DE2544125A1

DE2544125A1 - Magnetisches speichermedium

Info

Publication number: DE2544125A1
Application number: DE19752544125
Authority: DE
Inventors: Gumma Annaka; Shigetaka Higuchi; Yoshiaki Hisagen; Miyagi Sendai; Minoru Takamizawa; Masatoshi Takita
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1974-10-02
Filing date: 1975-10-02
Publication date: 1976-04-08
Also published as: GB1498165A; DE2544125C3; JPS5140904A; DE2544125B2; JPS5234923B2; US4007314A

Description

Die Erfindung betrifft ein magnetisches Speichermedium, insbesondere ein Magnel·- bandmaterial, das aus einer flexiblen nicht-magnetischen Filmunterlage und einer darauf aufgebrachten magnetisch wirksamen Schicht, der Magnetschicht, besteht, die im wesentlichen aus einem Bindemittel, vorzugsweise einem Harzbinder, und darin dispergierten magnetisi erbaren Partikeln besteht und die außerdem ein Schmiermittel enthält und/oder mit einem Mittel überzogen ist, das die Gleiteigenschaften des Magnetbands verbessert.

Bei der Verwendung als magnetisches Speichermedium für Tonaufzeichnungen zur Videosignalaufzeichnung oder für eine Reihe von anderen Speicherzwecken kommt insbesondere ein Magnetband mit einer Reihe von Teilen in Berührung, etwa den Bandführungsgiiedem, den Magnetköpfen usw. Insbesondere in Videobandgeräten sind hohe Bandgeschwindigkeiten erforderlich; ein dafür geeignetes Magnetband muß also ausreichend abriebfest sein und einen relativ kleinen Reibungskoeffizienten

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besitzen, wenn es glatt und gleichmäßig auch nach längerer Gebrauchsdauer durchlaufen soll. Magnetbänder mit höherem Reibungskoeffizienten vibrieren an den Bandführungsgliedern und an den Magnetköpfen während der Aufzeichnung oder Wiedergabe, so daß das aufzuzeichnende oder wiederzugebende Signal gegenüber dem Originalsignal verzerrt wird.

In einigen Fällen tritt durch die Schwingungen des Magnetbands ein Quadratursignal, ein sogenannter Q-Ton auf.

Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, sind von der konstruktiven Seite, also von der Geräteseite her, große Anstrengungen unternommen worden. Andererseits wurde versucht, die Gleiteigenschaften des Speichermediums durch Schmierzusätze zu verbessern, ohne daß die bisher vorliegenden Ergebnisse voll befriedigend sind. Beispielsweise wurde vorgeschlagen, einem magnetisch wirksamen Schichtmaterial,das Magnetpulver wie ^-Ferrioxid und einen Binder wie Polyvenyichlorid enthält, ein Schmiermittel zuzumischen, beispielsweise Silikonöl, Kastoröl, Molybdändisulf id, Graphit, höherwertige Fettsäuren und dergleichen. Magnetbandmaterialien, die solche Schmiermittelzusätze enthalten, sind zwar im allgemeinen widerstandsfähiger gegen Abnutzung, jedoch noch nicht in ausreichendem Maße. Wird dem magnetischen Schichtmaterial eine größere Menge des Schmiermittels beigegeben, um die Abriebfestigkeit zu erhöhen, so tritt das sogenannte "Ausblühen" der Magnetschicht auf. Dieses Ausblühen wird durch den Schmiermittelzusatz bewirkt, der auf der Oberfläche der Magnetschicht ausschwitzt und sich absondert. Als Folge davon wird das Magnetbandmaterial rauh, und es wird - lokal unterschiedlich - auf der magnetisch wirksamen Schicht mehr oder weniger viel Magnetpulver freigelegt und abgetragen.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein magnetisches Speichermedium, insbesondere ein Magnetbandmaterial zu schaffen, das sich durch eine hohe Standfestigkeit bei äußerst guten Gleiteigenschaften und guter Aufzeichnungs- und Wiedergabe

treue auszeichnete

Ein magnetisches Speichermedium nach der eingangs genannten Gattung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetschicht als Schmiermittelzusatz eine Organosiliziumverbindung enthält und/oder mit einer solchen Verbindung beschichtet ist,

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die der allgemeinen Formel

(RCOO) Si(CHJ

η ο A-n

entspricht, worin R für eine gesättigte oder ungesättigte aliphatische Gruppe, im allgemeinen für eine normale aliphatische Gruppe mit 7 bis 17 Kohlenstoffatomen und η für eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 3 stehen.

Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein magnetisches Speichermedium erfindungsgemäßer Art zeichnet sich durch eine überlegene Abriebfestigkeit und hohe Qualität bei extrem hoher Betriebslebensdauer aus. Der Reibungskoeffizient ist herabgesetzt und die Gleitfähigkeit ist verbessert. Ein Magnetband erfindungsgemäßer Zusammensetzung läuft also auch nach sehr langer Betriebsdauer noch vollkommen glatt und gleichmäßig über die Bandführungseinrichtungen, die Magnetköpfe usw.

Die gemäß der Erfindung als Schmiermittelzusatz einzusetzende Organosiliziumverbindung ist ein Fettsäureestersilan mit einer chemischen Bindung bei der eine aliphatische Säuregruppe an ein Siliziumatom gebunden ist und eine Molekularstruktur vorliegt, die sich nur schwer kristallisieren läßt. Der Schmelzpunkt der Organosiliziumverbindung liegt daher im allgemeinen niedrig. Es wurde gefunden, daß sich ein Magnetbandmaterial hinsichtlich des erwähnten Ausbluhens und des unterschiedlichen Abriebs des magnetisch wirksamen Pulvers durch Zusatz einer solchen Organosiliziumverbindung zum Material der Magnetschicht und/oder durch Überziehen der Magnetschicht mit einer solchen Organosiliziumverbindung wesentlich verbessern läßt. Darüber hinaus wird die Oberflächenenergie der Magnetschicht vermindert und mithin werden die Geschmeidigkeit, die Glätte und die Schmierfähigkeit des Magnetbands wesentlich verbessert.

Es wurde gefunden, daß die Anzahl der Kohlenstoff atome in der aliphatischen Gruppe R im Bereich von 7 bis 17 liegen sollte, da der Reibungskoeffizient des Magnetbands zu

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-A-

groß wird, wenn die Anzahl der Kohlenstoff atome unter 7 liegt, während andererseits das erwähnte Ausblühen und der Austritt von Pulver aus der Magnetschicht leichter auftritt, wenn die Anzahl der Kohlenstoff atome über 17 liegt.

Die Organosiliziumverbindung wird vorzugsweise in einem Bereich von 0,3 bis 5 Gewichtsteilen auf 100 Gewichtsteile des Magnetpulvers, beispielsweise eines 9 -Ferrioxids zugegeben. Liegt die Zugabe an Organosiliziumverbindung zum Magnetpulver über 5, so vermindert sich die Festigkeit der magnetisch wirksamen Schicht und der Pulveraustritt oder Abrieb wird erhöht, obgleich der Reibungskoeffizient vermindert ist. Sind weniger als 0,3 Teile an Organosiliziumverbindung in der Magnetschicht enthalten, so liegt eine nicht befriedigende Schmierfähigkeit des Magnetbands vor und entsprechend wird der Reibungskoeffizient nicht ausreichend vermindert.

Als Magnetmaterial kann jedes herkömmliche und übliche ferromagnetische magnetisierbare Pulver wie Gammaferrioxid, Fe O , Chromdioxid oder einer Eisenkobaltlegierung verwendet werden. Als Binder kommt ebenfalls jedes herkömmliche Bindemittel, das sich als Magnetbinder eignet, infrage, etwa ein Vinylchlorid- Vinylacetatcopolymerharz in Verbindung mit einem Polyurethanharz. Die magnetisch wirksame Schicht kann auch ein herkömmliches Antistatikum, etwa Kohlenstoff bzw- Kohlenstaub und ein Dispersionsmittel, wie lecithin enthalten.

Der Organosiliziumester, wie er erfindungsgemäß eingesetzt wird, kann über eine Reihe von Verfahren gewonnen werden. In einem Fall wird ein Chlorsilan mit einer Fettsäure in Anwesenheit eines Dehydrochlorierungsmittels, etwa eines Amins gemäß folgender Gleichungsbeziehung reagieren gelassen:

(CH₃)₂SiCl₂ + 2RCOOH + (RCOO)₂Si(CFy₂ + 2(C₂Fy₃

Über diese Reaktion entsteht die Organosiliziumverbindung mit hoher Ausbeute.

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Ein anderes Verfahren zur Syntherisierung der Organosiliziumverbindung beinhaltet die Reaktion eines Alkoxylsilans, etwa des (CH LSi(OR') , worin mit R' eine Alkylgruppe, etwa eine Merhylgruppe oder eine Athylgruppe bezeichnet sind, mit einer Fettsäure in Anwesenheit eines sauren oder Katalysators gemäß folgender Beziehung:

(CH₃)₂Si(OR')₂ + 2RCOOH (CHJ₀Si(OCOR)₀ +-2ROH

Es besteht eine gewisse Neigung, daß die Organosilizlumverbindung durch Wasser hydrolisiert wird. Die Organosilizlumverbindung ist jedoch in Abwesenheit von starken Säuren oder Basen ausreichend stabil. Liegt die Anzahl der Kohlenstoffatome in der Fetfsäuregruppe über 6, so ist die Organosiliziumverbindung stabiler. Es wurde gefunden, daß ein Magnetband erfindungsgemäßen Aufbaus unter normalen Betriebsbedingungen ausreichend stabil gegen Einflüsse von Wasser ist.

Die folgenden speziellen Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung. In diesen Beispielen sind alle Teile als Gewichtsteile angegeben:

Beispiel 1:

Ferromagnetisches Ferrioxyd (Gamma- Fe O -Pulver)	100 Teile
"VAGH" Vinylchlorid-Vinylacetatco- polymerharz (Union Carbide)	20 Teile
"Nipporan-3022" - Polyurethanharz (Nippon Polyurethane Co.)	10 Teile
Ruß	0.5 Teile
Lecithin	1,0 Teile

Jeweils 2 Teile der in Tabelle 1 angegebenen Organosiliziumverbindung wurden der oben erwähnten magnetisch wirksamen Zusammensetzung beigegeben. Die untersuchten Proben 1 bis 5 betrafen Fälle, bei denen R dem Wert 7, 9, 13, )£ bzw. 17 entsprach,

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5 4 4

wührend für η immer der Wert 2 beibehalten wurde. Die Organosiliziumverbindung der Probe Nr. 5 enthielt eine ungesättigte aliphatische Gruppe. Die Proben 6, 7 und 8 der nachfolgenden Tabelle 1 sind zu Vergleichszwecken mit den erfindungsgemäßen Proben Nr. 1 bis 5 aufgenommen worden. Bei den Proben 6, 7 und 8 war für R ein Wert von 21, 18 bzw. ό vorgesehen, während η ebenfalls in jedem Fall dem Wert 2 entsprach. Die Probe Nr„ 9 in Tabelle 1 gilt für ein MethylvinylsiIiziumöl und dient zu Vergleichszwecken als Beispiel für ein herkömmliches Schmiermittel»

Die magnetisch wirksame Mischung, die die Organosiliziumverbindung enthielt, wurde durch Rühren mit 300 Teilen eines Lösungsmittelgemischs aus gleichen Gewichtsteilen von Methyl äthyl keton und Methylisobutylketon in einer Kugelmühle während 24 Stunden erhalten. Die so erhaltenen Mischungen wurden in einer Stärke von 10 Mikron auf PoIyäthylenterephthalatfilme zur Bildung von Magnetbändern aufgetragen. Die Bänder wurden hinsichtlich ihres statischen Reibungskoeffizienten, des Anteils an austretendem Pulver und hinsichtlich des "Q"-Tons untersucht. Die Ergebnisse dieser Versuchsreihen sind in der Tabelle 1 zusammengestellt, wobei als Vergleich für ein gutes herkömmliches Schmiermittel das Beispiel 9 dienen soll, das sich auf Methylphenylsilikonöl bezieht, das unter der Handelsbezeichnung KF-54-400 (hergestellt durch die Firma Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., Japan) vertrieben wird und bei 25 C eine Viskosität von 400- 50 cS und eine Dichte von 1,06 bis 1,08 besitzt.

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TABELLE

Probe Nr. Organosiliziumverbindung stat. Reibungskoeff,

1
2
3
4
5
6
7
8
9

(C₉H₁₉COO)₂Si(CHJ₂ (C₁3H₂₇COO)₂Si(CH₃) ₂

(^C17^H33^COO)2^S1(CH3⁾²

Methyl phenylsfliziumöl Viskosität 400- 50 cS
bei 25°C, spez. Gewicht 1,06 bis 1.08)

0.205 0.194 0.185 0.230 0.250 0.265 0.260 0.350 0.443

Pulveraustritt (	[k%) Q-Ton
63	kein
60	kein
56	kein
70	kein
55	kein
110	gering
100	gering
60	beträchtlich
340	beträchtlich

I VJ

254 412

Der statische Reibungskoeffizient wurde in folgender Weise bestimmt: Die Probe des magnetischen Aufzeichnungsmediums wurde so angeordnet, daß sie mit ihrer magnetisch wirksamen Fläche gegen ein Viertel des Mantelumfangs eines Messingzylinders anlag» Die Probe wurde mit einer konstanten Zugspannung beaufschlagt, und diese Zugspannung wurde in dem Augenblick gemessen, da die Probe zu rutschen begann.

Der statische Reibungskoeffizient ( LL ) wurde aus folgender Beziehung ermittelt:

worin mit T„ die gemessene Zugspannung im Augenblick des Rutschbeginns der Probe und mit T₁ die ursprunglich beaufschlagende Zugspannung bezeichnet sind.

Die Menge des austretenden Pulvers wurde durch den Gewichtsunterschied zwischen einer bereits abgeriebenen und einer noch nicht abgeriebenen Probe bestimmt.

Wie sich aus Tabelle 1 ersehen läßt, ist der statische Reibungskoeffizient bei herkömmlichen Silikonöl beträchtlich höher. Der Wert für den Q-Ton ist wesentlich größer und der Anteil des Pulveraustritts lag sogar sehr hoch. Andererseits ergibt sich fUr ein erfindungsgemäß verbessertes Band ein sehr niedriger statischer Reibungskoeffizient; es ließ sich kein Q-Ton feststellen, und auch der Pulveraustritt war sehr klein. Für die Magnetbandproben Nr. 1 bis 5 läßt sich also ein sehr geschmeidiges und gleichmäßiges Laufverhalten feststellen. Die Abnutzungs- oder Abriebfestigkeit ist wesentlich verbessert. Für die Proben Nr. 6 und 7, bei denen die Anzahl der Kohlenstoff atome in der Estergruppe über 17 lag, wurde das erwähnte Ausblühen beobachtet, und der Anteil an austretendem Pulver lag hoch, obgleich auch für diese Proben ein sehr niedriger statischer Reibungskoeffizient ermittelt wurde«, Im Fall der Probe Nr. 8, bei der die Anzahl der Kohl en stoff atome in der Gruppe R kleiner war als 7 ergab sich ein relativ hoher statischer Reibungskoeffizient, und außerdem wurde ein beträchtlicher Q-Ton festgestellt.

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Beispiel 2·.

Es wurden drei weitere Proben (Nr. 1O₇ 11 und 12) eines Magnetbands hergestellt, und zwar unter Verwendung einer Organosiliziumverbindung gemäß Tabelle 2. Bei der Probe Nr. 10 erhielt R den Wert 13 und η den Wert 3. Für die Proben Nr. 11 und 12 erhielt R den Wert 13 bzw. 17 und η den Wert 1. Die Magnetbandproben 10 und 12 wurden ansonsten in gleicher Weise hergestellt wie beim obigen Beispiel 1 und in ähnlicher Weise geprüft.

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TABELLE 2

Probe Nr.

Orggnosiliziumverbindung

stat. Reibungskoeffizient

Pulverqustritt (ug) Q-Ton

10

(^C13^H27^COO)3^SiCH3

0.265

50

kein

0.270

65

kein

12

0.282

55

kein

Beispiel 3:

Der Anteil an Organosiliziumverbindung entsprechend der Probe Nr. 3 wurde in einem Bereich von 0 bis 6 Teilen variiert, so daß verschiedene Magnetbandmaterialien entstanden. Der statische Reibungskoeffizient und der Anteil des austretenden Pulvers wurden untersucht.

Die Ergebnisse sind in der beigegebenen graphischen Darstellung zusammengestellt:

Wie sich aus den Kurven ersehen läßt, liegen sowohl der statische Reibungskoeffizient JU als auch der Anteil des Pulveraustritts für die gewählten Zusatzanteile, nämlich 0,3, 1, 2, 3 und 5 Teile, insbesondere im Bereich von 0,5 bis 2.5 Teilen ausreichend niedrig. Es wurde auch kein Q-Ton beobachtet. Der Anteil an austretendem Pulver stieg jedoch rasch an, wenn der Zusatz mehr als 5 Teile betrugt. Lag der Anteil dagegen unter 0,3 Teilen pro Hundert, so ergab sich ein vergleichsweise sehr hoher statischer Reibungskoeffizient.

Beispiel 4:

Vier Palyäthylen-Terephfrhalatfilme wurden mit der magnetisch wirksamen Zusammensetzung gemäß Beispiel 1 zur Bildung einer magnetisch wirksamen Schicht beschichtet, jedoch ohne einen Zusatz an einer Organosiliziumverbindung. Daraufhin wurden die Magnetschichten mit einer Isopropyl alkohol lösung überdeckt, die 1% an verschiedenen Organosiliziumverbindungen enthielt, wobei die Proben 13 bis 15 erhalten wurden. Eine weitere Testprobe Nr. 16 sah die Verwendung einer herkömmlichen Organosiliziumverbindung als Schmiermittel in einem Anteil von 1% vor. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in Tabelle 3 zusammengestellt, wobei wiederum als Bezugsprobe (Probe Nr. 16) MethylphenylsiIiziumöl verwendet wurde, das unter der Handelsbezeichnung KF-54-400 (hergestellt durch Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., Japan) vertrieben wird und bei 25 C eine Viskosität von 400 - 15 cS und eine Dichte von 1,06 bis 1,08 besitzt.

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TABELLE 3

	Probe Nr₀	Organosi I izi umverbindung	stat.	Reibung
	13	(C₉H₁₉COO)₂Si(CH₃J₂		0.200
	14	<^C13^H27^COO»3^SiCH3		0.241
	15			0.230
60981 5/	16	Methylphenylsiliziumöl (VUkösität 400 * 50 cS bei 25°C, spez. Gewicht 1,06 bis 1,08)		0.482
ro u> cn

) Pulveraustritt (μβ )

Q-Ton

50 50 60 50

kein kein kein beträchtlich

Die Daten der Tabelle 3 zeigen, daß die Ergebnisse gegenüber Überzügen,die herkömmliches Methylvenylsiliziumöl enthalte^ auch dann wesentlich besser liegen, wenn die Organosiliziumverbindung als Überzug aufgebracht wird, anstatt in der Magnet^ schicht selbst enthalten zu sein.

Die Erfindung wurde anhand einiger spezifischer Beispiele erläutert. Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind jedoch zahlreiche Abwandlungen möglich. So kann beispielsweise die aliphatische Gruppe R eine Mehrzahl von Doppelbindungen aufweisen. Zusätzlich kann die Magnetschicht eine Mischung aus Organosiliziumverbindungen des zuvor beschriebenen Typs enthalten.

Es wurde erläutert, daß sich mit der Erfindung eine wesentlich höhere Widerstandsfähigkeit gegen Abnützung bei Magnetbändern,eine geringere Neigung zum Ausblühen und eine größere Widerstandsfähigkeit gegen den Verlust an magnetisch wirksamen Pulver ergibt. Da die Organosiliziumverbindung bei erfindungsgemäßer Verwendung der magnetisch wirksamen Schicht eine sehr gute Schmierfähigkeit verleiht, wird auch der Reibungskoeffizient stark vermindert, und das Entstehen von Q-Tönen wird verhindert, d.h. das Magnetband läuft auch nach langer Betriebslebensdauer noch vollkommen glatt und gleichmäßig.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Magnetisches Speichermedium, bestehend aus einer flexiblen nicht-magnetischen Filmunterlage und einer darauf aufgebrachten magnetisch wirksamen Schicht (Magnetschicht), die im wesentlichen aus einem Kunstharzbindemittel und darin dispergieren magnetisierbaren Partikeln besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetschicht als Schmiermittelzusatz eine Organosiliziumverbindung enthält und/oder mit einer solchen Verbindung beschichtet ist, die der allgemeinen

Formel

(RCOO) Si(CHJ.

η ο 4-n

entspricht, worin R für eine aliphatische Gruppe mit 7 bis 17 Kohlenstoffatomen und η für eine ganze Zahl von 1 bis 3 stehen.

2. Speichermedium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Magnetschicht 0,3 bis 5 Gewichtsteile der Organosiliziumverbindung auf 100 Teile an magnetisierbarer! Partikeln enthalten sind.

3. Speichermedium nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetschicht eine Antistatikum und ein Dispersionsmittel enthält.

4. Speichermedium nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Organosiliziumverbindung aus einem Chlorsilan und einer Fettsäure in Anwesenheit eines Dehydrochlorierungsmittels synthetisiert worden ist.

5. Speichermedrum nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Organosiliziumverbindung aus einem Alkoxylsilan

und einer Fett-

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- 15-säure in Anwesenheit eines Katalysators synthetisiert worden ist.

ό. Speichermedium nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetschicht ein Gemisch von OrganosiIiziumverbindungen enthält, die jeweils der allgemeinen Formel nach Anspruch 1 entsprechen.

7. Speichermedium nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aliphatische Gruppe eine gesöttigte aliphatische Gruppe ist.

8. Speichermedium nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die aliphatische Gruppe ungesättigt ist.

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