DE2100503A1

DE2100503A1 - Magnetisches Aufzeichnungsmedium

Info

Publication number: DE2100503A1
Application number: DE19712100503
Authority: DE
Inventors: Sheldon Alan San Mateo Cahf Weber (VStA) P
Original assignee: Ampex Corp
Current assignee: Ampex Corp
Priority date: 1970-02-09
Filing date: 1971-01-07
Publication date: 1971-08-26
Also published as: GB1275031A; BE761579A; DE2100503B2; DE2100503C3; US3647539A; JPS4816363B1

Description

AMPEX Corp ora -feien.

Redwood City, Calif. 94063 · USSN ΟΙΟ 019

i Broach-jay
S. A.

Magnet isch es Auf zeichnungsniedium

Bei der Herstellung von magnetischen Aufzeichnungsmedien benötigt man Dispersionen der magnetischen Pigmente, wie γ-Eisen-III-Oxid-und fein verteiltem Kohlenstoff, in einem Binder -Harz, die als Überzug auf ein Trägermaterial aufgebracht werden, welches die Form eines Bandes, Riemens oder einer Scheibe etc. haben kann. Üblicherweise schlämmt man das Eisenoxid und die Kohleteilchen in einem Lösungsmittel auf und vermischt sie dann mit einer Lösung des Binder-Harzes. Die erhaltene Komposition wird dann mehrere · Stunden vermählen, bis man eine Dispersion erhält, in der die festen Teilchen gleichmäfsig verteilt sind. Bislang hat man. ein Lecithin-Material als Dispergierhilfe benutzt; bei Anwendung langer Vermahl-zeiten erhält man damit zwar annehmbare Resultate, jedoch wäre eine Verminderung der für das Mahlen erforderlichen Zeit sehr wünschenswert. Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, diesem Mangel abzuhelfen.

Es wurde gefunden, dafi man durch Zusatz einer quartären Ajnmoniumverbindung, welche drei niedere Alkylreste und einen Polypropylenoxy-Rest enthält, zu dem Überzug, der auf das Substrat eines Bandes oder eines anderen magnetischen Aufzeichnungsmediums aufgebracht werden soll, eine gut dispergierte Mischung des γ-Eisen-III-oxid- ä Pigments und der Kohleteilchen in dieser Überzugsmasse erhält, und zwar in einer viel kürzeren Vermahlzeit, als es bislang bei Verwendung von Lecithin oder anderen Dispergiermitteln möglich war. Gleichzeitig wurde gefunden, daß man hierbei überraschenderweise eine höhere Leitfähigkeit des fertigen Überzuges sowie eine verbesserte Adhäsion zwischen dem Überzug und dem Substrat erhält. Infolge der verbesserten Leitfähigkeit kann man gewünschtenfalls den Anteil der Kehle-Partikel im Gemisch reduzieren, wobei man gleichwohl ei.n Produkt mit den gewünschten antistatischen Eigens c:h a f t. on erh alt.

Die erfindungsgemäßen Dispergiermittel haben die folgende

allgemeine Formel

109835/1433 ^;

BAD

in welcher bedeuten: R einen Älkylrest von 1 bis 3, vorzugsweise 3 bis 2 Kohlenstoffatomen, R, einen Älkylrest von 1 bis 3 Kohlenstoffatomen, Ry ein Polyoxyalkylen-Radical mit mindestens 18 Kohlen stoffatomen, welches von einem a-Epoxid mit mindestens 3 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise Propylenoxid, abgeleitet ist. Falls R^ von Propylenoxid abgeleitet ist, befinden sich mindestens sechs solche Propylenoxid-Gruppen im Rest R^; vorzugsweise enthält R~ 8 bis 30 Oxypropylen-Gruppen. R₃ ist ein niederer Älkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen und A ist ein Anion, welches prinzipiell jedes negative bzw. Salz-bildende Radical sein kann, z.B. Halogen wie Chlor, Brom oder Jod. Quartäre Ammoniumverbindungen dieses Typs sowie ihre Herstellungsverfahren sind im US-Patent Nr. 3,123,641 vom 3.3.1964 beschrieben.

Eine besonders bevorzugte Gruppe von erfindungsgeitiäß zu verwendenden quartären Ammoniumverbindungen sind Diäthyl-methyl-poly-propylenoxy-ammoniumchloride, welche 6 bis etwa 30 Propylenoxy-Gruppen im Molekül enthalten. Innerhalb dieses Bereichs ergeben die Verbindungen mit einer relativ großen Anzahl Propylenoxy-Gruppen bessere Dispersionen als diejenigen mit einer kleineren Propylenoxy-Kettenlänge. Die von der Fa. Witco Chemical Company Inc. unter der Bezeichnung Emcols CC-36 und CC-42 vertriebenen Diäthyl-methyl-polypropylenoxy-aramoniumchloride haben eine relativ lange Polypropylenoxy-Kette, während das von Witco unter der Bezeichnung CC-9 vertriebene Produkt, welches sonst identisch ist, eine relativ kurze Polypropylenoxy-Kette besitzt..

Die oben beschriebenen quartären Ammon xuntverbinduiigen können bei den verschiedenen γ-Eisen-III-oxid-Pigmsnten benutzt werden, wie sie für Aufzeichnungsmedien Verwendung finden. Auch können alle Arten von feinverteilten Kohlen-Partikeln und die üblicherweise benutzten Binder-Harze verwendet werden. Gute Ergebnisse erzielt man bei Verwendung von etwa 3 bis IO VoI.-% der gesamten nicht-flüchtigen Teila in der auf das Substrat aufgebrachten Über-

__lAt 109835/U33 BAD OFSGtNAL

zugsmasse.

Zur Durchführung der Erfindung wird zunächst eine Dispersion aus Ruß und Eisenoxid-Pigmentteilcheii hergestellt, gewünschtenfalls zusammen mit einem Fungicid wie Phenyl-Quecksilber-Oleat etc., und einem Silicon-Schmiermittel, wobei das erfindungsgeroäße Dispergiermittel und ein Lösungsmittel zugesetzt werden, welches entweder mit dem zur Lösung des Harzes benutzten identisch oder damit verträglich ist. Davon getrennt stellt man eine Lösung des Harzes her, die vorzugsweise in mehreren Portionen zu der oben beschriebenen Dispersion des Eisenoxids und Kohlenstoffs zugegeben wird. Dann wird die erhaltene Mischung in einer Kugelmühle oder dergleichen etwa 5bis 50 Stunden gemahlen, wobei die Zeit von dem speziellen Apparat und der darin "enthaltenen Svibstanzmenge abhängt. J

Das Binder-Harz, welches in der oben beschriebenen Weise mit der Dispersion vermischt wird, kann aus einer Reihe von Materialien bestehen-so kann man z.B. mit gutem Erfolg Harze auf Basis von Polyestern, Diisocyanaten, Melamin/Formaldehyd, Harnstoff-Form-aldehyd sowie Phenoxy- oder Polyurethan-Harze und verschiedene Kombinationen derselben benutzen. Vorzugsweise verwendet man jedoch ein Har/S-Systern, welches aus zwei hochmolekularen Harzen besteht. Das erste dieser Harze ist ein hochmolekulares Phenoxy-Harz der folgenden Struktur:

H H H i I I

■c —c c

i I I H OH η

wobei η etwa 100 bedeutet. Ein besonders brauchbares Harz ist das von der Fa. Union Carbide and Chemicals Corporation unter der Bezeichnung Phenoxy-Harz PRDA-8080 vertriebene Produkt mit den folgenden Eigenschaften:

Mittleres Molekulargewicht 20.000 - 30.000

Spezifisches Gewicht 1,18

Schmelzfluß (g/10 Minuten bei

22O°C) 2,5-10

^109835/1433 MHWOlNAL

-A-

Zugfestigkeit (psi) Äußerste Dehnbarkeit (%) Erweichungs temperatur Wasserdampfübertragung

9.000 ~ 9.500

50 - 100
100⁰C

3,5 g/2, 5
250 cm²

10""³ cm/24 StcL

Die zweite Harzkomponente ist ein elastomeres Polyurethan-Harz, welches man durch Umsetzung eines Diisocyanats z.B. 2,4-Toluoldiisocyanat, Hexamethylen-diisocyanat oder p, p¹-Dipheny!methandiisocyanat, mit einer zweibasischen Säure wie Adipinsäure oder Phthalsäure, und einem Polyhydroxy-Jükohol, wie Glycerin, Hexantriol oder Butandiol erhält. Ein besonders geeignetes Polyurethan entsteht bei der Umsetzung von p, p¹-DiphenylniGthan-diisocyanat, Adipinsäure und Butandiol-1,4 in solchen Mengenverhältnissen, daß alle Isocyanat-Gruppen reagiert haben und ein praktisch nichtreaktives Polymeres entsteht. Derartige Harze werden von der Fa. B.F. Goodrich unter der Bezeichnung ESTANE 574O-X-1 und X-2 vertrieben und haben die folgenden Eigenschaften:

Spezifisches Gewicht Härte (Durometer A) Zugfestigkeit bei 23°C.(psi) 300 %-Modul bei 23°C (psi)

Taber-Abrieb-Widerstand (g-Verlust, CS 17-Rad 1000 g/Rad 500 rev.)

X-I	X-2
1,21	1,19
88	65
5840	5000
1240	420

0.0025 0.15

Das Verhältnis zwischen Phenoxy- und Polyurethan-Harz auf Basis der Feststoffe kann zwischen etwa 75 : 25 % bis etwa 25 : liegen. Vorzugsweise verwendet man etwa gleiche Teile. Die endgültige nicht-flüchtige Überzugsmasse enthält etwa 60-80 % des magnetischen Pigments, wobei der Rest aus dem oben beschriebenen Binder-Harz und Ruß besteht.

Man kann übliche Lösungsmittel verwenden, um die Dispersion der Kohleteilchen und des Eisenoxids zusammen mit der guartären Ammoniumyerbindung als Dispergiermittel herzustellen; dasselbe gilt für die Auflösung der Harz-Komponenten. Derartige Lösungsmittel sind Methyl-äthyl-keton, Toluol,-Methyl^isobutyl-keton,

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ORIGINAL

n~Butylalkohol und Tetrahydrofuran.

Will man ein Band mit einem Thermoset-Binder herstellen, so können die oben genannten thermoplastischen Formulierungen durch Zugabe eines Melamin-Formaldehyd- bzw. Harnstof f-Formaldehyd-Ilarzes modifiziert werden. Ein geeignetes Melamin-Formaldehyd-Harz erhält man durch Umsetzung von 5 bis 6 Mol Formaldehyd mit einem Mol Melamin und 1 bis 2 Mol Butanol pro Mol Melamin. Ein besonders geeignetes Harz wird von der Fa. Reichhold Chemicals unter der Bezeichnung SUPER-BECIiAMIN 3550-50 vertrieben und hat die folgenden Eigenschaften.'

nicht-fluchtige Bestandteile 50 %

flüchtige Bestandteile Xylol-Butariol

Viskosität L-P (Gardner-Holdt)

Säurezahl 2 maximal m

Ein geeignetes Harnstoff-^Formaldehyd-Harz erhält man durch Umsetzung von 1 Mol Harnstoff mit 2 Mol Formaldehyd und 1 Mol Butanol. Ein derartiges Harz wird von der Fa. Reichhold unter der Bezeichnung BECKAMIN P 196-60 vertrieben und hat die folgenden Eigenschaften:

nicht-flüchtige Bestandteile 58-62 %

flüchtige Bestandteile Butanol-Äthanol

Viskosität K-M (Gardner-Holdt)

Säurezahl 2 maximal

Die Menge an zugesetztem Formaldehyd-Karz kann bis zu 30 % d des Phenoxy-Harz-Gehalts betragen. Vorzugsweise verwendet man mindestens 10 %.

In den folgenden Beispielen sind die verschiedenen Methoden zur Herstellung von thermoplastischen Überzugskompositionen gemäß vorliegender Erfindung beschrieben.

BAD

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Beispiele

1 -

In der Tabelle I ist die Zusammensetzung von 5 Harzkompositiozic wiedergegeben, die γ-Eisen-III-Oxid und Kohleteilchen dispergiert enthalten. Bei den Beispielen 1-3 wurde als Dispergiermittel F-mcol-CC-42 benutzt, beim Beispiel 4 Emcol-33, während beim Beispiel 5 (welches den Stand der Technik wiedergibt und hier nur zu Vergleichs zwecken wiedergegeben ist) Soya-Lecithin als Dispergiermittel benutzt wurde. Bei jedem der Beispiele 1-4 wurde die Dispersion, welch Eisen-III-Oxid und Kohleteilchen in Siliconöl dispergiert enthält, 24 Stunden gemahlen; zu diesem Zeitpunkt liegt bereits eine ausgezeichnete Dispersion vor. Die analog hergestellte Komposition des Beispiels 5 benötigt eine viel längere Zeit, bis eine Dispersion ähnlicher Qualität erhalten wird; jedoch ist die Dispersion auch nach 72 Stunden Mahlen viel schlechter als die gemäß Beispiel 1-4, was sich in einer schlechten Verteilung der dispergierten Partikel zeigt.

	Tabelle I	48.	-	5	2	48.5	*·	Beispiele	-	4	48.	-	²·	•	5	b	48.	-	2.	5
		5.	-	1	V	5.1	17.6	3	-		5.	-		1		5.	-	17.	1
	J.	I.	17.	8	1.8	15.0	Gew. -%	18.1	2.	16.		5	1.	15.	a
Dispersion		2.	15.	1	1.5	10.5	48.5	5.0	20.		10.
magnetisches Oxid	10.	*		IUU. U	5.1	20.0	5.	1	100.
Ruß	100.			1.5	¹IOO. 0	IUU.			1
Silicon-Öl		0	1.8			8		0
Emcol CC-42		0		0		0
Emcol CC-33		5	0		5
Soya-Lecithin	ü	U	0
Methyl-äthyl-keton
Toluol
Methyl-isobutyl-keton

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Harzlösungen, die man den obigen Dispersionen zufügt; Teile pro 100 T. Dispersion 50.0 50.0 46.0

56.0

Phenoxy PRDA-8080 Saran F-13O Estane X-2 Estane Λ'~1 Methyl-äthyl-keton · Methyl-iüobutyl-keton Toluol

N-Butyl-alkohol Tetrahydrofuran

10.5

11.0

8.6	15.9	-	—	11.0	12.9
12.9	5.2	51.7	10.5	10.5	-
-	6.4	-	-	38.1
49.3	20.8	40.3		12.8
12; 8		7.6	-	16.4
16.4		17.7	G7.5	11.2
	ΐ'οπτϊΓ	13.4	ΐΤίΟΪΤΓ	-
	-		1ÖO7I5
σοττΓ	100.0"

Die Überzüge gemäß Beispielen 1, 2 und 5 werden auf ein Ceiluloseacetat-Substrat aufgebracht, der Überzug gemäß Beispiel 3 auf ein Mylar-Substrat und derjenige des Beispiels 4 auf ein Polypropylen Substrat. In jedem Fall wird der feuchte Überzug in einem Dreizonen-Ofen bei 8O°C in der 1. Zone und 1O7°C in der 2. and 3. Zone getrocknet. Die Überzugsgeschwindigkeit beträgt 36 Meter pro Minute und die gesamte Verweildauer des überzogenen Bandes oder Films im Ofen ist 35-40 Sekunden. Die auf diese Weise hergestellten Filme werden sofort nach dem Verlassen des Ofens aufgewickelt und später hinsichtlich ihrer Adhäsion, Leitfähigkeit und magnetischen Eigenschaften getestet.

Die Überzüge haben alle gute magnetische Eigenschaften. Der Widerstand der Produkte gemäß Beispielen 1-4 beträgt etwa 1,5 2,5 · 10 Ohm/m , während das Produkt des Beispiels 5 einen Wider-

9 2
stand von 3 · 10 Ohm/m hat.

Die Adhäsion zwischen den überzügen der Beispiele 1-4 und den verschiedenen Substraten ist ebenfalls wesentlich besser als diejenige des Produkts gemäß Beispiel 5. Bei diesem Test werden druckempfindliche Bänder auf die Überzugs fläche, aufgebracht und dann

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weggezogen. Die Überaugsmenge, die bei den Produkten der Beispie.: . 1-4 entfernt werden, ist wesentlich niedriger als diejenige bein Produkt des Beispiels 5, welches mit dem Lecithin-Dispergiermit.>„ Λ hergestellt wurde.

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Claims

Patentansprüche

. Magnetisches Aufzeichnungsmedium, bestehend aus öineöf/V \* Trägermaterial, welches einen Über2ug trägt, bei dem feidf %■$»"■»"' teilte magnetische Pigment- und Kohle-Teilchen gleichmü'Äg ixtf einem Binder-Harz dispergiert sind, dadurch gekennzeichrtftfc,* (äa#" die Überzugsmasse etwa 3-10 Vol.-% eines Dispergiermittel* detf' · allgemeinen Formel · ,·

enthält, in welcher A ein Anion, R und R-^ Alkylreste von« 1 bis 3 Kohlenstoffatomen, R₃ einen Alkylrest von 1 bis 4 Kohlenstoffatomen und R« ©in Polyoxyalkylen-Radical von mindestens 18 Kohlenstoffatomen, welches von einem a-Epoxid mit mindestens' 3 Kohlenstoffatomen abgeleitet ist, bedeuten.
2. Magnetisches Aufzeichnungsmedium gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rest R„ vom Propylenoxid abgeleitet ifet;»
3. Magnetisches Aufzeichnungsmedium gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Dispergiermittel ein Diäthyl-methylpolypropylenoxy-ammoniunichlorid mit 8 bis 30 pxypropylen-Gruppen benutzt wird.
4. Magnetisches Aufzeichnungsmedium gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Binder-Harz aus 2 5 bis 75 % eines Phenoxy-Harzes und 75 bis 25 % eines Polyurethan-Harzes besteht, welches durch Umsetzung eines Diisocyanate mit einer zweibasischen Säure und einem Polyol erhalten wurde.
5. Magnetisches Aufzeichnungsmedium gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Binder-Harz zusätzlich ein Melamin-Forraaldehyd- bzw. Harnstoff-Formaldehyd-Harz enthält.
6. Magnetisches Aufzeichnungsmedium gomäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als magnetisches Pigment γ-Eisen-III-Oxid verwendet. 109835/1433 - ;

BADOfUGINAL