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01 Feuer
02 Dampf
03 Kennzeichen
04 Vinyl
05 Datenband
06 CD
07 Reifen
08 Öl
09 Katalysator
10 Holz
11 Beton
12 Dämmstoffe
13 Treibgase
14 Treibhaus
15 Regen
16 Brausen
17 Eis
18 Nudeln
19 Butter
20 Protein
21 Kochen
22 Bonbon
Gedanken
Impressum

Chemie des Magnetbandes
   

Fragen vorweg

1. Welche Stoffe sind magnetisch?

2. Welche Substanz auf einem Datenband wird wie magnetisiert?

3. Wie dünn ist ein Datenband (Audio-Kassette, VHS-Kassette) ?

4. Wie viele "Permanentmagneten" befinden sich auf 1 cm Magnetband?

Sonderseiten:  Chemie des Magnetbandes  -  Historische Fotos  -  Vorgang der Bandaufzeichnung  -  Schülerantworten zu den "Fragen vorweg"

Vorwort

Die Vinylschallplatte war noch ein Produkt wie das Fernsehen: Man musste passiv konsumieren. Dann kamen die Datenbänder. Bei ihnen stand das eigene Aufnehmen im Zentrum - zunächst mit Tonbändern, dann Audiokassetten, schließlich Videokassetten. Damit kam ab den Sechzigern eine kulturelle Revolution in Gang, die mit dem Internet jetzt in die Steilkurve geht: Die private Schöpfung eines Kulturraums in Foto, Film und Ton mit billigem Gerät. Mit Computern kann man dann auch noch z.B. Bücher selbst layouten, und mit dem Internet kann man Privates publizieren... 

Medien, mit denen die Kunden sich verselbstständigen, sind für Vermarkter ärgerlich: Sie können nur Hardware verkaufen, nicht die "Software" (Bei einer Vinylschallplatte ist die daraufgepresste Musik die Software). Insofern gab es die Kauf-Audiokasette, die Kauf-Videokassette - die dann aber nur geliehen und kopiert wurde. Der Clinch zwischen Eigenschöpfung, unbezahlter Kopie und Kauf von Software dauert an :-)

Ein Artikel zu Geschichte, Chemie und Technik der Magnetbänder ist versteckt im Internet, aber es gibt ihn:
http://www.uni-muenster.de/Forum-Bestandserhaltung/kons-restaurierung/weisser.html  Das folgende zitiert aus dieser Seite mit Kürzungen und Umstellungen:

1. Geschichte der Bandaufzeichnung

Obwohl es bereits im Jahr 1888 erstmals gelang, Schall auf einem Eisendraht magnetisch aufzuzeichnen und wieder abzuspielen, kamen die ersten bandförmigen Speichermedien erst im Jahre 1928 auf den Markt. 

Bereits im Sommer 1935 wurde auf der Funkausstellung Berlin das erste Tonbandgerät, das "Magnetophon K1" präsentiert, das an professionelle Benutzer - wie z.B. Rundfunkanstalten - in Verbindung mit dem neuen Band verkauft wurde.

Um die magnetischen Eigenschaften der Tonbänder zu verbessern, wurden ab 1936 zuerst Fe
3O4 ("Magnetit") und ab 1939 gamma-Fe2O3 als Magnetpartikel verwendet, das bis zur Einführung des Chromdioxids (CrO2) zwischen 1967 und 1971 ausschließlich in Verwendung blieb.

Die Bänder wurden als zweischichtige Folien produziert: Auf den Cellulose-Acetat Trägerfilm wurde ein Überzug aufgebracht, der neben dem Bindemittel Cellulose-Acetat auch die Magnetpartikel enthielt. An diesem Aufbau in Schichten hat sich bis zum heutigen Tag nichts geändert.

Cellulose-Acetat als Trägerfolie erhielt ab den 1950er Jahren Konkurrenz durch Polyvinylchlorid-Bänder (PVC). Ende der 1960er Jahre setzte sich dann Polyethylenterephthalat (PET) als Trägermaterial durch.

Das für die Magnetpartikel gebräuchliche gamma-Fe2O3 konnte durch geänderte Produktionstechniken in immer kleineren Korngrößen hergestellt werden und bekam erst in den 1970er Jahren Konkurrenz durch Chromdioxid (CrO2), das eine noch höhere Speicherkapazität besitzt. 

Bis Ende der 1960er Jahre waren die Audio- und Videogeräte noch für den Spulenbetrieb konstruiert. Erst mit der Kassettierung wurde ab 1972 (U-matic) der Umgang mit den Ton- und Videobändern auf das simple Einlegen der Kassette reduziert. 

2. Chemie der Magnetbänder

Die meisten Magnetbänder - gleich ob Audio- oder Videobänder - setzen sich aus zwei bis drei Hauptkomponenten (Schichten) zusammen.

Die erste Komponente eines Bandes ist der Trägerfilm, der heute meistens aus Polyethylenterephthalat (PET) besteht. Bei der Herstellung wird PET unter Wärmezufuhr biaxial gereckt, wodurch es eine höhere Zugfestigkeit erhält, weil dadurch die zufällig angeordneten, federförmigen Makromoleküle parallel ausgerichtet werden. Der so entstehende Film ist sehr zugstabil und alterungsbeständig. Außerdem ist er nicht hygroskopisch und resistent gegenüber den meisten Lösungsmitteln.

Die Monomere von PET sind Terephthalsäure (1,4-Benzoldicarbonsäure) und Glykol (1,2-Ethandiol). Die großtechnische Herstellung erfolgt durch Veresterung von Glykol mit Terephthalsäure. Bei einer Veresterung treffen aus zwei verschiedenen organischen Molekülen eine Carbonsäuregruppe auf eine Hydroxylgruppe. Sie verbinden sich miteinander unter Wasseraustritt.

Strukturformel von Terephthalsäure

:

Strukturformel von Glykol:

Strukturformel (Ausschnitt) von Polyethylenterephthalat

Auf dem Trägerfilm befindet sich als zweite Komponente die magnetisierbare Schicht, die sich aus den Magnetpartikeln und einem polymeren Bindemittel sowie weiteren Additiven zusammensetzt. Das quervernetzte Polymer, bei dem es sich in den meisten Fällen um Polyester-Polyurethan handelt, bildet ein räumliches Gitter, in dem sich die magnetisierbaren Partikel zusammen mit Gleitmitteln, Weichmachern, Stabilisatoren, Antioxidantien, Fungiziden und mineralischen Füllstoffen befinden. Die Schicht dieserStoffe hat eine Stärke von 2 bis 12 µm, die je nach Bandtyp und Produktionsepoche variieren kann.

Bei der dritten Komponente handelt es sich um eine ergänzende Rückseitenbeschichtung des Trägerfilms, die zur Verbesserung der Wickeleigenschaften und zum Schutz des Trägerfilms aufgebracht wird. Sie besteht wie die magnetisierbare schicht aus dem Bindemittel Polyester-Polyurethan sowie Kohlenstoffschwarz und ist 1 bis 2 µm dick. 

3. Technik der Bandaufnahme

Um Informationen auf einem Magnetband zu speichern, ist ein Schreibkopf nötig. Der Schreibkopf besteht aus einem hochpermeablen Kern und einer Spule mit sechs oder sieben Windungen. Durch einen Aufsprechstrom, der durch die Spule fließt, wird ein Magnetfeld erzeugt, das durch einen kleinen Luftspalt an einer Seite des Magneten austreten muss. Die Luft hat einen viel größeren magnetischen Widerstand, als ihn das Material des Schreibkopfes hat. Nun durchsetzen die Magnetfeldlinien das zu beschreibende Magnetband. Durch die spezielle Bandbeschichtung kann das Band durch das Magnetfeld magnetisiert werden. Die Information ist in Form von kleinen Permanentmagneten, kleinen Magnetfeldern auf dem Band gespeichert. Je niedriger die Frequenz des Aufsprechstromes ist, desto größer ist die Länge eines Permanentmagneten. In dessen Länge ist also die eigentliche Information, die nachher beim Lesen verwendet wird, gespeichert.

Das Band ist 3,81 mm breit und bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 47,625 mm/s. Der gleichmäßige Bandtransport wird dadurch gewährleistet, dass das Tonband zwischen einer gleichmäßig rotierenden polierten Stahlwelle, dem Capstan, und einer Gummi-Andruckrolle an den Tonköpfen vorbeigezogen wird.

So ist das Band einer C60-Kassette üblicherweise 15 bis 16 µm dick. Bei C90 sind es 10 bis 11 µm und bei C120 nur noch 9 µm. 

4. Heutige Verbreitung von Bandgeräten im Alltag

In den meisten Ländern Afrikas sowie West- und Südasiens erscheint auch heute noch ein Großteil aller Musikaufnahmen auf Kassette, da Kassettenrekorder (ebenso wie die Medien) robuster als CD-Spieler sind und ohne patentierte und nur in Industrieländern produzierte Spezialelektronik gebaut sind und repariert werden können.

... soweit Zitate vom Fachleuten

Für die Klausur von Bedeutung:

Das Trägermaterial der Bandmedien ist der Kunststoff "PET" = Polyethylenterephthalat

Das Trägermaterial muss wasserabweisend (hygroskopisch) und alterungsbeständig sein (Oxidation durch Luftsauerstoff findet nicht statt). 

Auch als sehr dünne Folie muss das Trägermaterial zugfest sein. Für diese Zugfestigkeit wird der Kunststoff PET in Wärme extra gestreckt, bis seine Makromoleküle parallel zueinander ausgerichtet sind.

Die Stoffe, die sich von Magnetfeldern beeinflussen lassen, sind Metalloxide: Eisenoxid und Chromoxid > Fe2O3 (Di-Eisen-tri-Oxid) und CrO2  (Chrom-di-Oxid). 
Diese Metalloxide richten sich in einem starken Magnetfeld nach dessen Einfluss (Aufzeichnung von Daten). Geht das Magnetfeld weg, verbleiben sie so auf dem Trägermaterial, wie sie sich ausgerichtet haben. 
Die Ausrichtung der Metalloxide lässt sich in einem schwachen Magnetfeld ablesen (Wiedergabe von Daten).

Metalloxide sind nicht selbst magnetisch, zeigen also keinen "Ferromagnetismus". Den gibt es nur bei einigen Metallen - Eisen (Fe), Cobalt (Co) und Nickel (Ni). Sie haben einen "Ferrimagnetismus" - sie sind beeinflussbar von Magnetfeldern. Man kann sie zu Magneten machen, indem man Strom hindurchschickt.

Solche Metalloxide befinden sich in einer eigenen Schicht auf dem Trägermaterial von Bandmedien.

Weil sie auch in der Klausur auftauchen können, hier noch die Beantwortung der "Fragen vorweg":

1. Welche Stoffe sind magnetisch?  Fe, Co, Ni

2. Welche Substanz auf einem Datenband wird wie magnetisiert?   Metalloxide. Sie werden durch Magnetfelder ausgerichtet. Diese Magnetfelder werden durch elektrischen Strom sehr fein gestaltet.

3. Wie dünn ist ein Datenband (Audio-Kassette, VHS-Kassette) ? Etwa ein Huntertstel Millimeter

4. Wie viele "Permanentmagneten" befinden sich auf 1 cm Magnetband? Etwa fünfzig Milliarden

(Zehnmal mehr als Menschen auf der Erde sind! Etwa 50 Milliarden! Die Mikrowelt ist so klein, wie das Universum riesig ist. Deshalb lassen sich feinste Töne, Millionen von Daten, schon in 1 cm Magnetband hineinschreiben.)