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\Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung bezieht sich auf
retroreflektierende Gegenstände,
die ein gekrümmtes
Substrat niedriger Oberflächenenergie,
flexible retroreflektierende Folie und eine Schicht Haftklebstoff
umfassen. Im Besonderen bezieht sich diese Erfindung auf vernetzte,
klebriggemachte Acrylklebstoffe mit guten Eigenschaften bei niedriger
Temperatur, die besonders geeignet zur Haftung an gekrümmten Substraten
sind, die eine niedrige Oberflächenenergie
aufweisen.
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Hintergrund
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Retroreflektierende Materialien haben
die Eigenschaft, einfallendes Licht auf dessen ursprüngliche Quelle
zurückzuwerfen.
Diese vorteilhafte Eigenschaft hat zu einer weit verbreiteten Verwendung
retroreflektierender Folie auf einer Vielfalt von Gegenständen geführt. Sehr
oft wird retroreflektierende Folie auf flachen, unflexiblen Gegenständen verwendet,
wie zum Beispiel Straßenschilder
und Absperrungen. Häufig
ergeben sich jedoch Umstände,
unter denen es erforderlich ist, dass die Folie auf unregelmäßigen oder
gebogenen Substraten verwendet wird. Zum Beispiel kann retroreflektierende
Folie an unregelmäßigen Oberflächen von Verkehrsregelungs-Vorrichtungen
befestigt werden, wie etwa Verkehrskegel, -pfosten, -zylinder, -röhren, oder -bugkonussen
oder an Fahrzeugstoßstangen
oder Schmutzfängern,
wobei Folie nötig
ist, die an einer gekrümmten
Oberfläche
mit wechselndem Kreisumfang haftet. Unter Umständen, in denen die zugrunde
liegende Oberfläche
unregelmäßig oder
gekrümmt
ist, besitzt die retroreflektierende Folie wünschenswerter Weise gute Nachgiebigkeit
und Flexibilität
ohne retroreflektierende Leistung einzubüßen.
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Es mag auch Umstände geben, unter denen das
zugrunde liegende Substrat sich mit einer anderen Geschwindigkeit
ausdehnt oder zusammenzieht als die retroreflektierende Folie. Zum Beispiel
würde sich
bei einer Temperaturerniedrigung um 40°C (104°F) eine Verkehrsregelungs-Vorrichtung,
wie etwa ein Zylinder aus Polyethylen niedriger Dichte, ausgehend
von einem Koeffizienten für
lineare thermische Ausdehnung von 200 × 10–6 (m/mK)
bei 20°C,
um etwa 0,80% zusammenziehen. Bei demselben Temperaturwechsel würde sich eine
retroreflektierende Folie mit einer Polycarbonatschicht, ausgehend
von einem Koeffizienten für
lineare thermische Ausdehnung von 57 × 10–6 (m/mK)
bei 20°C,
nur um etwa 0,23% zusammenziehen. Folglich zieht sich der Zylinder
beinahe 3,5-mal mehr zusammen als die retroreflektierende Folie.
Da die retroreflektierende Folie außen um den Zylinder gelegt
ist, können
herkömmliche
Folien sich als Folge des Temperaturwechsels falten und vom Zylinder
abheben. Unter solchen Umständen
passt sich die retroreflektierende Folie bevorzugt den Unterschieden
in thermischer Ausdehnung und Zusammenziehung an, ohne die Retroreflektion
zu beeinträchtigen
und ohne sich vom Substrat abzuheben. Weiter passt sich der Klebstoff
zwischen der Folie und dem Zylinder bevorzugt diesen Unterschieden
in thermischer Ausdehnung und Zusammenziehung an.
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Verkehrsregelungs-Vorrichtungen und
Fahrzeugteile haben oft unregelmäßige oder
gekrümmte
Oberflächen
niedriger Energie. Zudem sind diese Substrate der Verwitterung,
Temperaturschwankungen und dem Aufprall von Fahrzeugen ausgesetzt.
Bevorzugt funktionieren beide, die retroreflektierende Folie und
der Klebstoff, der verwendet wird, um die Folie an diesen Substraten
festzumachen, trotz dieser Einschränkungen gut.
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Die zwei gewöhnlichen Typen retroreflektierender
Folie sind Folie auf Mikrokügelchen-Basis
und Folie vom Würfelecken-Typ.
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Folie auf Mikrokügelchen-Basis, manchmal auch "geperlte" Folie genannt, ist
auf dem Fachgebiet bekannt und gebraucht eine Vielzahl von Mikrokügelchen,
die typischerweise mindestens teilweise in eine Bindemittelschicht
eingebettet und mit spiegelnd oder diffus reflektierenden Materialien
(z. B. Pigmentteilchen, Metallflocken oder Dampfbeschichtungen,
usw.) verbunden sind, um einfallendes Licht zurück zu strahlen. Die Mikrokügelchen
sind voneinander getrennt und hemmen daher nicht ernsthaft die Fähigkeit
der Folie, gebogen zu werden. Veranschaulichende Beispiele solcher
Retroreflektoren sind offenbart in den U.S.-Patent-Nrn. 3,190,178 (McKenzie), 4,025,159
(McGrath) und 5,066,098 (Kult).
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Folie vom Würfelecken-Typ verwendet typischerweise
eine Vielzahl starrer, untereinander verbundener Würfelecken-Elemente,
um einfallendes Licht zu retroreflektieren. Viele Arten flexibler
Folien vom Würfelecken-Typ
sind auf dem Fachgebiet bekannt. Siehe zum Beispiel U.S.-Patent-Nr.
3,992,080 (Rowland), U.S.-Patent-Nr. 4,576,850 (Martens) oder U.S.-Patent-Nr. 5,450,235 (Smith
et al.).
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Eine namhafte Zahl von Haftklebstoffen
(PSAs), die eine gute Haftung an Substraten niedriger Energie haben,
ist auf dem Fachgebiet bekannt und schließt, ohne darauf begrenzt zu
sein, Klebstoffe auf Kautschuk-Basis, klebriggemachte KRATONSTM, unpolare Acrylate, klebriggemachte Acryle
und Polyalphaolefine ein.
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Jedoch funktionieren nicht alle dieser
Klebstoffe zufriedenstellend auf gekrümmten Substraten (insbesondere
jenen Substraten, die Ausdehnung und Zusammenziehung erfahren),
bei niedrigen Temperaturen, nach dem Kontakt mit Chemikalien und
anderen Fahrbahnverunreinigungen, und haben hinreichende Verwitterungsresistenz.
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Schichtablösung, Verziehen und sogar Abspringen
der flexiblen Folie ereignen sich oft aufgrund von Versagen des
Klebstoffs. Folglich wäre
ein Gegenstand vorteilhaft, der einen Klebstoff aufweist, der trotz
dieser Einschränkungen
in geeigneter Weise funktioniert.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung stellt
retroreflektierende Gegenstände
zur Verfügung
umfassend ein gekrümmtes
Substrat mit einer Oberfläche
niedriger Energie, flexibler retroreflektierender Folie und einer
Schicht Haftklebstoff und ein Verfahren zur Herstellung derartiger
Gegenstände.
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Der Gegenstand, für den Schutz gesucht wird,
ist in den beigefügten
Patentansprüchen
definiert.
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Gekrümmte Substrate schließen, ohne
darauf begrenzt zu sein, einen Verkehrspfosten (mit einem Krümmungsradius
von etwa 0,025 m (1 Zoll)), einen Zylinder (mit einem Krümmungsradius
von etwa 0,23 m (9 Zoll)) einen Bugkonus (mit einem Krümmungsradius
von etwa 0,91 m (3 Fuß))
und einen Bahnwaggon (mit einem Krümmungsradius von etwa 1,5 m
(5 Fuß))
ein. Krümmung
ist die Größe der Änderungsgeschwindigkeit der
Richtung einer Kurve bezogen auf die Bogenlänge. Der Radius der Krümmung an
einem Punkt ist der Kehrwert der Krümmung an diesem Punkt. (Siehe
auch Calculus and Analytical Geometry, Thomas, 4. Ausgabe, Addison
Wesley.) Das gekrümmte
Substrat der vorliegenden Erfindung kann mehr als einen Krümmungsradius
aufweisen. Zum Beispiel verändert
sich der Krümmungsradius
eines Verkehrskegels mit der Richtung. Bevorzugt weisen die gekrümmten Substrate
der vorliegenden Erfindung einen von etwa 2,5 cm (1 Zoll) bis etwa
1,5 m (5 Fuß)
reichenden Krümmungsradius
auf.
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Die flexible Folie kann entweder
auf Mikrokügelchen-Basis
oder vom Würfelecken-Typ
sein und ist bevorzugt genügend
flexibel und nachgiebig, um sich der Oberfläche des Substrats anzupassen.
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Eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung der Gegenstände der
vorliegenden Erfindung unter Verwendung von UV-Blockpolymerisation.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 ist
eine Querschnittsansicht (vergrößert) eines
veranschaulichenden Gegenstandes der vorliegenden Erfindung, umfassend
retroreflektierende Folie (12), befestigt an einem gekrümmten Substrat
(16) niedriger Oberflächenenergie
mit einer Haftklebstoffschicht (14).
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Diese Figur ist nicht maßstabsgetreu
und ist lediglich veranschaulichend und nicht begrenzend gemeint.
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Ausführliche Beschreibung veranschaulichender
Ausführungsformen
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Die vorliegende Erfindung stellt
einen Gegenstand bereit, umfassend flexible retroreflektierende
Folie, ein gekrümmtes
Polymersubstrat niedriger Energie und einen Klebstoff zum Befestigen
dieser flexiblen Folie am Substrat.
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Der Klebstoff der vorliegenden Erfindung
stellt gute Haftung zwischen der Folie und dem Substrat bereit,
selbst wenn die flexible Folie einen „steifen" Träger
hat und das Substrat eine gekrümmte
Oberfläche
niedriger Energie aufweist. Weiter umfasst der Gegenstand der vorliegenden
Erfindung einen Klebstoff, der sich bevorzugt der thermischen Ausdehnung
und Zusammenziehung anpasst, schwerer Verwitterung widersteht, Aufschlag
von Fahrzeugen widersteht und eine gute Anwendbarkeit und Leistung
bei niedriger Temperatur aufweist.
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Nicht alle Klebstoffe, die unter
bestimmten Laborbedingungen gute Leistungen auf Oberflächen niedriger
Energie aufweisen (z. B. Klebstoffe auf Kautschukbasis, klebrig
gemachte KRATONSTM, Klebstoffe auf Polyalphaolefin-Basis,
Klebstoffe auf Basis unpolarer Acrylate, klebrig gemachte Acrylklebstoffe,
usw.), können
diese Bedingungen erfüllen.
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Die gekrümmte Natur des Substrats erfordert
einen Klebstoff, der hohe Scherfestigkeit aufweist. Hohe Scherfestigkeit
kann erreicht werden durch Wechselwirkung polarer Monomere, Vernetzung
oder eine Kombination daraus. Steifere Folie kann sich ebenfalls
auf die Scheranforderungen an ein gekrümmtes Substrat auswirken. Die
flexible Folie der vorliegenden Erfindung kann einen verhältnismäßig steifen
Träger
haben. Zum Beispiel kann die Siegel- oder Trägerschicht Polycarbonat, Polymethylmethacrylat
oder Poly(ethylenterephtalat) umfassen.
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Die Gegenstände der vorliegenden Erfindung
können
entweder konkave oder konvexe Substrate haben.
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Die Folie kann überlappt sein, eingefalzt sein,
so dass die Kanten aneinander liegen, oder in der Art gelegt sein,
dass die Kanten sich nicht gegenseitig berühren. Unabhängig von der Lage der Folie
bleibt der Unterschied der Koeffizienten der thermischen Ausdehnung
zwischen Folie und Substrat eine wichtige Größe.
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Das Substrat hat eine Oberfläche niedriger
Energie und daher ist ein niedriges Bindungsmodul wünschenswert.
Eine Oberfläche
niedriger Energie ist hier definiert als eine Oberfläche, die
geringe Polarität
und geringe kritische Oberflächenspannung
(weniger als etwa 45 dyn/cm2, bevorzugt
weniger als 40 dyn/cm2) zeigt.
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Klebrigmacher und Weichmacher werden
Klebstoffen gewöhnlich
zugesetzt, um die Benetzung an der Oberfläche zu verbessern. Zum Beispiel
kann ein passender und stabiler Klebrigmacher, wie zum Beispiel
ein Kolophoniumester, ein Terpenphenolharz oder ein Kohlenwasserstoffharz,
in den Klebstoff eingebracht werden. Obgleich die Verwendung eines
Klebrigmachers die Klebrigkeit bei Raumtemperatur genauso wie die
Bindungsstärke,
gemessen mittels Schälkraft
bei niedriger Geschwindigkeit (d. h., 0,3 m/min (12 Zoll/min)),
dramatisch verbessert, erhöht
die Einschließung
dieser Klebrigmacher die Glasübergangstemperatur
(Tg) des PSA unter Reduzierung der Leistung bei niedriger Temperatur
und der Anwendbarkeit bei niedriger Temperatur. Weichmacher neigen
dazu, die Bindung zu verbessern, aber die Schälfestigkeit zu vermindern.
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Zudem wird auch der Verlust von Scherfestigkeit
des Klebstoffs und von Trennfestigkeit beobachtet, wenn große Mengen
Klebrigmacher oder Weichmacher in den PSA eingebracht werden. Überdies
können
sich einige Klebrigmacher nachteilig auf die Verwitterungseigenschaften
eines Klebstoffs auswirken.
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Gute Anwendbarkeit und Leistung bei
niedriger Temperatur sind wünschenswert
für die
in der vorliegenden Erfindung verwendbaren Klebstoffe. Bevorzugt
können
die PSAs bei bis etwa –1
bis 4°C
(30 bis 40°F) hinunter
reichenden Temperaturen auf gekrümmte
Substrate aufgebracht werden. Höhere
Gehalte polarer Monomere wirken sich nachteilig auf die Leistung
bei niedriger Temperatur (z. B. Schlagverhalten und Klebrigkeit) aus.
Bevorzugt haben die Klebstoffe der vorliegenden Erfindung ein gutes
Kaltschlagverhalten bis mindestens etwa –7 bis –1°C (20 bis 30°F) hinunter, stärker bevorzugt
bis mindestens etwa -17°C (0°F). Die Leistung
des Kaltschlagverhaltens wurde bei der gewünschten Temperatur durch Rammen
der Gegenstände
der vorliegenden Erfindung durch ein mit 88,5 km/h (55 Meilen/h)
bewegtes Fahrzeug ermittelt.
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Die Glasübergangstemperatur (Tg) der
in der vorliegenden Erfindung verwendbaren Klebstoffe liegt, wie
durch DMA (dynamisch mechanische Analyse) bestimmt, typischerweise
im Bereich von etwa 0°C
bis etwa –40°C, bevorzugt
innerhalb etwa –15°C bis etwa –30°C. Tg-Werte
in diesem bevorzugten Bereich ermöglichen es dem Klebstoff, gute
Schälfestigkeit
zu besitzen und gute Eigenschaften bei niedriger Temperatur aufzuweisen.
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Die Gegenstände der vorliegenden Endung
sind strengen Wetterbedingungen, wie zum Beispiel Temperaturextremen,
atmosphärischen
Schadstoffen, Streusalz und infrarotem, sichtbarem und ultraviolettem Licht
ausgesetzt. Acrylische PSAs zeigen im Freien ausgezeichnete Dauerhaftigkeit,
während
PSAs auf Kautschuk-Basis aufgrund der chemischen Ungesättigtheit
des Kohlenwasserstoffelastomers schlechte Ultraviolett- und Oxidationsstabilität zeigen.
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Die vernetzten klebriggemachten Acrylklebstoffe
der vorliegenden Erfindung erfüllen überraschenderweise
all diese Bedingungen, während
die anderen Klebstoffe, die typischerweise auf Oberflächen niedriger Energie
gut funktionieren, in einem oder mehreren Bereichen mangelhaft sind.
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Haftklebstoffe
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Ein Klebstoff wird verwendet, um
die flexible Folie an dem gekrümmten
Substrat, das niedrige Oberflächenenergie
hat, zu befestigen. Die in dieser Erfindung verwendbaren Klebstoffe
sind haftklebend. Für
Folie vom Würfelecken-Typ
wird typischerweise ein Klebstoff auf eine Seite des Versiegelungselements
lamniert. Für
Folie auf Mikrokügelchen-Basis wird der Klebstoff
auf eine Seite des Trägers
laminiert.
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Die Klebstoffe der vorliegenden Erfindung
haben bevorzugt gute Haftung am gekrümmten Polymersubstrat niedriger
Oberflächenenergie,
Verwitterungseigenschaften und Leistung und Anwendbarkeit bei niedriger
Temperatur.
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Die Klebstoffe der vorliegenden Erfindung
sind vernetzte klebriggemachte Acrylhaftklebstoffe.
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Acrylsäure- und Methacrylsäureester
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Die im Klebstoff der Erfindung verwendbaren
Acrylcopolymere sind in Gehalten von etwa 65 bis etwa 99 Gewichtsteilen
anwesend, bevorzugt etwa 78 bis etwa 98 Gewichtsteilen, und stärker bevorzugt
etwa 95 bis 98 Gewichtsteilen. Verwendbare Acrylcopolymere schließen mindestens
ein Monomer ein, das ausgewählt ist
aus einem ersten monofunktionellen Acrylat- oder Methacrylatester eines nicht-tertiären Alkylalkohols,
dessen Alkylrest 4 bis etwa 12 Kohlenstoffatome umfasst, und Gemischen
davon. Derartige Acrylat- und Methacrylatester weisen als Homopolymere
im Allgemeinen Glasübergangstemperaturen
unterhalb etwa –25°C auf. Größere Mengen
dieses Monomers im Verhältnis
zu den anderen Comonomeren gewähren
dem PSA höhere
Klebrigkeit bei niedrigen Temperaturen.
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Bevorzugte Acrylat- oder Methacrylatestermonomere
schließen
jene ein, sind aber nicht begrenzt auf, die ausgewählt sind
aus n-Butylacrylat (BA), n-Butylmethacrylat, Isobutylacrylat, 2-Methylbutylacrylat,
2-Ethylhexylacrylat, n-Octylacrylat, Isooctylacrylat (IOA). Isooctylmethacrylat,
Isononylacrylat, Isodecylacrylat und Gemischen davon.
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Besonders bevorzugte Acrylate schließen jene
ein, die ausgewählt
sind aus Isooctylacrylat, n-Butylacrylat,
2-Methylbutylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat und Gemischen davon.
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Polare Monomere
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Niedrige Gehalte von etwa 1 bis etwa
10 Gewichtsteilen, bevorzugt von etwa 2 bis etwa 7 Gewichtsteilen
und stärker
bevorzugt etwa 2 bis etwa 5 Gewichtsteilen eines polaren Monomers,
wie zum Beispiel einer Carbonsäure,
werden verwendet, um die Trennfestigkeit des Haftklebstoffs zu erhöhen. Bei
höheren
Gehalten neigen diese polaren Monomere dazu, die Klebrigkeit zu
vermindern und die Leistung bei niedriger Temperatur zu verringern.
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Verwendbare copolymerisierbare saure
Monomere schließen
jene ein, ohne darauf begrenzt zu sein, die ausgewählt sind
aus ethylenisch ungesättigten
Carbonsäuren,
ethylenisch ungesättigten
Sulfonsäuren
und ethylenisch ungesättigten
Phosphorsäuren.
Beispiele solcher Verbindungen schließen jene ein, die ausgewählt sind
aus Acrylsäure
(AA), Methacrylsäure,
Itakonsäure,
Fumarsäure,
Crotonsäure,
Methylmaleinsäure, Maleinsäure, β-Carboxyethylacrylat,
Sulfoethylmethacrylat und dergleichen und Gemischen davon.
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Andere verwendbare copolymerisierbare
Monomere schließen,
ohne darauf begrenzt zu sein, Acrylamide, N,N-Dialkyl-substituierte
Acrylamide, N-Vinyllactame und N,N-Dialkylaminoalkylacrylate ein. Veranschaulichende
Beispiele schließen
jene ein, ohne darauf begrenzt zu sein, die ausgewählt sind
aus N,N-Dimethylacrylamid, N,N-Dimethylmethacrylamid,
N,N-Diethylacrylamid, N,N-Diethylmethacrylamid, N,N-Dimethylaminoethylmethacrylat,
N,N-Dimethylaminopropylmethacrylat, N,N-Dimethylaminoethylacrylat, N,N-Dimethylamino-propylacrylat,
N-Vinylpyrrolidon, N-Vinylcaprolactam
und dergleichen und Gemischen davon.
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Ethylenisch ungesättigte Monomere,
die mit den Komponenten (i) und (ii) copolymerisierbar sind
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Das ethylenisch ungesättigte Monomer
ist ein Monomer, dessen Homopolymer einen gemäß Fedors Methode gemessenen
Löslichkeitsparameter
(siehe Polymer Handbook, Bandrup und Immergut) von nicht mehr als
10,50 und eine Tg von mehr als 15°C
aufweist. Die unpolare Natur dieses Monomers neigt dazu, die Haftung
des Klebstoffs an Oberflächen
niedriger Energie zu verbessern. Diese unpolaren, ethylenisch ungesättigten
Monomere sind ausgewählt aus
Alkylacrylaten, N-Alkylacrylamiden und Kombinationen davon. Veranschaulichende
Beispiele, schließen,
ohne darauf begrenzt zu sein, 3,3,5-Trimethylcyclohexylacrylat,
Cyclohexylacrylat, Isobornylacrylat, N-Octylacrylamid, oder Kombinationen
davon ein.
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Gegebenenfalls können von 0 bis 25 Gewichtsteile
eines unpolaren, ethylenisch ungesättigten Monomers zugegeben
werden.
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Klebrigmacher
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Um gegenüber Oberflächen niedriger Energie hohe
Bindungseigenschaften zu erzielen, schließen die meistgebräuchlich
verwendeten Klebrigmacher in acrylischen Haftklebstoffen Terpenphenolharze,
Kolophoniumverbindungen, Kolophoniumester, Ester hydrierter Kolophoniumverbindungen,
synthetische Kohlenwasserstoffharze und Kombinationen davon ein.
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Hydrierte Kolophoniumester und hydrierte
aromatische C9-Harze sind die bevorzugten
Klebrigmacher aufgrund von Leistungsvorteilen, welche einschließen: hohe
Werte an Klebrigkeit, Dauerhaftigkeit im Freien, Oxidationsresistenz
und begrenzte Wechselwirkung beim Nachvernetzen von acrylischen
PSAs.
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Klebrigmacher können in einer Menge von etwa
1 bis etwa 65 Teilen pro 100 Teile des monofunktionalen Acrylat-
oder Methacrylatesters eines nicht-tertiären Alkylalkohols, des polaren
Monomers und des unpolaren, ethylenisch ungesättigten Monomers zugegeben
werden, um die gewünschte „Klebrigkeit" zu erreichen. Klebrigmacher
werden jedoch typischerweise in einer Menge von etwa 1 bis etwa
50 Teilen pro 100 Teile des monofunktionalen Acrylat- oder Methacrylatesters
eines nicht-tertiären
Alkylalkohols, des polaren Monomers und des unpolaren ethylenisch
ungesättigten
Monomers zugesetzt. Bevorzugt werden etwa 15 bis etwa 50 Teile Klebrigmacher
bezogen auf 100 Teile des monofunktionalen Acrylat- oder Methacrylatesters
eines nicht-tertiären
Alkylalkohols, des polaren Monomers und des unpolaren ethylenisch
ungesättigten
Monomers zugesetzt. Die Zugabe von Klebrigmachern kann jedoch die
Scher- oder Trennfestigkeit vermindern und die Tg des acrylischen
PSA steigern, was unerwünscht
für die
Leistung bei kalter Temperatur ist.
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Vernetzer
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Um die Scher- oder Trennfestigkeit
von Acrylhaftklebstoffen zu erhöhen,
wird üblicherweise
ein Vernetzungszusatzstoff in den PSA eingebracht. Zwei Haupttypen
von Vernetzungszusatzstoffen sind gebräuchlich. Der erste Vernetzungszusatzstoff
ist ein Thermovernetzungszusatzstoff wie zum Beispiel ein multifunktionales
Aziridin. Ein Beispiel ist 1,1'-(1,3-Phenylendicarbonyl)-bis-(2-methylaziridin)
(CAS-Nr. 7652-64-4), hier als „Bisamid" bezeichnet. Solche
chemischen Vernetzer können
PSAs auf Lösungsbasis
nach der Polymerisation zugefügt
werden und durch Wärme
während
der Ofentrocknung des aufgebrachten Klebstoffs aktiviert werden.
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In einer anderen Ausführungsform
können
chemische Vernetzer benutzt werden, welche von Radikalen abhängen, um
die Vernetzungsreaktionen auszuführen.
Reagenzien, wie zum Beispiel Peroxide, dienen als Quelle für Radikale.
Bei ausreichender Erwärmung
erzeugen diese Vorstufen Radikale, welche eine Vernetzungsreaktion
des Polymers zustande bringen. Ein gebräuchliches Radikale erzeugendes
Reagenz ist Benzoylperoxid. Radikalerzeuger werden nur in kleinen
Mengen benötigt,
benötigen
aber im Allgemeinen höhere
Temperaturen, um die Vernetzungsreaktion zu vervollständigen,
als jene für
das Bisamidreagenz benötigten.
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Der zweite Typ chemischer Vernetzer
ist ein lichtempfindlicher Vernetzer, welcher durch ultraviolettes (UV)
Licht hoher Intensität
aktiviert wird. Zwei gebräuchliche
lichtempfindliche Vernetzer, die für schmelzklebende acrylische
PSAs verwendet werden, sind Benzophenon und 4-Acryloxybenzophenon,
welches in das PSA-Polymer copolymerisiert wird. Ein anderer Photovernetzer,
welcher nachträglich
zum Lösungspolymerisat
zugegeben und durch UV-Licht aktiviert werden kann, ist ein Triazin;
zum Beispiel 2,4-bis(Trichlormethyl)-6-(4-methoxyphenyl)-s-triazin.
Diese Vernetzer werden durch UV-Licht aktiviert, das von künstlichen Quellen,
wie Mitteldruck-Quecksilberlampen oder einem UV-Schwarzlicht erzeugt
wird.
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Hydrolysierbare, durch Radikale copolymerisierbare
Vernetzer, wie monoethylenisch ungesättigte Mono-, Di- und Trialkoxysilanverbindungen,
einschließlich,
aber nicht begrenzt auf, Methacryloxypropyltrimetoysilan (verkauft
unter dem Handelsnamen „Silane
A-174" von Union
Carbide Chemicals and Plastics Co.), Vinyldimethylethoxysilan, Vinylmethyldiethoxysilan,
Vinyltriethoxysilan, Vinyltrimethoxysilan, Vinyltriphenoxysilan
und dergleichen sind ebenfalls verwendbare Vernetzungsmittel.
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Ein Vernetzer ist typischerweise
von 0 bis etwa 1 Gewichtsteil bezogen auf 100 Gewichtsteile der Acrylsäure- oder
Methacrylsäureester,
der polaren Monomere und unpolaren ethylenisch ungesättigten
Monomere vorhanden.
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Abgesehen von Wärme-, Feuchtigkeits- oder Licht-empfindlichen
Vernetzern, kann Vernetzung ebenfalls durch Verwendung hochenergetischer
elektromagnetischer Strahlung wie Gamma- oder Elektronenstrahlung
erzielt werden. In diesem Fall könnte
kein Vernetzer erforderlich sein (d. h., Komponente (v)).
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Andere Zusatzstoffe
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Da Acrylhaftklebstoffe ausgezeichnete
Oxidationsstabilität
haben, sind Zusatzstoffe, wie zum Beispiel Antioxidationsmittel
und UV-Licht-Absorptionsmittel im Allgemeinen nicht nötig.
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Geringe Mengen Wärmestabilisatoren können in
schmelzklebenden acrylischen PSAs benutzt werden, um die Wärmebeständigkeit
während
der Verarbeitung zu erhöhen.
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Weichmacher
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Gegebenenfalls können geringe Mengen Weichmacher
(d. h., weniger als 10 Gewichtsteile) mit dem Klebrigmacher vereinigt
werden, um die Tg anzupassen, damit die Schälleistung und die Leistung
des Klebstoffs bei niedriger Temperatur optimiert werden. Weichmacher,
welche dem Klebstoff der Erfindung zugefügt werden können, können aus einer breiten Vielfalt
kommerziell erhältlicher
Materialien ausgewählt
werden. In jedem Fall muss der zugefügte Weichmacher auf den in
der Formulierung verwendeten, klebrig gemachten acrylischen PSA
angepasst sein. Repräsentative
Weichmacher schließen
Polyoxyethylenarylether, Dialkyladipat, 2-Ethylhexyldiphenylphosphat,
t-Butylphenyldiphenylphosphat, Di(2-ethylhexyl)adipat, Toluolsulfonamid, Dipropylenglycoldibenzoat,
Polyethylenglycoldibenzoat, Polyoxypropylenarylether, Dibutoxyethoxyethylformal und
Dibutoxyethoxyethyladipat ein.
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Polymerisationsverfahren
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In dieser Erfindung verwendbare Klebstoffe
können
durch herkömmliche
radikalische Polymerisationsverfahren polymerisiert werden.
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Zum Beispiel können die Komponenten (i), (ii),
(iii) und gegebenenfalls (iv) und (v) in einen Vierhalsreaktionsbehälter gefüllt werden,
der mit einem Rührer,
einem Thermometer, einem Kühler,
einem Zugabetrichter und einer Temperaturkontrolle ausgerüstet ist.
Dann wird eine konzentrierte Lösung
eines thermischen Radikalinitiators in den Zugabetrichter zugegeben.
Der gesamte Reaktionsbehälter
und der Zugabetrichter und deren Inhalte werden dann mit Stickstoff
gereinigt, um eine inerte Atmosphäre zu schaffen. Nach der Reinigung
wird die Lösung
im Behälter
auf die Aktivierungstemperatur des Initiators erwärmt, der
Initiator wird aus dem Trichter zugegeben und das Gemisch wird während des
Verlaufs der Reaktion gerührt.
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Ein anderes Polymerisationsverfahren
ist eine zweistufige, durch Ultraviolettstrahlung (UV) eingeleitete
Polymerisation eines 100% festen Monomergemischs. Zuerst werden
die Monomere niedriger Viskosität
in angemessenem Verhältnis
gemischt und ein Photoinitiator wird zu dem Gemisch gegeben. Das
Gemisch wird mit Stickstoff gereinigt, um gelösten Sauerstoff zu entfernen.
Durch kurze Belichtung mit UV-Licht wird ein teilweise polymerisierter
Sirup mit mäßiger Viskosität erhalten,
der leicht aufgebracht werden kann. Weiterer Photoinitiator und
Vernetzer werden dem Sirup zugegeben. Der Sirup wird dann (unter
Ausschluss von O2) in einer gewünschten
Dicke, üblicherweise
etwa 0,01 bis etwa 0,25 Millimeter (0,5 bis etwa 10 Tausendstelzoll)
aufgebracht. Während
des Aufbringungsverfahrens wird der Sirup weiter einer Batterie
UV-Lampen niedriger Intensität
ausgesetzt, um die Polymerisation zu vervollständigen und den Klebstoff zu
vernetzen.
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In einer anderen Ausführungsform
kann ein Polymerisationsverfahren verwendet werden, welches einen
Klebstoff liefert, der durch einen Extruder aufgebracht werden kann.
In diesem Verfahren wird ein Plastikbehälter unter Zusatz eines Kettenübertragungsmittels
mit Monomeren und Photoinitiatoren (d. h., Vorstufen) und gegebenenfalls
Klebrigmacher, Vernetzer und Weichmacher gefüllt, um das Molekulargewicht
nach der Polymerisation niedrig genug zu halten, so dass das Polymer
extrudiert werden kann. Das Behältermaterial wird
typischerweise aus Ethylenvinylacetat, Ethylenacrylsäure, Polypropylen,
Polyethylen, Polybutadien und ionomerischen Folien ausgewählt. Der
gefüllte
Behälter
wird UV niedriger Intensität
(Strahlungsintensität
1–2 mW/cm2) ausgesetzt, was die polymerisierte Masse
im Behälter
erzeugt. Der Behälter
und der Inhalt werden dann einem Extruder zugeführt, wo der Behälter physikalisch
dispergiert wird und andere Komponenten (z. B. Klebrigmacher) zugegeben
und schmelzgemischt werden können.
Die so erhaltene geschmolzene Masse wird auf einen Träger schmelzklebend
aufgebracht, um eine Masse zu liefern, die einen PSA hohen Molekulargewichts
umfasst, der einen kleinen Prozentsatz Behältermaterials beinhaltet, typischerweise
3 Gewichtsprozent oder weniger. Danach wird diese dann UV oder Elektronenstrahlen
ausgesetzt, um den Klebstoff zu vernetzen.
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Reaktive Extrusion, wie die kontinuierlichen
radikalischen Polymerisationsverfahren beschrieben in U.S. Patent-Nrn.
4,619,979 und 4,843,13 (beide Kotnour et al.), kann ebenfalls eingesetzt
werden, um in dieser Erfindung verwendbare PSAs herzustellen. Reaktive
Extrusion ist eine lösungsmittelfreie
Technologie, bei der die Polymerisation durch thermische Mittel
im Gegensatz zur UV-Strahlung initiiert wird. Die Monomere werden zusammen
mit dem Initiator einem Extruder zugeführt. Die Temperatur entlang
des Extruders wird verändert, um
die Polymerisation zu steuern. Kettenübertragungsmittel werden zugegeben,
um das Molekulargewicht zu steuern und Gelbildung zu verhindern.
Der am Ende des Extruders erhaltene Klebstoff wird schmelzklebend aufgebracht
und entweder durch UV-Licht
oder Elektronenstrahlen ausgehärtet,
um dessen Trennfestigkeit zu verbessern.
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Flexible retroreflektierende
Folie
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Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung
umfasst flexible Folie. Diese flexible Folie kann auf Mikrokügelchen-Basis
oder auf Würfelecken
basiert sein. Geeignete flexible retroreflektierende Folie ist auf
dem Fachgebiet bekannt und schließt, ohne darauf begrenzt zu
sein, U.S.-Patent-Nr. 5,066,098 (Kult et al.), U.S.-Patent-Nr. 5,069,964
(Tolliver er al.) U.S.-Patent-Nr.
5,064,272 (Bailey et al.), U.S.-Patent-Nr. 4,896,943 (Tolliver et
al.), U.S.-Patent-Nr.
3,551,025 (Bingham), U.S.-Patent-Nr. 4,950,525 (Bailey), U.S.-Patent-Nr. 5,008,142
(Wilson et al.), U.S.-Patent-Nr. 5,262,225 (Wilson et al.), U.S.-Patent-Nr.
5,491,586 (Phillips), U.S.-Patent-Nr. 5,264,063 (Martin), U.S.-Patent-Nr.
5,415,911 (Zampa et al), U.S.-Patent-Nr.
5,213,872 (Pricone et al.),
EP
0714040 und U.S.-Patent-Nr. 5,514,441 (Pohto et al.) ein.
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In der vorliegenden Erfindung verwendbare
flexible Folie kann auf einen Pfosten mit einem Krümmungsradius
von 2,5 cm (1 Zoll) aufgebracht werden und behält dabei gute Retroreflektivität bei.
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Retroreflektivität kann gemäß der in ASTM E809 und ASTM
E12.08. dargelegten Verfahren gemessen werden.
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Eine bevorzugte Ausführungsform
umfasst flexible retroreflekive Folie beschrieben in U.S.-Patent-Nr. 5,450,235
(Smith et al.). Diese flexible Folie umfasst: einen Körperbereich,
der eine Körperschicht
einschließt, welche
ein Licht übetragendes
Polymermaterial mit einem Elastizitätsmodul von weniger als 7 × 108 Pa umfasst und eine Mehrzahl von Würfeleck-Elementen, die aus
einer Vorderseite des Körperbereichs
herausragen. Die Würfeleck-Elemente umfassen
ein lichtdurchlässiges
Polymermaterial mit einem Elastizitätsmodul von mehr als 16 × 108 Pa. „Elastizitätsmodul" ist definiert als
das gemäß ASTM-D
882-75b unter Verwendung des statischem Gewichtsverfahrens A mit
einer anfänglichen
Grifftrennung von 12,7 cm (5 Zoll), einer Probenbreite von 2,54
cm (1 Zoll) und einer Grifftrennungsgeschwindigkeit von 2,54 cm/min
(1 Zoll/min) bestimmte Elastizitätsmodul.
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Diese flexible Folie vom Würfelecken-Typ
umfasst eine Vielzahl von Würfelecken-Elementen und einen
Körperbereich.
Der Körperbereich
kann eine Grundschicht und eine Körperschicht einschließen. Die
Körperschicht
funktioniert typischerweise um die Folie vor Umweltelementen zu
schützen
und/oder um wesentlichen mechanischen Zusammenhalt für die Folie
bereit zu stellen. Die Grundschicht grenzt unmittelbar an die Basis
der Würfelecken-Elemente an. Die
Würfelecken-Elemente
ragen aus einer Vorder- oder Rückseite
des Körperbereichs
heraus. Die Grundschicht hat typischerweise eine Dicke im Bereich
von etwa 0 bis etwa 150 μm.
Die Körperschicht
hat typischerweise eine Dicke im Bereich von etwa 20 bis etwa 1000 μm. Die Würfelecken-Elemente
haben typischerweise eine Höhe
im Bereich von etwa 20 bis etwa 500 μm.
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Eine Versiegelungsschicht wird bevorzugt
auf die Rückseite
der Würfelecken-Elemente
aufgebracht, um eine Luftgrenzfläche
an der Rückseite
der Würfel
aufrecht zu erhalten, damit die Retroreflektivität gesteigert wird. Bevorzugt
umfasst die Versiegelungsschicht ein Polymermaterial mit einem Elastizitätsmodul
von weniger als 7 × 108 Pa. In einer anderen Ausführungsform
kann eine Metalldampfschicht (z. B. Aluminium) verwendet werden.
Die Klebstoffschicht wird dann aufgebracht, um die Folie am gekrümmten Substrat
zu befestigen.
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Beispiele von thermoplastischen Polymeren,
die für
Würfelecken-Elemente
geeignet sind, schließen Acrylpolymere
(z. B. Polymethylmethacrylat; Polycarbonate; Celluloseverbindungen
(z. B. Celluloseacetat, Cellulose(acetat-cobutyrat), Cellulosenitrat);
Epoxide; Polyester (z. B. Poly(butylenterephtalat) und Poly(ethylenterephtalat));
Fluorpolymere; Polyamide; Polyetherketone; Poly(etherimid); Polyolefine;
Poly(phenylensulfid); Polystyrol und Polystyrol-Copolymere; Polysulfone;
Silizium-modifizierte
Polymere; Fluor-modifizierte Polymere; und Gemische davon ein.
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Für
die Grundschicht geeignete Polymermaterialien schließen jene
ein, die für
Würfelecken-Elemente geeignet
sind. Die Grundschicht kann ebenfalls aus weicheren Polymeren hergestellt
werden, wie zum Beispiel jenen in der Körperschicht verwendeten. Geeignete
Polymere für
die Grundschicht schließen,
ohne darauf begrenzt zu sein, Fluorpolymere, ionomerische Ethylencopolymere,
Polyethylene niedriger Dichte, weichgemachte Vinylhalogenidpolymere,
Polyethylencopolymere, aliphatische und aromatische Polyurethane
und Gemische davon ein.
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Farbgebende Stoffe, UV-Absorptionsmittel,
Lichtstabilisatoren, Radikalfänger
oder Antioxidationsmittel, Verarbeitungshilfen wie zum Beispiel
Antihaftmittel, Trennmittel, Schmiermittel und andere Zusatzstoffe können dem
Körperbereich
der Würfeleckenelemente
zugegeben werden.
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Eine andere bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung bringt die in U.S.S.N. 08/631,856 (Janovec),
eingereicht am 10. April, beschriebene Folie ein. Die offenbarte
Folie kann sich der Ausdehnung und Zusammenziehung des zugrunde
liegenden Polymersubstrats anpassen. Die Folie hat ein ausgefüttertes
oder gekrümmtes
mikrostrukturiertes Element in einem gleichmäßigen Muster an ein Versiegelungselement
gebunden. Die Folie umfasst: (a) ein mikrostrukturiertes retroreflektierendes
Element mit einem Körperbereich
und einer Mehrzahl von Würfelecken-Elementen,
die aus einer Vorderseite des Körperbereichs herausragen;
(b) ein Versiegelungselement; und (c) ein Netzwerk sich schneidender
Linien, welche die Vorderseite des Körperbereichs und das Versiegelungselement
in einem gleichmäßigen Zellmuster
aneinander binden, wobei die Folie umfasst: (i) einen Normalzustand,
wobei das mikrostrukturierte Element gekrümmt ist und im Wesentlichen
zum Versiegelungselement parallel ist; und (ii) einen zusammengepressten
Zustand, wobei das mikrostrukturierte Element gebogen ist und das
Versiegelungselement im Wesentlichen flach ist. Die Würfelecken-Elemente
werden bevorzugt ausgewählt
aus Acryl, Polycarbonat, Polyester, Polyurethan und vernetzten Acrylaten.
Das Versiegelungselement wird bevorzugt aus Polyurethan, Poly(ethylenterephtalat), Polyethylencopolymeren,
Ethylenmethylacrylatcopolymer, Ethylenethylacrylatcopolymer, Ethylenvinylacetatcopolymer
und Polyvinylchlorid, das einen Polymerweichmacher enthält, ausgewählt.
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Eine andere bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung bringt die in WO 95/11464 (Benson et
al.) beschriebene Folie ein. Die offenbarte extrem flexible Folie
umfasst: (a) eine retroreflektierende Schicht einer zweidimensionalen
Ordnung unabhängiger
Würfelecken-Elemente,
wobei die retroreflektierende Schicht ein erstes Polymermaterial
umfasst; und (b) eine Deckschicht, die ein zweites Polymermaterial
umfasst. Der Verbundstoff besteht aus direkt an die Deckschicht
gebundenen Würfelecken-Elementen,
im Wesentlichen ohne eine dazwischenliegende Grundstruktur. Das
erste Polymermaterial hat ein Elastizitätsmodul von mehr als etwa 25 × 108 Pa. Bevorzugt wird das erste Polymermaterial
aus Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Poly(ethylenterephtalat)
und vernetzten Polymeren multifunktionaler Acrylatmonomere ausgewählt. Das
zweite Polymermaterial ist ein Thermoplast mit einem Elastizitätsmodul
von weniger als etwa 13 × 108 Pa. Bevorzugt wird das zweite Polymermaterial
aus ionomerischen Ethylencopolymeren, aliphatischen Polyurethanen,
aromatischen Polyurethanen und Kombinationen davon ausgewählt.
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Gekrümmte Substrate niedriger Energie
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Die flexible retroreflektierende
Folie kann an einer Vielfalt von gekrümmten Oberflächen niedriger
Energie befestigt werden. Veranschaulichende Beispiele schließen ein,
sind aber nicht begrenzt auf einen Fahrzeugkörper (z. B. eine Stoßstange),
Schmutzfänger
und Verkehrsregelungs-Vorrichtungen (z. B. Pfosten, Kegel, Zylinder).
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Eine breite Vielfalt von Polymeren
kann verwendet werden, um diese Oberflächen niedriger Energie herzustellen.
Zum Beispiel neigen Schmutzfänger
dazu, auf Kautschuk zu basieren, während Verkehrsregelungs-Elemente
typischerweise aus Polyethylen niedriger Dichte, Polyethylen hoher
Dichte, Polypropylen, weichgemachtem Polyvinylchlorid und deren
Copolymeren bestehen.
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Bevorzugt reicht der Krümmungsradius
dieser Substrate von etwa 2,5 cm (1 Zoll) bis etwa 1,5 m (5 Fuß).
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Ein einzelnes Folienteil oder viele
Folienteile können
auf ein gekrümmtes
Substrat aufgebracht werden. Die Folie kann eine „Endlosschleife" sein oder kann eine
Lücke haben.
Weiter kann die Folie überlappen oder
so aufgebracht werden, dass die Kanten sich treffen, aber nicht überlappen.
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Die retroreflektierende Folie kann
per Hand oder durch mechanische Mittel auf diese Substrate aufgebracht
werden. Siehe zum Beispiel U.S.-Patent-Nr. 5,047,107 (Keller et
al.), worin ein mechanisches Mittel zum Aufbringen von Folie auf
eine Verkehrsregelungs-Vorrichtung
offenbart wird.
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Beispiele
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Die vorliegende Erfindung wird weiter
mit Bezug auf die folgenden nicht begrenzenden Beispiele und Prüfverfahren
beschrieben werden. Alle Teile, Prozentsätze und Verhältnisse
sind bezogen auf das Gewicht, wenn nichts anderes genannt ist.
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Retroreflektierende Folie
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Die in den Beispielen verwendete
retroreflektierende Folie wird wie folgt hergestellt:
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Geschmolzenes Polycarbonatharz (MAKROLONTM 2407, erhältlich von Bayer Corp., Pittsburgh,
PA) wurde auf eine erwärmte
mikrostrukturierte Nickelbestückung
gegossen, die prismatische Mikrowürfelvertiefungen mit einer
Tiefe von ungefähr
86 um (0,0034 Zoll) enthielt. Die Mikrowürfelvertiefungen wurden als
passende Paare von Würfelecken-Elementen geformt,
deren optische Achse um 8,15 Grad aus der Grundfuge gekantet oder
gekippt ist, wie im Allgemeinen in U.S.-Patent-Nr. 4,577,258 (Hoopman)
beschrieben. Die Dicke der Nickelbestückung betrug 508 μm (0,02 Zoll)
und die Bestückung
wurde auf 215,6°C
(420°F)
erwärmt.
Das geschmolzene Polycarbonat wurde bei einer Temperatur von 287,8°C (550°F) auf die
Bestückung
unter einem Druck von ungefähr
1,03 × 107 bis 1,38 × 107 Pa
(1500 bis 2000 Pfund/Quadratzoll) für 0,7 Sekunden gegossen, um
die Mikrowürfelvertiefungen
nachzubilden. Gleichzeitig mit dem Füllen der Würfelvertiefungen wurde zusätzliches
Polycarbonat in einer kontinuierlichen Grundschicht mit einer Dicke
von ungefähr
51 μm (0,002 Zoll) über der
Bestückung
aufgetragen. Eine zuvor extrudierte 71 μm (0,0028 Zoll) dicke aliphatische
Polyesterurethan-Körperschicht
(MORTHANETM PNO3-214 erhältlich von Morton International,
Seabrook, NH) wurde dann auf die oben liegende Oberfläche der
kontinuierlichen Polycarbonat-Grundschicht laminiert, sobald die Oberflächentemperatur
ungefähr
190,6°C
(375°F)
betrug. Die Nickelbestückung
und das Polycarbonat und die laminierte Polyurethan-Körperschicht
wurden dann mit Luft auf Raumtemperatur für 18 Sekunden auf eine Temperatur
zwischen 71,1 und 87,8°C
(160 und 190°F)
gekühlt,
dies ließ die
laminierten Materialien erstarren, um das mikrostrukturierte Element
zu bilden. Dieses Element mit einer im Wesentlichen flachen ersten
Seite und einer Vielzahl von Würfelecken
auf der zweiten Seite wurde dann von der Nickelbestückung entfernt.
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Ein Versiegelungselement wurde unter
Verwendung der folgenden Methode hergestellt. Eine Mischung aus
60% aliphatischem Polyesterurethan (MORTHANETM PNO3-214)
und 40% aromatischem Polyesterpolyurethan (beinhaltend 50% aromatisches
Polyesterurethan, ESTANETM 58810, erhältlich von
B. F. Goodrich Co., Cleveland, OH, und 50% Titandioxid, zuvor in
einem Doppelschneckenextruder kompoundiert und granuliert) wurde
extrudiert. Eine Seite des Versiegelungselements wurde durch einen
51 μm (0,002
Zoll) dicken PET-Film
geschützt.
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Anschließend wurden die mikrostrukturierten
und die Versiegelungselemente bei ungefähr derselben Geschwindigkeit
einem Walzenspalt zwischen einer Stahlprägewalze und einer Kautschukwalze
mit 75 Shore A Härte
zugeführt.
Das Prägemuster
auf der Stahlrolle war von rechteckiger Gestalt mit Abmessungen
von 0,86 cm auf 2,45 cm (0,34 Zoll auf 1 Zoll).
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Es wurde dem PET-Fi1m auf dem mikrostrukturierten
Element ermöglicht,
die Kautschukwalze mit der freiliegenden Würfelecken-Seite zu berühren. Es
wurde dem PET-Film
des Versiegelungselements ermöglicht, die
Stahlprägewalze
mit einem freiliegenden Versiegelungselement zu berühren (d.
h., rückwärtige Bindung). Die
Stahlprägewalze
wurde auf 216°C
(420°F)
erwärmt.
Die Walzen drehten sich mit einer Geschwindigkeit von 1,52 Meter/min.
(5 Fuß/min.)
und die Kraft auf dem Walzenspalt wurde bei 43 N/cm (25 Pfund/Zoll)
gehalten. Während
die Elemente durch den Walzenspalt gingen, wurden Bindungen zwischen
dem freiliegenden Versiegelungselement und den Würfelecken des mikrostrukturierten
Elements geschaffen. Beide PET-Schutzfilme wurden dann entfernt.
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Klebstoff
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Jede in den Beispielen dargelegte
Klebstoffzusammensetzung (etwa 63 um (0,0025 Zoll) dick) wurde dann
auf die nicht gebundene Seite des Versiegelungselements laminiert.
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Gekrümmtes Substrat
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Die Folie wurde per Hand entweder
auf einen Verkehrsregelungs-Zylinder oder -Pfosten aufgebracht, wie
im Allgemeinen beschrieben in U.S.-Patent-Nr. 5,026,204 (Kulp et
al.).
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Die Zylinder aus Polyethylen niedriger
Dichte (von Traffix Devices Inc., San Clemente, CA) waren etwa 1,2
m (4 Fuß)
hoch und hatten 5 konische Ringe, jeder ein wenig größer als
der nächste,
und waren in einem Stück
geformt. Die Zylinder hatten einen von etwa 20 bis 25 cm (8 bis
10 Zoll) reichenden Krümmungsradius. Die
Basis der Zylinder war gesondert geformt.
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Die Pfosten (von Bent Manufacturing,
Huntington Beach, CA) waren etwa 1,2 m (4 Fuß) hoch und hatten einen von
etwa 2,4 bis 5 cm (1 bis 2 Zoll) reichenden Krümmungsradius.
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Die Zylinder oder Pfosten wurden
auf einen mit 1,52 m/min. (0,5 U/min.) rotierenden Dorn gestellt.
Sie wurden dann auf eine Oberflächentemperatur
von 49°C
(120°F)
erwärmt.
Diese Erwärmung
simulierte Arbeitsbedingungen, die von einigen Herstellern verwendet
werden, die retroreflektierende Folie nach dem Abflammen der Zylinder
oder Pfosten aufbringen. Sofort nach der Erwärmung wurden die Folien per
Hand entweder auf die Zylinder oder die Pfosten aufgebracht.
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Die Zylinder oder Pfosten wurden
dann auf Raumtemperatur gekühlt.
-
Beispiel 1.
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Die Chemie der folgenden Klebstoffe
wurde unter Verwendung von Temperaturwechselbeanspruchungsprüfung und
Kaltschlagprüfung
bewertet:
-
Probe 1: Klebstoff auf
Kautschukbasis – (Vergleichsbeispiel)
-
Ein 50/50-Gemisch von Butadienkautschuk
(TAKTENETM 220, Bayer Corp., Orange, TX)
und PICCOLYTETM A 135 Klebrigmacher (Hercules,
Wilmington, DE) wurde unter Verwendung von Elektronenstrahlen vernetzt.
Die von 2 mrad bis 7 mrad bei einer Spannung von 225 KeV reichenden
Dosismengen lieferten Gelfraktions-Werte von 0,2 bis 0,35.
-
Die Gelfraktion wurde unter Verwendung
der folgenden Methode erhalten. Die etwa 0,3 g wiegende Klebstoffprobe
wurde auf einen feinen Flechtdrahtschirm aus Edelstahl gelegt. Der
Schirm wurde gefaltet und in etwa 100 ml THF für 3 Tage eingebettet. Nach
Entfernen aus der Lösung
wurden die Klebstoffproben bei etwa 93°C (200°F) für 30 min. getrocknet und zurückgewogen.
Der nicht vernetzte Teil des Klebstoffes wurde durch die Lösung extrahiert.
Die Gelfraktion ist das Verhältnis
vom endgültigen
Klebstoffgewicht zu seinem Ausgangsgewicht. Dieses Verfahren wurde
ebenfalls für
andere Proben verwendet.
-
Dieser Klebstoff hatte eine Tg von
etwa –20°C, gemessen über das
Maximum der Tangentenabweichung in dynamisch mechanischer Messung
unter Verwendung eines Bohlin VOR Rheometer.
-
Probe 2: Klebriggemachtes
Blockcopolymer – (Vergleichsbeispiel)
-
Ein Gemisch von 39 Gewichtsprozent
SOLPRENETM 411 (Fina, Dallas, TX), eines
SBS-Copolymers, 9
Gewichtsprozent FINAPRENETM 502 (Fina),
eines SBS-Copolymers, und 52 Gewichtsprozent PICCOLYTETM A
135 Klebrigmacher (Hercules) wurde in Lösung gemischt und aufgebracht.
Dieser Klebstoff ist durch die Polystyrolphase physikalisch vernetzt.
-
Probe 3: Klebriggemachte
unpolares Acrylat
-
Die folgenden Komponenten wurden
zusammengemischt:
95
Teile | IOA
(Isooctylacrylat), erhältlich
von CPS Chemical, Old Bridge, NJ |
4,75
Teile | IBA
(Isobornylacrylat), erhältlich
von Sartomer Co., West Chester, PA |
0,25
Teile | AA
(Acrylsäure),
erhältlich
von BASF Corp., Charlotte, NC |
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Ein Plastikbehälter (Ethylenvinylacetat) wurde
mit diesem Gemisch gefüllt.
Der gefüllte
Behälter
wurde einem UV-Schwarzlicht ausgesetzt, um den Klebstoff vollständig zu polymerisieren.
Der Behälter
und der Inhalt wurden dann einem gegenläufigen 34-mm-Doppelschneckextruder
(Leistritz, Somerset, NJ) bei 149°C
(300°F) zugeführt, wo
etwa 15 bis etwa 30 Teile Klebrigmacher (REGALREZTM 6108,
erhältlich
von Hercules) zugegeben wurden und die so erhaltene Masse wurde
schmelzklebend auf einen Träger
aufgebracht.
-
Dann wurde die extrudierte Beschichtung
Elektronenstrahlen (etwa 5 bis etwa 8 mrad Dosierung bei einer Spannung
von 225 KeV) ausgesetzt, um den Klebstoff zu vernetzen. Die Gelfraktion
reichte von 0,45 bis 0,62.
-
Probe 4: Leicht klebriggemachte
unpolare Acrylate – (Vergleichsbeispiel)
-
Die folgenden Komponenten wurden
zusammengemischt:
75
Teile | IOA |
24,5
Teile | IBA |
0,5
Teile | AA |
-
und unter Verwendung des in Probe 3 beschriebenen
Verfahrens polymerisiert, mit der Ausnahme, dass 5 pph Klebrigmacher
zugegeben wurden. Die Elektronenstrahlendosismengen variierten von
3 bis 6 mrad bei einer Spannung 225 KeV und ergaben von 0,35 bis
0,65 reichende Gelfraktionen.
-
Probe 5: Klebriggemachte
Acrylate
-
Die folgenden Komponenten wurden
zusammengemischt:
-
und unter Verwendung des in Probe 3 beschriebenen
Verfahrens polymerisiert, mit der Ausnahme, dass zwischen etwa 20
und etwa 40 pph Klebrigmacher (FORALTM 85,
erhältlich
von Hercules) zugegeben wurden. Die Elektronenstrahlendosismengen
reichten von 4 bis 7 mrad bei einer Spannung 225 KeV und ergaben
von 0,36 bis 0,61 reichende Gelfraktionen.
-
Probe 6: Klebriggemachtes
Acrylat
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Die folgenden Komponenten wurden
zusammengemischt:
und polymerisiert, wie in Probe
5 beschrieben.
-
Probe 7: Klebriggemachte
Polyalphaolefine – (Vergleichsbeispiel)
-
Polyocten und Klebrigmacher wurden
in folgendem Verhältnis
zusammengemischt:
70
Teile | Polyocten
(erhältlich
von Eastman Chemical, Kingsport, TN) |
30
Teile | REGALREZTM 1126 (erhältlich von Hercules). |
-
Dann wurden 0,12 Gewichtsprozent
t-Butylanthrachinon (Aldrich, Milwaukee, WI) als UV-Vernetzer zugegeben
und die Masse wurde bei einer UV-Energie von 800 mJ/cm2 vernetzt.
Die so erhaltenen Gelfraktionen reichten von etwa 0,45 bis etwa
0,6.
-
Probe 8: Nicht-Klebriggemachtes
Acryl – (Vergleichsbeispiel)
-
Die folgenden Komponenten wurden
zusammengemischt:
-
und in Gegenwart eines Lösungsmittels
(Ethylacetat) polymerisiert. Vernetzer (0,05 pph Bisamid) wurde
dann zugegeben und der so erhaltene Klebstoff wurde auf einen Träger aufgebracht.
-
Diese Proben wurden, wie oben beschrieben,
auf Verkehrsregelungs-Zylinder laminiert und unter Verwendung sowohl
von Temperaturwechselbeanspruchungs- als auch Kaltschlagprüfungen untersucht.
-
Temperaturwechselbeanspruchung
-
Ungefähr 1,5 bis 1,8 m (5 bis 6 Fuß) lange
und etwa 0,14 m (5,5 Zoll) breite Proben der Folie wurden auf den
erwärmten
Zylinder gelegt. Diese Folien wurden vollständig um den Zylinder herum
gelegt und überlappten
etwa 5 bis 8 cm (2 bis 3 Zoll).
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Nach einem Tag bei Raumtemperatur
wurde jeder Zylinder auf Abheben der Folie untersucht. Anschließend wurde
jeder Zylinder bei etwa –1°C (30°F) in einen
Kühllastwagen
gestellt. Nach 2 bis 3 Tagen wurden die Zylinder wieder auf weiteres
Abheben der Folie vom Zylinder untersucht.
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Bewertungssystem
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Eine Bewertung wurde für jede Ablösung oder
Ausbeulung festgelegt, die am Zylinder beobachtet wurde. Werte von
2 bis 5 wurden festgelegt, wie folgt:
- 5 Schichtablösung über die
ganze Breite (5,5 Zoll (0,14 m)) der Folie und 2 bis 3 cm entlang
der Länge
der Folie
- 4 Schichtablösung über die
ganze Folienbreite, aber beschränkt
in der Länge
(etwa 1 cm)
- 3 Schichtablösung
von > 50% der Folienbreite
(mehr als etwa 2,75 Zoll (0,07 m))
- 2 Schichtablösung
von < 50% der Folienbreite
(weniger als etwa 2,75 Zoll (0,07 m))
-
Kaltschlagprüfung
-
Nachdem die Temperaturwechselbeanspruchungsprüfung durchgeführt worden
war, wurden die Zylinder durch einen mit 88,5 km/h (55 Meilen/h)
gefahrenen Lastwagen gerammt. Die in Tabelle 1 aufgeführten Proben
wurden bei etwa –11°C (12°F) gerammt
und die in Tabelle 2 aufgeführten
Proben wurden bei –18°C (0°F) gerammt.
Die Zylinder wurden dann visuell untersucht und hatten entweder „Bestanden" oder „Nicht
Bestanden", basierend
darauf, ob die Folie vom Zylinder abging. Die Ergebnisse sind in
Tabelle 1 und 2 dargelegt.
-
-
-
Beispiel 2.
-
Die oben beschriebene flexible Folie
wurde bei Raumtemperatur unter Verwendung der in Tabelle 3 dargelegten
Klebstoffzusammensetzungen auf die Polyethylen-Zylinder aufgebracht.
Die Zylinder wurden bei etwa 49°C
(120°F)
für 3 Tage
in einen Ofen gestellt.
-
Die Zylinder wurden dann aus dem
Ofen entfernt und für
ungefähr
24 Stunden auf Raumtemperatur gehalten.
-
Die Zylinder wurden dann bei etwa –1°C (30°F) für etwa eine
Woche in einen Kühllastwagen
gestellt.
-
Die Fässer wurden dann auf Schichtablösung und
Ausbeulung untersucht. Die oben definierten Bewertungen wurden verwendet,
um die Leistung des Klebstoffs zu bewerten.
-
-
Im Allgemeinen sind eine höhere Menge
Klebrigmacher und eine niedrigere Dosierungsmenge der Elektronenstrahlen
bevorzugt.
-
Beispiel 3.
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Die auf die oben beschriebene retroreflektierende
Folie laminierte Klebstoffzusammensetzung gemäß Probe 6 (23 Gewichtsprozent
Klebrigmacher (30 pph) mit Elektronenstrahlen von 8 mrad behandelt)
wurde unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens auf einen
Zylinder aufgebracht. Die Folie wurde auf verschiedene Längen geschnitten
und auf den Zylinder aufgebracht, wie folgt:
- A)
Ein einzelnes Stück
Folie (etwa 1,5 m (5 Fuß)
lang) mit einem 2,5 bis 5 cm (1 bis 2 Zoll) überlappenden Spleiß
- B) 2 Stücke
Folie, jedes 0,75 m (2,5 Fuß)
lang, mit zwei 2,5 bis 5 cm (1 bis 2 Zoll) überlappenden Spleißen
- C) 3 Stücke
Folie, jedes etwa 0,6 m (2 Fuß)
lang, mit drei 2,5 (1 Zoll) überlappenden
Spleißen.
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Eine Temperaturwechselbeanspruchungsprüfung wurde
dann verwendet, um die Folie zu bewerten: Nachdem die Folie bei
Raumtemperatur auf den Zylinder aufgebracht wurde, wurde der Zylinder
bei etwa 49°C (120°F) für 24 Stunden
in einen Ofen gestellt. Der Zylinder wurde dann für 48 Stunden
auf Raumtemperatur gehalten und auf Schichtablösung der Folie untersucht.
Der Zylinder wurde dann für
zusätzliche
48 Stunden bei –1°C (30°F) in einen
Kühllastwagen
gestellt und wieder auf Schichtablösung untersucht. Das oben definierte
Bewertungssystem wurde verwendet, um die Klebstoffe zu untersuchen.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 aufgeführt.
-
-
Beispiel 4.
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Die Klebstoffzusammensetzung gemäß Probe 5 (mit
39 pph Klebrigmacher und 4 mrad Elektronenstrahldosis) wurde auf
ein 40-cm- (16-Zoll-) Stück
retroreflektierender Folie laminiert und dann unter Verwendung des
oben beschriebenen Verfahrens um einen Verkehrskegel mit 2 Zoll
Krümmungsradius
gelegt. Nach der Temperaturwechselbeanspruchungsprüfung (dargelegt
in Beispiel 3) wurde keine Schichtablösung beobachtet.
-
Verschiedene Abwandlungen und Veränderungen
werden denjenigen ersichtlich, die auf dem Fachgebiet erfahren sind,
ohne vom Umfang der Endung abzuweichen, wie in den Ansprüchen definiert.
Es sollte selbstverständlich
sein, dass es nicht beabsichtigt ist, diese Endung durch die hier
dargelegten veranschaulichenden Ausführungsformen und Beispiele
ungebührlich
zu begrenzen und dass derartige Beispiele und Ausführungsformen
nur zum Zwecke des Beispiels vorgestellt werden, während es
beabsichtigt ist, den Umfang der Erfindung nur durch die hier im
Folgenden dargelegten Ansprüche
zu begrenzen.