintrag besteht anfänglich aus 95 bis 99$·Wasser. Nachdem der Eintrag so vorbereitet ist, dass die richtige Abstimmung erreicht ist, wird er auf das Sieb der Papiermaschine geführt. Die Öellulosefasern lagern/sich auf d.em Sieb ab infolge ihres Gewichts und des angewandten Unterdrücke, der das Wasser durch

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das Sieb abzieht, wodurch die Fasern gleichförmig auf der Oberfläche des Siebs abgelagert werden.

be-

* langsiebmaschinen nützen Stützrollen, Saugkästen, Saugrollen,

um das Wasser zu entfernen. Wenn an einer dieser Stelle die Saugwirkung zunimmt, nimmt auch die Wasserentziehung zu, und man erhält ein kompaktes Band.

Bei Zylinaermaschinen mit Saugwirkung werden die Fasern abgelagert durch ihr Gewicht oder indem sie angesaugt werden, wobei dies durch die Differenz des !Flüssigkeitsniveaus innerhalb und ausserhalb des Zylinders hervorgerufen wird»

Allgemein wird göfülltei oder .farbiges Papier auf einer langsiebmaschine hergestellt. Zu Beginn des Laufs auf der Langsiebmaschine entsteht ein kurzes Intervall, während dessen die fein geteilte Masse aus Füllstoffen, Fasern und Zusätzen praktisch ungehindert durch das Sieb läuft. Eurz danach beginnt sich auf dem Sieb eine Matte - zu bilden, und das Aasser muss durch diese Matte hindurch entzogen werden.

Die Filterwirkung dieser Matte hängt unter anderem ab von ihrer Dicke, der Art der Faserstoffe und·-, der Siebgeschwindi^keit, Durch zu grosse Saugwirkung oder zu grossen Unterdruck an din Stützrollen, den Saugkasten und den Saugrollen können einige der feinen Partikel der Füllstoffe und Fasern, die sich auf dem Band abgesetzt haben, losgesaugt werden, wodurch sich eine Lage ergibt, die unter der'Benennung Zweiseitigkeit bekannt ist.

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Rückheltung dex* feinen, kolloidalen ooei nahezu kolloidalen Masse, wie sie anorganische Füllstoffe aarstellen, ist ein Problem, ·Λ·6ί1 uie kleiner als uie Poren in aer nüi-en Fbseruatie sind. Dies ist ein wirtschaftlich sehr wichtiges Problem, weil meistens die Färb- unu Füllstoffe den teuersten Teil des Pnpifereintiagf? ausmachen« In der EeVrel werden anorganische Füllstoffe in der Rührvorrichtung oder der Flügelpumpe"dem Eintra₍; beigefügt und von dort zusammen mit· deu Lintr?-.^ zum Ktiuptkuf'ten _f'-ei\.hrt. Von hier flieset der Eintrag euf das Dieb, um das ß-iHti EU tiIden. Me₁Se Art der Papierherstellung zerstört . funktioneile dtoffe in farbstoffen ü.it nieoeit:ti Lichttrechunksindex und vertiiindert dar.it -lie Wirksamkeit, optische üi^enschaften zu entwickein una .?chc.fft I-rot lerne, die Füllstoffe ebenso wie die feinen Fasern zurückzuhalten, und es >.ann 2v,eiseitirkeit oaer ungleicher Glaus zwischen der dieb- uno der Füllsei ce aes Bandes auftreten*. Dieser Proseii erfordert auch beträchtliche Zeit» um das System ins Gleichgewicht 2U bringen, wodurch Füiistoi'LVürluüxe eu 3c-_t:inii una Knue eir.tj Laufs entstehen.

Bei öineu. anaeren Proseii vmiiien Verpuche _fc ^ren»scßt,- diese Probleme au eliminieren, inöeia die Füll£-offe aix <ΛιΛ ae... üe.vebeLänä zugefügt; wurden. Dies v;urac so durcht;ef^: _t::rt, cass cei Füll^toff auf die ülerlöUikaii te ces Hauptkastens oder der ötauvorricxitung Cv'er ν eitel s tr due c wärt s auf eine Leitfläche u.it eint, r Lippe aufgesprüht .vurce. Lurch diesen Vorgang konitt· der Fülj-Stoff mit ae:. l-c-n-ü i:: I-.v.v.-.i.rui;- uiij setzt sicu ir^. sll_ee!..ei:i-.-n ι \χϊ dessen *

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Oberfläche eb. Das Wasser wird dem Band unter der Fläche auf der biebseite entzogen, wodurch der Füllstoff nicht gestört wild. Durch die ungleiche Verteilung des Füllstoffes ergibt sich natürlich eine extreme Zweiseitigkeit.

Eixi Ziel der Erfinaung ist ein Verfahren, um Papier mit anorganischen, farbigen Füllstoffen wirtschaftlich und wirksam zu füllen. *

Lira -.vei-ueres Ziel der Erfindung ist ein Verfahren, gefülltes Papier mit einem minimalen Zvveisditeneffekt herzustellen. Außerde:;. ist ein Verfahren Ziel uer Erfindung, bei dem das fertige Parier eine gleichmässige Verteilung der Füllstoffe aufweist. >

Hoch ein Ziel der Erfindung ist ein Verfahren, Papier mit anor- ' [ ganischen Farbstoffen zu füllen, wobei eine optimale Grosse

aer feinen Farbpartikel mit niederem Lichtbrechungsindex bei- *

behalten wird« ■ .' _:

Andere Ziele und Vorzüge der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung anhand der Zeichnung deutlich. ■ -.-,·:

Fig* 1 ist eine schematische Darstellung eines typiechen Sprühverteilungssystems, das gemäße einer beispielsweiaen Ausführung si"orm der Erfindung benutzt wird. ' -

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Pig, 2 zeigt die Ansicht einer Sprühdüse einer Pöpiermfschiae·- . „|

• Fig. 3 zeigt die Ansicht des Sprühsystems, , ■ ||

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Fi£. 4 zeigt eine Imsicht der Sprühlinie. . ■' ^

. Es wurde gefunden, dass ein wässriger Brei eines Papierfüll-

stofies, wobei dieser aus Farbstoffen bestehen kann, an einer- / * > ; . 009809/U12

besonderen. Stelle der Anlage und unter speziellen Bedingungen auf das sich "bewegende Band gesprüht werden kann, wobei eine . gleichmässige Verteilung des Farbstoffes über die ganze Papier-, bahn gewährleistet ist. Dies ergibt ausserdem die gewünschte minimale Zweiseitigkeit und eine unmittelbare hohe Farbstoffrückhaltung.

Mit bezug auf die einzelnen figuren,, in denen gleiche Bezugszeichen in allen Figuren gleiche l'eile bezeichnen, ist 1 ein Vorratsbehälter für Füllstoffe, in dem ein wässriger Brei von Papierfüllstoffen gelagert ist. Sin Breiförderrohr 2 verläuft aus dem Behälter 1 über ein Ventil 3 zu einer Sprühförderpumpe 4. Füllstoffbrei wird durch die Sprühförderpumpe 4 durch ihr Auslaßförderrohr 5 in ein Gitterfilter 6 gepumpt.

Der Auslaß aus dem Gitterfilter 6 wird durch ein Ventil 7 ge-

und der Füllstoffbrei
steuert,/läuft aus dem Ventil 7 durch ein Rohr 8 zu einem konzentrischen Reduzierstück 9* Ein horizontal angeordnetes Sprührohr 10 ist über dem Sieb einer Papiermaschine angeordnet und verläuft senkrecht zur Bewegungsrichtung des Siebes.

Die Sprühröhre 10 hat einen an ihr befestigten Druckregler 11 und weiter eine Vielzahl von nach unten gerichteten Sprühdüsen 12, Qie tiiit ihr verbunden sind. Bin exzentrisches Reduzierstück 15 ist am Ende der Röhre 10 gegenüber dem konzentrischen Reduzierstück 9 befestigt und hat ein Umlaufrohr 14, das von dort zu einem Drosselventil 15 läuft. Aus dem Drosselventil 15

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erstreckt sich ein Abflußrohr 16, das so angeordnet ist, dass der Abfluss wahlweise in den Behälter 1 oder in den Afcflußkanal fliessen kann. Ein Spülwasserrohr 17 verläuft von einem Druckwasserreservoir über ein Ventil 18 zu dem x.ohr 2 zwischen dem Ventil 3 und der Pumpe 4. Das durch das Spülwasserrohr 17 herangeführte opülwasser wird benötigt, wenn die Papierherstellung beendet ist una der Füllstoff brei aus den kohren entfernt werden muss.

Wj.e in i^lig« 2 deutlich zu sehen, wird der Füllstoffbrei aus den Sprühdüsen 12 auf das sich bewegenae Band 20 au3 einer Entfernung von etwa 15 bis 120 cm (6 inches to 4 feet) über dem Band 20 auigesp&ht, abhängig von der Geschwindigkeit des tiiebes 21 und dem Druck in der Düse. Die Düse kann- ein Hohlkegel sein, wib in fig. 1 bei 19 gezeigt, una kann als repräsentiver Düseniyp gelten, wenn mit niederen Drücken von ungeführ 0,2 bis 1,4 kg/cm (3 to 20 pisg) gefahren wird» Die Sprüiicüsai 12 sind so im Abstand auf der Sprühverteilerröhre 1o angeordnet, dass die Sprühstrahlen aus jeder der Düsen 12 die benachbarten Sprühstrahlen überschneiden und damit das Sprühmuster 19 bilden, das beschrieben v/erden kann als eine eine erste Reihe von Kreisen in tsngentisler Beziehung, &ttf denen eine zweite -Reibe von tangentialen Kreisen derselben Grosse überlagert ist, wobei aie Mittelpunkte dieser Kreise auf dem Berührungspunkt der Kreise der ersten Ixeihe liegen.

Die Sprühdüsen 12 erstrecken sich quer über die gesamte Breite

des Siebes 21. Das Sprühmittel ist auf das Band 20 gerichtet,' ■

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en einer otelle, die ungefähr 1 bis ι uv (3 bis" 12 feet) stromaufwärts -von uerr. ersten Saugkasten 22 liegt. Bei üblichen Maschinen ist dies gewöhnlich die vierte bis sechzehnte Stützrolle 23, abhängig von der Geschwindigkeit des Siebes 21 und ebenso vorr der Stelle, an der die Konsistenz des Bandes derart ist, dass optimale. PüllstoffilickLr.ltung unu optimale optische Eigenschaften dez Papiere erzielt werden.

diesen Prose;.t prellt uer füllstoff "niu" aas Band auf und wird in di^sts hinein 'e30_ten, vo β. in Loirtakt Tüit den Pasern und /aden oes Papiers ko::.i.t unu Erleb csort mit diesen physikalisch und/ooer oner..iach v..rl:.indet.

sile iüllfetoi'fi,. rti.·:, 1, dii /u.üss dor Brfiiiüun^ benutzt werden₉ c-inol fehl vitil kleinei- ul& aer "'.vit-clieiuiiiiü zvischen den Papierfüsern uric noriLblci-weis« könnte erv-c-rtet .--eroen, a^c'e aieae uurch ein*.i; "ProStiii. ,_ve&ä.-3.i der iürfi ;.aui:_f vollstü-iiCii,: uurch Γί·. η α fainv'.rrc'hreEO^en wurden. 2)h iivc cei j.n'Aen-jun/i ate beifi. hriebeui) Prozesses ,i^aoeh nichx {-ezvulehx, \.±ι^%ά aii^e» dass εν>.ίί. .4β^ ~.er;. FüÜFtoif und u^i. uelluioceiacen ν.ηά -iasern eine öberfiuohui-ⁱnr.iefauijf5^!kr£.-ft er.t-stei.t·

Um extreme Z.v^iecitigkßii und UCiI¹^rOJSeU Fuliatc-fvvrlust zu verißeiaen, *r.ue^ cer Füllstoff da;-., i~±z cem B?na iii .Bei-uhrung kptamen, Wt:.:. der Feetstoffanteil i.Peststoffinhslt) des Landes derart ist, dass der !»Uiietoff durch Saugwirkung in das Eand hineingezogen unc .^leiehxässig verteilt werden kann, h-omcrt der Piillstoff zu J3ahe ντι Hauptkaster. ::.it aeu Esno in Berührung, so

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wird er vollständig durch dieses hindurchgezogen, utffl es ' _:

entsteht ein sehr grosser Fülle toff ν er lust, Wir<$ d#r Füllstoff zu weit stromabwärts auf das Band aufgesprüht, so ist daß Band * zu trocken und der Füllstoff überzieht nur die äusserste Oberfläche des Bandes. Ein Teil des Füllstoffes aus der äuesersten

• Oberfläche geht, wenn das Papier trocken ist, durch Zerstäuben verloren» Sprühhöhen von 15 bis 120 cm (6 inches to 4 feet) * und Sprühdrücke von 0,2 bie 1,4 kp/cm (3 to 20 psig) ergeben gute Resultate, wenn das Aufsprühen ungefähr 1 bis 4 m ( 5 to 12 feet) stromaufwärts vom ersten Saugkasten erfolgt« Der Füllitoffbrei sollte eine solche Konzentration besitzen, dass er ' durch die Sprühdüse zerstäubt werden kann» Die bestfilhBWwPkonzentration betagt 0,05 bia<^2 kg/dtt* JHa (0,5 bis 2 Ibe/gal)' öler 5 bis 2Ο9έ Feststoffe'^ Die Siebgesehwindigkeit bee^i#i% «o^ohl '(,-. die spezifische Höhe und die Sprühdrücke der Düsen ale auch ibt·« Lage· Innerhalb bestimmter Grenzen sind Maeehineng-eBöhwiiidigkei-/ ten von 300 bis 900 rn/Jßln. (1000 bis 3000 ft/min.) ififiglifch.

Die in di*«ee ZS Verfahren benutzten farbigen iHlll^toff^ eind anorganische, siliciümheiltige farbstoffe aus sehr f#^^*|#arti kein 1 die im allgemeinen in ein eh Se reich 70η Ο\^ί^ί4 0,6/i'J

' liegen. Die eilijQiunihaltigeDi, ^ai^itoffe mif^%'3ileiroj^

• ihre» Oberflechen sind am vorteilhafteeteti

* die Itei'igalög haben, siob soeo'hk/cheiaieDh elf äüoV

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mit den Gelluloeefaaern zu fitftindep^ und dadttföh

• Eüokheltung eine gleichffiässige ,Verteilung, über das gtiamte. ^ gewährleisten«

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Es sind amorphe, siliciumhaltige Farbstoffe mit wenigstens 50% SiO₂ und wenigstens 3,5$ gebundenem Wasser. Sie können hergestellt werden, indem SiO₂ aus Natriumsilikat mit Hilfe von Säuren ausgeschieden wird oder in der,in den TJ.S.-Patenten 3 034 913 und 3 034 914 beschriebenen Weise, in der Natriumsilikat teilweise durch eine Säure neutralisiert wird und danach Kieselsäure durch ein Salz z.B. Calciumchlorid oder Alaun, daraus ausgeschieden wird»

Andere geeignete siliciumhaltige Füllstoffe '.vsrden hergestellt, indem Kieselsäure aus Oalciumsilikat durch eine Säure ausgefällt wird entsprechend der im TJ.S.-Patent 3 110 606 beschriebenen Art.

Ein weiterer geeigneter siliciumhaltiger Füllstoff ist Oaleiiaasilikat, das hydrothermisch unter Druck aus Kali und Kieselgur hergestellt wurde.

Weitere bevorzugte Füllstoffe sind die synthetischen Natriumaluminiumsilikat-Farbstoffe, die in den TJ.S.-Patenten 2 739 073 und 2 848 346 beschrieben werden. Diese Füllstoffe werden hergestellt, indem wässrige Lösungen eines Alkalimetallsilikats und eines wasserlöslichen Aluminiumsalzes, z.B. Aluminiumsulfat, Aluminiumchlorid, Aluminiumnitrat oder Ammonium-Alaun, geeignet gemischt werden und miteinander reagieren.

Andere übliche Füllstoffe für Zeitungspapier oder anderes leichtes Papier können gemäss der Erfindung benutzt werden, z.B. Lehm oder Oaleiumcarbonat. Kombinationen von siliciumhaltigen Füllstoffen sind ebenso geeignet, z.B. Mischungen aus Kieselsäure und Natriumaluminiumsilikat.

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' Der pH- Wert des Reaktionsmediums und der des ausgefällten Stof- ' fes, ausserdem die Art des verwendeten Silikats gehören zu den Faktoren, die das produzierte spezifische Natriumaluminiumsilikat

. bestimmen. Eine Variation dieser Paktoren bestimmt die molaren Verhältnisse der Oxyde von Natriumaluminium und Silicium, und ausserdem die Partikelgrösse, das spezifische Gewicht und die Grosse der Oberfläche des Pigments· Pigmente mit Mol-Verhältnissen über 0,8 Mol Na₂0/Mol AlgO*, und über 4 Mol SiOg/Mol Na₃O mit einem Partikeldurchmesser unter 0,14/U, einem spezifischen Gewicht von 2,1 bis 2,26 und einer Oberfläche von mehr als 20 m /g sind gemäss der Erfindung besonders geeignet.

Im folgenden werden, zusammen mit einigen Tabellen, einige erfindungsgemässe Ausführungsbeispiele beschrieben, auf die jedoch die Erfindung nicht beschränkt ist.

Beispiel 1

Benutzt wurde eine Langsieb-Papiermaschine mit einer Geschwindigkeit von 600 m/Min. (2000 ft/mint.). Es wurden Pigmente aus Natriumaluminiumsilikat bei einem Druck von 0,5 atü (7 psig) und einer Höhe von 60 cm (2 ft.) auf das sich bewegende Band aufgesprüht. Es wurde eine ausreichende Menge von Pigmenten gebraucht,

etwa um/5$ Asche zu erhalten.

i Es wurden verschiedene Versuche an verschiedenen Stellen des

Bandes vorgenommen. Eine Aufgabestelle war beim ersten Saugkasten. Ein zweiter Punkt war bei der 6. und der dritte Punkt bei der 16* Stützrolle. Die Ergebnisse sind in Tabelle I dargestellt.

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Beispiel 2

Hier wurde dieselbe Maschine benutzt und bei derselben Geschwindigkeit gefahren. Es wurde ein Füllstoff aus Natriumaluminiumsilikat verwendet und bei der 1. Stützrolle unter einem Druck von 0,7 atü (10 psig) und bei der 2., 4. und 6.T3tützrollt unter einem Druck von 1,05 atü (15 psig) aufgegeben. Die Ergebnisse s,ind in Tabelle II dargestellt.

Beispiel 3

Hier wurde Katriumalurainiumsilikat-Füllstoff auf ein auf einer Langsiebpapiermaschine gebildetes Band bei einer Siebgeschwindigkeit von etwa 700 m/Min. (2300 ft/min) und bei einem Druck von * 0,63 atü (9 psig) aufgesprüht. Die Sprühhöhe war 54 cm (18 inches). Der Aufgabepunkt wurde bei den verschiedenen Versuchen variiert. Der Füllstoff wurde nacheinander bei der 4., 6. und 8. Stützrolle aufgegeben. Die Ergebnisse sind in Tabelle III dargestellt.

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Die 2a ten in Tabelle I und II zeigen, dass, wenr die Füllstoffpigmente auf das sich bewegende Band aufgesprüht werden, sie effektiv das Papier füllen und die optimalen Bedingungen für das Aufsprühen bei Beispiel 1 von der 6. bis zur 16. Stützrolle und bei Beispiel 2 von der 4. bis zur 6. Stützrolle gegeben sind. In ähnlicher Weise kann der optimale Aufgabepunkt für jede Maschine bestimmt werden.

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Die Daten zeigen an, dass das Papier vorteilhafte Eigenschaften erhält, wenn das Füllstoffpigment auf das bewegte Band aufgesprüht wird. Bei der bei Beispiel 3 benutzten Maschine zeigen die Daten, dass der optimale Aufgabepunkt bei oder nahe bei der 6. Stützrolle liegt, wobei diese ungefähr 1,80 bis 2,10 m (6'bis 7 ft.) stromaufwärts vom ersten Vakuumkasten angeordnet ist. Di· Daten zeigen weiter, dass die optischen Eigenschaften von Papier mit Innenfüllung etwas schlechter sind als bei Papier, das gemäß der Erfindung gefüllt wurde, wogegen die Druckeigenschaften bei beiden gleichwertig sind.

Durchführbarkeit Die Beispiele zeigen weiter die ÄngitackkgSBadrt des Verfahrens und

die Vorzüge, die das Papier bezüglich Glanz, Dtckfählgkeit,

Druckfähigkeit und PigmentZurückhaltung hat. Das erfindungsgemässe

an

Verfahren kann/äquivalenten Maschinen und unter verschieden Bedingungen durchgeführt werden und soll durch die angeführten Beispiele nicht eingeschränkt werden·

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Claims

Pat entansprüche

(ΐ·) Verfahren zum Zusetzen von Füllstoffpigmenten zu Papier, dadurch gekennzeichnet, dass durch Sprühdüsen ein dünnflüssiger, wässriger Brei aus Füllstoff zerstäubt und auf das sich bewegende Band auf einer Papiermaschine aufgesprüht wird, wobei die Düsen so angeordnet sind, dass sich die Sprühstrahlen überlappen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet} dass die Sprühdüsen wenigstens 1,80 m (6 inches) über dem bewegten Band angeordnet sind und auf Punkte wenigstens 90 cm ( 3 ft.) stromaufwärts vom ersten Saugkasten der Papiermaschine gerichtet sind·
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass 4θ«- Sρriih&egUrf- eine hohle konische Form hat.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in den Düsen wenigstens 0,2 atü (3 psig) und die Geschwindigkeit des bewegten Bandes wenigstens 300 m/Min. (1000 ft/mint) beträgt*
5» Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff ein anorganisches,siliciumhaltiges Pigment ist, das. wenigstens 50$ SiOp enthält und dessen durchschnittliche Partikelgrösse kleiner als#6 μ ist.

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6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllatoffpigment aus feingeteiltem Natriumaluminiumsilikat besteht.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fallstoffpigment aus feingeteilter Kieselsäure (Kieselerde) besteht·
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff aus Calciumsilikat besteht·
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff aus einer Mischung aus Kieselsäure (Kieselerde) und Natriumaluminiumsilikat besteht.

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