DE2522710A1

DE2522710A1 - Zurueckstrahlendes verbundmaterial, insbesondere fuer strassenmarkierung

Info

Publication number: DE2522710A1
Application number: DE19752522710
Authority: DE
Inventors: Ludwig Eigenmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-05-20
Filing date: 1975-05-20
Publication date: 1976-01-29
Also published as: CA1032913A; US4012114A; DE2522710C2; IT1046126B; GB1501910A

Description

Georg Hansmann VDI \^^ ^,JH,

S Patent- Ingenieur Aktz. P 25 22 710.5

Hamburg 50 (Attona) Wl«-L.b.,-Sl,a₈. M ₂

Anmelder und Erfinder: Ludwig EIGENMANN

Beruf : Industriechemiker

Nationalität : Schweiz

Wohnhaft : VACALLO, Ticino (Schweiz)

PRIORITÄT der Patertanmeldung, in Italien am 20. Mai 1974

hinterlegt (Patentanmeldung Nr. 22963 A/74) Titel der Erfindung:

ZURÜCKSTRAHLENDES VERBUNDMATERIAL, INSBESONDERE FÜR STRAßENMARKIERUNG
Beschreibung der Erfindung:

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf die Technologie der Ausbildung und der Verwendung von Werkstoffen mit optischen Funktionen und überhaupt aber nicht ausschließlich zur Verbindung mit Mitteln zur Straßenmarkierung, im allgemeinen Bodenmarkierung, mit dem Zweck, der Signalisierung die Rückstrahlenfähigkeit wenigstens teilweise das einfallende Licht auf dasselbe Material zu geben, im wesentlichen in der Richtung und im Gegensatz mit der Herkommenrichtung.

Insbesondere, die vorliegende Erfindung betrifft Rückstrahler oder besser "rückstrahiend" (unter Benutzung des gegenwärtigen benutzten Ausdrucks und in diesem Patentbereich angenommen, um ein Mittel oder ein Reflexsystem zu bestimmen, um das Licht in der Herkommenrichtung der Lichtstrahlen unter verschiedenen Bedingungen und mit verschiedenen Einfallswinkeln zurückzustrahlen) und unter den ersten Patentveröffentlichungen in dieser Hinsicht über diese rückstrahlenden Werkstoffe ist das englische Patent Nr. 1.343.196

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zu berücksichtigen (Lm wesentlichen entspricht dies dem Patent DT-OS P 2120328.1 desselben Erfinders).

Diese vorher bekannten Werkstoffe bestehen aus optischen Agglomeraten mit einem durchsichtigen Hauptkügelchen im allgemeinen mit Durchmesser von 0,4 bis 1,5 mm oder mehr, mit Auskleidung oder mit ursprünglich ganz in seiner Oberfläche durch Perlchen oder besser "Mikrokugeln" (durchschnittsweise mit Durchmesser zwischen 20 und 60 Mykron) bedeckt, oder durch konkave oder Kugelkappenoberflächen mit Wölbung nach der Hauptkugel.

Das Agglomerat ist mit einer Schicht, gegen das Innere rückstrahlend, bedeckt.

Diese Mirokugein oder diese konvexen Oberflächen bilden die "fokussierenden Elemente oder Mittel", da sie eine zweite Fokussierung oder eine Endfokussierung, mit reellem und beziehungsweise virtuellem Brennpunkt bilden. Zwischen diesen Oberflächen und der Hauptkugel befindet sich eine durchsichtige Schicht, die gewöhnlich "Bindemittel" genannt wird, mit hohem Einfluß auf die optische Funktion des Agglomerat s.

Im Werk ragt teilweise das Agglomerat aus der Signalisierungsoberflache und eine Kugelkappe ohne Auskleidung ist dem Einfcillicht exponiert.

Das .Aggregat mit der Hauptkugel, dem Bindemittel, den fokussierenden Elementen und der rückstrahlenden Außenauskleidung bildet somit ein komplexes Reflexsystem.

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In diesen Paten^veröffentlichungen sind die Lichtbrechungsindexe angegeben, die zur Erreichung einer genügenden Rückstrahlung erforderlich sind, zuzuführbar zu mehreren Phenomena von erster Fokussierung (oder besser Konvergenz der Lichtstrahlen) durch den Körper der Hauptkugel·, die die Einfallstrahlen auf die Kugelkappe abweicht, gegen einen Teil derselben Hauptkugel, die mit dem Bindemittel und fokussierenden Mitteln bekleidet ist, von zweiter Fokussierung und starker Konvergenz durch die Zwischenschicht von durchsichtigem Bindemittel zwischen der Kugel und diesen Mitteln, und endlich von Rückstrahlung seitens der rückstrahlenden Bekleidung.

Das Licht wird später außen rückgestrahlt längs einer bestimmten Strecke und unter entsprechenden Bedingungen von wiederholter Brechung durch die durchsichtigen Komponenten, gegen die Lichtquelle, in einer parallelen Richtung oder praktisch parallel und sehr nah der Einfallrichtung.

Diese Phenomena von wiederholter Brechung, die erfolgen, wenn die Lichtstrahlen die Oberflächen zwischen den verschiedenen durchsichtigen Mitteln durchgehen (zwischen denen ein rascher Unterschied von Brechungsindex vorliegt) unter hohen Einfallswinkeln, verursachen eine übermäßige Dissipation der Lichtenergie, wegen der gleichzeitigen Refraktionsphenomena, die wie bekannt ist von der Funktion im Einfallwinkel abhängen.

Diese Dissipation erfolgt in der Oberfläche zwischen den

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durchsichtigen Mitteln mit verschiedenem Refraktionsindex und zwar beim plötzlichen Durchgang eines Lichtstrahles von einem bis zum anderen Mittel, durch eine Oberfläche ohne Dicke.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Benutzung des optischen Phenomenons, unter Berücksichtigung, daß die Abweichung eines Lichtstrahles stufenlos ist (d.h. nicht rasch) zwischen den nahen durchsichtigen Mitteln zwischen denen eine fortlaufende Dickenabänderung vorliegt und somit von Refraktionsindex zwischen einem und dem anderen dieser Lichtbrechungsindex dieser Mittel, diese Abweichung wird in nachlässiger Weise von Reflexionsphenomena begleitet und von der Dissipation des Lichtes beim Durchgang zwischen einem und dem anderen Mittel.

Das rückstrahlende Verbundmaterial nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptkugel mit dem durchsichtigen Bindemittel verbunden ist, durch eine Zwischenschicht von durchsichtigem Material, dessen Lichtbrechungsindex von einem gleichen Wert mit dem der Lichtbrechungsindex des durchsichtigen Bindemittels geht, durch die Dicke dieser oberflächigen Schicht.

Insbesondere wird diese oberflächige Schicht durch positionierte Interdiffusion zwischen dem Material der Hauptkugel und dem Bindemittel gebildet, zum Beispiel durch ortige Lösung oder durch prtige Fusion der Bestandteile der Kugel und des Bindemittels.

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Wenn diese Komnonenten infolge der Konsolidierung der Zwischenschicht verbunden sind, diese oberflächige Schicht besteht in der Praxis aus einem festen Gemisch aus zwei austauschbaren Komponenten (durchsichtige Kugel und durchsichtiges Bindemittel) und in diesem die Verhältnisse zwischen diesen Komponenten, in der Dicke der oberflächigen Schicht geht stufenlos von 100 % von Material der Kugel bis zum 100 % des Materials des durchsichtigen Bindemittels.

Nach einem wichtigen Merkmal der Erfindung besteht diese Hauptkugel aus einem durchsichtigen Harzmaterial mit geeignetem Lichtbrechungsindex und mit hoher Verschleißfestigkeit.

Diese und weitere Merkmale des rückstrahlenden Materials nach der Erfindung gehen insbesondere in ausführlicher Weise aus der beiliegenden Beschreibung unter Berücksichtigung der beiliegenden Zeichnungen hervor. Darin zeigt:

Abbildung 1 ein rückstrahlendes Element nach einem Beispiel, nicht beschränkend für die Ausführung der Erfindung, im Werk in ein Signalisierungsmaterial wieder hergestellt, in einer Schnittsebene mit vertikaler Oberfläche und mit stark vergrößerten Abmessungen (siehe beiliegende graphische Skala) gegenüber dem Durchschnitt der vorgesehenen Herstellung; Abbildung 2 dasselbe mit stark vergrößerten Abmessungen (zum Beispiel zehn Mal des Abbildes 1) mit Beschränkung der nahen Teile der Oberflächen;

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Abbildung 3 eine schematische Darstellung mit weiterhin vergrößerten Abmessungen (zum Beispiel 100 Mal das Abbild 1) den kleinen Teil mit gestrichelter Linie III auf Abbildung 2, mit Oberflächen "Hauptkugel - Bindemittel" und "Bindemittel Mikrokugel", durch die Lichtstrahlen, deren Bahnen auf Abbildungen 1 und 2 zum Beispiel angegeben sind. Abbildung 3A reproduziert unter den Bedingungen von Abb. 3 dieselben Teile, falls dieselben Lichtstrahlen Oberflächen ohne Dicke zwischen durchsichtigen Mitteln mit verschiedenem Lichtbrechungsindex, mit Ausschließung der unerwünschten Dissxpationsphenomena der Lichtenergie; Abbildung 4 stellt den Gegenstand gemäß Abb. 1 dar, in verschleißtem Zustand, nach einer langen Betriebsdauer.

Ein rückstrahlendes Material der betrachteten Type besteht im Werk und unter Bedingungen von Herausragen aus der Oberfläche S zum Beispiel von einer Straßenbodenmarkierung eine Hauptkugel· von 10, deren Kugelkappe 12 ohne Bekleidung ist und dem Licht exponiert ist, eine Bekleidungsschicht mit durchsichtigen Perlchen 16, mit der Hauptkugel 10 verbunden mit einer Schicht 18 eines durchsichtigen Bindemittels und eine rückstrahlende Bekleidung 20 auf der Außenoberfläche des Agglomerats mit Anhaftung der Konvexität des Außenteils der sogenannten Mikrokugel 16.

Auf Grund dieser Ausführungen ist der Lichtbrechungsindex der Ilauptkugel 10 vorzugsweise zwischen 1,46 und 1,65 enthalten und der des Materials der Mikrokugeln 16 (im

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allgemeinen ein Glas mit hohem Index) zwischen 1,9 und 1,95. Zur Erreichung einer guten Fokussierung eines Lichtstrahles F (Abbildungen 1 und 2) in einem Punkt P auf der rückstrahlenden Oberfläche 20, zwischen der Hauptkugel 10 und den Mikrokugeln 16 liegt ein durchsichtiges Bindemittel 18, bestehend aus einem Harzlichtbrechungsindex insbesondere zwischen 1,35 und 1,50.

Die Bedingungen von Rückstrahlung der Lichtstrahlen P von Licht auf die Kugelkappe 12 der Hauptkugel 10, insbesondere unter den Bedingungen Strahlungslicht, schematisch von Linien mit Endpfeilen auf Abbildungen 1 und 2 angegeben, entsprechen den Anweisungen des Bereichs und aus diesem Grund wird jede Angabe in dieser Hinsicht vermieden.

Wenn man annimmt, daß nach den bekannten Techniken diese Oberfläche I durch eine Oberfläche ohne Dicke bestimmt wird, hätte man eine rasche Abweichung der Lichtstrahlen, die zweimal diese Oberfläche (und zwar in beiden Richtungen) durchgehen, wie graphisch in den Punkten P' und P" auf Abbildung 3A angegeben ist. Mit diesem Phenomenon ergibt sich auch der Phenomenon der Lichtbrechung (und nachfolgender Dissipation) eines Teils der Lichtenergie in der Richtung direkt gegen den Punkt P der Lichtbrechung, gegen die Lichtquelle.

Nach dieser Erfindung ist diese Oberfläche I ohne Dicke durch eine geringe Durchgangszone Zt (Abbildungen 2 und 3) oder eine oberflächige Schicht ausgetauscht, durch die die Lichtstrahlen R' und R" anstatt einer raschen Abweichung eine

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fortlaufende Abweichung erfahren, mit Erreichung der gewünschten Erhöhung der Konvergenz dieser Lichtstrahlen, zwischen einer und der anderen Seite dieser Durchgangszone.

Infolgedessen ermöglicht diese Erfindung die Erzielung einer hauptsächlicher. Erhöhung des Transparenzkoeffizienten des optischen Agglomcrats, sowie die Wirkung der Rückstrahlung, infolge der Vermeidung der Dissipation und dank der genauen Fokussierung der Lichtstrahlen im Punkt P.

Wie bereits erwähnt wurde, wird die Ausbildung dieser Durchgangszone Zt vorzugsweise durch die Verwirklichung einer Hauptkugel 10 mit einem durchsichtigen organischen lösbaren Verbundmaterial erreicht oder/und mit dem Verbundmaterial des Bindemittels 18 schmelzbar. Später werden Beispiele von durchsichtigen Werkstoffen dargestellt zur Erreichung der Bildung dieser Durchgangszone Zt.

Außerdem wegen dieser Durchgangszone erreicht man eine homogene unlösbare mechanische Verbindung zwischen der Hauptkugel und den umgebenden Bestandteilen, die praktisch jede eventuelle Abtrennung von der Hauptkugel der Aggregaten mit Rückstrahlung vermeidet, auf der Oberfläche S.

Die Verwendung von geeigneten polimerischen Werkstoffen zur Ausbildung der Hauptkugel 10 ermöglicht den fortlaufenden Verschleiß des Teils, der dem Verschleiß des Werkzeugverkehrs unterworfen ist.

Wie in Abbildung 4 dargestellt ist, wo die Umgebung des Agglomerats von Abb. 1 mit Linien und Stricheln dargestellt

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ist, wird die exponierte Kugelkappe 12, ursprünglich von Kugelform, fortlaufend flach mit einer Geometrie der mit 12u angegebenen Type, mit Umfangsrundüngen, im wesentlichen mit Form von Toruszonene, wie zum Beispiel mit 12m dargestellt, während die exponierte Oberfläche genug abgerundet ist und somit seine optischen Funktionen erfüllen kann.

Außerdem das Material auch mit Verlust des Teils der Hauptkugel 16 mit Verkleidung, sinkt bei gleichzeitiger Senkung der Oberfläche S und ragt über die Oberfläche Su in ungenügender Weise, um die Abtrennung der Kugel zu gestatten. Die nützliche Dauer des rückstrahlenden Materials ist doch erheblich erhöht.

Die Ausbildung der Durchgangszone Zt, wo die Dicke eine fortlaufende Abänderung der Lichtbrechungsindizes zwischen den nahen durchsichtigen Mitteln hat, kann auf verschiedene Weisen erreicht werden.

Zum Beispiel kann man ein thermoplastisches Bindemittel benutzen, dessen Schmalzpunkt nahe demjenigen des Harzmaterials ist für die Kugel 10, so daß seine Anwendung, beim Schmelzzustand, einen oberflächigen Guß der Kugel verursacht, mit nachfolgender Interdiffusion der beiden Werkstoffe.

Die Verbindung des Bindemittels 18 mit den Hauptkugeln 10 kann auch in Anwesenheit von Lösungen oder von ähnlichen Lösungen erfolgen oder mit der Ausbildung einer Schicht des Bindemittels 18 durch Polymerisierung eines Gemisches, das in seiner monomerischen Form oder olygomerischen Anwendungs-

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form lösbar des Materials der Hauptkugeln 10 ist.

Nachstehend sind einige Beispiele von Werkstoffen nach der Erfindung und mit den Merkmalen der physikalischen und optischen Durchgangszone Zt aufgeführt. Beispiel 1

Die Kugeln 10 (mit Durchmesser zum Beispiel zwischen 0,4 und 1,5 mm) werden mit Polymetrikalat gebildet, und für die eventuelle Einzelschicht 14 der Mikrokugeln 16 verwendet man Kugeln oder Glasperlchen mit einem Lichtbrechungsindex von 1,92 (Durchmesser zwischen 20 und 60 Mykron). Zur Ausbildung dieser Schicht 18 von durchsichtigem Bindemittel benützt man ein bekanntes Harnpolymer mit zwei Komponenten, isozyanik und oxydrilisch. (Zum Beispiel als Isozyabikkomponente benutzt man das "Poluren MC" der Firma SAPICI, während die oxydrilische Komponente aus "Isoben 17" der Firma BENASEDO besteht),

Die Komponenten werden im Gewichtsverhältnis von 43,5 : 100 gemischt und dem Bindemittel wird in gleicher Menge dem 10% in Gewicht ca. Trichloräthylen hinzugefügt zur Begünstigung der Interdiffusion des Uretanpolymers mit dem metakrylischen Polymer.
Beispiel II

Unter Verwendung von Hauptkugeln aus Polystyrol nach dem vorigen Beispiel werden sie vorher mit einer Lösung von Polystyrol in monomerischem Polystirol behandelt, mit Hinzufügung einer geeigneten Menge von uretanischem Polymer, gleich dem benutztem Polymer zur Ausbildung der Schicht 18

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des Bindemittels. Man verwendet vorzugsweise diese folgenden Verhältnisse:

15 Gewichtsteile von Styrol-Polymer

5 Gewichtsteile von uretanischem Polymer 40 Gewichtsteile von Monomerstyrol
40 Gewichtsteile von Toluol.
Beispiel III

Polymetakrylische Hauptkugeln werden mechanisch und optisch durch ein Bindemittel bestehend aus uretanischem Polymer mit zwei Komponenten verbunden (wo zum Beispiel die Isozyanikkomponente aus "Spenlite P 25/60cx" besteht, Produkt der Firma STABILITAL, während die oxydrilische Komponente aus "Polyakril A 100/50" der selben Firma besteht).

Das anzuwendende Gemisch für die Hauptkugeln besteht aus einem leichten Übermaß der Isozyanikkomponente und besteht aus:

49 Gewichtsteile aus der Isozyanikkomponente 100 Gewichtsteilen der oxydrilischen Komponente

Die Hauptkugeln werden vorher mit einer Lösung mit Trichloräthylen von Polymetakrylat zum Beispiel "Polyakril" behandelt, vorzugsweise in den folgenden Verhältnissen: 14 Gewichtsteilen von Polymetilmetakrylat

2 Gewichtsfceile von oxydrilischer Komponente 74 Gewichtsteile aus Trichloräthylen

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Rückstrahlendes Agglomerat, insbesondere für Straßenbodenmarkierung, bestehend aus einer Hauptkugel aus durchsichtigem Material, aus einer Schicht von fokussierenden Elementen, mit Bekleidung der Hauptkugel, mit einer rückstrahlenden Bekleidung auf die Oberflächen gegen das Außen der fokussierenden Mittel und aus einer Schicht einer Bindemittelschicht zwischen der Hauptkugel und den fokussierenden Mitteln und bestehend aus einem durchsichtigen Material mit verschiedenem Lichtbrechungsindex von demjenigen der nahen Hauptkugel; dadurch gekennzeichnet, daß das durchsichtige Bindemittel (18) physikalisch und optisch mit der Hauptkugel

(10) durch eine Durchyangszone (Zt) (physikalisch und optisch) gebunden ist, durch die der Wert des Lichtbrechungsindizes mit einer wesentlichen Gradualität gegenüber dem Material der Hauptkugel und dem Material der Schicht des Bindemittels geht.

2. Rückstrahlendes Material gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durchsichtige Hauptkugel (10) aus einem Verbundmaterial mit Oberflächeninterdiffusion mit dem Material des Bindemittels besteht.

3. Rückstrahlendes Material gemäß den Ansprüchen 1 und

2, dadurch gekennzeichnet, daß es aus der Hauptkugel (10) bestehend aus polimerischen organischen Material gebildet ist.

4. Rückstrahlendes Material gemäß dem Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptkugel aus einem polymerischen

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schmelzbaren oder lösbaren mit dem Polymerharz der Bindemittelschicht besteht.

5. Rückstrahlendes Material gemäß dem Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptkugel (10) aus Polimetilmetakrylat oder Polystyrol besteht.

6. Rückstrahlendes Material gemäß einem der Ansprüche von 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindemittelschicht aus einem poliuretanischen Harz besteht.

7. Rückstrahlendes Material gemäß einem der Ansprüche von 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (18) des Bindemittels aus einem HarzVerbundmaterial in Berührung mit der durchsichtigen Hauptkugel ist, in Anwesenheit einer Lösung zur Interdiffusion des Polymers dieses Bindemittels mit der Oberschicht der Hauptkugel.

8. Rückstrahlendes Material gemäß dem Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (18) des Bindemittels aus einem durchsichtigen ^Trerbundmaterial in Berührung mit einer durchsichtigen Hauptkugel, insbesondere mit einer Lösung von einem Polymer in seinem entsprechenden Monomer behandelt wird oder in einer entsprechenden Lösung oder sonstigem Material der Hauptkugel und/oder des Bindemittels.

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