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Magnetspeicher und Verfahren
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zu seiner Herstellung Die vorliegende Erfindung betrifft einen Magnetspeicher,
der im wesentlichen aus einem Träger und einer darauf befindlichen Magnetbeschichtung
besteht.
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Es ist bekannt, daß Magnetbänder durch Beschichten einer Polyesterfolie
mit einem Gemisch aus 20 Gew.-o/o Bindemittel, 80 Gew.-S/o Lösungsmittel und einer
Füllung von 75 Gew.-% Eisenoxid oder Chromdioxid, bezogen auf das Bindemittel, hergestellt
werden. Die aufgebrachte Beschichtung wird in Durchlauf-Trockenöfen mit Hilfe von
Wärme und Luft getrocknet, indem das Lösemittel aus dem Bindemittel-Magnetteilchen-Gemisch
heraus verdampft wird.
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Der so gehärtete Magnetteilchen-Film wird kalandriert und gegebenenfalls
noch mit einer Schutzschicht versehen, die nochmals mit Warmluft getrocknet wird.
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Diese Wärmetrocknung wird aus folgenden Gründen als nachteilig empfunden:
- energieaufwendig; - Lösungsmittel kann nicht über Dach abgeblasen werden, es muß
zurückgewonnen oder verbrannt werden; - Kosten für Lösungsmittel steigen; - Trockenanlagen
sind, je nach Durchlaufgeschwindigkeit, sehr lang und nehmen viel Platz ein; - Die
erhaltene Schicht ist lösungsmittelempfindlich und nicht kratzfest, da das Bindemittel
dieser Magnetbeschichtungen ein löslicher und damit thermoplastischer Kunststoff
ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher einerseits, einen Magnetspeicher
zu schaffen, dessen Magnetbeschichtung lösungsmittelunempfindlich und kratzfest
ist, und andererseits das Herstellungsverfahren so zu gestalten, daß ein Magnetteilchen-Bindemittel-Gemisch
ohne ein Fremdlösungsmittel auf den Träger aufgebracht werden kann.
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Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß man als
Bindemittel für die Magnetbeschichtung ein flüssiges, lösungsmittelfreies, strahlenpolymerisierbares
und/ oder strahlenvernetzbares Polymeres, Vorpolymeres (auch Prepolymeres genannt)
und/oder Monomeres einsetzt und dieses mittels Einwirkung von ionisierenden Strahlen,
vorzugsweise Elektronenstrahlen, insbesondere solchen mit Energien zwischen 140
und 250 keV, polymerisiert und/oder vernetzt.
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Gegenstand der Erfindung ist daher ein Nagnetspeicher, bestehend im
wesentlichen aus einem Träger mit vlagnetbeschichtung, der dadurch gekennzeichnet
ist, daß das Bindemittel für die Magnetbeschichtung aus einem Kunststoff besteht,
der mittels Einwirkung von ionisierenden Strahlen polymerisiert und/oder vernetzt
wurde, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung, das dadurch gekennzeichnet ist,
daß
auf einen Träger die Magnetbeschichtung in Form einer Paste,
die im wesentlichen aus einem flüssigen, lösungsmittelfreien, strahlenpolymersierbaren
und/oder strahlenvernetzbaren Polymeren, Vorpolymeren und/oder Monomeren als organisches
Bindemittel und magnetisierbaren Partikelchen, insbesondere g-Eisenoxid,Fe304 oder
Chromdioxid, besteht, aufgebracht und mittels ionisierender Strahlen polymerisiert
und/oder vernetzt wird.
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Elektronenstrahler sind Korpuskular-Strahler, welche beschleunigte
Elektronen aussenden, die in reaktivem Bindemittel, z.B. Acrylat-Systemen, durch
Radikalbildung Polymerisations- und/oder Vernetzungsreaktionen auslösen.
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Die Strahlenpolymerisation und/oder -vernetzung des Bindemittels bringt
folgende Vorteile: -Auftrag der Magnetbeschichtung ohne Lösungsmittel; Lösungsmittelverbrennung
oder Rückgewinnung entfällt, damit umweltfreundlich und sparsam -Kalte Härtung und
damit Energieeinsparung -Platzsparende Härtungseinrichtung, insbesondere im Falle
der Anwendung von Elektronenstrahlern. Die Elektronenstrahlhärtung erfolgt innerhalb
von 0,1 m Wegstrecke in Bruchteilen einer Sekunde. Die Wärmetrocknungsöfen sind
sind dagegen zwischen 20 und 60 m lang.
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-Die Schichten sind kratzfest bzw. abriebfest und beständig gegen
Öle, Fette und organische Lösungsmittel.
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-Die Elastizität ist durch Wahl des Bindemittels (Funktionalität z.B.
der verwendeten Acrylate) einstellbar.
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Als Bindemittel werden gemäß der Erfindung vorzugsweise strahlenhärtbare
Acrylatprepolymere, gegebenenfalls im Gemisch mit strahlenhärtbaren Acrylatmonomeren,
eingesetzt.
Unter dem Ausdruck strahlenhärtbar wird hier verstanden,
daß die Substanzen strahlenpolymerisierbar und/oder strahlenvernetzbar sind. Zu
den bevorzugt eingesetzten strahlenhärtbaren Acrylatprepolymeren gehören die mittels
W- und Elektronenstrahlen härtbaren Prepolymeren aus der Gruppe der Polyesteracrylate,
der Polyurethanacrylate, der Polyätheracrylate, der Acrvlat-Acrylat-Copolymere und
der Expoxyacrylate.
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Die Viskosität der eingesetzten Polymeren und Prepolymerken lsßt sich
durch den Zusatz von strahlenhärtbaren Iiionomeren variieren.
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Die strahlenhärtbaren Polymeren, Prepolymeren und/oder i;lonomeren
und die Verfahren zur Strahlenhärtun, sind dem Fachmann bekannt, beispielsweise
aus dem Artikel von A. Rosenberg "Oberflächenbeschichtungen härten mit Elektronenstrahlung"
(Maschinenmarkt, Würzburg (1978) Seite 1249 ff) und dem Artikel von Dr. K. Fuhr
"Die Strahlungstrocknung von Grundierungen und Lacken auf Holz und Ilolzwerkstoffen"
(Deutsche Farbenzeitschrift Nr. 6 + 7 (1977) Seiten 257 - 264). Vertrieben werden
derartige Prepolymer-Systeme beispielsweise von der Firma UCB Chemie GmbH.
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Vorzugsweise sind die Bindemittel mit den magnetisierbaren Partikelchen,
die insbesondere aus r-Eisenoxid oder Chromdioxid bestehen, maximal gefüllt. Grenzen
sind lediglich hinsichtlich der Haftung am Untergrund und bei der mechanischen Stabilität
der aufgebrachten Magnetbeschichtung einzuhalten. Beispielsweise werden 70 bis 80
Gew.-ró bezogen auf das Gesamtgewicht der Magnetpaste an magnetisierbaren Partikelchen
mit dem Bindemittel vermischt.
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Die magnetisierbaren Partikelchen haben eine Korngröße wie sie für
die bisher üblichen Magnetbänder eingesetzt werden.
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Problematisch ist das Einmischen von z.B. 75 Gew.-°,; Eisenoxid in
25 Gew.- Bindemittel. Eisenoxid besitzt eine besonders große Oberfläche, so daß
die allseitige Benetzung der Teilchen mit Bindemittel unbedingt erreicht werden
muß. Anstelle der vielfach verwendeten Kugelmühlen, mit denen auch Pigmente in Lackbindemittel
eingerieben werden, werden gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise sogenannte
Impulsgeneratoren eingesetzt.
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Impulsgeneratoren sind Werkzeuge, die an einen Arbeitszylinder angeschlossen
sind und durch ein Druckmedium in Pulsation versetzt werden. Die Impulse ergeben
Schwingungen, die kontrollierbar, steuer- und regelbar sind und sich in Frequenzen,
Amplituden und Kraft variabel den Arbeitsbedingungen anpassen lassen. Besonders
kann die Kurvenform der Amplitude so verändert werden, daß zu Druckkräften auch
noch Scherkräfte kommen, die es ermöglichen, daß Bindemittel und Füllstoff sich
optimal benetzen und vermischen. Eine eventuelle Entmischung während der Lagerzeit
von Eisenoxid und Bindemittel stört nicht, wenn die Füllstoffteilchen einmal benetzt
sind.
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Eine andere Variante zur Herstellung der erfindungsgemäß eingesetzten
Magnetpaste besteht gemäß der Erfindung darin, daß man die strahlenpolymersierbaren
und/oder strahlenvernetzbaren Polymer-Systeme in einem leicht siedenden Lösungsmittel
löst, darin die magnetisierbaren Partikelchen, z.B. g -Fe203, , suspendiert und
anschließend das Lösungsmittel, vorzugsweise im Vakuum, abzieht.
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Gemäß der Erfindung werden somit auch wirksame Verfahren zur Einmischung
von Füllstoffen mit großer Oberfläche in Bindemitteln angegeben.
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Die Magnetpasten werden vorzugsweise in einer Schichtdicke
von
2 bis 5 µm unter Anwendung üblicher Verfahren auf die Träger, vorzugsweise einer
Trägerfolie, insbesondere einer Polyesterfolie mit einer Dicke von 75 Am, aufgetragen.
Um eine besonders gute Haftung zwischen Magnetbeschichtung und Trägerfolie zu erzielen,
wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Folie eingesetzt,
die ungesättigte Bindungen aufweist, so daß sich das Bindemittel mit der Folie beim
Bestrahlen vernetzen kann.
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Der Pastenauftrag kann durch Wnlzen und anschließendes Abrakeln oder
durch Rasterwalze, gegenläufig oder mit läufig, oder im indirekten Tiefdruck mit
zwischengeschalteter Gummiwalze erfolgen. Solche Auftragseinrichtungen werden z.
B. von den Firmen Passavant, Birmingham, Ala.; Polytype, Fribourg CH; oder Dixon,
Letchworth Haarts, GB; hergestellt.
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Da die vorstehend beschriebenen Beschichtungsmethoden von Rolle zu
Rolle arbeiten, kann es sich als nachteilig erweisen, daß die Magnetteilchen eine
Vorzugsrichtung in Bandlaufrichtung erhalten. Dies führt beim Herstellen von scheibenförmigen
Magnetträgern zu einer Modulation der magnetischen Speicherfähigkeit, da diese Scheiben
aus Bandmaterial ausgestanzt werden. Man kann dies gemäß der Erfindung vermeiden,
wenn man vor dem ########I, mit dem Elektronenstrahl die magnetisierbaren Partikelchen
durch ein radialsymmetrisches Siagnetfeld radialsymmetrisch ausrichtet. Nach dem
Härten müssen die Scheiben entsprechend der magnetischen Vororientierung ausgestanzt
werden.
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Eine alternative Verfahrensweise besteht darin, das bahnförmige aerial
zu beschichten, naß auszustanzen, im Radialmagnetfeld auszurichten und anschließend
als Einzelteil auszuhärten.
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Eine weitere Alternative der Beschichtung der ausgestanzten Polyester-Scheiben
ist das Auf schleudern der Paste mit Hilfe sogenannter Schleudern. Dies kann mit
und ohne Überlagerung eines radialgerichteten Magnetfeldes geschehen. Hersteller
solcher Schleudern ist z.B. die Firma Karl Süss KG., München.
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Bei der Beschichtung und Härtung von Rolle zu Rolle kann die Magnetpaste
gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung auch auf die Unterseite der
Trägerfolie aufgebracht werden und der unvernetzte Film über eine hochglanzpolierte
Trommel gefahren werden. Die Elektronenbestrahlung erfolgt auf der Trommel, indem
die beschleunigten Elektronen durch die Polyesterfolie hindurchgeschossen werden
und die Beschichtung zwischen Folie und Trommel vernetzen. Bei dieser Anordnung
ergeben sich zwei Vorteile: - Die Kalandrierung entfällt. Man erhält eine extrem
glatte Oberfläche bei gleichmäßiger Schichtstärke.
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- Die Sauerstoffinhibierung an der Beschichtungsoberfläche während
des normalen Vernetzungsvorganges, dort wird vorzugsweise mit N2-Gas abgedeckt,
entfällt.
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Die polierte Trommel kann gekühlt oder erhitzt werden.
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Beim Kühlen hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, daß auf der
Oberfläche Feuchtigkeit adsorbiert wird, welche der Beschichtung einen besonderen
Glanz verleiht und eine Verbindung Beschichtung zu Trommeloberfläche absolut verhindert.
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Beim Elektronenstrahler wird die Trommel mit in die aktive Röntgenstrahlabschirmung
mit einbezogen. Die Röntgenstrahlabschirmung vereinfacht sich dadurch erheblich.
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Da die Zwischenräume zwischen Trommel und Röngenstrahlabschirmung
möglichst eng gehalten werden, ergibt sich hieraus auch eine ideale Möglichkeit
der Inertisierung der Elektronenstrahlhärtungszone, die - im Falle der Beschichtung
mit obenliegendem Bindemittel - unerläßlich ist.
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Alternativ zur Aushärtung der Beschichtung auf einer Hochglanz-polierten
Trommel kann auch ein endloses Hochglanz-poliertes Stahlband, welches in der Temperatur
eingestellt werden kann, verwendet werden.
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Für 2-seitige Beschichtung kann nach dem ersten Härtungsdurchgang
in einem weiteren Durchgang die Rückseite in gleicher Weise beschichtet werden.
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Als Strahlenquellen können gemäß der Erfindung alle dem Fachmann bekannten
Strahlenquellen in Verbindung mit den dafür vorgesehenen strahlenhärtbaren Polymer-Systemen
eingesetzt werden, z.B. W- und Elektronenstrahlquellen.
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Vorzugsweise werden die Pasten nach Aufbringen durch Bestrahlung mittels
Elektronen kalt ausgehärtet, vorzugsweise mittels Elektronen mit einer Energie zwischen
140 und 250 keV, insbesondere mit solchen mit einer Energie von 150 keV.
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Eine Überhärtung der ersten Schicht bei der Elektronenbestrahlung
findet nicht statt, da beispielsweise die Acrylat-Systeme nach Absättigung der Doppelbindungen
sehr stabil sind. Ein Abbau des Bindemittels tritt erst bei einer Dosis ein, die
um eine Größenordnung über der für die Härtung notwendigen liegt.
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Nach einer vorteilhaften Ausführungsform gemäß der Erfindung wird
der mit der Magnetpaste versehene Träger
vor und/oder nach der
Bestrahlung getempert, vorzugsweise 1 Minute bis 3 Stunden bei einer Temperatur
zwischen 40 und 2000C, wobei die kürzeste Zeitdauer der höchsten Temperatur und
die längste Zeitdauer der niedrigsten Temperatur zuzuordnen ist. Die erfindungsgemäß
anzuwendende Tempertemperatur und -dauer hängt von dem jeweils eingesetzten strahlenhärtbaren
Polymer-System ab. Beispielsweise zeigten Versuche mit einem Acrylatprepolymeren
ausgezeichnete Ergebnisse bei einer zweiminütigen Temperung bei 1500C vor der Bestrahlung
und anschließender einminütiger Temperung bei 1500C nach der Bestrahlung.
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Nach einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach Abschluß
des Temperns erneut bestrahlt.
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Die erfindungsgemäßen Magnetbeschichtungen sind nach der erfindungsgemäßen
Behandlung vollständig vernetzt, härten nicht mehr nach, sind kratzfest, lösungsmittelbeständig
und temperaturstabil.
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Das nachfolgende Beispiel erläutert die Erfindung, ohne sie Jedoch
darauf einzuschränken.
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Beispiel Eine vorbehandelte 75 um dicke Polyester-Folie der Handelsbezeichnung
ICI Typ Melinex 542 wird mit einer Mischung bestehend aus einem strahlenhärtbaren
Polymeren der Firma Wikolin-Polymer, mit der Bezeichnung X 85-189, und Eisenoxid,
z.B. der Firma Hercules, Ref. k. 300, im Gewichtsverhältnis von 25 Bindemittel und
75% Eisenoxid in einer Schichtstärke von 5 Fm beschichtet und mit einer Produktionsgeschwindigkeit
von 50 - 150 m/min mit einem Elektronenbeschleuniger des Systems ESH 150 mit einer
Beschleunigungsspannung von 150 keV und einem Elektronenstrom von 60 mA, bei einer
Arbeitsbreite von 60 cm, gehärtet.
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Die so gehärtete Schicht kann noch kalandriert werden.
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Die Folie wird anschließend längsförmig geschnitten (für Bänder) oder
aber es werden Scheiben ausgestanzt (Floppy Disk).