Файл: Брагинский, Г. И. Технология магнитных лент.pdf

Значения гидрофобно-гидрофильного баланса .могут быть вычис­ лены также из химической формулы поверхностно-активного веще­ ства. Формулу для такого расчета предложил Девис [2331:

ГГБ — Г— геГх+ 7

где Г — гидрофильное групповое число; Гх — гидрофобное группо­ вое число; п — число гидрофобных групп.

Ниже приведены значения групповых чисел, определенные Деви­ сом для соединений, содержащих различные группы:

Из различных методов определения ГГБ интересно привести способ, основанный на том, что любой гидрофобный радикал тре­ бует около 2/3 оксиэтиленового звена для солюбилизации одного атома углерода в своей цепи. Удлинение оксиэтиленовой цепи при­ дает поверхностно-активному веществу определенные свойства. Ис­ ходя из этого, гидрофобно-гидрофильное число ГДД определяют по следующей формуле:

где исн2о — число оксиэтиленовых звеньев в поверхностно-актив­ ном веществе; пс — число атомов углерода в гидрофобной части поверхностно-активного вещества.

Известен также способ [234] оценки ГГБ, основанный на титро­ вании водой растворов поверхностно-активных веществ в смеси бен­ зола и диоксана.

В заключение отметим, что понятие о гидрофобно-гидрофильном балансе дает возможность предварительно выбрать поверхностно­ активное вещество для той или иной цели при ограниченных сведе­ ниях о структуре и физико-химических свойствах поверхности дис­ персной фазы, однако не характеризует эффективность его действия. Эффективность поверхностно-активного вещества наиболее полно можно определить только экспериментальным путем при подборе его количества и условий диспергирования системы. Практически

221

установлено, что оптимальное количество поверхностно-активного вещества, независимо от его характера, при диспергировании маг­ нитного порошка в растворе связующего полимера составляет 0,5— 2 вес. % от количества порошка.

Для достижения хороших результатов диспергирования доста­ точно создать на поверхности диспергируемого материала мономоле­

вещества наибольшее применение находит диалкиловый эфир фос­ форной кислоты:

/О

[RO(r.If.,CH,0)6]P<f

Ч Ш

где R — алкильная группа, содержащая 8—10 атомов углерода, а также жирные кислоты, их эфиры и т. п.

5.1.5. Электропроводящие компоненты

Большинство полимеров — диэлектрики. Электроны, при помощи которых осуществляются химические связи в макромолеку­ лах, локализованы, и удельная электропроводность их при обычной температуре не превышает 10“1в Ом“1-см-1. Наличие такой электро­ проводности обусловлено, как правило, ионами примесей. Поэтому магнитная лента, основу и рабочий слой которой составляют пре­ имущественно полимеры, имеет весьма малую проводимость. Вслед­ ствие перемещения магнитной ленты различными лентопротяжными механизмами записывающих и воспроизводящих устройств она электризуется и притягивает к себе пыль. При дальнейшем исполь­ зовании ленты пылинки, попадая между магнитной головкой и лен­ той, отводят последнюю от головки. Это приводит к выпадению сигнала, т. е. к локальному отсутствию записи. Электризация маг­ нитных лент, используемых в устройствах вычислительной техники, вообще недопустима, так как при этом нарушается достоверность записываемой и воспроизводимой информации.

Существует несколько способов снижения электризуемое™ маг­ нитных лент. Об одном из них было сказано выше — это введение в рабочий слой поверхностно-активных веществ, которые несколько улучшают электропроводность рабочего слоя.

Более эффективным способом снижения электризуемое™ маг­ нитных лент является введение в состав рабочего слоя электропро­ водящих наполнителей. В большинстве случаев в качестве таких наполнителей применяют графит или сажу [237—239]. Можно также снизить электризуемость магнитных лент нанесением специаль­ ных электропроводящих составов. Такие составы могут быть нане­ сены на нерабочую сторону магнитной ленты. Покрытия из них одновременно выполняют функцию подслоя, улучшающего адгезию рабочего слоя к основе [240, 241].

Механизм электропроводности полимеров, содержащих электро­ проводящие наполнители, точно не установлен. Известно, однако

222

[2421, что он определяется типом наполнителя, степенью его дисперс­ ности. температурой и рядом других факторов. По мнению одних исследователей, перенос заряда осуществляется по цепочкам, состо­ ящим из частиц электропроводящего наполнителя, между которыми имеется непосредственный контакт [243, 244].Другие исследователи считают [245—247], что проводимость полимеров, содержащих электропроводящие наполнители, определяется тепловой эмиссией электронов через промежутки между частицами наполнителя.

Теория электрических контактов говорит о том, что ток возмо­ жен не только при непосредственном контакте двух проводников, но и тогда, когда между ними имеется зазор или прослойка диэлект­ рика [248]. В данном случае прохождение тока будет определяться величиной зазора, приложенным напряжением и температурой.

В зависимости от перечисленных факторов возможны различные варианты механизма перескока электронов через потенциальный барьер. Один из вариантов осуществляется при помощи «туннель­ ного эффекта», заключающегося в том, что через потенциальный барьер между двумя твердыми телами происходит равновероятный обмен электронами. Из волновой теории известно, что электроны, обладающие энергией меньшей по величине, чем потенциальный барьер, способны все же, с известной степенью вероятности, преодо­ левать его при условии, что их собственная длина волны соизмерима с величиной зазора или толщиной изолирующей пленки. При воз­ действии электрического поля вероятность переходов в направлении поля возрастает, в результате чего возникает ток. При сравнении туннельного эффекта и термоэлектронной эмиссии, как двух воз­ можных механизмов прохождения тока через зазор, можно наблю­ дать, что в первом случае величина тока больше, чем во втором, при любой температуре [249]. Если зазор настолько велик, что электропроводность определяется термоэлектронной эмиссией, то ток намного порядков меньше суммарного, определяющегося всеми возможными механизмами перескока электронов через потенциаль­ ный барьер. Туннельное сопротивление определяется величиной зазора и является экспоненциальной функцией. При длине зазора порядка 30 А оно составляет ~ 10 -4 Ом-см2. Величина этого сопро­ тивления находится в прямой зависимости от диэлектрической про­ ницаемости материала, разделяющего частицы электропроводящего наполнителя.

Одним из методов исследования механизма проводимости электро­ проводящих полимеров является построение вольт-амперных характе­ ристик. Линейные участки таких характеристик свидетельствуют о соблюдении закона Ома, т. е. о том, что электропроводящие час­ тицы находятся в непосредственном контакте друг с другом. Откло­ нение от закона Ома указывает на наличие необычного механизма проводимости. Однако вольт-амперная характеристика может иметь линейный характер и при туннельном эффекте, если напряжение не превышает определенного предела.

Таким образом, механизм электропроводности системы полимер— электропроводящий наполнитель до настоящего времени однозначно

223

(что бывает в большинстве случаев), механизм электропроводности определяется типом электропроводящего наполнителя. Если это металл, то он проводит электрический ток вследствие свободного перемещения электронов, если же это, например, графит, то он харак­ теризуется свойствами полупроводника. Поэтому механизм прово­ димости у полимеров, наполненных металлом, будет отличаться от ме­ ханизма проводимости полимеров, наполненных графитом.

Уровень существующей экспериментальной техники не позволяет однозначно установить, связано ли скачкообразное уменьшение удельного объемного сопротивления с моментом возникновения контакта между частицами электропроводящего наполнителя, вслед­ ствие чего образуются токопроводящие микропути, или со сближе­ нием частиц на расстояния, величина которых достаточна для реали­ зации туннельного эффекта. Наряду с этим установлено, что во всех случаях удельное объемное сопротивление скачкообразно умень­ шается тогда, когда в результате большой концентрации частиц или благодаря образованию цепочечных структур при их сближе­ нии обеспечивается прохождение тока. Расположение частиц напол­ нителя, при котором образуются цепочки, простирающиеся от одного электрода к другому, наиболее целесообразно для достижения тре­ буемой электропроводности. Однако для образования цепочечных структур необходимо определенное взаимодействие частиц между собой и со связующим полимером, а также определенное внешнее

наполнителя широко применяют сажу, структура частиц которой подобна кристаллам графита. В кристаллической структуре гра­ фита атомы углерода расположены в плоских параллельных слоях. Согласно рентгенограммам [242] частицы сажи состоят из отдель­ ных малых кристаллических ячеек, каждую из которых составляют несколько параллельных слоев углеродных атомов с расстоянием между ними в плоскости слоя ~2,456 Â, т. е. они расположены на таком же расстоянии друг от друга, как атомы в кристаллической решетке графита. Расстояние же между слоями всегда больше, чем в кристаллах графита, и неодинаково для различных типов сажи. Неплотное расположение параллельных слоев углеродных атомов в частицах некоторых типов сажи может служить причиной наличия остаточных сил на поверхности частиц. Эти силы вызывают образо­ вание вторичной структуры и, по-видимому, обусловливают высокую электропроводность таких саж.

Активными участками на поверхности частицы являются места выхода из нее торцов параллельных слоев. Из-за ненасыщенности краевых атомов углерода торцы и углы кристаллитов обладают повышенной энергией. В связи с этим поверхность сажи имеет актив­ ные участки, обладающие повышенной адсорбционной энергией [250]. Действием свободных сил на поверхности частиц сажи опре-

224