Lichtrückstrahler. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Lichtrückstrahler, der auch geneigt zu seiner Ebene einfallende Lichtstrahlen an genähert gegen die Lichtquelle zurückwirft.
Lichtrückstrahler dieser Art besitzen die Eigenschaft, ein unter einem von 90 ver schiedenen Winkel einfallendes Lichtstrahlen bündel in Form eines schmalen Kegels gegen die Lichtquelle zurückzuwerfen. Dieser Vor gang kann als Umkehrstrahlung bezeichnet werden. Aus diesen Rückstrahlern hergestellte Verkehrssignale und Strassenmarkierungen sind bei Nacht für die Insassen eines sich nähernden Fahrzeuges besser und aus grö sserer Entfernung sichtbar als gewöhnliche Signale und Markierungen, da der auf das Verkehrssignal oder die Strassenmarkierung auftreffende Teil des Scheinwerferlichtes grösstenteils in Richtung der Scheinwerfer und der Fahrzeuginsassen zurückgeworfen wird.
Der erfindungsgemässe Lichtrückstrahler ist. dadurch gekennzeichnet, dass er eine ein zige Lage durchsichtiger Kügelchen aufweist, die einen Brechungsindex von etwa 1,9 be sitzen und teilweise in einer reflektierenden Bindesehieht aus einem durchsichtigen film bildenden Material, dem ein reflektierendes schuppenförmiges metallisches Pigment und ein durchsichtiges farbiges Pigment beige mischt sind, eingebettet sind.
Die am Aufbau des Lichtrückstrahlers be teiligten Elemente können derart aufeinander abgestimmt werden, dass für einen weiten Be reich von Einfallswinkeln eine farbige Um kehrstrahlung von hoher Intensität erzielt wird. Als metallisches Pigment kann man schuppenförmiges Aluminium verwenden. Die Reflexion der durch die Kügelchen hindurch gehenden Strahlen wird durch die Alumi niumschuppen und die Färbung des reflek tierten Lichtes durch das durchsichtige -far bige Pigment, dessen Teilchen als winzige Farbfilter wirken, hervorgerufen.
Der Bre- ehungsindex des durchsichtigen farbigen Pigmentes ist zweckmässig praktisch gleich demjenigen des durchsichtigen Bindemittels, so dass die Lichtstreuung an den Grenzflächen auf ein Mindestmass reduziert wird. Die Kü gelchen müssen einen Brechungsinder von etwa 1,9 aufweisen, damit der gewünschte Farb effekt zustande kommt. Dieser Wert ist ausser dem für die Erzielung einer optimal hohen Intensität der Umkehrstrahlung über einen weiten Bereich von Einfallswinkeln mass gebend.
Der erfindungsgemässe Lichtrückstrahler kann in Form eines biegsamen, wetterfesten, blattförmigen Materials hergestellt werden, das zwecks Herstellung von Verkehrssignalen und Strassenmarkierungen mit Umkehrstrah- hmg auf eine Unterlage (z. B. auf -.#Ietallplat- ten mit erhabenen Teilen) aufgebracht wer den kann. Der Lichtrückstrahler kann auch in Form eines selbsttragenden Materials her gestellt werden, indem zu seiner Herstellung eine steife Unterlage verwendet wird.
Die Erfindung lässt sich am besten an Hand der beiliegenden Zeichnung erläutern, in welcher Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Lichtrückstrahlers 10 mit dem gegen die Quelle eines geneigt zur Ebene des Rück strahlers einfallenden Lichtstrahlenbündels zurückgeworfenen Lichtstrahlenkegel ist. Die Wirkung dieses Rückstrahlers ist völlig verschieden von derjenigen eines Spiegels mit Spiegelreflexion und auch von derjenigen einer diffus reflektierenden Oberfläche, die die Lichtstrahlen nach allen Richtungen zu rückwirft.
Fig. 2 ist ein schematischer Querschnitt durch eine Ausführungsform des erfindungs gemässen Lichtrückstrahlers in starker Ver grösserung. Aus Gründen der Übersichtlich keit sind die Kugeln weiter auseinander ge zeichnet als dies bei normaler dichter Pak- kung der Fall ist.
Der in Fig. 2 dargestellte blattförmige biegsame Rückstrahler besteht aus einem mehrschichtigen, nichtfaserigen Film, der an sich selbsttragend, jedoch vorübergehend an ein entfernbares Trägerblatt 21 gebunden ist, auf welchem die Schichten übereinander gelegt sind und welches, wenn gewünscht, ab gezogen werden kann. Der mehrschichtige Film weist eine auf das Trägerblatt aufge gossene Abschlussschicht 22 auf, die das Ab ziehen des Trägerblattes vom mehrschichtigen Film erleichtert und zudem eine glatte Ober fläche liefert, auf welche die reflektierende Schicht 23 aufgebracht ist. Auf der letzteren ist die reflektierende Bindemittelschicht 24 aufgebracht, in welcher eine einzige Lage durchsichtiger Kügelchen 25, die einen Bre chungsindex von etwa 1,9 besitzen, teilweise eingebettet ist.
Diese Kügelchen werden ein gepresst, während die Bindemittelschicht noch plastisch ist (das heisst vor dem Erhärten), so dass die Kügelchen 25 die reflektierende Schicht 23 berühren oder sehr nahe an sie herankommen. Nach Erhärten hält die Binde mittelschicht die Kügelchen fest und berührt die eingebetteten Teile der Kügelchen. Die reflektierende Schicht 23 und die reflektierende Bindemittelschicht 24 bilden zusammen ein neuartiges gefärbtes reflektie rendes Material, mit welchem die eingebet teten Teile der als Linsen wirkenden Kügel chen in Berührung sind. Diese Kombination stellt ein chromatisches, katadioptrisches Sy stem dar, welches Lichtstrahlen derart bricht. filtriert und reflektiert, dass die bereits be schriebene Umkehrstrahlung von farbigem Licht zustande kommt.
Die reflektierenden Schichten bestehen aus einem klaren, durchsichtigen, filmbilden den Grundmaterial, dem ein Gemisch aus einem aus fein zerteilten Aluminiumschuppen bestehenden metallischen Pigment und einem durchsichtigen farbigen Pigment beigemischt ist. Die Aluminiumschuppen der reflektieren den Schicht 23 liegen flach an der Oberfläche derselben. Die Aluminiumschuppen der Bindemittelschicht 24 richten sieh beim Ein pressen der Kügelchen während der Fabri kation derart, dass sie parallel zu den angren zenden Kügelchenoberfläehen zu liegen kom men.
Die Ahimininmschuppen beider Schich ten liefern somit eine grosse Zahl kleinster, silbrig spiegelnder Flächen, die parallel und in unmittelbarer Nähe der eingebetteten Teile der Kügelchen, jedoch räumlieb getrennt von ihnen, angeordnet. sind. Die Partikel des durchsichtigen farbigen Pigmentes sind, ver glichen mit den Aluminiumschuppen, winzig klein. Ein Teil dieser Partikel ist zwischen den einzelnen eingebetteten Kü-elchenober- fläehen und den angrenzenden -Metallschup pen zerstreut, so dass diese Partikel die Licht strahlen sowohl vor als auch nach ihrer Re flexion an den Pigmentschuppen filtrieren.
Infolge dieser Filterwirkung wird das durch die Partikel hindiureligeliende Liebt farbig, wobei die Farbintensität von den Men-enver- hältnissen abhängt.
Die Lielitstrahlen a, in Fig. '21 sind prak tisch parallele Strahlen, die von einer entfern ten, sieh den freiliegenden Teilen der Kügel chen in einer zur Ebene des Lichtrückstrah lers normalen Richtung nähernden Lichtquelle herkommen. Wegen der sphärischen und der chromatischen Aberration können diese ein fallenden Strahlen nicht in einem wahren Brennpunkt zusammenlaufen. Das als sphäri sche Linse wirkende Kügelchen mit einem Brechungsindex von etwa 1,9 bricht die Licht strahlen derart, dass sie innerhalb des Kü gelchens konvergieren und den eingebetteten Oberflächenteil des Kügelchens in einem eng begrenzten, nahezu punktförmigen Flächen abschnitt treffen.
Die Strahlen laufen durch das durchsichtige Material des Lichtrückstrab- lers (einschliesslich der Partikel des durch- siehtigen farbigen Pigmentes) weiter, bis sie auf die Aluminiumschuppen stossen und von diesen reflektiert werden, was in nächster Nähe jener Stelle der Kügelehenoberfläche geschieht, an welcher die Strahlen fokussiert. werden. Die an den Aluminiumschuppen reflektierten Strahlen (mit Ausnahme der zer streuten Strahlen) bilden einen Kegel diver gierender Strahlen, die am freiliegenden Teil des Kügelchens derart gebrochen werden, dass sie zu einem schmalen Kegel gesammelt wer den, der praktisch die gleiche Achse wie das einfallende Strahlenbündel aufweist.
Die von allen Kiigelchen zusammen ausgesandten far bigen Strahlen bilden einen Gesamtkegel schwach divergierender Strahlen in Richtung der Lichtquelle. Einem Beobachter, dessen Bliekrichtung mit der Achse des den Rück strahler beleuchtenden Strahlenbündels zu sammenfällt oder wenig davon abweicht, wird der Rückstrahler als leuchtende, gefärbte Fläche erscheinen, die besser und aus grö sserer Entfernung sichtbar ist als eine mit einem gewöhnlichen Anstrich versehene Fläche. Da die Kügelchen sehr klein sind, werden sie einzeln nicht sichtbar, so dass der Rückstrahler den Anschein erweckt, als wäre er mit einem leuchtenden, gefärbten Anstrich überzogen.
Ausserdem wird durch die Kom bination von Aluminiumschuppen und far bigem Pigment ein sehr intensiver farbiger Leuchteffekt erzielt, der einen völlig anders gearteten Eindruck erweckt als derjenige von Flächen, die mit einem gewöhnlichen Anstrich versehen sind. Die Strahlen b treffen aus einer Richtung, die mit dem Lot auf die Ebene des Licht rückstrahlers einen Winkel von beträchtlicher Grösse bildet, auf den freiliegenden Teil eines Kügelchens auf und konvergieren an einer nahezu punktförmigen Stelle am Schnittpunkt der Achse des Strahlenbündels mit der Kugel oberfläche. Die Strahlen werden durch die Bindemittelschicht reflektiert und in farbige Strahlen umgewandelt.
Die gefärbten Strah len werden in genau der gleichen Weise wie die senkrecht einfallenden Strahlen in Rich tung der Lichtquelle des geneigt einfallenden Strahlenbündels zürückgeworfen.
Bei Tag erscheint die Rüekstrahlerober- fläehe als kontinuierlich gefärbte Fläche von ungefähr gleicher, jedoch etwas dunklerer Farbe.
Der Erfindungsgegenstand wird im fol genden Beispiel noch eingehender erläutert. Die Mengenangaben sind gewichtsmässig zu verstehen.
Beispiel: Der Lichtrückstrahler in der Ausführungs form gemäss Fig. 2 kann als endloses Band hergestellt und in Form von Rollen geliefert werden. Von diesen Rollen können dann Stücke der gewünschten Form abgeschnitten werden, die für die Herstellung von Signalen und Markierungen auf Unterlagen aufge bracht werden können.
Das Trägerband (21) wird aus einem stark kalandrierten Papier mit harter Ober fläche hergestellt, indem man das Papier mit einer 40%igen Lösung von Isobutyl- methacrylatpolymer in Xylol mittels eines A ufstreichmessers in einer Menge von 54 bis 67 g/m2 (Massgewicht) überzieht und an schliessend trocknet (l5 Minuten bei ?9 C). Der Überzug haftet sehr fest. am Papier und liefert eine zum Aufbringen der nächsten Schicht geeignete, glatte Oberfläche.
Hierauf wird die Absehhissschicht (22) des Lichtrückstrahlers in zwei Stufen aufge gossen.. Bei der ersten Stufe wird das ge trocknete Papier zuerst mittels Aufstreieh- mess6r mit einer 10 ö i,-en Lösung von Poly- vinvlbuti-ral (beispielsweise von Vinvlite XYNC oder XYSG der Carbide & Carbon Chemicals Corp.) in Äthylenglykol-monoäthyl- äther in einer Menge von 84 g/m2 (Nassge wicht)
überzogen und anschliessend im Ofen getrocknet (1 Stunde bei 60 C). Auf diese Weise wird eine Rückfläche erhalten, die das Abziehen des eigentlichen Lichtrückstrahlers vom Papierträgerband im trockenen Zustand erleichtert. Bei der zweiten Stufe wird eine Lösung von 12,5 % des oben genannten Poly- vinylbutyrals und 4,2 % Trikresylphosphat als Weichmacher in Äthylenglykol-monoäthyl- äther in einer Menge von 167 bis 188 g/m2 (Nassgewicht) aufgetragen und das über zogene Papier anschliessend im Ofen getrock net (je 5 Minuten bei 71, 104 und 149 C).
Hierauf wird die erste reflektierende Schicht (23) unter Verwendung des folgen den Materials in einer Menge von 50 bis 58 g/m2 gegossen:
EMI0004.0007
Teile
<tb> Lösung <SEP> eines <SEP> in <SEP> der <SEP> Wärme <SEP> härtenden
<tb> Harnstoff-Formaldehydharzes <SEP> in
<tb> einem <SEP> flüchtigen <SEP> Lösungsmittel
<tb> (50 <SEP> % <SEP> Festkörper) <SEP> 61,5
<tb> Stark <SEP> geblasenes <SEP> Rizinusöl <SEP> (Weich macher) <SEP> 30,8
<tb> Äthylenglykol-monoäthyl-äther
<tb> (Lösungsmittel) <SEP> 5,0
<tb> Blaues <SEP> Phthalocyaninpigment <SEP> 7,7
<tb> Schuppenförmiges <SEP> Aluminiumpigment <SEP> 5,0 Diese Schicht wird durch Erhitzen in einem Ofen während 10 Minuten bei 71 C 15 Minuten bei 138 C und 15 Minuten bei 113 C getrocknet und zum Erhärten ge bracht.
Hierauf wird die Bindemittelschicht (24) aufgebracht, indem man das gleiche Material mittels eines Aufstreichmessers in einer Menge von 50 bis 71 g/m2 aufträgt. Ein Teil des Lösungsmittels wird durch Erhitzen während 3 Minuten bei 107 C aus der aufgetragenen Schicht vertrieben. Auf die noch nicht er härtete und noch plastische Bindemittel schicht werden durchsichtige Glasperlen mit einem mittleren Durchmesser von 0,127 bis 0,178 mm und einem Brechungsindex von etwa 1,9 derart aufgebracht, dass eine einzige dichtgepackte Lage entsteht, worauf die über schüssigen Perlen entfernt und die verblei benden Perlen in das Bindemittel nieder gedrückt werden, indem man das Band zwi schen zwei Quetschwalzen (von denen die eine einen Stahlüberzug und die andere einen Kautschuküberzug aufweist) hindurchführt.
Das mit Perlen versehene Band wird dann durch Erhitzen im Ofen während 10 Minuten bei 116 C und während 90 bis 120 Minuten bei 91 bis 96 C endgültig gehärtet. Die an der Oberfläche etwa noch anhaftenden Perlen können entfernt werden, indem man das Band um eine Rolle herumführt und die mit Per len versehene Oberfläche mit einer rotieren den Bürste und einem Luftstrahl behandelt. Die Perlenoberflächen sind etwas mehr als zur Hälfte im Bindemittel eingebettet, wo durch die mechanische Verankerung der Per len im Bindemittel verstärkt wird.
Das Lichtrückstrahlerband kann vom Pa pierträgerband (21) abgelöst werden. Das Papierträgerband ist dann erneut verwend bar. Das abgelöste Liclitrückstrahlerband ist selbsttragend. Die gemäss den obigen An gaben hergestellten lichtreflektierenden Filme weisen eine Zugfestigkeit von 1,25 bis 1,78 kg pro Zentimeter Breite und eine Zer reissdehnung von 20 bis 30 % auf. Wenn die Beleuchtungsrichtung einen Winkel von -10 mit dem Einfallslot bildet, so ist der Betrag des reflektierten Lichtes 85 iö des Betrages bei senkrechtem Einfall des Lichtes. Das Re flexionsvermögen ist in einem weiten Bereich von Einfallswinkeln ausgezeichnet. Das reflek tierte Licht ist bei Nacht hellblau und bei Tag dunkelgraublau.
Als Beispiel eines für die Herstellung der reflektierenden Schichten (reflektierende Schicht 23 und Bindemittelschicht 24) geeig neten Materials sei das unter der Bezeichnung Betitle 227-8 (American Cyanamid Com- pany) im Handel erhältliche Produkt. ge nannt, das aus einer 50gewiehtsprozentigen Lösung eines in der Wärme aushärtbaren Harnstoff-Formaldehydharzes in einem aus 60 Teilen Butylalkohol und 40 Teilen Xylol zusammengesetzten Lösungsmittel besteht.
Als Beispiel eines blauen Phthalocy aninpig- mentes sei das unter der Bezeichnung Mona- stral Blue Toner BT-172-D (E. I. du Pont de Nemours & Co.) erhältliche Produkt ge nannt.
Die Phthalocyaninpigmente sind unlöslich, im Gegensatz zu den löslichen Phthalocyanin- farbstoffen. Diese Klasse von Farbsubstan- zen ist in einem Aufsatz in Industrial und Engineering Chemistry , Juli 1939, Seiten 839 bis 817 beschrieben. Es können jedoch auch andere Farbsubstanzen verwendet werden. Die Verwendung durchsichtiger farbiger Pigmente in Druckfarben ist bekannt. Es sind zahl reiche geeignete Pigmente erhältlich, ein schliesslich verschiedener farblackbildender Pigmente.
Man verwendet vorzugsweise far bige Pigmente, die eine möglichst hohe Licht- eehtheit aufweisen, tun das Ausbleichen der Farbe in dauernd im Freien aufgestellten Liehtrüekstrahlern auf ein Mindestmass zu reduzieren.
Die zur Herstellung der Schichten verwen deten pigmentierten Gemische werden vor zugsweise durch Herstellung eines Pigment konzentrates erhalten, indem man das farbige Pigment zusammen mit einer zur Erzielung einer Konzentration von 20 Gewichtsprozent genügenden Menge Rizinusöl derart mahlt, dass die Pigmentpartikel voneinander ge trennt und dispergiert werden. Dieses Pig mentkonzentrat kann hierauf zur Herstellung des für die Erzeugung der Schichten ver wendeten Gesamtgemisches im gewünschten Verhältnis mit den übrigen Bestandteilen ge mischt werden.
Im folgenden werden die durch Verände- rnM), der Mengenverhältnisse der Komponen ten verursachten Wirkungen beschrieben, wo bei als Vergleichsbasis die oben angegebene Zusammensetzung der reflektierenden Schich ten genommen wird.
Der Gehalt des oben genannten Gemisches an Aluminiumpigment, bezüglich der Gesamt nienge an Harzfeststoffen und Rizinusöl (wel- ehe das dur elisiehtige Grundmaterial der ge- trockneten Schichten bilden), beträgt 8,13 Gewichtsprozent. Der Gehalt an blauem Pig ment beträgt 12,5 Gewichtsprozent. Bei Er höhung des Gehaltes an farbigem Pigment erfolgt eine Steigerung der Farbintensität, gleichzeitig jedoch eine Verminderung der In tensität des reflektierten Lichtes (gemessen mittels einer photoelektrischen Zelle).
Bei Verminderung des Gehaltes an farbigem Pig ment erfolgt eine Erhöhung der Intensität des reflektierten Lichtes, jedoch eine Schwä chung der Farbintensität. Bei Steigerung des Gehaltes an Aluminiumpigment erfolgt eine Erhöhung der Intensität des reflektierten Lichtes, gleichzeitig jedoch eine Schwächung der Farbintensität, und umgekehrt. Eine wei tere Auswirkung der Veränderung der Men genverhältnisse der Komponenten besteht darin, dass bei Verminderung des Gehaltes an farbigem Pigment oder bei Steigerung des Gehaltes an Aluminitunpigment die Divergenz der reflektierten Strahlen etwas zunimmt.
Es ist einleuchtend, dass für die Pigmente ein optimales Mengenverhältnis bestehen muss, das die günstigsten Resultate liefert. Der optimale Gehalt an farbigem Pigment hängt natürlich von der besonderen Art des ver wendeten Pigmentes ab, da die Pigmente so wohl hinsichtlich Farbintensität als auch Ab sorptionsvermögen untereinander je nach ihrer Zusammensetzung und Teilchengrösse verschieden sind.
Als Aluminiumschuppenpigment wird vor zugsweise ein solches verwendet, dessen schup penförmige Partikel eine Teilchengrösse von 0,0076 mm aufweisen. Dieser Wert ist zweck mässig viel grösser als die Teilchengrösse der Farbpigmentpartikel, die vorzugsweise eine kolloidale Grösse aufweisen, jedoch viel klei ner als die Grösse der Glasperlen. Bei Ver wendung gröberer Aluminiumschuppen in gleicher Menge erfährt die Intensität der Um kehrstrahlung eine Verminderung und die Farbe des reflektierten Lichtes eine Verdun kelung.
Werden Glasperlen verwendet, die einen über dem optimalen Wert von 1,9 liegenden Brechungsindex, z. B. einen solchen von 1,95, aufweisen, so erfährt die Intensität der Um kehrstrahlung eine Verminderung und die Farbwirkung eine Abschwächung. Bei Ver minderung des Brechungsindex auf 1,85 er folgt zwar eine Farbvertiefung, gleichzeitig jedoch eine erhebliche Verminderung der In tensität der Umkehrstrahlung.
Bei Veränderung der Perlengrösse im Be reich von 0,076 bis 0,254 mm (mittlerem Durchmesser) werden die optischen Eigen schaften des Lichtrückstrahlers nicht merklich beeinflusst. Durch Verwendung derart klei ner Perlen erhält man eine verhältnismässig glatte Oberfläche, die für die Herstellung von Verkehrssignalen bemalt oder bedruckt wer den kann. Ausserdem ermöglichen Perlen die ser Grösse die Herstellung eines sehr dünnen und biegsamen Lichtrückstrahlers. Die Zahl dieser Perlen pro Quadratzentimeter einer einzigen Lage übersteigt z. B. 1550.
Die reflektierende Schicht 23 kann wegge lassen werden, sofern die Kügelchen 25 der art in die Bindemittelschicht 24 eingebettet werden, dass sie mit ihren eingebetteten Teilen die hintere Grenzfläche der Bindemittelschicht nicht berühren. Die in Fig. 2 gezeigte Aus führungsvariante ist jedoch für die fabrik mässige Herstellung vorteilhafter.
<B>UN</B> enn die reflektierende Schicht 23 Alu- miniiunpigment, aber kein farbiges Pigment enthält, so kommt bei senkrechtem Einfall der Lichtstrahlen eine silbrige Umkehrstrahlung zustande, während bei geneigtem Einfall der Lichtstrahlen auf die Ebene des Lichtrück strahlers unter Mitwirkung des farbigen Pig mentes in der Bindemittelschicht 24 eine far bige Umkehrstrahlung zustande kommt.
An Stelle des Aluminiumschuppenpigmen- tes sind auch andere metallische Pigmente mit schuppenförmigen Partikeln verwendbar. So kann man beispielsweise zur Herstellung eines - Lichtrückstrahlers mit hellgelber Um kehrstrahlung gelbe Bronceschuppen als me tallisches Pigment zusammen mit einem durchsichtigen gelben Pigment verwenden. Bei Verwendung von zu sammen mit einem durchsichtigen gelben Pig- ment wird der Umkehrstrahlung infolge der Wirkung des silbrig reflektierenden Alumi niums ein gründlicher Schein verliehen.
Sowohl das metallische Pigment als auch das durchsichtige farbige Pigment kann aus Gemischen von zwei oder mehreren verschie denen Einzelpigmenten bestehen. So kann bei spielsweise als metallisches Pigment ein Ge misch von Aluminiumschuppen und Bronce- schuppen verwendet werden. Es können Ge mische durchsichtiger farbiger Pigmente ver schiedener Farbtöne verwendet werden. Das durchsichtige filmbildende Grundmaterial der reflektierenden Schichten kann zwecks wei terer Veränderung des Farbeffektes mittels eines Farbstoffes gefärbt werden. Für den gleichen Zweck können auch gefärbte Kügel chen verwendet werden. Derartige Kombina tionen ermöglichen zusätzliche Variationen des Farbeffektes des Lichtrückstrahlers.
Light reflectors. The present invention relates to a light reflector which also reflects incident light rays inclined to its plane at an approach towards the light source.
Light reflectors of this type have the property of reflecting a bundle of light rays incident at a different angle from 90 in the form of a narrow cone against the light source. This process can be referred to as reverse radiation. Traffic signals and road markings made from these reflectors are better visible to the occupants of an approaching vehicle at night and from a greater distance than normal signals and markings, since the part of the headlight light that hits the traffic signal or the road marking is mostly in the direction of the headlights and the vehicle occupants is thrown back.
The light reflector according to the invention is. characterized in that it has a single layer of transparent spheres which have a refractive index of about 1.9 and are partially in a reflective binding layer made of a transparent film-forming material to which a reflective flaky metallic pigment and a transparent colored pigment are mixed , are embedded.
The elements involved in the construction of the light reflector can be coordinated with one another in such a way that a colored reverse radiation of high intensity is achieved for a wide range of angles of incidence. Flaky aluminum can be used as the metallic pigment. The reflection of the rays passing through the spheres is caused by the aluminum scales and the color of the reflected light by the transparent -color pigment, the particles of which act as tiny color filters.
The refractive index of the transparent colored pigment is expediently practically the same as that of the transparent binder, so that the light scattering at the interfaces is reduced to a minimum. The balls must have a refractive index of around 1.9 so that the desired color effect is achieved. This value is also decisive for achieving an optimally high intensity of the reverse radiation over a wide range of angles of incidence.
The light reflector according to the invention can be made in the form of a flexible, weatherproof, sheet-like material that can be applied to a base (e.g. on metal plates with raised parts) for the purpose of producing traffic signals and road markings with reverse radiation . The light reflector can also be made in the form of a self-supporting material by using a rigid base for its production.
The invention can best be explained with reference to the accompanying drawing, in which FIG. 1 is a schematic representation of a light reflector 10 with the cone of light rays reflected back towards the source of a light beam incident inclined to the plane of the reflector. The effect of this reflector is completely different from that of a mirror with mirror reflection and also from that of a diffusely reflecting surface that reflects the light rays in all directions.
Fig. 2 is a schematic cross section through an embodiment of the fiction, according to the light reflector in a strong enlargement. For reasons of clarity, the spheres are drawn further apart than is the case with normal, close packing.
The sheet-shaped flexible reflector shown in Fig. 2 consists of a multilayer, non-fibrous film which is self-supporting but temporarily bound to a removable carrier sheet 21 on which the layers are superimposed and which, if desired, can be peeled off. The multilayer film has a top layer 22 cast onto the carrier sheet, which makes it easier to pull the carrier sheet off the multilayer film and also provides a smooth upper surface to which the reflective layer 23 is applied. On the latter, the reflective binder layer 24 is applied, in which a single layer of transparent beads 25, which have a refractive index of about 1.9, is partially embedded.
These spheres are pressed in while the binder layer is still plastic (that is, before it has hardened), so that the spheres 25 touch the reflective layer 23 or come very close to it. After hardening, the binding medium layer holds the beads in place and touches the embedded parts of the beads. The reflective layer 23 and the reflective binder layer 24 together form a novel colored reflective material with which the embedded parts of the spheres acting as lenses are in contact. This combination represents a chromatic, catadioptric system which refracts light rays in this way. filtered and reflected that the reverse radiation already described comes from colored light.
The reflective layers consist of a clear, transparent, film-forming base material to which a mixture of a metallic pigment consisting of finely divided aluminum flakes and a transparent colored pigment is added. The aluminum scales of the reflecting layer 23 lie flat on the surface of the same. When the spheres are pressed in during manufacture, the aluminum flakes of the binder layer 24 are aligned in such a way that they lie parallel to the adjoining spherical surfaces.
The Ahimininmschuppen both layers thus provide a large number of the smallest, silvery reflective surfaces, which are arranged parallel and in the immediate vicinity of the embedded parts of the spheres, but spatially separated from them. are. The particles of the transparent colored pigment are tiny compared to the aluminum scales. Some of these particles are scattered between the individual embedded pellet surfaces and the adjacent metal flakes, so that these particles filter the light rays both before and after their reflection on the pigment flakes.
As a result of this filter effect, the love that is held back by the particles becomes colored, the color intensity depending on the proportions of the people.
The Lielit beams a, in Fig. '21 are practically parallel beams that come from a distant, see the exposed parts of the spheres in a direction normal to the plane of the Lichtrückstrah lers approaching light source. Because of the spherical and chromatic aberration, these incident rays cannot converge in a true focus. The spherical lens acting as a spherical lens with a refractive index of about 1.9 refracts the light rays in such a way that they converge within the sphere and hit the embedded surface part of the sphere in a narrow, almost punctiform area.
The rays continue through the transparent material of the light retro-reflector (including the particles of the transparent colored pigment) until they hit the aluminum scales and are reflected by them, which happens in the immediate vicinity of the point on the surface of the bead where the rays focused. will. The rays reflected by the aluminum scales (with the exception of the scattered rays) form a cone of diverging rays, which are refracted at the exposed part of the sphere in such a way that they are collected into a narrow cone, which has practically the same axis as the incident bundle of rays having.
The colored rays emitted by all the spheres together form a cone of weakly diverging rays in the direction of the light source. To an observer whose direction of vision coincides with the axis of the beam illuminating the retro-reflector or deviates slightly from it, the retro-reflector will appear as a luminous, colored surface that is better visible from a greater distance than a surface provided with an ordinary paint. Since the spheres are very small, they are not visible individually, so that the reflector gives the appearance of being covered with a bright, colored paint.
In addition, the combination of aluminum flakes and colored pigment creates a very intense colored light effect that creates a completely different impression than that of surfaces that are painted with a common paint. The rays b hit the exposed part of a bead from a direction that forms an angle of considerable size with the perpendicular to the plane of the light reflector and converge at an almost punctiform point at the intersection of the axis of the beam with the spherical surface. The rays are reflected by the binder layer and converted into colored rays.
The colored Strah len are reflected back in exactly the same way as the perpendicularly incident rays in the direction of the light source of the inclined incident beam.
During the day the reflector surface appears as a continuously colored area of roughly the same, but slightly darker color.
The subject of the invention is explained in more detail in the following example. The quantities given are to be understood in terms of weight.
Example: The light reflector in the embodiment according to FIG. 2 can be manufactured as an endless belt and supplied in the form of rolls. Pieces of the desired shape can then be cut from these rolls, which can then be applied to documents for the production of signals and markings.
The carrier tape (21) is made from heavily calendered paper with a hard surface by using a doctor blade to treat the paper with a 40% solution of isobutyl methacrylate polymer in xylene in an amount of 54 to 67 g / m2 (mass weight). coated and then dried (15 minutes at? 9 C). The coating adheres very firmly. on the paper and provides a smooth surface suitable for applying the next layer.
Then the cover layer (22) of the light reflector is poured on in two stages. In the first stage, the dried paper is first applied by means of a spreading measuring device with a 10% solution of polyvinyl alcohol (for example from Vinvlite XYNC or XYSG from Carbide & Carbon Chemicals Corp.) in ethylene glycol monoethyl ether in an amount of 84 g / m2 (wet weight)
coated and then dried in the oven (1 hour at 60 C). In this way, a rear surface is obtained which makes it easier to remove the actual light reflector from the paper carrier tape in the dry state. In the second stage, a solution of 12.5% of the above-mentioned polyvinyl butyral and 4.2% tricresyl phosphate as a plasticizer in ethylene glycol monoethyl ether in an amount of 167 to 188 g / m2 (wet weight) is applied and the overdrawn The paper is then dried in the oven (5 minutes each at 71, 104 and 149 C).
The first reflective layer (23) is then poured using the following material in an amount of 50 to 58 g / m2:
EMI0004.0007
Parts
<tb> Solution <SEP> of a <SEP> in <SEP> the <SEP> heat <SEP> hardening
<tb> urea formaldehyde resin <SEP> in
<tb> a <SEP> volatile <SEP> solvent
<tb> (50 <SEP>% <SEP> solids) <SEP> 61.5
<tb> Strong <SEP> blown <SEP> castor oil <SEP> (plasticizer) <SEP> 30.8
<tb> Ethylene glycol monoethyl ether
<tb> (solvent) <SEP> 5.0
<tb> Blue <SEP> phthalocyanine pigment <SEP> 7.7
<tb> Flaky <SEP> aluminum pigment <SEP> 5.0 This layer is dried by heating in an oven for 10 minutes at 71 ° C., 15 minutes at 138 ° C. and 15 minutes at 113 ° C., and hardened.
The binder layer (24) is then applied by applying the same material using a doctor blade in an amount of 50 to 71 g / m2. Some of the solvent is driven off the applied layer by heating for 3 minutes at 107 ° C. Transparent glass beads with an average diameter of 0.127 to 0.178 mm and a refractive index of about 1.9 are applied to the not yet hardened and still plastic binder layer in such a way that a single tightly packed layer is formed, whereupon the excess beads are removed and the remaining ones remain Benden beads are pressed down into the binder by passing the tape between two nip rollers (one of which has a steel coating and the other has a rubber coating).
The beaded ribbon is then finally cured by heating in the oven for 10 minutes at 116 ° C and for 90 to 120 minutes at 91 to 96 ° C. Any beads still adhering to the surface can be removed by guiding the tape around a roller and treating the surface provided with beads with a rotating brush and an air jet. A little more than half of the pearl surfaces are embedded in the binding agent, which is reinforced by the mechanical anchoring of the pearls in the binding agent.
The light reflector tape can be detached from the paper carrier tape (21). The paper carrier tape can then be used again. The detached Liclit reflector tape is self-supporting. The light-reflecting films produced according to the above information have a tensile strength of 1.25 to 1.78 kg per centimeter of width and an elongation at break of 20 to 30%. If the direction of illumination forms an angle of −10 with the normal of incidence, then the amount of the reflected light is 85 i0 of the amount with perpendicular incidence of the light. The reflectivity is excellent over a wide range of angles of incidence. The reflected light is light blue at night and dark gray-blue by day.
An example of a material suitable for producing the reflective layers (reflective layer 23 and binder layer 24) is the product available commercially under the name Betitle 227-8 (American Cyanamid Company). ge called, which consists of a 50 percent by weight solution of a thermosetting urea-formaldehyde resin in a solvent composed of 60 parts of butyl alcohol and 40 parts of xylene.
An example of a blue phthalocyanine pigment is the product available under the name Monastal Blue Toner BT-172-D (E.I. du Pont de Nemours & Co.).
The phthalocyanine pigments are insoluble, in contrast to the soluble phthalocyanine dyes. This class of color substances is described in an article in Industrial and Engineering Chemistry, July 1939, pages 839 to 817. However, other color substances can also be used. The use of clear colored pigments in printing inks is known. Numerous suitable pigments are available, including a variety of color lacquer-forming pigments.
It is preferred to use colored pigments which have the highest possible lightfastness and reduce the fading of the color to a minimum in light sources that are permanently installed outdoors.
The pigmented mixtures used to produce the layers are preferably obtained by producing a pigment concentrate by grinding the colored pigment together with an amount of castor oil sufficient to achieve a concentration of 20 percent by weight in such a way that the pigment particles are separated from one another and dispersed. This pigment concentrate can then be mixed with the other ingredients in the desired ratio to produce the total mixture used to produce the layers.
The following describes the effects caused by changes in the proportions of the components, using the above-mentioned composition of the reflective layers as a basis for comparison.
The aluminum pigment content of the above-mentioned mixture, based on the total amount of resin solids and castor oil (which forms the permeable base material of the dried layers), is 8.13 percent by weight. The blue pigment content is 12.5 percent by weight. When the content of colored pigment is increased, the color intensity increases, but at the same time the intensity of the reflected light decreases (measured by means of a photoelectric cell).
When the content of colored pigment is reduced, the intensity of the reflected light is increased, but the color intensity is weakened. When the content of aluminum pigment is increased, the intensity of the reflected light increases, but at the same time there is a weakening of the color intensity, and vice versa. Another effect of changing the proportions of the components is that the divergence of the reflected rays increases somewhat when the content of colored pigment is reduced or the content of aluminum pigment is increased.
It is obvious that the pigments must be in an optimal proportion to produce the best results. The optimal content of colored pigment depends of course on the particular type of pigment used, since the pigments are different in terms of color intensity and absorption capacity depending on their composition and particle size.
The aluminum flake pigment used is preferably one whose flake-shaped particles have a particle size of 0.0076 mm. This value is expediently much larger than the particle size of the colored pigment particles, which preferably have a colloidal size, but much smaller than the size of the glass beads. When using coarser aluminum flakes in the same amount, the intensity of the reverse radiation is reduced and the color of the reflected light is darkened.
If glass beads are used which have a refractive index above the optimal value of 1.9, e.g. B. one of 1.95, the intensity of the reverse radiation in order to experience a reduction and the color effect a weakening. If the refractive index is reduced to 1.85, there is a deepening of color, but at the same time there is a considerable reduction in the intensity of the reverse radiation.
If the pearl size changes in the range from 0.076 to 0.254 mm (mean diameter), the optical properties of the light reflector are not noticeably affected. By using such small beads you get a relatively smooth surface that can be painted or printed for the production of traffic signals. In addition, pearls of this size enable the production of a very thin and flexible light reflector. The number of these pearls per square centimeter of a single layer exceeds z. B. 1550.
The reflective layer 23 can be omitted as long as the spheres 25 are embedded in the binder layer 24 in such a way that their embedded parts do not touch the rear interface of the binder layer. The implementation variant shown in Fig. 2, however, is more advantageous for the factory production.
<B> UN </B> If the reflective layer 23 contains aluminum pigment but no colored pigment, a silvery reverse radiation is produced when the light rays are incident perpendicularly, while when the light rays are inclined at an angle to the plane of the light reflector with the assistance of the colored pig mentes in the binder layer 24 a color reversal radiation comes about.
Instead of the aluminum flake pigment, other metallic pigments with flaky particles can also be used. For example, for the production of a light reflector with light yellow reverse radiation, yellow bronze scales can be used as a metallic pigment together with a transparent yellow pigment. When used together with a transparent yellow pigment, the reverse radiation is given a thorough glow due to the effect of the silvery reflective aluminum.
Both the metallic pigment and the transparent colored pigment can consist of mixtures of two or more different individual pigments. For example, a mixture of aluminum flakes and bronze flakes can be used as the metallic pigment. Mixtures of clear colored pigments of different shades can be used. The transparent film-forming base material of the reflective layers can be colored by means of a dye for the purpose of further changing the color effect. Colored beads can also be used for the same purpose. Such combinations allow additional variations of the color effect of the light reflector.