KR960015895B1 - 포장 도로용 시트재 및 그 제작 방법 - Google Patents

포장 도로용 시트재 및 그 제작 방법 Download PDF

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피이. 헤드블옴 토마스
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미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩츄어링 컴패니
도날드 밀러 셀
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Abstract

내용없음.

Description

포장 도로용 시트재 및 그 제작 방법
제1도는 돌출부를 구비한 베이스 시트의 단면도.
제2도는 베이스 시트 및 돌출부의 평면도.
제3도는 본 발명에 다른 시트의 제작 과정을 나타낸 개략도.
제4a, 4b, 4c, 4d 및 4e도는 본 발명의 실시예들의 단면도.
제5도는 본 발명의 또 다른 실시예의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 베이스 시트 103 : 전방면
104 : 돌출부 106 : 상부면
108 : 측면 222 : 프린트 롤러
226 : 지지 롤러 224 : 액체 비드 접착제
본 발명은 포장 도로 표식용 시트재 및 이 시트재를 제작하기 위한 신규한 방법에 관한 것이다.
경제적으로 제작되고 주간 및 야간 상황에서 모두 양호하게 기능을 발휘하는 포장 도로 표식용 시트재의 제작은 포장 도로 표식용 시트재의 제작은 포장 도로 표식 산업에서 지속적으로 요구되어 온 목표이다. 포장 도로 표식의 야간 기능은 주로 역반사에 의해 제공되며, 이러한 역반사는 발광 복사선의 대부분이 발원된 지점을 향해 되돌아가는 현상으로 정의될 수 있다. 대표적으로, 매우 작은 유리 비드(bead) 또는 미소 구형체와 같은 구형의 역반사 소자가 당업계에 알려져 있다.
비드를 소정의 위치에 유지시키기 위한 편평한 단일층의 중합체 시트재 및 편평한 적층재가 공지되어 있다. 이러한 시트재는 고속 도로 표면에 부착되어 역반사 비드를 완충하고 유지하는 역할을 한다. 그러나, 편평한 형태의 포장 도로 표식용 재료의 효능은 두가지 이유에 의해 제한된다. 첫째는, 도로 표면 위쪽에서 약간의 경사를 두고 역반사 비드를 조명하는 차량의 헤드라이트를 향해 비드의 노출면이 배치되는 것이 가장 적합함에도 불구하고, 비드의 노출면이 상방을 향한다는 점이다. 두번째는, 비드의 노출면이 상방을 향한 형태에서 누출면이 차량의 타이어에 의한 마모를 가장 크게 받아 빨리 손상된다는 점이다.
또 다른 방안으로 강구된 것은 포자아 도로 표식용 스트립상에 돌출 형태부를 형성하는 것이며, 이러한 돌출 형태부는 3가지 면에서 장점을 가진다. 돌출 형태부의 첫번째 장점은 빗물의 흘러내림을 촉진한다는 점이다. 두번째 장점은 비수 평면에 의해 역반사 비드를 지지함으로써 차량의 통행으로 비드의 광학면이 마모되는 것을 방지하고 역반사 비드를 보다 효과적으로 정향시킬 수 있다는 점이다. 세번째 장점은 효과가 높은 거울형(specular) 역반사 비드를 사용할 수 있도록 해준다는 점이다.
미합중국 특허 제4,069,281호는 베이스층(base layer)과, 교통을 통제하는 신호가 형성된 상부층을 포함하는 조립식 도로 표식용 스트립재를 개시하고 있으며, 이 상부층은 차량 통행에 대해 내마모성을 가지며, 전반적으로 보았을 때 평탄한 표면을 가진다. 이격된 돌출부들이 표면으로부터 돌출하며, 역반사 요소들은 이러한 돌출부의 상부에 집중된다. 돌출부는 전반적으로 평탄한 상부층의 두껍게 형성된 부분에 해당한다.
미합중국 특허 제3,935,365호에는 압출된 재료상에 이격된 횡방향 돌출부가 형성되도록 엠보싱(embossing) 방식으로 가공된 또 다른 도로 표식재가 기재되어 있다. 비드는 각각의 횡방향 돌출부에 배치되어 반사 플랭크(flank)를 형성한다.
윅코프(Wyckoff)에 허여된 미합중국 특허 제4,681,401호에는 또 다른 제품이 개시되어 있다. 이 제품은 역반사재와 결합되고 평탄하지만 약간 톱니형으로, 바람직하게는 사다리꼴형으로 성형된 웨브(wedge)를 포함한다.
포장 도로 표식용 시트재상에 돌출 형태부를 형성하는 또 다른 방법은 미합중국 특허 제4,388,359호에 개시되어 있다. 이 시트재 제작 방법은 베이스 시트상에 미소 구형체의 단일층을 용착하는 단계와, 베이스 시트를 변형시켜 함몰 영역에 의해 분리되는 돌출 영역을 형성하도록 미소 구형체로 덮힌 베이스 시트를 엠보싱 가공하는 단계를 포함한다. 이러한 엠보싱 가공 단계에 의해 유리로 된 미소 구형체가 돌출 영역에서는 베이스 시트내에 부분적으로 매립되고 함몰 영역에서는 완전히 베이스 시트속에 매립될 수 있게 된다.
본 발명은 역반사 시트재의 제작 방법에 관한 것으로, 이 방법은 다수의 돌출부를 가진 탄성 중합체 베이스 시트를 제공하는 단계와, 돌출부의 선택된 측면을 불연속적인 액체 비드 접착제 층을 도포하는 단계와, 액체 비드 접착제 층내에 역반사 비드를 부분적으로 매립하는 단계와, 비드 접착제를 응고시키는 단계를 포함한다. 또한, 본 발명은 일체로 돌출부가 형성된 탄성 베이스를 구비하는 역반사 시트재를 제공한다. 이 돌출부의 선택된 측면에 비드 접착제 층이 도포되며, 이와 같이 도포된 접착제 층에 역반사 비드가 매립된다.
본 발명은 주간 및 야간 포식용으로 유용한 매우 효과적인 역반사 시트재를 제작하기 위한 효율적 방법에 관한 것이다. 이러한 방법에 따라 제작된 역반사 시트재는 특히 포장 도로 표식용 스트립으로 사용하기에 매우 적합하다.
본 발명에 따른 시트재 제작 방법은 4개의 주요 단계를 포함한다. 첫째는 탄성 돌출부를 가진 탄성 베이스 시트를 제공하는 단계이며, 두번째는 액체 비드 접착제 층을 돌출부의 소정 표면에 선택적으로 도포하는 단계로서, 이때 돌출부의 잔여 표면 및 베이스 시트는 비드 접착제가 도포되지 않은 채 유지된다. 세번째는 역반사 비드 또는 미끄럼 방지용 입자와 같은 유용한 입자를 액체 비드 접착제 층에 매립하는 단계이며, 네번째는 액체 비드 접착제 층을 응고시켜 선정된 위치에 매립된 입자를 고정시키는 단계이다. 사용되는 구성요소 및 방법 단계중에 변수 인자를 변화시킴으로써 일련의 유용한 제품을 제작할 수 있다. 또한, 다른 변수인자 및 구성 요소를 사용하여 제조 과정중 특정 단계를 반복 실시함으로써 보다 다양한 일련의 제품을 생산할 수도 있다.
제조 방법의 수행에 필요한 1차적 주요 구성 요소는 시트의 표면으로부터 돌출된 다수의 돌출부를 가진 탄성 중합체 베이스 시트이다. 돌출부의 상부면은 필수적으로 시트의 표면에 평행한 평면을 형성하여야 한다. 액체 비드 접착체 층을 선택된 표면부에 도포하는 과정을 원활히 수행하기 위해 돌출부가 반드시 규정된 형상 및 크기를 가지나 이격될 필요는 없다. 그런, 베이스 시트로부터 돌출된 규정된 형상, 크기 및 간격의 일체형 돌출부를 포함하는 양호한 실시예를 참조한다면, 본 발명을 보다 쉽게 이해하고 설명할 수 있을 것이다.
미합중국 특허 제4,388,359호에 개시된 것과 같은 공지의 방법 및 재료를 사용하여 적절한 베이스 시트를 양호하게 형성할 수 있다. 상기 특허에 개시된 엠보싱 가공된 베이스 시트는 경화되기 이전의 탄성 중합체 선구물(eleastomer precursor)을 포함하며, 따라서 점탄성 변형이 가능하다. 대표적인 재료로는 아크릴로니트라이트-부타디엔(acrylonitrite-butadiene) 중합체, 밀링 가공될 수 있는 우레탄 중합체 및 네오프렌을 들 수 있다. 희석용 안료 수지(extender resins)도 포함될 수 있다. 실리카, 석면 등과 같은 미세한 직경의 미립형 충전재가 포함될 수도 있지만, 환경적으로 건강을 고려하여 석면을 사용하지 말 것을 권고한다. 베이스 시트에서는, 베이스 및 돌출부의 코팅되지 않은 부분에 백색의 확산면을 제공하기 위해 이산화티탄늄과 같은 색소를 사용하는 것이 적합하다. 또 다른 유용한 색소로는 황색을 띠게 해주는 크롬산납이 있다. 그러나, 본 발명의 베이스 시트는 엠보싱 가공 이전에는 투명한 미소 구형체의 단일층이 용착되지 않는다는 점에서 미합중국 특허 제4,388,359호에 개시된 것과 상이하다. 그런, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 엠보싱가공중에 미끄럼 방지용 입자가 베이스 시트내에 부분적으로 매립된다.
적합한 탄성 중합체 베이스 시트, 적합하게는 탄성 중합체 웨브를 제1도에 도면 부호 100으로 표시한다. 이 베이스 시트(100)는 베이스(102) 및 다수의 돌출부(104)를 포함한다. 베이스 시트(102)와 일체로 된 일부분인 돌출부(104)는 상부면(106) 및 측면(108)을 구비한다. 통상적으로, 이러한 돌출부(104)의 높이는 약 1.1mm(돌출부의 높이가 1.0, 1.8, 2.5mm인 다른 실시예의 경우에 대해서도 조사하였음)이다. 베이스(102)는 전방면(103) 및 후방면(105)를 구비하며, 이 지점으로부터 돌출부(104)가 연장되기 시작한다. 베이스(102)는 통상적으로 약 0.64mm 의 두께를 가진다. 측면(108)은 원형으로 만곡된 상단부(110)에서 상부면(106)과 만난다. 또한, 측면(108)은 하단부(112)에서 전방면(103)과 만난다. 측면(108)의 하단부(112)와 전방면(103)의 교선 사이에 형성될 수 있는 각(θ)은 약 70-72°이다.
제2도에 도시된 바와 같이, 돌출부(104)는 행(114)과 열(116)을 이루어 베이스(102)상에 배치되며, 각각의 행(114)과 열(116)은 베이스(102)의 모서리부(118)와 약 45°의 각을 이룬다. 베이스 시트(100)가 웨브로 된다면, 상류측 웨브 방향(119A)와 하류측 웨브 방향(119B)이 또한 설정될 수 있다. 이때, "상류측 웨브"는 웨브중 비드 접착제가 아직 도포되지 않은 부분을 의미하고, "하류측 웨브"는 웨브 중 비드 접착제가 이미 도포된 부분을 의미한다. 돌출부(104)가 대략 정사각형의 외곽 형태를 가짐으로써 각각의 돌출부(104)의 측면(108)은 대략 동일한 4개의 부분으로 분활되며, 이들 각각의 부분은 상단부(110)를 구비한다. 2개의 상단부(110A)는 상류측 웨브 방향(119A)을 향하고 다른 2개의 상단부(110B)는 하류측 웨브 방향(119B)을 향하게 된다. 통상적으로, 돌출부(104)의 상단부(110)의 길이는 약 6.4mm이다. 행(114)과 열(116)간의 이격 간격은 약 3.2mm이나, 약 6.4mm까지의 경우에도 양호한 결과를 얻을 수 있는 것으로 조사되었다.
제조 과정의 제2단계에서는, 액체 비드 접착제 층이 돌출부(104)의 선택된 부분에 도포된다. 제2단계의 가장 기본적인 형태는 액체 비드 접착제 막을 돌출부(104)의 상부면(106)에 접촉시키는 것이다. 분리 가능한 덧판재(liner) 또는 시트에 의해 지지되는 액체 비드 접착제 막을 채용하여 제2단계를 수행할 수도 있다. 이때, 접착제 막의 해당 부분이 돌출부의 소정 부분에 적층된다. 그후, 분리 가능한 덧판재를 벗겨내거나 제거함으로써, 돌출부 표면에 액체 비드 접착제가 선택적으로 찍혀져 남게 된다. 분리 가능한 덧판재를 돌출부(104)의 상부면(106)에 맞대어 강하게 가압하면, 액체 비드 접착제가 상부면(106)으로부터 벗어나 측면(108)으로 이동하게 된다.
보다 정교한 공정에서는 롤러상에 지지된 비드 접착제 막을 사용한다.
제3도에는 투명한 비드 렌즈(lens) 소자를 역반사 시트에 도포하는 연속 고정이 개략적으로 도시되어 있다. 베이스 시트재의 웨브(100)는 돌출부(104)가 표면(103)으로부터 아래쪽으로 돌출되는 상태로 정향되며, 후방면(105)은 위쪽으로 정향한다. 돌출부(104)는 액체 비드 접착제의 막(220)과 접촉한다. 액체 비드 접착제(224)의 저장소에 부분적으로 잠기는 프린트 롤러(222)에 의해 막(220)이 제공된다. 지지 롤러(226)는 웨브(100)의 후방면(105)과 접촉한다. 프린터 롤러(222)가 액체 비드 접착제(224)의 저장소를 통해 회전함에 따라, 프린터 롤러(222)상에 막(220)이 형성된다. 회전을 지속함에 따라, 막(220)이 돌출부(104)와 접촉하게 된다. 또한, 웨브(100)는 지지 롤러(226)의 회전에 의해 전진한다. 돌출부(104)가 막(220)과 접촉함에 따라, 비드 접착제 불연속층(228)이 돌출부(104)상에 도포되어 남게 된다. 돌출부(104)상에 점착되지 않은 막(22)의 일부는 프린트 롤러(22)상에 남아 저장조내의 액체 비드 접착제(224)로 복귀된다.
적절한 비드 접착제 재료는 열가소성 중합체 바인더 또는 열경화성 중합체 바인더로 될 수 있다. 이러한 바인더중의 하나는 본 명세서에 참조로 포함된 미합중국 특허 제4,117,192호에 개시된 바와 같은 백색 색소를 포함한 비닐계 열가소성 수지이다. 또 다른 적절한 비드 접착제 재료에는 폴리카프로락톤 디올 및 트리올과 헥사메틸렌 디이소시아네이트의 유도체와의 반응에 의해 형성된 2성분 폴리우레탄 ; 미합중국 특허 제4,248,932호, 제3,436,359호 및 제3,580,887호에 개시된 바와 같은 에폭시계 수지 ; 및 미합중국 특허 제4,530,859호에 개시된 바와 같은 블록형 폴리우레탄 조성물이 포함된다. 또한, 습기로 활성화되는 경화제와 폴리이소시아네이트 선구물 중합체로 구성된 폴리우레탄 조성물도 비드 접착제 재료로 적합하다. 습기로 활성화되는 경화제는 옥사졸리덴 고리가 적합하며, 이러한 조성물은 미합중국 특허 제4,381,388호에 개시되어 있다.
양호한 폴리우레탄 비드 접착제는 촉매로서 디부틸틴디라우레이트(dibutyltindilaurate)를 사용하여 메틸렌 비스(4-시클로헥실 이소시아네이트)(H12MDI) 2당량을 분자량 약 540 및 수산가(hydroxyl number) 약 310의 폴리카프로락톤 트리올(즉, 2-에틸-2-(히드록시메틸)-1,3 프로파네디올에 의한 2-옥시파논 중합체) 1당량과 1차 반응시킴으로서 형성된다. 이러한 반응은 2-에폭시에틸 아세테이트와 시클로헥사논중에서 수행된다. 또한, 이산화티타늄 또는 크롬산납의 60/40 색소 현탁액 20부가 비스페놀 A 에폭시 수지(적절한 공급원은 오하이오 아크론에 소재한 하윅 케미칼 코포레이션(Harwick Chiemicla Corp.)사에서 제조되는 Stan-Tone 10 EPXO3 또는 EPXO3)의 디글리시딜 에테르중에서 선구물 중합체 25부에 첨가된다. 비드 접착제의 도포 직전에 비드 접착제에 아연 2-에틸헥사노에이트 촉매가 첨가된다. 적절한 비드 접착제에 약 10%까지의 2,4 펜타네디온을 포함시킴으로써, 비드 접착제의 저장 시간이 비드 지탱 작용에 영향을 받음 없이 약 1.5시간으로부터 약 15시간까지 연장된다.
포함될 수 있는 색소 현탁액의 유용한 범위는 우레탄 선구물 중합체 25부당 10-30부이다. 또한, 경화 에폭시도 사용될 수 있다. 다른 유용한 색소에는 황산납과 같은 진주색 색소, 금속(예컨대, 알루미늄) 분말 또는 금속 박편과 같은 거울형 반사재 및 황색 철 유도 색소가 포함되며, 포장 도로 표식의 채색에 대표적으로 사용되는 다른 색소들도 사용될 수 있다.
통상, 전술한 바와 같은 적절한 비드 접착제의 특징은 비드 접착제 층에 후속적으로 매립되는 비드 또는 입자에 매우 잘 부착된다는 점이다. 또한, 비드 접착제 층은 베이스 시트재에 매우 견고히 부착되고, 응집력이 높으며, 환경 기후 변화에 대해 내구성을 가진다.
비드 접착제가 도포된 이후, 웨브는 선택적으로 도포된 비드 접착제 층(228)을 포함한 돌출부(104)가 위쪽으로 향하도록 뒤집어진다. 웨브(100)에 역반사 비드(12)가 부착되어 여전히 액체 상태인 액체 비드 접착제(228)에 부분적으로 매립된다. 역반사 비드(120)는 액체 비드 접착제는 표면층(228)에 역반사 비드(120)를 조립하게 채우는 과밀 코팅 방법(flood coating process)에 의해 부착될 수 있다. 이와는 다르게, 액체 접착제(228)에 역반사 비드(120)가 조밀하게 채워지는 것을 피할 수 있도록 비드(120)를 웨브(100)상에 뿌리거나 쏟아 부울 수 있다. 비드를 뿌리는 방법은 비드 사용량이 보다 감소되고 비드 사이에 남는 먼지가 보다 감소된다는 점에서 특히 유리하다.
본 발명의 방법에 사용하기 적합한 역반사 비드 등의 입자는 약 1.5 내지 1.9의 굴절률(n)을 가지는 유리재질의 유리 비드를 포함한다. 당해 기술 분야에 주지된 바와 같이, 약 1.5의 굴절률을 가지는 재질의 유리비드는 약 1.75 내지 1.9의 굴절률을 가지는 재질의 유리 비드에 비해 저렴하고 긁힘 및 부숴짐에 대한 저항성이 크다. 그러나, 보다 싸고 내구성이 큰 유리 비드는 역반사재로서의 효과가 낮다. 일실시예에서는, 유리비드가 은 또는 다른 거울형 반사성 금속 코팅 또는 유전체 코팅을 할 수 있다. 은 코팅의 매립되지 않는 부분은 매우 효과적인 역반사재가 제공되도록 추후에 제거된다. 다른 실시예에서는, 은과 같은 거울형 반사성 금속의 반구형 코팅을 가진 비드가 액체 비드 접착제 층에 부착된다. 부착시 비드가 임의로 정향되기 때문에, 비드의 일부는 역반사에 효과적인 정향으로 매립된다. 통상, 효과적으로 정향된 비드에서는 코팅되지 않은 표면에 노출되고 은 등으로 코팅된 표면이 매립된다.
양호한 역반사 비드는 본 명세서에 참조로 포함된 미합중국 특허 제4,564,556호 및 제 4,758,469호에 기재되어 있다. 이들 비드는 하나 이상의 금속 산화물로 구성된 하나 이상의 결정질 상을 포함하는 투명한 비유리질의 고체 세라믹 회전 타원제로서 기재되어 있다. 이들 비드는 실리카와 같은 무정질 상을 가질 수도 있다.
비유리질이라는 용어는 유리처럼 고온에서 액체 상태로 된 원재료의 용융물 또는 혼합물로부터 얻어지는 것이 아님을 의미한다. 이러한 회전 타원체는 상당히 단단하여(예컨대, 700 크누프를 초과하는 경도를 가짐) 긁힘 및 부숴짐에 대한 저항성이 매우 높으며, 상대적으로 높은 굴절률(1.4 내지 2.6의 범위)를 가지도록 제작될 수 있다. 이러한 비드 조성물의 예로서는 지르코니아-알루미나-실리카 및 지르코니아-실리카가 있다.
역반사 비드는 베이스 시트상에 있는 돌출부의 크기, 형상, 간격 및 기하 형태에 적합한 직경을 가지는 것이 바람직하다. 전술한 베이스 시트(100)에서는, 50-350 마이크로미터의 직경을 가진 비드를 사용하는 것이 적절하다. 비드 크기에 영향을 주는 또 다른 요소는 차량 헤드라이트에 비춰질 수 있도록 하려는 비드의 행의 수이다. 베이스 시트(100)로부터 약 2-3°의 각도로 헤드라이트를 비출 경우, 측면중 약 380마이크로미터만이 보일 수 있다. 따라서, 300마이크로미터의 비드에서는 1행 정도만 보일 수 있고, 225마이크로미터의 비드에서는 2행 정도가 보일 수 있다. 비드를 유지하는데 따르는 위험을 줄이기 위해, 225마이크로미터의 비드를 사용하는 것이 바람직하다.
약 4.0g/㎤의 밀도를 가지는 대표적 세라믹 비드의 개략적인 중량을 베이스 시트(102)의 전방면(103) 및 돌출부(104)의 전표면을 과밀 코팅하는 경우(즉, 후방면(105)을 제외한 전표면에 걸쳐 비드의 단일층을 부착하는 경우)에 해당하는 값으로 표 I에 나타낸다. 선택적으로 비드를 부착하기 위해, 비드는 0%보다 큰 수준으로부터 과밀 코팅의 100% 수준까지의 범위로 부착된다. 그러나, 적합한 부착 수준은 과밀 코팅의 약 15-50% 수준이며, 약 30%의 수준이 가장 양호하다.
[표 I]
Figure kpo00001
Figure kpo00002
또 다른 고려 사항은 비드 접착제 층과 비드 크기와의 관계이다. 편평한 포장 도로 표식의 구성과는 달리, 비드는 깊이 매립되는 경우에도 그 표면의 일부가 노출되는 한 돌출부의 측면상에서 역반사를 하게 된다.
현장에서 비드를 유지하는 것과 비드가 빛을 역반사할 수 있도록 하는 것 사이에 만족할 만한 절충점 찾기위해, 비드는 그 직경의 약 50-70%까지 액체 비드 접착제 층에 매립되는 것이 바람직하다. 또한, 유리 비드는 실란(silane) 처리에 의해 양호하게 유지될 수 있다.
또한, 이러한 과정은 모래, Al2O3와 같은 미끄럼 방지용 입자를 선택적으로 매립하는데에도 적용될 수 있다.
본 발명의 방법의 4번째 단계에서는, 액체 비드 접착제가 응고됨으로써 비드 접착제 층에 부분적으로 매립된 위치로 역반사 비드가 고정된다. 비드 접착제의 성질에 따라 특정한 응고 단계가 사용된다. 폴리우레탄형 비드 접착제의 경우에는, 온도의 상승으로 인한 중합 반응의 촉진에 의해 응고가 수행되며, 열가소성 비드 접착제를 냉각시키는 것과 같은 또 다른 비드 접착제의 응고 수단이 사용될 수 있다. 적합한 폴리우레탄 비드 접착제의 경우에는, 약 177℃의 온도를 대략 10분간 유지함으로써 비드 접착제가 신속히 응고되며, 현장에서 비드를 유지하는 성질도 우수해진다. 오븐(300)은 응고를 일으키는 온도를 제공하는데 유용하며, 연속 공정에서는 이러한 오븐(300)이 터널식으로 배열될 수 있다.
웨브(100)와 접촉하지만 액체 비드 접착제와는 접촉하지 못한 역반사 비드는 진동을 수반한 역전 단계 또는 진공 흡인 단계에 의해 제거되며, 따라서 매립되지 않은 비드를 모아서 재사용할 수 있다.
이러한 역반사 시트재 형성 공정에서의 임계 요소는 공정의 효율 및 제조되는 제품의 성질을 결정한다.
이러한 임계 요소중 특히 중요한 것은 닙(302)에 가해지는 압력 및 접착제 막(22)에 대한 웨브(100)의 상대속도이며, 여기에서 닙(302)은 웨브(100)가 통과하는 롤러(222, 226) 사이의 영역을 의미한다.
닙 압력은 상부면(106)으로부터 측면(108)으로의 액체 비드 접착제의 이동을 제어하며, 여기에서 닙 압력은 웨브(100) 및 비드 접착제가 수용될 때의 롤러(222, 226) 사이의 압력을 의미한다. 닙 압력의 증가에 의해 제3도에 도시된 바와 같이 돌출부(104)가 비드 접착제 막(220)을 통해 돌출되어 프린트 롤러(220)에 완전히 또는 가까이 접촉된다. 돌출부(104)와 프린트 롤러(22) 사이의 접촉에 의해 돌출부(104)의 상부면(106)으로부터 액체 비드 접착제가 이동된다. 이와 같이 이동된 비드 접착제 액은 웨브(100)가 프린트 롤러(222)로부터 분리될 때 돌출부(104)의 측면(108)과 접촉하여 이 측면(108)상에 층을 이루어 남게 된다.
닙 압력의 조정 및 프린트 롤러(222)와 지지 롤러(226)의 표면 경도와 같은 몇가지 요소는 비드 접착제가 측면으로 전달되는데 영향을 미친다. 쇼어 경도 A 유니트로 75보다 높은 경도의 표면을 가진 경질 고무 롤러가 사용될 수 있지만, 지지 롤러(226)는 강과 같은 경질재로 되는 것이 적합하다. 경성이 불충분한 롤러는 닙압력의 일부만을 흡수한다. 닙 압력이 불충분하면, 상부면(106)으로부터의 비드 접착제의 이동이 완전하게 이루어지지 못한다. 프린트 롤러(226)가 지나치게 연질되어 닙 압력이 완화되면, 비드 접착제가 전방면(103) 및 돌출부(104)의 전표면에 걸쳐 도포된다. 즉, 지나치게 연질의 프린트 롤러(222)를 사용하는 것에 의해 비드 접착제의 선택적 도포는 사실상 무산된다.
또 다른 임계 요소는 액체 비드 접착제의 점도 및 프린트 롤러(222)상의 비드 접착제 막(220)의 두께이다. 통상의 코팅에 적합한 점도를 가진 모든 형태의 액체 비드 접착제가 본 공정에 의해 도포될 수 있다. 그러나, 전술한 웨브에 해당하는 특정한 경우에는, 폴리우레탄계 비드 접착제(220)가 브룩필드 점도계로 측정할 때 24℃에서 약 1800 내지 10,000cps의 점도를 가지는 것이 적합하며, 가장 적합한 것은 24℃에서 약 3000 내지 7000cps의 점도를 가지는 것이다.
프린트 롤러(222)상의 막(220)의 두께는 약 200 내지 500 마이크로미터로 되어야 하며, 적합하게는 약 300 마이크로미터의 두께를 가져야 한다. 그러나, 막(220)의 두께는 돌출부 표면의 선택된 표면상에 적절한 두께 및 점도를 가진 습윤된 액체 비드 접착제층을 제공하여 후속적으로 부착되는 역반사 비드가 비드 직경의 약 40-60%의 깊이로 매립될 수 있도록 하는데 충분해야 한다. 따라서, 막(220)의 두께는 어느 정도 비드의 두께에 의해 결정된다. 막 두께를 조절하기 위해 독터 바아(doctor bar)가 사용될 수 있다. 적합한 독터 바아는 스프링강으로 제작되며, 프린터 롤러(222)로부터 이격되어 배치된다. 또 다르게는, 막의 두께를 조절하기 위해 또 하나의 롤러가 사용될 수 있다.
막(220)의 이동 속도에 대한 웨브(100)의 이동 속도는 액체 비드 접착제가 제2도에 도시된 돌출부(104)의 상류측 웨브 부분상에 도포되는지, 아니면 하류측 웨브 부분(110)상에 도포되는지의 여부를 제어한다. 최초 상황에서, 막(220)은 돌출부(104)보다 빠르게 이동되며, 닙 압력은 상부면(106)이 프린트 롤러(222)에 접촉될 정도의 크기를 가진다. 돌출부(104)의 상류측 웨브 부분(110A)상에, 또한 상부면(106)과 프린트 롤러(222) 사이의 공간에 비드 접착제가 부가되어 축적된다. 웨브가 닙(302)쪽으로 전진함에 따라, 부가된 비드 접착제가 상류측 웨브 부분(110A)을 포함한 측면(108)으로 이동된다. 측면(108)의 하류측 웨브쪽을 향한 부분(110B) 및 상부면(106)은 거의 액체 비드 접착제 층으로부터 유리된다.
이와는 달리, 돌출부(104)가 막(220)보다 빠르게 이동하여 프린트 롤러(222)와 접촉할 경우에는, 돌출부(104)가 돌출부(104)의 하류측 웨브 부분(110B)을 포함한 측면(108)상으로 액체 비드 접착제를 쓸어내는데 반해, 측면(108)의 상류측 웨브 부분(110A) 및 상부면(106)은 거의 비드 접착제 층으로부터 유리된다.
본 발명의 방법에 의한 제품(200)이 제4A도에 도시되어 있으며, 이 제품(200)에서 역반사 비드(120)는 상단부(110)를 포함한 측면(108)상에서 비드 접착제 층(122)에 부분적으로 매립된다.
제4b도에 도시된 바와 같이 또 다른 실시예의 제품(202)은 상단부(110)를 포함한 측면상에서 비드 접착제 층에 부분적으로 매립된 역반사 비드(120)에 추가하여 돌출부(104)의 상부면(106)에 부분적으로 매립된 미끄럼 방지용 입자(124)를 포함한다. 이 실시예의 제품(202)은 표면에 매립된 미끄럼 방지용 입자를 가진 웨브(100)를 사용하여 제작될 수 있다.
또 다른 제3실시예의 제품(204)에서는, 제4c도에 도시된 바와 같이 역반사 비드(120)가 상단부(110A)를 포함한 측면(108)의 일부상에서 비드 접착제 층(130)에부분적으로 매립된다. 이 실시예의 제품(204)은 웨브(100)를 비드 접착제 막(220)보다 약 10% 늦게 닙(302)를 통해 이송시킴으로서 제작될 수 있다. 상대적으로 느린 웨브(100)와 상대적으로 빠른 비드 접착제 막(220) 사이의 속도차에 의해 돌출부의 상류측 웨브 부분상에 비드 접착제 층(130)이 선택적으로 도포된다. 이 실시예의 제품(204)은 하나의 방향으로부터는 역반사가 가능하지만 다른 방향으로부터는 역반사가 불가능하기 때문에, 특수한 포장 도로 표시용으로 특히 유리하다.
제4d도에 도시된 바와 같은 또 다른 실시예의 제품(206)에서는, 역반사 비드(120)가 제1방향을 향한 제1비드 접착제 층(132)과, 제2방향을 향한 제2비드 접착제 층(134)에 부분적으로 매립된다. 이 실시예의 제품(206)은 웨브(100)와 막(220) 사이에 제1속도차를 두고 웨브(100)와 막(220)을 닙(302)을 통해 1차적으로 통과시킨 후, 정반대의 속도차를 두고 웨브(100)와 막(220)을 닙(302)을 통해 통과시킴으로써 제작된다. 비드 접착제(132, 134)의 색소가 역반사광의 색상을 결정하기 때문에, 제1역반사광의 색상의 제1방향으로 반사될 수 있고 제2역반사광의 색상은 제2방향으로 역반사될 수 있다. 백색 역반사광을 제공하는데에는 TiO2색소가 가장 적합하며, 제2방향용으로 명료한 황색 역반사재를 제공하는데에는 크롬산납이 가장 적합하다. 또 다른 색상/색소의 조합물이 운전자에게 또 다른 신호를 제공하기 위해 사용될 수 있다.
제4e도에 도시된 바와 같은 또 다른 실시예의 제품(208)에서는, 제3비드 접착제 층(136)이 제4d도의 실시예의 제품(206)의 돌출부 상부면에 추가로 도포된다. 제3비드 접착제 층(136)은 압력을 제거하거나, 고정된 틈새를 두고 롤러를 조작함으로써 돌출부의 상부면에 도포된다. 이러한 상부층은 미끄럼 방지용 입자(126) 또는 역반사 비드의 매립에 적합하다.
제5도에는 또 다른 실시예의 제품(210)이 도시되어 있다. 이 실시예의 제품(210)에서는, 다수의 미끄럼 방지용 입자(126)가 비드 접착제 층(136)에 매립되지만, 돌출부 사이의 전방면 부분에는 거의 매립되어 있지 않다. 이 실시예의 제품에서의 불연속적인 비드 접착제 층(136)은 돌출부 상부면에 제공될 뿐이며, 돌출부 사이의 전방면 부분에는 거의 제공되지 않는다. 이 실시예의 제품의 구성에 의해 도로의 미끄럼 방지용 시트재가 얻어질 수 있다.
[실시예 1]
적합한 베이스 시트의 일부분을 10.2㎝×30.5㎝의 크기로 준비하고, 이 베이스 시트를 그라비야(gravure)형 도포기의 닙을 통해 통과시켜 선택적으로 비드 접착제를 도포하였다. 이 비드 접착제는 백색색소(TiO2)를 포함한 비닐 용액이다. 독터 블레이드를 사용하여 막의 두께를 조절하였다. 비드 접착제가 도포된 직후, 165 마이크로미터의 직경과 1.75의 굴절률을 가진 비드로 베이스 시트를 과밀 코팅하였다. 백색 비닐 비드 접착제를 오븐내에서 약 121℃로 10분간 가열하여 응고시켰다. 여분의 비드를 브러싱에 의해 제거하였다. 결과적으로 얻어진 제품은 제1방향을 향한 돌출부 벽부쪽에 쪽에 선택적으로 부착된 비드 및 비드 접착제를 가졌으며, 제2방향으로는 비드 및 비드 접착제로부터 유리되었다. 이 제품은 제1방향으로부터는 양호한 역반사 현상을 보였으나, 제2방향으로부터는 거의 역반사 현상을 나타내지 않았다.
[실시예 2-16]
실시예 2 및 3-16은 표 II에 기재되어 있다. 각각의 실시예에 대해, 베이스 시트의 형태 크기, 비드 접착제의 형태와 막의 두께 및 역반사 비드의 형태와 밀도가 표에 제시되어 있다. 실시예 2-10, 15 및 16에서는 165 마이크로미터의 직경을 가진 비드를 사용하였으며, 실시예 11-14에서는 525 마이크로미터의 직경을 가진 비드를 사용하였다. 실시예 2는 비드가 비드 접착제 층이 아닌 역반사 시트에 직접 매립되는 미합중국 특허 제4,388,359호에 개시된 포장 도료 표식재로서, 본 발명에 대한 비교예이다. 실시예 3-14에서의 비드 접착제의 도포는 액체 비드 접착제 용액의 막을 덧판재 시트에 코팅한 후, 코팅된 덧판재 시트를 즉시 뒤집어 돌출부의 상부면과 접촉시킴으로써 수행되었다. 수동 롤러를 사용하여 덧판제 시트를 돌출부에 맞대어 가압한 후, 덧판재 시트를 벗기고 베이스 시트를 역반사 비드로 과밀 코팅하였다. 비드 접착제가 응고된 후, 비휘도(specific luminance)를 측정하였다. 실시예 15 및 16은 제3도에 도시된 연속 공정을 사용하여 제작되었다.
표 II의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 모든 실시예에서의 비휘도는 보다 적은 비드의 사용에도 불구하고 비교예 2에서 보다 훨씬 높다. 이들 실시예는 본 발명이 거울형 반사 비드(실시예 13 및 14)와 세라믹비드(실시예 8-10, 15 및 16)를 포함한 여러 형태의 역반사재를 선택적으로 부착하는데 유용하다는 것과, 본 발명의 하나의 베이스 시트 형태로 제한되지 않을 뿐 아니라 비닐 및 우레탄 비드 접착제의 사용에 모두 적합하다는 것을 입증해주고 있다. 표 II의 실시예에서 가장 중요한 점은 높은 투사각으로 조명할 때 역반사를 제공하는데 매우 효과적인 표면에 선택적으로 비드가 부착되었다는 점이다.
[표 II]
Figure kpo00003
[표 Ⅱ의 주석]
1. 정사각형 돌출부의 벽 길이로서의 형태 크기(mm)* 돌출부 사이의 공간(mm).
2. 엠보싱 가공된 형태의 깊이 또는 돌출부의 높이(마이크로미터).
3. 비드 접착제 조성물 :
"V" 미합중국 특허 제4,117,192호에서와 동일한 백색 비닐을 나타냄.
"U" 전술한 양호한 폴리우레탄 조성물을 나타냄.
"N" 미합중국 특허 제4,388,359호의 재료를 사용하는 비교예에서는 비드 접착제가 없음을 나타냄.
4. 막의 두께(마이크로미터).
5. 실시예의 비드 중량 증가분을 전체적으로 코팅된 표면의 비드 중량 증가분으로 나누어 표시되는 바와 같은 표면상의 과밀 코팅 퍼센트.
6. 역반사재의 성능을 특정화하기 위해 사용된 측광량으로서, 미합중국 연방 표준 시험 방법 370, 3.1.2절에 정의된 비휘도.
7. 상부면에 수직한 선에 대해 86.0°의 각도로 조명하고 조명각에 대해 0.2°의 발산각으로 관찰할 때의 실시예의 지휘도. mcd/㎡/lx 단위로 표시된 수치임.
8. 상부면에 수직한 선에 대해 86.5°의 각도로 조명하고 조명각에 대해 1.0°의 발산각으로 관찰할 때의 실시예의 비휘도. mcd/㎡/lx 단위로 표시된 수치임.
9. 미합중국 특허 제4,758,469호에 기재된 바와 같은 세라믹형 비드.
10. 은으로 코팅되고 굴절률 1.9를 가지는 비드. 노출 표면은 비드 접착제의 응고 후 은의 제거를 위해 에칭됨.
[실시예 17]
전술한 바와 같은 적합한 웨브를 10.2cm의 폭으로 준비하였다. 약 4000-6000cps의 점도를 가지는 적합한 폴리우레탄 비드 접착제를 연속 공정으로 도포하였으며, 프린터 롤러상의 접착제 막의 두께는 약 300 마이크로미터였다. 돌출부의 상류측 웨브 부분 및 하류측 웨브 부분 사이에 비드 접착제 층을 균일하게 분포시키는 것은 웨브의 속도를 막의 속도보다 약 3% 빠르게 함으로써 수행되었다. 하류측 웨브 부분(110B)을 포함한 측면상에 비드 접착제 층을 도포하기 위해, 웨브의 속도를 막의 속도보다 약10% 빠르게 하였다. 상류측 웨브 부분(110A)을 포함한 측면상에 비드 접착제 층을 도포하기 위해, 웨브의 속도를 막의 속도의 약 90%로 감속하였다. 제작된 제품은 제4a도 및 제4c도의 제품과 유사하였다.
본 발명은 종래 기술보다 우수한 몇가지 장점을 제공한다. 우선, 역반사 비드가 가장 높은 효과를 발휘하는 영역에만 부착되기 때문에, 재료의 단위 면적당 비드 사용량이 크게 감소되며, 이와 같이 비드 사용량이 감소됨으로써 1.5, 1.75 또는 1.0의 굴절률을 가지는 표준 비드에 대한 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 역반사 시트에 보다 효과적이지만 비용상의 문제로 사용하지 못했던 비드를 사용할 수 있게 된다. 예컨대, 미합중국 특허 제4,758,469호에 개시된 바와 같은 세라믹계 역반사 비드가 사용될 수 있다.
베이스 시트에 선택된 표면에 선택적으로 비드가 부착되는 것의 또 다른 장점은 역반사재상에서 광범위하게 나타나는 "회색 색조"의 영역을 피할 수 있다는 점이다. 이러한 회색 색조의 영역은 베이스 시트상에 부분적으로 노출된 비드에 의해 생긴다. 비드 접착제는 단지 비연속층으로서 선택된 표면에만 도포되기 때문에, 비드 접착제로부터 유리된 표면은 비드에 의한 영향을 받지 않는 주간 색상을 나타내게 된다. 즉, 회색 색조를 가지지 않는다. 회색 색조의 영역을 최소화하여 시트재의 소정의 백색 또는 다른 주간 색상을 유지시키는 것에 대해서는 미합중국 특허 제4,388,359호에 개시되어 있다.
본 발명의 제품은 비드 접착제가 100% 코팅된 베이스 시트보다 유연하다. 형상 가공성 및 가요성은 코팅되지 않은 웨브(100)와 거의 동일하다. 향상된 형상 가공에 의해 도로에 부착되는 것이 보다 용이해진다.
본 발명을 양호한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 당업자라면 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 한도내에서 형태 및 세부 구성에 대한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다.

Claims (11)

  1. 전방면을 가진 탄성 중합체 베이스 시트; 전방면으로부터 돌출되며, 베이스 시트의 폭을 가로질러 배치되고 베이스 시트의 길이를 따라 배치되며, 각각 상부면 및 상부면을 베이스 시트의 전방면에 연결하는 하나 이상의 측면을 가지는 다수의 돌출부; 각각의 돌출부의 선택된 측면 세트를 덮는 비드 접착제의 제1불연속층; 및 비드 접착제의 제1불연속 층에 부분적으로 매립되고 비드 접착제의 제1불연속 층으로부터 부분적으로 돌출되는 다수의 제1역반사 비드를 구비하는 역반사 시트재로서, 상기 선택된 측면 세트는 돌출부 사이에 남는 전방면에는 존재하지 않는 비드 접착제와 역반사 비드의 결합체로 덮히는 것을 특징으로 하는 역반사 시트재.
  2. 제1항에 있어서, 각각의 돌출부의 선택된 제2측면 세트를 덮는 비드 접착제의 제2층; 및 비드 접착제의 제2층에 부분적으로 매립된 다수의 입자를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 역반사 시트재.
  3. 제2항에 있어서, 매립된 입자는 역반사 비드이며, 선택된 제1측면 세트상의 비드 접착제는 선택된 제2측면 세트를 덮는 비드 접착제의 제2층과는 상이한 색상으로 되는 것을 특징으로 하는 역반사 시트재.
  4. 제2항에 있어서, 상기 입자는 역반사 비드 및 미끄럼 방지용 입자로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 역반사 시트재.
  5. 돌출부의 상부면을 덮는 비드 접착제의 제3층; 및 비드 접착제의 제2층에 부분적으로 매립되는 다수의 미끄럼 방지용 입자를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 역반사 시트재.
  6. 후방면과, 후방면의 반대측에 있는 전방면으로부터 돌출되고 각각 상부면 및 하나 이상의 측면을 가진 다수의 돌출부를 구비하는 탄성 중합체 베이스 시트를 제공하는 단계; 돌출부의 측면의 선택된 부분에 액체 비드 접착제의 불연속층을 도포하는 단계; 액체 비드 접착제의 불연속층의 다수의 역반사 비드를 부분적으로 매립하는 단계; 및 비드 접착제의 불연속층을 응고시켜 부분적으로 매립된 역반사 비드를 전방면의 선택된 부분상에 구비한 역반사 시트재를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 역반사 시트재 제작방법.
  7. 제6항에 있어서, 베이스 시트는 연속된 웨브이며, 비드 접착제 도포 단계는 돌출부를 비드 접착제의 막에 맞대어 가압하는 롤러 위에 걸쳐 웨브를 이송함으로써 수행되며, 웨브의 비드 접착제의 막에 접촉되는 부분에 걸쳐 가해지는 압력은 비드 접착제 재료가 돌출부의 상부면에 들어가지 못하고 측면의 선택된 부분상으로 밀려나기에 충분한 크기로 되는 것을 특징으로 하는 역반사 시트재 제작 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 압력은 베이스 시트의 후방면에 맞대어 후방면을 가압하여 돌출부를 비드 접착제의 막에 접촉시키는 지지 롤러에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 역반사 시트재 제작 방법.
  9. 제6항에 있어서, 액체 비드 접착제는 24℃에서 1800 내지 10,000cps의 점도를 가지는 것을 특징으로 하는 역반사 시트재 제작 방법.
  10. (a) 전방면을 가진 탄성 중합체 베이스 시트; (b) 전방면으로부터 돌출되며, 중합체 베이스 시트의 전방면의 폭을 가로질러 배치되고 중합체 베이스 시트의 전방면의 길이를 따라 배치되는 다수의 일체형 돌출부; (c) 돌출부상에 배치되며, 돌출부 사이의 영역에 있는 전방면에는 존재하지 않는 접착물의 불연속층; 및 (d) 접착물에 층에 부분적으로 매립되며, 돌출부 사이의 영역에 있는 전방면에는 존재하지 않는 다수의 미끄럼 방지용 입자를 구비하는 것을 특징으로 하는 미끄럼 방지용 시트재.
  11. (a) 제1측면상에 배치되는 다수의 돌출부 및 오목부를 가진 중합체 베이스 시트; (b) 돌출부의 표면상에 배치되며, 오목부에는 존재하지 않는 접착물의 층; 및 (c) 접착물의 층에 고정되며, 오목부에는 존재하지 않는 다수의 미끄럼 방지용 입자를 구비하는 것을 특징으로 하는 도로상에 설치하기 위한 시트재.
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