DE2338818A1

DE2338818A1 - Schmiermittel fuer papierueberzuege

Info

Publication number: DE2338818A1
Application number: DE19732338818
Authority: DE
Inventors: Charles D Blanchard; James W Geddes; James F Hern
Original assignee: Diamond Shamrock Corp
Current assignee: Diamond Shamrock Corp
Priority date: 1972-08-01
Filing date: 1973-07-31
Publication date: 1974-02-14
Also published as: NL7310597A; AR199407A1; BE803025A; FR2194841A1; AU5866273A; JPS4942909A; FR2194841B3; IT990089B; BR7305803D0

Description

Gegenstand der Erfindung sind Schmiermittel für Papierüberzugssysteme auf Stärkegrundlage. Wenn in der vorliegenden Anmeldung von Schmiermitteln gesprochen wird, sollen darunter auch Gleitmittel verstanden werden. Wenn in der vorliegenden Anmeldung von Papierüberzügen gesprochen wird, sollen darunter auch AufStreichmittel, Streichmittel und AufStreichmassen sowie Anstrichmassen verstanden werden.

Zwei der Hauptwirkungen eines Überzugsschmiermittels während des Kalanderns sind die Verminderung der Staubbildung und die Verbesserung im Glanz. Die Zugabe von Schmiermitteln zu den pigmentierten Überzugsmassen kann die Qualität des fertigen Überzugs während des Kalanderns bzw. Satinierens verbessern und das Satinieren bzw. Kalandern erleichtern. Die Verwendung von Schmiermitteln ergibt im allgemeinen in dem beschichteten Papier oder in der überzogenen Pappe einen höheren Glanz bei niedrigeren Satinierdrucken. Beim Supersatinieren oder ähnlichen Bearbeitungsverfahren am Papier tritt oft ein "Staub"-

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Problem auf, insbesondere bei Überzügen aus Stärke und Pigment. Das Stauben kann verschiedene Ursachen haben: 1. In dem Überzugsmittel kann zu wenig Klebstoff sein. 2. Der Klebstoff kann zu stark in das Grundbahnmaterial penetrieren und 3· bei der Herstellung des Überzugs kann sich das Pigment agglomerieren. Verschiedene Schmiermittel beseitigen oder vermindern das Staubproblem, indem der Überzug geschmiert wird,und regulieren die Penetration des Klebstoffs.

Um dem Überzug im feuchten Zustand ein Gleitvermögen oder Schmiervermögen zu verleihen, verwendet man sowohl lösliche als auch unlösliche Seifen. Seife wie Natrium- und Ammoniumstearat schmieren feuchte Überzüge. Ein geeignet geschmierter Überzug verteilt sich auf den Anwendungswalzen gleichmäßig, und dabei wird ein gleichmäßigerer Überzug auf dem Papier aufgebracht. Lösliche Seifen besitzen eine starke Wirkung auf die Viskosität der Überzugsmassen, insbesondere auf solche, die Stärke als Klebstoff enthalten, und müssen somit sorgfältig eingesetzt werden. Dispergierbare unlösliche Seifen wie Calcium- -und Aluminiumstearat wirken in Überzugsmassen ähnlich wie lösliche Seifen, im allgemeinen besitzen sie jedoch auf die Viskosität nur geringe Wirkungen. Calciumstearat, das entweder als trockenes Pulver oder als Dispersion vorliegt, wird in Mengen von ungefähr 1 bis 1 1/2 % Trockengewicht, bezogen auf das Trockengewicht des Überzugspigments, verwendet. Andere Schmiermittel, wie sulfonierte öle, Fettsäureester und Wachsemulsionen besitzen auf die Überzugsmassen ebenfalls Schmierwirkung, aber in geringerem Maße als lösliche und unlösliche Seifen.

Ein Schmieren des trockenen Überzugs, um die Glätte und den Glanz zu verbessern und die Staubbildungseigenschaften zu erniedrigen, wird am besten mit löslichen oder unlöslichen Seifen erreicht. Bestimmte V/achsemulsionen wirken ebenfalls als i-iirksame Schmiermittel,sie müssen jedoch mit Vorsicht ver-

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wendet werden, da Stabilitätsprobleme auftreten und dem Überzug ein übermäßiges Gleitvermögen bzw. Schlüpfungsvermögen verliehen wird.

Die üblichen mit Seife stabilisierten Wachsemulsionen werden mit ungefähr 50 % Wachsfeststoffen, 7 % Seifenfeststoffen und 43 % Wasser hergestellt. Übliche Seifen,.die als Wachsemulgiermittel verwendet werden, sind beispielsweise Natrium- oder Kaliumoleat oder -stearat. Übliche Wachse umfassen Paraffinwachse und mikrokristalline Wachse. Obgleich Wachsformulierungen, die in Druckwalzenüberzügen auf Stärkegrundlage verwendet werden, bekannt sind (vgl. "Coating Formulations - Principles and Practices" von Nadelman and Baldauf, 1966, Seiten 109 bis 110), werden sie kaum verwendet, bedingt; durch eine übermäßige Schlüpfrigkeit und die mögliche Bildung von Flecken-, die durch Agglomeration oder Unverträglichkeit mit dem Grundlagensystem hervorgerufen werden. Wachsemulsionen werden manchmal in Systemen auf Latex- und Proteingrundlage verwendet. Daß Seifen in Stärkesystemen bevorzugte Schmiermittel sind, geht weiter aus den Ausführungen auf den Seiten 1647 und 1648 von "Pulp & Paper" von James P. Casey, 2. Auflage, 1961, Interscience Publishers, New York, hervor, wo ausgeführt ist:

"Wachsemulsionen werden manchmal zu Überzugsmischungen zugegeben, um die Staubbildung während des Satinierens zu vermindern, um die Wasserabstoßungsfähigkeit zu erhöhen, um die Flexibilität zu. verbessern und um den Glanz zu erhöhen. Man verwendet ungefähr 0,3 bis 1,0 % Paraffin oder mikrokristallines Wachs, bezogen auf Pigmentgrundlage."

"Zu Stärkeüberzügen für Walζenbeschichtung mit hoher Geschwindigkeit werden im allgemeinen Seifen zugefügt. Diese reagieren mit der Stärke und verleihen der Überzugsmischung Theologische Eigenschaften, die die Egalisierung des Überzugs auf dem Papier verbessern. Dispersionen aus Natrium- und Ammoniumstearaten und Metallseifen (Calcium-

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stearat) werden üblicherweise verwendet, im allgemeinen in einer Menge von 2 bis- 5 Teilen pro 100 Teile Stärkeklebstoff. Metallseifen können direkt zu der Überzugsmischung zugegeben werden, Natriumseifen müssen in warmem Wasser gelöst werden. Es ist am besten, diese erst dann zu der Überzugsmasse zuzufügen, wenn diese nahe auf Zimmertemperatur abgekühlt ist. Zusätzlich zu einer Änderung in der Fließeigenschaft der Überzugsmischung und zu der Einstellung der gewünschten Thixotropie bewirken die Seifen, daß die" Staubbildung minimal gehalten wird und der Glanz beim Satinieren erhöht wird. Glyceryltristearat ist ein anderes Material, das manchmal in Papieranstrichsmitteln verwendet wird. Diese Materialien müssen jedoch alle mit Vorsicht verwendet werden, da überschüssige Mengen die Eigenschaften des Überzugs verschlechtern und Schwierigkeiten auftreten, da die Druckfarben schlecht trocknen. Beim Beschichten mit Walzen werden die mit Kautschuk bedeckten Offsetwalzen manchmal schneller zerstört, wenn diese Bestandteile in dem Überzugsmittel enthalten sind."

Gegenstand der Erfindung ist eine einzigartige und neue Kombination von zwei bekannten Schmiermitteln, die zusammen auf unerwartete und synergistische V/eise wirken, wobei man Ergebnisse erhält, die besser sind, als wenn man eins der Schmiermittel allein verwendet. Im wesentlichen bestehen die erfindungsgemäßen Schmiermittel aus einem ersten Schmiermittel, Calciumstearat (oder einem Äquivalent, wie es später aufgeführt wird, von Calciumstearat), gegebenenfalls zusammen mit einem Dispersionsmittel, emulgiert mit einem zweiten Schmiermittel, modifiziertem Talk (oder einem Äquivalent davon, wie es im folgenden aufgeführt wird), wobei man ein anionisches oder nichtionisches Emulgiermittel verwendet. Diese Schmiermittel sind besonders in Überzugssystemen auf Stärkegrundlage wertvoll. Die Verwendung von Calciumstearat oder seiner Äquivalente als Schmiermittel in Stärkesystemen ist gut bekannt.

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Modifizierter Talk und seine Äquivalente werden jedoch kaum verwendet, obgleich solche Schmiermittel nicht unbekannt sind. Modifizierter Talk und seine Äquivalente geben keine'ausreichende Ahtistaubbildungswirkung während des starken Satinierens und sie können ernste Probleme beim Handhaben des Papiers bewirken, wie ein kegelförmiges Ausbeulen, wenn das Papier aufgerollt ist. Die Kombination der bekannten wirksamen Schmiermittel (Calciumstearat oder seine Äquivalente) mit den bekannten schlechten Schmiermitteln (modifizierter Talk und seine Äquivalente) ergibt eine unerwartete synergistische Wirkung. Werden diese Schmiermittel miteinander emulgiert und zu dem Beschichtungsmaterial auf Stärkegrundlage in ungefähr gleichen Gewichtsmengen,wie jedes von ihnen selbst verwendet wird, zugefügt, so werden der Glanz und die Antistaubbildungseigenschaften des Beschichtungsmaterials bzw. der Beschichtung überraschend verbessert. Diese Kombination unterscheidet sich von Seifen-Wachs-Emulsionen, da das Calciumstearat oder seine Äquivalente in Mengen vorhanden sind, die. wesentlich größer sind als die, die erforderlich sind, um den modifizierten Talk oder seine Äquivalente zu emulgieren, und da das Calciumstearat oder seine Äquivalente sehr wichtig sind, damit der modifizierte Talk oder seine Äquivalente ihre Schmiereigenschaften zeigen. Das Calciumstearat oder seine Äquivalente erfordern, wenn sie unlöslich sind, üblicherweise ein Dispersionsmittel. Das Emulgiermittel muß anionisch oder nichtionisch sein, da Papierbeschichtungssysteme fast immer alkalisch sind und häufig einen pH-Wert im Bereich von 8,0 bis 9,5 besitzen.

Übliche erste Schmiermittel umfassen Calcium-, Zink-, Aluminirum-, Natrium-, Ammonium- oder Magnesiumstearat, 01eat, Laurat, Palmitat und Myristat. Calciumstearat ist das am meisten bevorzugte erste Schmiermittel. Bevorzugte Äquivalente bei der vorliegenden Erfindung sind Zinkstearat, Aluminiumstearat, Magnesiumstearat. Eine etwas weniger bevorzugte Gruppe der Äquivalente sind Calciumoleat und Zinkoleat. Eine noch weniger

bevorzugte gleich geeignete Gruppe der Äquivalente umfassen Natriumstearat, Ammoniumstearat, Natriumoleat, Ammoniumoleat und ähnliche.

Die Dispersionsmittel für das Calciumstearat und seine Äquivalente umfassen Polyäthylenglycol mit Molekulargewichten von 200 bis 1200/CL^_,|₈ Fettsäureester, Octylphenol äthoxyliert mit 5 bis 7 Mol Äthylenoxyd, Tridecylalkohol äthoxyliert mit 5 Mol Äthylenoxyd, Nonylphenol äthoxyliert mit 9 Mol Äthylenoxyd und ähnlichen. Die meisten verfügbaren nichtionischen und anionischen Dispersionsmittel ergeben zufriedenstellende Ergebnisse.

Das am meisten bevorzugte sekundäre Schmiermittel ist entsäuerter Talk. Neutralisierter Talk ist gleichermaßen bevorzugt, d.h. Talk selbst, in dem die natürlichen Fettsäuren vorhanden sind, vorausgesetzt, daß ausreichend Alkali zugefügt wird, um die Fettsäuren zu neutralisieren, da man beachten muß, daß die Pigmentüberzugssysteme oder Pigmentbeschichtungssysteme fast immer alkalisch sind. Hydrierter Talk ist ein anderes gleichermaßen bevorzugtes Äquivalent. Talk, der mit einer Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen substituiert ist, ist ein etwas weniger bevorzugt sekundäres Schmiermittel.

Eine andere, etwas weniger bevorzugte Gruppe von Äquivalenten umfassen Paraffinwachse, mikrokristalline Wachse und synthetische Wachse. Natürliche Wachse sind bei der vorliegenden Erfindung nicht geeignet. Eine andere Gruppe von etwas weniger bevorzugten sekundären Schmiermitteln umfassen Polyäthylenglycole mit Molekulargewichten von 400 bis 10 000 (und insbesondere von 400 bis 4000), gesättigte Fettalkohole, wie Mischungen, die von 14 bis 18 Kohlenstoffatome enthalten und die hauptsächlich 16 Kohlenstoffatome enthalten.

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Andere mittelstark bevorzugte modifizierte Talkäquivalente sind Fettsäureester, wie die Reaktionsprodukte von 1. mindestens einer Fettsäure mit einem Grundgerüst von 2 bis 28 Kohlenstoffatomen, die gesättigt oder ungesättigt, verzweigt oder linear, substituiert oder unsubstituiert sein kann und eine Monocarbonsäure oder eine Dicarbonsäure sein kann und 2. mindestens einen aliphatischen Alkohol, der ein Grundgerüst aus 2 bis 30 Kohlenstoffatomen enthält, der gesättigt oder ungesättigt, verzeigt oder linear, einwertig, zweiwertig oder mehrwertig und primär, sekundär oder tertiär sein kann, mit dem Proviso, daß/die Molverhältnisse der Reaktionsteilnehmer ungefähr 1,0 Mol Fettsäure für jede Hydroxygruppe des Alkohols betragen. Beispiele solcher Fettsäureester sind: Methyl-, Butyl- und Propylester von Fettsäuren, die 12 bis 22 Kohlenstoffatome enthalten,und das Reaktionspi-odukt einer Mischung aus Öl- und Leinölfettsäuren mit einem aliphatischen Alkohol, der aus einer Mischung der Bodenprodukte des Oxoverfahrens' besteht .und 8 bis 16 Kohlenstoffatome enthält und verzweigt und linear ist.

Etwas weniger bevorzugte, jedoch noch nützliche Äquivalente von modifiziertem Talk,sind Polyäthylenglycolester von Fettsäuren mit 12 bis 22 Kohlenstoffatomen und Molekulargewichten im Bereich von 200 bis 800.

Nützliche Emulgiermittel umfassen alle Dispersionsmittel, die oben aufgezählt wurden, wie auch Morpholinoleat (welches bevorzugt ist), Morpholinstearat, äthoxylxerte Phenole, Kokosnußamine, Alkanolamine, aliphatische Amine und ähnliche Verbindungen .

Wird ein in Wasser lösliches erstes Schmiermittel wie Natriumstearat verwendet, so wird nur wenig oder kein Dispersionsmittel und/oder Emulgiermittel erforderlich sein. Dies ist darauf zurückzuführen, daß ein geringer Anteil des wasserlöslichen

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ersten Schmiermittels ausreicht, um die Mischung zu emulgieren.

Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können hergestellt werden, indem man die Bestandteile einfach bei Zimmertemperatur vermischt- Wird ein unlösliches erstes Schmiermittel verwendet, kann es zuerst mit dem Dispersionsmittel vermischt werden und dann mit dem zweiten Schmiermittel vermischt werden, das zuerst als Wasseremulsion hergestellt werden kann. Alternativ können alle Bestandteile auf einmal zugefügt und miteinander vermischt werden. Die Homogenisierung der Bestandteile nach dem Mischen kann erforderlich sein, damit man eine einheitliche Mischung erhält.

Das erste Schmiermittel kann in einer Menge von 30 bis 90 (bevorzugt von 40 bis 60) Gewichtsteilen vorhanden sein, das zweite Schmiermittel muß in einer Menge von 10 bis 70 (bevorzugt von 40 bis 60) Gewichtsteilen vorhanden sein, das Dispersionsmittel kann in einer Menge bis zu 30 (bevorzugt von 1 bis 10) Gewichtsteilen vorhanden sein und das Emulgiermittel kann in einer Menge bis zu 30 (bevorzugt von 1 bis 10) Gewichtsteilen vorhanden sein. Wasser kann in einer Menge von 1 bis 160 (und bevorzugt von 60 bis 100) Gewichtsteilen vorhanden sein.

Typische Formulierungen werden im folgenden aufgeführt.

Bestandteile	I	Prozentgehalte	III	IV
	26	II	26	48
Calciumstearat	26	26	36	5
Modifizierter Talk		31	Λ	■ζ
Dispersionsmittel/			*+	J
Emulgi ermittel	45	D	35	44
Wasser

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Das fertige Papier schmiermittel wird in einer Menge von 0,5 bis 5 % und bevorzugt von 1,0 Ms 1,5 % Trockengewicht, bezogen auf das Trockengewicht des Papi erbe Schichtungsmaterials zugefügt.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie zu beschränken.

Erfindungsgemäße Beispiele von Papierbeschichtungsschmiermitteln

Beispiel 1

45 Gewichtsteile entsäuerter Talk, 5 Gewichtsteile äthoxyliertes Bis-phenol als ein Emulgiermittel und 50 Gewichtsteile Wasser werden gut vermischt und bei 7,03 kg/cm (100 psi) in einer Mantun-Gaulin-Homogenisiervorrichtung homogenisiert. 50 Gewichtsteile des emulgierten Talks werden dann mit 50 Gewichtsteilen Calciumstearatdispersion, die 50 % Feststoffe enthält, wovon ein geringer Prozentgehalt ein Dispersionsmittel ist, vermischt. Das entstehende Schmiermittel ist eine opak gefärbte weiße fluide Masse mit einem pH-Wert von ungefähr 9,0 und einem Gehalt an Feststoffen von ungefähr 50 %.

Beispiel. 2

Beispiel 1 wird wiederholt, wobei anstelle des äthoxylierten Bis-phenols äthoxylierter Tridecylalkohol verwendet wird.

Beispiel 5

Beispiel 1 wird wiederholt, wobei 1 Teil Casein und 2 Teile Morpholinstearat als Emulgiermittel und 75 Gewichtsteile Calciumstearat zusammen mit 25 Gewichtsteilen entsäuertem Talk verwendet werden.

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Beispiel 4

Beispiel 1 wird wiederholt, wobei 100 Teile Calciumstearat und 50 Gewichtsteile entsäuerter Talk verwendet werden.

Beispiel 5

Beispiel 1 wird wiederholt, mit der Ausnahme, daß der entsäuerte Talk durch die verschiedenen in der Anmeldung aufgezählten Äquivalente ersetzt wurde.

Beispiele für die Untersuchung von den erfindungsgemäßen Papierbeschichtungsschmiermitteln

Versuch 1

Versuche wurden durchgeführt, um den Glanz (TAPPI ΦΦ T480-TS65), die IGT-Bedruckbarkeit und das Stauben (Trockenreiben) zu bestimmen. Man verwendet 12 Teile Stärke, 4 Teile Latex, eine Tonbeschichtung und erhält die folgenden Ergebnisse:

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Blätter beschichtet und satiniert bei 6O⁰C (14O⁰F)

■fr- CD	Zusatzstoff, bezo gen auf das trockene Pigment	1	.GLANZ Walzenspalte 2 3	59	4	Durchschnitt liche Glanz verbesserung verglichen mit 1 % trockenem Nopcote C-104 HS	I.G.T. 4 Walzen spalte m/mln. (ft/min.)	Staub eigen schaften nach 4 Walzen spalten
fcO ÖS €S -J	1 % Calciumstearat- dispersion	44	54	62	64		79,5(248)	5
θ m>	1-1/2 % Calcium- stearatdispersion	46	56	63	65	2,0	82,3(275)	3
	1 % von Beispiel 2	49	57	65	67 .	3,7	79,8(266)	3
	1-1/2 % von Bei spiel 2	49	57	69	4,7	85,0(283)	2

_ Ί2 -

Eine Erhöhung um 2 Glanzpunkte oder mehr wird als wesentlich betrachtet, und die Antistaubeigenschaft wird auf einer Skala mit 1 bis 10 bewertet, wobei die niedrigeren Werte bevorzugt sind. Die IGT-Werte bedeuten die Geschwindigkeiten in der Druckpresse,und höhere Werte sind daher bevorzugt.

Versuch 2

Ein Versuch, der ähnlich ist wie Versuch 1, wurde durchgeführt, mit der Ausnahme, daß man als Beschichtung nur Stärke verwendete und nur der Glanz verglichen wurde. Verglichen mit der Zugabe von 1 % Calciumstearatdispersion verbesserte die Zugabe von 1 % des Produktes von Beispiel 3 den Glanz um 2 Punkte, und die Zugabe 1-1/2 % der Verbindung von Beispiel IV verbesserte den Glanz um 5,5 Punkte.

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Claims

Patentansprüche

Schmiermittel für Papierbeschichtungsmaterial auf Stärkegrundlage enthaltend:

A. von 30 bis 90 Gewichtsteilen eines ersten Schmiermittels, wie Calcium-, Zink-, Aluminium-, Natrium-, Ammonium- oder Magnesiumstearat, Oleat, Laurat, Palmitat oder/und Myristat;

B. von 10 bis 70 Gewichtsteilen eines zweiten Schmiermittels, wie entsäuertem Talk, neutralisiertem Talk, hydriertem Talk, alkylsubstituiertem Talk, Paraffinwachs, mikrokristallinem WaGhs, synthetischem Wachs, Polyäthylenglycol mit Molekulargewichten von 400 bis 10 000, gesättigten Fettalkoholen, Fettsäureester oder/und Polyäthylenglycolester;

C. von 1 bis I60 Gewichtsteilen Wasser;

D. von 0 bis 30 Gewichtsteilen eines Dispersionsmittels und

E. von 0 bis 30 Gewichtsteilen eines Emulgiermittels mit dem Proviso, daß mindestens einer der Bestandteile D oder E vorhanden ist, wenn der Bestandteil A was serunlöslich ist.
2. Schmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bestandteil A in einer Menge von 40 bis 60 Gewichtsteilen, der Bestandteil B in einer Menge von 40 bis 60 Gewichtsteilen, der Bestandteil C in einer Menge von 60 bis 100 Gewichts teilen, der Bestandteil D in einer Menge von 1 bis 10 Gewicht st eilen und der Bestandteil E in einer Menge von 1 bis 10 Gewichtsteilen vorhanden sind.
3· Schmiermittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Bestandteil A Calciumstearat und als Bestandteil B entsäuerten Talk und als Bestandteil E Morpholinoleat verwendet .

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4. Schmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Bestandteil A Zinkstearat, Calciumstearat, Aluminiumstearat oder /und Magnesiumstearat verwendet.
5. Schmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Bestandteil B entsäuerten Talk, neutralisierten Talk, hydrierten Talk oder/und älkylsubstituierten Talk verwendet .
6. Schmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Bestandteil A Calciumstearat verwendet.
7. Schmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Bestandteil B entsäuerten Talk verwendet.
8. Verfahren, um einen Papierüberzug auf Stärkegrundlage zu schmieren, dadurch gekennzeichnet, daß man dazu 0,5 bis 5,0 Trockengewichts-^"einer Zusammensetzung nach Anspruch 1, bezogen auf das Trockengewicht der Zusammensetzung, zufügt.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man 1,0 bis 1,5 Trockengewichts-^ der Zusammensetzung von Anspruch 1 zufügt.
10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man als Bestandteil A in der Zusammensetzung nach Anspruch 1 Calciumstearat verwendet.
11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man als Bestandteil B in der Zusammensetzung nach Anspruch 1 entsäuerten Talk verwendet.

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