FR2578675A1 - Procede electrophoretique de production de milieux d'enregistrement magnetique a haute densite et composition et suspension pour sa mise en oeuvre - Google Patents

Abstract

LE PROCEDE DE L'INVENTION COMPREND LES ETAPES SUIVANTES: ON BROIE A SEC UNE GRANDE QUANTITE DE PARTICULES MAGNETIQUES AVEC UNE FAIBLE QUANTITE D'UN LIANT ET UNE FAIBLE QUANTITE D'UN REGULATEUR DE CHARGE POUR PRODUIRE UN FRAGMENT SOLIDE DE PARTICULES MAGNETIQUES ENCAPSULEES; ON PULVERISE LEDIT FRAGMENT EN PETITS MORCEAUX; ON BROIE A L'ETAT HUMIDE UNE FAIBLE QUANTITE DESDITS PETITS MORCEAUX AVEC UNE GRANDE QUANTITE D'UN HYDROCARBURE ALIPHATIQUE LIQUIDE DE BAS POINT D'EBULLITION POUR PRODUIRE UNE SUSPENSION; ON DEPOSE LES PARTICULES MAGNETIQUES ENCAPSULEES DEPUIS LADITE SUSPENSION SUR UN MILIEU DE SUPPORT PAR ELECTROPHORESE; ON ORIENTE LESDITES PARTICULES MAGNETIQUES; ET ENSUITE, ON DURCIT LE LIANT POUR PRODUIRE UN MILIEU D'ENREGISTREMENT MAGNETIQUE.

Description

On a observé récemment une prolifération des enregistreurs à ruban pour la

musique, la dictée et pour les signaux vidéo de films et d'émissions de télévision. Elle a encore été augmentée par les ordinateurs et machines à traitement de texte, qui nécessitent des logiciels sous la forme de disquettes ou de disques durs. On les prépare de manière classique à partir de dispersions liquides de matière magnétique. Pour obtenir des particules magnétiques bien suspendues, on applique la dispersion sur des disques pour obtenir un revêtement mince. On place le disque enduit, avec le revêtement encore humide, dans un champ magnétique pour orienter les particules magnétiques. Ensuite, on durcit le disque, ordinairement par un cycle thermique complexe. Le rendement

de ce procédé est très mauvais.

On a suggéré dans la technique antérieure que la

matière magnétique telle que des particules d'oxyde ferrique fine-

ment divisé, peut être mise en suspension dans l'eau et déposée sur une bande par électrophorèse. La demanderesse a trouvé que d'autres supports liquides à faibles constantes diéléctriques et résistivités élevées - en particuliers les ISOPAR - sont des matières supérieures dans ce but. Pour que l'étectrophorèse ait lieu, les particules de "toner" doivent être chargées avec la bonne polarité. C'est le r8le du régulateur de charge. Le bain de toner liquide consistant en ISOPAR plus particules de toner et

régulateur de charge doit être à peu près neutre électriquement.

Donc, le régulateur de charge n'introduit pas seulement des charges sur les particules de toner, mais également des nombres égaux de charges opposées associées aux particules, dites contre-ions. Les contre-ions peuvent être des ions moléculaires individuels, des chaînes polymères, des micelles ou d'autres agglomérats moléculaires chargés. Un régulateur de charge peut remplir sa fonction de deux

manières possibles. Dans la première, lerégulateur de charge con-

siste en entités neutres jusqu'à ce qu'elles soient mélangées avec

les particules de toner. Ensuite, en raison des différences d'en-

thalpie entre le régulateur de charge et les particules de toner, qui provoquent une réaction chimique, le toner prend une charge d'un signe et les molécules de régulateur de charge une charge de de signe opposé. Ceci peut se produire parce qu'il y a échange d'électrons entre les deux types de particules ou tranfert d'un groupe moléculaire ionique des molécules de régulateur de charge aux particules de toner. La seconde manière, plus courante, dont un régulateur de charge remplit sa fonction est qu'il consiste en une solution ionique dans le support liquide avant d'être mélangé avec les particules de toner. Ensuite, l'une des espèces ioniques se fixe préférentiellement sur les particules de toner lorsque l'on mélange le toner et le régulateur de charge. Le signe de l'ion qui se fixe sur le toner dépend en général des propriétés de surface des particules de toner et de l'espèce ionique dans le régulateur de charge. Un régulateur de charge donné peut charger une matière de toner positivement et une autre négativement ou pas du tout. La disposition préférée est que la plus grosse des deux espèces ioniques se fixe sur le toner de sorte que la plus

petite, plus mobile, sert de contre-ion.

Si la suspension de toner a un déficit de régula-

tion de charge, ou bien si la probabilité de fixation des ions est faible, de sorte qu'il y a en moyenne moins d'un ion régulateur de

charge (du signe correct) fixé par particule de toner, les parti-

cules de toner ont alors tendance à floculer. Le mécanisme respon-

sable de cette floculation provient de ce qu'une particule de toner neutre voisine d'une chargée forme un dipôle induit qui

entraîne une force d'attraction provoquant la liaison des parti-

cules entre elles.

Les particules de toner dans le bain atteignent toutes le même potentiel chimique d'équilibre. A l'équilibre, la charge sur une particule donnée sera plus grande si la particule

a un rayon plus grand - parce que sa capacité est inversement pro-

portionnelle au rayon - et si le nombre de sites de surface auxquels se fixent des ions de régulateur de charge (dits "crochets") est plus grand. La traînée de viscosité sur une particule dans un

liquide est également proportionnelle à son rayon. Donc, la mobi-

lité qui est proportionnelle à la charge par particule et inver-

sement proportionnelle à la traînée de viscosité tendra à être indépendante de la dimension de particules si la densité de crochets de surface est la même sur toutes Les particules. Ceci signifie que les particules ayant des densités de crochets non régLées donneront une réponse différente aux champs, tendant à produire

des dépôts de toner non uniformes. Il en résulte que Les parti-

cuLes de toner ayant les plus grandes mobilités-se déplacent en premier hors du liquide de développement, en laissant derrière les plus lentes. A mesure que ceci se produit, même si le bain est régénéré pour maintenir une densité constante de particules de toner, le dépôt de particules dans les applications subséquentes de la dispersion de développement deviendra moins dense et on dit

que la dispersion est "épuisée".

Si une suspension de toner contient un excès de régulateur de charge dans le second cas o c'est une solution ionique, il peut alors y avoir dans le bain des ions supplémentaires de même signe que les particules de toner. Ceci est décrit dans

la technique comme une circonstance o le toner a une "conducti-

vité de phase continue". Lorsqu'il y a conductivité de phase con-

tinue, les ions du même signe que les particules de toner entrent

en concurrence avec elles pour atteindre la zone d'image. Le résul-

tat est qu'une densité plus faible de toner que l'optimum atteint le substrat chargé. La conductivité de phase continue a également un effet nuisible sur l'efficacité du transfert du toner d'une surface sur laquelle il est initialement déposé sur un support dans

une application à l'impression.

La demanderesse a découvert qu'il est possible

de produire des films sensiblement homogènes de particules ferro-

magnétiques, telle que l'oxyde ferrique, par encapsulation dans une résine thermoplastique. La résine doit être insoluble dans le dispersant liquide tel qu'ISOPAR (marque déposée pour une série d'hydrocarbures aliphatiques isomérisés liquides à bas point d'ébullition fabriqués par la Société Exxon Corporation). En outre, le revêtement ou encapsulant doit fondre après dépôt pour donner

une surface lisse et permettre l'orientation des particules ferro-

magnétiques. De plus, la surface de l'agent d'enrobage doit avoir

plusieurs sites fonctionnels pour fixer un régulateur de charge.

Ceci permet de produire des particules ferromagnétiquesencapsulées, telles que de l'oxyde ferriquedont la charge peut être réglée et qui ont les mêmes mobilités. Ainsi donc, le champ introduit pour provoquer l'électrophorèse entraînera les particules de toner mobiles dans l'électrophorèse à leur place sans épuisement de la suspension. On peut considérer que la relation de l'agent d'enrobage au régulateur de charge est analogue à un phénomène

d'échange d'ions ou d'échange acide-base.

La présente invention concerne un procédé pour le dépôt par électrophorèse d'une matière ferromagnétique sur une bande, une disquette ou un disque dur ou une carte de sécurité rectangulaire en matière plastique, pour produire des milieux d'enregistrement à haute densité et une composition utile dans

la mise en oeuvre de ce procédé.

Le brevet japonais 50-28093 décrit l'électro-

déposition d'une peinture obtenue par émulsification d'une résine avec un pigment magnétique dans L'eau. La peinture est appliquée

par électrophorèse sur un disque d'aluminium. L'émulsion est com-

posée de 40 parties en poids d'une résine acrylique émulsifiable, 4 parties en poids d'une résine de mélamine soluble dans l'eau, 160 parties en poids d'oxyde ferrique y, 10 parties en poids

d'isopropanol, 7 parties en poids de triisopropanolamine et 279 par-

ties en poids d'eau désionisée.

Le brevet japonais 52-25321 utilise une composi-

tion semblable, sauf que l'émulsion comprend un solvant organique qui sert à émulsifier le polymère d'acide acrylique soluble dans

l'eau. La méthylisobutylcétone est donnée comme exemple préféré.

En général, l'invention concerne l'encapsulation à sec de particules de pigment magnétique par un liant tel qu'une cire, un polymère cireux ou un mélange de polymères, conjointement avec un agent pour la production d'un nombre important de sites fonctionnels, tel qu'un régulateur de charge. L'encapsulation doit être telle que le pigment encapsulé puisse supporter les conditions

rigoureusesde l'encapsulation et du broyage humide sans endomma-

gement du pigment. L'agent d'enrobage ou d'encapsulation doit être insoluble dans l'agent dispersant. L'encapsulation a lieu par broyage à sec du mélange de cire ou polymère cireux d'encapsulation et d'une composition pour la production de sites fonctionnels. Le matériau broyé à sec est ensuite pulvérisé et broyé dans un broyeur humidepar frottement avec de l'ISOPAR-G, de l'ISOPAR-H, de l'ISOPAR-L ou de I'ISOPAR-M. Le broyage humide de la dispersion sèche primaire finement pulvérisée conduit à la formation d'une dis- persion de pigment uniformément encapsulé. On peut ajouter un supplément de régulateur de charge identique ou différent pendant l'étape de dilution. Ce régulateur de charge confère uniformément la polarité désirée aux particules de toner revêtues en se fixant chimiquement sur les sites fonctionnelsou crochets. En raison du revêtement homogène, la nature hétérogène du pigment magnétique

est masquée et l'on évite l'épuisement du toner qui est caracté-

ristique des dispersions liquides de l'art antérieur.

Un objet de la présente invention est de proposer

un procédé pour la production de milieux d'enregistrement magné-

tique par dépôt par électrophorèse donnant unemeilleure régulation

de l'épaisseur de la couche déposée.

Un autre objet de l'invention est de proposer

un procédé pour la production de milieux d'enregistrement magné-

tique d'épaisseur unifome et exempts de trous d'épingle.

Un autre objet de l'invention est de proposer un procédé pour la production rapide et continue de milieux

d'enregistrement magnétique dans la fabrication en grande série.

Un autre objet de l'invention est de proposer

une suspension de particules ferromagnétiques aciculaires encap-

sulées ou enrobées sans fracture pendant les étapes d'encapsula-

tion et de broyage.

Un autre objet de l'invention est de proposer

un procédé pour la production de milieux d'enregistrement magné-

tique qui isole l'étape de revêtement de l'étape d'orientation.

Un autre objet de l'invention est de choisir un liant ayant un point de fusion convenable de telle sorte qu'après le dépôt du film, il puisse être fondu tandis qu'on l'expose à un

champ magnétique qui provoque l'orientation des particules. L'orien-

tation est ensuite"gelé' lorsque la température est abaissée au-

dessous du point de fusion du liant.

Un autre objet de l'invention est de proposer

un matériau ferromagnétique encapsulé,dans lequel le liant d'encap-

sulation contient une composition pour conférer au liant d'encap-

sulation des sites fonctionnels.

Un autre objet de l'invention est de choisir des liants d'encapsulation qui puissent être durcis par des faisceaux

électroniques ou thermiquement en surfaces dures capables de suppor-

ter l'usure provoquée par le passage des têtes d'enregistrement

sur celles-ci.

Un autre objet de l'invention est de proposer un procédé utilisant des gradients de champ électrique ou magnétique, ou les deuxainsi que des champs magnétiques uniformes orientés

perpendiculairement à la surface, à la fois pour orienter les par-

ticules magnétiques aciculaires dans le liant fondu et pour dispo-

ser convenablement les particules par rapport à la surface supérieure.

Ces buts de l'invention et d'autres apparaîtront

plus clairement à la lecture de la description qui va suivre et

en référence aux dessins ci-annexés, dans lesquels: la figure 1 est un schéma de fonctionnement représentant les étapes du procédé pour la mise en oeuvre de l'invention;

la figure 2 est une vue schématique d'un dispo-

sitif pour déposer des particules magnétiques sur un substrat; la figure 3 est une vue schématique représentant un autre dispositif pour déposer des particules magnétiques sur un substrat; la figure 4 est une vue schématique représentant un appareil pour déposer des particules magnétiques sur un ruban continu; la figure 5 est une vue schématique représentant une autre disposition de l'appareil pour déposer des particules magnétiques qui éliminent l'effet de "vue de Manhattan"; la figure 6 est une micrographie de particules magnétiques orientées longitudinalement, grossies 22 500 fois, au microscope électronique à balayage; et la figure 7 est une micrographie semblable à celle de la figure 2 représentant des particules magnétiques

orientées perpendiculairement, grossies 22 500 fois, au micros-

cope électronique à balayage.

En référence à la figure 1, on charge 84 g de cire de carnauba, 42 g d'un copolymère éthylène-acide acrylique fabriqué par La Société Allied Chemical Corporation sous le nom de marque A-C 540 et 392 g d'un oxyde ferrique y (Fe203) vendu par la Société Pfizer Inc. sous le nom de marque "Pferox" dans un malaxeur à caoutchouc à deux cylindres connu dans la technique. On ajoute également 42 g de sel de calcium de copolymère éthylène-acide acrylique fabriqué par la Société Allied Chemical Corporation - sous le nom de marque A-C 201. Les composants A-C 540 et AC 201

agissent comme régulateur de charge pour produire les sites fonc-

tionnelsou crochetsavec lesquels le régulateur de charge peut réagir. Un autre additif pour régler les sites fonctionnels est

l'acide stéarique. L'agent A-C 540 peut lui-même agir comme liant.

D'autres additifs pour le réglage des sites fonctionnels sont les copolymères styrène-acrylate, les copolymères éthyLène-acétate de vinyleacide acrylique, les polyéthylènes oxydés, les polymères d'esters acryliques, les copolymères ester acrylique-acide acrylique, les copolymères styrène-alcool allylique, les polymères oxydes de

polyoxyéthylènes et les copolymères oxyde de propylène-oxyde d'éthy-

lène. Bien que ces polymères soient ajoutés pour régler les sites

fonctionnels pour le liant, ils peuvent agir eux-mêmes comme liants.

La cire de carnauba est spécialement intéressante,car elle agit comme lubrifiant après la formation du milieu d'enregistrement. En

outre, toutes les matières chargées dans la première étape du pro-

cédé selon l'invention sont insolubles ou non solvatables dans

l'ISOPAR à des températures inférieures à 40 C. Le pigment magné-

tique, le liant et l'agent de réglage des sites fonctionnels sont mélangés dans un malaxeur à caoutchouc à 60 C pendant une durée

d'une heure, au bout de laquelle le pigment est uniformément dis-

persé. On a également effectué le mélange du pigment et du liant dans un malaxeur à caoutchouc à 130 C. La température plus élevée

diminue la durée de dispersion du pigment.

Au refroidissement, Les particules magnétiques encapsulées forment un solide du type craie qui est ensuite pulvérisé. On charge alors la poudre de l'étape de pulvérisation et 2 100 g d'ISOPAR-H dans l'étape de broyage humide qui a lieu dans un broyeur par frottement. Bien que l'étape de pulvérisation réduise la durée nécessaire au broyage humide de la poudre, il

est entendu que le solide en craie provenant du malaxeur à caout-

chouc peut être réduit-en particules plus petites par n'importe quels moyens souhaités permettant de charger convenablement dans le broyeur les morceaux formés. On effectue ensuite le broyage

humide des particules magnétiques encapsulées pendant cinq heures.

Un broyage plus long améliore la dispersion et produit des dimen-

sions moyennes de particules plus petites. La poudre chargée à l'étape de broyage humide comprend des sphères contenant plusieurs particules magnétiques encapsulées. On peut utiliser soit du "Pferrox 4230" soit du "Pferrox 2228C". Ceux-ci ont un diamètre

d'environ 0,03 à 0,04 pm et un rapport d'aspect entre 1:6 et 1:7.

Un certain nombre de ces particules magnétiques aciculaires ou dentritiques sont présentes dans chaque sphère. Il est entendu que l'on peut utiliser n'importe quel matériau ferromagnétique approprié. Les liquides dispersants non polaires utilisés dans l'étape de broyage humide sont des hydrocarbures aliphatiques isomérisés, plus particulièrement ISOPAR-G, ISOPAR-H, ISOPAR-K, ISOPAR-L et ISOPAR-M. Ces produits ISOPAR sont des fractions

étroites d'hydrocarbures isoparaffiniques ayant des puretés extrê-

mement élevées. Par exemple, l'intervalle d'ébullition de l'ISOPAR-G est compris entre 156 et 176 C. L'ISOPAR-L a un point d'ébullition moyen d'environ 194 C. L'ISOPAR-M a un point d'éclair de 77 C et

une température d'auto-allumage de 338 C. Les spécifications rigou-

reuses de fabrication telles que soufre, acides, carboxyles et

chlorures sont limitées à quelques 10-4 pour cent (quelques ppm).

Les dispersants sont sensiblement inodores, ne possédant qu'une très légère odeur paraffinique. Il ont une excellente stabilité

d'odeur et sont tous fabriqués par la Société Exxon Corporation.

Tous les liquides dispersants ont une résisti-

vité électrique en volume de plus de 109 Q.cm et une constante diélectrique inférieure à 3,0. Les tensions de vapeur à 25 C sont de moins de 10 kPa. Un ISOPAR souhaitable est l'ISOPAR-G qui a un point d'éclair de 40 C, déterminé par la méthode à la coupelle fermée par une étiquette. L'ISOPAR-L a un point d'éclair de 61 ,déterminé par la même méthode; tandis que l'ISOPAR-M

a un point d'éclair de 77 C, déterminé par la méthode de Pensky-

Martens. Bien que l'on ait décrit les dispersants préférés, les caractéristiques essentielles sont la résistivité en volume et la constante diélectrique. En outre, une caractéristique des dispersants est un faible indice Kauri-alcool butylique, voisin

de 27 ou 28, déterminé selon la norme ASTM D 1133.

Les additifs qui sont présents agissent non seu-

lement pour le réglage des sites fonctionnels, mais augmentent la viscosité à l'état fondu de la cire de carnauba. En outre, ces

produits peuvent être réticulés pour durcir le dépôt en une sur-

face dure, résistante. La matière déchargée de l'étape de broyage humide est un concentré liquide dans lequel le rapport solides/ dispersant est d'environ 40 %. On dilue ensuite le concentré par

L'ISOPAR de manière que le rapport solides/dispersant soit d'en-

viron 20 %. Cette dispersion est ensuite conservée pour l'utilisa-

tion future. Lorsque l'on désire utiliser la dispersion pour déposer un revêtement magnétique sur un substrat pour l'utilisation comme milieu d'enregistrement, on dilue la dispersion stockée par l'ISOPAR de manière qu'elle ait une teneur en solides d'environ 2 % par

rapport au liquide.

Bien que l'on ait illustré l'addition d'un régu-

lateur de charge dans l'étape de broyage à sec et dans l'étape de dilution, il est entendu que l'on peut, si on le désire, ajouter un régulateur de charge dans l'étape de broyage humide. Il existe deux types apparemment différents de régulateurs de charge. Dans

le premier cas, le régulateur de charge dans l'ISOPAR a une conduc-

tivité mesurée à 1 kHz qui est supérieure à celle obtenue lorsqu'il est mélangé avec des particules de toner, c'est par exemple le cas de la lécithine et du pétronate de baryum (BaPet). Dans le second cas, le régulateur de charge dans l'ISOPAR n'a presque pas de

conductivité. Cependant, lorsqu'il est mélangé avec des parti-

cules de toner, il a une conductivité importante. On citera par

exemple le sulfosuccinate de baryum (BaOT) et les sets de sulfo-

succinate de bistridécyle. Les régulateurs de charge préférés sont ceux

qui n'ont pas de conductivité en l'absence de particules de toner.

Une trop forte conductivité éventuelle provient de la présence

dans le bain d'ions de même signe que les particules de toner.

Ces ions indésirables répondent aux mêmes champs entraînant les

particules de toner et déposent la charge sans pigment.

On a mesuré que la charge par particule de toner (environ 0,5 à 3,0 pm de rayon) est dans la gamme de 100 à plusieurs centaines de charges. Les potentiels zéta dus à ces charges sont

de l'ordre de 1 V, ce qui est élevé en comparaison avec les éner-

gies thermiques. Ceci est rendu possible par La densité élevée de sites fonctionnels sur chaque particule de toner (environ 104 à 106 sites) et par la nature de leurs réactions chimiques avec

les molécules de régulateur de charge.

La stabilité de la dispersion est provoquée par

la charge importante par particule de toner. Les forces de répul-

sion entre les particules de même polarité les maintiennent écartées lorsque la distance est grande et des molécules longues qui agissent comme tampons (elles produisent un empêchement stérique) empêchent que les surfaces des particules de toner s'approchent suffisamment les unes des autres pour que l'attraction mutuelle

des dipâles induits puisse devenir efficace et provoquer l'agglo-

mération. La répulsion coulombienne mutuelle varie avec l'inverse de la distance des particules, tandis que l'attraction mutuelle des dip6les induits par les charges varie comme la puissance quatre de l'inverse de leur distance. Aussi longtemps que les particules restent suffisamment éloignées, les répulsions mutuelles l'emportent et la dispersion est stable. Si on laisse commencer l'agglomération des particules, leur capacité varie, la charge

par particule varie et les propriétés du bain se détériorent.

Bien que le régulateur de charge soit ajouté dans l'étape d'encapsulation, on peut ajouter encore le réguLateur de charge pendant l'étape de broyage humide ou à la dispersion dans l'étape de dépôt. L'addition du régulateur de charge pendant l'étape de broyage humide tend à améliorer la dispersion. La quantité idéale du régulateur de charge produirait le même nombre d'entités de charge négative qu'il y a de particules de pigment; c'est-à-dire qu'il n'y aurait pas d'excès d'ions libres charges négativement. Un trop grand nombre d'ions négatifs augmente la

conductivité du liquide, ajoutant une conductivité de phase con-

tinue au liquide de développement. Il y a une autre condition qui établit une limite supérieure à la quantité de régulateur de charge utilisée. La mobilité des contre-ions doit dépasser celle des particules de toner. Dans ce cas, lorsque l'on applique un champ électrique extérieur destiné à envoyer les particules de toner sur le substrat, les contre-ions plus mobiles répondent en premier, Laissant une couche d'épuisement de charge spatiale voisine du

substrat de dépôt et s'accumulant sur l'électrode opposée. L'épais-

seur de la couche d'épuisement dépend de la tension appliquée et de la concentration de support. Lorsque la couche d'épuisement s'est formée, c'est la seule région o existent des champs pour diriger les particules de toner sur le substrat. Les particules de toner se déplacent alors vers la surface sous l'influence de conditions de courant limitées par la charge spatiale. Ceci est souhaiblepuisquedans ces circonstancesla distribution spatiale

de particules atteignant la surface est plus uniforme qu'une dis-

tribution statistique de particules. Les films résultants tendent à être uniformes, lisses et exempts de trous d'épingle. Si l'on

utilise trop de régulateur de charge et si la mobilité des parti-

cules de toner dépasse celle des contre-ions, elles ne se dépose-

ront pas dans des conditions de courant limitées par la charge spatiale. L'étape de dépôt est mise en oeuvre dans un bain contenant environ 2 % en poids des particules magnétiques encapsulées dont la charge a été réglée. La granulométrie des particules magnétiques revêtues varie. Cependant, la mobilité des

petites particules et celle des grosses particules sont sensible-

ment les mêmes, pourvu que la densité de crochets soit indépendante de la dimension de particules. Lés grosses particules accumulent plus-de charges, mais elles ont une traînée plus visqueuse que les particules plus petites. Inversement, les particules plus petites ont une charge plus faible mais produisent une traînée visqueuse plus faible dans leur déplacement à travers le liquide

dispersant. Il en résulte que la dimension de particules est auto-

compensatrice. La vitesse de dérive des particules est fonction du champ appliqué. Plus le champ est élevé, plus la vitesse de dérive est élevée. La variation du potentiel du champ appliqué

permet de régler l'épaisseur dela couche déposée. Si l'on effec-

tue le dépôt sur un disque métallique,par exemple, on peut utili-

ser un potentiel de 400 à 1 000 volts, le métal étant relié à l'électrode positive. La durée d'action du champ peut varier entre 0,001 et 1 seconde. Lorsque l'on désire déposer les particules sur un support isolant tel qu'une bande ou ruban de "Mylar", on double la bande avec une électrode positive et on applique une tension de 2 000 à 5 000 volts. A nouveau, l'épaisseur du dépôt est réglée par la durée pendant laquelle le support est dans le champ. On peut également fabriquer des dépôts sur une bande ou d'autres isolants en soumettant d'abord le substrat à une étape de charge corona et ensuite en faisant passer le milieu chargé

à travers une région de développement o il active le toner.

Lorsque l'électrophorèse est terminée, la sur-

face du support revêtu est mouillée par le bain. Comme le bain

contient des particules qui n'ont pas été déposées, il est indé-

sirable que celles-ci restent sur la surface du milieu magnétique.

En conséquence, on nettoie la surface par n'importe quel moyen connu dans la technique, par exemple raclettes, lames d'air, effluves et rouleaux nettoyeursy compris les rouleaux contraires, de manière à laisser une mince couche de liquide sur la surface de

la couche magnétique franchement déposée.

On observera que tous les liants et agents se ramollissent à une température inférieure à 140 C. Par exemple, le A-C 540 ramolLit à 108 C. Il a une viscosité Brookfiels de 500 mPa.s à 140 C. IL est important que le support portant Le revêtement déposé passe à l'étape d'orientation avant d'être sec, afin d'éviter une configuration de "boue craquelée". Pour un dépôt sans fissure, la surface du dépôt doit être mouillée avant le démarrage du chauffage dans l'étape d'orientation. Pendant lechauffage, les particules de pigment magnétique n'ont pas

d'orientation particulière. L'orientation des particules magné-

tiques peut être réglée pour que celles-ci se disposent longitu-

dinalement ou à peu près verticalement. L'enregistrement magnétique par particules verticales est favorisé parce qu'il produit un

entassement de haute densité. Avec les particules orientées ver-

ticalement, les transitions entre les zones à magnétisation vers

le haut ou vers le bas peuvent être très fines parce que la démagné-

tisation ne présente pas de problème aux densités élevéesmême dans des milieux relativement épais. Cependant, le très grand nombre des enregistrements existantssur le marché et des têtes

de lecture de ces enregistrementsexigent L'orientation longitu-

dinale. Les exemples suivants illustrent l'invention sans

toutefois en limiter la portée.

Exempte I On suit le mode opératoire décrit ci-dessus en rapport avec la figure 1 en utilisant 392 g de Pferox 4230,

84 g de cire de carnauba, 42 g de A-C 540, 42 g de A-A 540 par-

tiellement neutralisé par 1,56 g d'hydroxyde de calcium Ca(OH)2

et 2 100 g d'ISOPAR-H.

Exemple II

On suit le même mode opératoire qu'à l'exemple I, sauf qu'on neutralise partiellement 42 g du A-C 540 par 1,39 g

d'oxyde de magnésium MgO.

Exempte III On suit Le mode opératoire de l'exemple I, sauf que l'on charge le malaxeur à caoutchouc avec 168 g de A-C 540 et l'on n'utilise pas de cire de carnauba. En outre, on utilise 392 g

de Pferox 2228HC.

Exemple IV

On charge 392 g de Pferox 2228HC, 135 g de cire de carnauba, 66 g de A-C 540 et 66 g de A-C 201 dans le malaxeur à caoutchouc et on mélange les ingrédients à 130 C. On retire du malaxeur un fragment du type craie et on le pulvérise dans un micropulvérisateur en une poudre. On charge ensuite la poudre

dans l'étape de broyage humide o l'on ajoute 2 500 g d'ISOPAR-H.

On fait fonctionner le broyeur pendant 5 heurespour obtenir une suspension. On dilue une portion de la suspension par 10 fois son

poids d'ISOPAR-H et on la fait passer à l'étape de dépôt. On pré-

pare un certain nombre de bains contenant des concentrations diffé-

rentes de solides de 5 à 0,3 % en poids. Le dépôt sur un disque

métallique est déterminé par pesée du disque avant et après électro-

phorèse. On trouve que le poids du dépôt varie en fonction de la

concentration en solides.

Exemple V

On suit le mode opératoire de l'exemple IVsauf que l'on fait tourner le broyeur pendant 24 heures. Le régulateur de charge consiste en 8,4 g de sel de baryum de sulfosuccinate de

bis-tridécyle.

Comme indiqué ci-dessus, on effectue l'étape de

dépôt en appliquant un potentiel pour provoquer le dépôt des par-

ticules chargées sur le substrat. L'épaisseur de revêtement n'est pas seulement fonction de la concentration en solides dans le

bain, mais varie également en fonction de la tension et du temps.

Il est possible d'épuiser complètement le bain de particules magnétiques entre l'électrode de développement et le disque de

substrat, en effectuant l'étape de dép8t pendant une durée suffi-

sante. La durée pendant laquelle on applique la tension de fonc-

tionnement peut varier entre 0,1 et 2 secondes ou plus.

Le dépôt sur des substrats s'effectue de diverses

manières. En référence à la figure 2, une électrode de développe-

ment 2 est plecée parallèlement au substrat 4 et séparée de celui-ci par une distance de 0,1 à 5 mm. La distance est ordinairement de

1 mm. L'ensemble est introduit dans le bain de toner 6 dans un réci-

pient 3 et on applique une impulsion de tension depuis une source

de tension 8 pendant une durée déterminée en fermant L'interrup-

teur 5. On retire ensuite l'ensemble du bain, on sépare l'électrode de développement du substrat et on éLimine l'excès de liquide en plongeant le substrat dans L'ISOPAR pur, en l'essorant et en faisant passer une lame d'air (non représentée) sur la surface. On place ensuite le substrat encore humide sur un dispositif chauffant (non représenté) et on éLève sa température jusqu'au point de fusion du liant. Cette étape de chauffage est effectuée

tandis que la pièce est exposée à un champ magnétique uniforme.

On abaisse ensuite la température au-dessous du point de fusion

pour solidifier Le Liant, la pièce étant encore dans Le champ magné-

tique. L'orientation des particules magnétiques est donc fixée dans le solide durci. Pour produire l'orientation longitudinale circulaire nécessaire pour un disque dur ou une disquette, on suit des techniques d'orientation connues de l'homme de l'art tandis que le disque est chauffé au-dessus du point de fusion du liant. L'orientation perpendiculaire est effectuée en plaçant le substrat parallèLement aux pièces polaires d'un aimant en C pendant

le cycle de chauffage.

En référence à la figure 3, on effectue des

* dépôts sur un disque métallique 10 porté par un plateau mobile 12.

L'ensemble est normalement submergé dans le bain de toner 6 et on le retire du bain à une vitesse de montée uniforme de 2,54 à

,4 cm/s. On applique une tension entre une électrode de dévelop-

pement 14 et le disque de substrat 10, comme représenté à la figure 2. Un rouleau contraire 16 connu dans la technique élimine l'excès de toner et on soumet ensuite le disque 10 aux étapes de

chauffage et d'orientation décrites précédemment.

La figure 4 représente schématiquement un mode de réalisation de l'appareil pour preparer un dépôt sur une bande continue. On fait passer la bande d'un rouleau 20 autour d'un tambour métallique 22 mis à la masse et on l'enroule autour d'un rouleau récepteur 24. Le segment de bande 21 qui passe entre le tambour 22 mis à la terre et le rouleau récepteur 24 a été soumis à l'action d'une décharge corona 26,puis est passé entre l'électrode de développement 28 et le tambour métallique 22 à la masse. Une pompe 30 aspire le liquide de toner d'un bain de toner 32 et

l'envoie à une cuvette de toner 34 dans l'électrode concave 28.

Le trop plein de la cuvette 34 retourne au bain de toner 32. Un rouleau contraire 36 élimine l'excès de liquide de la bande revêtue. Bien que l'on ait représenté le tambour métallique 22 comme étant mis à la masse, il peut être isolé de la masse et soumissi on le désire,à une tension. La section de bande 21 fraîchement enduite passe entre des éléments chauffants 40 adaptés pour ramollir le

polymère, ou liant, présent dans le toner. Bien que l'on ait uti-

lisé le terme "toner", il est entendu qu'il s'agit du liquide de développement contenant en dispersion un liant, des particules magnétiques, un diluant tel que l'un des ISOPAR et un régulateur de charge. Autrement dit, le bain de toner est préparé selon les

quatre premières étapes représentées dans la figure 1.

Bien que la présente description traite princi-

palement de particules magnétiques aciculaires, il est entendu que l'invention peut s'appliquer à des particules ferromagnétiques ou ferrifères qui ont n'importe quelle morphologie souhaitée, bien que l'on préfère les particules magnétiques aciculaires ayant une

orientation soit perpendiculaire, soit longitudinale.

Ce qui est déposé par électrophorèse sur la bande consiste en le liant et les particules magnétiques. On fait passer la bande contenant le liant ramolli dans un champ créé par un aimant, dont le pôle sud 42 et le pôle nord 44 sont représentés

schématiquement à la figure 4. Le flux magnétique oriente les par-

ticules magnétiques dans l'orientation désirée, selon la direction du champ. La vitesse de passage de la section de bande 21 et la longueur du champ magnétique sont telles que la température de la bande tombe audessous du point de ramollissement du liant avant que la bande enduite sorte du champ magnétique. Elle passe ensuite dans un poste de durcissement à faisceau électronique

représenté schématiquement et indiqué par la référence 46.

Il est connu de l'homme de l'art que l'orienta-

tion perpendiculaire a lieu avec des particules magnétiques acicu-

laires et avec la direction appropriée du champ. Les particules magnétiques qui sont déposées dans le procédé normal par rotation ou dans le procédé de dépôt par électrophorèse sont ordinairement distribuées et orientées de manière aléatoire. L'effet du champ magnétique est d'appliquer aux particules un couple qui provoque leur orientation dans l'alignement des lignes de flux du champ appliqué. Du fait que les centres des particules sont initialement distribués de manière aléatoire, les sommets des particules, après orientation, sont placés à des distances aléatoires de la surface

de la bande. Les interactions entre les particules tendent à favo-

riser la distance quadratique moyenne entre la surface du revê-

tement de la bande et les sommets des particules. Ce phénomène

produit un bruit dans l'enregistrement. L'examen avec grossisse-

ment des particules orientées avec un champ perpendiculaire révèle cette distance variable de particules voisines depuis la surface supérieure du revêtement de la bande. Cet aspect est semblable à une vue des édifices élevés de l'horizon de New York. En conséquence,

on lui a donné le nom d'effet de "vue de Manhattan". On peut éli-

miner cet effet de vue de Manhattan si,pendant le procédé d'orien-

tation dans le champ magnétique, outre le couple produit par le champ uniforme, on applique aux particules des forces qui provoquent le déplacement de leurs centres d'inertie de telle sorte que tous les sommets des particules soient sensiblement à la même distance

de la surface du revêtement de la bande.

En référence à la figure 5, on a représenté un procédé de réduction de l'effet de "vue de Manhattan" sur un

disque 50 semblable au disque 10 de la figure 3. Ce disque fra -

chement enduit avec un film 52 contenant des particules magné-

tiques a juste été soumis à l'énergie thermique et il est encore ramolli. On applique un potentiel entre le disque 50 et un élément métallique 54 en matériau conducteur, mais non magnétiqueet qui a une forme comportant une arête 56. On applique un potentiel entre

le disque 50 et l'élément métallique 54 depuis une source de ten-

sion 60. Donc, un gradient de champ électrique est appliqué à la

surface du film 52. La constante diélectrique des particules magné-

tiques est supérieure à celle du liant du film. En conséquence, il y a une force nette s'exerçant sur les particules magnétiques,

par rapport au liant, qui provoque leur déplacement vers la sur-

face du film. Le gradient de champ tend également à désorienter un peu les particules. Cependant, leur orientation parallèlement aux lignes du flux du champ magnétique uniforme est également présente. On obtient le même résultat en utilisant au lieu de

l'arête de la figure 5 un coin à arête vive en matériau magné-

tique. Comme indiqué ci-dessus, la direction du champ magnétique détermine si les particules magnétiques s'alignent

verticalement ou horizontalement. Un exemple d'orientation longi-

tudinale ou horizontale est représenté à la figure 6. Un exemple d'orientation perpendiculaire ou verticale est représenté à la figure 7. Ces microphotographies ont été prises avec un microscope à faisceau électronique à balayage avec un grossissement de

22 500 fois. La barre représente une mesure à l'échelle de 1 pim.

L'énergie du faisceau électrique utilisée est de 20 kV. La photo-

graphie a été prise en regardant juste à la verticale sur la sur-

face supérieure de l'échantillon. Ceci est indiqué par le symbole "00" sur la microphotographie, le symbole "S" indiquant que le microscope à faisceau électronique à balayage fonctionne dans le mode de collection d'électrons secondaires. L'étape d'orientation a l'avantage supplémentaire que les aimants éliminent du bain tous

les solides visibles.

Comme le produit final du procédé selon l'inven-

tion est une bande d'enregistrement magnétique, une disquette ou un disque dur, il est souhaitable que le revêtement contienne un lubrifiant. La cire de carnauba est un excellent lubrifiant. Si on utilise l'acide stéarique pour produire des sites ioniques, il

agit également comme lubrifiant.

L'orientation perpendiculaire des particules de toner produit des enregistrements à haute densité. Ceux-ci

peuvent être réalisés non seulement avec des particules magné-

tiques aciculairesmais avec des paillettes d'oxyde de baryum-fer

ferreux BaFe12019. On peut utiliser de manière analogue des par-

ticules magnétiques ayant d'autres morphologies. Il est entendu pour l'homme de l'art que les configurations de têtes de lecture

et enregistrement doivent correspondre à la morphologie et à L'orien-

tation de l'enregistrement.

On observera quedans L'étape d'orientation, on chauffe le polymère à son point de fusiorde sorte que les parti- cules magnétiques sont capables de s'orienter elles-mêmes sous

l'influence du champ magnétique. Ceci permet non seulement l'orien-

tation des particulesmais tend à les aligner au voisinage de la surface du film de revêtement. Après l'étape d'orientation, on durcit le revêtement. Le liant A-C 540 se prête facilement au

durcissement par un faisceau électronique. On peut utiliser n'im-

porte quelle technique appropriée de durcissement, en fonction de

la nature du liant.

Il est entendu que les diverses compositions

dans les exemples ci-dessus ont été soumises aux étapes représen-

tées à la figure 1 et ont produit d'excellents résultats.

Exemple VI

On suit le mode opératoire de l'exemple 4,sauf qu'on utilise comme régulateur de charge, au lieu d'A-C 201, 66 g d'une résine acrylique fabriquée par la Société Rohm and

Haas Company sous le nom d"'Acryloid DM-54".

Exemple VII

On suit le mode-opératoire décrit en référence à la figure 1, sauf que l'on utilise 392 g de "Pferrox 2228HC" (produit de la Société Pfizer Inc.) , 84 g de cire de carnauba et

84 g d'A-C 540. En outre, on ajoute 9 g de sel de baryum de sulfo-

succinate de bis-tridécyle comme régulateur de charge dans l'étape de broyage à sec. On continue le mode opératoire de la figure 1 depuis l'étape de dilution jusqu'à obtenir un bain de toner ayant une teneur en solides de 1,5 %. Les particules de toner ont un diamètre d'environ I pm et consistent en plusieurs particules d'oxyde ferreux non orientées enrobées dans le liant. Le bain de toner est ensuite utilisé pour déposer par électrophorèse une

couche mince de particules magnétiques sur un substrat d'aluminium.

L'étape de dépôt électrophorétique a lieu assez rapidement. Donc,

le procédé de l'invention peut être utilisé pour déposer un reve-

tement magnétique sur une bande se déplaçant à vitesse élevée.

Aucune technique antérieure ne décrit l'encap-

sulation de particules magnétiques, ferrifères ou ferromagnétiques.

Par broyage à sec en présence d'un régulateur de charge, on peut régler ou créer des sites fonctionnels. Dans la préparation d'un liquide de développement pour machines à photocopier, on continue le procédé par Les étapes de pulvérisation et de broyage humide et ensuite en diluant la pâte provenant de l'étape de broyage humide. On verra que le procédé de l'invention atteint les buts recherchés. On a proposé un procédé de production de milieux d'enregistrement magnétique par dépôt électrophorétique,

dans lequel on peut mieux régler l'épaisseur de la couche déposée.

Le procédé de l'invention produit un revêtement d'enregistrement magnétique sur un support qui n'a pas seulement une épaisseur

uniforme mais qui est sensiblement exempt de trous d'épingle.

Le procédé de production de milieux d'enregistrement magnétique selon l'invention se déroule rapidement et en continu et-il est donc spécialement adapté pour l'utilisation dans la fabrication en grande série. On produit selon l'invention une suspension

utile dans la mise en oeuvre du procédé qui comprend l'encapsu-

lation de particules ferromagnétiques aciculaires et permet ainsi

de réduire la rupture de ces particules pendant l'étape de broyage.

Le procédé selon l'invention permet de produire des milieux d'en-

registrement magnétique, dans lesquels l'étape de revêtement peut être isolée de l'étape d'orientation, de sorte que l'on puisse

donner aux particules magnétiques une orientation désirée quel-

conque. On propose selon l'invention une composition utile dans

la mise en oeuvre du procédé, qui contient un liant d'encapsula-

tion adapté pour enrober les particules magnétiques ou d'autres particules, conjointement avec des moyens pour créer des sites fonctionnels sur le liant d'encapsulation. Ces sites fonctionnels permettent de conférer au liant une charge de polarité désirée, de manière à régler la vitesse de dépôt électrophorétique d'un

revêtement pour une tension appliquée donnée.

Il est entendu que l'invention n'est pas limitée

aux modes de réalisation préférés décrits ci-dessus à titre d'il-

lustration et que l'homme de l'art pourra y apporter des modifica-

tions sans sortir du cadre de l'invention

Claims (18)

R E V E N D I C A T I ONS

1. Procédé de fabrication d'une composition pour le dépôt d'un revêtement magnétique par électrophorèse sur un

milieu porteurcaractérisé en ce qu'il comprend les étapes sui-

vantes: on broie à sec une grande quantité de particules magné- tiques avec une faible quantité d'un liant et une faible quantité d'un régulateur de charge pour produire un fragment solide de particules magnétiques encapsulées; on pulvérise ledit fragment en petits morceaux; on broie à l'état humide une faible quantité desdits petits morceaux avec une grande quantité d'un hydrocarbure aliphatique liquide de bas point d'ébullition pour produire une suspension; on dépose les particules magnétiques encapsulées

depuis laditesuspension sur un milieu de support par électro-

phorèse; on oriente lesdites particules magnétiques; et ensuite,

on durcit le liant pour produire un milieu d'enregistrement magné-

tique.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé

en ce que l'on ajoute encore du régulateur de charge dans le pro-

cédé avant l'étape de dépôt.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le régulateur de charge supplémentaire est ajouté dans

l'étape de broyage humide.

4. Procédé de fabrication d'une composition pour le dépôt d'un revêtement magnétique par électrophorèse sur un milieu de support, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: on broie à sec une grande quantité de particules ferrifères avec une petite quantité d'un liant et une petite quantité d'un régulateur de charge adapté pour produire des sites

fonctionnels pour former un fragment solide de particules ferri-

fères encapsulées; on réduit en poudre le fragment dans une étape

de micropulvérisation; on broie à l'état humide une petite quan-

tité de ladite poudre avec une grande quantité d'un hydrocarbure aliphatique liquide de bas point d'ébullition et un régulateur de charge pour produire une suspension; on dépose des particules ferrifères encapsulées de ladite suspension sur un milieu de support par électrophorèse; on oriente lesdites particules ferrifères; et ensuite, on durcit Le liant pour produire un

milieu d'enregistrement magnétique.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit milieu de support est un métal et en ce que l'épaisseur du dépôt pendant l'étape de dépôt par électrophorèse est réglée par l'application d'une tension comprise entre 400 et

1 000 volts pendant une durée de 0,001 à I seconde.

6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite étape de micropulvérisation forme une poudre

ayant une dimension moyenne de particules de 200 pm.

7. Procédé selon la revendication 4, caractérisé

en ce que l'étape de broyage humide est effectuée avec suffisam-

ment d'hydrocarbure aliphatique liquide de bas point d'ébullition

pour produire une suspension à 40 % de solides.

8. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite suspension est diluée à 20 % de solides pour

permettre le stockage de la composition.

9. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite suspension est diluée entre 1 et 5 % de solides

avant de mettre en oeuvre l'étape de dépôt.

10. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit milieu de support est un isolant et la tension

appliquée pendant l'étape de dépôt par électrophorèse est com-

prise entre 2 000 et 5 000 volts.

11. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il y a plusieurs particules magnétiques présentes sous

forme de poudre pendant l'étape de micropulvérisation.

12. Compositions caractérisée en ce qu'elle contient en combinaison plusieurs particules magnétiques encapsulées dans un liant, ledit liant comprenant un polymère thermoplastique, ledit polymère étant insoluble à la température ambiante dans un hydrocarbure aliphatique liquide de bas point d'ébullition et se

ramollissant à des températures supérieures à 70 C.

13. Suspension permettant le dépôt par éLectro-

phorèse de particules magnétiques sur un support, caractérisée en ce qu'elle comprend une petite quantité de la composition selon la revendication 12, une petite quantité d'un régulateur de charge et une grande quantité d'un hydrocarbure aliphatique liquide de

bas point d'ébullition.

14. Composition selon la revendication 12, caracté- risée en ce qu'elle comprend une petite quantité d'un agent adapté

pour produire des sites fonctionnels disséminés dans ledit liant.

15. Milieu d'enregistrement magnétique, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison un support et un revêtement de

particules magnétiques déposé sur ledit support, lesdites parti-

cules magnétiques étant encapsulées dans un liant comprenant un polymère thermoplastique qui est insoluble à la température ambiante dans un hydrocarbure aliphatique liquidedebas pointd'ébullition et

-se ramollit à des températures de plus de 70 C, ledit liant compor-

tant plusieurs sites fonctionnels et contenant une petite quantité d'un régulateur de charge, et lesdites particules magnétiques ayant

sensiblement la même orientation.

16. Procédé de fabrication d'une composition pour le

dépôt de particules ferromagnétiques sur un support par électro-

phorèse, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: broyage à sec d'une grande quantité de particules ferromagnétiques avec une petite quantité d'un liant et une petite quantité d'un régulateur de charge pour produire un fragment solide de particules ferromagnétiques encapsulées, ledit agent encapsulant comportant des sites fonctionnels; broyage du fragment pour former des

petits morceaux; et broyage humide des petits morceaux du frag-

ment avec une grande quantité d'un hydrocarbure aliphatique liquide de bas point d'ébullition pour produire une suspension à partir de laquelle on peut déposer la matière ferromagnétique sur un support

par électrophorèse.

17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé

en ce que l'on ajoute encore du régulateur de charge à ladite sus-

pension.

18. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que ladite matière ferromagnétique comprend une mince couche

de particules ferrifères.