DE3202899A1

DE3202899A1 - Aufzeichnungstraeger mit hoher informationsdichte

Info

Publication number: DE3202899A1
Application number: DE19823202899
Authority: DE
Inventors: Pabitra 08512 Cranbury N.J. Datta; Eugene Samuel 08046 Willingboro N.J. Poliniak
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1981-02-05
Filing date: 1982-01-29
Publication date: 1982-10-28
Also published as: GB2092613A; JPS57147597A; US4330583A; GB2092613B; FR2499283A1

Description

_ 4 —

Die Erfindung betrifft einen Aufzeichnungsträger mit hoher Informationsdichte zum Wiedergeben gespeicherter Signale aus einem Bandbreitenbereich von wenigstens einigen Megahertz mit Hilfe einer Abspielnadel bei vorgegebener Relativgeschwindigkeit zwischen Nadel und Träger, der als Platte oder dergleichen aus leitendem Material mit einer ein für die Wiedergabe von Signalen des Bandbreitenbereichs bei Einstellung der Relativgeschwindigkeit zwischen Träger und Nadel angepaßt geformte Flächenmuster enthaltenden Informationsspur ausgebildet und mit einer Methylalkylsiloxan-Schmiermittelschicht mit einer Zusammensetzung der Formel

SiO

CH.

SiO

CH-

SiO

Si (CH₃)3

bedeckt ist, wobei R₁ und R_? Alkylgruppen mit 4 bis 20 Kohlenstoffatomen, χ eine ganze Zahl von 2 bis 4 sowie y eine ganze Zahl von 0 bis 2 bedeuten und die Summe von χ und y kleiner oder gleich 4 ist.

In der US-PS 38 42 194 wird ein System zum kapazitiven Aufzeichnen und Wiedergeben einer Information, insbesondere einer Ton-, Bild- und/oder Farbinformation, beschrieben. Der Aufzeichnungsträger mit hoher Informationsdichte enthält das Signal in Form eines Oberflächenmusters in einer Informationsspur, z.B. in einer Spiralrille, an der Oberfläche des insbesondere als Platte ausgebildeten Trägers. Dieser wird mit einer als erste Elektrode eines

Kondensators wirkenden Metallschicht leitend gemacht und dann mit einer Isolierschicht bedeckt. Die Aufzeichnung wird mit Hilfe einer als zweite Elektrode des Kondensators dienenden Nadelelektrode abgespielt. Da der Träger mit relativ hoher Geschwindigkeit in der Größenordnung von 450 Umdrehungen pro Minute rotiert, kann die Reibung zwischen Nadel und Trägeroberfläche zu einer übermäßigen Nadelabnutzung führen. Es wird daher ein Schmiermittel auf die Oberfläche des Trägers aufgebracht.

Eine in diesem Sinne brauchbare Schmiermittelklasse wird in der US-PS 38 33 408 offenbart. Die Schmiermittel besitzen die allgemeine Formel

CH₃

(CH₃J₃SiO -f SiO

Si(CH₃J₃

η R

in welcher R eine Alkylgruppe mit 4 bis 20 Kohlenstoffatomen und η eine ganze Zahl bedeuten.

Seit der ursprünglichen Entwicklung wurde der Aufzeichnungsträger nach der US-PS 38 42 194 durch Herstellung aus einem leitenden Kunststoffmaterial verbessert. Dadurch entfällt das Erfordernis getrennt aufzubringender leitender Metall- und Isolierschichten. Das Material des Trägers kann beispielsweise leitende Teilchen enthalten. Auch das Schmiermittelsystem wurde verbessert. Durch Reinigen und Fraktionieren konnten sowohl die Wiedergabequalität als auch die Lagerstabilität verbessert werden. Das fraktionierte Schmiermittel besitzt die Formel

SiO

CH.

SiO

CH.

SiO

Si(CH,)

in der FL und R_? Alkylgruppen mit 4 bis 20 Kohlenstoffatomen, χ eine ganze Zahl von 2 bis 4 sowie y eine ganze Zahl von 0 bis 2 bedeuten, und in der die Summe von χ und y höchstens 4 beträgt. Dieses verbesserte Schmiermittel besitzt eine höhere Langzeitstabilität und führt zu einer besseren Wiedergabe beim ersten Abspielen (vgl.US- PS 42 75 101).

Die Oberfläche des geschmierten, leitenden Aufzeichnungsträgers ist aber noch empfindlich gegenüber Feuchtigkeit. Wenn der Aufzeichnungsträger längere Zeit ungeschützt der Umgebung, insbesondere bei relativ hoher Luftfeuchtigkeit, ausgesetzt wird, entsteht eine dünne Schicht organischer und anorganischer, wasserlöslicher Salze auf der Trägeroberfläche. Hierdurch kann die Nadel beim Abspielen abgehoben und dementsprechend das Signal unterbrochen werden. Dieser Signalverlust wird als "Trägerausfall" bezeichnet. Der Trägerausfall konnte zwar durch sorgfältiges Reinigen und Trocknen der Trägeroberfläche also durch Entfernen der auf der Oberfläche beim Pressen gebildeten wasserlöslichen Materialien etwas gemildert werden, mit der Zeit bilden sich aber, insbesondere in Gegenwart von Wasserdampf, zusätzliche wasserlösliche Materialien und von außen kommende Ablagerungen auf der Trägeroberfläche.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Langzeitstabilität der Plattenoberfläche gegenüber Feuchtigkeit weiter zu verbessern. Die erfindungsgemäße Lösung besteht für den eingangs genannten, eine Methylalkylsiloxan-Schmiermittelschicht aufweisenden Aufzeichnungsträger darin, daß dem Schmiermittel eine hydroxylierte Aminverbindung der Formel

^R3

N — ■ R₄

^R5

hinzugefügt ist, worin bedeuten: R Wasserstoff, niedriges Alkyl oder Hydroxalkyl; R. = RgA, mit R, als
gruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen und A als Hydroxyl oder Carboxyl; R = RA mit R₇ als geradkettige Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen oder R₅ = R₇-A-B-R₈ mit B = einem Koppelglied, wie -0- oder -C=C-, und R_g = eine Alkylgruppe mit etwa 6 bis 25 Kohlenstoffatomen.

Durch das erfindungsgemäße Dotieren bzw. Verfeinern des für Aufzeichnungsträger hoher Informationsdichte vorgesehenen Schmiermittels mit einem hydroxylierten Amin werden die Langzeitstabilität der Aufzeichnungen, insbesondere gegenüber Feuchtigkeit, erhöht und die Trägerausfallzeit vermindert. Die hydroxylierten Amine können dabei auch in Form ihres korrespondierenden quaternären Salzes vorliegen, beispielsweise nach der Formel

A R₃

R - B - R₇ -% - (R₄OH)₂ Χ^θ

in der X~ ein Halogen, -CH₃SO₄ od.dgl. sein kann. Auch Mischungen eines Amins mit dessen quaternärem Salz können angewendet werden.

Das hydroxylierte Amin-Additiv kann in einem Lösungsmittel gelöst und entweder in einem getrennten Schritt oder gemischt mit einer Lösung des Schmiermittels - vorausgesetzt die Lösungen sind miteinander mischbar - auf die Oberfläche des Aufzeichnungsträgers aufgebracht werden. Die genaue Menge an auf die Oberfläche des Aufzeichnungsträgers aufzubringendem hydroxyliertem Amin ist nicht kritisch, es muß jedoch eine ausreichende Menge des Additivs zum Vermindern der Wasserempfindlichkeit des leitenden Trägers vorgesehen werden. Im allgemeinen sind mindestens - bezogen auf das Gewicht des Schmiermittels in der Lösung - etwa 5% an hydroxyliertem Amin erforderlich. Insbesondere haben sich bezogen auf das Schmiermittelgewicht etwa 10 bis 40 Gew.% hydroxyliertes Amin als wirksam erwiesen.

Die Einzelheiten der Wirkung des erfindungsgemäßen Additivs im Sinne der Verbesserung der Wiedergabekennwerte von Aufzeichnungsträgern mit hoher Informationsdichte sind nicht bekannt. Es kann sein, daß das eine polare Endgruppe, z.B. eine Hydroxy- oder Amin-Endgruppe besitzende Additiv mit freien Radikalen an der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers reagiert und dadurch Reaktionen als Folge der Oxydation mit Metallionen, dux^ch welche Salze oder Ablagerungen auf der Trägeroberfläche erzeugt werden könnten, vermindert werden; der Wirkungsmechanismus der erfindungsgemäßen Additive kann aber auch durch eine verbesserte Grenzschmierung hervorgehoben werden, durch die das Anhaften von wasserlöslichen Materialien, Staubteilchen u.dgl. an der Trägeroberfläche verhindert wird.Durch

Hinzufügen der hydroxylierten Amine zu dem Basisschmiermittel-System des Aufzeichnungsträgers werden jedenfalls tatsächlich die Schmierwirkung an der Trägeroberfläche und die Langzeitstabilität der Trägeroberfläche verbessert sowie die Trägerausfallzeit verkürzt. Das erfindungsgemäße Schmiermittelsystem kann auf die eine hochdichte Information enthaltenden leitenden Träger beim Pressen in der Form oder nach vorheriger Reinigung mit einem wässrigen Spülmittel aufgebracht werden. Ein derzeit bevorzugtes Reinigungsmittel ist eine 5%-ige wässrige Lösung einer 96,2 Mol-% eines Alkohols der Formel

C₃H₇CH₂C (CH₃) 2^CH2~\ / " (OCH₂CH₂

etwa 3,8 Mol-% des 1,2-Propandiol und eine geringe Menge Triisopropanolamin enthaltenden Mischung. Die gereinigten Träger können mit einem Lösungsmittel, wie 1,1,2-Trifluor-2,2,1-Trichloräthan, getrocknet werden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen noch näher erläutert, dabei sind - wenn nicht anders angegeben - Teile und Prozente auf das jeweilige Gewicht zu beziehen.

Die Trägerausfallzeit wird definiert als Summe der Zeit in Sekunden (bei Weglassen von Intervallen mit einer Zeitdauer von weniger als 10 Mikrosekunden), während der beim Abspielen der Platte der Hochfrequenzausgang des Tonabnehmers von Spitze zu Spitze kleiner als 150 Millivolt ist und während der der Hochspannungsausgang über 8,6 Megahertz oder unter 3,1 Megahertz liegt. Derartige Fehler werden vom Beobachter als Bildausfälle registriert.

Bei Endkontrollen sind maximal 3 Sekunden Trägerausfallzeit in einer Stunde beim Abspielen einer Bildplatte zulässig.

Beispiel 1

Es wurde eine Preßmischung aus folgenden Bestandteilen hergestellt: 78 Teile des Polyvinylchlorids Geon 110 χ 346 der Firma B.F. Goodrich Company; 13 Teile Ketjenblack EC der Firma Armak Company; 1,5 Teile des Dibutylzinn-P-Mercaptopropionats, das unter der Bezeichnung "T-35" von der Firma M & T Chemical Company, Inc. zu erhalten ist; 1,0 Teile des Dibutyl-Zinn-Maleat-Stabilisators "Mark 275" der Firma Argus Chemical Company; 2,0 Teile Acryloid K-IAl und 0,75 Teile Acryloid K-275, Akrylmodifizierer der Firma Rohm & Haas Company; 0,5 Teile Loxiol G-30 und 0,25 Teile Loxiol G-70, Schmiermittel der Firma Henkel International GmbH; 1,0 Teile Kalziumstearat und 3,0 Teile Diundecylphthalat.

Aus der vorgenannten Mischung wurden bei einer Temperatur von etwa 180⁰C Bildplatten gepreßt. Die Platten wurden dann unmittelbar - so wie sie waren - mit einer Heptanlössung besprüht, welche 0,15% bei 205⁰C molekulardestillierten Methyldecylsiloxans und 5% des im Handel unter der Bezeichnung "Cyastat-609" von der Firma American Cyanamid Company erhältlichen Methyldecylsiloxans der Formel

OH

C
^CH3^SCV

enthielt.

Es wurden 6 Platten unter Messung des Trägerausfalls abgespielt. Beim ersten Abspielen erfüllten alle Platten die Drei-Sekunden-Maximumbedingungen der Trägerausfallzeit.

Die Platten wurden dann durch 48-stündiges Lagern in einer Kammer mit 38°C und 95% relativer Luftfeuchtigkeit belastet. Daraufhin besaßen bei einstündigem Abspielen 40% der Platten eine Trägerausfallzeit von 3 Sekunden und weniger, 10% der Platten hatten eine Trägerausfallzeit von 20 Sekunden und weniger und bei 40% der Platten lag die Trägerausfallzeit über 20 Sekunden. Nach einer zweiten Belastung hatten 60% der Platten bis zu 3 Sekunden Trägerausfallzeit, 10% bis zu 20 Sekunden und 20% über 20 Sekunden Trägerausfallzeit.

Diese Proben wurden mit einer zweiten aus derselben Charge und Presse stammenden Gruppe von 6 Platten verglichen, welche nur mit dem fraktionierten Methyldecylsiloxan-Schmiermittel behandelt worden waren. Beim ersten Abspiel erfüllten 80% der Platten die Drei-Sekunden-Maximumbedingungen der Trägerausfallzeit, 10% der Platten hatten bis zu 20 Sekunden und 10% mehr als 20 Sekunden Trägerausfallzeit.

Nach einer ersten Belastung jedoch lag die Trägerausfallzeit bei allen Platten über 20 Sekunden. Nach der zweiten Belastung ergab sich in dieser Hinsicht keine Änderung.

Beispiel 2

Es wurde eine Versuchsreihe unter Änderung der Menge des nach Beispiel 1 zu dem Methyldecylsiloxan-Schmiermittel hinzuzufügenden Additivs ausgeführt. Die Ergebnisse werden in Tabelle I zusammengestellt.

Tabelle I: Trägerausfall (Sekunde/Stunde)

	Anfangswert	0,10-56	lauf	1	1.	Belastung	2,20-1	lauf	500	2/6	2.	Belastung	7,6-	58	lauf	3.	Belastung	4,6-1	632	lauf
Additiv		0,16-52	3/6			0,60-	20	4/6	P	3,8-	344	0/6		0,7-	57	0/6
	Mittel/Bereich/Durch-	0,10-32	4/6		Mittel/Bereich/Durch-	0,10-	32	4/6	Mittel/Bereich/Durch-	1,6-	656	0/6	Mittel/Bereich/Durch-	3,0-	102	2/6
Λ q£ I JM		0,24-11	4/6			0,24-	11	5/6		2,9-	342	3/6		0,5-	14	2/6
TZ θ/ P /D	8,8	0,08-19	5/6		3,00	0,08-	19	5/6	26,0	1,0-'	900	2/6	41,0	0,7-	58	3/6
10 %	0,9	0,10- 2	5/6		2,10	0,10-	2	6/6	65,0	2,8-	81	3/6	14,6	1,2-	87	4/6
20 %	0,8	6/6	0,80	5,4		3/6	29,0		3/6
40 %	0,7		0,70	19,0	7,0
60 % .	0,6		0,60	11,0	1,7
0,16		0,16	5,7	4,0

NJ CX) CD CD

Es zeigt sich, daß verbesserte Ergebnisse bei einem Niveau von etwa 5% an Additiven erhalten werden. Mit einigen Schwankungen können die Ergebnisse durch Erhöhen des Anteils der Additive weiter verbessert werden.

Es wurden Vergleichsmessungen an einer Gruppe von erfindungsgemäß mit Schmiermittel und Additiv behandelten Bildplatten nach Beispiel 1 und einer Reihe aus derselben Charge und Presse stammender nur mit dem Methyldecylsiloxan-Schmiermittel behandelter Platten ausgeführt. Die Platten wurden zunächst abgespielt und dann belastet, indem sie zunächst für eine Stunde in eine Kammer mit etwa 4 C und dann für drei Stunden in eine Kammer mit etwa 38°C und 95% relativer Luftfeuchtigkeit gebracht wurden. Alle das erfindungsgemäß dotierte Schmiermittel aufweisenden Platten erfüllten die Drei-Sekunden-Maximumbedingung der Trägerausfallzeit beim ersten Abspielen, nach einer ersten Belastung wurde diese Bedingung von 60% der Platten und nach der zweiten und dritten Belastung von 40% der Platten erfüllt.

Von den undotiert geschmierten, d.h. das erfindungsgemäße Additiv nicht aufweisenden Platten jedoch erfüllten beim ersten Abspielen nur 70% der Platten die Drei-Sekunden-Maximumbedingung, während nach bis zu dreimaliger Belastung keine der Platten die Maximumbedingung erreichte.

Beispiel 4

Zwei Gruppen von dotierten und undotierten Platten wie in Beispiel 3 wurden abgespielt und dann zunächst 7 Tage lang in einer Kammer bei etwa 43°C, dann eine Stunde lang

bei 43°C und 95% relativer Luftfeuchtigkeit und schließlich eine Stunde lang bei Umgebungsbedingungen belastet.

Alle erfindungsgemäß dotiert geschmierten Platten erfüllten beim ersten Abspielen die Drei-Sekunden-Maximumbedingungen des Trägerausfalls. Die Bedingung wurde nach dem Konditionieren bei 43 C und auch nach der ersten Belastung noch von 80% und nach der zweiten Belastung bei 43°C und 95% relativer Luftfeuchtigkeit sogar von 100% der Platten erfüllt.

Von den mit nicht dotiertem Schmiermittel behandelten Platten erfüllten nach dem ersten Abspielen nur 60% der Platten die Drei-Sekunden-Maximumbedingung. Letztere wurde nach dem Konditionieren bei 43°C von keiner der Platten mehr erreicht. Nach dem ersten Belasten erfüllten die Bedingung 60% und nach dem zweiten Belasten noch 16% der Platten.

Beispiel 5

Es wurde eine 0,03% Diisopropanolamin und 0,3% eines gereinigten Methyldecylsiloxans - bei 205 C molekulardestilliert - enthaltende Lösung mit Heptan vorbereitet. Eine erste Gruppe von Bildplatten gemäß Beispiel 1 wurde gepreßt und eine zweite Gruppe nach Waschen mit einer wässrigen, oben beschriebenen Lösung von Alkoholen und Aminen und Trocknung in 1,1,2-Trifluor - 2,2,1-Dichloräthan mit der vorbereiteten Lösung besprüht. Der auf den Platten erzeugte Schmiermittelfilm besaß eine Dicke von etwa 20 bis 40 Nanometern.

Beim ersten Abspielen hatten alle Platten eine Trägerausfallzeit von weniger als 0,5 Sekunden.

Die Platten wurden dann in einer Kammer mit etwa 43°C und 95% relativer Luftfeuchtigkeit eine Stunde lang gelagert und anschließend erneut abgespielt. Wiederum lag die Trägerausfallzeit bei allen Platten unter 0,5 Sekunden.

Beispiel 6

Der Versuch von Beispiel 1 wurde bei Austausch des hydroxylierten Amins durch die von der Firma Armour Co. unter der Bezeichnung "Armostat 310" erhältliche Verbindung

C₉H₁₉-CH=CH-(CH₂)₇-N-(CH₂CH₂OH)

wiederholt.

Diese Platten wurden mit einem Kontrollsatz von nur mit dem fraktionierten Methylalcylsiloxan-Schmiermittel behandelten Platten verglichen. Die Ergebnisse werden in Tabelle II zusammengestellt.

Tabelle II

Trägerausfallzeit, sec/h dotiertes Schmiermittel Kontrollversuch

Anfangs- wert	nach Be lastung	Anfangs wert	nach Be lastung
234,00 +	56,2	53,8	475,00
226,00 +	230,0	7,2	312,00
0,3	0,2	10,2	804,00
0,2	9,0	147,0	1240,00
0,8	9,5	0,2	860,00
0,7	0,3	0,1	708,00

+ zweifelhafte Platten

Der Versuch gemäß Beispiel 1 wurde unter Ersatz des hydroxyl ierten Amins durch die von der Firma Armour Co. unter der Bezeichnung "Armostat 410" erhältliche Verbindung der Formel

C₆H₁₃-CH=CH-(CH₂)₅-N-

wiederholt.

Diese Platten wurden wie in Beispiel 1 geprüft und belastet und mit den in Fig. 6 ermittelten Kontrollwerten verglichen. Die Ergebnisse werden in Tabelle III zusammengestellt.

Tabelle III

Trägerausfallzeit, sec/h

dotiertes Schmiermittel

Anfangswert	belastet
0,8	20,3
0,1	1,2
0,5	10,4
0,2	0,4
0,2	0,8
. 0.2	37,0

br/ fu

Claims

Patentansprüche:

Aufzeichnungsträger mit hoher Informationsdichte zum Wiedergeben gespeicherter Signale aus einem Bandbreitenbereich von wenigstens einigen Megahertz mit Hilfe einer Abspielnadel bei vorgegebener Relativgeschwindigkeit zwischen Nadel und Träger, der als Platte oder dergleichen aus leitendem Material mit einer ein für die Wiedergabe von Signalen des Bandbreitenbereichs bei Einstellung der Relativgeschwindigkeit zwischen Träger und Nadel angepaßt geformtes Flächenmuster enthaltenden Informationsspur ausgebildet und mit einer Methylalkylsiloxan-Schmiermittelschicht mit einer Zusammensetzung der Formel

CH. SiO

CH.

SiO

Si (CH₃)

bedeckt ist, wobei R- und R„ Alkylgruppen mit 4 bis 20 Kohlenstoffatomen, χ eine ganze Zahl von 2 bis 4 sowie y eine ganze Zahl von 0 bis 2 bedeuten und die Summe von χ und y kleiner oder gleich 4 ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schmiermittel eine hydroxylierte Aminverbindung der Formel

hinzugefügt ist, worin bedeuten: R„ Wasserstoff, niedriges Alkyl oder Hydroxyalkyl; R = R_g A, mit R₆ als • Alkylgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen und A als Hydroxyl oder Carboxyl; R₁. = R₇ A mit R₇ als geradkettige Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen oder R = R₇-A-B-R₈ mit B gleich einem Koppelglied wie -0- oder -C=C- und R₀ gleich einer Alkylgruppe mit etwa

6 bis 25 Kohlenstoffatomen.
2. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß χ = 2 bis 4 und y = 0 ist.
3. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das hydroxylierte Amin ein quaternäres Salz der Formel

R₈ - B - R₇ -TS - (R₄OH)₂ X

ist, in der X ein Halogen oder -CH^SO. ist.
4. Aufzeichnungsträger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Methylalkylsiloxan-Schmiermittel zwischen etwa 5 und 40 Gew. % des hydroxylierten Amins enthält.
5. Aufzeichnungsträger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Zusammensetzung aus einem leitenden Kohlenstoff enthaltenden Polymer oder Copolymer von Polyvinylchlorid.