книги из ГПНТБ / Авилов Г.В. Изготовление магнитных лент для кинематографии

стабильность ферромагнитной суспензии резко воз­ растает.

Для получения стабильных суспензий из гидрофиль­ ных порошков некоторые авторы [132] рекомендуют до­ бавлять ничтожно малые количества полярных веществ. Стабилизация суспензии полярными веществами проис­ ходит за счет размельчения частиц порошка, которые до прибавки полярных веществ присутствуют в суспензии в виде сгустков. Проведенные исследования показали, что

t, сек

Рис. 17. Стабилизация ферромагнитной суспензии изоамиловым спиртом

стабильность ферромагнитной суспензии в толуоле мож­ но резко повысить путем введения в ее состав небольших количеств изоамилового спирта, имеющего высокую моле­ кулярную поляризацию (Р = 89), — см. табл. 14 и рис. 17.

Стабилизация суспензии поверхностно-активными ве­ ществами. Кристаллический ферромагнитный порошок в органических жидкостях, имеющих малую диэлектриче­ скую постоянную и относящихся к неполярным жидкос­ тям, в результате разности их полярности слипается, что приводит к автокоагуляции. Добавка полярных веществ стабилизирует суспензию, так как образующийся адсорб­ ционный слой увеличивает заряд частиц и элементарные частицы ферромагнитного порошка остаются постоян­ ными.

В качестве поверхностно-активных веществ (смачива­ телей) мы использовали СВ-102 (натриевую соль диэтилгексилового эфира сульфоянтарной кислоты). Результа-

61

ты экспериментальной проверки стабилизации ферромаг­ нитной суспензии (табл. 15) позволили сделать вывод, что ничтожно малое количество поверхностно-активного вещества резко стабилизирует ферромагнитную суспен­ зию, приготовленную на смеси бензол — этиловый спирт.

Т а б л и ц а 14

СТАБИЛИЗАЦИЯ ФЕРРОМАГНИТНОЙ СУСПЕНЗИИ ИЗОАМИЛОВЫМ СПИРТОМ

можно повысить за счет применения жидкостей с повы­ шенной диэлектрической постоянной, причем в жидкостях одного и того же гомологического ряда стабильность суспензии тем выше, чем выше их молекулярная поляри­ зация. Повысить стабильность суспензии можно также путем введения в них ничтожно малых количеств поверх­ ностно-активного вещества.

Если образование сольватных оболочек не может быть обеспечено поверхностными явлениями между ферропорошком и связующим веществом, необходимо добавить стабилизатор, который способствует структурному обра­ зованию в суспензии и тем самым замедляет осаждение тонкодисперсных частиц ферропорошка. При изготовле-

62

нии ферромагнитных суспензий незначительное добавле­ ние раствора мыла в воде повышает структурную проч­ ность и значительно улучшает стабильность суспензии. Добавка высококипящих растворителей улучшает расте­ кание суспензии.

6.Структура суспензии

Структуру ферромагнитной суспензии можно представить следующим образом: частицы ферропорошка в суспензии окружены адсорбционно-сольватной оболочкой, образую­ щейся в результате поверхностных явлений на границе раздела фаз.

На свойства ферромагнитной суспензии и качество по­ лучаемого магнитного слоя решающее влияние оказывают свойства этой оболочки, а также размеры и форма частиц ферропорошка.

Ферропорошок относится к группе гидрофильных ве­ ществ, которые избирательно смачиваются водой (обла­ дающей небольшим дипольным моментом — наиболее по­ лярная жидкость) и плохо — углеводородами (наименее полярные жидкости).

63

Связующее вещество, в зависимости от состава, может относиться либо к полярным жидкостям, либо к жидко­ стям, содержащим поверхностно-активное вещество.

Особенностью поверхностно-активных веществ являет­ ся то, что их молекулы содержат как полярную группу, так и неполярный радикал. Адсорбируясь на поверхности кристалла ферропорошка, ПАВ образует прочную обо­ лочку, внутренняя поверхность которой прочно связана с частицами ферропорошка, а наружная вследствие межмо­ лекулярного притяжения связана с молекулами связую­ щего вещества.

Таким образом, адсорбционная оболочка создает проч­ ную связь между частицами ферропорошка и связующим веществом, т. е. обусловливает смачивание ферропорошка связующим. Следовательно, под смачиванием понимается адсорбция наиболее поверхностно-активных компонентов связующего вещества на поверхности ферропорошка и со­ здание прочного сцепления между молекулами связующе­ го и поверхностью частиц ферропорошка посредством адсорбционного слоя.

Полярность связующего вещества определяет его по­ верхностные свойства, которые важны не только для сма­ чивания ферропорошка, но и для его адгезии.

Исследования [131] подтвердили, что добавка поверх­ ностно-активных веществ в неполярную среду заметно улучшает смачивание гидрофильных тел (в нашем случае ферропорошка).

Молекулы адсорбционного слоя прочно прикрепляют­ ся к поверхности ферропорошка полярной группой, а не­ полярной цепочкой простираются в связующее вещество.

Ориентированные и закрепленные на поверхности фер­ ропорошка молекулы вызывают структурные сцепления ряда последующих слоев цепочных молекул, что приво­ дит в конечном итоге к образованию сравнительно тол­ стых сольватных оболочек, связанных с адсорбционным слоем. Образование сольватных оболочек вокруг частиц ферропорошка возможно и при неполярных или малопо­ лярных связующих.

Связующее вещество в ферромагнитной суспензии час­ тично связано с ферропорошком сольватной оболочкой, частично же находится в свободном состоянии, заполняя промежутки между сольватными оболочками (рис. 18). Чем выше концентрация ферропорошка в суспензии и чем ниже содержание свободного связующего, тем, очевидно, лучше электроакустические свойства магнитных лент.

64

Толщина сольватных оболочек определяет об­ щее содержание связую­ щих веществ в суспензии и зависит от свойств фер­ ропорошка и связующего вещества. Смачиваемость ферромагнитного порош­ ка зависит от полярности растворителя. Чем меньше разность полярностей, тем прочнее удерживается ад­ сорбционный слой поверх­ ностью кристалла ферро­ магнитного порошка.

С увеличением степени дисперсности ферромаг­ нитного порошка, т. е. его

удельной поверхности, увеличивается количество свя­ зующего вещества, связанного с ферромагнитным по­ рошком в форме сольватных оболочек. Следовательно, с уменьшением размера частиц магнитного порошка и пе­ реходом от кубической к игольчатой форме частиц увели­ чивается общее количество связующего вещества.

7.Состав и рецептура суспензии

В качестве пленкообразующего вещества при изготовле­ нии ферромагнитной суспензии обычно употребляют поливинилхлорацетат, -поливинилиденхлорид, полиэфиры, различные каучукообразные соединения, полиакрилат и нитроцеллюлозу высокой вязкости "Или модифицируют ее такими материалами, как малеиновые и алкидные смолы или фенольные лаки. Опыт показал, что в случае добавле­ ния в суспензию, малеиновой смолы улучшается ее адге­ зия к основе, а это позволяет снизить количество активных растворителей и, следовательно, сократить время сушки фильма с магнитными дорожками и уменьшить его ко­ робление. Главной из многих причин коробления фильма, по-видимому, является взаимодействие растворителей с основой. Поэтому обычно избегают применения большого количества таких активных растворителей, как ацетон, метиленхлорид и др.

Состав растворителей в суспензии меняется в зависи­ мости от типа применяемой основы с учетом хорошей адгезии феррослоя к основе и величины ее крутящего дей­ ствия. Введение в рецептуру суспензии тяжелолетучих растворителей типа простых эфиров этиленгликоля спо­ собствует улучшению адгезии суспензии к основе при ми­ нимальной степени ее коробления.

Активным ингредиентом ферромагнитной суспензии служит ферромагнитный порошок. Чем выше концентра­ ция его в суспензии и чем ниже содержание свободного связующего вещества, тем лучше электроакустические свойства носителя звука. Поэтому полимер должен обла­ дать способностью связывать большое количество окиси железа (или других магнитных или твердых ингредиен­ тов), а именно в 4—5 раз больше своего собственного веса. Свободного связующего вещества должно быть ми­ нимум столько, сколько необходимо для заполнения сво­ бодного пространства между частицами ферропорошка, соприкасающимися своими сольватными оболочками. Кроме того, от количества свободного связующего веще­ ства зависят механические свойства ферромагнитной до­ рожки, особенно ее эластичность и адгезия. Эти. обстоя­ тельства необходимо учитывать при получении стабиль­ ных ферромагнитных суспензий.

По данным Р. С. Фогана [164], отношение ферромаг­ нитного порошка к связующему в суспензии должно быть не менее, чем 70 :30, в то же время автор указывает, что это не всегда возможно, и в большинстве случаев отноше­

66

В работе В. Л. Каспина и других [60] также указыва­ ется, что в составе суспензии должно быть максимальное соотношение ферропорошка к связующему веществу. Ес­ ли учитывать физические свойства получаемых магнит­ ных дорожек (твердость, пластичность, гладкость поверх­ ности) и отдачу сигнала магнитным слоем, то, по мнению авторов, оптимальное содержание ферропорошка нужно считать 70—75% от общего количества твердой фазы сус­ пензии. Более высокое содержание ферропорошка резко ухудшает физико-механические свойства магнитных до­ рожек и приводит к отделению магнитного слоя от осно­ вы, а уменьшение содержания ферропорошка в суспензии снижает отдачу сигнала.

Авторы предлагают следующую рецептуру ферромаг­ нитной суспензии для нанесения на лаковую и эмульсион­ ную стороны кинофильма (табл. 16).

Т. Дэдель [49] приводит следующую рецептуру ферро­ магнитной суспензии, используемой фирмой «Истмен Ко­ дак» для нанесения магнитных дорожек на 16-лш кино­ фильм:

Колб, Лавик, Пир и Уэйджел [75] указывают на сус­ пензию, используемую фирмой «Кодак» для нанесения дорожек на 16- и 8-мм кинофильмы, имеющую следую­ щий состав:

8.Технология процесса диспергирования ферропорошка

Способ диспергирования ферромагнитного порошка в свя­

из всех производственных этапов. Процесс диспергирова­ ния осложняется тем, что элементарные кристаллы фер­ ромагнитного порошка обладают высокомагнитными свойствами, обусловливающими их стремление к образо­ ванию агломератов. Плохое диспергирование приводит к

68

снижению электроакустических свойств, ухудшает каче­ ство отдачи высокой частоты и приводит к общей низкой чувствительности.

Флоккулядия (хлопкование) или агломераты частиц приводят к повышенным собственным и модуляционным уровням шумов.

Основная цель процесса диспергирования — создание хорошей дисперсии порошка в суспензии. При дисперги­ ровании ферромагнитного порошка происходит дезагре­ гация его частиц и адсорбция на их поверхности связую­ щего вещества и других ПАВ, находящихся в системе, а также более или менее сильно выраженное структурообразование, которое может зависеть от взаимодействия частиц ферропорошка как между собой, так и с молеку­ лами связующего вещества.

Качество диспергирования и свойство суспензии — важнейшие предпосылки для создания однородной кон­ систенции слоя и обусловливающие величину коэффици­ ента объемного заполнения и качество поверхности рабо­ чего слоя ленты.

Выбор размалывающего аппарата для диспергирова­ ния имеет большое значение.

Тонкое диспергирование можно производить механиче­ ским помолом, используя струйные, вибрационные, валь­ цевые, коллоидные, шаровые мельницы, мельницы колло­ идно-вибрационного помола [97].

Для осуществления тонкого и тончайшего помола при­ меняют машины, в которых используются различные ме­ ханические воздействия: раздавливание, удар, сдвиг, ис­ тирание, резание, разрыв. В измельчателях практически всегда сочетаются два и более видов указанных воздей-" ствий. Как правило, для измельчения хрупких материа­ лов используют раздавливание и удар, пластичных — сдвиг, вязких —истирание, волокнистых — разрыв и ре­ зание.

Рациональная область применения вибрационных мельниц — измельчение материалов до частиц размером 0,1—30 мкм при мокром помоле. Вибромельница пред­ ставляет собой корпус, заполненный на 70—90% мелю­ щими телами и измельчаемым материалом. Корпус ее опирается на упругую подвеску и приводится в частые круговые колебания в плоскости, перпендикулярной оси вращения приводного вала. Стенки корпуса сообщают частые импульсы мелющим телам, и последние соверша­ ют сложные движения со значительными ускорениями,

69