DE10340874A1

DE10340874A1 - Magnetisches Aufzeichnungsmedium mit einer den magnetischen Fluß modulierenden Eigenschaft geringer Standardabweichung

Info

Publication number: DE10340874A1
Application number: DE10340874A
Authority: DE
Inventors: Gary Oakdale Huelsman; Subodh K. Oakdale Kulkarni; Blake W. Oakdale Kolb
Original assignee: Imation Corp
Current assignee: GlassBridge Enterprises Inc
Priority date: 2002-09-10
Filing date: 2003-09-05
Publication date: 2004-03-18
Also published as: US20040048106A1; US20060019126A1; US7423840B2; JP2004103229A; US6960385B2; US20060019121A1

Abstract

Ein magnetisches Aufzeichnungsmedium weist eine reduzierte Modulation des magnetischen Flusses und ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis auf. Das magnetische Aufzeichnungsmedium kann die Form eines Magnetbandes oder einer Magnetplatte annehmen. Die Herstellung einer magnetischen Aufzeichnungsschicht mit einer gleichmäßigeren Dicke kann die Eigenschaft der Modulation des magnetischen Flusses verbessern. Zum Beispiel kann ein magnetisches Aufzeichnungsmedium eine Koerzitivkraft von größer oder gleich 2000 Oersted mit einer Eigenschaft der Modulation des magnetischen Flusses haben, die eine Ein-Sigma-Standardabweichung von weniger als 0,06 hat. In einigen Fällen kann die Eigenschaft der Modulation des magnetischen Flusses eine Ein-Sigma-Standardabweichung von weniger als 0,05 oder sogar 0,04 haben. Die reduzierte Modulation des magnetischen Flusses kann erhöhte Speicherdichten unterstützen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Datenspeichermedien und insbesondere auf magnetische Aufzeichnungsmedien und die Herstellung magnetischer Aufzeichnungsmedien.
Magnetische Aufzeichnungsmedien werden verbreitet in einer Vielzahl von Datenspeicheranwendungen verwendet und können die Form von Magnetbändern oder Magnetplatten annehmen. Ein magnetisches Aufzeichnungsmedium beinhaltet im Allgemeinen eine magnetische Aufzeichnungsschicht, die auf ein nichtmagnetisches Substrat aufgetragen ist. Eine oder mehrere Zwischenschichten, wie eine Träger- oder Bindeschicht, können sich zwischen der magnetischen Aufzeichnungsschicht und dem Substrat befinden.
Größere Anforderungen an die Datenspeicherung und technologische Fortschritte haben zu erhöhten Datenspeicherdichten geführt. Daten werden gewöhnlich entlang einer von mehreren Spuren aufgezeichnet, die auf der magnetischen Aufzeichnungsschicht gebildet sind. Um eine erhöhte Datenspeicherdichte zu errei chen, werden magnetische Medien so gestaltet, dass sie eine höhere Zahl von Spuren und eine höhere Zahl von Magnetisierungen entlang jeder Spur unterbringen können. Bei erhöhten Datenspeicherdichten ist das Aufrechterhalten ausreichender Signal-Rausch-Verhältnisse für ein effektives Auslesen der dichter gepackten Magnetisierungen zu einer Herausforderung geworden. Insbesondere erforderten annehmbare Ausleseleistungen die Verwendung von aggressiveren Antriebs- und Aufzeichnungsmediumtoleranzen und einer verbesserten Verfahrenskontrolle.
Die Erfindung betrifft ein magnetisches Aufzeichnungsmedium mit einer reduzierten Modulation des magnetischen Flusses und einem verbesserten Signal-Rausch-Verhältnis. Das magnetische Aufzeichnungsmedium kann die Form eines Magnetbandes oder einer Magnetplatte annehmen.
Der magnetische Fluss ist eine Funktion der Restmagnetisierung (M_r) einer Aufzeichnungsschicht und der Dicke der Aufzeichnungsschicht. Die Restmagnetisierung ist die permanente Magnetisierung, die in einem magnetischen Material, das eine magnetische Aufzeichnungsschicht bildet, zurückbleibt, nachdem ein äußeres Magnetfeld entfernt wird. Daher stützt die Restmagnetisierung die Aufzeichnung der Daten. Eine Modulation der Dicke der Aufzeichnungsschicht entlang des Aufzeichnungspfades kann das Signal-Rausch-Verhältnis der Daten, die auf dem magnetischen Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet und von ihm abgelesen werden, beeinflussen, indem sie eine Modulation des magnetischen Flusses erzeugt.
Die Herstellung einer magnetischen Aufzeichnungsschicht mit einer gleichmäßigeren Dicke entlang der Aufzeichnungsrichtung des magnetischen Aufzeichnungsmediums kann gemäß der Erfindung die Eigenschaft der Modulation des magnetischen Flusses verbessern. Die Aufzeichnungsrichtung kann sich auf die Richtung der Spuren auf einem Band oder einer Platte beziehen. Eine Nass-auf-nass-Beschichtungstechnik, wie Gleitbeschichtung oder Schlitzbeschichtung, kann besonders gut geeignet sein, um eine gewünschte Gleichmäßigkeit der Dicke in der magnetischen Aufzeichnungsschicht zu erreichen. Insbesondere Gleitbeschichtung kann eine verstärkte Bewegungsqualität und Gleichmäßigkeit der Beschichtung bieten, wie noch beschrieben wird.
Zum Beispiel kann die Erfindung ein magnetisches Aufzeichnungsmedium mit einer Koerzitivkraft von größer oder gleich 2000 Oersted mit einer Eigenschaft der Modulation des magnetischen Flusses bereitstellen, die eine Ein-Sigma-Standardabweichung von weniger als 0,06 hat. In einigen Ausführungsformen kann die Eigenschaft der Modulation des magnetischen Flusses eine Ein-Sigma-Standardabweichung von weniger als 0,05 oder sogar 0,04 haben. Die reduzierte Modulation des magnetischen Flusses kann erhöhte Speicherdichten und eine erhöhte Aufzeichnungsleistung unterstützen.
In einer Ausführungsform stellt die Erfindung ein magnetisches Aufzeichnungsmedium bereit, das ein Substrat und eine über dem Substrat gebildete magnetische Aufzeichnungsschicht umfasst. Die magnetische Aufzeichnungsschicht hat eine Eigenschaft der Modulation des magnetischen Flusses mit einer Standardabweichung von kleiner oder gleich ungefähr 0,06.
In einer anderen Ausführungsform stellt die Erfindung ein magnetisches Aufzeichnungsmedium bereit, das ein Substrat, eine über dem Substrat gebildete Trägerschicht und eine über der Trägerschicht gebildete magnetische Aufzeichnungsschicht umfasst. Die magnetische Aufzeichnungsschicht hat eine mittlere Dicke von kleiner oder gleich 0,15 μm, eine Koerzitivkraft von mehr als 2000 Oersted und eine Eigenschaft der Modulation des magnetischen Flusses mit einer Standardabweichung von kleiner oder gleich ungefähr 0,06.
In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung ein Magnetband-Aufzeichnungssystem bereit. Das System umfasst ein Magnetaufzeichnungsband mit einer magnetischen Aufzeichnungsschicht, die eine Eigenschaft der Modulation des magnetischen Flusses mit einer Standardabweichung von kleiner oder gleich ungefähr 0,06 hat, einem Magnetaufzeichnungskopf und einem Steuerelement, das die magnetische Aufzeichnung so steuert, dass Daten von dem magnetischen Aufzeichnungsmedium gelesen und darauf geschrieben werden.
In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung ein Verfahren bereit, das das Fließenlassen einer ersten Flüssigbeschichtungszubereitung über eine erste Gleitbeschichtungsoberfläche eines Gleitbeschichters, das Fließenlassen einer zweiten Flüssigbeschichtungszubereitung, die Metall-Magnetaufzeichnungsteilchen enthält, über eine zweite Gleitbeschichtungsoberfläche des Gleitbeschichters und über die erste Beschichtungszubereitung, wobei die erste und die zweite Beschichtungszubereitung eine mehrschichtige Beschichtung bilden, und das Fließenlassen der mehrschichtigen Beschichtung auf ein sich bewegendes Substrat, so dass die erste und die zweite Beschichtungszubereitung gleichzeitig auf das Substrat aufgetragen werden. Das Verfahren umfasst weiterhin die Steuerung der zweiten Flüssigbeschichtungszubereitung, so dass sie nach dem Trocknen eine Eigenschaft der Modulation des magnetischen Flusses mit einer Standardabweichung von kleiner oder gleich ungefähr 0,06 hat.
Die Erfindung kann zu einem oder mehreren Vorteilen führen. Zum Beispiel können bei einer reduzierten Eigenschaft der Modulation des magnetischen Flusses Daten mit einem verbesserten Signal-Rausch-Verhältnis von dem magnetischen Aufzeichnungsmedium gelesen werden. Eine reduzierte Modulation des magnetischen Flusses kann erreicht werden, indem man die Gleichmäßigkeit der Dicke einer magnetischen Aufzeichnungsschicht in dem magnetischen Aufzeichnungsmedium entlang der Aufzeichnungsrichtung sorgfältig steuert. Im Allgemeinen ist eine magnetische Aufzeichnungsschicht mit einer gleichmäßigeren Dicke in der Lage, eine Eigenschaft der Modulation des magnetischen Flusses zu ergeben, die eine geringere Variation über die Oberfläche eines magnetischen Aufzeichnungsmediums zeigt. Daher kann gemäß der Erfindung eine gleichmäßigere Dicke der Aufzeichnungsschicht ausgenutzt werden, um ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis und eine erhöhte Lese/Schreib-Leistung zu erreichen. Ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis ist besonders vorteilhaft für magnetische Aufzeichnung mit höherer Dichte.
Die Einzelheiten von einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung dargelegt. Weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung und aus den Ansprüchen hervor.
1 ist eine Querschnittsseitenansicht eines magnetischen Aufzeichnungsmediums.
2 ist eine Querschnittsseitenansicht eines alternativen magnetischen Aufzeichnungsmediums.
3 ist eine Querschnittsseitenansicht des magnetischen Aufzeichnungsmediums von 1, die die Dicke einer magnetischen Aufzeichnungsschicht veranschaulicht.
4 ist eine Hysteresekurve, die die Restmagnetisierung und Koerzitivkraft in einem magnetischen Aufzeichnungsmedium veranschaulicht.
5 ist eine Seitenansicht einer Gleitbeschichtungsapparatur, die zur Herstellung eines magnetischen Aufzeichnungsmediums geeignet ist.
6 ist ein Blockdiagramm eines magnetischen Aufzeichnungssystems.
1 ist eine Querschnittsseitenansicht eines magnetischen Aufzeichnungsmediums 10A. Wie in 1 gezeigt ist, kann das magnetische Aufzeichnungsmedium 10A ein Substrat 12, eine über dem Substrat gebildete Trägerschicht 14 und eine über der Trägerschicht gebildete magnetische Aufzeichnungsschicht 16 umfassen. In einigen Ausführungsformen können eine oder mehrere zusätzliche Schichten über der magnetischen Aufzeichnungsschicht 16 gebildet werden. Das magnetische Aufzeichnungsmedium 10A kann die Form eines Magnetbandes oder einer Magnetplatte annehmen. Wie noch beschrieben wird, kann das magnetische Aufzeichnungsmedium 10A durch ein Mehrschicht-nass-auf-nass-Beschichtungsverfahren, wie Gleitbeschichtung oder Doppelschlitzbeschichtung, gebildet werden, um eine erhöhte Gleichmäßigkeit der Dicke innerhalb der magnetischen Aufzeichnungsschicht 16 zu erzeugen.
Eine erhöhte Gleichmäßigkeit kann eine Reduktion der Modulation des magnetischen Flusses in der magnetischen Aufzeichnungsschicht 16, d.h. eine Erhöhung der Gleichmäßigkeit des magnetischen Flusses, bewirken und dadurch das Signal- Rausch-Verhältnis von Daten, die in der magnetischen Aufzeichnungsschicht aufgezeichnet werden, verbessern. Ein erhöhtes Signal-Rausch-Verhältnis kann wiederum erhöhte Datenspeicherdichten ermöglichen. Zum Beispiel kann die magnetische Aufzeichnungsschicht 16 eine Eigenschaft der Modulation des magnetischen Flusses mit einer Ein-Sigma-Standardabweichung von kleiner oder gleich 0,06 entlang der Aufzeichnungsrichtung des magnetischen Aufzeichnungsmediums 10 sowie eine Koerzitivkraft von größer oder gleich ungefähr 2000 Oersted und besonders bevorzugt größer oder gleich ungefähr 2400 Oersted haben. In einigen Ausführungsformen kann die Eigenschaft der Modulation des magnetischen Flusses eine Ein-Sigma-Standardabweichung von kleiner als 0,05 oder sogar 0,04 haben.
2 ist eine Querschnittsseitenansicht eines alternativen magnetischen Aufzeichnungsmediums 10B. Ein magnetisches Aufzeichnungsmedium 10B gemäß der Erfindung kann eine oder mehrere zusätzliche Schichten beinhalten, wie eine Schicht 18, die über der magnetischen Aufzeichnungsschicht 16 in dem magnetischen Aufzeichnungsmedium 10B von 2 gebildet ist. Die magnetischen Aufzeichnungsmedien 10A, 10B können hier allgemein als magnetische Aufzeichnungsmedien 10 bezeichnet werden. Die zusätzlichen Schichten innerhalb des in 2 gezeigten magnetischen Aufzeichnungsmediums 10B können zum Beispiel antistatisches Material, abrasives Material, das die Reinigung der Aufzeichnungsköpfe während der Verwendung unterstützt, Gleitmaterialien, die die Reibung zwischen dem magnetischen Aufzeichnungskopf und der Oberfläche des magnetischen Aufzeichnungsmediums reduzieren, oder eine Kombination davon umfassen. Zusätzliche Flüssigkeitsschichten können in das magnetische Aufzeichnungsmedium 10B eingebaut werden, wie es für die Leistungsfähigkeit der Medien, die leichte Beschichtbarkeit oder Produktivität gewünscht wird. Funktionelle Materialien können also in diskreten Flüssigkeitsschichten eingebaut werden. Alternativ dazu können ein oder mehrere funktionelle Materialien in einer einzigen Flüssigkeitsschicht eingebaut werden, die, wenn sie getrocknet ist, eine multifunktionelle Schicht in dem resultierenden magnetischen Aufzeichnungsmedium bildet.
3 ist eine Querschnittsseitenansicht des magnetischen Aufzeichnungsmediums 10A von 1, die die Dicke T_mag der magnetischen Aufzeichnungsschicht 16 veranschaulicht. Wie in 3 gezeigt ist, hat die magnetische Aufzeichnungsschicht 16 eine untere Oberfläche 19, die an die obere Oberfläche der Trägerschicht 14 angrenzt, und eine obere Oberfläche 21, die der Trägerschicht abgewandt ist. Die obere Oberfläche 21 der magnetischen Aufzeichnungsschicht 16 kann freiliegen oder mit einer zusätzlichen Schicht beschichtet sein, wie es in Bezug auf 2 beschrieben ist. Die Dicke T_mag stellt eine mittlere Dicke über die magnetische Aufzeichnungsschicht 16 zwischen der unteren Oberfläche 19 und der oberen Oberfläche 21 dar. Gemäß der Erfindung kann die mittlere Dicke T_mag kleiner oder gleich ungefähr 0,15 μm und besonders bevorzugt kleiner oder gleich ungefähr 0,10 μm sein. Außerdem kann die Dicke der magnetischen Aufzeichnungsschicht als Ergebnis einer erhöhten Gleichmäßigkeit der Beschichtung eine Reduktion der Variation der mittleren Dicke in der magnetischen Aufzeichnungsschicht 16 zeigen. Eine reduzierte Dicke und eine reduzierte Dickenvariation können eine Reduktion der Modulation, d.h. Variation, in der Modulation des magnetischen Flusses bewirken, die mit der magnetischen Aufzeichnungsschicht 16 verbunden ist. Mit anderen Worten, eine erhöhte Gleichmäßigkeit der Dicke in der Aufzeichnungsschicht kann die Modulation des magnetischen Flusses entlang der Länge und über die Breite eines Magnetaufzeichnungsbandes reduzieren.
4 ist eine Hysteresekurve, die die Restmagnetisierung und Koerzitivkraft in einem magnetischen Aufzeichnungsmedium veranschaulicht. Die magnetische Remanenz (M_r) oder Restmagnetisierung ist die permanente Magnetisierung, die in einem magnetischen Material, das eine magnetische Aufzeichnungsschicht bildet, zurückbleibt, nachdem ein äußeres Magnetfeld entfernt wird. Daher stützt die Restmagnetisierung die Aufzeichnung der Daten. Der magnetische Fluss ist eine Funktion der Restmagnetisierung in der Aufzeichnungsschicht 16 und der Dicke der Aufzeichnungsschicht. Dementsprechend kann eine Modulation der Dicke der Aufzeichnungsschicht 16 entlang des Aufzeichnungspfades zu einer Modulation des magnetischen Flusses führen und das Signal-Rausch-Verhältnis der Daten, die auf dem magnetischen Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet und von ihm abgelesen werden, beeinflussen. Eine übermäßige Modulation des magnetischen Flusses kann das Signal-Rausch-Verhältnis reduzieren, was mehr Energie für eine effektive Aufzeichnung erfordert. 4 wird zur Veranschaulichung eines allgemeinen Falles von Restmagnetisierung angegeben und soll nicht die Hysteresekurve für irgendein bestimmtes, hier in Betracht gezogenes Aufzeichnungsmaterial darstellen.
Wie in 4 gezeigt ist, nimmt die induzierte Magnetisierung bei einem unmagnetisierten Aufzeichnungsmaterial entlang einer Magnetisierungskurve 20 zu, wenn ein äußeres Magnetfeld angelegt wird. Die induzierte Magnetisierung erreicht schließlich eine Sättigung bei H₀. Wenn das äußere Feld reduziert wird, wird die induzierte Magnetisierung ebenfalls reduziert, folgt jedoch nicht der ursprünglichen Magnetisierungskurve. Stattdessen folgt das magnetische Aufzeichnungsmaterial einer neuen Magnetisierungskurve 22, die eine permanente Magnetisierung wiedergibt, welche Restmagnetisierung M_r genannt wird. Wenn das äußere Feld weiter reduziert wird (Kurve 24), verschwindet die Restmagnetisierung schließlich bei H_c. Das äußere Feld, bei dem die Restmagnetisierung auf Null geht, wird Koerzitivkraft H_c genannt. Wenn das äußere Feld weiterhin umgekehrt wird (Kurve 26), entsteht eine permanente Magnetisierung mit dem entgegengesetzten Vorzeichen, bis eine Sättigung erreicht ist. Die Kurve 28 verfolgt bei einer Abnahme des umgekehrten Magnetfelds und Einsatz eines vorwärtsgerichteten Magnetfelds einen Weg zurück zu H₀.
Die Herstellung einer magnetischen Aufzeichnungsschicht mit einer gleichmäßigeren Dicke im magnetischen Aufzeichnungsmedium gemäß der Erfindung kann die Eigenschaft der Modulation des magnetischen Flusses verbessern. Wenn der Grad des magnetischen Flusses über die Oberfläche einer magnetischen Aufzeichnungsschicht variiert, können die auf die Schicht geschriebenen Magnetisierungen ein anderes Signal-Rausch-Verhältnis aufweisen. Dementsprechend muss für den anzuwendenden Rauschboden für das Auslesen der schlimmste Fall angenommen werden, was im Allgemeinen erhöhte Speicherdichten und eine erhöhte Aufzeichnungsleistung behindert. Der magnetische Fluss kann insbesondere aufgrund von Dickenvariationen in der magnetischen Aufzeichnungsschicht variieren. Zum Beispiel kann diese Art von Variation die Menge des magnetisierbaren Materials innerhalb eines gegebenen Volumens, der magnetischen Aufzeichnungsschicht beeinflussen. Ein magnetisches Aufzeichnungsmedium, wie es hier beschrieben ist, ergibt eine magnetische Aufzeichnungsschicht mit einer reduzierten Dickenvariation.
Folglich kann ein gemäß der Erfindung aufgebautes magnetisches Aufzeichnungsmedium eine reduzierte Modulation des magnetischen Flusses ergeben.
5 ist eine Seitenansicht eines Gleitbeschichtungssystems 30, das für die Herstellung eines magnetischen Aufzeichnungsmediums 10 geeignet ist, wie es z.B. in 1 oder 2 gezeigt ist. Die Gleitbeschichtung stellt eine geeignete Technik dar, um eine magnetische Aufzeichnungsschicht mit einer reduzierten Dicke und reduzierten Dickenvariation zu erreichen. Andere Techniken, wie Doppelschlitzbeschichtung, können ebenfalls effektiv sein. Im Allgemeinen jedoch kann Gleitbeschichtung dem Beschichtungssubstrat 12 eine erhöhte Bewegungsqualität und Beschichtungsgleichmäßigkeit verleihen. Wie in 5 gezeigt ist, beinhaltet ein Gleitbeschichtungssystem 30 eine Gegendruckwalze 32, die nächst einem Gleitbeschichter 34 angeordnet ist, um die Rückseite, d.h. die unbeschichtete Seite, eines Beschichtungssubstrats 12 zu stützen. Das Beschichtungssubstrat 12 nimmt die Form einer endlosen Bahn an. Die Gegendruckwalze 32 rotiert in Richtung der Bewegung des Substrats 12. Das Substrat 12 kann zwischen Zufuhr- und Aufnahmerollen (nicht gezeigt) relativ zum Gleitbeschichter 34 transportiert werden. Der Gleitbeschichter 34 kann in einer gestapelten Anordnung zwei oder mehr Flüssigkeitsschichten gleichzeitig auf das Substrat 12 auftragen. Nach der Beschichtung werden die Schichten getrocknet, z.B. durch Transport des Substrats 16 durch einen Trockenofen (nicht gezeigt).
Der Gleitbeschichter 34 kann mehrere Gleitblöcke 36, 38, 40, 42 beinhalten. In der Ausführungsform von 5 beinhaltet der Gleitbeschichter 34 vier Gleitblöcke. In anderen Ausführungsformen kann der Gleitbeschichter 34 je nach der Zahl der auf das Substrat 12 aufzutragenden Flüssigkeitsschichten weniger oder mehr als vier Gleitblöcke beinhalten. In einigen Ausführungsformen kann das herzustellende Aufzeichnungsmedium zum Beispiel nur eine Trägerschicht und eine Aufzeichnungsschicht oder nur eine Aufzeichnungsschicht beinhalten. Die Gleitblöcke 36, 38, 40, 42 definieren Flüssigkeitsschlitze 44, 46, 48 und eine kombinierte Gleitoberfläche 50. Der erste Gleitblock 36 befindet sich neben der Gegendruckwalze 32, während sich die Gleitblöcke 38, 40, 42 oberhalb des ersten Gleitblockes 36 befinden. Die Gleitblöcke 36, 38, 40 definieren eine kontinuierliche Gleitfläche zum Fließen von Beschichtungsflüssigkeiten.
Ein Saugkasten 52 kann bereitgestellt werden, um das Ausmaß des am Gleitbeschichtungssystem 20 anliegenden Unterdrucks einzustellen. Insbesondere dient der Saugkasten 52 dazu, eine Druckdifferenz über die Beschichtungsraupe 53 zwischen einer Gleitfläche 50 und dem Substrat 12 aufrechtzuerhalten, wodurch die Beschichtungsraupe 53 stabilisiert wird. Der Saugkasten 52 kann an eine Vakuumquelle (in 5 nicht gezeigt) gekoppelt sein und einen Ausgang (in 5 nicht gezeigt) für Material, das aus dem Beschichtungsbereich zurückgewonnen wird, beinhalten.
Eine erste Flüssigkeit 56 kann über eine erste Flüssigkeitszufuhr und ein erstes Verteilersystem (in 5 nicht gezeigt) an einen ersten Schlitz 44 verteilt werden. Eine zweite Flüssigkeit 58 kann über eine zweite Flüssigkeitszufuhr und ein zweites Verteilersystem (in 5 nicht gezeigt) an einen zweiten Schlitz 46 verteilt werden. Eine dritte Flüssigkeit 60 kann über eine dritte Flüssigkeitszufuhr und ein drittes Flüssigkeitsverteilersystem (in 5 nicht gezeigt) an einen dritten Flüssigkeitsschlitz 46 verteilt werden. In einer Ausführungsform, wie sie in 5 gezeigt ist, ist der Gleitbeschichter 30 also in der Lage, einen dreischichtigen Flüssigkeitsaufbau 62 aufzutragen, der eine erste Flüssigkeitsschicht 64, die eine erste Flüssigkeit 56 enthält, eine zweite Flüssigkeitsschicht 66, die eine zweite Flüssigkeit 58 enthält, und eine dritte Flüssigkeitsschicht 68, die eine dritte Flüssigkeit 60 enthält, beinhaltet. Die erste Flüssigkeitsschicht 64 kann auf das Substrat 12 aufgetragen werden, wobei die zweite Flüssigkeitsschicht 66 über die erste Flüssigkeitsschicht 64 aufgetragen wird und die dritte Flüssigkeitsschicht 68 über die zweite Flüssigkeitsschicht 66 aufgetragen wird. Die erste, die zweite und die dritte Flüssigkeitsschicht 64, 66, 68 können eine Bindeschicht, eine Aufzeichnungsschicht und eine funktionelle Schicht, die z.B. ein Antistatikmittel oder ein Kopfreinigungsmittel enthält, bilden. Die dritte Flüssigkeitsschicht 68 kann bei manchen Ausführungsformen wahlfrei sein.
Die Flüssigkeiten 56, 58, 60 können ein Lösungsmittel plus einen gelösten Stoff umfassen. Typische Lösungsmittel sind zum Beispiel Methylenchlorid, Aceton, Methylethylketon, Methylisobutylketon, Ethylacetat, Butylacetat, Cyclohexanon, Butylalkohol, N,N-Dimethylformamid, Toluol und Gemische davon. Wenn das Lösungsmittel trocknet, bleibt der gelöste Stoff der Beschichtung zurück. Mit anderen Worten, Beschichtungen werden zur leichteren Auftragung als Flüssigkeiten aufgetragen, aber die Beschichtungen sind im fertigen Produkt trocken.
Die Art des gelösten Stoffs, der von den Flüssigkeiten 56, 58, 60 transportiert wird, hängt von der Art der zu bildenden Beschichtung ab. Bei der Herstellung von magnetischen Speichermedien kann der gelöste Stoff zum Beispiel eine Menge von magnetischen Teilchen umfassen. Die magnetischen Teilchen können azikuläre oder nadelartige magnetische Teilchen mit einer mittleren Länge entlang der Hauptachse von weniger als etwa 0,3 μm sein. Zu den typischen azikulären Teilchen dieser Art gehören zum Beispiel Teilchen aus ferri- und ferromagnetischen Eisenoxiden, wie gamma-Eisenoxid (γ-Fe₂O₃), komplexe Oxide von Eisen und Cobalt, verschiedene Ferrite und metallische Eisenteilchen.
Alternativ dazu können auch kleine tafelförmige Teilchen, wie Bariumferrite und dergleichen, eingesetzt werden. Die Teilchen können mit einem oder mehreren Ionen eines mehrwertigen Metalls, wie Titan, Zinn, Cobalt, Nickel, Zink, Mangan, Chrom oder dergleichen, dotiert sein. Die erste Flüssigkeitsschicht 64 kann als Träger- oder "Bindeschicht" für die zweite und dritte Flüssigkeitsschicht 66, 68 dienen. In diesem Fall kann die Nassdicke der ersten Flüssigkeitsschicht 64 auf dem Substrat 12 wesentlich größer sein als die Nassdicken der zweiten und der dritten Flüssigkeitsschicht 66, 68.
Die Breiten der Flüssigkeitsschlitze 44, 46, 48 in einer Richtung quer zur Fließrichtung der Flüssigkeitsschichten 64, 66, 68 können im Wesentlichen das gleiche Ausmaß haben wie die Breite des Substrats 12. Die Gleitblöcke 36, 38, 40 können etwas breiter sein als die Flüssigkeitsschlitze 44, 46, 48. In einigen Ausführungsformen kann die Breite des Substrats 12 in der Größenordnung von 15,24 cm bis 76,2 cm liegen. Bei der Herstellung von magnetischen Bandmedien kann das Sub strat 12 nach der Beschichtung längs in mehrere Streifen mit einer Breite von z.B. 64 cm geschnitten werden, um kontinuierliche Längen Aufzeichnungsband zum Beladen von Datenkartuschen herzustellen. Bei der Herstellung von Magnetplattenmedien können Platten als "Cookies" mit einem Durchmesser von z.B. 90 mm zum Beladen von Diskettengehäusen aus dem Substrat 16 geschnitten oder gestanzt werden. In beiden Fällen erstreckt sich jede Flüssigkeitsschicht 64, 66, 68 vorzugsweise quer zu den Seitenrändern des Substrats 12.
In manchen Ausführungsformen, bei denen die zweite Flüssigkeitsschicht 66 die magnetische Aufzeichnungsschicht bildet, enthält die zweite Flüssigkeit 58 magnetisches Material, wie Metall-Magnetaufzeichnungsteilchen. In diesem Fall bildet die zweite Flüssigkeitsschicht 66, sobald sie getrocknet ist, eine magnetische Aufzeichnungsschicht auf dem Substrat 12. In anderen Ausführungsformen kann das magnetische Material in einer ersten Flüssigkeitsschicht 64 oder in mehreren Flüssigkeitsschichten 64, 66, 68 eines Flüssigkeitsaufbaus 62 bereitgestellt werden. Zum Beispiel können mehrere Schichten in dem Flüssigkeitsaufbau 62 mehrere magnetische Aufzeichnungsschichten bilden. Alternativ dazu können auch einzelne magnetische Schichten so angeordnet werden, dass sie als zusammengesetzter mehrschichtiger "Aufnahme"film zusammenwirken.
Wie oben diskutiert, kann die dritte Flüssigkeit 60 eine Vielzahl von verschiedenen Substanzen enthalten, die zu den funktionellen Eigenschaften des fertigen magnetischen Aufzeichnungsmediums beitragen. Mit anderen Worten, sobald sie getrocknet ist, kann die dritte Flüssigkeitsschicht 68 eine funktionelle Schicht des magnetischen Aufzeichnungsmediums bilden. Zum Beispiel kann die dritte Flüssigkeit 60 antistatisches Material, abrasives Material, das die Reinigung der Aufzeichnungsköpfe während der Verwendung unterstützt, Gleitmaterialien, die die Reibung zwischen dem magnetischen Aufzeichnungskopf und der Oberfläche des magnetischen Aufzeichnungsmediums reduzieren, oder eine Kombination davon umfassen.
Zusätzliche Gleitblöcke können zu dem Gleitbeschichter 30 hinzugefügt werden, um zusätzliche Flüssigkeitsschichten einzuführen, wie es für die Leistungsfähigkeit der Medien, die leichte Beschichtbarkeit oder Produktivität gewünscht wird. So können solche funktionellen Materialien in diskreten Flüssigkeitsschichten eingebaut werden. Alternativ dazu können auch ein oder mehrere funktionelle Materialien in eine einzige Flüssigkeit eingebaut werden, die, wenn sie getrocknet ist, eine multifunktionelle Schicht in dem resultierenden magnetischen Aufzeichnungsmedium bildet.
Wie weiter in 5 gezeigt ist, verleiht die Gegendruckwalze 32 dem Substrat 12 innerhalb des Saugkastens 52 im Allgemeinen über einen wesentlichen Teil der Umfangsfläche der Gegendruckwalze eine gleichmäßige Unterstützung und Spanung. Außerdem kann die Gegendruckwalze 32 eine genaue Steuerung der Bewegungsgeschwindigkeit des Substrats 12 bewirken. Auf diese Weise bietet die Gegendruckwalze 32 eine effektivere Steuerung der Spannung des Substrats 12, während es sich innerhalb des Gleitbeschichtungsystems 20 bewegt, was eine erhöhte Gleichmäßigkeit der Beschichtung im Vergleich zu anderen Beschichtungstechniken ermöglicht. Die Gegendruckwalze 32 stützt auch das Substrat 12, so dass es die Gleichmäßigkeit des Abstands innerhalb des Beschichtungsspalts beibehält. Außerdem wird durch die gleichzeitige Auftragung verschiedener Flüssigkeitsschichten durch den Gleitbeschichter 34 eine Wechselwirkung von mehreren feuchten Oberflächen von mehreren Beschichtungsvorrichtungen vermieden und häufig eine erhöhte Gleichmäßigkeit der Beschichtung gefördert. Insbesondere kann die erhöhte Gleichmäßigkeit der Beschichtung eine Förderung einer gleichmäßigeren Dicke innerhalb der Aufzeichnungsschicht, z.B. der zweiten Flüssigkeitsschicht 66, bewirken, wodurch die Modulation des magnetischen Flusses in den fertigen magnetischen Aufzeichnungsmedien reduziert wird. Durch das Reduzieren der Fluktuation der Beschichtungsdicke kann die Modulation des magnetischen Flusses in dem hergestellten Aufzeichnungsmedium reduziert werden.
Eine Beschichtungszubereitung, die zur Verwendung als zweite Flüssigkeitsschicht 66 geeignet ist, kann eine Zusammensetzung und Eigenschaften haben, wie sie im folgenden beschrieben sind. Insbesondere umfasst das magnetische Aufzeichnungsmedium vorzugsweise wenigstens eine magnetische Schicht, die aus einer magnetischen Beschichtungszusammensetzung gebildet ist, welche ein Bindemittel und eine Menge von in dem Bindemittel dispergierten magnetischen Teilchen um fasst. Außer der durch die zweite Flüssigkeitsschicht 62 gebildeten wenigstens einen magnetischen Aufzeichnungsschicht kann ein magnetisches Aufzeichnungsmedium gemäß der Erfindung auch eine nichtmagnetische Schicht umfassen, die durch eine erste Flüssigkeitsschicht 64 aus einer nichtmagnetischen Beschichtungszusammensetzung, welche ein Bindemittel und gegebenenfalls nichtmagnetische Teilchen, die darin dispergiert sind, umfasst, sowie eine durch eine dritte Flüssigkeitsschicht 68 gebildete nichtmagnetische Schicht 68 gebildet ist.
Wie oben erwähnt, umfasst eine magnetische Beschichtungszusammensetzung, die für die Zubereitung der zweiten Flüssigkeitsschicht 66 geeignet ist, sowie eine nichtmagnetische Beschichtungszusammensetzung, die für die Zubereitung der ersten Flüssigkeitsschicht 64 geeignet ist, ein Bindemittel. Zu den geeigneten Bindemitteln, die in der Beschichtungszusammensetzung für die magnetische Schicht verwendet werden können, gehören zum Beispiel Vinylchlorid/Vinylacetat-Copolymere, Vinylchlorid/Vinylacetat/Vinylalkohol-Copolymere, Vinylchlorid/Vinylacetat/Maleinsäure-Polymere, Vinylchlorid/Vinylidenchlorid-Copolymere, Vinylchlorid/Acrylnitril-Copolymere, Acrylsäureester/Acrylnitril-Copolymere, Acrylsäureester/Vinylidenchlorid-Copolymere, Methacrylsäureester/Vinylidenchlorid-Copolymere, Methacrylsäureester/Styrol-Copolymere, thermoplastische Polyurethanharze, Phenoxyharze, Polyvinylfluorid, Vinylidenchlorid-Acrylnitril-Copolymere, Butadien/Acrylnitril-Copolymere, Acrylnitril/Butadien/Acrylsäure-Copolymere, Acrylnitril/Butadien/Methacrylsäure-Copolymere, Polyvinylbutyral, Polyvinylacetal, Cellulosederivate, Styrol/Butadien-Copolymere, Polyesterharze, phenolische Harze, Epoxyharze, duroplastische Polyurethanharze, Harnstoffharze, Melaminharze, Alkylharze, Harnstoff-Formaldehyd-Harze und dergleichen.
Die Bindemittel können in einem geeigneten nichtwässrigen Lösungsmittel, wie Methylenchlorid, Aceton, Methylethylketon, Methylisobutylketon, Ethylacetat, Butylacetat, Cyclohexanon, Butylalkohol, N,N-Dimethylformamid, Toluol und Gemischen davon bereitgestellt werden.
Zu den bevorzugten Bindemitteln gehören Polyurethane, nichthalogenierte Vinylcopolymere, halogenierte Vinylcopolymere und eine Kombination davon. Der hier verwendete Ausdruck "nichthalogeniert" bedeutet, dass das Copolymer keine kovalent gebundenen Halogenatome enthält. Der Ausdruck "nichthalogeniert" schließt also Vinylhalogenid-Monomere, wie Vinylchlorid oder Vinylidenchlorid, als monomere Komponenten des Copolymers aus, aber der Ausdruck "nichthalogeniert" schließt monomere Komponenten wie (Meth)acryloyloxyethyltrimethylammoniumchlorid, in denen Chlor als Chloridanion vorliegt, nicht aus. Die hier verwendete Vorsilbe "(Meth)acryl-" bedeutet "Methacryl-" oder "Acryl-". Der Ausdruck "Vinyl" in Bezug auf ein polymeres Material bedeutet, dass das Material Repetiereinheiten umfasst, die von Vinylmonomeren abgeleitet sind. Der in Bezug auf ein Vinylmonomer verwendete Ausdruck "Vinyl" bedeutet, dass das Monomer eine Struktureinheit enthält, die eine radikalisch polymerisierbare Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung aufweist. Monomere, die solche Struktureinheiten aufweisen, sind zur Copolymerisation miteinander über die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen in der Lage.
Ein geeignetes Polyurethan in der Erfindung ist ein Carboxylpolyurethan-Polymer, wie es im US-Patent Nr. 5,759,666 (Carlson et al.) beschrieben ist. Das Carboxylpolyurethan-Polymer umfasst typischerweise das Reaktionsprodukt eines Gemischs, das folgendes umfasst: (i) ein oder mehrere Polyisocyanate, (ii) ein carbonsäurefunktionelles Polyol und (iii) gegebenenfalls ein oder mehrere Polyole, die so definiert sind, dass das erstere carbonsäurefunktionelle Polyol ausgeschlossen ist, wobei die Zahl der vor der Reaktion in dem Gemisch vorhandenen isocyanatreaktiven Gruppen die Zahl der Isocyanatgruppen übersteigt und wenigstens etwa 0,2 meq Carbonsäuregruppen pro Gramm Carboxylpolyurethan-Polymer an dem Carboxylpolyurethan-Polymer vorhanden sind. Typischerweise hat das Reaktionsprodukt ein Zahlenmittel des Molekulargewichts von etwa 2000 bis etwa 50 000, vorzugsweise etwa 5000 bis etwa 30 000.
Der hier verwendete Ausdruck "Polyol" bezieht sich auf mehrwertige Alkohole, die im Mittel ein oder mehrere Hydroxygruppen enthalten, und umfasst einwertige Alkohole, Diole, Triole, Tetrole usw. Bevorzugte Polyole sind Diole, welche sowohl niedermolekulare (d.h. mit einem Zahlenmittel des Molekulargewichts von weniger als etwa 500) als auch oligomere Diole, die typischerweise ein Zahlenmittel des Molekulargewichts von etwa 500 bis etwa 5000 haben, umfassen. Repräsentative Beispiele für niedermolekulare Diole sind unter anderem Ethylenglycol, Propylenglycol, Diethylenglycol, Diole mit polaren funktionellen Gruppen, Diole, die ethylenische Unsättigung tragen (z.B. 3-Allyloxy-1,2-propandiol, 1-Glyceryl(meth)acrylat usw.), sowie fluorierte Diole. Repräsentative Beispiele für oligomere Diole sind unter anderem Polyetherdiole, Polyesterdiole, Polyethertriole und Polyestertriole.
Der Ausdruck "Polyisocyanat" bezieht sich auf eine beliebige organische Verbindung, die zwei oder mehr reaktive Isocyanatgruppen (d.h. NCO-Gruppen) in einem einzigen Molekül aufweist, das aliphatisch, alicyclisch, aromatisch und eine Kombination davon sein kann; dazu gehören Diisocyanate, Triisocyanate, Tetraisocyanate usw. und eine Kombination davon. Vorzugsweise werden Diisocyanate verwendet; dazu gehören Diphenylmethandiisocyanat, Isophorondiisocyanat, Toluoldiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat, Tetramethylxyloldiisocyanat, p-Phenylendiisocyanat und eine Kombination davon.
Ein weiteres geeignetes Polyurethan ist ein phosphoniertes Polyurethan, wie es im US-Patent Nr. 5,501,903 (Erkkila et al.) beschrieben ist. Vorzugsweise umfasst das phosphonierte Polyurethan Stickstoff als Bestandteil des Gerüsts des Polymers, eine Einfachbindung oder eine zweiwertige Verknüpfungsgruppe (vorzugsweise mit bis zu 4 linearen Kohlenstoffatomen) und zwei seitenständige Gruppen, die unabhängig aus der aus einer Alkylgruppe, Cycloalkylgruppe und Arylgruppe bestehenden Gruppe ausgewählt sind oder zusammen die notwendigen Kohlenstoffatome zur Vervollständigung eines Rings umfassen. Das phosphonierte Polyurethan wird vorzugsweise durch die Reaktion eines Weichsegmentdiols, bei dem die Hydroxygruppen durch eine flexible Kette voneinander getrennt sind (typischerweise mit einem Molekulargewicht von mehr als 300, umfasst zum Beispiel ein Polycaprolactondiol), eines Hartsegmentdiols, bei dem die Hydroxygruppen durch eine relativ unflexible Kette voneinander getrennt sind (typischerweise mit einem Molekulargewicht von weniger als 300, umfasst zum Beispiel Neopentylglycol), eines Triols (z.B. eines Polycaprolactontriols), eines Diisocyanats (z.B. Toluoldiisocyanat, 4,4-Diphenylmethandiisocyanat und Isophorondiisocyanat) und eines Dialkylphosphonats (z.B. Diethylbis(2-hydroxyethyl)aminomethylphosphonat) gebildet.
Ein Beispiel für ein geeignetes, quartäres Ammonium enthaltendes Polyurethan ist eine polymere quartäre Ammoniumverbindung, die im US-Patent Nr. 5,759,666 (Carlson et al.) beschrieben ist. Insbesondere haben polymere quartäre Ammoniumverbindungen vorzugsweise ein Zahlenmittel des Molekulargewichts von mehr als etwa 500 und sind vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt, die aus einem quartären Ammoniumpolyurethan, einem nichthalogenierten Vinylcopolymer mit quartären Ammoniumfunktionen und einer Kombination davon besteht.
Ein geeignetes Bindemittel kann eine quartäre Ammoniumfunktion umfassen. Der hier verwendete Ausdruck "quartäre Ammoniumfunktion" bezieht sich auf Struktureinheiten der Formel
In der obigen Formel ist die mit dem Sternchen bezeichnete Bindung entweder direkt oder indirekt über eine difunktionelle Verknüpfungsgruppe an das Gerüst des polymeren Bindeharzes gebunden; jedes R kann unabhängig irgendeine geeignete Struktureinheit oder ein Mitglied einer Ringstruktur sein und ist vorzugsweise N oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, wie -CH₃, und M ist irgendein geeignetes Gegenanion, wie Cl^–, BR^– oder dergleichen. Der Ausdruck "quartäre Ammoniumfunktion" würde auch Sulfobetaine (z.B. -N⁺(CH₃)₂(CH₂CH₂CH₂SO₃ )) umfassen.
In einer Ausführungsform ist das Polymer mit den quartären Ammoniumfunktionen ein nichthalogeniertes Vinylcopolymer, das als sogenannte "harte Harzkomponente" mit einer relativ hohen Glasübergangstemperatur (T_g) in das polymere Bindemittel eingebaut wird.
In einer anderen Ausführungsform ist das nichthalogenierte Vinylcopolymer von dem Typ, der eine Menge von seitenständigen quartären Ammoniumgruppen, eine Menge von seitenständigen vernetzbaren Struktureinheiten, wie OH-Gruppen, oder Struktureinheiten mit Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen und eine Menge von seitenständigen Nitrilgruppen umfasst. Ohne uns auf eine bestimmte Theorie festlegen zu wollen, glauben wir, dass die Nitrilgruppen die Verträglichkeit dieser Vinylcopolymere mit Polyurethanen fördern können. Wir glauben auch, dass die seitenständigen Hydroxygruppen des Vinylcopolymers nicht nur die Dispersion des magnetischen Pigments im polymeren Bindemittel erleichtern, sondern auch die Löslichkeit, Härtung und Verträglichkeit mit anderen Polymeren fördern. Die quartären Ammoniumgruppen des Vinylcopolymers erleichtern die Dispersion des magnetischen Pigments in dem polymeren Bindemittel.
In noch einer anderen Ausführungsform ist das Polymer mit den quartären Ammoniumfunktionen ein quartäres Ammoniumpolyurethan, das wenigstens eine quartäre Ammoniumgruppe aufweist, die seitenständig an eine Polyurethankette mit einem Molekulargewicht von mehr als etwa 500 gebunden ist.
Ein weiteres geeignetes nichthalogeniertes Vinylcopolymer ist eines, das eine Menge von seitenständigen Nitrilgruppen, eine Menge von seitenständigen Hydroxygruppen und wenigstens eine seitenständige Dispersionsgruppe aufweist, wie es zum Beispiel in den US-Patenten Nr. 5,501,903 (Erkkila et al.) und 5,510,187 (Kumar et al.) beschrieben ist. Das nichthalogenierte Vinylcopolymer, das eine Menge von seitenständigen Nitrilgruppen, eine Menge von seitenständigen Hydroxygruppen und wenigstens eine seitenständige Dispersionsgruppe aufweist, ist vorzugsweise ein nichthalogeniertes Vinylcopolymer von Monomeren, die 5 bis 40, vorzugsweise 15 bis 40, Gewichtsteile (Meth)acrylnitril, 30 bis 80 Gewichtsteile eines oder mehrerer nichthalogenierter, nichtdispergierender Vinylmonomere, 1 bis 30 Gewichtsteile eines nichthalogenierten hydroxyfunktionellen Vinylmonomers und 0,25 bis 10 Gewichtsteile eines nichthalogenierten Vinylmonomers, das eine Dispersionsgruppe trägt, umfassen. Die Dispersionsgruppe kann aus quartärem Ammonium, Carbonsäure oder ihrem Salz, Phosphor- oder Phosphonsäure oder ihrem Salz, Schwefel- oder Sulfonsäure oder ihrem Salz und Gemischen davon ausgewählt sein. Wenn es sich bei der Dispersionsgruppe um quartäres Ammonium handelt, ist das Vinylmonomer, das eine Dispersionsgruppe trägt, vorzugsweise (Meth)acryloyloxyethyltrimethylammoniumchlorid.
Vorzugsweise ist das nichthalogenierte nichtdispergierende Vinylmonomer ausgewählt aus Styrol, einem Alkylester von (Meth)acrylsäure, wobei die Alkylgruppe des Alkylesters 1 bis 20 Kohlenstoffatome aufweist, und einem Gemisch, das Styrol und einen solchen Alkylester (z.B. Methyl(meth)acrylat, besonders bevorzugt Methylmethacrylat) umfasst, wobei das Gewichtsverhältnis von Styrol zu dem Alkylester im Bereich von 10:90 bis 90:10 liegt.
Halogenierte Vinylcopolymere sind bedeutsamerweise ebenfalls geeignet und können durch Gleitbeschichtung gemäß der Erfindung aufgetragen werden. Dazu gehören Vinylchloridharze, Vinylchlorid-Vinylacetat-Harze, Vinylchlorid/Vinylacetat/Vinylalkohol-Harze, Vinylchlorid/Vinylacetat/Maleinsäureanhydrid-Harze und eine Kombination davon, wie sie im US-Patent Nr. 5,763,046 (Ejiri et al.) beschrieben sind. Vorzugsweise umfassen diese Harze auch eine oder mehrere polare Gruppen, die daran gebunden sind. Zu den bevorzugten polaren Gruppen gehören SO₃M¹, COOM¹, OSO₃M¹, P=O(OM²)OM³, -OP=O(OM²)OM³, -NRX, OH, NR₁, N⁺R₂ (wobei R eine Kohlenwasserstoffgruppe ist), eine Epoxygruppe, SH und CN. Ein besser geeigneter Typ von Vinylchloridharz ist ein Vinylchlorid-Copolymer, das Epoxygruppen enthält, z.B. ein Copolymer, das eine Vinylchlorid-Repetiereinheit, eine epoxyhaltige Repetiereinheit und falls gewünscht eine polare Gruppen enthaltende Einheit (z.B. -SO₃M, -OSO₃M, -COOM und -PO(OM)², wobei M Wasserstoff oder ein Alkalimetall ist) enthält. Von diesen sind ein Copolymer, das eine Epoxygruppe als Repetiereinheit enthält, und eine Repetiereinheit, die -SO₃Na enthält, besonders gut geeignet.
Die oben genannten Polymere können durch in der Technik bekannte Polymerisationsverfahren hergestellt werden; dazu gehören unter anderem radikalische Massen-, Lösungs-, Emulsions- und Suspensionspolymerisationsverfahren. Zum Beispiel werden Copolymere gemäß dem Lösungspolymerisationsverfahren hergestellt, indem man die gewünschten Monomere in einem geeigneten Lösungsmittel löst, ein Kettenübertragungsmittel, einen radikalischen Polymerisationsstarter und andere in der Technik bekannte Additive hinzufügt, die Lösung in einer inerten Atmosphäre, wie Stickstoff oder Argon, einschließt und dann das Gemisch bei einer zur Aktivierung des Starters ausreichenden Temperatur rührt.
Eine Vielzahl von Additiven, die dem Fachmann bekannt sind, können in die hier beschriebenen Dispersionen und Beschichtungen eingebaut werden. Die Dispersionen und Beschichtungen können weiterhin Additive umfassen; dazu gehören unter anderem diejenigen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Vernetzern, Kopfreinigungsmitteln, Gleitmitteln, Ruß, Dispergiermitteln und Netzmitteln besteht.
Falls gewünscht, kann eine Bindemittelzusammensetzung zum Beispiel auch einen Vernetzer umfassen. Ein bevorzugter Typ von Vernetzer ist ein Polyisocyanat-Vernetzer, der auf dem Gebiet der magnetischen Aufzeichnungsmedien bekannt ist, und bis zu einer Glasübergangstemperatur von über etwa 100°C härtet und verwendet werden kann, um Schichten mit hoher Glasübergangstemperatur und Härte herzustellen. Ein besonders gut geeigneter Typ von Polyisocyanatvernetzer ist das Reaktionsprodukt eines Überschusses eines Diisocyanats mit Diolen und Triolen mit niedrigem Zahlenmittel des Molekulargewichts (unter etwa 200). Ein typischer und verbreitet verwendeter Härter umfasst zum Beispiel das Addukt von Toluoldiisocyanat mit einem Gemisch von Trimethylolpropan und einem Diol, wie Butandiol oder Diethylenglycol. Ein bevorzugtes Material dieses Typs ist unter der Handelsbezeichnung Mondur CB-55N von der Bayer Corporation erhältlich. Weitere geeignete Vernetzer für ein hohes T_g sind unter den Handelsbezeichnungen Mondur CB-601, Mondur CB-701, Mondur MRS und Desmodur L (alle von der Bayer Corporation erhältlich) und Coronate L (von Nippon Polyurethane erhältlich) erhältlich. Weitere Isocyanat-Vernetzer sind im US-Patent Nr. 4,731,292 (Sasaki et al.) beschrieben.
Ein zähgemachter Polyisocyanat-Vernetzer, der zu einem zähen und flexiblen und nicht zu einem spröden Film aushärtet, kann wünschenswert sein. Geeignete zähgemachte Polyisocyanat-Vernetzer sind im US-Patent Nr. 5,759,666 (Carlson et al.) beschrieben und werden als Reaktionsprodukt eines Überschusses eines Polyisocyanats mit Polyolen erhalten, die 10–80 Gew.-% eines oligomeren Polyols enthalten, das als zähmachendes Segment wirkt. Die oligomeren Polyole, die zur Herstellung von zähgemachten Polyisocyanat-Härtern geeignet sind, haben ein Zahlenmittel des Molekulargewichts von etwa 500 bis etwa 5000 und eine Glasübergangstemperatur von unter etwa 0°C, vorzugsweise unter etwa –20°C. Die oligomeren Polyole sind vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt, die aus Polyesterdiolen, Polyestertriolen, Polyetherdiolen, Polyethertriolen, Polycarbonatdiolen, Polycarbonattriolen und Gemischen davon besteht.
Einer der bevorzugten Vernetzen in Form eines zähgemachten Polyisocyanats wird aus dem Reaktionsprodukt von CB-55N (oben beschrieben) mit 45 Gewichtsprozent eines Polycaprolactondiols mit einem Zahlenmittel des Molekulargewichts von 1300 hergestellt. Diese Modifikation von CB-55N ergibt eine schnellere Härtung und eine zähere Beschichtung. Bei Zubereitungen in den Dispersionen und Beschichtungen der Erfindung werden vorzugsweise zwischen etwa 20 und etwa 60 Gew.-%, am meisten bevorzugt etwa 30 bis etwa 50 Gew.-%, des zähgemachten Polyisocyanathärters verwendet, bezogen auf das Gewicht der Feststoffe der Zubereitung ausschließlich Teilchen.
Wie oben erwähnt, sind weitere Additive beispielsweise Kopfreinigungsmittel, Gleitmittel, Ruß, Dispergiermittel und Netzmittel. Es wird in Betracht gezogen, dass Gleitmittel, wie die in den US-Patenten Nr. 4,731,292 (Sasaki et al.), 4,784,907 (Matsufuji et al.) und 5,763,076 (Ejiri et al.) offenbarten, hinzugefügt werden könnten, um gewünschte Reibungs- und Verarbeitungseigenschaften zu erhalten. Beispiele für geeignete Gleitmittel sind unter anderem solche, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus C₁₀- bis C₂₂-Fettsäuren, C₁- bis C₁₈-Alkylestern von Fettsäuren und Gemischen davon besteht. Weitere Beispiele für geeignete Gleitmittel sind solche, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Silikonverbindungen, wie Silikonölen, Fluorchemikalien-Gleitmitteln, Fluorsilikonen und teilchenförmigen Gleitmitteln, wie Pulvern aus anorganischen Materialien oder Kunststoffen, besteht. Zu den bevorzugten Gleitmitteln gehören solche, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Myristinsäure, Stearinsäure, Palmitinsäure, Isocetylstearat, Oleinsäu re und Butyl- und Amylestern davon besteht. Typischerweise werden Gemische von Gleitmitteln verwendet, insbesondere Gemische von Fettsäuren und Fettsäureestern.
Die Dispersion kann weiterhin etwa 1 bis etwa 10 Gew.-% eines Netzmittels umfassen, bezogen auf das Gewicht der magnetischen Teilchen. Zu den geeigneten Netzmitteln gehören unter anderem solche, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Phosphorsäureestern, wie monophosphorylierten Propylenoxidaddukten von Glycerin, z.B. dem Reaktionsprodukt von 1 mol Phosphoroxidchlorid mit dem Reaktionsprodukt von 10–11 mol Propylenoxid und 1 mol Glycerin, besteht.
Beispiele für geeignete Kopfreinigungsmittel sind unter anderem solche, die in den US-Patenten Nr. 4,784,914 (Matsufuji et al.) und 4,731,292 (Sasaki et al.) offenbart sind. Beispiele für solche Kopfreinigungsmittel sind unter anderem solche, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Aluminiumoxid-, Chromdioxid-, alpha-Eisenoxid- und Titandioxidteilchen mit einer Größe von weniger als etwa 2 μm, vorzugsweise weniger als 0,5 μm, die eine Mohs-Härte von mehr als etwa 5 haben und die in einer Menge hinzugefügt werden, die im Bereich von etwa 0,2 bis etwa 20 Teile pro hundert Teile magnetischer Teilchen liegt, besteht.
Wie oben erwähnt, enthält eine magnetische Schicht eine Menge von magnetischen Teilchen. Vorzugsweise sind die magnetischen Teilchen azikuläre oder nadelartige magnetische Teilchen. Die mittlere Länge dieser Teilchen entlang der Hauptachse ist vorzugsweise kleiner als etwa 0,3 μm und besonders bevorzugt kleiner als etwa 0,2 μm. Die Teilchen haben vorzugsweise ein Achsenverhältnis, d.h. ein Verhältnis von Länge zu Durchmesserdicke, von bis zu etwa 5 oder 6 zu 1. Bevorzugte Teilchen haben eine spezifische Oberfläche von wenigstens etwa 30 m²/g, besonders bevorzugt wenigstens etwa 40 m²/g. Zu den typischen azikulären Teilchen dieser Art gehören zum Beispiel Teilchen aus ferri- und ferromagnetischen Eisenoxiden, wie gamma-Eisenoxid (γ-Fe₂O₃), komplexe Oxide von Eisen und Cobalt, verschiedene Ferrite und metallische Eisenteilchen. Alternativ dazu können auch kleine tafelförmige Teilchen, wie Bariumferrite und dergleichen, eingesetzt werden. Die Teilchen können mit einem oder mehreren Ionen eines mehr wertigen Metalls, wie Titan, Zinn, Cobalt, Nickel, Zink, Mangan, Chrom oder dergleichen, dotiert sein, wie in der Technik bekannt ist. Die magnetischen Teilchen können in der Dispersion in einer Menge von etwa 50 bis etwa 90 Gew.-%, vorzugsweise etwa 60 bis etwa 80 Gew.-%, vorhanden sein.
Ein bevorzugtes Teilchen ist ein Teilchen einer magnetischen Legierung mit hohen Koerzitivkräften und einer hohen Sättigungsmagnetisierung, das vorzugsweise etwa 15 bis 45 Atomprozent, vorzugsweise 20 bis 45 Atomprozent, Co umfasst, bezogen auf die Menge des vorhandenen Fe (d.h. 100 × (Atome Co/Atome Fe)). Vorzugsweise haben diese Legierungsteilchen Koerzitivkräfte von mehr als etwa 1800 Oersted (Oe), besonders bevorzugt etwa 1800 bis etwa 2500 Oe und ganz besonders bevorzugt etwa 2000 bis etwa 2400 Oe. Die Sättigungsmagnetisierung der Legierungsteilchen ist vorzugsweise größer oder gleich 130 emu/g und besonders bevorzugt größer als 135 emu/g. Solche Metalllegierungsteilchen können nach dem Verfahren hergestellt werden, das im US-Patent Nr. 5,735,969 (Lown et al.) beschrieben ist, und sind zum Beispiel von Dowa Mining, Kanto Denka und Toda Kogyo Corporation kommerziell erhältlich.
Magnetische Teilchen zur Verwendung in der Erfindung können wenigstens ein erstes Oberflächenbehandlungsmittel enthalten, das wünschenswerterweise auf den Oberflächen des magnetischen Pigments adsorbiert ist. Das Oberflächenbehandlungsmittel ist eine Verbindung, die wenigstens eine saure Gruppe und wenigstens eine elektronenziehende Gruppe umfasst. Vorteilhafterweise verbessert die Verwendung eines Oberflächenbehandlungsmittels zusammen mit dieser Art von mehrfacher Funktionalität die Dispergierbarkeit von magnetischen Pigmenten in polymeren Bindemitteln mit quartären Ammoniumfunktionen. Als Ergebnis sind die entsprechenden magnetischen Aufzeichnungsmedien leichter herzustellen und haben bessere elektromagnetische und mechanische Leistungseigenschaften, als wenn in dem Oberflächenbehandlungsmittel die Säure- oder die elektronenziehende Funktion oder beide fehlen würden.
Eine Vielzahl von sauren Gruppen kann mit günstigen Ergebnissen als saure Gruppe für das Oberflächenbehandlungsmittel dieser Erfindung verwendet werden.
Repräsentative Beispiele für geeignete saure Gruppen sind eine Anhydridgruppe, eine COOH-Gruppe, eine Sulfonsäure- oder Phosphonsäuregruppe, Salze solcher Gruppen, Kombinationen derselben und dergleichen. Von diesen ist -COOH in Kombination mit magnetischen Metallteilchenpigmenten zur Zeit am meisten bevorzugt. Bei der praktischen Durchführung der Erfindung wird ein Salz einer sauren Gruppe ebenfalls als saure Gruppe innerhalb des Umfangs der Erfindung angesehen.
Der hier verwendete Ausdruck "elektronenziehende" Gruppe ist eine Gruppe, die, wenn man sie an die Stelle eines Wasserstoffatoms (außer dem sauren H) an einer Carbonsäure setzt, der Säure ein niedrigeres pK_a verleiht, d.h. die funktionelle Gruppe hat eine Hammett-Substituentenkonstante von mehr als 0,1, wie es in Introduction to Organic Chemistry, Andrew Streitwieser Jr. und Clayton H. Heathcock, McMillan Publishing Co., Inc. (NY, NY 1976), S. 947–949, beschrieben ist. Repräsentative Beispiele für elektronenziehende Gruppen sind Nitro, Chlor, Brom, Fluor, Iod, Oxo, Perfluoralkyl (wie Trifluormethyl), Perfluoralkoxy, Hydroxy, Cyano, Kombinationen derselben und dergleichen.
Die magnetische Schicht enthält wünschenswerterweise eine ausreichende Menge des Oberflächenbehandlungsmittels, die eine leichtere Dispersion bewirkt und dabei hilft, die Agglomeration des magnetischen Pigments während der Herstellung des magnetischen Aufzeichnungsmediums dieser Erfindung zu verhindern. Die optimale Menge des Oberflächenbehandlungsmittels hängt von einer Anzahl von Faktoren ab einschließlich des Säureäquivalentgewichts des Oberflächenbehandlungsmittels, der spezifischen Oberfläche des oberflächenbehandelten magnetischen Pigments, des pH-Werts des behandelten magnetischen Pigments und dergleichen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Oberflächenbehandlungsmittel eine Verbindung mit der Formel E–X–A, wobei E die elektronenziehende Gruppe ist, A die saure Gruppe ist und X eine aromatische Struktureinheit umfasst. Vorzugsweise ist X ein aromatischer Ring, und E und A sind Substituenten des aromatischen Rings in meta- oder para-Position zueinander. Besonders bevorzugt befinden sich E und A in para-Position zueinander. Aufgrund des größeren Abstands zwischen den E- und A-Gruppen ist das Oberflächenbehandlungsmittel viel effektiver, wenn sich E und A in meta- oder para-Position zueinander befinden, im Vergleich zur Leistungsfähigkeit des Mittels, wenn sich E und A in ortho-Position zueinander befänden.
Vorzugsweise wird die Menge der magnetischen Teilchen zuerst als konzentrierte Dispersion magnetischer Teilchen hergestellt, bevor sie zu dem Bindemittel gegeben wird. Die konzentrierte Dispersion der magnetischen Teilchen kann mit Verfahren hergestellt werden, die dem Fachmann auf dem Gebiet der Dispersionen bekannt sind. Die Dispersion kann durch Verwendung einer Dispergiermaschine hergestellt werden, zum Beispiel einer Hochgeschwindigkeits-Schneidmühle, einer Reibemühle oder einer Sandmühle.
Die konzentrierte Dispersion der magnetischen Teilchen kann mit einem geeigneten nichtwässrigen organischen Lösungsmittel verdünnt werden, um eine magnetische Beschichtungszusammensetzung herzustellen. Typischerweise ist in dem nichtwässrigen organischen Lösungsmittel ein Bindemittel gelöst oder dispergiert, wie es oben beschrieben ist. Zu den Lösungsmitteln, die für die Verdünnung der konzentrierten magnetischen Dispersion geeignet sind, gehören Ketone, wie Aceton, Methylethylketon, Methylisobutylketon, Cyclohexanon, Isophoron, Ester, wie Methylacetat, Ethylacetat, Butylacetat, Isobutylacetat, Isopropylacetat, Ethyllactat, Glycolmonoethyletheracetate, Ether, wie Diethylether, Tetrahydrofuran, Glycoldimethylether, Dioxan, aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Benzol, Toluol, Xylol, Kresol, Chlorbenzol, Styrol, chlorierte Kohlenwasserstoffe, wie Methylenchiorid, Ethylenchlorid, Tetrachlorkohlenstoff, Chloroform, Ethylenchlorhydrin, Dichlorbenzol, N,N-Dimethylformamid und Hexan.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann es wünschenswert sein, das hier beschriebene Bindemittel in eine Beschichtungszusammensetzung einzubauen, die keine magnetischen Eigenschaften zu haben braucht, wie eine Grundier/Haftvermittlerschicht, eine Aktivatorschicht, eine Bindeschicht (die sich typischerweise zwischen der magnetischen Schicht und dem Substrat befindet) und eine Deckschicht. Zum Beispiel kann eine Beschichtungszusammensetzung zur Bildung einer Bindeschicht, wie einer ersten Flüssigkeitsschicht 60, nichtmagnetisierbare Teilchen umfassen, wie zum Beispiel solche, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Ruß, alpha-Eisenoxid, Aluminiumoxid, Titandioxid, Zinkoxid, Silicagel, Calciumcarbonat, Bariumsulfat und Gemischen davon besteht.
Eine Vielzahl von Additiven, wie die oben aufgeführten, kann auch in eine nichtmagnetische Schicht wie eine dritte Flüssigkeitsschicht 64 eingebaut werden. Ein geeignetes Additiv kann Kopfreinigungsmittel, Gleitmittel, Ruß, Dispergiermittel, Netzmittel und dergleichen umfassen.
Beispiel
Alle Materialien, die in diesem Beispiel verwendet werden, sind leicht von kommerziellen Standardquellen erhältlich, wenn nichts anderes angegeben ist. Alle Prozentwerte sind gewichtsbezogen, wenn nichts anderes angegeben ist. Beschichtungszubereitungen wurden sowohl für eine erste Flüssigkeitsschicht als auch für eine zweite Flüssigkeitsschicht hergestellt, um sie unter Bildung eines magnetischen Aufzeichnungsmediums auf ein Substrat aufzutragen. Die erste Flüssigkeitsschicht diente als Bindeschicht für die Auftragung auf das Substrat. Die zweite Flüssigkeitsschicht wurde auf der Bindeschicht abgeschieden und bildete eine Aufzeichnungsschicht. Die erste Flüssigkeitsschicht (die Bindeschicht) wurde mit der folgenden Zusammensetzung gebildet:
Das alpha-Eisenoxid wurde in einer Länge von 0,15 μm von der Toda Kogyo Corp. erhalten. Das BP 2000 (Black Pearls 2000) wurde von der Cabot Corporation erhalten. Die Myristinsäure und das Butylstearat wurden beide von der Henkel Canada Ltd. erhalten.
Die zweite Flüssigkeitsschicht diente als Aufzeichnungsschicht und wurde mit der folgenden Zubereitung gebildet:
Das magnetische Pigment wurde von der Dowa Mining Co. Ltd. erhalten. Die 4-Nitrobenzoesäure wurde von der Nordic Synthesis AB erhalten. Das Aluminiumoxid wurde von der Ceralox Division of Condea Vista erhalten.
Mehrere Proben der obigen flüssigen Beschichtungszubereitungen wurden auf ein Substrat aufgetragen, um ein magnetisches Aufzeichnungsmedium zu bilden. Nach dem Trocknen zeigte die magnetische Aufzeichnungsschicht die unten in Tabelle 1 angegebenen Merkmale.
Tabelle 1
In Tabelle 1 bezieht sich "Beschichter" auf die Art des Beschichters, der bei der Bildung des magnetischen Aufzeichnungsmediums verwendet wurde, d.h. Gleit- oder Düsenbeschichter. In diesem Beispiel wurde ein Gleitbeschichter verwendet, der dem in 5 abgebildeten ähnlich war. In Tabelle 1 bezieht sich Hc auf die gemessene Koerzitivkraft der Aufzeichnungsschicht, SFD bezieht sich auf die Schaltfeldverteilung, SQ-Verhältnis bezieht sich auf die Rechteckigkeit der Hysteresekurve und somit auf das Verhältnis von Restmagnetisierung zu Koerzitivkraft, Tmag bezieht sich auf die mittlere Dicke der magnetischen Aufzeichnungsschicht in Aufzeichnungsrichtung in μm, MR Delta bezieht sich auf die Variation der Restmagnetisierung entlang der Aufzeichnungsrichtung, und Sigma bezieht sich auf die Standardabweichung der Restmagnetisierung.
Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, zeigte die resultierende magnetische Aufzeichnungsschicht eine Eigenschaft der Modulation des magnetischen Flusses (Mr Delta) mit einer Abweichung von kleiner oder gleich 0,07 für die Proben 1 und 2 und kleiner als 0,06 für die Proben 3, 4 und 5. Tatsächlich erzeugte Probe 4 eine Standardab weichung von weniger als 0,05, und Probe 5 erzeugte eine Standardabweichung von weniger als 0,04.
6 ist ein Blockdiagramm eines magnetischen Aufzeichnungssystems 76, das ein magnetisches Aufzeichnungsmedium 10 enthalten kann, wie es hier beschrieben ist. Insbesondere kann das magnetische Aufzeichnungssystem 76 ein Magnetband enthalten, das eine reduzierte Eigenschaft der Modulation des magnetischen Flusses aufweist. Wie in 6 gezeigt ist, kann das magnetische Aufzeichnungssystem 76 ein Bandantriebsgehäuse 78 umfassen, das eine Bandkartusche aufnimmt. Die Bandkartusche 80 enthält einen Bandwickelkern 82, der Magnetband an einen Aufnahmewickelkern 86 innerhalb des Bandantriebsgehäuses 78 liefert. Das Band 84 kann sich entlang eines Bandweges bewegen, der durch eine Menge von Bandführungen 88A–88D definiert ist.
Der Bandweg bringt das Band 84 in die Nähe eines Magnetkopf/Schreibkopf-Systems 90. Das Kopfsystem 90 umfasst einen Schreibkopf, der Magnetisierungen entlang von Spuren auf dem Band 84 bildet, um Daten zu speichern. Außerdem umfasst das Kopfsystem 90 einen Lesekopf, der die Magnetisierungen von dem Band 84 abliest, um die Daten wiederaufzufinden. Ein Steuerelement 92 steuert den Betrieb eines Stromantriebskreises, der das Kopfsystem 90 antreibt. Das Steuerelement 92 kommuniziert über eine Computer-Schnittstelle 96, z.B. PCI, USB, SCSI, IEEE 1394 oder dergleichen, mit einem Wirtscomputer 94. Im Betrieb kann das magnetische Aufzeichnungssystem 76 von einer erhöhten Leistungsfähigkeit als Ergebnis der reduzierten Restmagnetisierung und eines erhöhten Signal-Rausch-Verhältnisses des Magnetbandes 84, wie es hier beschrieben ist, profitieren.

Claims

Magnetisches Aufzeichnungsmedium, umfassend: ein Substrat; und eine über dem Substrat gebildete magnetische Aufzeichnungsschicht; wobei die magnetische Aufzeichnungsschicht eine Eigenschaft der Modulation des magnetischen Flusses mit einer Standardabweichung von kleiner oder gleich ungefähr 0,06 hat.
Medium gemäß Anspruch 1, das weiterhin eine zwischen dem Substrat und der magnetischen Aufzeichnungsschicht gebildete Trägerschicht umfasst.
Medium gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die magnetische Aufzeichnungsschicht eine mittlere Dicke von kleiner oder gleich ungefähr 0,15 μm hat.
Medium gemäß Anspruch 3, wobei die magnetische Aufzeichnungsschicht eine Koerzitivkraft von mehr als 2400 Oersted hat.
Medium gemäß Anspruch 3, wobei das magnetische Aufzeichnungsmedium ein Magnetaufzeichnungsband ist und die magnetische Aufzeichnungsschicht magnetische Metallteilchen umfasst, die in einem polymeren Bindemittel dispergiert sind.
Medium gemäß Anspruch 3, wobei die magnetische Aufzeichnungsschicht eine Eigenschaft der Modulation des magnetischen Flusses mit einer Standardabweichung von kleiner oder gleich ungefähr 0,05 hat.