DE2544424A1

DE2544424A1 - Schmiermittel zur metallbearbeitung

Info

Publication number: DE2544424A1
Application number: DE19752544424
Authority: DE
Inventors: James Estell Knepp
Original assignee: Aluminum Company of America
Current assignee: Howmet Aerospace Inc
Priority date: 1974-10-03
Filing date: 1975-10-02
Publication date: 1976-04-08
Also published as: DE2544424C2; NL182654B; IT1051590B; ES441501A1; SE412595B; NL7511628A; SE412595C; ZA756017B; NL182654C; DK145231C; JPS5161508A; US3923671A; GB1528803A; DK444575A; FR2286877A1; BR7506455A; BE833920A; FR2286877B1; DK145231B; AU8372075A

Description

IBERLlN 33 8MÜNCHEN

Auguste-Viktoria-StraBsβδ η DMO/^LJl/Έ B DADTMCD PieraenauentraBe 2

Pat.-Anw. Dr. Ing. Ru.chke Ur-KUOUMKhCStI-¹AKlINbK Pat.-Anw.DIpl.-lng.

Pat.-Anw. Dipl.-lng. PiTFNTANIWALTE ^{Han8 E}· *"*^Μ*

Olaf Ruschke Γ M I C IN I M IN VV t\ L. 1 C . . . --„ .980324

T.lribn:OBO/|»i»g BERLIN - MÖNCHEN TeIOf_0n-O₈₉Z₉₈₇₂₆₈

., Telegraram-Adre»»«:

Telegranim-Adrasse:

Quadratur Beriin Quadratur München TELEX: 18378« TELEX: 522787

Aluminum Company of America, Pittburgh, Pensylvania

Schmiermittel zur I.etallbearbeitung

Die Erfindung betrifft Schmiermittel für die Metallbearbeitung und insbesondere ein Letallbearbeitungsschmierniittel, dos beim Ziehen und Glätten von Letallblechmaterial Anwendung findet.

Bei der Verarbeitung von hetall in den vielseitigsten Formen, wie z.B. beim Ziehen und Glätten wahrend der herstellung eines ^eforiiiten Behälters oder einer Konservendose z.B. aus Stahl- oder AluiiiiiiiuEiblech finden für gewöhnlich eine Anzahl verschiedenster Schmiermittel Anwendung;, -iüclcstandsöle sind auf den meisten Blechoberflochen von vorangehenden 'JaIz- und Verarbeitungsvor-K-ängen herrührend vorhanden. Ein zusätzliches Arbeitsschmiermittel v/ird für den Ziehvorgang und ein weiteres Schmiermittel

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für den Glättungsvorgung verwendet, Ein weiteres Schmiermittel, wie z.D. ein durch die i-Teiieinrichtun;;; bedingtes mechanisches oder hydraulisches Schmiermittel kann zumindest teilweise versehentlich mit den .oearbeitungsschoiermitteln vermischt werden, normalerweise weisen diese Schmiermittel eine unterschiedliche Zusammensetzung auf, obgleich es bekannt ist, dasselbe Schmiermittel, wenn auch mit unterschiedlicher Konzentration, sowohl beim Zieh- wie auch beim Glättungsvorgsng zu verwenden.

Es ist bekannt, Karbons'iuren, wie z.13. Fettsäuren, mit l-iineralölen zur Erzeugung von Schmiermitteln zu mischen. iSo geht z.B. aus den TjS-PSVi 2 124 628 (loser) und 2 I5I 353 (i-iontgomery.) die Verwendung eines Schmiermittels aus Ölsäure und einem Ixineralöl hervor, üolche Schmiermittel werden für gewöhnlich als reine ule bei den 1930-gern verwendet, die nicht weiter durch Dispersion oder Euiulsionsbildung in einem wäßrigen hedium, wie es die allgemeine Praxis ist, verdünnt worden sind.

Es ist bekannt, Fettsäureester und Seifen in i-iineralölschmiermitteln zu dispergieren. Es ist jedoch schwierig, solche Schmiermittel in Filtern zu verarbeiten, wie sie zum Ausfiltern von Verunreinigungen verwendet werden, und Fremdstoffe, wie z.Jj. i-.etallspäne oder dergleichen treten infolge der Seifen nicht zutage. Weiterhin sind Seifen aufweisende Schmiermittel für gewöhnlich ziemlich alkalisch (d.h. von einem pH->,/ert von ungefähr ο oder V') und eine nachfolgende .bearbeitung des geformten ietallstückes mit Gäurereinigungsmitteln zwecks Entfernung

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des Schmiermittels neigt zum Lösen der ,Seife, so daß dos Seiniiernittel folglich nicht zurückgeführt oder wiederverwendet werden kann.

Es hat sich weiterhin bei vielen bekannten Schmiermitteln herausgestellt, daß auf dem hetallmateriol bereits vorhandene Rückstandsöle mit diesem Laterial nicht vertraglich sind, was eine weitere Verunreinigungswirkung mit sich bringen kann. Das gleiche trifft auf bei in Pressen verwendeten hydraulischen oder mechanischen ölen zu, was, wenn eine unvermeidliche Lischung auftritt, eine Verunreinigung des {schmiermittels und damit seine Imverwendbarkeit in einem .iederholungsvorgang mit sich bringt.

Aus der US-PS 3 6^7 1^6 (Sawyer) geht ein emulsionsfähiges Scnmiermittel hervor, das aus der Kombination einer Dispersion eines aliphatischen Karbonsäureglykolesters in liineralöl mit einem Emulgiermittel besteht, um für Emulsionsbildung oder Dispersion des reinen uls in einem .wäßrigen Ledium zu sorgen. Jährend sich dieses Schmiermittel bei einigen Letallbearbeitungsvorgängen als effektiv erwiesen hat, hat sich jedoch herausgestellt, daß noch viele der oben angeführten Probleme bei der Verwendung des Öls für ein Schmieren beim Ziehen und Eisenbeschlagen bestehen.

Die Erfindung bezieht sich demgegenüber auf ein in V/asser dispergierf einiges oder emulgierfähiges Schmiermittel, das sowohl bei Zieh- wie bei Glattungsvorgingen als Schmiermittel in be-

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stimmten lionaontrationen oder auch in reiner uOrni als Hydraulik ehe σ und/odor mechanisches el verwendet werden kann und dos mit; uen liir ;-c\:öhnlicli νου vorangehenden Bearbeitun^svorgkncen auf dei ι .etaltmaterial verbliebenen riückstandsüleii vertraglich int. jjie .^ri'iiidun:;· betrifft auch ein ichiaiermittel, das bei
einer v.'eiteren ü^ifuerun^sbearboitung mit oüure zur entfernung
der ^. Ie voiii ι etal3. chenisch stabil bleibt, wodurch eine .,iedervei".·endun;;-· (Log .jc!v..iieruittels ohne Verlust infolge der Be-
^ ;.-dt der ü'dure iaü;:lieh vjird.

■,,eitere Vorteile der Erfindung ^eheri aus der einzigen i''i-ur der ;; hervor, in der ein !Fließschema aargestellt ist.

Lie ^rfindun betrifft ein ijchüiiermittel für die Letallbearbei tung, das in einem wäßrigen I-iediuiu dispergierbar ist, und sich kennzeichnet

a) durch eine Fettsäure mit mindestens 12 Kohlenstoffatomen
und mindestens einer Korbonsäuregruppe,

b) durch einen aliphatischen Karbonsäureester,

c) durch mindestens ein Umulgierungsmedium und

d) durch ein hineralöl

Die Bestandteile können ferner in einem wäßrigen Hedium disper giert sein, das entionisiertes oder weiches V/asser von weniger als ungefähr 250 ppm Härte (250 Teilen pro Mllionen) enthält«

609815/1349 bad

Vorzugsweise weist die hence tier bestandteile, die nachfolgend als reines vl angesprochen wird, vier bis 30 i'eile pro hunderb x¹ eile der unvürwinclitcn Cl-i/asserdispersion auf. ..us Gründen der jjcschroibun-rserleicliterun^ v/erden nachfolgend die Ausdrücke ".Liuu lsi on" und "dispersion¹¹ als übereinstimmend angesehen.

_s;.emäß weisen die unveriiiicchten t!bestandteile in Gowichtsteilen ungefähr ;.- bis ■· * i'eile Laebons.ure, d bic 10 ^;.'oile oder 4 bis 10 -feile ^aulsion.sbildun; steile und 10 bis c'SJ L'eile dos aliphatischen Karbonsuureesterc auf, wobei der Ausgleich auf 1Ou Geivichtsteile durch Lineralöl hergestellt wird. Die Viskosität der üesatiituiischunr' dos reinen ils sollte mindest on r. ungefähr k%' bis <ϊ^O ÜSU (3o^bolt .-jeconds Universal) bei 100 i'¹ sein, ob ieich eine etvjas höhere Viskosität, wie z.L. pOO bis 'j^>0 üZU (bei 100 υ¹) verwendet v/erden kann, wenn bei einer höheren l'eiüperatur der Verfahrens einrichtung, gearbeitet wird. In Abhunfvigkeit von der Lenge der sich vom i.inoralöl unterscheidenden Bestandteile und ihrer Viikrung auf die Viskosität, wird die Viskosität des Lineralöls ausgewählt, um die endgültige Viskosität der Lischung festzulegen.

.Lrfindun.-jsgemäß muß die bei der Erfindung verwendete Carbonsäure eine gute i'i!^festigkeit oder gute Ürci^eigenschaften aufweisen. Vorzugsweise sollte sie zum Dispergieren erzeugter Letallspäne fähig sein, d.h. sie sollte nicht dazu neigen, die Letallspäne ^zu agglomerieren. Sie sollte ausreichend lösbar mit einer absoluten Lösbarkeit bei '/O l"¹ sein, d.h. sie sollte nicht pastös

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oder nur teilweise lösbar bei Abkühlung ungefähr auf Zimmertemperatur werden. Die gemäß der Erfindung verwendeten Karbonsäuren können monomere, normalkettige I onokarbonsäuren sowie isomere und diniere Karbonsäuren sein. Die erfindungsgemäß verwendeten Karbonsauren weisen im allgemeinen die Jj'ormel auf:

vj or in m eine ranze Zahl ist, und zwar mindestens 11, vorzugsweise mindestens 15, nicht gröiier ols ~-jk- und vorzugsweise nicht gröber als 17, η gleich liull oder ebenfalls eine ganze Zahl ist, und üwar im Bei'eich von L bis 6, und r gleich. 1 oder ei ist.

Beispiele von I.onokyrbons'iuren uiit hohem Molekulargewicht, die in obige Kategorie passen, schließen Clsüure, linolensäure, talnitinsaure, L^ristinsüure und Laurinsäure sowie Isomere Jeder dieser Säuren und Dinere davon ein. .enn der Dimer verwendet wird, sind die harbonsäuregroppen vorzugsweise teilweise blockiert oder reagierend, um für eine itöchbmetrie zu sorgen, die geringer als die von Dikarbonsäure ist und sich vorzugsweise der von Ijonokarbonsäuren annähert, um die Neigung zum Agglomerieren der PolyKarbons'iuren auszuschließen.

Vorzugsweise enthält die Karbonsäure mindestens 1? Kohlenstoffe zusätzlich zu der karbonsauregruppe und weist vorzugsweise eine ölsäure auf.

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Die alipliatische karboiiß-aireonterkompononte dos .ciimieruittels weist das veresterte Produkt der i.onokarbonsüuren mit mindestens vier iOhlenstoffatomen mit Lonoalkoholen oder mit mehrwertigen Alkoholen (Polyölen) auf, die mehrwertige iOlyi.itheralkoliole einschließen. Beispiele von ι onokarbonsäuren, öle in dem jester verwendet werden können, sin α utters-ure, Kaprons-" ure, kaprylsaure, kaprinss.ure, Laurinsäure, i -yri,ο tin saure und Palmitinsäure. Die Alkohole können z.u. sein j ethylolkohol, ^thylaUiohol, Isopropylalkohol, jitlijlenr-lj-kol, lropyxen-jlylcol, Glyzerin, Liiüthylenrlykol, ■rri-.i.thylenglyiLol, L'iproijylcnclykol und x'ripropylenglj-KOl. Die ßüuren, die mit dem Alkoaol verestert worden sind, können entvjeder nur eine üäure aufweisen oder aus ein r Lischung von üduren bestehen. Im ^andel ■ Gbriluchlicli ist z.B. eine Iiischunfr aus säuren wie die üallco 1 lastikatoren 4-14-1 von der i'irma D.I-.Hall Company, die ein i?riäthylenc;iykolkapr;\'lot aufweist.

Das ümulsionsbildun^s- und .uispersionsbildunf.-smittel in dem or- " findun^s^emäßen Schmiermittel v;eist einen oder mehrere nichtionische und nichtmetallische üuiultratoren auf, die ein i-.ther oder vorzugsweise ein TJster sein können. Derartige ümulsionsbilder nach der Erfindung; schlieiöen Polyoxyalkylenether oder -ester von Ο^,ρ-G^.., Alkoholen bzw. Säuren, üorbitanfettsäureester sowie chemische oder physikalische "Mischungen d-erartiger Äther oder Ester ein. .Beispiele solcher Verbindungen sind Polyoxyalkylenoxidäther wie z.ji. lolyoxj^athylenlaurylather, Polyoxyalkylenoxiaester, wie z.jj. Polyoxy-uthylenstearat und Polyoxyäthylenoleat, öorbitanester, wie z.B. üörbitanmonolaurat, Borbitanuonooleat, oder geiuischte Uster wie z.B. Polyoxyäthylen-

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BAD ORfQiMAL

üorbitantuonooleat. Erfindungsremäß können physikalische i-.ombinationen derartiger ,,ther- oder Esteremulgatoren dort verwendet werden, wo das üüiren oder mechanische .^owegung zur Aufrechterhaltung acr Emulsion unzureichend sind. Es uot sich z..·;. herausgestellt, daß 4- 'x'eile pro 1OG ,.'eile eines ^therernulgetors ausreichen, wenn ein führen z..·.;. aurch einen Qührapparat oder durch eine Lauviulzpuiiipe oder dergleichen vorgenommen wird. In anderen j'allen, in aenen z.ü. das au bearbeitende Elech lediglich beim Durchlaufen einer .varme oder eines uiroges gefettet wird, hat sich heraus;.estellt, daß zusätzliche Emulgatoren verwendet werden müssen, von denen vorzursvjeise mindestens ein I¹CiI auf eine-..ί ^ster basierende Emulgatoren sind.

Der Ausgleich des reinen LIs ist iineralöl, das . eine Viskosität von ungefähr 'c.%: oSl; aufweist, um für eine ausreichende Viskosität nach Verdünnung mit den anderen .bestandteilen zu sorgen, wobei eine endgültige Viskosität des unverm engt en uls von 250 bis A-50 SSlJ, vorzugsweise von 350 bis 4-00. geschaffen wird. "Wie bereits erwähnt worden ist, können auch höhere Viskositäten verwendet werden, wenn mit höheren Verfahrenstemperaturen aufweisenden Einrichtungen gearbeitet wird.

Geringere Lenge anderer Zusätze, wie z.B. Eorrosionshemmstoi'fe, .bakterizide oder dergleichen können notwendigerweise oder wunschgemäß zugefügt werden.

folgende Beispiele dienen zur Erläuterung der- Erfindung:

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Beispiel 1

Gewicht st eile ölsäure wurden mit 15 Gevriciitsteilen i'riäthylenrlykolkaprat-kaprylat (CP. Hall Plasticizer 4141), mit 3 Gewichtsteilen Polyoxyäthylenlauryläther (Brig 30) und mit 77 Gewichtsteilen eines Lineralöls mit einer Viskosität von ungefähr 1,000 SSU (Circo χ Heavy) gemischt. Das resultierende ül wurde mit wasser verdünnt, um eine Heihe von Emulsionen mit Verhältnissen von einem i'eil reinem ül zu 3 bis 9 !'eilen ./asser bzw. in Volumenteilen zu bilden. Die resultierenden Emulsionen hatten pH-Werte ί'Λ Bereich von 5 bis 6. Außerdem wurde das reine öl als mechanisches Ol in der Ziehpresse und der Glattungspresse zur Durchführung der Versuche verwendet. Ein 3004-Π19 Aluminiumlegierungsmaterial, das Walzrückstandsschmiermittel aufwies, wurde zur Bildung von Konservendosen gezogen und geglättet, wobei die oben erwähnten Schmiermittelverdünnungen gemäii der Erfindung Anwendung fanden. Die hergestellten Konservendosen wurden geprüft und erwiesen sich hinsichtlich der unter gleichen Bedingungen, jedoch unter Verwendung von herkömmlichen, mit wasser verwischten Schmiermitteln hergestellten Konservendosen als überlegen, weiterhin hat sich das Schmiermittel als wirksames Säuberungsmittel für die Glättungseinrichtung sowie die Ausgangsspur erwiesen, da es die metallischen Rückstände in sich disp er giert-.

r;ach deui Ziehen und Glätten des i-iaterials wurden die gezogenen und oisenbeschlagenen Konservendosen in Wasser gewaschen, darauf in einem oberflächenaktiven Reinigungsmittel mit einem mittels

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Schwefelsäure auf 1,ö gesteuerten pH-'vert bearbeitet, darauf in Wasser gewaschen und schließlich getrocknet. Das Rückstandsschuiermittel auf den gezogenen und geglätteten Behältern vmrde durch dieses waschen entfernt und durch Entschäumen wiedergewonnen, his hot sich gezeigt, daß das wiedergewonnene Schmiermittel durch die wirkung der Säure nicht gelöst vmrde. Die beim Umlauf des Schmiermittels verwendeten Filter wurden im Anschluß an den Ziehvorgang geprüft, um festzustellen, ob irgendeine Seifenbildung stattgefunden hat, die von einer Verstopfung der zur Säuberung des i'iltermaterials benutzten filter herrühren könnte. i)as filtermaterial befand sich in einem ausgezeichneten Zustand ohne sichtbare Spuren von Verstopfungen durch Seifen.

Die gleichen Ergebnisse wurden bei Verwendung des obigen Schmiermittels auf einem 5CC4-H19 Aluminiumlegierungsmaterial bei zahlreichen Rückstandsölen iri beliebigen hengen erzielt.

Beispiel 2

Entsprechend den Verfahrensvorgängen nach Beispiel 1 wurde das Konservendosenmaterial unter Verwendung eines Schmiermittels ähnlich wie im Beispiel 1 gezogen und geglättet mit der Ausnahme, daß linolsäure, Isostearinsäure und Laurinsäure entsprechend mit der ölsäure ausgetauscht wurden. Ähnliche Ergebnisse wurden bis auf den Unterschied erzielt, daß sich geringfügig kleinere Schmiermittelfilmfostigkeitseigenschaften ergaben.

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L'eispiel 5

Inn die Verwendung einer Kombination von .^iiiulsionsbildun^sniitteln darzustellen, wurde folgendes .ieinölschr-iiermittel formuliert:

5 feile ölsäure,
15 Teile !'riLthylenglykolkaprat-kaprylat (O.r.iiall 1-lasticizer),

4 feile l-olyoxyuthylenla arylether 0?>rij JC) ,

4 'feile Γ-olyoxyuthylenstearst (i-.ryj 4i?) und ?2 -feile 1400 fcJSU I ineralol.

feil des vermischten ijclivaiermittels, das eine Viskosität von 400 SoU aufwies, wurde unter Verwendung eines feils reinen (jls pro 5 'feilen entionisierten Wassers emul^iert. üieser Oeil wurde als l-.etallschmiermittel in einer Ziehpresse verwendet. Ein zweiter feil des iieinölschmiermittels wurde im Verhältnis 1 : 10 (lieinöl zu entionisiertera V/asser) eliminiert und als Iietallschmiermittel in einer Glättun>;spresse verwendet.

In beiden Fällen hat sich das !jchriiiennittel als ausreichend stabil herausgestellt, um 24 Stunden einen konstanten betrieb ohne eine Verdrängung des üchmiermittels aufgrund von Auflösung zu. ermöglichen. Periodische Zugaben wurden in jedem i»'all vorgenommen, um eine Verarmung des ,^chiuieriuittels in !«'olge von ,Jchüttverlusten und ^Rückständen auf den gezogenen und geglätte-'ten Betfhältern zu-vermeiden. Es hat sich herausgestellt, da£ mit

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— Λ'c" —

dem erfindungscemäßen .Schmiermittel .behälter weitaus besserer _tualität erzeugt werden können, als es unter ähnlichen Bedingungen mit herkömmlichen Schmiermitteln möglich ist. Weiterhin haben sicn aie Dispersionsqualitäten des Schmiermittels als ausgezeichnet erwiesen.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1. SciYüiierraittel für die l-ietallbearbeitung., das in einem wäßri gen hediurn dispergierbar ist, gekermzeichnet durch

a) eine Fettsäure mit mindestens 12 Kolilenstof fatoraen und mindestens einer Karbonsäuregruppe,

b) einen aliphatischen Karbonsäureester,

c) mindestens ein Ewulgierungsmedium und

d) ein Isineralöl

ei. Schuiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fettsäure die Eormel

^Gm^H2m -

aufweist, wobei m eine ganze Zahl von 11 bis 34-, η gleich iJull oder eine ganze Zahl von 2 bis 6 und r gleich 1 oder sind.

3. Schmiermittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Formel m eine ganze Zahl zwischen 13 und 17, η gleich Null oder eine ganze Zahl zwischen 2 bis 4 und r gleich 1 sind.

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4. Schmiermittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daii der aliphatisch^ Karbonsäureester ein Veresterungsprodukt eines Glykole ist bestehend aus i_thylenglykol, Diäthylenglykol, l'riäthylenglykol, Propylenglykol oder Uipropylenglykol mit einer oder mehreren aliphatischen Konokarbonsäuren, die 6 bis 18 Kohlenstoffatome aufweisen.

5· Schmiermittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Emulsionsbildungsmittel einen nichtionischen, nichtmetallischen Ester oder iither einer honokarbonsäure mit zwischen 12 bis 18 Kohlenstoffatomen aufweist.

6. Schmiermittel nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Emulsionsbildungsmittel das Kondensationsprodukt von Äthylenoxid mit einem Alkohol aufweist, der zwischen 12 und 18 Kohlenstoffatomen enthält.

7. Schmiermittel nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß das Emulsionsbildungsmittel eine Mischung eines Kondensations-Produkts eines Äthylenoxids mit einem 12 bis 18 Kohlenstoffe aufweisenden Alkohol und des Veresterungsprodukts eines Polyols mit einer oder mehreren zwischen 12 und 18 Kohlenstoffen aufweisenden Monokarbonsauren ist.

8. Schmiermittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mineralöl eine ausreichende

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Anfangsviskosität zur j cha f fun-:'; einer Viskosität der reinen ülmischung von 250 Ms 450 SSU bei 100 ⁰Jj¹ aufweist.

9. Bchjiiermittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Zusammensetzung in Gewientstellen pro hundert 'feilen dos ,Schmiermittels von 2 bis ö 'i'eilen IPettsäure, 10 bis 20 i'eilen aliphatischen! Karbonsäureester, 2 bis 10 -χ" eil en Emulgator und mineralöl als Abgleich.

10. öcii::«iermittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Dispersion in einem wäßrigen kedium iv-i Verh-Ultnis von 4 bis 50 CJewichtsteilen unvormengten CIs und dem abgleichenden Rest cm wäßrigen I.ediui:; unter Bildung einer iieinöl-V/asser-jJispersion von 100 Gewicht st eilen.

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Leerse ite