DE2544126B2 - Magnetisches Speichermedium - Google Patents

Magnetisches Speichermedium

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Description

Die Erfindung betrifft ein magnetisches Speichermedium, insbesondere ein Magnetbandmaterial, das aus einer flexiblen nicht magnetischen Filmunterlage und einer darauf aufgebrachten magnetisch wirksamen Schicht (Magnetschicht) besteht, die im wesentlichen aus einem Kunstharzbindemittel und darin dispergierten magnetisierbaren Partikeln sowie gegebenenfalls einem Antistatikum und Dispersionsmittel bestehi: und die außerdem ein Schmiermittel in Form einer Organosiliziumverbindung enthält und/oder mit einer solchen Verbindung beschichtet ist.
Bei der Verwendung als magnetisches Speicherrnedium für die Tonsignalaufzeichnung, zur Videosignailaufzeichnung oder für eine Reihe von anderen Speicherzwecken kommt beispielsweise das Magnetband mit einer Reihe von Teilen in Berührung, etwa den Bandführungsgliedern, den Magnetköpfen usw. Insbesondere in Videobandgeräten sind hohe Bandgeschwindigkeiten erforderlich. Ein dafür geeignetes Magnetband muß also ausreichend abriebfest sein und einen relativ kleinen Reibungskoeffizienten besitzen, wenn es glatt und gleichmäßig auch nach längerer Gebrauchsdauer durchlaufen soll. Magnetbänder mit höhcrem Reibungskoeffizienten vibrieren außerdem 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 trilt 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 Schichtmalerial, das Magnetpulver, wie Gamma-Ferrioxid, und einen Binder,
ίο wie Polyvinylchlorid, enthält, ein Schmiermitte! zuzumischen, beispielsweise Silikonöl, Kastoröl, Molybdändisulfid. Graphit, höherwertige Fettsäuren und dergleichen (vgl. DE-PS 8 77 213 und US-PS 30 87 832). Magnetbandmaterialien, die solche Schmiermittelzusätze enthalten, sind zwar im allgemeinen widerstandsfähiger gegen Abnutzung, jedoch noch nicht in ausreichendem Maße. V/ird 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. Die erwähnten Kristallisationseffekte bei höherem Schmiermittelzusatz lassen sich auch dann noch feststellen, wenn gemäß DE-OS 14 47 985 Organosiloxane wie Dimethyl-, Diäthyl- oder Dibutylsiloxan als Schmiermittelzusätze verwendet werden, die also allgemein eben gesättigten oder aromatischen Kohlenwasserstoffrest enthalten. Als Folge davon wird
jo das Magnetbandmaterial rauh, und es wird — lokal unterschiedlich — auf der magnetisch wirksamen Schicht mehr oder weniger viel Magnetpulver freigelegt und abgetragen.
Der Erfindung liegt da mit die Aufgabe zugrunde, ein
j5 magnetisches Speichermedium, insbesondere ein Magnetbandmaterial zu schaffen, das sich durch eine hohe Betriebslebensdauer bei äußerst guten Gleiteigenschaften und guter Aufzeichnungs· und Wiedergabetreue auszeichnet, und bei dem ein »Ausblühen« der Magnetschicht nicht mehr auftritt.
Ein magnetisches Speichermedium, insbesondere ein Magnetbandmaterial nach der eingangs genannten Gattung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die als Schmiermittel eingesetzte Organosiliziumverbindung einer oder mehrerer Verbindungen der allgemeinen Formel
(RCOO)nSi(CH,).,.,,
CH2CH2CF.,
entspricht, worin R für eine gesättigte oder ungesättigte -ο organische aliphatische Gruppe mit 7 bis 17 Kohlenstoffatomen und π für eine ganze Zahl von 1 bis 3 stehen, wobei, wenn diese Organosiliziumverbindungen in der Magnetschicht enthalten sind, die Magnetschicht 0,3 bis 5 Gewichtsteile dieser Verbindung auf 100 Teile bo magnetisierbare Partikel enthält.
Die Figur zeigt in graphischer Darstellung den Zusammenhang zwischen dem Anteil an Organosiliziumverbindung und dem sich ergebenden statischen Reibungskoeffizienten sowie dem Anteil an durch (,5 Abrieb vom Speichermedium abgetragenen Magnetpulver.
Ein magnetisches Speichermedium erfindungsgemäßer Art zeichnet sich durch eine überlegene Abriebfe-
stigkeit 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 seiner Widerstandsfähigkeit gegen das erwähnte Ausblühen und das unterschiedliche Abstoßen an magnetisch wirksamem Pulver durch Zusatz einer solchen erfindungsgemäß eingesetzten Organosiliziumverbindung zum Material der Magnetschicht und/oder durch Überziehen der Magnetschicht mit einem solchen Organosiliziumschmiermittel wesentlich verbessern laß'. Da das Molekül der erfindungsgemäß eingesetzten Organosiliziumverbindung eine direkt mit dem Siliziumatom verbundene Trifluorpropylgruppe aufweist, wird die Oberflächenenergie der Magnetschicht stark vermindert und mithin werden die Geschmeidigkeit, die Glätte und/oder die Schmierfähigkeit des Magnetbands wesentlich verbessert.
Es wurde gefunden, daß die Anzahl der Konlenstoffatome in der aliphatischen Gruppe R im Bereich von 7 bis 17 liegen sollte, da der Reibungskoeffizient des Magnetbands zu groß wird, wenn die Anzahl der Kohlenstoffatome unter 7 liegt, während andererseits das erwähnte Ausblühen und der Austritt von Pulver aus der Magnetschicht leichter auftritt, wenn die Anzahl der Kohlenstoffatome über 17 liegt.
Die Organosiliziumverbindung wird in einem Bereich von 0,3 bis 5 Gewichtsteilen auf 100 Gewichtsteile des Magnetpulvers, beispielsweise eines Gamma-Ferrioxids zugegeben. Liegt die Zugabe an Organosiliziumverbindung zum Magnetpulver über 5 Teilen, so vermindert sich die Festigkeit der magnetisch wirksamen Schicht
in und der Pulveraustritt oder Abrieb wird erhöht, obgleich der Reibungskoeffizient vermindert ist. Sind weniger als 03 Teile an Organosiliziumverbindung in der Magnetschicht enthalten, so liegt eine nicht befriedigende Schmierfähigkeit des Magnetbands vor
π und entsprechend wird der Reibungskoeffizient nicht ausreichend vermindert
Als Magnetmaterialien können herkömmliche und übliche magnetisierbare Pulver einschließlich Materialien wie Gammaferrioxid (Fe2Oj), Chromdioxid oder Eisenkobaltlegierungen verwendet werden. Als Binder kommt ebenfalls jedes herkömmliche Harzbindemittel, das sich für Magnetbinder eignet, -*;i Frage, etwa ein Vinylchlorid-Vinylacetat-Copolymeres in Verbindung mit einem Polyurethan. Die magnetisch wirksame
2) Schicht kann auch ein herkömmliches AntistEtikum, etwa Ruß bzw. Kohlenstaub enthalten. Außerdem kann ein Dispersionsmittel, wie Lecithin, in üblicher Weise zugesetzt sein.
Die Organosiliziumverbindungen, wie sie erfindungs-
JO gemäß eingesetzt werden, können über eine Reihe von Verfahren gewonnen werden. In einem Fall wird ein eine Trifluorpropyl-Gruppe enthaltendes Chlorsilan mit einer Fettsäure in Anwesenheit eines Dehydrochlorierungsmittels, etwa eines Amins gemäß folgender
i") Gleichungsbeziehung reagieren gelassen:
CH3 CH3
CF3CH2CH2SiCI2 + 2 RCOOH + 2 N(C2H5I3 -MRCOO)2SiCH2CH2CF3 + 2(C,II5)3N HC!
Über diese Reaktion entsteht die gewünschte eines eine Trifluorpropyl-Gruppe enthaltenden Alkoxy-
Organosiliziumverbindung mit hoher Ausbeute. silans mit einer Fettsäure in Anwesenheit eines sauren
Ein anderes Verfahren zur Synthetisierung der -r> oder basischen Katalysators gemäß folgender Bezie-
Organosiliziumverbindung beinhaltet die Reaktion hung:
CH3 CH3
CF,CH2CH2Si(OR')2 f 2 (RCOOH) --> CF3CH2CH2Si(OCOR)2 + 2 ROH
worin mit R' eine Alkylgruppe, etwa eine Methylgruppe oder eine Äthylgruppe bezeichnet sind.
Es besteht eine gewisse Neigung, daß die erfindungsgemäß gewonnenen Organosiliziumverbindungen durch Wasser hydrolisiert werden. Dieses Problem ist jedoch in Abwesenheit von starken Säuren oder Basen gegenstandslos. Liegt die Anzahl der Kohlenstoffatome in der aliphatischen Gruppe R 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 !
Eine magnetisch wirksame Zusammensetzung wurde aus folgenden Stofien zusammengesetzt:
Ferromagnetisches Ferrioxid IOO Teile
(Gamma-Fe2O3-Pulver)
Vinylchlorid-Vinylacetat- 20 Teile
copolymeres lOleile
Polyurethan 0,5 Teile
Ruß 1,0 Teile
Lecithin
Jeweils 2 Teile der in Tabelle I angegebenen Organosiliziumverbindungen wurden der oben erwähn-
ten magnetisch wirksamen Zusammensetzung beigegeben. Die untersuchten Proben I bis 5 betrafen RIIe. bei denen R jeweils 7. 9. 13. 15 bzw. 17 Kohlenstoffatome enthält, während für η immer der Wert 2 beibehalten wurde. Die Proben 6 und 7 der nachfolgenden Tabelle I betrafen die Verwendung von Organosiliz.iumverbindungen, bei denen für R ein Wert von 5 bzw. 19 vorgesehen war. während η ebenfalls in beiden Fällen dem Wert 2 entsprach. Probe Nr. 8 bezieht sich auf herkömmliches Siliconöl. wie es für Schmierzwecke bei magnetischen Speicherbändern verwendet wird.
Die magnetisch wirksame Mischung, die die Organo siliziumverbindung einhielt, wurde durch Rühren mit 300 Teilen eines l.ösungsmittclgcmi.sehs aus gleichen (iewichtstcilen von Mcthyliithylkcton und Mcthylisobutvlkeion in einer Kugelmühle während 24 Stunden erhalten. Die so erhaltenen Mischungen wurden in einer Stärke von 10 Mikron auf Polyäthylentcrephthalatfiline zur bildung von Magnetbändern aufgetragen (vgl. !'ruh™ I his K)
Der statische Reibungskoeffizient wurde in folgender Weise bestimmt:
Die Probe des magnetischen Aufzeichnungsmediums wurde so angeordnet, dall sie mit ihrer magnetisch wirksamen Hache gegen ein Viertel des Mantelumfangs eines Messingzylinders anlag. Die Bandprobe wurde mit einer konstanten Zugspannung beaufschlagt und sehr langsam um den Außenmantcl des Mcssingzylindcr« gezogen. Weiterhin wurde die Zugspannung in den Augenblick gemessen, da die Probe zu rutschen begann. Der statische Reibungskoeffizient (/<,) wurde aiii folgender Beziehung ermittelt:
In
T1
worin mit Γ; die gemessene Zugspannung im Augenblick des Rutschbeginns der Probe und mit 7Ί die ursprünglich beaufschlagende Zugspannung bezeichnet sind.
Die Bestimmung des Anteils an austretendem Magnetpulver erfolgte durch Vergleich des Unterschieds zwischen einer abgeriebenen Probe und einer nocht nicht abgeriebenen Probe gleicher Zusammensetzung Dir Prolirn wurden iiiich hinsichtlich drt »Q«-Tons untersucht. Die Ergebnisse sind in dei nachfolgenden Tabelle I festgehalten, wobei hinsichtlich der Probe 8 zu bemerken ist. daß es sich dabei um eine Be/ugsprobe handelt, bei der ein Dimethylsiliconö eingesetzt worden ist. das bei 25°C eine Viskosität von 500 + 25 cP aufweist und eine Dichte von 0.965 bis 0.97:' besitzt.
Tabelle I
ι'he f )riMüi'*ili/nim\i:rhMulunL!
NuH Kcihuntiskiiefh/icnl
l'uhcr
HL'I
1(/11,,(001,SiCII, 0.273
CH,CH;CF.,
1(.,11,.,(001,SiCH, 0.2X3
CH,CH,CI-,
lC,,H;-CO()|:SiCH, 0.27')
CH2C H2CF.,
IC15II.,,COO)2SiCH., 0.3(K)
CH2CIUF.,
(C1-H15COOhSiCH., O.3i5
CH2CH2CF3
(C5HnCOO)2SiCH., 0.450
CH2CH2CF,
(CH19COO)2SiCH3 0,318
CH2CH2CF3
Dimethylsiliconö] 0,400
(Viskosität 500 ± 25 cP bei 25 C.
spez. Gewicht 0.965 bis 0.975)
63
56
120
100
340
()-1 mi
sehr gering
sehr gering
sehr gering
sehr gering
sehr gering
gering
sehr gering
gering
Wie sich aus Tabelle 1 ersehen läßt, zeigt sich für die Probe Nr. 8 mit einer herkömmlichen Schmiermittelzusammensetzung ein relativ großer statischer Reibungskoeffizient und ein relativ hoher Verlust an Magnetpulver und auch ein vergleichsweise hoher Q-Ton. Andererseits ergab sich für die l'roben erfindungsgemäßer Zusammensetzung, nämlich die Proben Nr. I bis 5 ein niedriger statischer Reibungskoeffizient, ein vernach'v-'ssigbarer Q-Ton und ein ebenfalls vernachlässigbarer Magnetpulververlust. Der Abnutzungswiderstand dieser Proben wurde ebenfalls stark verbessert, so daß erwartet werden kann, daß Magnetbänder dieser Zusammensetzung auch bei langer Betriebslebensdauer noch geschmeidig und gleichmäßig laufen. Für die Probe Nr. 7. bei der die R-Gruppc mehr als 17 Kohlenstoffatome enthielt, wurde ein Ausblühen beobachtet und der Anteil an Magnetpulvervcrlust war vergleichsweise groß, obgleich sich auch hier ein kleiner Reibungskoeffizient zeigte. Für die Probe Nr. 6, bei der die Anzahl R der Kohlenstoffatome kleiner als 7 war, ließ sich ein Ansteigen des statischen Reibungskoeffizienten beobachten.
Beispiel 2
Is u urck' eine Organosiliziumverbindung vorbereitet, die eine ungesättigte aliphatisch^ Gruppe R mit 17 Kohlenstoffatomen aufwies. In diesem Fall betrug die ganze Zahl /;=2. Die Probe ist in der nachfolgenden 'Fabelte 2 mit der Nr. 9 gekennzeichnet. Die Probe Nr. IO diente zu Ycrjrleichszweckcn: sie enthielt keine ( )riJ:ini>vili/iiimvprhiniiiintJ in Hpr mapnrlKrh wirliSii-
men Zusammensetzung. Die Probe Nr. 1 I bezieht sich auf ein herkömmliches siliziumhaltiges Schmiermittel.
Tabelle 2
Die Organosiliziumvcrbindungcn nach den Proben 9 und 11 wurden mit der magnetisch wirksamen Zusammensetzung gemäß Beispiel 1 vermischt. Für diese J Proben ergaben sich die in der nachfolgenden Tabelle 2 zusammengetcllten Testresultale, wobei sich die Probe Nr. I I als Bezugsprobe auf eine Beimengung von Mpllivlnhpnvkilirnnnl hp7tpht Η:ις hpi 7^'C pinp
Viskosität von 100 ± 50 cP aufweist und eine Dichte von 1.06 bis 1.08 besitzt.
ΙΈ(»Κ·
l'uKer
(•il!)
· ;in aiislreteiulem (.)-1 on
(C1-IIj3COOl2SiCH3
50
sehr gering
10 keine 0.450
I! Mctlnlphcmlsiliconöl 0.443
(Viskosität 400 i 5OcP bei 25 C.
spcz. Gewicht 1.06 bis 1.08)
Aus Tabelle 2 ist ersichtlich, daß die Probe Nr. 9 sowohl hinsichtlich des statischen Reibungskoeffizienten als auch des Anteils an Magnetpulververlust wesentlich überlegene Eigenschaften aufweist. Die Probe Nr. 10 zeigt einen großen statischen Reibungskoeffizienten, obgleich sich auch hier ein geringer Pulvervcrlust beobachten ließ. Die Probe Nr. 11 war sowohl hinsichtlich des statischen Reibungskoeffizienten, des Anteils an Magnetpulververlust als auch hinsichtlich des Q-Tons beträchtlich schlechter.
Tabelle 3
5"»
350
beträchtlit-h
beträchtlich
Beispiel 3
Es wurden drei Typen einer Organosiliziumverbindung vorbereitet, die jeweils 13 Kohlenstoffatome enthielten (R= 13). Der Wert für π variierte von 1 über 2 zu 3. Die Magnetbandproben wurden mit den Nummern 12. 13 und 14 bezeichnet und wurden entsprechend dem Beispiel 1 untersucht. Die Ergebnisse dieser Tests sind in der nachfolgenden Tabelle 3 zusammengestellt.
Probe Orcanositi/tunncrbindung
Nr
12 C,,H,-COOSi(CH3)2
i
CH2CH2CF3
13 (CuH27COO)2SiCH3
CH2CH2CF3
14 ICnH^COO)3Si
I
CH5CH2CF3
Stat. Reibungskoeffizient (■is)
Menge an austretendem Q-Ton
Pulver
49
52
60
kein
kein
kein
Wie sich aus Tabelle 3 ersehen läßt, waren auch diese Bänder in jeder Beziehung befriedigend, wenn der Wert für η von 1 bis 3 verändert wurde.
Beispiel 4
Die Organosiliziumverbindung gemäß Probe 13 wurde der magnetisch wirksamen Zusammensetzung in unterschiedlichen Beigaben, und zwar in Anteilen von 0 bis 6 pro 100 Teile Magnetpulver zugesetzt. Der statische Reibungskoeffizient und der Anteil an Pulveraiistritt wurde untersucht. Die Ergebnisse sind in der beigegebenen Zeichnung zusammengetragen.
Wie sich aus der Kurvendarstellung ersehen läßt, waren sowohl der statische Reibungskoeffizient als auch der Anteil an austretendem Pulver befriedigend, insbesondere bei kleinen Anteilen von 0,3, 1, 2, 3 und 5 Teilen und insbesondere im Bereich von 0,5 bis 2,5 eilen "ro 100 T"i!c
austretendem Magnetpulver stieg rasch an, wenn der zugesetzte Anteil an Organosiliciumverbindung 5 Teile pro 100 Teile Magnetpulver überstieg, während der statische Reibungskoeffizient vergleichsweise sehr noch lag, wenn der Anteil an zugesetzter Organosiliziurnverbinung unter 0,3 Teilen lag.
Beispiel 5
Ein Polyäthylen-Terephthalatfilm wurde mit einer nach Beispiel 1 hergestellten magnetisch wirksamen Zusammensetzung, jedoch ohne einen Zusatz an Organosiliziumverbindung beschichtet, um die magnetisch wirksame Schicht zu erzeugen. Diese Magnetschicht wurde mit einer Isopropylalkohollösung überzogen, die eine l%ige Organosiliziumverbindung gemäß folgender Formel enthielt:
(CV1H27COO)2SiCl I2
ClI2C H2CF,
Der statische Reibungskoeffizient eines so hergestellten Magnetbands belrug 0,253 und der Anteil an
κι austretendem Pulver betrug 50 Mikrogramm. Daraus läßt sich ersehen, daß befriedigende Ergebnisse auch erzielt werden können, wenn das Schmiermittel nur als Überzug vorgesehen wird anstatt Bestandteil der magnetisch wirksamen Zusammensetzung zu sein.
ι , Obgleich die Erfindung durch mehrere spezielle Beispiele erläutert wurde, sei betont, daß zahlreiche Abwandlungen am Erfindungsgedanken und an den Beispielen möglich sind, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. So kann beispielsweise die
\,. .ilirtki t ic/->rti» Πηιηηρ D *lf»r Or tra nr\s ilr/ii im uprhim !ι ι η it
eine Mehrzahl von Doppelbindungen enthalten. Zusätzlich kann die Magnetschicht eine Mischung aus zwei oder mehr Organosiliziumverbindungen des hier beschriebenen Typs enthalten.
j"i 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 wirksamem Pulver
id ergibt. Da die Organosiliziumverbindungen bei erfindungsgemäßer Verwendung in der magnetisch wirksamen Schicht eine sehr gute Schmierfähigkeit verleihen, wird auch der Reibungskoeffizient stark vermindert und das Entstehen von Q-Tönen verhindert, d. h. das
π Magnetband läuft auch nach langer Betriebslebensdauer noch vollkommen glatt und störungsfrei.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Magnetisches Speichermedium, insbesondere ein Magnetbandmaterial, das aus einer flexiblen nichtmagnetischen Filmunterlage und einer darauf aufgebrachten magnetisch wirksamen Schicht (Magnetschicht) besteht, die im wesentlichen aus einem Kunstharzbindemittel und darin dispergierten raagnetisierbaren Partikeln sowie gegebenenfalls einem Antistatikum und Dispersionsmittel besteht und die außerdem ein Schmiermittel in Form einer Organosiliziumverbindung enthält und/oder mit einer solchen Verbindung beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die als Schmiermittel eingesetzte Organosiliziumverbindung einer oder mehrerer Verbindungen der allgemeinen Formel
    (RCOO)„Si(CH3)j _„
    CH,CH,CF,
    entspricht, worin R für eine gesättigte oder ungesättigte organische aliphatische Gruppe mit 7 bis 17 Kohlenstoffatomen und η für eine ganze Zahl von 1 bis 3 stehen, wobei, wenn diese Organosiliziumverbindungen in der Magnetschicht enthalten sind, die Magnetschicht 0,3 bis 5 Gewichtsteile dieser Verbindung auf 100 Teile magnetisierbare Partikel enthält.
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