JP2006137640A - 非磁性粉末およびそれを用いた重層塗布型磁気記録媒体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】粒度分布曲線に2つ以上のピークを持つオキシ水酸化鉄粉末。特に粒度分布曲線に2つ以上のピークを持ち、ピーク高さが最も高いピークと2番目に高いピークにおいて、小径側ピーク位置の粒子径DP1(nm)と大径側ピーク位置の粒子径DP2(nm)が下記(1)〜(3)式の関係を満たす非磁性粉末が好適である。
DP2/DP1≧2 ……(1)
5≦DP1≦70 ……(2)
30≦DP2≦300 ……(3)
【選択図】図1
Description
平滑度に関しては、下層の表面を平滑化することで、上層の磁性層がより平滑になり、それによって電磁変換特性の優れた磁気記録媒体が実現可能になり、高記録密度化に繋がる。
塗膜強度に関しては、近年、テープ一巻あたりの高容量化に伴いテープ厚の薄肉化が進行しつつあり、加えて高密度化に伴って寸法安定性(テープ幅やテープ長の変動が少ないこと)が重要になってきているため、下層の強度を向上させることがテープ自体の強度向上をもたらし、信頼性の向上に繋がる。
DP2/DP1≧2 ……(1)
5≦DP1≦70 ……(2)
30≦DP2≦300 ……(3)
特に、オキシ水酸化鉄粉末を対象とする場合、(1)〜(3)式に加え更に小径側のピーク高さHP1と大径側のピーク高さHP2の間に下記(7)式の関係が成立しているものが好適な対象となる。
1≦HP1/HP2≦50 ……(7)
ここで、ピーク高さは粒子数をリニアスケールで表したグラフにおけるピーク高さである。
2≦D2/D1≦17 ……(4)
5≦D1≦70 ……(5)
30≦D2≦300 ……(6)
1≦W1/W2≦50 ……(8)
ここで、W1は平均粒子径D1の粉末の配合量(質量%)、W2は平均粒子径D2の粉末の配合量(質量%)である。
図2には、従来のオキシ水酸化鉄粉末の粒度分布曲線を例示する。この場合、ピークは1つである。この粉末は後述の比較例1のものである。
DP2/DP1≧2 ……(1)
ここで、DP1は小径側のピーク位置に相当する粒子径(nm)、DP2は大径側のピーク位置に相当する粒子径(nm)である。3つ以上のピークが存在する場合は、基本的にそれらのピークのうち、ある2つのピークについて上記(1)式を満たすことが望ましい。なお、両者のピークがあまり離れすぎていると、塗膜中で均一な分散が実現しにくいので、できれば下記(1)'式を満たすことが好ましい。(1)''式が一層好ましく、(1)'''式が更に一層好ましい。
2≦DP2/DP1≦17 ……(1)'
2≦DP2/DP1≦10 ……(1)''
2≦DP2/DP1≦8 ……(1)'''
5≦DP1≦70 ……(2)
30≦DP2≦300 ……(3)
小径側のピークが5nmよりも小さい場合、BET比表面積が大きくなり、粒子が凝集しやすいことから、塗膜中で均一な分散を実現することが難しくなる。逆に大径側のピークが300nmを超えると、大きい粒子が増加することによりテープ表面に凹凸が生じやすくなり、所望の平滑化を達成し難い。
10≦DP1≦70 ……(2)'
15≦DP1≦70 ……(2)''
大径側のピークについては上記(3)式に代えて下記(3)'式を満たすことがより好ましく、(3)''式が一層好ましい。
70≦DP2≦250 ……(3)'
70≦DP2≦200 ……(3)''
1≦HP1/HP2≦50 ……(7)
1≦HP1/HP2≦25 ……(7)'
この(7)式または(7)'式は、特に前記(1)〜(3)式を満たすオキシ水酸化鉄粉末において好適に適用される。
2≦D2/D1≦17 ……(4)
5≦D1≦70 ……(5)
30≦D2≦300 ……(6)
2≦D2/D1≦10 ……(4)'
2≦D2/D1≦8 ……(4)''
粒子径が小さい方の粉末の平均粒子径については、上記(5)式に代えて下記(5)'式を満たすことが好ましく、(5)''式が更に好ましい。
10≦D1≦70 ……(5)'
15≦D1≦70 ……(5)''
粒子径が大きい方の粉末の平均粒子径については、上記(6)式に代えて下記(6)'式を満たすことが好ましく、(6)''式が更に好ましい。
70≦D2≦250 ……(6)'
70≦D2≦200 ……(6)''
1≦W1/W2≦50 ……(8)
1≦W1/W2≦30 ……(8)'
ここで、W1は小さい粒子径を有する粉末の配合量(単位;例えばg)または配合割合(例えば質量%)、W2は小さい粒子径を有する粉末の配合量(単位;例えばg)または配合割合(例えば質量%)である。
オキシ水酸化鉄を作る方法としては、[1] 第一鉄塩水溶液に当量以上の水酸化アルカリ水溶液を加えて得られる水酸化第一鉄コロイドを含む懸濁液を用いて、pH11以上にて80℃以下の温度で酸素含有ガスを通気しながら酸化反応を進行させ、これによって液中にオキシ水酸化鉄を生成させる方法、[2] 第二鉄塩水溶液に、鉄に対し1.0〜3.5当量の水酸化アルカリ水溶液を加えて、水酸化第二鉄コロイドを含む懸濁液を10〜90℃で生成させ、その後これを2〜20時間熟成してから加水分解することによりオキシ水酸化鉄粉体を生成させる方法、[3] 第一鉄塩水溶液に炭酸アルカリ水溶液を加え、さらにアルカリ水溶液を加えるかまたは加えずして得られる懸濁液を用いて、酸素含有ガスを通気しながら酸化反応を進行させ、液中にオキシ水酸化鉄を生成させる方法、などが採用できる。
まず、上記[1]もしくは[3]の酸化反応または[2]の加水分解反応が終了した、オキシ水酸化鉄が分散懸濁している液を激しく撹拌した状態にする。そこに、別途反応を終了させた、粒子径の異なるオキシ水酸化鉄が懸濁した液を添加する。激しく撹拌を行うこと、および懸濁液添加後の撹拌時間も長めにとることで、混合された懸濁液内部の分散均一化が促進される。混合して得られた懸濁液を常法により、濾別・水洗・乾燥することで、目的のオキシ水酸化鉄粉末が得られる。
先述の混合方法は、粒子径の異なる2種類のオキシ水酸化鉄を用いる場合を例示したが、3種類以上のオキシ水酸化鉄を用いても本発明を逸脱するものではない。
以上のAl、Si、P、希土類元素類Rは、それぞれ単独添加しても組み合わせて添加しても構わない。
脂肪酸吸着量を表すステアリン酸吸着量は、0.01〜5.0mg/m2であることが望ましい。0.01〜4.0mg/m2がより好ましく、0.01〜3.0mg/m2が一層好ましい。脂肪酸の消費量が多い場合、該粉末が塗料中へ分散された際に、粉末粒子の表面と脂肪酸の(中和)反応が発生している可能性があり、これは、媒体化した場合、添加した潤滑剤(脂肪酸)が粉末粒子への中和反応によって消費されてしまい、潤滑剤としての機能を果たさなくなってしまう可能性があることを意味する。したがって、ステアリン酸吸着量の多い粉末を使用した磁気記録媒体は、保存安定性が悪化し、データストレージ用途には適さないものとなってしまう。すなわち、ここで計測される粉末の物性値としてのステアリン酸吸着量は小さければ小さいほどよい。
〔磁性層(上層)用の磁性粉末〕
例えば、Feに対する含有量割合として、Co:5超え〜50at.%、Al:0.1〜50at.%、希土類元素(Yを含む):0.1〜30at.%、周期律表第1a族元素(Li、Na、K等):0.05質量%以下、周期律表第2a族元素(Mg、Ca、Sr、Ba等):0.1質量%以下を含有する鉄主体の強磁性粉末であって、平均長軸長10〜200nm、BET比表面積30〜150m2/g、X線結晶粒径(Dx):5〜20nmであり、且つ、保磁力(Hc):79.6〜238.9kA/m(1000〜3000 Oe)、飽和磁化(σs):10〜200Am2/kg(10〜200emu/g)の磁気特性を有する磁性粉末を挙げることができる。
例えば、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステル類、ポリオレフィン類、セルローストリアセテート、ポリカーボネイト、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリスルフォン・アラミド、芳香族ポリアミド、等の樹脂フィルムを挙げることができる。
例えば、非磁性粉末(オキシ水酸化鉄):85質量部、カーボンブラック:20質量部、アルミナ:3質量部、塩化ビニル樹脂(MR110):15質量部、ポリウレタン樹脂(UR8200):15質量部、メチルエチルケトン:190質量部、シクロヘキサノン:80質量部、トルエン:110質量部からなる組成の非磁性塗料を挙げることができる。
例えば、金属磁性粉末:100質量部、カーボンブラック:5質量部、アルミナ:3質量部、塩化ビニル樹脂(MR110):15質量部、ポリウレタン樹脂(UR8200):15質量部、ステアリン酸:1質量部、アセチルアセトン:1質量部、メチルエチルケトン:190質量部、シクロヘキサノン:80質量部、トルエン:110質量部からなる組成の磁性塗料を挙げることができる。
〔粒子の長軸長および短軸長〕
これらは、透過型電子顕微鏡観察を行って求めた。具体的には以下のとおりである。
観察試料の調整は、測定サンプル約0.005gを2%コロジオン溶液10mL中に添加し、分散処理を施してから、その溶液を水に1〜2滴滴下してコロジオン膜を生成させ、これをグリッドの片面に付着させ、自然乾燥させた後に被膜強化のためにカーボン蒸着を施すことによって行った。
長軸長は粒子の長手方向において最も長いところを測定した値を指す。短軸長は粒子の幅方向において最も長いところを測定した値を指す。
[1] 粒子の一部が写真の視野の外にはみだしている粒子は測定しない。
[2] 輪郭がはっきりしており、孤立して存在している粒子は測定する。
[3] 形状が針状になっていないが、独立しており単独粒子として測定が可能な粒子は測定する。
[4] 粒子同士に重なりがあるが、両者の境界が明瞭で、粒子全体の形状も判断可能な粒子は、それぞれの粒子を単独粒子として測定する。
[5] 重なり合っている粒子で、境界がはっきりせず、粒子の全形も判らない粒子は、粒子の形状が判断できないものとして測定しない。
(イ) フォーカスの異なった複数枚の写真を準備し、フリンジ(注:電子顕微鏡の明視野において、物質が変化しているところで見られる境界線のこと)がよく現れている写真から、粒子の境界部分を判断した。
(ロ) 重なり合う粒子において、両者の輪郭が交差する部分を観察し、両者の輪郭線が丸みを帯びて交わっている場合は焼結していると判断し、全ての交差部分において両者の輪郭線が他方の輪郭線とは無関係にある角度をもって点で交わっている場合は単に重なっているだけであると判断した。
(ハ) 境界が存在しているか、していないかはっきりせず、判断が難しい場合は、粒子間焼結が生じているとは判断せず、個々の粒子として測定し、粒子を大きく見積もった。
粒度分布曲線は、前述の透過型電子顕微鏡による500個以上の粒子についての長軸長測定データに基づき、次のようにして作成した。0.5nmごとに区切った各粒径区分に属する粒子数を求め、全測定粒子数に対する各粒径区分に属する粒子数の割合(%)すなわち頻度(%)を算出し、通常方眼紙中に、横軸に粒径、縦軸に頻度をとって、各粒子径区分に対応する頻度をプロットし、各プロットを滑らかな曲線で結ぶことによって作成した。なお、各プロットの横軸位置は、各粒子径区分の中央値の位置とした。
長軸と短軸の長さの比であり、平均長軸長と平均短軸長の商で表す。
〔比表面積〕
BET法で測定した。
〔Dx(結晶子サイズ)〕
X線回折装置(理学電機 RAD−2C)で得られる、Fe(110)=Kλ/βcosθ、(ただし、K:シェラー定数0.9、λ:照射X線波長、β:回折ピークの半価幅(ラジアンに補正して用いる)、θ:回折角)に従って求める。
試料粉末をステアリン酸2%溶液(溶媒はMEK)に分散させた後、遠心分離器により試料粉末を沈ませ、上澄み液の濃度を求めることにより比表面積あたりの吸着量として算出した。
〔樹脂吸着量(MR)〕
試料粉末を塩ビ系樹脂(MR−110)の1%溶液(溶媒はMEKとトルエン)を使用し、ステアリン酸吸着量と同様の方法で算出した。
〔樹脂吸着量(UR)〕
ポリウレタン樹脂(UR−8200)の2%溶液(溶媒はMEK、トルエンおよびMIBK)を使用し、ステアリン酸吸着量と同様の方法で算出した。
株式会社東機産業製の粘度計(R110型)を用いて、オキシ水酸化鉄を分散させた非磁性塗料の粘度を測定した。
〔表面平滑性〕
−表面粗度−
株式会社小坂研究所製の3次元微細形状測定機(ET−30HK)を用いて、非磁性層テープおよび磁性層(上層)を形成した完成品テープについて、それぞれ塗膜表面の算術平均粗さRaを測定することにより評価した。
−光沢度−
非磁性層テープについて、非磁性層塗膜表面の光沢度(角度60度)をグロスメーターで測定した。
−触針式による表面粗度−
JIS−X−6172−2000 7.9.他に記載されるように、半径12.5μmの触針を荷重20mgで254μmのカットオフで測定した。
非磁性層テープを塗膜面が上になるようにガラス板に貼り付け、水平な場所にガラス板を置き、テープの非磁性層塗膜面に直径5mmのステンレス鋼球をのせ、鉛直方向に5gの荷重がかかるようにする。この状態からガラス板を水平に低速2320mm/minで片道20mmで往復運動させる。この摺動運動において、塗膜が剥がれ落ちるまでの摺動回数を測定した。
JIS−X−6172−2000他に記載のある磁気テープの弾性率の測定法に従い測定した。すなわち、178mm以上のテープ試験片を102mmの長さで固定し、固定ジグを5mm/minの速度で引っ張る。0%および1%伸びたときの張力の傾きから弾性率を計算した。
〔剛性〕
上記ヤング率の測定により得られた値を元にして、下記のように計算される。
剛性D=E×t3/12×((1−v)2)
ここで、Eはヤング率(N/mm2)、tはテープ厚さ(mm)、vはポアソン比:0.33である。
〔伸び荷重〕
JIS−X−6172−2000他に記載のある方法に従って求めた。すなわち、2%の精度で荷重表示可能な引張試験機で測定し、178mm以上の長さを有するテープ試験片を102mmの長さになるように固定ジグに取り付ける。最低10%の伸び率になるまでに51mm/minの速度で引き延ばす。3%の伸び率の時の張力をもって伸び荷重とする。
JIS−X−6172−2000他に記載のあるようにテープを1.0±0.1mに切り取り、テープの両面が試験環境の雰囲気に露出するように垂らして、3時間以上放置する。このテープの中心部分から、長さ25mmの試験片を切り取る。この試験片を高さ25mm以上、内径13.0±0.2mmの円筒内に立て光学的コンパレータに立てて載せ、試験片の両方の縁をコンパレータの十字線に揃え、十字線から試験片の中心までの距離を測定することによって求めた。
平均長軸長44nm、BET比表面積64.2m2/g、Al含有量0.28質量%のオキシ水酸化鉄粉末Aと、平均長軸長155nm、BET比表面積45.8m2/g、Al含有量0.38質量%のオキシ水酸化鉄粉末Bを用意した。この場合、前述の平均粒子径D1およびD2はそれぞれ44nmおよび155nmとなる。なお、これらはいずれも、オキシ水酸化鉄の生成反応中にAlを添加する方法で粒子の中にAlを含ませたものである。
(非磁性塗料組成)
オキシ水酸化鉄粉末:100質量部、塩ビ系樹脂:10質量部、ポリウレタン樹脂:10質量部、メチルエチルケトン:165質量部、シクロヘキサノン:65質量部、トルエン:165質量部、ステアリン酸:1質量部、アセチルアセトン:1質量部
これらの各種結果を表1〜3にまとめて示した(以下、実施例2〜30において同様)。
実施例1のオキシ水酸化鉄粉末A、Bに替えて、表1に示す組成、BET比表面積を有するオキシ水酸化鉄粉末を用いた以外は、実施例1と同じ条件で各種試験・調査を行った。
実施例1のオキシ水酸化鉄粉末A、Bとほぼ同じ粉末を用いて、両者の混合割合を表2に示すように変化させた以外、実施例1と同じ条件で各種試験・調査を行った。
実施例1のオキシ水酸化鉄粉末A、Bに替えてPおよびYを含む表1記載の組成のものを用い、両者の混合割合を表2に示すように変化させた以外、実施例1と同じ条件で各種試験・調査を行った。
実施例1のオキシ水酸化鉄粉末A、Bに替えて、意図的な物質添加を行っていない純粋なオキシ水酸化鉄粉末を用いた以外、実施例1と同じ条件で各種試験・調査を行った。
実施例1で用いたオキシ水酸化鉄粉末Aとほぼ同じ粉末のみを用い、他オキシ水酸化鉄粉末を混合しなかったこと以外、実施例1と同じ条件で各種試験・調査を行った。
これらの各種結果を表4〜6にまとめて示した(以下、比較例2〜7において同様)。
実施例1で用いたオキシ水酸化鉄粉末Bとほぼ同じ粉末のみを用い、他オキシ水酸化鉄粉末を混合しなかったこと以外、実施例1と同じ条件で各種試験・調査を行った。
実施例1で用いたオキシ水酸化鉄粉末A、Bとほぼ同じ粉末を使用し、混合比をW1/W2=0.5とかなり小さくした以外、実施例1と同じ条件で各種試験・調査を行った。すなわちここでは、粉末Aとほぼ同じ粉末を11.17g含む懸濁液2リットルと、粉末Bとほぼ同じ粉末を5.59g含む懸濁液2リットルを用意して混合した。
実施例1で用いたオキシ水酸化鉄粉末A、Bとほぼ同じ粉末を使用し、混合比をW1/W2=60とかなり大きくした以外、実施例1と同じ条件で各種試験・調査を行った。すなわちここでは、粉末Aとほぼ同じ粉末を1.45g含む懸濁液2リットルと、粉末Bとほぼ同じ粉末を87.0g含む懸濁液2リットルを用意して混合した。
使用した2種類のオキシ水酸化鉄粉末の粒径比をD1/D2=17.5と極端に大きくした以外は、実施例1と同じ条件で各種試験・調査を行った。
粒径差が小さい2種類のオキシ水酸化鉄粉末を用いた以外、実施例1と同じ条件で各種試験・調査を行った。すなわちここでは、実施例1のオキシ水酸化鉄粉末Aの替わりに平均長軸長45μm、BET比表面積64.2m2/g、Al含有量0.5質量%のオキシ水酸化鉄粉末を用い、同オキシ水酸化鉄粉末Bの替わりに平均長軸長60nm、BET比表面積55.8m2/g、Al含有量0.3質量%のオキシ水酸化鉄粉末を用いた。この場合、前述の平均粒子径D1およびD2はそれぞれ43nmおよび62nmとなる。
粒子径が小さい方のオキシ水酸化物として粒径がD1=82nmと大きいものを使用して、実施例1と同じ条件で各種試験・調査を行った。
それぞれ実施例40〜46では実施例1、3、5、7、11、17、18で得られたオキシ水酸化鉄粉末を用い、比較例20〜22ではそれぞれ比較例1、3、4で得られたオキシ水酸化鉄粉末を用いて、非磁性層(下層)を形成し、その上に下記の金属磁性粉末を用いて磁性層(上層)を形成した重層構造の塗布型磁気記録媒体(磁気テープ)を作製して、電磁変換特性とテープ耐久性、強度の評価を行った。
非磁性塗料および磁性塗料は、下記の組成となるように各材料を配合し、ニーダーおよびサンドグラインダーを用いて、混練、分散を行って作った。
実施例1の非磁性粉末(オキシ水酸化鉄):85質量部、カーボンブラック:20質量部、アルミナ:3質量部、塩化ビニル樹脂(MR110):15質量部、ポリウレタン樹脂(UR8200):15質量部、メチルエチルケトン:190質量部、シクロヘキサノン:80質量部、トルエン:110質量部
長軸長:60nm、BET比表面積:63m2/g、Dx:12.5nm、Hc:167.2A/m(2100 Oe)、σs:123Am2/kg(123emu/g)、Co/Fe:17.8at.%、pH:9.6、Δσs:6.3%の平針状を呈した金属磁性粉末。
(磁性塗料)
上記の金属磁性粉末:100質量部、カーボンブラック:5質量部、アルミナ:3質量部、塩化ビニル樹脂(MR110):15質量部、ポリウレタン樹脂(UR8200):15質量部、ステアリン酸:1質量部、アセチルアセトン:1質量部、メチルエチルケトン:190質量部、シクロヘキサノン:80質量部、トルエン:110質量部
得られた磁気テープについて既出の方法で表面平滑性(粗度)およびテープ耐久性(鋼球摺動のパス回数)、ヤング率の試験を行うとともに、電磁変換特性(C/Nおよび出力)を測定した。C/N比の測定は、記録ヘッドをドラムテスターに取り付けて、デジタル信号を、記録波長0.35μmで記録した。その際MRヘッドを使用し、再生信号を測定し、ノイズは変調ノイズを測定し、後述比較例20の出力、C/Nを0dBとして、その相対値で表示した。
これらの結果を表7に示した。
Claims (10)
- 粒度分布曲線に2つ以上のピークを持つオキシ水酸化鉄粉末。
- 粒度分布曲線に2つ以上のピークを持ち、ピーク高さが最も高いピークと2番目に高いピークにおいて、小径側ピーク位置の粒子径DP1(nm)と大径側ピーク位置の粒子径DP2(nm)が下記(1)式の関係を満たす非磁性粉末。
DP2/DP1≧2 ……(1) - 粒度分布曲線に2つ以上のピークを持ち、ピーク高さが最も高いピークと2番目に高いピークにおいて、小径側ピーク位置の粒子径DP1(nm)と大径側ピーク位置の粒子径DP2(nm)が下記(1)〜(3)式の関係を満たす非磁性粉末。
DP2/DP1≧2 ……(1)
5≦DP1≦70 ……(2)
30≦DP2≦300 ……(3) - オキシ水酸化鉄粒子で構成される粉末であって、更に小径側のピーク高さHP1と大径側のピーク高さHP2の間に下記(7)式の関係が成立している請求項3に記載の非磁性粉末。
1≦HP1/HP2≦50 ……(7) - 下記(4)〜(6)式を満たす平均粒子径D1(nm)のオキシ水酸化鉄粉末と平均粒子径D2(nm)のオキシ水酸化鉄粉末を下記(8)式を満たす混合比で混合してなる非磁性粉末。
2≦D2/D1≦17 ……(4)
5≦D1≦70 ……(5)
30≦D2≦300 ……(6)
1≦W1/W2≦50 ……(8)
ここで、W1は平均粒子径D1の粉末の配合量(質量%)、W2は平均粒子径D2の粉末の配合量(質量%)である。 - Alを0.01〜50質量%含有する請求項1、4または5に記載の非磁性粉末。
- Siを0.01〜50質量%含有する請求項1、4または5に記載の非磁性粉末。
- Pを0.01〜50質量%含有する請求項1、4または5に記載の非磁性粉末。
- 希土類元素類R(RはYと希土類元素のうちの1種以上)を含有し、R/Fe原子比が0.1〜10である請求項1、4または5に記載の非磁性粉末。
- 請求項1〜9のいずれかに記載の非磁性粉末を用いた重層塗布型磁気記録媒体。
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