DE3539380C2

DE3539380C2 -

Info

Publication number: DE3539380C2
Application number: DE3539380A
Authority: DE
Inventors: Heigo Tokio/Tokyo Jp Ishihara; Tomoyuki Kokubunji Jp Ohno
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-11-07
Filing date: 1985-11-06
Publication date: 1988-04-21
Also published as: DE3539380A1; JPS61113126A; US4692378A; JPH0668833B2

Description

Die Erfindung betrifft ein magnetisches Aufzeichnungsmaterial, insbesondere in Form von Magnetscheiben, -trommeln, -bändern und -karten, mit einer auf dieser angeordneten Gleitmittelschicht, die einen Perfluoralkylpolyäther umfaßt.

Im allgemeinen weisen magnetische Aufzeichnungsmaterialien eine auf verschiedene Schichtträger (Substrate) aufgebrachte Magnetschicht auf, wobei die Oberfläche der Magnetschicht während des Schreibe-Lese-Vorgangs einer Reibungsbehandlung durch einen Magnetkopf ausgesetzt ist. Eine Beeinträchtigung der Eigenschaften aufgrund eines reibungsbedingten Abriebs der Magnetschicht bringt dabei ernsthafte Schwierigkeiten mit sich.

Im allgemeinen ist es zweckmäßig, auf der Oberfläche einer Magnetschicht ein Gleitmittel aufzubringen, um dem magnetischen Aufzeichnungsmaterial eine höhere Abriebfestigkeit zu verleihen. Als Gleitmittel wurden bisher beispielsweise Siliconöle, höhere Fettsäuren, fluorierte Öle und dergl. verwendet, von denen Perfluoralkylpolyäther (nachstehend auch als PFPE) als Vertreter der fluorierten Öle besonders günstige Eigenschaften besitzen. Beispielsweise geht aus der US-PS 37 78 308 hervor, daß PFPE ein bevorzugtes Gleitmittel für magnetische Aufzeichnungsmaterialien darstellt und auch in der DE-AS 28 39 378 werden Perfluorpolyätherölgemische beschrieben, die als Schmier- und Gleitmittel den Verschleiß von magnetischem Aufzeichnungsmaterial verringern. In jüngster Zeit wurde PFPE mit verbesserter terminaler Struktur als Gleitmittel vorgeschlagen. Beispielsweise ist PFPE mit einer polaren terminalen Gruppe bekannt (vgl. US-PS 38 47 978). Die Verwendung von PFPE mit einer derartigen polaren terminalen Gruppe als Gleitmittel, das auf den magnetischen Aufzeichnungsmaterialien stark haftet und durch Reinigungsmittel, wie Isopropanol, nicht entfernt werden kann, wird in der US-PS 42 68 556 beschrieben. Um auch bei hoher Luftfeuchtigkeit und Temperaturen bis 40°C ein sicheres und effektives Gleitmittel zur Verfügung zu stellen, werden in der US-PS 42 67 238 Perfluorpolyäther mit polaren Endgruppen wie -CONHCH₂CH₂OH, -COOCH₃, -CH₂OH, -COCF₃ benutzt.

Somit ist festzustellen, daß durch Verwendung herkömmlicher Gleitmittel unter Einschluß der Gleitmittel auf PFPE- Basis ein gewisser Anstieg der Abriebfestigkeit erzielt werden kann, daß jedoch dennoch ein Bedürfnis danach besteht, die Abriebfestigkeit weiter zu verbessern.

Aufgabe der Erfindung ist es, Aufzeichnungsmaterialien mit erhöhter Abriebfestigkeit bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Gleitmittel eine Gleitmischung aus einem polaren Perfluoralkylpolyäther mit einer polaren terminalen Gruppe und einem nicht-polaren Perfluoralkylpolyäther ohne polare terminale Gruppe enthält.

Eine Ausführungsform der Erfindung umfaßt eine auf ein magnetisches Aufzeichnungsmaterial aufgebrachte Gleitschicht, eine Schicht aus polarem PFPE, die fest mit dem magnetischen Aufzeichnungsmaterial verbunden ist und als Schutzschicht wirkt, sowie eine darauf ausgebildete, vorwiegend aus nicht-polarem PFPE bestehende Schicht, die einer Scherung unterliegt und eine geringe Reibung aufweist. Somit ergibt sich im Vergleich zu herkömmlichen Gleitschichten eine erhöhte Schutzwirkung und man gelangt zu magnetischen Aufzeichnungsmaterialien mit höherer Abriebfestigkeit.

Es ist bekannt, daß Materialien, die an einer Reibungseinwirkung ausgesetzten Körpern haften und die einer Scherung in Reibungsrichtung unterliegen, als wirksame Gleitmittel dienen und die Abriebfestigkeit der Körper erhöhen können. Bringt man herkömmliche Gleitmittel auf Basis von nicht-polaren oder polaren Perfluoralkylpolyäthern jeweils allein auf ein magnetisches Aufzeichnungsmaterial auf, so besteht ein Nachteil von nicht-polarem PFPE darin, daß zwar eine Gleitschicht von geringer Reibung, die einer Scherung unterliegt, ausgebildet werden kann, daß aber die Haftung dieser Schicht am magnetischen Aufzeichnungsmaterial aufgrund der Abwesenheit von polaren Gruppen gering ist. Demgegenüber besteht der Nachteil von polarem PFPE darin, daß er aufgrund der polaren Gruppen zwar stark am magnetischen Aufzeichnungsmaterial adsorbiert wird, daß aber die gebildete Gleitschicht im Vergleich zu einer aus nicht-polarem PFPE gebildeten Gleitschicht in geringerem Umfang einer Scherung unterliegt, was auf eine Wechselwirkung zwischen den polaren Gruppen zurückzuführen ist.

Nachstehend wird die Struktur der erfindungsgemäßen Gleitschicht näher erläutert.

Das erfindungsgemäß verwendete Gleitmittel weist ein PFPE-Gerüst mit Struktureinheiten der Formel

auf, wobei k eine ganze Zahl mit einem Wert von 1 bis 3 ist, z. B.

und dergl. für die polaren und nicht-polaren Perfluoralkylpolyäther auf.

Insbesondere ist die Struktur der Formel

zu erwähnen, in der k eine ganze Zahl mit einem Wert von 1 bis 3, l eine ganze Zahl mit einem Wert von 1 oder 2, n eine ganze Zahl und X im Fall von nicht-polarem PFPE ein Fluoratom und im Fall von polarem PFPE eine polare Gruppe, z. B. -COOCH₃, -COOH, -COOM′ (wobei M ein einwertiges Metall darstellt),

und dergl., bedeuten. Der PFPE besitzt ein Molekulargewicht von etwa 1000 bis etwa 20 000. Vorzugsweise kann eine Gleitschicht aus PFPE im genannten Molekulargewichtsbereich ausgebildet werden.

Das erfindungsgemäße Gleitmittel kann auf ein magnetisches Aufzeichnungsmaterial aufgebracht werden, beispielsweise indem man eine Lösung von polarem PFPE und nicht-polarem PFPE in 1,1,2-Trichlortrifluoräthan oder dergl. als Gleitmittel auf die Oberfläche eines magnetischen Aufzeichnungsmaterials aufsprüht und sodann überschüssiges Gleitmittel mit Gaze oder dergl. abwischt, wodurch man eine gleichmäßige Gleitschicht erhält. Ferner besteht die Möglichkeit, polares und nicht-polares PFPE durch Abscheidung aus der Dampfphase auf die Oberfläche eines magnetischen Aufzeichnungsmaterials unter Bildung einer Gleitschicht aufzubringen.

Die Menge des abgeschiedenen Gleitmittels und das Verhältnis von nicht-polarem PFPE zu polarem PFPE kann bestimmt werden, indem man die Differenzspektren durch FT-IR (Fourier-Transformation-IR-Spektroskopie) zwischen dem unbeschichteten Material und dem mit Gleitmittel beschichteten Material bestimmt. Es ist wünschenswert, daß die Dicke der Gleitschicht so gering wie möglich ist und unter Berücksichtigung des Abstandsverlusts der elektrischen Ausgangsleistung nicht mehr als etwa 100 mg/m², bezogen auf das Gewicht des abgeschiedenen Gleitmittels, beträgt. Ferner ist es bevorzugt, daß die Menge an abgeschiedenem Gleitmittel mindestens etwa 10 mg/m² beträgt, um die Oberfläche des magnetischen Aufzeichnungsmaterials vollständig zu bedecken. Dies bedeutet, daß die Gesamtmenge an polaren und nicht-polaren PFPE-Gleitmitteln mindestens 10 mg/m² beträgt.

Das Gewichtsverhältnis von nicht-polarem PFPE-Gleitmittel zu polarem PFPE-Gleitmittel beträgt vorzugsweise 0,5 bis 4 : 1, da bei Verwendung von polarem PFPE in geringeren Mengen eine am magnetischen Material haftende Schutzschicht nur schwer zu erhalten ist, während bei Verwendung von polarem PFPE in größeren Mengen die innere Reibung des Gleitfilms erhöht wird, wie in den nachstehenden Beispielen näher erläutert wird.

Bei den magnetischen Aufzeichnungsmaterialien für die erfindungsgemäßen Zwecke handelt es sich um Produkte, deren Magnetschicht beispielsweise aus einer magnetischen Metallschicht aus Co-Ni-Legierung, Co-Cr-Legierung, Co-Fe-Legierung oder Co-P-Legierung besteht, oder deren Magnetschicht magnetische Oxidpulver, wie γ-Fe₂O₃, Co-enthaltendes Fe₂O₃, Fe₃O₄, Co-enthaltendes Fe₃O₄ oder CrO₂ oder magnetische Metallpulver aus Fe, Co oder Ni oder deren Legierungen enthält.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Beispiele näher erläutert.

Beispiele 1 bis 6

Scheiben (Durchmesser 12,7 cm) mit magnetischer Beschichtung, die unter Verwendung einer Dispersion von Magnetpulver (γ-Fe₂O₃) in einem Bindemittel mit einem Gehalt an Epoxyharz, Phenolharz und Polyvinylbutyral, hergestellt worden sind, werden mit 1,1,2-Trichlortrifluoräthan gewaschen und sodann mit einer in Tabelle I angegebenen Gleitmittelzusammensetzung in einer Menge von 30 mg/m² auf die nachstehend angegebene Weise beschichtet, wodurch man Magnetscheiben (Disketten) mit einer Gleitmittelschicht erhält. Die Gleitmittelzusammensetzungen werden aufgesprüht, indem man eine 0,5gewichtsprozentige Lösung der Gleitmittelzusammensetzung in 1,1,2-Trichlortrifluoräthan auf eine Magnetscheibe in einer Menge von etwa 500 mg/m² aufbringt und die überschüssige Gleitmittelzusammensetzung mit Gaze abwischt, bis die Gleitmittelzusammensetzung auf der Magnetscheibe das vorbestimmte Gewicht erreicht. Dabei wird die besprühte Magnetscheibe mit einer Drehzahl von 1500 U/min gedreht. Das Gewicht des Gleitmittelüberzugs und das Zusammensetzungsverhältnis werden durch ein FT-IR- Differenzspektrum bestimmt.

F(CF(CF₃)-CF₂O)_nCF₂CF₃ (I)
(durchschnittliches Molekulargewicht 4500)

F₃CO(C₂F₄O)_m(CF₂O)_nCF₃ (II)
(durchschnittliches Molekulargewicht 8000; m/n 1)

F(CF(CF₃)-CF₂O)_nCF(CF₃)COOCH₃ (III)
(durchschnittliches Molekulargewicht 4500)

F(CF(CF₃)-CF₂O)_nCF(CF₃)COOH (IV)
(durchschnittliches Molekulargewicht 4500)

F(CF(CF₃)-CF₂O)_nCF(CF₃)COONa (V)
(durchschnittliches Molekulargewicht 4500)

Zur Beurteilung der Dauerhaftigkeit der magnetischen Aufzeichnungsmaterialien wird die Gleitfestigkeit der hergestellten Magnetscheiben bestimmt, indem man sie wiederholt einem Gleittest mit einem α-Aluminiumoxid-Gleitstück (kugelförmiges Gleitstück mit einem Kurvenradius von 30 mm) unter einer Belastung von 20 g bei einer Gleitgeschwindigkeit von 10 m/sec unterwirft und die Anzahl der Gleitvorgänge bestimmt, bis auf der Oberfläche des magnetischen Aufzeichnungsmaterials ein Kratzer entsteht. Der Test entspricht im wesentlichen dem CS/S (Kontakt, Start und Stop)- Gleittest.

Beispiele 7 bis 11

Gemäß den Beispielen 1 bis 6 hergestellte Magnetscheiben werden mit zwei Arten von gemäß Beispiel 2 verwendeten PFPE-Gleitmitteln beschichtet, wobei der Anteil der Gleitmittel im Beschichtungsgewicht variiert wird, ohne daß das Gesamtbeschichtungsgewicht von etwa 30 mg/m² verändert wird. Ein Gleittest zur Ermittlung der Gleitfestigkeit wird gemäß den Beispielen 1 bis 6 durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle II zusammengestellt.

Vergleichsbeispiel 1 bis 5

Gemäß Beispiel 1 bis 11 hergestellte Magnetscheiben werden mit jeweils nur einem der in Tabelle I angegebenen PFPE- Gleitmittel beschichtet, wobei das Überzugsgewicht etwa 30 mg/m² beträgt. Der Test zur Bestimmung der Gleitfestigkeit wird gemäß Beispiel 1 bis 11 durchgeführt.

Wie sich aus Tabelle I ergibt, weisen Magnetscheiben, die mit einem Gemisch aus polaren und nicht-polaren PFPE-Gleitmitteln beschichtet sind, im Vergleich zu Magnetscheiben, die mit nur einem einzigen Gleitmittel auf der Basis eines polaren oder nicht-polaren PFPE beschichtet sind, insgesamt gesehen eine beträchtlich erhöhte Gleitfestigkeit auf.

Wie sich aus Tabelle II ergibt, steigt die Gleitfestigkeit in beträchtlichem Maße insbesondere bei einem Gewichtsverhältnis von nicht-polarem PFPE-Gleitmittel zu polarem PFPE- Gleitmittel von etwa 0,5 bis 4 : 1. Aus derartigen Zusammensetzungen, deren Gewichtsverhältnis im vorgenannten Bereich liegt, hergestellte Gleitmittelschichten erweisen sich als bevorzugt. Mit Zusammensetzungen aus anderen polaren und nicht-polaren PFPE-Gleitmitteln in unterschiedlichen Beschichtungsgewichten lassen sich im wesentlichen die gleichen Ergebnisse erzielen.

Tabelle I

Bei den magnetischen Aufzeichnungsmaterialien dieser Beispiele und Vergleichsbeispiele handelt es sich um Scheiben mit einer magnetischen Beschichtung (Disketten).

Tabelle II

Bei den magnetischen Aufzeichnungsmaterialien gemäß diesen Beispielen und Vergleichsbeispielen handelt es sich um Magnetscheiben (Disketten).

Beispiele 12 bis 17

Magnetscheiben werden durch Ausbilden einer 0,3 µm dicken magnetischen Metallschicht aus Co-Cr auf einem Glassubstrat durch RF-Zerstäuben (RF-Sputtering) in Argongas hergestellt und mit den in Tabelle III aufgeführten Gleitmitteln in einer Menge von etwa 30 mg/m² beschichtet. Die erhaltenen Probestücke werden gemäß Beispiel 1 bis 6 auf ihre Gleitfestigkeit untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle III zusammengestellt.

Beispiele 18 bis 22

Gemäß Beispiel 12 bis 17 werden magnetische Dünnschichtscheiben aus Co-Cr hergestellt und mit zwei Arten von PFPE- Gleitmitteln gemäß Beispiel 13 beschichtet, wobei der Anteil des Überzugsgewichts der Gleitmittel variiert wird, ohne daß das Gesamtüberzugsgewicht von etwa 30 mg/m² verändert wird. Zur Ermittlung der Gleitfestigkeit werden die Scheiben dem Gleittest gemäß Beispiel 1 bis 6 unterzogen. Die Ergebnisse sind in Tabelle IV zusammengestellt.

Vergleichsbeispiele 6 bis 10

Die in Tabelle III aufgeführten einzelnen PFPE-Gleitmittel werden auf die Oberfläche von gemäß Beispiel 12 bis 22 hergestellten magnetischen Co-Cr-Aufzeichnungsmaterialien aufgebracht. Die erhaltenen Probestücke werden zur Ermittlung der Gleitfestigkeit dem Gleittest gemäß Beispiel 12 bis 22 unterzogen. Die Ergebnisse sind in Tabelle III zusammengestellt.

Wie sich aus Tabelle III ergibt, besitzen die magnetischen Co-Cr-Scheiben mit einem Überzug aus einem Gemisch aus polaren und nicht-polaren PFPE-Gleitmitteln im Vergleich zu Magnetscheiben, die einen nur aus einem einzigen polaren oder nicht-polaren PFPE-Gleitmittel bestehen, eine insgesamt beträchtlich erhöhte Gleitfestigkeit.

Wie ferner aus Tabelle IV hervorgeht, erhöht sich die Gleitfestigkeit insbesondere dann beträchtlich, wenn das Gewichtsverhältnis von nicht-polarem PFPE-Gleitmittel zu polarem PFPE-Gleitmittel im Überzug etwa 0,5 bis 4 : 1 beträgt. Aus Zusammensetzungen innerhalb dieses Verhältnisbereichs hergestellte Gleitmittelschichten erweisen sich für magnetisch beschichtete Scheiben als bevorzugt. Mit Zusammensetzungen aus anderen polaren und nicht-polaren PFPE-Gleitmitteln in unterschiedlichen Überzugsgewichten erhält man im wesentlichen die gleichen Ergebnisse.

Tabelle III

Bei den magnetischen Aufzeichnungsmaterialien gemäß diesen Beispielen und Vergleichsbeispielen handelt es sich um Magnetscheiben mit einer magnetischen Dünnschicht aus Co-Cr.

Tabelle IV

Bei den magnetischen Aufzeichnungsmaterialien gemäß diesen Beispielen und Vergleichsbeispielen handelt es sich um Magnetscheiben mit einer Dünnschicht aus Co-Cr.

Wie sich aus den vorstehenden Beispielen und Vergleichsbeispielen ergibt, zeichnen sich die erfindungsgemäßen magnetischen Aufzeichnungsmaterialien durch eine besondere Dauerhaftigkeit aus. Abgesehen von den in den vorstehenden Beispielen erläuterten, durch Beschichten und Co-Cr-Zerstäuben hergestellten Magnetscheiben haben auch magnetische Metallschichten, die beispielsweise durch Plattieren oder Abscheiden aus der Dampfphase hergestellt werden, eine ähnliche Wirkung. Im wesentlichen die gleichen Wirkungen werden bei Verwendung anderer nicht-polarer und polarer PFPE-Gleitmittel erzielt.

Claims

1. Magnetisches Aufzeichnungsmaterial mit einer auf diesem angeordneten Gleitmittelschicht, die einen Perfluoralkylpolyäther umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitmittel eine Gleitmischung aus einem polaren Perfluoralkylpolyäther mit einer polaren terminalen Gruppe und einem nicht-polaren Perfluoralkylpolyäther ohne polare terminale Gruppe enthält.

2. Magnetisches Aufzeichnungsmaterial gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitmischung aus polaren und nichtpolaren Perfluoralkylpolyäthern in einer Menge von 10 bis 100 mg/m² auf der Oberfläche des magnetischen Aufzeichnungsmaterials aufgebracht ist und das Verhältnis des Überzugsgewichts der nicht-polaren Perfluoralkylpolyäther zum Gewicht der polaren Perfluoralkylpolyäther 0,5 bis 4 : 1 beträgt.

3. Magnetisches Aufzeichnungsmaterial gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitmittelfilm auf dem magnetischen Aufzeichnungsmaterial eine erste Schicht aus einem polaren Perfluoralkylpolyäther und auf der ersten Schicht eine zweite Schicht aus einem nicht-polaren Perfluoralkylpolyäther enthält.

4. Magnetisches Aufzeichnungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um magnetische Scheiben (Disketten) handelt.