DE69121988T2 - Schmiermittel für magnetische Materialien - Google Patents

Schmiermittel für magnetische Materialien

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen neue amphiphile Verbindungen. (Amphiphile Verbindungen werden als Verbindungen mit mindestens einem polaren Teil und mindestens einem nicht polaren Teil und der Fähigkeit zur Bildung von Langmuir-Blodgett-Filmen definiert). Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere amphiphile Verbindungen, bei denen jeder nicht polare Teil aus einem Fluorkohlenstoff besteht und jeder polare Teil die Fähigkeit zur Bindung an eine polare Oberfläche besitzt. Diese Verbindungen eignen sich als Gleit- oder Schmiermittel zum Schutz von Metall-, Metalloxid- , Kohlenstoff- oder sonstigen Oberflächen magnetischer Aufzeichnungsmaterialien in Form dünner Filme zur Verwendung bei der Daten-, Audio- und Videoaufzeichnung gegen Abnutzung und Korrosion. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein neues magnetisches Aufzeichnungsmaterial in Form eines dünnen Films mit polarer Oberfläche, die mit einer Einzelschicht bzw. Monoschicht aus mindestens einer der vorliegenden amphiphilen Verbindungen beaufschlagt und an diese gebunden ist.
    • Hintergrund der Erfindung
  • Magnetische Aufzeichnungsmaterialien werden in Form von Bändem, Disketten, Festplatten und dergleichen zur Speicherung von magnetischen Impulsen, die von einem das Medium abtastenden Aufzeichnungs- oder Schreibkopf aufgenommen wurden, und zur Wiederherstellung derselben Impulse in einem denselben Teil des Materials abtastenden Abhör- oder Lesekopf benutzt.
  • Die Schreib- und Lesefunktionen eines Computerplattensystems werden üblicherweise von einem einzigen Lese/Schreib-Kopf durchgeführt.
  • Der Kopf bewegt sich rasch in Bezug auf das magnetische Material und nähert sich diesem eng an. Bei Beginn oder am Ende des Abtastvorgangs gelangt der Kopf (sogar) momentan in direkten Kontakt mit dem magnetischen Medium. Die Industrie hat es als notwendig angesehen, das magnetische Medium zu schmieren bzw. gleitend zu machen, so daß es bei Reibung zwischen Medium und Kopf nicht zu einer raschen Zerstörung des Kopfs oder des Mediums kommt.
  • Computerdatenspeichermedien, z.B. Oxidplatten, wurden mit einer 30 bis 120 Angström dicken Schicht aus einem fluorierten Öl beschichtet, um die Reibung während des Kontaktes des Kopfes mit der Platte zu vermindern und die Platte gegen korrodierende atmosphärische Verunreinigungen zu schützen. Dieses Beschichten bzw. Überziehen hat sich bei Systemen, die Dichtewerte von nicht mehr als etwa 60 bis 100 Megabyte pro Quadratzoll erreichen und bei denen die Lese-/Schreib-Köpfe relativ hoch über das Aufzeichnungsmaterial "fliegen" und auf einem Luftpolster "reiten", bewährt. Andere Werkstoffe, die sich als brauchbare Gleit- oder Schmiermittel für magnetische Medien bei Verwendung "hochfliegender" Lese-/Schreib-Köpfe erwiesen haben, sind fluorierte Öle (insbesondere Perfluorpolyether), Fettsäuren und deren Ester, Organosilane und Organoaminosilane.
  • Bei den derzeit entwickelten magnetischen Speichersystemen höherer Dichte "fliegen" die Lese-/Schreib-Köpfe niedriger. Die Gleitmittelschicht für solche Köpfe ist in typischer Weise weit dünner, vielleicht weniger als 30 Angström dick. Eine derart dünne Schicht aus einem üblichen Gleitmittel macht das magnetische Medium nicht ausreichend gleitfähig, um es gegen die erhöhte Reibung bei wiederholter Abtastung durch "niedrigfliegende" Köpfe beständig zu machen.
  • Ein weiteres bekanntes Problem ist der Abbau des Gleit- oder Schmiermittels. Aliphatische Fettketten (hierin in breiter Definition solche mit 6 bis 22 Kohlenstoffatomen) erfahren bei jedem Lese-/Schreib-Zyklus einen Abbau, was zur Ansammlung von "Schlamm" führt. Dieser Schlamm bedingt eine höhere Reibung zwischen dem magnetischen Material und dem Kopf, eine Kopfinstabilität und eine Erhöhung des Abstands zwischen Kopf und Materialoberfläche. Das praktische Ergebnis ist eine Leistungsbeeinträchtigung.
  • Es besteht somit ein Bedarf nach neuen Gleit- oder Schmiermitteln, die an den Platten dauerhaft in Form dünner Schichten haften, wiederholte Lese-/Schreib-Zyklen ohne Reibungserhöhung oder Schlammansammlung gestatten, einen Schutz gegen Korrosion bieten und eine bessere Schmierung bzw. ein besseres Gleiten in der Umgebung eines "niedrigfliegenden" Lese- /Schreib-Kopfes ermöglichen.
  • Die US-A-4 871 625 beschreibt bestimmte Polyphosphazene, die mit einzelkettigen, linearen Fluoralkylsubstituenten substituiert sind, als Gleit- oder Schmiermittel für ein magnetisches Aufzeichnungsmaterial.
  • Die US-A 4 613 548 beschreibt bestimmte Polyphosphazene, die mit einzelkettigen, linearen Fluoralkylsubstituenten substituiert sind, als Magnetbandschmierung.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung liefert ein gleitend gemachtes bzw. geschmiertes magnetisches Material mit einer ebenen, polaren und mit einer Einzelschicht bedeckten Oberfläche gemäß Anspruch 1.
  • Die vorliegenden Gleitmittel gehen eine engere Bindung mit dem Substrat ein, sind weniger leicht abbaubar und sorgen für eine bessere Schmierung und einen besseren Korrosionsschutz als die bekannten Gleit- oder Schmiermittel.
    • Kurze Beschriebung der Zeichnungen
  • Fig. 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der mit einem erfindungsgemäßen Gleit- oder Schmiermittel beschichteten Oberfläche eines magnetischen Materials.
  • Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Teilseitenansicht der in Fig. 1 dargestellten Struktur.
    • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Die Erfindung wird zwar im Zusammenhang mit bestimmten bevorzugten Ausführungsformen beschrieben, sie ist jedoch selbstverständlich nicht auf die bevorzugten Ausführungsformen beschränkt. In der vorliegenden Beschreibung wird davon ausgegangen, daß bei der Wahl von mehr als einem Substituenten einer speziellen Art die Auswahl jeweils unabhängig erfolgt, so daß verschiedene Substituenten derselben Art gleich oder unterschiedlich sein können.
  • Verbindungen, wie sie im vorliegenden Fall beschrieben werden, können nach irgendeinem von mehreren Syntheseverfahren hergestellt werden. Ein hierin bevorzugt in Betracht gezogenes und in den Beispielen veranschaulichtes Verfahren besteht in der Umsetzung 1) eines Fluorkohlenstoffs mit einer endständigen funktionellen Gruppe mit 2) einem Vorläufer des Kerns mit einer oder (vorzugsweise) mehr funktionellen Gruppe(n). Die Umsetzung der funktionellen Gruppen des Fluorkohlenstoffs mit dem Vorläufer liefert unter Bildung einer erfindungsgemäßen Verbindung eine die beiden vereinigende polare Bindung.
    • Gleitend gemachtes magnetisches Medium
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein gleitend gemachtes bzw. geschmiertes magnetisches Material, umfassend eine ebene, polare Oberfläche des Mediums, die mit einer Einzelschicht bzw. Monoschicht aus einer Verbindung der in der vorhergehenden Beschreibung erläuterten Struktur bedeckt ist. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung kann A jedoch auch aus einer gesättigten kurzkettigen aliphatischen Gruppe bestehen.
  • Die Einzelschicht kann aus einer Langmuir-Blodgett (LB)-Einzelschicht von weniger als 120 (12), zweckmäßigerweise weniger als 70 (7), vorzugsweise weniger als 30 Angström (3 nm) Dicke bestehen. Die Einzelschicht kann auf das Substrat auch auf andere Art und Weise appliziert sein. Hintergrundinformation bezüglich der Art und Bildung von LB-Filmen und der zur Bildung von LB-Filmen fähigen amphiphilen Substanzen findet sich bei Agarwal, "Langmuir-Blodgett Films" in "Physics Today", Juni 1988. Der Ausdruck "amphiphil" ist in dieser Literaturstelle ebenfalls definiert. Auf die Definition von "amphiphil" und die Beschreibung von LB-Filmen in der Agarwal-Literaturstelle wird hierin Bezug genommen.
  • Allgemein gesagt handelt es sich bei einem LB-Film um eine eng gepackte Einzelschicht amphiphiler Moleküle, die mit ihren hydrophilen Enden an das Substrat grenzend orientiert sind und deren hydrophobe Enden vom Substrat aufragen.
  • Obwohl Neuheit oder Umfang der Erfindung nicht von der Genauigkeit dieser Theorie abhängen, dürften die erfindungsgemäßen Verbindungen deswegen für eine bessere und haltbare Schmierung bzw. Gleitwirkung sorgen, weil die polaren verbindenden Gruppen - und nicht-polaren verbindenden Gruppen-Einheiten der vorliegenden Verbindungen sowie irgendwelche in der Kern- Struktur und in kurzkettigen aliphatischen Gruppen enthaltene polare Einheiten durch van der Waalsche Kräfte zwischen den freien Elektronenpaaren der polaren Einheiten und den in dem magnetischen Medium enthaltenen Sauerstoffatomen fest an die polare Oberfläche des magnetischen Materials gebunden sind. (Ein typisches magnetisches Material in Form eines dünnen Films besitzt entweder eine Metalloxidoberfläche oder eine Kohlenstoffoberfläche, die - da sie Luft ausgesetzt ist - oxidiert. Dipolwechselwirkungen und eine ionische oder elektrostatische Anziehung tragen ebenfalls zur Bindung bei.
  • Bei den vorliegenden Verbindungen kommt es zwischen dem ebenen und aromatischen heterocyclischen Ring und den π-Elektronen eines amorphen Kohlenstoff-Magnetaufzeichnungsplatten- Schutzüberzugs zu einer Wechselwirkung.
  • Wegen dieser Bindungen zwischen jedem Gleitmittelmolekül und dem Substrat sind der Kern und die mit den polaren Gruppen assoziierten kurzkettigen aliphatischen Einheiten dicht gepackt (infolge der zwischen den polaren Einheiten benachbarter Moleküle herrschenden von der Waalschen Anziehungskräfte) und im wesentlichen in einer Gleitmittelebene parallel zur polaren Oberfläche des magnetischen Mediums fixiert. Die endständigen Gruppeneinheiten des Fluorkohlenstoffs, die stark unpolar sind, ragen praktisch senkrecht von der Gleitmittelebene auf. Dies entspricht ihrer Orientierung bei Applikation eines LB-Films des Gleitmittels auf das magnetische Material. Da jede Fluorkohlenstoffeinheit an den Kern über eine polare verbindende Gruppe gebunden ist, ist die Basis jeder Fluorkohlenstoffkette auf dem Substrat verankert.
  • Die verschiedenen Fluorkohlenstoffeinheiten eines Gleit- oder Schmiermittels sind vorzugsweise identisch, wobei jede an einemende in identischer Weise verankert ist und sich vom Substrat aus senkrecht nach oben erstreckt. Die Fluorkohlenstoffketten sind aufgrund ihrer tetrahedrischen Bindungsgeometrie Zickzack-Ketten. Diese symmetrische Anordnung bedeutet, daß die entsprechenden Atome jeder Fluorkohlenstoffkette im selben Abstand über dem Substrat liegen, so daß die Fluorkohlenstoffketten zur Nestbildung neigen, was eine enge Packung der Ketten gestattet.
  • Die Kerne der Einzelschicht sind dicht gepackt. Die fluorkohlenstoffterminalen Gruppeneinheiten sind zahlreich und vorzugsweise identisch, so daß die fluorkohlenstoffterminalen Gruppeneinheiten wie Grashalme über das Substrat hinausragen. Dadurch entsteht eine dichte haltbare Gleitschicht, die eine Berührungsfläche mit einem abtastenden Lese-/Schreib-Kopf bildet und dadurch die Reibung vermindert.
  • Die hierin beschriebenen Gleit- oder Schmiermittel werden im wesentlichen auf übliche Art und Weise auf magnetische Medien in Form dünner Filme, beispielsweise unter Benutzung der LB- Beschichtungstechnik, appliziert. Während lediglich eine Z- artige Einzelschicht der vorliegenden Gleit- oder Schmiermittel direkt an das Substrat gebunden werden kann, können nach der LB-Filmbildungsmethode mehr als eine Z-artige Schicht (mit - wie aus den Figuren hervorgeht - vom Substrat weglaufenden Fluorkohlenstoffketten) aufgebaut werden. Dies kann erfolgen, um eine vollständige Bedeckung des Substrats mit einer Einzelschicht sicherzustellen und zwar insbesondere dann, wenn die Substratoberfläche uneben ist. Die vorliegenden Gleitmittelschichten können auch mit einem anderen Gleitoder Schmiermittel, beispielsweise einem Fluorkohlenstofföl, welches mit den Fluorkohlenstoffketten der LB-Einzelschicht verträglich ist, überdeckt bzw. beschichtet werden.
  • Vor Applikation einer LB-Einzelschicht der erfindungsgemäßen Gleit- oder Schmiermittel ist es wichtig, die Oberfläche des magnetischen Materials vollständig zu säubern. Dies geschieht beispielsweise durch Eintauchen in ein Lösungsmittel, z.B. Isopropanol, und anschließendes Spülen mit entionisiertem Wasser, bis die zu beschichtende Oberfläche einen hohen elektrischen Widerstand, beispielsweise etwa 18 Megohm pro Quadrat, aufweist.
    • Beispiel
  • Das folgende Ausführungsbeispiel ermöglicht ein noch besseres Verständnis des Umfangs der vorliegenden Erfindung und befähigt Fachleute zur Ausführung der vorliegenden Erfindung.
    • Beispiel 1
  • Es wurde ein Kondensationsprodukt aus Phosphonitrilchlorid und einem Trifluoralkylcitrat hergestellt. Das Produkt enthielt 18 Fluorkohlenstoffketten an einem phosphor- und stickstoffhaltigen aromatischen heterocyclischen Ring.
  • 1,1 g eines Phosphonitrilchlorid-Trimers (P&sub3;N&sub3;Cl&sub6;) der folgenden Kernformel:
  • wurden in Chloroform (25 ml) gelöst, worauf 11,4 g eines Trifluoralkylcitrats der folgenden Struktur:
  • (Molekulargewicht: ungefähr 1600; n = 6, 8, 10, 12 oder 14, vornehmlich 8 oder 10) in FREON 112 (50 ml) und Triethylamin (10 ml) unter Rühren und Erwärmen zutropfen gelassen wurden. Nach Erwärmen auf Rückflußtemperatur über Nacht wurden 10 g eines hellen bernsteinfarbenen Materials erhalten. Haupt-IR- Banden wurden nahe 2960 cm&supmin;¹ (νCH&sub2;), 1750 cm&supmin;¹ (νCH&sub2;), 1750 cm&supmin;¹ (νC=O, -CO&sub2;), 1200 cm&supmin;¹ (CF&sub2;, CF&sub3; breit) und 1040 cm&supmin;¹ (möglicherweise P-O-C) beobachtet. Dieses Spektrum stimmt mit 6 endständigen Gruppen der folgenden Struktur:
  • an folgendem Kern:
  • überein.
  • Die von Phosphonitrilchlorid stammenden JR-Absorptionsbanden entsprechen nahe 1240 cm&supmin;¹ (Hauptbande) und 1300, 1190, 1140 und 980 cm&supmin;¹ (untergeordnete Banden) wurden durch die Absorptionsbanden der CF&sub3;&submin; und CF&sub3;-Fluoralkyle maskiert.

Claims (4)

1. Gleitend gemachtes bzw. geschmiertes magnetisches Material, umfassend eine polare magnetische Materialoberfläche, die mit einer Einzeischicht der Kernstruktur:
beschichtet ist, die an jeder freien Stelle mit dem Substituenten:
worin s zwischen 6 und einschließlich 14 liegt, substituiert ist.
2. Gleitend gemachtes bzw. geschmiertes magnetisches Material nach Anspruch 1, wobei das Gleitmittel aus einer Langmuir-Blodgett-Einzelschicht besteht.
3. Gleitend gemachtes bzw. geschmiertes magnetisches Material nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Einzelschicht weniger als 7 nm dick ist.
4. Gleitend gemachtes bzw. geschmiertes magnetisches Material nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei alle Substituenten der Kernstruktur identisch sind.
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