СТЕКЛЯННЫЙ МИКРОШАРИК
GLASS MICROSPHERE

Предложенное решение относится к устройствам и средствам разметки поверхности дорог и может быть использовано при изготовлении световозвращающих устройств, например, в системах обеспечения безопасности дорожного движения.
2
Эффект световозвращения (когда падающий свет почти полностью отражается обратно в направлении источника света) широко используется при дорожной разметке автомобильных дорог. Наиболее широко в отечественной практике применяют световозвращающие материалы, содержащие стеклянные микрошарики. 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).
Известен способ получения стеклянных микросфер (патент на изобретение РФ №2059574, МПК C03B 19/10, 1992 г. и международная заявка PCT/RU96/00118, 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 низкий коэффициент световозвращения.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является стеклянный микрошарик, изготовленный из прозрачного стекла (ГОСТ Р 53173-2008 «Дороги автомобильные общего пользования. Изделия для дорожной разметки. Микростеклошарики. Методы контроля»). Недостатком такого стеклянного микрошарика является низкий коэффициент световозвращения, т.к. в этом случае не используется ультрафиолетовая составляющая падающего на микрошарик света для ее преобразования в видимый свет.
Технический результат предложенного решения заключается в повышении коэффициента световозвращения.
Указанный технический результат достигается тем, что поверхность микрошарика, изготовленного из прозрачного стекла, аппретирована (покрыта) составом, включающим оптический отбеливатель и промотор адгезии. При этом расход оптического отбеливателя составляет не более 80 миллиграмм на 1 кг микрошариков, а расход промотора адгезии - 30-150 миллиграмм на 1 кг микрошариков. Кроме того, в состав аппрета может быть введен гидрофобизатор, расход которого составляет 20-160 миллиграмм на 1 кг микрошариков.
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 чертеже изображен слой аппрета 1 на поверхности 2 стеклянного микрошарика 3. Слой аппрета 1 состоит из оптического отбеливателя и промотора адгезии. Кроме того, в состав аппрета может быть введен гидрофобизатор.
Стеклянные микрошарики 3 являются световозвращающими элементами и представляют собой технологически сложное соединение линз, преломляющих световой луч в обратном направлении. Свет от источника падает на поверхность микролинзы, преломляется, отражается от внутренней поверхности и возвращается к источнику. Этим достигается оптический эффект возвращения светового потока. Все световозвращающие элементы выполняются из оптически прозрачного материала.
Свет (например, фар автомобиля), направленный на стеклянный микрошарик 3, сначала проходит через слой аппрета 1, содержащего оптический отбеливатель, который преобразовывает ультрафиолетовую составляющую света в видимую часть спектра (400-500 нм). Двигаясь далее, световой поток, усиленный в видимой части спектра, проходит через поверхность 2 внутрь стеклянного микрошарика 3, отражается от его внутренней поверхности и, вторично пройдя через слой оптического отбеливателя, возвращается к источнику света.
Расход оптического отбеливателя составляет не более 80 миллиграмм на 1 кг микрошариков, а расход промотора адгезии - 30-150 миллиграмм на 1 кг микрошариков. В состав аппрета также вводят гидрофобизатор, расход которого составляет 20-160 миллиграмм на 1 кг микрошариков.
В качестве оптического отбеливателя используются, как правило, производные стильбена, например препараты «Белофор ОЛА», «Люксафор 093» или «Optiblanc WS». Максимально высокие показатели коэффициента световозвращения достигаются в случае, когда положение главного максимума фотолюминесценции оптического отбеливателя составляет 510-550 нм.
Для улучшения адгезии оптического отбеливателя к поверхности 2 стеклянного микрошарика 3 используется промотор адгезии, например диаминофункциональный промотор адгезии аминоэтиламинопропилтриметоксисилан, полифункциональные амино-силаны «Пента-65» и «Пента-69», силан «Silquest A-1110».
Для повышение светостойкости слоя аппрета 1 и стеклянного микрошарика 3 в состав аппрета 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 коэффициент световозвращения, а также светостойкость слоя аппрета 1 и стеклянного микрошарика 3. В качестве фотосенсибилизатора может быть использована салициловая кислота, β-нафтиламин, Р-соль или Г-соль.
Для улучшения водоотталкивающих свойств слоя аппрета 1, а следовательно, и повышения его срока службы и морозостойкости, в состав аппрета добавляют гидрофобизаторы, состоящие в основном из кремнеорганических соединений, например «БИОНИК МВО», «КРИСТАЛЛИЗОЛ», «Chelsea Stone».
В результате проведенных экспериментов, в ходе которых определялся коэффициент световозвращения стеклянных микрошариков 3 с нанесенным на их поверхность 2 слоем аппрета 1, было установлено, что расход оптического отбеливателя не должен превышать 80 миллиграмм на 1 кг микрошариков, расход промотора адгезии должен находиться в пределах 30-150 миллиграмм на 1 кг микрошариков, а расход гидрофобизатора - в пределах 20-160 миллиграмм на 1 кг микрошариков.
В этом случае коэффициент световозвращения стеклянных микрошариков 3 с нанесенным на их поверхность 2 слоем аппрета 1 возрастает на 15-17%.