DE2526793A1

DE2526793A1 - Zusammensetzung und verfahren zum ueberziehen von magnetbaendern

Info

Publication number: DE2526793A1
Application number: DE19752526793
Authority: DE
Inventors: Syamalarao Evani; Robert Henry Lalk; Donald Leroy Schmidt; Geb Roemer Mary Elizabe Thomas
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1974-06-17
Filing date: 1975-06-16
Publication date: 1976-01-02
Also published as: FR2274987A1; FR2274987B1; US3901816A; JPS5114006A; GB1489152A

Description

Patentanwalt H / D (814)

Dr. Michael Hann
63 Gießen
Ludwigstraße 67

The Dow Chemical Company, Midland, Michigan 48640, USA

ZUSAMMENSETZUNG UND VERFAHREN ZUM ÜBERZIEHEN VON MAGNETBÄNDERN

Priorität: 17. Juni 1974 /USA/ Ser. No. 479 958

Diese Erfindung betrifft eine Zusammensetzung und ein Verfahren zum Überziehen von Magnetbändern.

Magnetbänder werden in großem Umfang zur Speicherung von akustischen und elektrischen Signalen verwendet, wie z.B. für den Rundfunk, das Fernsehen, Datenverarbeitungsmaschinen und dergleichen. Solche Bänder bestehen typischerweise aus einem dünnen Trägerband aus Kunststoff, das mit einer festen Kunststoffmasse überzogen ist, in die feingepulverte Teilchen eines magnetisierbaren Materials eingebettet sind. Zum allgemeinen Stand der Technik wird hierzu auf die US-PSS 3 505 109 und 3 437 510 verwiesen.

Es sind schon erhebliche Entwicklungsarbeiten durchgeführt worden, um die Gleichförmigkeit und die Dichte des magnetischen Überzuges zu verbessern. Zu einem großen Teil haben sich diese

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Arbeiten auf die Verwendung von kleineren und gleichförmigeren magnetischen Teilchen und auf die Verbesserung der Dichte und der Gleichförmigkeit ihrer Verteilung in der Kunststoffmasse bzw. in der Bindemittelschicht gerichtet. Eine andere Arbeitsrichtung bestand darin, eine Überzugsmasse zu entwickeln, die aus einem wässrigen Medium aufgetragen werden kann, so daß die Schwierigkeiten, die auf der Verwendung von organischen Lösungsmitteln beruhen, wie hohe Kosten, Giftigkeit gegenüber dem Personal und Verunreinigung der Umwelt, vermieden werden.

In" den US-PSS 3 636 052, 3 660 431 und 3 749 737-9 werden cyclische Sulfonium-Zwitterionenverbindungen beschrieben, die leicht polymerisieren und dabei feste Kunststoffe bilden, die als Überzugsmaterialien geeignet sind.

In der US-PS 3 813 363 sind Überzugsmaterialien beschrieben, in die verschiedene kleinteilige Feststoffe, wie Kieselerde, Silikonöle, Eisenoxid, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Bariumsulfat, Kalziumcarbonat, Titandioxid, synthetischer Kautschuk und Polytetrafluoräthylen, einverleibt sind und aus denen Überzüge hergestellt werden.

Aus der US-PS 3 804 797 sind Zusammensetzungen bekannt, die die bereits genannten cyclischen Sulfoniura-Zwitterionenverbindungen und ein wasserlösliches anionisches Polymerisat mit einer Vielzahl von Carboxylgruppen, die in Form des Ammoniumsalzes vorliegen können, enthalten. Solche Zusammensetzungen eignen sich als Überzugsmaterialien, da sie in wässrigem oder organischem Medium hergestellt, auf ein Substrat aufgetragen und zu einem Film getrocknet werden können, wobei dieser Film gegebenenfalls zu einem misserbeständigen und lösungsmittelbeständigen Überzug durch kurzes und mildes Erwärmen ausge härtet werden kenn. 509881 /1011

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine verbesserte Zusammensetzung zum Überziehen von Magnetbändern, die aus einer wässrigen Dispersion von magnetischen Teilchen besteht, die gelöst darin Monomere, cyclische SuIfonium-Zwitterionen in ausreichenden Mengen enthält, um im polymerisiert en Zustand ein Bindemittel für die magnetischen Teilchen darzustellen und zusammen mit den magnetischen Teilchen einen festhaftenden, flexiblen magnetischen Überzug auf einem Trägerband zu ergeben.

Die Erfindung richtet sich auch auf ein Verfahren zum Herstellen eines Magnetbandes durch Überziehen eines Trägerbandes, bei dem man das Trägerband mit einer Zusammensetzung überzieht, die gelöst darin monomere cyclische Sulfonium-Zwitterionen in ausreichenden Mengen enthalt, um im polymerisiert en Zustand ein Bindemittel für die magnetischen Teilchen darzustellen und zusammen mit den magnetischen Teilchen einen festhaftenden, flexiblen magnetischen Überzug auf einem Trägerband zu ergeben, und bei dem man das überzogene Band trocknet und den Überzug durch Erwärmen, vorzugsweise auf eine Temperatur von 75 bis 150⁰C, aushärtet.

Da eines der technischen Probleme bei der Herstellung von Magnetbändern darin besteht-, ein Überzugsmaterial zu erhalten, das eine hohe Dichte von sehr feinverteilten und gleichförmig dispergierten magnetischen Teilchen enthält, ist die Wirksamkeit des Dispergiermittels von großer praktischer Bedeutung. Die Ammoniumsalze von polymeren Polycarbonsäuren, wie Polyacrylsäure, Polymethacrylsäure und Copolymerisate von Acryl-

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säure und Methacrylsäure untereinander und /oder Maleinsäureanhydrid sind besonders wirksame Dispergiermittel. Sie besitzen darüber hinaus auch die vorteilhafte Eigenschaft, da6 sie mit den cyclischen Sulfonium-Zwitterionen (CSZ) während der Härtungsstufe reagieren, wodurch sie ihre oberflächenaktive Eigenschaften verlieren und ein integrierender Bestandteil des Polymerisats werden· Besonders geeignet sind als Dispergiermittel acrylische Polymerisate und Copolymerisate mit einem Molekulargewicht von etwa 2000 bis 5000. Ausserdem sind ähnliche Styrolmaleinsäureanhydrid-Copolymerisate bevorzugt. Es können auch andere bekannte Mittel zum Dispergieren von Pigmenten in wässrigen Systemen verwendet werden, vorausgesetzt, daß sie die Wirkung der CSZ-Verbindungen nicht beeinträchtigen. In der bereits genannten US-PS 3 804 797 ist eine Vielzahl von geeigneten Dispergiermitteln aufgeführt.

Ein besonderes Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der Basis- oder Trägerfilm, auf den das magnetische Überzugsmaterial aufgetragen werden soll, bevorzugt mit einem sehr dünnen Film von monomeren CSZ-Verbindungen grundiert wird, worauf der Film dann polymerisiert bzw. gehärtet wird. Durch diese Maßnahme wird die Haftung des Magnetfilms wesentlich verbessert. Der Grtmdierstrich-kann aus einer wässrigen Läung des CSZ-Monomeren aufgetragen werden, doch werden noch bessere Ergebnisse bei Verwendung einer Lösung des CSZ-Monomeren in einem organischen Lösungsmittel erzielt. Man kann jedoch auch andere Grundiermittel verwenden, wie Polyurethane und Copolymerisate aus Äthylen und Acrylsäure.

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Bei der praktischen Durchführung der Erfindung wird eine wässrige Dispersion der magnetischen Teilchen, die gelöstes CSZ-Monomeres enthält, auf den Träger aufgetragen, die Teilchen werden magnetisch orientiert, der Überzugsfilm wird getrocknet und die Polymerisation des CSZ-Monomeren wird durch leichtes Erwärmen vervollständigt. Die Trocknung und die Härtung kann durch eine einzige Wärmebehandlung erfolgen, indem man z.B. den feuchten Film unter einer Anordnung von Infrarotlampen oder durch einen Tunnelofen durchführt. Die bei der Wärmebehandlung erreichte Temperatur ist nicht kritisch und kann innerhalb weiter Grenzen variiert werden. So kann man die Trocknung bei Temperaturen zwischen Raumtemperatur und etwa 150⁰C, insbesondere bei Temperaturen zwischen etwa 80 und 120 C durchführen. Obwohl die Polymerisation zu einem großen Teil bereits während des Trocknens eintritt, ist es in der Regel bevorzugt durch eine weitere Wärmebehandlung bei gleicher oder höherer Tempe atur sicherzustellen, daß die Polymerisation vollständig ist. Bei dieser weiteren Erwärmung können Temperaturen verwendet werden, die so hoch liegen, daß man nahezu die Grenze für die Erweichung oder Verformung des Trägerfilms erreicht. Für die meisten Systeme ist eine Erwärmung von 1 bis 5 Minuten auf 75 bis 150⁰C ausreichend.

Als magnetische Teilchen·können beliebige bekannte magnetische Teilchen verwendet werden. Teilchen aus Chromdioxid, Zinkeisen-II-ferrit und dergleichen und Teilchen aus Eisenoxid werden am häufigsten benutzt. Diese magnetischen Teilchen sollten in fe inverteilter Form gleichmäßig in dem Überzugsmedium verteilt sein und sollten gegenüber dem Dispergiermittel, dem Binder und dem Träger inert sein. Ausserdem sollten sie magnetise orientiert sein. Die Dichte pro Einheit8fläche des Bandes sollte

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so hoch wie möglich sein, wogegen die Dicke des Überzuges so gering im Rahmen der funktioneilen zulässigen Eigenschaften sein sollte. Um die sich zum Teil entgegenstehenden Anforderungen zu optimieren, sollte die Überzugsmasse einen maximal möglichen Anteil an magnetischen Teilchen und einen minimal möglichen Anteil an Bindemittel enthalten, solange dies mit der Anforderung für eine ausreichende Fluidität für die Auftragung einer gleichförmigen Schicht auf den Träger und die Herstellung eines Überzuges mit der erforderlichen Glattheit, Zähigkeit, Flexibilität und Haftfestigkeit auf dem Träger und Abriebfestigkeit verträglich ist. Dies be deutet, daß das Volumverhältnis von Pigment (magnetischen Teilchen) zum Binder (CSZ-Polymerisat) so hoch als möglich sein soll, ohne daß jedoch darunter die gewünschten Filmeigenschaften leiden. Die CSZ-Bindemittel gemäss dieser Erfindung zeichnen sich dadurch aus, daß sie üblicherweise auch bei einer kritischen PigmentrVolumenkonzentration befriedigend funktionieren.

Bevorzugte Bindermaterialien sind bei der Erfindung diejenigen, die im wesentlichen aus etwa 50 bis 80 Gew. % monofunktionellen CSZ-Verbindugen bestehen und bei denen der Restbestand von polyfunktionellen CSZ-Verbindungen gebildet wird. Die zuletzt genannten Verbittdungen dienen als Vernetzer bei der Polymerisation und bilden Polymerisate von höherer Festigkeit, höherer Zähigkeit und höherer Lösungsmittelbeständigkeit. Das optimale Verhältnis dieser beiden Monomertypen liegt in der Regel bei etwa 60 : 40·

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Bei der Erfindung können die monofunkt ioneil en CSZ-Verbindungen, die in der bereits genannten US-PS 3 636 052 offenbart sind, und die polyfunktionellen CSZ-Verbindungen, die in den bereits genannten US-PSS 3 660 431 und 3 749 737-9 offenbart sind, verwendet werden. In allen diesen Verbindungen hat die funktionelle Gruppe die Formel

in der η 2 - 3 ist und die Wertigkeiten der Kohlenstoffatome durch Wasserstoff, Alkylreste oder andere inerte Substituenten befriedigt sind. Im Falle der polyfunktionellen Verbindungen sind zwei oder mehr derartige Molekülanteile über Brückenglieder, wie Alkylenreste, 0, S oder andere die aromatischen Kerne verbindende Gruppen verknüpft. Die Herstellung von Überzügen aus diesem CSZ-Monomeren ist vollständiger in den US-PSS 3 813 363 und 3 804 797 beschrieben.

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Die gewünschte Viskosität der Überzugsforraulierungen schwankt etwas in Abhängigkeit von der zur Auftragung verwendeten Vorrichtung und Verfahren. Die Viskosität kann durch Einstellung des Wasseranteils der Formulierung und durch den Typ und die Menge des verwendeten Dispergiermittels gesteuert werden.

Bei der Durchführung der Erfindung werden die magnetischen Teilchen in Wasser unter Verwendung eines geeigneten Dispergiermittels behandelt, bis sie sorgfältig dispergiert sind. Die CSZ-Verbindungen werden dann in Form einer wässrigen Lösung von einer derartigen Konzentration zugegeben, daß die fertige Formulierung die gewünschte Viskosität hat. Dann wird die Mischung für einen kurzen Zeitraum durchgearbeitet, um eine sorgfältige Durchmischung sicherzustellen. Anschließend ist sie fertig für ihre Verwendung.

Die zu überziehende Basis wird bevorzugt mit einer verdünnten Losung des CSZ-Monomeren grundiert, wobei zweckmäßigerweise das gleiche Monomere wie für den Pigmentbinder benutzt wird. Die Grundierung wird getrocknet, ausgehärtet und dann durch übliche Arbeitsweisen mit der vorhin geschilderten Formulierung beschichtet, die Beschichtung wird getrocknet und in der angegebenen Weise ausgehärtet.

Der Grundierungsstrich sollte bevorzugt sehr dünn sein. Eine Dicke von etwa 0,1 bis 0,3 Mikron ist in der Regel ausreichend. Eine derartige Beschichtung erreicht man in einfacher Weise durch Auftragen einer Lösung, die etwa"! - 31 CSZ-Monomeres

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in Butanol oder einem anderen inerten Lösungsmittel enthält, und durch anschließendes Trocknen des erhaltenen Films.

Die Überzugsformuliexung kann auf den grundierten Träger durch beliebige übliche Verfahren aufgetragen werden, wie z.B. durch Verwendung eines Walzenbeschichters oder einer Rakel. Der beschichtete Trägerfilm wird dann an einem Magneten vorbeigeführt, um die magnetischen Teilchen zu orientieren, wonach die Beschichtung getrocknet und ausgehärtet wird.

Bei speziellen Ausführungsformen der Erfindung wird ein 7,62 cm Band aus Polyethylenterephthalat mit einer 2 %igen Lösung in n-Butanol einer CSZ-Mischung unter Verwendung eines Nr. 14 Meyer-Stabes grundiert. Die CSZ-Mischung besteht aus

a) 70 Gew. % der Verbindung der Formel

(a)

(Diese Verbindung wurde gemäß US-FS 3 636 052 Beispiel 4-2 hergestellt) und

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- ίο -

b) 30 Gew. % der Verbindung der Formel

Cbj

in der χ einen Wert von etwa 1,1 hat. (Diese Verbindung wurde gemäB US-PS 3 749 738, Beispiel 1 hergestellt).

Nach dem Trocknen und Härten bei 88°C hatte die Grundierungsschicht eine Dicke Von 0,15 Mikron.

Das grundierte Band wurde dann mit einer magnetischen Überzugsmasse, die folgendermaßen hergestellt wurde, überzogen:

349 g gamaa-Eisenoxid (Pfizer Nr. 2230) wurden in eine Edelstahlkugelmühle zusammen mit 7 g des Ammoniutnsalzes der Polyacrylsäure (Molekulargewicht etwa 2 000 bis 5 000) und 213 g Wasser gegeben und 20 Stunden gemahlen. Dann wurde eine Lösung von 75 g der monofunktioneilen CSZ-Verbindung der Formel (a) und 32 g der polyfunktionellen CSZ-Verbindung der Formel

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(b) in 102 g Wasser zugegeben und das Mahlen wurde für 30 Minuten fortgesetzt· Die erhaltene Dispersion wurde auf das Band mit einer Rakel mit einer Geschwindigkeit von 9,15 - 12,2 m pro Minute aufgetragen. Die Beschichtung wurde mit einer Magnetspule orientiert, dann wurde das beschichtete Band durch einen Ofen von einer Länge von 12,2 m bei 110 C geführt und auf eine Breite von 6,3 mm gespalten«

Das fertige Band zeigte eine glatte und dauerhafte Oberfläche und besaß ein ausgezeichnetes magnetisches AuszeichnungsvermSgen·

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Claims

Patentansprüche

1. Zusammensetzung zum Überziehen von Magnetbändern, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer wässrigen Dispersion von magnetischen Teilchen besteht, die gelöst darin monomere cyclische Sulfonium-Zwitterionen in ausreichenden Mengen enthält, um im polymerisierten Zustand ein Bindemittel für die magnetischen Teilchen zu bilden und zusammen mit den magnetischen Teilchen einen festhaftenden, flexiblen magnetischen Überzug auf einem Trägerband zu ergeben.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennz e ichnet, daß die Dispersion als aktives Dispergiermittel das Ammoniumsalz einer polymeren PoIycarbonsäure enthält.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß 50 bis 80 Gew. % der Zwitterionen mono funkt ioneil sind und der Rest polyfunkt ioneil ist.

4. Verfahren zum Herstellen eines Magnetbandes durch Überziehen eines Trägerbandes, dadurch gekennzei-

c h η e t, daß man das Trägerband mit einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 überzieht, die in dem Überzug enthaltenden magnetischen Teilchen magnetisch orientiert, das überzogene Band trocknet und den Überzug durch Erwärmen, vorzugsweise auf 75 bis 150°C_>aushärtet.

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