СВЕТООТТОРГАЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ

Предложенное решение относится к оптическим элементам и может быть использовано при изготовлении светоотторгающих (световозвращающих и/или светоотражающих) устройств.
2
Эффект световозвращения широко используется в системах обеспечения безопасности дорожного движения. Наиболее широко в отечественной практике применяют световозвращающие материалы, содержащие стеклянные микрошарики, а также световозвращатели в виде призм или микропризм. Качество световозвращения характеризует величина коэффициента световозвращения (удельного коэффициента силы света), которая рассчитывается как отношение яркости поверхности образца к его освещенности и измеряется в канделах на люкс и на квадратный метр (кд/лк·м).
Выделяют три вида отражения света: зеркальное, диффузное (рассеянное) и смешанное (объединяющее зеркальное и диффузное). Явление световозвращения (ситуация, когда свет, падающий на поверхность, почти полностью отражается обратно в направлении источника света) принято рассматривать отдельно. Световозвращение и все 3 вида светоотражения можно объединить единым термином - светоотторжение.
Известен способ получения стеклянных микросфер (патент на изобретение РФ №2059574, МПК C03B 19/10, 1992 г. и международная заявка PCT/RU 96/00118, публикация WO 97/42127, МПК C03B 19/10, 1997 г.), включающий варку стекла, получение из него микропорошков и формование микросфер. Однако полученные данным способом стеклянные микросферы при использовании их в качестве рефлектирующих элементов имеют низкие коэффициенты световозвращения и светоотражения.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является световозвращающий элемент, выполненный в виде двояковыпуклой составной линзы, включающей две линзы, соединенные между собой по сферической поверхности (патент на изобретение РФ №2434255, МПК G02B 5/128, 2010 г.). Недостатком такого светоотторгающего элемента является сложность конструкции и высокая трудоемкость изготовления. Кроме того, известное устройство имеет низкие коэффициенты световозвращения и светоотражения, т.к. не использует ультрафиолетовую составляющую падающего на светоотторгающий элемент света для ее преобразования в видимый свет.
Технический результат предложенного решения заключается в упрощении конструкции, снижении трудоемкости изготовления и повышении коэффициентов световозвращения и светоотражения.
Указанный технический результат достигается тем, что рабочая поверхность светоотторгающего (световозвращающего и/или светоотражающего) элемента, аппретирована оптическим отбеливателем, толщина слоя которого не превышает 500 нм. Светоотторгающие элементы могут быть светоотражающими, световозвращающими или объединять тот и другой способ взаимодействия со светом. Световозвращающие элементы выполняются из оптически прозрачного материала. Светоотторгающие элементы могут быть использованы, например, для дорожных и строительных работ.
Глаз человека чувствителен только к определенной области электромагнитного излучения, называемой видимым спектром, которая охватывает диапазон длин волн от 400 до 700 нм. Излучения, которые находятся за пределами видимого диапазона, включают в себя инфракрасную (волны длиной более 700 нм) и ультрафиолетовую область (менее 400 нм). Оптические отбеливатели обладают способностью поглощать ультрафиолетовую составляющую падающего на них света в области 300-400 нм и преобразовывать полученную энергию в видимую часть спектра (400-500 нм). Благодаря флуоресценции оптические отбеливатели преобразуют содержащийся в естественном свете и в свете многих искусственных источников ультрафиолет в излучение видимого диапазона, делая его более интенсивным.
На фиг. изображена рабочая поверхность 2 светоотторгающего (световозвращающего и/или светоотражающего) элемента 1, аппретированная оптическим отбеливателем 3 с толщиной слоя 4, не превышающей 500 нм.
Световозвращающие элементы представляют собой технологически сложное соединение линз, преломляющих световой луч в обратном направлении, выполненных, как правило, в виде стеклянных микрошариков и микропирамид. И в том и другом случае свет от источника падает на поверхность микролинзы, преломляется, отражается от внутренней поверхности и возвращается к источнику. Этим достигается оптический эффект возвращения светового потока. Аналогично работают световозвращающие элементы на транспортных средствах - пластмассовые автомобильные, мотоциклетные и велосипедные катафоты. Только там используются не микро, а значительно более крупные пирамиды. Все световозвращающие элементы выполняются из оптически прозрачного материала.
При реализации предложенного решения могут использоваться любые (по форме выполнения и по размерам) светоотражающие элементы.
Свет (например, фар автомобиля), направленный на светоотторгающий (световозвращающий и/или светоотражающий) элемент 1, сначала проходит через слой оптического отбеливателя 3, где его ультрафиолетовая составляющая преобразовывается в видимую часть спектра (400-500 нм). Двигаясь далее, световой поток, усиленный в видимой части спектра, доходит до рабочей поверхности 2 светоотторгающего элемента 1. Если это светоотражающий вариант выполнения светоотторгающего элемента 1, то усиленный световой поток, отразившись (зеркально, диффузно или смешано) от рабочей поверхности 2, возвращается через слой оптического отбеливателя 3 наружу. Если это световозвращающий вариант выполнения светоотторгающего элемента 1, то усиленный световой поток, проходит через рабочую поверхность 2 внутрь оптически прозрачного материала тела (линзы) световозвращающего элемента 1, отражается от его внутренней поверхности и, вторично пройдя через слой оптического отбеливателя 3, возвращается к источнику света.
В качестве оптического отбеливателя 3 используются, как правило, производные стильбена, например, препараты «Белофор ОЛА», «Люксафор 093» или «Optiblanc WS». Максимально высокие показатели коэффициентов световозвращения и светоотражения светоотторгающего элемента 1 достигаются в случае, когда положение главного максимума фотолюминесценции оптического отбеливателя 3 составляет 510-550 нм.
Для улучшения адгезии оптического отбеливателя 3 к светоотторгающему элементу 1 в оптический отбеливатель 3 добавляют промотор адгезии, например, диаминофункцио-нальный промотор адгезии аминоэтиламинопропилтриметоксисилан, полифункциональные аминосиланы «Пента-65» и «Пента-69», силан «Silquest A-1110».
Для повышение светостойкости оптического отбеливателя 3 и материала тела (линзы) светоотторгающего элемента 1 в оптический отбеливатель 3 добавляют светостабилизатор (фотостабилизатор), например, «Фенозан 23», «Ирганокс 1010», «Беназол П», «Тинувин 327».
Поскольку на большинство материалов коротковолновое УФ-излучение оказывает большее негативное воздействие, чем длинноволновое излучение, то повысить их надежность, а, следовательно, и срок службы можно, если обеспечить каскадный механизм переноса (миграции) энергии в материале. Для реализации указанных механизмов переноса энергии используются фотосенсибилизаторы, которые поглощая коротковолновое УФ-излучение, передают его оптическому отбеливателю. Совместное применение фотосенсибилизаторов и оптических отбеливателей позволяет расширить диапазон поглощенной энергии, повышая коэффициенты световозвращения и светоотражения светоотторгающего элемента 1, а также светостойкость оптического отбеливателя 3 и материала тела (линзы) светоотторгающего элемента 1. В качестве фотосенсибилизатора может быть использована салициловая кислота, β - нафтиламин, Р - соль или Г - соль.
Для улучшения водоотталкивающих свойств оптического отбеливателя 3, а, следовательно, и повышения его срока службы и морозостойкости, в оптический отбеливатель 3 добавляют гидрофобизаторы, состоящие в основном из кремнеорганических соединений, например, «БИОНИК МВО», «КРИСТАЛЛИЗОЛ», «Chelsea Stone».
В результате проведенных экспериментов, в ходе которых определялись коэффициенты световозвращения и светоотражения для соответствующих светоотторгающих элементов 1, было установлено, что толщина слоя оптического отбеливателя 3 не должна превышать 500 нм, поскольку по мере увеличения толщины слоя оптического отбеливателя 3 коэффициенты световозвращения и светоотражения светоотражающего элемента 1 сначала увеличиваются, затем доходят до предельных величин и начинают уменьшаться. Оптимальная толщина слоя оптического отбеливателя 3 (в зависимости от материала тела светоотторгающего элемента 1, вида (марки) самого оптического отбеливателя 3, а также промотора адгезии, светостабилизатора, фотосенсибилизатора и гидрофобизатора) составляет 20-300 нм. В этом случае коэффициенты световозвращения и светоотражения светоотторгающего элемента 1 возрастают на 15-18%.