Lichtreflektierende Masse Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine freifliessende, lichtreflektierende Masse aus durch sichtigen, sphärischen Mikroglaskörpern. Diese Masse ist dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroglaskör- per hemisphärisch reflektierend gemacht sind und die Lichtstrahlen in der Einfallsrichtung zurück werfen.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf die Verwendung der freifliessenden, lichtreflektierenden Masse für die Herstellung einer überzugsmasse, in dem man die freifliessende Masse mit einem flüssigen Lack oder Firnis mischt. Diese Mischung kann zur Herstellung von Überzügen für Strassensignale und -markierungen verwendet werden, die zufolge ihres Lmkehrstrahlungsvermögens für Motorfahrzeuglen ker auf grosse Entfernung sichtbar sind. Die Refle xionskraft dieser Signale und Markierungen ist viel grösser als diejenige der gewöhnlichen gemalten Si gnale und Markierungen.
Jeder sphärische Mikroglaskörper ist ein winzi ges Glaskügelchen, das durchsichtig ist und dessen Oberfläche ungefähr zur Hälfte undurchsichtig ge macht ist, zweckmässigerweise mittels eines dünnen, reflektierenden Metallüberzuges, z. B. eines Alumi niumüberzuges, der eine zusammenhängende hemi- sphärische, reflektierende Kappe bildet.
Dieser hemi- sphärische Metallüberzug wirkt als Reflektor so wohl für Lichtstrahlen, die in die nicht überzogene Hälfte des Mikrokügelchens eindringen und auf die konkave Innenseite des Metallüberzuges auftreffen, als auch für Lichtstrahlen, die auf die konvexe äus- sere Oberfläche des Metallüberzuges auftreffen. In 1 cm3 dieser Mikroglaskügelchen sind viele Millionen Einzelkügelchen enthalten.
Dadurch dass die Mikro glaskörper kugelförmig sind, ist das Pigmentmaterial im trockenen Zustand freifliessend, wodurch das Mischen mit Lacken oder Firnissen zwecks Herstel- lung homogener Dispersionen erleichtert wird. Die Mikroglaskörper backen beim Absetzen in der Dis persion nicht zusammen und lassen sich durch Auf rühren leicht wieder dispergieren.
Die reflektierenden Mikroglaskörper können auf die Oberfläche eines Farbanstriches oder Firnisüber- zuges aufgestreut werden, während sich der letztere noch im ungetrockneten, plastischen und klebrigen Zustand befindet.
Die Hauptverwendung, für die die freifliessende Masse aus Mikroglaskörpern vorgesehen ist, besteht jedoch in der Herstellung von reflektierenden über zugsmassen durch Mischung der Mikroglaskörper mit Lacken oder Firnissen. Als Firnisse können z. B. Öl- und Spritzharzfirnisse und als Lacke z. B. Nitrocel- luloselacke verwendet werden.
Die reflektierenden Firnismischungen lassen sich leicht entsprechend der Art, wie sie aufgebracht wer den sollen, zusammensetzen. Man kann sie durch Aufspritzen, Aufstreichen, Aufdrucken oder mittels Schablonen aufbringen, um in einem einzigen Arbeits gang reflektierende überzüge zu erhalten. Für diese Verwendungsart verwendet man zweckmässigerweise reflektierende Firnismischungen, die zu ca. 1/3 aus hemisphärisch reflektierenden Mikroglaskörpern und zu ca. 2/3 aus dem Trägermedium (gewichtsmässig) zusammengesetzt sind.
Das Trägermedium besteht aus den nicht flüchtigen, filmbildenden Feststoffen (z. B. Nitrocellulose), die in einer verhältnismässig grossen Menge eines flüchtigen Lösungsmittels, wel ches das Gemisch auf den gewünschten Grad ver dünnt, gelöst sind.
Beim Auftragen der Mischung auf die Oberfläche einer Unterlage fliessen die Mi- kroglaskörper zu einer einzigen Schicht aus, die pro cm2 Zehntausende von Mikroglaskügelchen enthält. Während der Verdampfung des Lösungsmittels fliesst der Firnis an den Pigmentpartikeln herunter, so dass beim Austrocknen des Überzuges eine Oberflächen schicht von vorstehenden und dem Licht ausgesetzten reflektierenden Mikrokügelchen entsteht.
Der trockene Firnisfilm bildet auf den Kügelchen eine dünne, durchsichtige Haut, so dass der Überzug eine ent sprechend gerasterte Oberfläche aufweist, die der Atmosphäre ausgesetzt ist. Die Menge der Firnis- feststoffe (die den trockenen Film bilden) ist jedoch genügend hoch, um eine feste Verankerung des re flektierenden Pigmentes an der Unterlage sicher zustellen. Es wurde gefunden, dass es für die meisten Verwendungszwecke am günstigsten ist, wenn das Gewichtsverhältnis der Firnisfeststoffe zum Lösungs mittel 1 : 20 ist.
Die reflektierenden Mikroglaskügelchen des auf gebrachten Überzuges sind nicht gerichtet, da sie im Verlaufe ihrer Verarbeitung regellosen Drehungen unterworfen sind. Für jedes Mikroglaskügelchen ist die Richtung, in welche der nicht reflektierende Teil zeigt, völlig zufällig. In jedem kleinen Flächenteil, z. B.
von 1/l0 cm2, des Überzuges trifft ein auf die Ober fläche des Überzuges gerichtetes Lichtstrahlenbündel auf eine grosse Zahl von Glaskügelchen auf, deren nicht reflektierende Teile bezüglich der Axe des Lichtstrahlenbündels regellos in alle möglichen Richtungen zeigen, wobei der sichtbare Reflexions effekt die Resultante aus zahlreichen Einzelreflexio nen ist, da das menschliche Auge nicht in der Lage ist, die von den einzelnen Kügelchen herkommenden Lichtstrahlen voneinander zu unterscheiden.
Jeder kleine Flächenteil wird somit praktisch den gleichen sichtbaren Reflexionseffekt aufweisen wie jeder an dere kleine Flächenteil, wobei der Gesamteffekt homogen ist.
Die optimale Grösse der sphärischen Mikroglas körper bezüglich der Reflexionskraft sowie der Dis- pergierung und Suspendierung im Firnis beträgt 10-50 Mikron (Durchmesser). Ein Mikron ist ein Tausendstel eines Millimeters.
Die stark reflektierenden, überzugbildenden Mi schungen gemäss der vorliegenden Erfindung kön nen in sogenannten Aerosolbomben oder Spritz- kannen verwendet werden, aus welchen sie auf jede gewünschte Oberfläche aufgespritzt werden können. Der notwendige Druck wird durch eine im Behälter eingeschlossene Treibflüssigkeit mit hohem Dampf druck geliefert. Die reflektierenden, überzugbildenden Mischungen lassen sich z.
B. leicht auf Brückenpfei ler, Betonrandsteine, Masten, Pfosten, Baumstämme, etc., aufspritzen, um reflektierende Oberflächen zu erhalten, die nachts aufleuchten und den Motorfahr zeugführern als Leitsignale oder Warnsignale bei Ge fahr dienen. Das Aussehen der mit einem solchen Überzug versehenen Oberfläche ist bei Tag infolge der Unauffälligkeit des Überzuges, dessen besondere Eigenschaften nur unter den die Umkehrstrahlung bewirkenden Bedingungen zur Geltung kommen, nicht wesentlich verändert.
Die erfindungsgemässen Mischungen können durch Strassenpatrouillen in Automobilen oder auf Motorrädern in kleinen Spritz gefässen mitgeführt und an jenen Stellen, die einer besseren Sichtbarmachung bei Nacht bedürfen, auf gespritzt werden. Die Mischungen lassen sich auch mittels Spritzpistolen aufspritzen.
Auf diese Weise lassen sich nur vorübergehend benötigte Sicherheitsmarkierungen oder -signale her stellen. Es besteht ferner auch ein Bedürfnis für zeit lich begrenzt gültige Werbeanzeigen, die einerseits wenig Kosten verursachen und andererseits für Mo torfahrzeugführer bei Nacht sehr gut sichtbar sein sollen. Als Beispiele seien Werbeanzeigen für beson dere Verkäufe und Plakate für politische Kampagnen angeführt. Solche Anzeigen lassen sich durch Auf spritzen der reflektierenden Mischung auf billige Kartonunterlagen unter Verwendung von Schablonen oder durch Schablonendruck leicht in grosser Zahl herstellen.
Mittels einer verdünnten Spritzmischung kann man auch Gewebe reflektierend machen. Die auf diese Weise behandelten Gewebe unterscheiden sich bei Tageslicht nicht wesentlich von den unbehandel ten Geweben und sind auch im Griff nicht wesent lich verändert. Man kann z. B. ein Hemd, eine Jacke oder einen Überzieher auf diese Weise behandeln, um den diese Kleidungsstücke tragenden Fussgänger für Motorfahrzeugführer bei Nacht, wenn er auf oder am Rande einer Landstrasse marschiert, besser sicht bar zu machen und dadurch die Sicherheit zu er höhen.
Werden klare (farblose) sphärische Mikroglas- körper, die einen hemisphärischen Überzug aus Me tall aufweisen, verwendet, so wird das reflektierte Licht die Farbe des reflektierenden Metalles aufwei sen. So wird z. B. eine silbrige Reflexion erhalten, wenn die sphärischen Mikroglaskörper mit Alumi niumüberzügen versehen sind. Durch Verwendung von sphärischen Mikroglaskörpern aus durchsich tigem gefärbtem Glas können andere Farbeffekte erzielt werden.
Die reflektierend gemachten Mikro glaskörper können mit einem durchsichtigen Farb- überzug versehen werden. Ferner kann man auf den reflektierenden Überzug einen hemisphärischen Farb- überzug aufbringen, um dem reflektierenden Firnis überzug eine bei Tageslicht in Erscheinung tretende Färbung zu verleihen, die dadurch zustande kommt, dass die Mikroglaskörper regellos angeordnet sind.
Wenn die reflektierenden Partikeln vollkommene Kugeln sind, so wird für einschichtige Überzüge dann eine optimale Reflexionskraft erzielt, wenn Glas kügelchen aus einem Glas mit einem Brechungsindex von mindestens 1,8 und vorzugsweise von ca. 1,9 verwendet werden. Einfallende Lichtstrahlen, die auf den nicht reflektierend gemachten Teil der Oberfläche auftreffen, werden an der mit dem hemisphärischen Metallüberzug versehenen, konkaven, reflektierenden Fläche in einer nahezu punktförmigen Brennfläche vereinigt.
Werden hingegen Partikeln verwendet, die aus deformierten Kugeln bestehen, deren Hauptachse grösser als die Nebenachse ist, wobei ein Pol der Hauptachse angenähert in der Mitte der hemisphä- rischen, reflektierend gemachten Fläche liegt, so kann eine gleichwertige Fokussierung der Lichtstrahlen bereits bei niedrigeren Brechungszahlen erzielt wer den. Eine andere Methode zur Erzielung einer gleich wertigen Fokussierung unter Verwendung von Glas mit einem niedrigeren Brechungsindex besteht darin, die Glaskugel mit einem sphärischen überzug aus durchsichtigem Material zu versehen, um ein zu sammengesetztes Kugelgebilde zu erhalten, das dann hemisphärisch reflektierend gemacht wird.
Als über zugsmaterial wird ein solches gewählt, welches einen niedrigeren Brechungsindex besitzt als der Kern. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, auf einen ungefähr hemisphärischen Teil der Kugel einen durchsichtigen Überzug und auf diesen Überzug den Metallüberzug aufzubringen, wodurch die Länge der optischen Axe vergrössert wird. Die zweckentspre chenden Dimensionen können graphisch bestimmt werden, indem ein Diagramm aufgestellt wird und die gebrochenen Strahlen eines einfallenden Bündels von paraxialen Strahlen eingezeichnet werden. Infolge des Aberrationseffektes werden die Strahlen nie in einem vollkommenen Brennpunkt fokussiert.
Hingegen kön nen die Dimensionen für eine gegebene geometrische Struktur so gewählt werden, dass die Fokussierung innerhalb einer kleinen Fläche erfolgt.
Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann man eine reflektierende, überzugbil- dende Mischung herstellen, die ein Gemisch von reflektierend gemachten Mikroglaskügelchen mit einem Brechungsindex von ca. 1,9 und reflektierend gemachten Mikroglaskügelchen mit einem Brechungs index von ca. 2,5 enthält. Eine solche Mischung eig net sich zum Aufspritzen auf Oberflächen im Freien, z. B. auf Brückenpfeiler, in einem einzigen Arbeits gang.
Der getrocknete, reflektierende Überzug weist im regennassen Zustand eine höhere Sichtbarkeit auf als ein Überzug, der aus einer nur Mikroglaskügel- chen, mit einem Brechungsindex von 1,9 enthalten den Mischung hergestellt wurde. Die Sichtbarkeit im trockenen Zustand ist dadurch nicht merklich vermindert.
Das Umkehrstrahlungsvermögen eines Überzuges, der Kügelchen mit einem Brechungs index von 1,9 enthält, ist dann optimal, wenn die gerasterte Oberfläche des überzuges mit Luft in Be rührung steht, während ein Überzug, der Kügelchen mit einem Brechungsindex von 2,5 enthält, dann ein optimales Umkehrstrahlungsvermögen besitzt, wenn die gerasterte Oberfläche an eine Wasserschicht grenzt.
Der auf eine Unterlage aufgebrachte und getrock nete, reflektierende Firnisüberzug kann dadurch ver ändert werden, dass man auf' die gerasterte Ober fläche einen durchsichtigen, gefärbten oder klaren Firnis aufbringt, der die vorstehenden Flächenteile überdeckt und im getrockneten Zustand eine flache Aussenfläche liefert. Zur Erzielung des optimalen Fokussierungseffektes müssen in diesem Fall Kugel partikeln mit einem Brechungsindex von ca. 2,8 ver- wendet werden. Zur Erzielung einer befriedigenden Fokussierung kann man auch Glas mit einem we sentlich niedrigeren Brechungsindex gebrauchen, wenn die oben beschriebenen deformierten Kugel partikeln verwendet werden.
Wenn ein farbloser Fir nis und farblose Glaskügelchen verwendet werden, und die Kügelchen mit einem silbrigen Metall, wie z. B. Aluminium, reflektierend gemacht werden, so wird eine silberglänzende Umkehrstrahlung erzielt. Man kann jede gewünschte Farbe dadurch erhalten, dass man dem Firnis ein durchsichtiges Farbpigment oder einen Farbstoff zusetzt, so dass der getrocknete Oberflächenüberzug als Farbfilter dient. Auf diese Weise kann man auf Automobilkarosserien oder Tei len davon glattflächige, dekorative oder schützende Überzüge erzeugen, die bei Tageslicht nicht auffal lend sind, hingegen nachts eine stark erhöhte Sicht barkeit aufweisen. Die Farbeffekte bleiben dabei un ter den Sichtbedingungen bei Nacht erhalten.
Alle diese hemisphärisch reflektierend gemach ten sphärischen Mikroglaskörper, die dazu ausersehen sind, unter den vorgesehenen Verwendungsbedin gungen eine geeignete Fokussierung herbeizuführen, besitzen, ob sie nun kugelförmig im engeren Sinne oder kugelähnlich sind, die Eigenschaft der sogenann ten Umkehrstrahlung 7>.
Mit diesem Ausdruck wird die Eigenschaft einer geeigneten Kombination zwi schen einer Linse und einem rückwärtigen Reflektor (an welchem die einfallenden Lichtstrahlen angenä hert in einem Brennpunkt fokussiert werden), die reflektierten Strahlen in einem Kegel gegen die Lichtquelle zurückwerfen, selbst wenn die einfallen den Strahlen in einem verhältnismässig grossen Win kel zur optischen Axe auffallen, bezeichnet.
Die re flektierend gemachten sphärischen Mikroglaskörper gemäss der Erfindung sind bezüglich Lichtstrahlen, die in sie eindringen, durch den durchsichtigen Glas körper (der als Linse wirkt) gebrochen und an der inneren oder konkaven Oberfläche der hemisphäri- schen Metallkappe reflektiert werden, rückstrahlend. Diese Mikroglaskörper können als rückstrahlende, katadioptrische Partikeln bezeichnet werden.
Ein aus einer überzugbildenden Mischung ge- mäss der Erfindung hergestellter, getrockneter Fir- nisüberzug liefert eine reflektierende Fläche, die pro cm-' eine sehr grosse Zahl von reflektierend gemach ten Mikroglaskügelchen aufweist, die regellos ange ordnet sind.
Trotz des Fehlens einer Orientierung der reflektierenden Partikeln, wird ein Lichtstrahlen bündel stark reflektiert, derart, dass die reflektierende Fläche für Beobachter, die sich nahe der Axe des Strahlenbündels befinden, z. B. für die Insassen eines Fahrzeuges, dessen Scheinwerfer die Lichtquelle dar stellen, eine hohe Sichtbarkeit besitzt. Es trifft dies selbst dann zu; wenn die Sichtlinie des Beobachters nicht annähernd senkrecht zur reflektierenden Ober fläche steht, sondern mit der optischen Axe einen bedeutenden Winkel bildet.
Trifft ein Lichtstrahlenbündel auf die Oberfläche auf, so fällt, sogar bei einem bedeutenden Einfalls- winkel, ein beträchtlicher Teil der Lichtstrahlen auf die nicht reflektierend gemachten Teile der Mikro glaskügelchen und wird zurückgeworfen, indem die Strahlen in die Kügelchen eindringen und an den konkaven, hemisphärischen Metalloberflächen reflek tiert werden, wobei die reflektierten Strahlen zum grossen Teil in Richtung der Lichtquelle zurück geworfen werden.
Andere Lichtstrahlen fallen auf die äusseren konvexen Metalloberflächen, die dem Licht zugewandt sind, und werden diffus reflektiert. Nur die praktisch senkrecht einfallenden Strahlen werden nach der Lichtquelle zurückreflektiert. Der zu erzielende Gesamteffekt besteht darin, einen ge nügend hohen Anteil der einfallenden Lichtstrahlen in Form eines konzentrierten Kegels gegen die Licht quelle zurückzuwerfen, um für Beobachter, die sich nahe der Axe des einfallenden Lichtes befinden, eine möglichst gute Sichtbarkeit der reflektierenden Fläche zu erzielen. Es trifft dies selbst dann zu, wenn der Einfallswinkel bedeutend ist.
Verkehrssignale und Markierungen, die diese Eigenschaft der Umkehr strahlung innerhalb bedeutender Einfallswinkel be sitzen, sind für Motorfahrzeuglenker bei Nacht sehr g <I>a</I> ut sichtbar, selbst wenn sie dem Beobachter nicht direkt zugewandt sind und selbst wenn sie eine ge krümmte Oberfläche besitzen (wie dies z. B. der Fall bei an Telephonsäulen aufgeklebten Plakaten und bei reflektierend gemachten Baumstämmen der Fall ist).
Im Gegensatz dazu erfolgt bei spiegelartigen Si gnalen oder Markierungen Spiegelreflexion, wobei nur diejenigen Lichtstrahlen gegen die Lichtquelle zurückgeworfen werden, für welche der Einfalls winkel Null ist (d. h.
diejenigen Strahlen, die senk recht auf die Oberfläche der spiegelnden Unterlage auftreffen). Eine Oberfläche, die mit einem getrock neten Firnis überzogen ist, der parallel zur Ober fläche angeordnete Aluminiumschuppen enthält, er zeugt eine halbspiegelnde Reflexion. Die Sichtbar keit der reflektierenden Fläche für Beobachter, die sich nahe der Axe eines unter einem Winkel ein fallenden Lichtstrahlbündels befinden, ist in diesem Fall schlecht. Um gut sichtbar zu sein, müssen Si gnale und Markierungen dieser Art derart angeordnet sein, dass die Sichtlinie praktisch senkrecht auf die spiegelnde Oberfläche fällt.
Reflektoren dieser Art eignen sich im allgemeinen nicht für Strassensignale und -markierungen, da Signale und Markierungen meistens derart angeordnet sind, dass der Blick eines Motorfahrzeuglenkers aus einem rasch fahrenden Fahrzeug nur einen Augenblick darauffällt.
Eine gewöhnliche, gestrichene oder emaillierte Signaloberfläche weist eine diffuse Reflexion auf, da die gekerbten Pigmentpartikel ein Lichtstrahlenbün del nach allen Richtungen reflektieren. Ein kleiner Teil des Lichtes wird gegen die Quelle eines unter einem Winkel einfallenden Lichtstrahlenbündels zu rückgeworfen, während der grösste Teil des Lichtes in andere Richtungen zerstreut wird.
Es tritt auch dann eine diffuse Reflexion ein, wenn das Pigment aus sphärischen Mikrokörpern, die über die ge samte Oberfläche reflektierend gemacht sind, be steht, da in diesem Fall die für das Auftreten der Umkehrstrahlung notwendigen Bedingungen nicht vorhanden sind. Signale und Markierungen, auf wel chen die reflektierende, überzugbildende Mischung gemäss der vorliegenden Erfindung aufgestrichen oder aufgedruckt ist, besitzen unter den allgemeinen Bedingungen des Nachtsehens auf Landstrassen in folge ihres Umkehrstrahlungsvermögens innerhalb eines verhältnismässig breiten Bereiches von Ein fallswinkeln eine viel grössere Sichtbarkeit.
In der folgenden Tabelle sind die relativen Refle- xionsintensitäten für verschiedene Proben, gemessen mittels eines nahe der Axe des einfallenden Licht strahlenbündels angeordneten Photometers, aufge führt. Der Divergenzwinkel beträgt 1/3,) und ent spricht dem unter den für Landstrassen typischen Sehbedingungen auftretenden mittleren Divergenz winkel. Der Divergenzwinkel ist derjenige Winkel, der einerseits durch die die Lichtquelle mit der re flektierenden Fläche verbindende Gerade und anderer seits durch die die reflektierende Fläche mit dem Auge des Beobachters oder mit dem Photometer verbindende Gerade begrenzt wird.
Die Reflexions intensitäten sind für Einfallswinkel von 10u, 20o, 30 und 40 angegeben. Der Einfallswinkel ist derjenige Winkel, der durch die die Lichtquelle mit der reflek tierenden Fläche verbindende Gerade und das Lot auf die Ebene der reflektierenden Fläche begrenzt wird. Für alle Messungen wurde die gleiche Licht quelle benützt.
In jedem Fall ist der aufgeführte Wert das Verhältnis aus dem Photometermesswert der zu prüfenden Probe und dem Messwert einer weissen, emaillierten Signaloberfläche, wobei die zu prüfende Probe und die Vergleichsprobe den glei chen Flächeninhalt besitzen und bei gleichem Ein fallswinkel gemessen werden.
EMI0004.0047
Relative <SEP> Reflexions intensitäten <SEP> bei <SEP> den
<tb> Reflektierende <SEP> Oberfläche <SEP> angegebenen
<tb> Einfallswinkeln
<tb> 10o <SEP> 20o <SEP> 30o <SEP> 40o
<tb> Weisses <SEP> Email
<tb> (diffuse <SEP> Reflexion) <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 1
<tb> Aluminiumfarbe
<tb> (halbspiegelnde <SEP> Reflexion) <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> Erfindungsgemässe <SEP> Mischung
<tb> (Umkehrstrahlung) <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> .
<SEP> 80 <SEP> 80 <SEP> 80 <SEP> 75 Die in der obigen Tabelle angeführte Probe wurde unter Verwendung der reflektierenden, über zugbildenden Mischung gemäss der vorliegenden Er findung hergestellt, indem auf eine Kartonunterlage ein Nitrocelluloselack aufgespritzt wurde, der eine der nachstehend angegebenen Formel A ähnliche Zusammensetzung aufwies. Dieser Nitrocelluloselack enthielt Glaskügelchen, die einen Brechungsindex von 1,9 und einen Durchmesser von 15-40 Mikron aufwiesen und durch Niederschlagen von Aluminium dampf im Hochvakuum mit einem hemisphärischen, reflektierenden Aluminiumüberzug versehen worden waren.
Die für die Probe mit der Aluminiumfarbe angeführten Null -Werte bedeuten, dass die Mess- werte gegenüber denjenigen der Probe mit weissem Email sehr klein sind. Die Probe mit der Aluminium farbe erscheint bei visuellem Vergleich bei den an gegebenen Winkeln dunkelgrau und leuchtet nur dann silbrig auf, wenn der Einfallswinkel Null oder sehr klein ist.
In der folgenden Tabelle ist die Zusammenset zung von für die vorliegende Erfindung wertvollen Firnismischungen in bevorzugten Ausführungsformen angegeben. Die Mengen der Komponenten sind in auf die Gesamtmischung bezogenen Gewichtsprozen ten angegeben.
EMI0005.0009
A <SEP> B <SEP> C <SEP> D
<tb> Nitrocellulose <SEP> mit
<tb> hoher <SEP> Viskosität <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 3,25 <SEP> - <SEP> 3,25 <SEP> 3,25
<tb> Neoprenkautschukmi schung <SEP> (Polychloropren kautschuk <SEP> mit <SEP> 1,5 <SEP> % <SEP> Na triumacetat, <SEP> 4 <SEP> % <SEP> Mg0,
<tb> 5 <SEP> % <SEP> ZnO <SEP> und <SEP> 2 <SEP> % <SEP> Anti oxidans) <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> - <SEP> 9,26 <SEP> - <SEP> Siebdruck-Klarharz
<tb> (75 <SEP> % <SEP> Feststoffe) <SEP> - <SEP> 4,00
<tb> Alkydfirnisharz <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> - <SEP> - <SEP> 3,23 <SEP> Phenolfirnisharz <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> - <SEP> 6,86 <SEP> - <SEP> Kumaronharz <SEP> (hell) <SEP> 2,30 <SEP> - <SEP> Äthylalkohol
<tb> (denaturiert) <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 1,75 <SEP> 0,92 <SEP> 1,75 <SEP> 1,75
<tb> Butylalkohol <SEP> .
<SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> <B>1,00</B>
<tb> Äthylenglycol-mono butyläther <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 2,00 <SEP> - <SEP> 2,00 <SEP> 2,00
<tb> Äthylenglycol-mono äthyläther <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 45,00 <SEP> 11,12 <SEP> 41,75 <SEP> 40,00
<tb> Naphta <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 24,00 <SEP> - <SEP> 24,00 <SEP> 24,00
<tb> Cyclohexanon <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> - <SEP> 7,94 <SEP> - <SEP> Toluol <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> - <SEP> 61,60 <SEP> - <SEP> Lackverdünner <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 24,00 <SEP> - <SEP> 24,00 <SEP> 24,00
<tb> Kobalt-Firnistrockner <SEP> .
<SEP> - <SEP> - <SEP> 0,02 <SEP> * <SEP> Irgendeine <SEP> für <SEP> den <SEP> Siebdruck <SEP> geeignete <SEP> Klarharzmischung,
<tb> die <SEP> bei <SEP> der <SEP> Herstellung <SEP> von <SEP> überzugbildenden <SEP> Mischungen
<tb> für <SEP> den <SEP> Seidensiebdruck <SEP> verwendet <SEP> wird <SEP> (z. <SEP> B. <SEP> das <SEP> Marken produkt <SEP> = <SEP> Du <SEP> Pont <SEP> RC <SEP> 283 <SEP> p).
Die reflektierenden Firnismischungen können durch Vermischen der Firnismischung der gewünsch ten Zusammensetzung mit hemisphärisch reflektie renden Mikrosphäroiden der beschriebenen Art von 15-40 Mikron Durchmesser in einem Gewichtsver hältnis von 65<B>:35</B> zwecks Bildung von 100 Gew.- Teilen des Produktes hergestellt werden.
Die Mischung A eignet sich vornehmlich zum Aufspritzen auf Betonrandsteine, Baumstämme, Pfo sten, etc. Die Mischung Bist besonders zum Auf spritzen auf Gewebe geeignet. Die Mischung C ist insbesondere zum Aufwalzen auf Metallsignale mit vorstehenden Flächenteilen brauchbar. Die Mischung D eignet sich besonders zum Bedrucken von Karton nach dem Seidensiebdruckverfahren zur Herstellung von nur für begrenzte Zeit verwendbaren, billigen Anzeigematerialien (es sind die reflektierend gemach ten Mischungen zu verstehen).
In gewissen Fällen ist es nötig oder zweckmässig, einen reflektierenden überzog mit ebener, glänzender Oberfläche aufzu bringen, um eine Oberfläche zu erhalten, die bei Tag ein gefälliges Aussehen aufweist und die sich leicht reinigen lässt und wenig Staub und Schmutz auf nimmt. Die erfindungsgemässe, überzugsbildende Mischung kann sowohl zur Herstellung von reflek tierenden überzügen mit ebener Oberfläche von der eben beschriebenen Art als auch für die Herstellung von Überzügen mit gerasterter Oberfläche benützt werden.
Die reflektierenden überzüge mit ebener Ober fläche werden zweckmässigerweise so hergestellt, dass man auf die Oberfläche einer Unterlage eine überzugbildende Mischung aufbringt, die hemisphä- risch reflektierend gemachte Mikroglaskügelchen im Gemisch mit einem durchsichtigen Firnis und einem flüchtigen Lösungsmittel enthält und eine solche Kon sistenz aufweist, dass eine einzige Schicht von reflek tierenden Partikeln entsteht,
die im getrockneten überzog eingebettet ist. Die Oberfläche dieses überzuges ist nicht eben, sondern gerastert. Es wird dann ein Decküberzug aus durchsichtigem Firnis aufgebracht, um eine ebene, glänzende Oberfläche zu erhalten. Man kann dem Deckfirnis ein durchsich tiges, färbendes Material, z. B. ein durchsichtiges Phtalocyaninpigment, einverleiben, um den gewünsch ten Farbeffekt zu erhalten. Der gefärbte Decküber zug wirkt dann als farbiges Lichtfilter. Auch dem darunter liegenden, das reflektierende Pigment ent haltenden Überzug kann färbendes Material einver leibt werden.
Damit der reflektierende überzog bei Tag und bei Nacht ein ähnliches Aussehen aufweist, ist es zweckmässig, den das Pigment enthaltenden Überzug auf eine undurchsichtige Grundierung der gewünschten Farbe aufzubringen.
Das Reflexionsvermögen bei Tag und bei Nacht kann dadurch beeinflusst werden, dass man die Kon zentration der reflektierenden Glaskügelchen in der überzugbildenden Mischung variiert, um auf diese Weise die Anzahl der Glaskügelchen pro Flächen einheit im fertigen überzog zu variieren.
Um zwi schen den reflektierend gemachten, sphärischen Mi- kroglaskörpern gleichmässige seitliche Abstände zu erzielen, ist es zweckmässig, ein Gemisch mit kleinen durchsichtigen (nicht reflektierend gemachten) Par tikeln zu verwenden, die von ähnlicher Grösse sind und im Überzug als durchsichtige Elemente zur seit lichen Abstandhaltung dienen. Die Distanzpartikeln lassen das Licht bei geringer Streuung durch den Überzug hindurch, sofern sie einen Brechungsindex besitzen, der ungefähr gleich demjenigen des getrock neten Firnisses ist.
Die Distanzpartikel können aus kleinen Körnern oder Glaskügelchen bestehen. Bei dieser Ausführungsform liegt der optimale Brechungsindex der reflektierend gemachten Mikro glaskügelchen, da die Oberfläche des mehrschichti gen Überzuges eben ist, bei ca. 2,8, wenn die Mikro glaskügelchen in getrockneten Firnissen von üblichem Brechungsindex (ca. 1,5) eingebettet sind, wodurch ein Brechungszahlenverhältnis von ca. 1,9 erzielt wird. Das gleiche Resultat kann dadurch erzielt wer den, dass man Mikroglaskügelchen mit niedrigerem Brechungsindex und einem unter dem Metallüberzug angeordneten andern Überzug verwendet, um die zur Erzielung der gewünschten Fokussierung erforder liche, optische Kompensation zu erhalten.
Reflektierende Überzüge mit ebener Oberfläche der oben beschriebenen Art eignen sich besonders gut als Decküberzug an Automobilen oder anderen Fahrzeugen. Ohne dass das gefällige Aussehen bei Tag und bei Nacht eine Einbusse erleidet, ist die Sichtberkeit bei Nacht stark erhöht. Die auf Land strassen fahrenden oder am Rand von Landstrassen parkierten Fahrzeuge, die mit den genannten über zügen versehen sind, .sind für die Lenker anderer Fahrzeuge, deren Scheinwerfer die Lichtquelle dar stellen, viel besser sichtbar. Daraus ergibt sich eine bemerkenswerte Erhöhung der Sicherheit. Die re flektierenden Überzüge mit ebener Oberfläche eignen sich auch für andere Zwecke, z. B. zur Herstellung von Strassensignalen, die eine ebene, glänzende Ober fläche besitzen sollen.
Im folgenden wird ein Beispiel einer reflektierend gemachten, Mikroglaskügelchen enthaltenden Mi schung, die zur Herstellung von Überzügen mit glat ten Oberflächen verwendbar und mittels Spritzpistole auftragbar ist, gegeben. Ein färbendes Material ist nicht angeführt, kann jedoch beigemischt werden und wird dann in solcher Menge verwendet, dass der ge wünschte Farbeffekt erzielt wird. Alle Mengenan gaben sind Gewichtsteile.
EMI0006.0007
E
<tb> Reflektierende <SEP> Mikroglaskügelchen <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 14,3
<tb> Nitrocellulosemischung <SEP> (Viskosität <SEP> 1/2 <SEP> Sek.,
<tb> mit <SEP> 1 <SEP> Teil <SEP> Butylalkohol <SEP> pro <SEP> 2 <SEP> Teile <SEP> Nitro cellulose) <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 9,1
<tb> Nicht <SEP> trocknendes <SEP> Alkydharz <SEP> als <SEP> Weichma cher <SEP> für <SEP> die <SEP> Nitrocellulose, <SEP> gemischt <SEP> mit
<tb> gleicher <SEP> Gewichtsmenge <SEP> Toluol <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 36,0
<tb> Melamin-Formaldehyd-Härtungsmittel,
<tb> gemischt <SEP> mit <SEP> der <SEP> gleichen <SEP> Gewichtsmenge
<tb> eines <SEP> Gemisches <SEP> von <SEP> Butylalkohol <SEP> und <SEP> Xylol
<tb> im <SEP> Verhältnis <SEP> <B>60:
</B> <SEP> 40 <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 3,6
<tb> Essigsäurebutylester <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 12,0
<tb> Essigsäureäthylester <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 6,0
<tb> Butylalkohol <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> .
<SEP> 1,0 In dem mittels dieser Mischung hergestellten, ge trockneten Überzug bestehen die nicht flüchtigen Fir- nisfeststoffe aus der Nitrocellulose und dem Alkyd- harz, einschliesslich des Härtungsmittels. Die flüchti gen Lösungsmittel sind Essigsäurebutylester, Essig- säureäthylester, Butylalkohol,
Toluol und Xylol. Das Gewichtsverhältnis des reflektierenden Pigmentes zu den nicht flüchtigen Firnisfeststoffen beträgt ca. 1 : 2. Die überzugbildende Mischung enthält ca. 40 Ge wichtsprozent flüchtige Lösungsmittel.
Als reflektierende Mikroglaskügelchen eignen sich Glaskügelchen mit einem Brechungsindex von 2,5 und Durchmessern von 12-18 Mikron, die mit einem hemisphärischen Überzug von ca. 2 Mikron aus Natriumaluminiumfluorid und über diesem über zu- mit einem reflektierenden Aluminiumüberzug versehen worden sind.
Die zur Erzeugung des Decküberzuges verwen dete Mischung kann praktisch die gleiche Zusammen setzung aufweisen, mit der Ausnahme, dass sie keine reflektierenden Glaskügelchen enthält. Man kann die ser Mischung ein durchsichtiges, färbendes Material zusetzen, sofern ein farbiger Deeküberzug erwünscht ist.
Die Mikroglaskügelchen können nach verschie denen Methoden hemisphärisch reflektierend ge macht werden.
Nach der einen Methode wird im Hochvakuum ein Metalldampf auf die Kügelchen niedergeschlagen. Auf ein Trägerband, das eine Oberfläche aus nicht flüchtigem, plastischem, klebrigem Material (z. B. eine Schicht aus plastifiziertem Harz) aufweist, wird eine Schicht von Mikroglaskügelchen der gewünsch ten Grösse aufgebracht. Die Glaskügelchen werden teilweise in die klebrige Oberfläche hineingedrückt, worauf die überschüssigen Glaskügelchen wegge wischt werden, um eine einzige Schicht von an der Trägeroberfläche haftenden und teilweise eingebette ten Mikroglaskügelchen zu erhalten.
Gegebenenfalls kann man auf die freiliegenden Teile der Kügelchen einen Überzug aus durchsichtigem, festem Material aufbringen, um die bereits oben beschriebenen, he misphärischen Trennüberzüge zu erhalten. Zu diesem Zweck kann man das Trägerband mit der die Kügel chen tragenden Seite unten durch eine Hoch vakuumkammer hindurchführen, in welcher durch Erhitzen eines zweckentsprechenden Materials, das sich unter dem Trägerband befindet, ein Dampf er zeugt wird. Dieser Dampf kondensiert sich auf den unteren Hälften der Kügelchen.
Zur Erzeugung von Natriumaluminiumfluoriddampf wird vorzugsweise Kryolith verwendet. Die Dicke des auf den Kügelchen entstehenden Niederschlages ist bedingt durch die Zeit, während welcher die Kügelchen der Einwir kung des Dampfes ausgesetzt bleiben. Zur Bestim mung der Zeit, die erforderlich ist, um einen über zug zu erhalten, dessen Dicke genügt, um den ferti gen, reflektierend gemachten Mikroglaskügelchen die Eigenschaft der Umkehrstrahlung zu verleihen, kön nen Vorversuche mit Proben der behandelten Kügel chen durchgeführt werden.
Das Trägerband mit den Kügelchen nach unten wird dann durch eine Hoch vakuumkammer geführt, in welcher die Kügelchen der Einwirkung von Aluminiumdampf, der an einer unter dem Trägerband befindlichen Stelle erzeugt wird, unterworfen werden. Die Einwirkungszeit wird derart gewählt, dass sich auf der unteren Hälfte der einzelnen Kügelchen ein dünner, undurchsichtiger, reflektierender Belag von metallischem Aluminium niederschlägt. Dieser Niederschlag kommt auf den Trennüberzug zu liegen, sofern ein solcher erzeugt wurde.
Die erforderliche Einwirkungszeit kann da durch bestimmt werden, dass man eine Glasplatte der Einwirkung des Aluminiumdampfes unterwirft und die Zeit bestimmt, die erforderlich ist, um einen Metallbelag mit einem elektrischen Widerstand von höchstens 1 Ohm pro cm2 zu erhalten. Die reflektie rend gemachten Partikel werden mittels einer rotie renden Drahtbürste vom Trägerband abgelöst. An stelle von Aluminium kann man auch andere Metalle, z. B. Zinn oder Kupfer, die sich zur Erzeugung von Überzügen durch Vakuumverdampfung eignen, ver wenden.
Eine andere Methode, die sich dazu eignet, die Mikroglaskügelchen reflektierend zu machen, besteht darin, dass man auf einen durch heisses Wasser lös baren Überzug (z. B. auf einen Leim- oder Dextrin- überzug) eines Trägerbandes eine Lage von Mikro- glaskügelchen aufbringt und die Kügelchen derart in den Überzug hineindrückt, dass sie bis zu einer Tiefe, die ungefähr ihrem halben Durchmesser entspricht, eingebettet werden. Die freiliegenden Glasoberflä chen werden dann durch Aufspritzen von Silberlösun gen und Niederschlägen von Silber aus denselben mit Silber plattiert.
Vor dem Plattieren können die Kü gelchen einer Vorbehandlung unterworfen werden, um mit Trennüberzügen versehen zu werden. Das Trägerband wird dann durch ein heisses Wasserbad geleitet, um die reflektierend gemachten Partikel ab zulösen.
Eine weitere Methode besteht darin, auf einem hitzebeständigen Trägerband eine lösbare Lage von Mikroglaskügelchen aufzubringen und die bberen Hemisphären der Kügelchen durch Behandlung mit einem Metallcarbonyldampf, der mit den Kügelchen in Berührung gebracht und in situ reduziert wird, mit Metall zu plattieren. Auf diese Weise können Nickel und Chromüberzüge erzeugt werden.
Da die oben beschriebenen Methoden der Metall- plattierung und der Erzeugung von Überzügen mittels Dämpfen an sich bekannt sind, ist es überflüssig, Ausführungsbeispiele zu geben.
Light-reflecting compound The present invention relates to a free-flowing, light-reflecting compound made of transparent, spherical micro glass bodies. This mass is characterized by the fact that the glass micro bodies are made hemispherically reflective and reflect the light rays back in the direction of incidence.
The invention also relates to the use of the free-flowing, light-reflecting composition for the production of a coating composition by mixing the free-flowing composition with a liquid lacquer or varnish. This mixture can be used to produce coatings for road signals and markings which, due to their reversal radiation capacity, are visible to motor vehicle drivers from a great distance. The reflective power of these signals and markings is much greater than that of the ordinary painted signals and markings.
Each spherical micro glass body is a tiny glass bead that is transparent and the surface of which is made about half opaque ge, conveniently by means of a thin, reflective metal coating, for. B. an aluminum coating, which forms a coherent hemispherical, reflective cap.
This hemispherical metal coating acts as a reflector for light rays that penetrate into the uncoated half of the microsphere and strike the concave inside of the metal coating, as well as for light rays that strike the convex outer surface of the metal coating. 1 cm3 of these glass microspheres contains many millions of individual spheres.
Because the micro glass bodies are spherical, the pigment material is free-flowing when dry, which makes mixing with paints or varnishes easier for the purpose of producing homogeneous dispersions. The glass micro bodies do not bake together when they settle in the dispersion and can easily be re-dispersed by stirring.
The reflective micro-glass bodies can be sprinkled on the surface of a paint or varnish coating while the latter is still in the undried, plastic and sticky state.
The main use for which the free-flowing mass of glass micro bodies is intended, however, consists in the production of reflective over tensile masses by mixing the glass micro bodies with lacquers or varnishes. As a varnish z. B. oil and spray resin varnishes and as paints z. B. Nitrocel- lulose lacquers can be used.
The reflective varnish mixes are easily assembled according to the way they are to be applied. They can be applied by spraying, brushing, printing or using stencils in order to obtain reflective coatings in a single operation. For this type of use, it is expedient to use reflective varnish mixtures, approx. 1/3 of which are composed of hemispherically reflective micro glass bodies and approx. 2/3 of the carrier medium (by weight).
The carrier medium consists of the non-volatile, film-forming solids (e.g. nitrocellulose), which are dissolved in a relatively large amount of a volatile solvent which thins the mixture to the desired degree.
When the mixture is applied to the surface of a base, the micro glass bodies flow out into a single layer that contains tens of thousands of micro glass beads per cm2. During the evaporation of the solvent, the varnish flows down the pigment particles, so that when the coating dries out, a surface layer of protruding reflective microspheres that is exposed to light is created.
The dry varnish film forms a thin, transparent skin on the beads, so that the coating has a correspondingly screened surface that is exposed to the atmosphere. The amount of varnish solids (which form the dry film) is, however, high enough to ensure that the reflective pigment is firmly anchored to the substrate. It has been found that for most uses it is best for the weight ratio of varnish solids to solvent to be 1:20.
The reflective glass microspheres of the applied coating are not directional since they are subjected to random rotations in the course of their processing. For each glass microsphere, the direction in which the non-reflective part is pointing is completely random. In every small area, e.g. B.
of 1/10 cm2, of the coating, a light beam directed onto the surface of the coating hits a large number of glass spheres, the non-reflective parts of which point randomly in all possible directions with respect to the axis of the light beam, with the visible reflection effect being the result numerous individual reflections because the human eye is not able to distinguish the light rays coming from the individual spheres.
Each small surface part will thus have practically the same visible reflection effect as each other small surface part, the overall effect being homogeneous.
The optimal size of the spherical micro-glass body with regard to the reflection power as well as the dispersion and suspension in the varnish is 10-50 microns (diameter). A micron is a thousandth of a millimeter.
The highly reflective, coating-forming mixtures according to the present invention can be used in so-called aerosol bombs or spray cans, from which they can be sprayed onto any desired surface. The necessary pressure is supplied by a propellant liquid with high vapor pressure enclosed in the container. The reflective, coating-forming mixtures can be e.g.
B. easily on bridge piers, concrete kerbstones, masts, posts, tree trunks, etc., spray to get reflective surfaces that light up at night and the motor vehicle drivers as guidance signals or warning signals for Ge danger. The appearance of the surface provided with such a coating is not significantly changed during the day due to the inconspicuousness of the coating, whose special properties only come into play under the conditions causing the reverse radiation.
The mixtures according to the invention can be carried along in small spray vessels by street patrols in automobiles or on motorcycles and sprayed on at those points which require better visualization at night. The mixtures can also be sprayed on using spray guns.
In this way, only temporarily required security markings or signals can be produced. There is also a need for advertisements that are valid for a limited period of time and that, on the one hand, incur little costs and, on the other hand, should be very clearly visible to motor vehicle drivers at night. Examples are advertisements for special sales and posters for political campaigns. Such displays can easily be produced in large numbers by spraying the reflective mixture onto cheap cardboard substrates using stencils or by stencil printing.
A diluted spray mix can also be used to make fabric reflective. The fabrics treated in this way do not differ significantly in daylight from the untreated fabrics and are not changed in the handle wesent Lich. You can z. B. treat a shirt, jacket or overcoat in this way to make the pedestrians wearing these items of clothing more visible to motor vehicle drivers at night when he is marching on or on the edge of a country road, thereby increasing safety.
If clear (colorless) spherical micro glass bodies, which have a hemispherical coating made of metal, are used, the reflected light will have the color of the reflecting metal. So z. B. obtained a silvery reflection when the spherical glass micro bodies are provided with aluminum coatings. Other color effects can be achieved by using spherical micro glass bodies made of transparent colored glass.
The reflective micro glass bodies can be provided with a transparent color coating. Furthermore, a hemispherical color coating can be applied to the reflective coating in order to give the reflective varnish coating a color which appears in daylight and which comes about because the micro glass bodies are arranged in a random manner.
If the reflective particles are perfect spheres, then for single-layer coatings an optimal reflectivity is achieved when glass spheres made of a glass with a refractive index of at least 1.8 and preferably of about 1.9 are used. Incident light rays that strike the part of the surface that has been made non-reflective are combined on the concave, reflective surface provided with the hemispherical metal coating in an almost punctiform focal surface.
If, on the other hand, particles are used that consist of deformed spheres whose main axis is larger than the minor axis, with one pole of the main axis approximately in the center of the hemispherical, reflective surface, an equivalent focusing of the light rays can be achieved even at lower refractive indices will. Another method of achieving equivalent focusing using glass with a lower refractive index is to provide the glass sphere with a spherical coating of clear material to obtain a composite spherical structure which is then made hemispherically reflective.
As a pulling material is chosen that has a lower refractive index than the core. Another possibility is to apply a transparent coating to an approximately hemispherical part of the sphere and to apply the metal coating to this coating, whereby the length of the optical axis is increased. The appropriate dimensions can be determined graphically by drawing up a diagram and plotting the refracted rays of an incident bundle of paraxial rays. Due to the aberration effect, the rays are never focused in a perfect focus.
On the other hand, the dimensions for a given geometric structure can be selected in such a way that the focus takes place within a small area.
According to one embodiment of the present invention, a reflective, coating-forming mixture can be produced which contains a mixture of reflective glass microspheres with a refractive index of about 1.9 and reflective glass microspheres with a refractive index of about 2.5. Such a mixture is suitable for spraying on outdoor surfaces, e.g. B. on bridge piers, in a single work gear.
The dried, reflective coating is more visible when it is wet than a coating made from a mixture containing only micro-glass beads with a refractive index of 1.9. The visibility in the dry state is not noticeably reduced as a result.
The reverse radiative power of a coating containing beads with a refractive index of 1.9 is optimal when the screened surface of the coating is in contact with air, while a coating containing beads with a refractive index of 2.5 is then has an optimal reverse radiation capacity when the screened surface borders on a layer of water.
The reflective varnish coating applied to a base and dried can be changed by applying a transparent, colored or clear varnish to the screened surface, which covers the protruding parts of the surface and, when dry, provides a flat outer surface. In this case, spherical particles with a refractive index of approx. 2.8 must be used to achieve the optimal focusing effect. To achieve a satisfactory focus, glass with a significantly lower refractive index can also be used if the deformed spherical particles described above are used.
If a colorless varnish and colorless glass beads are used and the beads are coated with a silvery metal such as B. aluminum, are made reflective, a shiny silver reverse radiation is achieved. Any desired color can be obtained by adding a transparent color pigment or dye to the varnish so that the dried surface coating serves as a color filter. In this way, you can generate smooth, decorative or protective coatings on automobile bodies or parts thereof, which are not noticeable in daylight, but have a greatly increased visibility at night. The color effects are retained under the visual conditions at night.
All these hemispherically reflective spherical micro glass bodies, which are designed to bring about a suitable focusing under the intended conditions of use, have the property of so-called reverse radiation 7>, whether they are spherical in the narrower sense or spherical-like.
With this expression, the property of a suitable combination between a lens and a rear reflector (on which the incident light rays are focused approximately at a focal point) will reflect the reflected rays in a cone against the light source, even if the incident rays are in a relatively large angle to the optical axis, denotes.
The reflective spherical glass micro bodies according to the invention are retroreflective with respect to light rays that penetrate them, refracted by the transparent glass body (which acts as a lens) and reflected on the inner or concave surface of the hemispherical metal cap. These glass micro bodies can be referred to as retroreflective, catadioptric particles.
A dried varnish coating produced from a coating-forming mixture according to the invention provides a reflective surface which has a very large number of reflective glass microspheres per cm- 'which are randomly arranged.
Despite the lack of orientation of the reflective particles, a light beam is strongly reflected, so that the reflective surface for observers who are close to the axis of the beam, e.g. B. for the occupants of a vehicle whose headlights represent the light source, has high visibility. It is true even then; when the observer's line of sight is not nearly perpendicular to the reflective surface, but forms a significant angle with the optical axis.
If a bundle of light rays hits the surface, even at a significant angle of incidence, a considerable part of the light rays falls on the non-reflective parts of the glass microspheres and is reflected back as the rays penetrate into the spheres and on the concave, hemispherical ones Metal surfaces are reflected, whereby the reflected rays are largely thrown back in the direction of the light source.
Other light rays fall on the outer convex metal surfaces that face the light and are diffusely reflected. Only the practically perpendicular rays are reflected back to the light source. The overall effect to be achieved is to throw back a sufficiently high proportion of the incident light rays in the form of a concentrated cone against the light source in order to achieve the best possible visibility of the reflective surface for observers who are close to the axis of the incident light. This is true even if the angle of incidence is significant.
Traffic signals and markings that have this property of reverse radiation within significant angles of incidence are very easily visible to motor vehicle drivers at night, even if they are not directly facing the observer and even if they are curved Have surface (as is the case, for example, with posters stuck to telephone pillars and with tree trunks made reflective).
In contrast, mirror-like signals or markings have specular reflection, with only those light rays being reflected back against the light source for which the angle of incidence is zero (i.e.
those rays that hit the surface of the reflective base perpendicularly). A surface that is coated with a getrock Neten varnish, which contains aluminum flakes arranged parallel to the upper surface, it produces a semi-specular reflection. The visibility of the reflecting surface for observers who are close to the axis of a light beam falling at an angle is poor in this case. In order to be clearly visible, signals and markings of this type must be arranged in such a way that the line of sight falls practically perpendicular to the reflective surface.
Reflectors of this type are generally unsuitable for road signals and markings, since signals and markings are usually arranged in such a way that the driver of a motor vehicle only gazes at them for a moment from a fast moving vehicle.
An ordinary, painted or enameled signal surface has a diffuse reflection, since the notched pigment particles reflect a bundle of light rays in all directions. A small part of the light is reflected back against the source of a light beam incident at an angle, while most of the light is scattered in other directions.
Diffuse reflection also occurs when the pigment consists of spherical micro-bodies which are made reflective over the entire surface, since in this case the conditions necessary for the reverse radiation to occur are not present. Signals and markings on which the reflective, coating-forming mixture according to the present invention is painted or printed, have a much greater visibility under the general conditions of night vision on country roads due to their reverse radiation capacity within a relatively wide range of incidence angles.
The following table shows the relative reflection intensities for various samples, measured by means of a photometer arranged near the axis of the incident light beam. The divergence angle is 1/3,) and corresponds to the mean divergence angle that occurs under the visual conditions typical for country roads. The divergence angle is that angle which is limited on the one hand by the straight line connecting the light source with the reflective surface and on the other hand by the straight line connecting the reflective surface to the eye of the observer or to the photometer.
The reflection intensities are given for angles of incidence of 10u, 20o, 30 and 40. The angle of incidence is that angle which is limited by the straight line connecting the light source with the reflective surface and the perpendicular to the plane of the reflective surface. The same light source was used for all measurements.
In any case, the value listed is the ratio of the photometer reading of the sample to be tested and the reading of a white, enamelled signal surface, whereby the sample to be tested and the reference sample have the same area and are measured at the same angle of incidence.
EMI0004.0047
Relative <SEP> reflection intensities <SEP> at <SEP> den
<tb> Reflective <SEP> surface <SEP> specified
<tb> angles of incidence
<tb> 10o <SEP> 20o <SEP> 30o <SEP> 40o
<tb> White <SEP> email
<tb> (diffuse <SEP> reflection) <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 1
<tb> aluminum color
<tb> (semi-specular <SEP> reflection) <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> <SEP> mixture according to the invention
<tb> (reverse radiation) <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>.
<SEP> 80 <SEP> 80 <SEP> 80 <SEP> 75 The sample listed in the table above was produced using the reflective, coating-forming mixture according to the present invention by spraying a nitrocellulose lacquer onto a cardboard base had a composition similar to Formula A given below. This nitrocellulose lacquer contained glass beads which had a refractive index of 1.9 and a diameter of 15-40 microns and had been provided with a hemispherical, reflective aluminum coating by deposition of aluminum vapor in a high vacuum.
The zero values given for the sample with the aluminum color mean that the measured values are very small compared to those of the sample with white enamel. When compared visually, the sample with the aluminum color appears dark gray at the angles given and only lights up in a silvery color when the angle of incidence is zero or very small.
The following table shows the composition of varnish mixtures which are useful for the present invention in preferred embodiments. The amounts of the components are given in percent by weight based on the total mixture.
EMI0005.0009
A <SEP> B <SEP> C <SEP> D
<tb> nitrocellulose <SEP> with
<tb> high <SEP> viscosity <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 3.25 <SEP> - <SEP> 3.25 <SEP> 3.25
<tb> neoprene rubber mixture <SEP> (polychloroprene rubber <SEP> with <SEP> 1.5 <SEP>% <SEP> sodium acetate, <SEP> 4 <SEP>% <SEP> Mg0,
<tb> 5 <SEP>% <SEP> ZnO <SEP> and <SEP> 2 <SEP>% <SEP> anti oxidant) <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> - <SEP> 9.26 <SEP> - <SEP> screen printing clear resin
<tb> (75 <SEP>% <SEP> solids) <SEP> - <SEP> 4.00
<tb> alkyd fiber resin <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> - <SEP> - <SEP> 3.23 <SEP> phenolic resin <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> - <SEP> 6.86 <SEP> - <SEP> coumarone resin <SEP> (light) <SEP> 2.30 <SEP> - <SEP> ethyl alcohol
<tb> (denatured) <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 1.75 <SEP> 0.92 <SEP> 1.75 <SEP> 1.75
<tb> butyl alcohol <SEP>.
<SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> <B> 1.00 </B>
<tb> Ethylene glycol monobutyl ether <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 2.00 <SEP> - <SEP> 2.00 <SEP> 2.00
<tb> Ethylene glycol mono ethyl ether <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 45.00 <SEP> 11.12 <SEP> 41.75 <SEP> 40.00
<tb> Naphta <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 24.00 <SEP> - <SEP> 24.00 <SEP> 24.00
<tb> Cyclohexanone <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> - <SEP> 7.94 <SEP> - <SEP> toluene <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> - <SEP> 61.60 <SEP> - <SEP> lacquer thinner <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 24.00 <SEP> - <SEP> 24.00 <SEP> 24.00
<tb> Cobalt Firnist Dryer <SEP>.
<SEP> - <SEP> - <SEP> 0.02 <SEP> * <SEP> Any <SEP> for <SEP> <SEP> screen printing <SEP> suitable <SEP> clear resin mixture,
<tb> the <SEP> at <SEP> the <SEP> production <SEP> of <SEP> coating-forming <SEP> mixtures
<tb> for <SEP> the <SEP> silk screen printing <SEP> is used <SEP> is <SEP> (e.g. <SEP> e.g. <SEP> the <SEP> branded product <SEP> = <SEP> you <SEP > Pont <SEP> RC <SEP> 283 <SEP> p).
The reflective varnish mixtures can be prepared by mixing the varnish mixture of the desired composition with hemispherically reflective microspheroids of the type described having a diameter of 15-40 microns in a weight ratio of 65: 35 to form 100 parts by weight of the Product.
Mixture A is primarily suitable for spraying onto concrete curbs, tree trunks, posts, etc. The mixture is particularly suitable for spraying onto fabric. Mixture C is particularly useful for rolling onto metal signals with protruding surface parts. Mixture D is particularly suitable for printing cardboard using the silk screen printing process for the production of cheap display materials that can only be used for a limited time (the mixtures are made to be reflective).
In certain cases it is necessary or expedient to apply a reflective coating with a flat, glossy surface in order to obtain a surface that has a pleasing appearance during the day and that is easy to clean and that absorbs little dust and dirt. The inventive coating-forming mixture can be used both for the production of reflective coatings with a flat surface of the type just described and for the production of coatings with a screened surface.
The reflective coatings with a flat surface are expediently produced in such a way that a coating-forming mixture is applied to the surface of a substrate, which contains hemispherically reflective glass microspheres mixed with a transparent varnish and a volatile solvent and has such a consistency that a single layer of reflective particles is created,
which is embedded in the dried coating. The surface of this coating is not even, but gridded. A top coat of clear varnish is then applied to give a smooth, glossy surface. You can give the top varnish a transparent term, coloring material such. B. a transparent phthalocyanine pigment, incorporated in order to obtain the desired color effect. The colored top coat then acts as a colored light filter. Coloring material can also be incorporated into the underlying coating containing the reflective pigment.
In order that the reflective coating has a similar appearance during the day and at night, it is expedient to apply the coating containing the pigment to an opaque primer of the desired color.
The reflectivity during the day and at night can be influenced by varying the concentration of the reflective glass beads in the coating-forming mixture in order in this way to vary the number of glass beads per unit area in the finished coating.
In order to achieve uniform lateral distances between the reflective, spherical microglass bodies, it is advisable to use a mixture of small, transparent (non-reflective) particles that are of a similar size and coated as transparent elements to the side Serve spacing. The spacer particles allow light to pass through the coating with little scattering, provided they have a refractive index approximately equal to that of the getrock Neten varnish.
The spacer particles can consist of small grains or glass beads. In this embodiment, the optimal refractive index of the made reflective glass microspheres, since the surface of the multilayered coating is flat, is approx. 2.8 when the glass microspheres are embedded in dried varnishes with the usual refractive index (approx. 1.5), whereby a refractive index ratio of approx. 1.9 is achieved. The same result can be achieved by using glass microspheres with a lower refractive index and another coating under the metal coating in order to obtain the optical compensation necessary to achieve the desired focus.
Reflective coatings with a flat surface of the type described above are particularly suitable as top coatings on automobiles or other vehicles. The visibility at night is greatly increased without the pleasing appearance being impaired by day or night. The vehicles driving on country roads or parked on the edge of country roads, which are provided with the above trains, are much more visible to the drivers of other vehicles whose headlights are the light source. This results in a remarkable increase in security. The re flective coatings with a flat surface are also suitable for other purposes, such. B. for the production of road signals that should have a flat, shiny upper surface.
The following is an example of a mixture made reflective, containing glass microspheres, which can be used for producing coatings with smooth surfaces and which can be applied by means of a spray gun. A coloring material is not listed, but can be mixed in and is then used in such an amount that the desired color effect is achieved. All amounts given are parts by weight.
EMI0006.0007
E.
<tb> Reflective <SEP> glass microspheres <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 14.3
<tb> Nitrocellulose mixture <SEP> (viscosity <SEP> 1/2 <SEP> sec.,
<tb> with <SEP> 1 <SEP> part <SEP> butyl alcohol <SEP> per <SEP> 2 <SEP> parts <SEP> nitro cellulose) <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 9.1
<tb> Non <SEP> drying <SEP> alkyd resin <SEP> as <SEP> plasticizer <SEP> for <SEP> the <SEP> nitrocellulose, <SEP> mixed with <SEP>
<tb> same <SEP> amount by weight <SEP> toluene <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 36.0
<tb> melamine formaldehyde hardener,
<tb> mixed <SEP> with <SEP> the <SEP> same <SEP> weight amount
<tb> of a <SEP> mixture <SEP> of <SEP> butyl alcohol <SEP> and <SEP> xylene
<tb> in the <SEP> ratio <SEP> <B> 60:
</B> <SEP> 40 <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 3.6
<tb> Butyl acetate <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 12.0
<tb> ethyl acetate <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 6.0
<tb> butyl alcohol <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>.
<SEP> 1.0 In the dried coating produced using this mixture, the non-volatile varnish solids consist of the nitrocellulose and the alkyd resin, including the hardener. The volatile solvents are butyl acetate, ethyl acetate, butyl alcohol,
Toluene and xylene. The weight ratio of the reflective pigment to the non-volatile varnish solids is about 1: 2. The coating-forming mixture contains about 40 weight percent volatile solvents.
Glass beads with a refractive index of 2.5 and diameters of 12-18 microns, which have been provided with a hemispherical coating of approximately 2 microns of sodium aluminum fluoride and over this with a reflective aluminum coating, are suitable as reflective micro glass beads.
The mixture used to produce the top coat can have practically the same composition, with the exception that it does not contain any reflective glass beads. A transparent, coloring material can be added to this mixture if a colored deek coating is desired.
The glass microspheres can be made hemispherically reflective by various methods.
According to one method, a metal vapor is deposited on the beads in a high vacuum. A layer of glass microspheres of the desired size is applied to a carrier tape, which has a surface made of a non-volatile, plastic, sticky material (e.g. a layer of plasticized resin). The glass beads are partially forced into the tacky surface, whereupon the excess glass beads are wiped away to obtain a single layer of partially embedded glass microbeads adhered to the support surface.
If necessary, a coating of transparent, solid material can be applied to the exposed parts of the spheres in order to obtain the he mispherical separating coatings already described above. For this purpose, you can pass the carrier tape with the side carrying the balls chen through a high vacuum chamber, in which a steam is generated by heating a suitable material that is located under the carrier tape. This vapor condenses on the lower halves of the beads.
Cryolite is preferably used to generate sodium aluminum fluoride vapor. The thickness of the precipitate formed on the beads is determined by the time during which the beads remain exposed to the action of the steam. Preliminary tests on samples of the treated beads can be carried out to determine the time required to obtain a coating which is thick enough to impart the reverse radiation property to the finished, reflective glass microspheres.
The carrier tape with the beads facing down is then passed through a high vacuum chamber in which the beads are subjected to the action of aluminum vapor which is generated at a point located under the carrier tape. The exposure time is selected in such a way that a thin, opaque, reflective coating of metallic aluminum is deposited on the lower half of the individual spheres. This precipitate comes to lie on the release coating, if one has been generated.
The required exposure time can be determined by subjecting a glass plate to the action of the aluminum vapor and determining the time required to obtain a metal covering with an electrical resistance of at most 1 ohm per cm2. The reflecting particles are removed from the carrier tape by means of a rotating wire brush. Instead of aluminum, you can also use other metals, e.g. B. tin or copper, which are suitable for the production of coatings by vacuum evaporation, use ver.
Another method that is suitable for making the glass microspheres reflective consists in placing a layer of glass microspheres on a coating that can be removed by hot water (e.g. on a glue or dextrin coating) of a carrier tape applies and presses the beads into the coating in such a way that they are embedded to a depth corresponding to approximately half their diameter. The exposed glass surfaces are then plated with silver by spraying on silver solutions and depositing silver therefrom.
Before plating, the beads can be subjected to a pretreatment in order to be provided with release coatings. The carrier tape is then passed through a hot water bath in order to detach the reflective particles.
Another method is to apply a detachable layer of glass microspheres to a heat-resistant carrier tape and to metal-plate the outer hemispheres of the spheres by treatment with a metal carbonyl vapor which is brought into contact with the spheres and reduced in situ. In this way, nickel and chrome coatings can be produced.
Since the above-described methods of metal plating and the production of coatings by means of steaming are known per se, it is superfluous to give exemplary embodiments.