СПОСОБ И МАТЕРИАЛ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ВЫСОКОЙ ОТРАЖАТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ С ПОМОЩЬЮ ОТКРЫТЫХ ШАРИКОВ
HIGH REFLECTIVITY OPEN BEAD METHOD AND MATERIAL

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА СВЯЗАННЫЕ ЗАЯВКИ
[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет предварительной американской патентной заявки № 61/921617, поданной 30 декабря 2013 г., которая включена в настоящий документ по ссылке во всей ее полноте.
ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] Предмет настоящего изобретения относится к световозвращающим листам и связанным с ними способам. В частности, предмет настоящего изобретения относится к способам изготовления световозвращающего листового материала с прозрачными микросферическими линзами, заделанными в связующий материал, содержащий металлический пигмент, размещенный методом листования, а также к соответствующим изделиям.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0003] Световозвращающие изделия используются для различных целей в области безопасности, а также для декоративных целей. Один тип световозвращающего изделия включает в себя мелкие шарики или сферы, обычно сделанные из прозрачного или полупрозрачного стекла. Эти шарики имеют отражающий материал, расположенный на задней поверхности. Входящий свет входит в переднюю поверхность шариков, преломляется на их передней поверхности, отражается от отражающего материала на задней поверхности, и возвращается обратно к передней поверхности, где преломляется, выходя из передней поверхности обратно к источнику света.
[0004] Отражающие материалы традиционно наносятся на заднюю поверхность шариков одним из двух способов: либо как непрерывный слой, который является отдельным и отстоящим от шариков, либо как покрытие на задней наружной поверхности шариков.
[0005] С этими обычными способами связаны различные проблемы. В частности, когда отражающий слой сформирован как отдельный и отстоящий от шариков, этот отдельный слой не соответствует криволинейной задней поверхности шариков, но остается плоской отражающей поверхностью. Такие плоские отражающие поверхности не в состоянии обеспечить требуемые световозвращающие коэффициенты заполнения, необходимые для некоторых применений.
[0006] Кроме того, нанесение отражающего слоя непосредственно на заднюю поверхность шариков создает проблемы с ориентацией при нанесении шариков на подложку. В частности, шарики должны быть установлены на подложку так, чтобы передняя поверхность шариков, которая не содержит покрытия, была направлена от подложки и к источнику света. Зачастую требуются изощренные этапы обработки и специализированное оборудование для того, чтобы обеспечить такую правильную ориентацию сфер на подложке. Дополнительно к этому, такие процессы покрытия часто включают в себя осаждение паров металла на заднюю поверхность сфер, что дополнительно увеличивает стоимость и время, связанные с формированием световозвращающих изделий. Более сложные проблемы с ориентацией возникают при попытке присоединить покрытые шарики к поверхности, которая не является плоской и ровной. Часто для этой цели используются световозвращающие пленки. В таких способах при попытке нанести плоскую пленку, содержащую слой покрытых сфер, на поверхность сложной формы пленка не лежит гладко на объекте, а стремится к образованию складок и сгибов, что приводит к уменьшенной световозвращающей эффективности этих пленок.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0007] Трудности и недостатки, связанные с ранее известными световозвращающими изделиями, использующими мелкие шарики, преодолеваются в предлагаемых световозвращающих изделиях и связанных с ними способах. Способы по настоящему изобретению используют смешивание связующего материала с отражающим пигментом для того, чтобы создать композиционный материал. Композиционный материал наносится непосредственно на поверхность подложки и модифицируется так, чтобы сформировать связующий материал и слой отражающего пигмента, который размещается методом листования. Поверхность подложки может быть плоской и ровной или может иметь контуры или дугообразные области. Когда композиционный материал модифицируется, формируется пигмент в виде слоя отражающего пигмента, причем частицы пигмента размещаются методом листования вблизи верхней поверхности слоя связующего материала. После этого шарики заделываются в слой связующего материала. Слой пигмента соответствует чашеобразной форме криволинейной поверхности заделанных шариков и находится в непосредственной близости к ней. За счет этих способов слой отражающего пигмента не является полностью плоским и ровным, но в областях, примыкающих к шарикам, слой отражающего пигмента плотно связан с криволинейной задней поверхностью шариков; подобно отражающим покрытиям, осаждаемым из паровой фазы, но без присущих им проблем ориентации.
[0008] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает изделие, образующее внешнюю поверхность и содержащее связующий материал. Это изделие включает в себя металлический пигмент в связующем материале, причем металлический пигмент расположен в связующем материале для формирования слоя пигмента в связующем материале. Это изделие включает в себя прозрачные микросферы, по меньшей мере частично заделанные внутрь связующего материала и открытые вдоль внешней поверхности изделия. Прозрачные микросферы обычно расположены между слоем пигмента и внешней поверхностью изделия.
[0009] В другом варианте осуществления настоящее изобретение предлагает способ изготовления изделия, содержащего слой пигмента и прозрачные микросферические линзы. Этот способ содержит формирование слоя пигмента. Слой пигмента включает в себя частицы металлического пигмента. Этот способ также содержит связывание прозрачных микросферических линз со слоем пигмента с использованием связующего материала, посредством чего изготавливается изделие.
[0010] В другом варианте осуществления настоящее изобретение предлагает световозвращающее изделие, содержащее прозрачные микросферические линзы и металлический пигмент. Металлический пигмент содержит частицы металлического пигмента, которые по меньшей мере частично содержатся в термопластичном полимерном слое. Частицы металлического пигмента ориентированы в порядке расположения листования вблизи верхней поверхности термопластичного полимерного слоя. Прозрачные микросферические линзы открыты вдоль верхней поверхности термопластичного полимерного слоя и заделаны в термопластичный полимерный слой на глубину от примерно 20 до примерно 70 процентов от среднего диаметра микросферических линз. Частицы металлического пигмента образуют поверхность чешуйки и ориентированы внутри слоя пигмента так, что поверхность чешуйки соответствует и простирается вдоль части расположенных рядом микросферических линз.
[0011] В другом варианте осуществления настоящее изобретение предлагает способ изготовления световозвращающего изделия. Этот способ содержит модификацию состава, содержащего пигмент и связующий материал. Таким образом, модификация состава формирует слой пигмента, содержащий пигмент, и слой связующего материала, содержащий связующий материал. Слой пигмента содержится в слое связующего материала вблизи верхней поверхности слоя связующего материала. Этот способ также содержит заделывание микросферических линз в слой связующего материала, чтобы посредством этого изготовить световозвращающее изделие.
[0012] В другом варианте осуществления настоящее изобретение предлагает способ изготовления изделия, содержащего подложку, слой пигмента, связующий материал и прозрачные микросферические линзы. Этот способ содержит формирование слоя пигмента физическим осаждением металла в паровой фазе на поверхность подложки. Этот способ также включает в себя нанесение связующего материала на слой пигмента. Этот способ дополнительно содержит заделывание прозрачных микросферических линз в связующий материал.
[0013] Таким образом, способы по настоящему объекту изобретения облегчают проблемы с ориентацией при нанесении шариков на поверхность, потому что эти способы не используют осаждение отражающего слоя непосредственно на заднюю поверхность микросфер. Таким образом, шарики просто заделываются в термопластичный слой и могут быть расположены на подложке любым удобным образом. Могут использоваться простые этапы обработки, и никакого специализированного оборудования не требуется для того, чтобы заделать шарики. Отсутствие необходимости в парофазном осаждении металла на заднюю поверхность сфер уменьшает стоимость и время, связанное с формированием световозвращающих изделий.
[0014] Дополнительно к этому вместо приспособления плоских пленок, содержащих слой сфер, к поверхности, имеющей контуры или дугообразные области, настоящее изобретение предлагает способы прямого покрытия контуров или дугообразных областей композиционным материалом, а также заделывание шариков в композиционный материал. Такие способы позволяют сформировать световозвращающие поверхности на подложках, имеющих сложные искривления. Настоящее изобретение позволяет производить отражающий слой, который соответствует криволинейной задней поверхности заделанных микросфер, увеличивая тем самым световозвращающую эффективность.
[0015] Как будет понятно далее, описанный в настоящем документе объект изобретения может иметь другие отличающиеся варианты осуществления, и некоторые его детали могут быть модифицированы в различных отношениях, не отступая от заявленного объекта изобретения. Соответственно, чертежи и описание должны рассматриваться как иллюстративные, а не ограничивающие.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0016] Эти, а также другие признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения будут более полно поняты и оценены после прочтения следующего более подробного описания примерных вариантов осуществления настоящего объекта изобретения в совокупности с сопроводительными чертежами.
[0017] Фиг. 1 представляет собой схематическое поперечное сечение изделия в соответствии с настоящим изобретением.
[0018] Фиг. 2 представляет собой схематическое поперечное сечение изделия с Фиг. 1, имеющего контурную поверхность.
[0019] Фиг. 3 представляет собой схематическое поперечное сечение изделия, включающего в себя подложку, в соответствии с настоящим изобретением.
[0020] Фиг. 4 представляет собой схематическое поперечное сечение изделия с Фиг. 3, имеющего контурную поверхность.
[0021] Фиг. 5 представляет собой схематическое поперечное сечение изделия в соответствии с настоящим изобретением.
[0022] Фиг. 6 представляет собой схематическое поперечное сечение изделия в соответствии с настоящим изобретением.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0023] Описанный в настоящем документе объект изобретения предлагает световозвращающие изделия и соответствующие способы для производства этих изделий. Изделия, изготовленные с помощью данных способов, включают в себя пигмент, связующий материал, а также прозрачные микросферические линзы (также упоминаемые в настоящем документе как «шарики», «сферы» или «линзы»).
[0024] Что касается правой части Фиг. 1 и всей Фиг. 2, в одном варианте осуществления световозвращающее изделие 1 по настоящему объекту изобретения включает в себя связующий материал, микросферы 20, а также частицы 10 отражающего пигмента. В одном варианте осуществления, как изображено на чертежах, связующий материал сформирован в слой 30 связующего материала, который содержит практически двумерный слой, включающий нижнюю поверхность 32 и верхнюю поверхность 31. «Двумерный» означает слой, в котором толщина слоя значительно меньше, чем все другие измерения слоя, например, тонкое покрытие или слой пленки. На Фиг. 1-6 слой 30 связующего материала изображается как двумерный слой, причем толщина, измеряемая от верхней поверхности 31 до нижней поверхности 32, является значительно меньшей, чем любое другое измерение слоя 30 связующего материала. Как более подробно объяснено в настоящем документе, двумерные формы обычно являются подобными слою и включают в себя относительно плоские и ровные, а также криволинейные конфигурации, которые включают в себя одну или более дугообразных или неплоских областей.
[0025] Однако будет подразумеваться, что в других вариантах осуществления связующий материал может иметь любую форму, включая трехмерную форму. «Трехмерная» означает форму или очертание, имеющее толщину, которая не является значительно меньшей, чем все остальные габаритные размеры этой формы или очертания, такого как, например, форма прямоугольного параллелепипеда или форма сферы.
[0026] На Фиг. 1-6 верхняя поверхность 31 связующего материала 30 имеет микросферы 20, заделанные в нее на глубину приблизительно 50% от диаметра этих сфер, формируя посредством этого слой 21 микросфер на верхней поверхности 31 слоя 30 связующего материала.
[0027] В одном варианте осуществления, как показано на Фиг. 1-5, связующий материал 30 также включает в себя слой 11 отражающего всплывающего пигмента, содержащий частицы 10 отражающего пигмента, размещенные методом листования. Слой 11 отражающего пигмента расположен вблизи верхней поверхности 31 связующего материала 30 и слой 11 отражающего пигмента соответствует задней поверхности 22 заделанных микросфер 20, как показано на чертеже. Слой 11 пигмента действует как светоотражающий слой на световозвращающем изделии 1.
[0028] В одном варианте осуществления, как показано на Фиг. 3-5, световозвращающее изделие 1 дополнительно включает в себя подложку 40, которая по меньшей мере частично покрыта связующим материалом 30. Подложка 40 может быть плоской, как показано на Фиг. 3, может иметь поверхность с контурами или дугообразными областями, как показано на Фиг. 5, или может иметь криволинейную поверхность, как показано на Фиг. 4. Термины «контуры», «контурные» или «дугообразные области» означают поверхность, которая является не плоской, а криволинейной или холмистой.
[0029] Хотя подложка изображена на чертежах как двумерная (Фиг. 3-6) и обычно имеющая форму слоя, тем не менее будет подразумеваться, что подложка может быть трехмерной (такой как, например, в форме прямоугольного параллелепипеда или в форме сферы) и/или иметь поверхность с контурами или дугообразными областями.
[0030] Последующее представляет собой более подробное описание различных компонентов, включаемых в световозвращающие изделия по настоящему изобретению.
Пигмент и слой пигмента
[0031] В одном варианте осуществления в соответствии с объектом настоящего изобретения используются конкретные отражающие пигменты. Подходящий отражающий пигмент содержит частицы с высоким поверхностным натяжением, которые не смачиваются или практически не смачиваются связующим материалом при смешивании с ним. Эти частицы пигмента имеют главную размерность, которая является значительно большей, чем их толщина.
[0032] В одном варианте осуществления частицы пигмента смешиваются со связующим, и когда вязкость связующего материала является подходящей, частицы 10 пигмента могут сформироваться в качестве слоя 11 пигмента вблизи, но не на верхней поверхности 31 связующего материала. Таким образом, частицы пигмента 10 располагаются под верхней поверхностью 31 слоя 30 связующего материала. Кроме того, поскольку частицы пигмента имеют большое соотношение сторон, в некоторых вариантах осуществления частицы частично перекрываются и располагаются в плоской ориентации и близко друг к другу. Кроме того, в областях между заделанными микросферами 20 главная поверхность частиц 10 пигмента выровнена практически параллельно верхней поверхности 31 связующего материала 30, как показано на Фиг. 1-5. Этот порядок расположения известен как «листование».
[0033] Когда формируется слой всплывающего пигмента, частицы пигмента сами по себе располагаются так, чтобы большая плоская поверхность (то есть главная поверхность или лицевая поверхность чешуйки) каждой частицы была параллельна или практически параллельна большой плоской поверхности расположенных рядом частиц пигмента. Это можно визуально представить себе, например, как листья, упавшие с дерева на лужайку и практически закрывающие траву от наблюдения. Листья лежат практически плоским образом на лужайке и перекрывают расположенные рядом листья, чтобы таким образом покрыть траву. Похожим способом отражающие пигменты в соответствии с настоящим изобретением могут быть использованы для того, чтобы обеспечить практически непрерывный слой пигмента и обеспечить хорошую кроющую способность относительно массового процента («мас.%») используемого пигмента по сравнению с обычными частицами отражающего пигмента, которые не являются тонкими пластинками и требуют больше пигмента для эффективного обеспечения адекватной отражательной способности. При листовании наложение с перекрытием нескольких чешуек пигмента друг на друга во множестве слоев обеспечивает эффективный отражающий слой. Когда микросферы 20 затем заделываются в слой связующего материала, частицы пигмента, расположенные рядом с микросферами, соответствуют микросферам, ориентируясь вокруг криволинейной задней поверхности 22 микросфер 20 в чашеобразной форме. На Фиг. 1-5 частицы 10 пигмента (показанные в поперечном сечении как линии), не расположенные рядом с микросферами, размещены параллельно верхней поверхности 31 связующего материала 30.
[0034] В соответствии с настоящим объектом изобретения частицы отражающего пигмента имеют определенные размерные характеристики. Эти размерные характеристики способствуют правильному листованию частиц пигмента при их формировании в слой 11 отражающего всплывающего пигмента. В одном варианте осуществления в соответствии с настоящим объектом изобретения частицы пигмента представляют собой практически плоские отражающие частицы в форме чешуек, имеющие размер в главном измерении от приблизительно 10 мкм до приблизительно 25 мкм. Кроме того, эти частицы имеют толщину от приблизительно 10 нм до приблизительно 50 нм. Частицы пигмента дополнительно определяются как имеющие шероховатость поверхности, которая является отклонением между нижними точками и верхними точками на главных поверхностях частиц пигмента, то есть на лицевых поверхностях чешуйки. В одном варианте осуществления шероховатость поверхности частиц пигмента изменяется в диапазоне от приблизительно 1 нм до приблизительно 6 нм. Эта минимальная шероховатость поверхности также способствует хорошей отражательной способности и хорошим свойствам листования пигментов, позволяющим главным поверхностям частиц пигмента располагаться близко друг к другу. Если бы шероховатость поверхности частиц была больше, то главные поверхности частиц были бы обычно более удалены друг от друга, причем шероховатые поверхности увеличивали бы разделение между частицами, а отражательная способность при этом уменьшалась бы. Будет подразумеваться, что при упоминании измеренного значения для одного конкретного образца, имеющего распределение частиц по размерам (например, частиц пигмента или микросфер), все упоминаемые значения являются «медианным размером D50» образца; причем значение D50 является значением измерения, которое делит все распределение частиц по размерам образца на две равные по массе так, что половина массы образца состоит из частиц, имеющих размер выше измеренного значения, а другая половина массы образца состоит из частиц, имеющих размер ниже измеренного значения.
[0035] В одном аспекте в соответствии с настоящим объектом изобретения отражающий пигмент содержит частицы, имеющие размер от примерно 10 мкм до примерно 25 мкм в главной размерности, толщину от примерно 10 нм до примерно 50 нм и шероховатость поверхности от примерно 2,5 нм до примерно 4,7 нм. Частицы пигмента могут иметь среднее соотношение сторон, вычисляемое путем деления среднего арифметического самого большого измерения частиц на среднее арифметическое толщины частиц - от примерно 2000 до примерно 25000. В этом аспекте частицы пигмента имеют форму чешуек.
[0036] При правильном формировании в отражающий слой 11 в соответствии с настоящим объектом изобретения частицы 10 отражающего пигмента будут сами размещаться в структуре листования вблизи верхней поверхности 31 слоя 30 связующего материала. Не привязываясь какой-либо конкретной теории, считается, что благодаря своей конкретной форме и размерам частицы в соответствии с настоящим объектом изобретения имеют высокое поверхностное натяжение и, таким образом, не полностью смачиваются связующим материалом. Когда растворитель, содержащийся в связующем материале, испаряется, процесс испарения заставляет конвекционные токи внутри связующего материала подталкивать или иным образом помогать частицам формироваться в порядке расположения листования вблизи верхней поверхности слоя связующего материала. В отличие от этого частицы обычного пигмента не имеют отмеченных размерных характеристик, и имеют тенденцию к существенному смачиванию связующим материалом. Соответственно, на частицы обычного пигмента не влияют конвекционные токи, и они распределяются по всему слою связующего материала, а не вблизи его поверхности. Всплывающий слой 11 пигментов, сформированный в соответствии с настоящим объектом изобретением, создает таким образом гладкую отражающую поверхность, которая на порядки величин тоньше и имеет большую отражательную способность, чем слои, сформированные с помощью обычных размолотых в шаровой мельнице чешуек отражающего пигмента, благодаря минимальному соотношению сторон, минимальной толщине и минимальной шероховатости поверхности частиц. Получаемое увеличение отражения по сравнению с обычными частицами отражающего пигмента происходит благодаря по меньшей мере частично частицам отражающего пигмента, расположенным методом листования вблизи поверхности слоя 30 связующего материала. В отличие от этого обычные размолотые в шаровой мельнице частицы пигмента имеют большую толщину частиц и большую шероховатость поверхности, и таким образом не располагаются методом листования с такой плотной упаковкой вблизи поверхности слоя связующего материала, и соответственно не дают такого увеличенного отражения. Соответственно, пигменты, используемые в соответствии с настоящим изобретением, улучшают отражательную способность по сравнению с обычными размолотыми в шаровой мельнице частицами пигмента.
[0037] В одном варианте осуществления частицы 10 пигмента по меньшей мере частично содержатся в слое 30 связующего материала. Другими словами, по меньшей мере часть каждой из частиц является заделанной в слой связующего материала. В одном аспекте этого варианта осуществления частицы пигмента являются полностью заделанными в слой связующего материала, как показано на Фиг. 1-5.
[0038] В одном варианте осуществления сами частицы 10 пигмента и слой 11 пигмента соответствуют криволинейной форме заделанной задней поверхности 22 сфер 20. Таким образом, частицы пигмента ориентированы одной из их двух главных поверхностей так, чтобы она была обращена к заделанной поверхности 22 микросфер 20, и перекрыты методом листования. Кроме того, частицы 10 пигмента гнутся, изгибаются или иным образом деформируются в их самом большом размере так, чтобы соответствовать контуру микросфер 20, обеспечивая тем самым хорошую световозвращающую эффективность. Для вариантов осуществления, в которых частицы пигмента находятся в форме чешуек, в конкретных версиях настоящего изобретения по меньшей мере часть чешуек ориентирована внутри слоя пигмента так, что лицевые поверхности чешуек соответствуют и проходят вдоль части внешней сферической поверхности микросфер, расположенных рядом с ними.
[0039] Помимо размера частиц другие соответствующие соображения для создания слоя отражающего всплывающего пигмента среди прочего включают в себя методики, используемые для формирования слоя всплывающего пигмента, рецептуру композиционного материала или другого средства, используемого для доставки частиц пигмента к поверхности, а также количество частиц пигмента, используемых в композиционном материале.
[0040] В одном варианте осуществления в соответствии с настоящим объектом изобретения пигменты не имеют намеренно добавляемых жирнокислотных смазочных материалов, так что частицы пигмента практически не всплывают на поверхность связующего материала. Если бы жирнокислотные смазочные материалы были добавлены к пигментам, то частицы пигмента стремились бы всплывать на поверхность связующего материала, в котором они диспергированы. В получаемом таким образом отражающем изделии частицы пигментов, таким образом, были бы открытыми, причем они лежали бы на слое связующего материала вместо того, чтобы полностью содержаться внутри него. Эта расположение уменьшило бы долговечность отражающего слоя 11 за счет того, что частицы пигмента были бы подвержены разложению, например за счет абразивного износа и других факторов окружающей среды, которые могли бы привести к повреждению слоя 11 пигмента и вызвать уменьшение отражения для световозвращающего изделия.
[0041] В отличие от этого пигменты по многим вариантам осуществления настоящего объекта изобретения не имеют намеренно добавляемых жирнокислотных смазочных материалов, а также имеют определенные размерные характеристики, раскрытые в настоящем документе, что приводит к включению частиц пигмента в связующий материал, чтобы сформировать слой вблизи, но не на поверхности слоя связующего материала. Соответственно, тонкий слой связующего материала лежит на частицах пигмента, как показано на Фиг. 1-5. Тем самым поддерживается долговечность слоя 11 отражающего пигмента, потому что воздействию факторов окружающей среды, таких как абразивный износ, подвергается связующий материал, а не частицы 10 пигмента. Частицы пигмента формируют слой 11 пигмента вблизи верхней поверхности 31, которая имеет высокое зеркальное отражение благодаря перекрывающимся пластинкам/чешуйкам, и тем самым поддерживается долговечность световозвращающего изделия 1.
[0042] В одном варианте осуществления отражающий пигмент включается в композиционный материал в количестве от примерно 0,1 мас.% до примерно 30 мас.% композиционного материала. В другом варианте осуществления пигмент включается в композиционный материал в количестве от примерно 0,5 мас.% до примерно 10 мас.% композиционного материала. Когда композиционный материал содержит меньшее количество пигмента, слой пигмента может не обеспечивать требуемую отражательную способность, тогда как включение большего количества пигмента обычно приводит лишь к небольшому увеличению отражательной способности и может мешать формированию прочного слоя связующего материала.
[0043] Вязкость композиционного материала является другим важным фактором при формировании слоя 11 пигмента. Если вязкость будет слишком высокой, то частицы 10 пигмента не будут выравниваться в структуре листования. Если вязкость является слишком низкой, то нанесение покрытия из композиционного материала на подложку будет затруднительным и может привести к слою композиционного материала, который не обеспечивает адекватную отражательную способность. Вязкость будет регулироваться, среди прочего, на основе намеченного использования световозвращающего изделия, а также способа, используемого для нанесения композиционного материала на поверхность.
[0044] Неограничивающий пример одного типа пигмента, который является подходящим для использования в настоящем изобретении, известен как вакуумно-металлизированный пигмент (VMP). Эти пигменты формируются путем парофазного осаждения алюминия высокой чистоты или другого металла на подложку. Другие металлы, используемые для формирования VMP, могут включать в себя золото, серебро, медь, никель, хром, олово или комбинации перечисленного. Слой металла для парофазного осаждения осаждается на подложку с толщиной, составляющей от примерно 10 нм до примерно 60 нм. Слой металла для парофазного осаждения удаляется с подложки и разделяется на частицы пигмента VMP, имеющие требуемое распределение по размерам. Эти частицы обычно диспергируются в носителе, содержащем растворитель, и обеспечивают хорошее зеркальное отражение. Возможно также, чтобы частицы пигмента, используемые в соответствии с настоящим объектом изобретением, были сформированы с помощью других способов.
[0045] Примеры металлического пигмента VMP, подходящего для использования в настоящем изобретении, включают в себя Metalure A-31010 AE и Metalure A-31017 AE, оба производства компании Eckart; а также L-12526 и Starbrite 5102 EAC, оба производства компании Silberline. Возможно также, чтобы другой металлический пигмент, сформированный с помощью процессов VMP или других способов, мог быть использован в соответствии с настоящим изобретением.
[0046] Другие типы отражающих пигментов, такие как обычные отражающие пигменты, приготовленные путем размалывания в шаровой мельнице, могут быть использованы вместе или вместо отражающих пигментов, которые способны размещаться методом листования, как описано в настоящем документе, при условии, что эти другие пигменты обеспечивают адекватную отражательную способность и при использовании в комбинации с отражающими пигментами, которые способны размещаться методом листования, как описано в настоящем документе, не ухудшают световозвращающую способность, обеспечиваемую отражающими пигментами, которые способны размещаться методом листования, как описано в настоящем документе. Различные свойства любого используемого пигмента, такие как отражательная способность, яркость, флоп-эффект, интенсивность цвета, различимость изображения, кроющая способность и т.д., зависят от размера частиц, распределения размера частиц и морфологии частиц.
[0047] Толщина слоя 11 отражающего всплывающего пигмента зависит от конкретных частиц пигмента и используемого количества, а также от конкретного используемого связующего материала. Слой 11 отражающего пигмента может иметь толщину от примерно 10 мкм до примерно 100 мкм. Однако настоящее изобретение включает в себя использование слоев отражающего пигмента, имеющих толщины, находящиеся за пределами этого диапазона.
Связующий материал и слой связующего материала
[0048] В соответствии с настоящим объектом изобретением связующий материал, включаемый в световозвращающие изделия, используется в качестве материала, в котором частицы 10 пигмента формируют слой 11 отражающего пигмента.
[0049] В одном варианте осуществления связующий материал также используется в качестве носителя, с помощью которого частицы 10 пигмента доставляются к поверхности подложки 40. Связующий материал с диспергированными в нем частицами пигмента покрывает или иным образом наносится на подложку. Частицы пигмента формируют слой 11 отражающего пигмента, как описано в настоящем документе, вблизи верхней поверхности 31 слоя 30 связующего материала, который по меньшей мере частично покрывает или проходит параллельно подложке. Соответственно, слой отражающего пигмента также по меньшей мере частично покрывает подложку. Кроме того, именно через слой 30 связующего слой 11 пигмента связывается с подложкой 40.
[0050] Помимо обеспечения материала, в котором частицы 10 пигмента формируют слой отражающего пигмента, и/или использования в качестве носителя для частиц пигмента, связующий материал также используется для прикрепления или связывания микросфер с пигментом.
[0051] В соответствии с настоящим объектом изобретения связующий материал имеет хорошую долговечность, например, за счет стойкости к абразивному износу, стойкости к воздействию ультрафиолетового или другого излучения, влагостойкости и т.д. Связующий материал образует прочную связь между микросферами 20 и частицами 10 пигмента так, чтобы микросферы 20 не поддавались отделению от конечного продукта при протирке или царапании.
[0052] В одном варианте осуществления, как показано на Фиг. 1-5, в котором микросферы 20 являются заделанными в слой 30 связующего материала, связующий материал связывает микросферы со слоем 11 всплывающего пигмента так, чтобы они находились в непосредственной близости от него. Тем самым слой 11 отражающего пигмента располагается вблизи заделанной поверхности 22 сфер 20, подобно отражающим слоям для парофазного осаждения на микросферах, и таким образом обеспечивает высокую эффективность световозвращения без проблем с ориентацией. Как изображено на Фиг. 1-5, часть слоя 11 пигмента соответствует криволинейной форме заделанной задней поверхности 22 сфер 20. Кроме того, главная поверхность (то есть лицевая поверхность чешуйки) некоторых из частиц 10 пигмента выравнивается практически параллельно заделанной поверхности 22 сфер 20.
[0053] В соответствии с настоящим объектом изобретения связующий материал может быть двумерным или трехмерным, и может иметь или может быть сформирован так, чтобы он имел поверхности, которые являются контурными или дугообразными. Придание формы связующему материалу может иметь место до и/или после того, как на нем будет сформирован слой 21 микросфер.
[0054] Связующий материал должен быть совместимым для смешивания с пигментом и должен быть выполнен с возможностью образования хорошей связи с подложкой и микросферами. Тем самым связующий материал может создать прочную связь между частицами пигмента и одним или более из микросфер и подложки. В одном варианте осуществления адгезия между связующим материалом и подложкой и/или между связующим материалом и микросферами больше, чем прочность при растяжении связующего материала.
[0055] Состав связующего материала особенно не ограничивается до тех пор, пока связующий материал может адекватно выполнять эти и другие функции. Таким образом, связующий материал может содержать полимеры, включая полимеры, форполимеры, сополимеры и гибридные полимеры. Кроме того, связующий материал может содержать клейкие вещества, металлы, стекло, керамику или комбинации перечисленного. Полимеры могут включать в себя отвержденные или отверждаемые полимеры. Отверждаемые полимеры могут включать в себя отверждаемые излучением полимеры и полимеры, которые отверждаются посредством катализатора отверждения. Используемый в настоящем документе термин «отверждаемый» или «сшиваемый» означает, что полимер имеет функциональные группы, способные реагировать при введении сшивающего агента или катализатора.
[0056] Подходящие полимеры могут содержать один или оба из термопластичного и термореактивного полимеров, таких как полиуретан, полиэстер, поливинилацетат, поливинилхлорид, поливинилбутираль, акрилопласт, такой как полиметилметакрилат, эпоксидные компаунды или комбинации перечисленного. Сополимеры этилена и акриловой кислоты или метакриловой кислоты; винилы, фторполимеры, полиэтилены, ацетобутират целлюлозы, поликарбонаты и полиакрилаты являются другими примерами полимеров, которые могут использоваться в световозвращающих изделиях по настоящему изобретению.
[0057] Связующий материал может также содержать другие компоненты, такие как, например, растворители, наполнители, эмульгаторы, красители, вода, модификаторы реологии и т.п., которые используются для того, чтобы отрегулировать вязкость, диспергируемость, цвет, реологию или другие характеристики связующего материала. Подходящие растворители включают в себя метилэтилкетон («MEK»), этилацетат, циклогексанон, а также ароматические углеводороды, такие как толуол или ксилол, хлористый метилен и т.п., которые будут растворять смолу. Дисперсия связующего материала/пигмента предпочтительно содержит от примерно 10 до примерно 20 мас.% твердых веществ (например, частиц пигмента плюс твердых веществ сухого полимера перед растворением), с остатком, являющимся растворителем. Если дисперсия формируется так, что она имеет существенно более высокое содержание твердых веществ, то ее вязкость может увеличиться до точки, в которой частицы 10 пигмента могут не укладываться вблизи верхней поверхности 31 слоя 30 связующего материала методом листования, но могут остаться диспергированными в нем.
2
[0058] В одном варианте осуществления слой связующего материала является прозрачным и относительно бесцветным для того, чтобы достичь максимальной эффективности отражения. При желании, однако, в него могут быть включены прозрачные красители для того, чтобы придать материалу цвет, такой как красный или синий. Альтернативно в него может быть включено эффективное количество TiO или другого отбеливающего средства для того, чтобы придать изделию более блестящий белый вид, или, при желании, в него может быть включен флуоресцентный пигмент.
[0059] В одном варианте осуществления связующие материалы, имеющие эластомерные свойства, используются для того, чтобы обеспечить световозвращающие изделия, которые могут многократно растягиваться или изгибаться, и при снятии растягивающего или изгибающего напряжения возвращаться практически к их первоначальным размерам без значительной потери световозвращающей способности. Связующий материал может содержать множество частично аморфных или полукристаллических термопластичных полимеров, которые обычно имеют мягкую стадию, во время которой микросферы могут быть заделаны в материал. Доступными являются полиуретаны, которые обладают такими эластомерными свойствами, и эти материалы могут быть использованы в качестве связующего материала. Акрилопласты, поливинилбутирали, алифатические уретаны и полиэстерные полимерные материалы также могут быть использованы под открытым небом благодаря их долговечности.
[0060] В одном варианте осуществления связующий материал содержит термопластичный полимер. Термопластичные полимеры являются подходящими для использования в соответствии с настоящим объектом изобретения, потому что ими легко манипулировать и их легко отливать под давлением при температурах выше их температур стеклования. Кроме того, пигменты могут быть легко объединены с термопластичными полимерами с использованием простых методик смешивания. Термопластичные полимеры также представляют собой удобное средство, с помощью которого прозрачные микросферические линзы закрепляются в световозвращающих изделиях.
[0061] В одном варианте осуществления связующий материал содержит термопластичный полиуретан. Термопластичные полиуретаны, которые являются полезными в пленкообразующем композиционном материале, используемом для приготовления слоя 30 связующего материала, могут быть любыми из множества сшиваемых полиуретанов, приготовляемых путем комбинирования одного или более многоатомных спиртов с одним или более органическими полиизоцианатами. Термопластичный полиуретан обладает твердостью, относительным удлинением при разрыве, прочностью при растяжении, упругостью, прозрачностью, теплостойкостью, мягким сцеплением, устойчивостью к гидролизу, а также устойчивостью к маслу и смазке, и сопротивлением истирания на уровнях, подходящих для использования в способах по настоящему объекту изобретения. Подходящие полиуретаны включают в себя Irostic 9815-03 и Irostic 9827-12, которые являются термопластичными полиуретановыми активизируемыми теплом клейкими основными смолами и производятся компанией Huntsman International, LLC. Могут использоваться другие типы полиуретанов, а также другие типы полимерного или неполимерного материала.
[0062] Связующий материал может находиться в твердой форме, такой как сухие таблетки, хлопья или другие формы, или в форме твердых частиц в суспензии; связующий материал также может быть растворен в подходящем растворителе; либо связующий материал может быть неотвержденным полимером в твердой, жидкой или растворенной форме.
Микросферы и слой микросфер
[0063] Микросферы, используемые при формировании световозвращающих изделий, являются общеизвестными в области техники. В некоторых вариантах осуществления микросферы 20 формируют монослой 21, по меньшей мере частично покрывающий слой 30 связующего материала. Будет подразумеваться, что микросферы 20 могут покрывать композиционный материал, который включает в себя покрытие как связующего материала, так и частиц пигмента.
[0064] Микросферы, используемые в соответствии с настоящим объектом изобретением, в частности, не ограничиваются наличием определенного состава материала, размером, формой или показателем преломления. Среди прочих характеристик показатель преломления, размер, прозрачность и форма шариков способствуют общему уровню световозвращающей эффективности для световозвращающих изделий по настоящему объекту изобретения.
[0065] Микросферические линзы по настоящему объекту изобретения могут иметь любой показатель преломления или средний диаметр при условии, что эти шарики обеспечивают адекватную рефракцию для намеченного световозвращающего применения.
[0066] Шарики, подходящие для использования в световозвращающих изделиях по настоящему объекту изобретения, имеют показатель преломления от примерно 1,5 до примерно 2,1. В одном варианте осуществления шарики имеют показатель преломления примерно 1,92. Показатель преломления микросферических линз может также составлять от примерно 1,9 до примерно 2,5, более типично от примерно 2,0 до примерно 2,3, и чаще всего от примерно 2,10 до примерно 2,25. В другом варианте осуществления в соответствии с настоящим объектом изобретения световозвращающие микросферы могут иметь любой показатель преломления в диапазоне от примерно 1,4 до примерно 2,7. Например, если световозвращающие изделия предназначаются для использования в состоянии, смоченном водой, то микросферы, имеющие показатель преломления примерно 2,5 или больше, могут обеспечить наиболее эффективное световозвращение. Соответственно, может быть желательным использовать смесь двух или более типов шариков, наносимую на предметы одежды, такие как дождевик. Например, смесь шариков может включать в себя первый тип шариков, имеющих показатель преломления, равный примерно 1,9, а также второй тип шариков, имеющих показатель преломления, равный примерно 2,5 или больше.
[0067] Шарики не обязаны быть абсолютно сферическими, но могут быть немного продолговатыми или некруглыми. Когда шарики являются сферическими или практически сферическими, размером шариков является наибольший диаметр. В соответствии с настоящим объектом изобретения сферы имеют размер от примерно 25 мкм до примерно 250 мкм, или могут иметь размер вплоть до примерно 1/8 дюйма (3175 мкм) в главном измерении. В некоторых вариантах осуществления прозрачные микросферические линзы, используемые в световозвращающем изделии по настоящему объекту изобретения, могут быть охарактеризованы как имеющие диаметры в диапазоне от примерно 25 до примерно 300 мкм, в частности от 30 до примерно 120 мкм, или более конкретно от примерно 40 до примерно 80 мкм. В одном варианте осуществления микросферы имеют практически однородные диаметры, обеспечивая тем самым лучшее управление операций по заделыванию, описанных в дальнейшем, и обеспечивая лист с практически однородной яркостью и наличием углов.
[0068] Шарики могут содержать стеклянный состав, но могут также содержать другие материалы, такие как полимеры или керамика, имеющие характеристики, которые обеспечивают достаточные световозвращающие свойства. В одном варианте осуществления шарики являются практически прозрачными или прозрачными, но могут также иметь цвет. Обычно используются стеклянные микросферы, хотя также могут быть использованы керамические микросферы, такие как изготовленные с помощью методов золь/геля.
[0069] В одном варианте осуществления сферы 20 являются заделанными в слой 30 связующего материала на глубину от примерно 20% до примерно 70% от диаметра микросфер. В другом варианте осуществления сферы 20 являются заделанными на глубину примерно 50% от диаметра микросфер.
[0070] Как правило, если микросферы являются заделанными на глубину меньше чем 20% их диаметра, некоторые из них могут отделиться во время последующего приготовления или использования световозвращающего изделия. Если микросферы являются заделанными на глубину более 70% их диаметра, угол раствора конуса получаемого световозвращателя может иметь тенденцию к уменьшению.
[0071] В одном варианте осуществления микросферы 20 формируют монослой 21 из микросфер, заделанных в слой 30 связующего материала, как показано на Фиг. 1-6.
[0072] Микросферы могут быть подвергнуты химической или физической обработке для того, чтобы улучшить связь микросфер со слоем 30 связующего. Например, микросферы могут быть обработаны фторзамещенным углеводородом или веществом, способствующим адгезии, таким как аминосилан, для улучшения связи, либо слой 30 материала связующего вещества, в который были заделаны микросферы, может быть подвергнут газопламенной обработке или коронному разряду для улучшения связи между слоем связующего материала и микросферами или подложкой.
Добавки
[0073] Одно или больше из пигмента, связующего материала и микросфер также могут с выгодой содержать различные добавки, общеизвестные в области техники. Они включают в себя такие материалы, как неорганические наполнители, проводящие наполнители, пигменты, антиоксиданты, раскислители, антипирены, поглотители ультрафиолетовых лучей, вещества для улучшения технологических свойств, вспомогательные вещества для экструдирования, смазки, антистатические средства, антиблокирующие добавки и другие термопластичные полимеры. Эти добавки могут быть прибавлены для того, чтобы отрегулировать вязкость, способствовать смешиванию или улучшить покрытие, проницаемость, экологическую долговечность, или для того, чтобы воздействовать на другие свойства световозвращающих изделий.
Способы
[0074] Способы по настоящему изобретению обеспечивают изделия, имеющие подходящие световозвращающие свойства, а также обеспечивают преимущества перед обычными методиками. Световозвращающие изделия по настоящему объекту изобретения обычно имеют конструктивное решение с открытыми шариками. То есть слой 21 микросфер подвергается воздействию воздуха вместо того, чтобы непосредственно граничить с покрывающим слоем, который является непосредственно расположенным рядом со слоем 21 микросфер. Однако следует понимать, что такие изделия с открытыми шариками могут быть объединены с другими слоями для того, чтобы сформировать световозвращающие изделия с открытыми или закрытыми шариками. Кроме того, изделия с открытыми шариками по настоящему объекту изобретения могут быть объединены с другими типами световозвращающих способов и изделий, например, могут быть нанесены или сформированы на поверхностях обшивки световозвращателя в форме кубического угла.
[0075] В соответствии с настоящим объектом изобретением предлагаются способы формирования световозвращающих изделий, которые включают в себя отражающий пигмент, микросферы и связующего материал. Пигмент, микросферы и связующий материал были описаны ранее, и такое описание включено в настоящий документ. Эти способы являются простыми и недорогими и могут быть использованы для эффективного формирования световозвращающих изделий, имеющих контурные или дугообразные поверхности или поверхности, которые являются ровными и плоскими.
[0076] Способы по настоящему объекту изобретения включают в себя формирование слоя отражающего пигмента, включающего в себя отражающий пигмент. В одном варианте осуществления формирование слоя пигмента включает в себя смешивание пигмента со связующим материалом для того, чтобы сформировать композиционный материал. В одном варианте осуществления композиционный материал имеет относительно низкую вязкость, причем низкая вязкость позволяет частицам пигмента должным образом выравниваться вблизи положения верхней поверхности слоя связующий материала методом листования во время формирования слоя пигмента.
[0077] В одном варианте осуществления в соответствии с настоящим объектом изобретения композиционный материал включает в себя суспензию частиц пигмента в связующем материале. Смешивание пигмента и связующего материала может быть выполнено с помощью любых обычных средств. Не требуется никаких специальных способов смешивания, но эти способы должны в достаточной степени диспергировать пигменты в связующем материале. В одном варианте осуществления связующий материал действует в качестве носителя для доставки частиц пигмента к поверхности подложки и позволяет частицам пигмента формировать структуру листования.
[0078] В одном примерном способе связующий материал включает в себя термопласт. В этом способе связующий материал может содержать термопластичный полиуретановый полимер или форполимер. Связующий материал может дополнительно содержать растворитель, в котором термопластичный полиуретан растворяется или суспендируется. В одном аспекте термопластичный полиуретан является термоактивируемым. В этом варианте осуществления смешивание может быть достигнуто первоначальным растворением термопласта в растворителе. В одном аспекте частицы пигмента и термопластичного полиуретана вместе диспергируются в растворителе. Включение растворителя заставляет термопластичный полиуретан растворяться и уменьшает вязкость композиционного материала, позволяя посредством этого частицам пигмента должным образом ориентироваться во всплывающем слое. Пигмент, связующий материал и растворитель соединяются и смешиваются вместе для того, чтобы создать в целом однородный композиционный материал. Отражающий пигмент может быть введен непосредственно в связующий материал как сухое твердое вещество путем добавления частиц пигмента непосредственно к связующему материалу; либо путем сначала суспендирования самих частиц пигмента в растворителе, таком как MEK, а затем добавления этой суспензии пигмента к связующему материалу. Получаемый композиционный материал наносится на поверхность или подложку. Композиционный материал затем сушится для удаления растворителя, формируя тем самым слой связующего материала и слой отражающего пигмента. Слой отражающего всплывающего пигмента формируется внутри слоя связующего материала и располагается вблизи верхней поверхности слоя связующего материала.
[0079] В другом варианте осуществления термопласт может быть нагрет до температуры выше его температуры стеклования или выше его температуры плавления. Пигмент может быть введен непосредственно в размягченный или расплавленный термопласт как сухое твердое вещество путем добавления частиц пигмента непосредственно к размягченному или расплавленному термопласту; либо путем сначала суспендирования самих частиц пигмента в растворителе, таком как MEK, а затем добавления этой суспензии пигмента к размягченному или расплавленному термопласту. Другие методики смешивания могут быть использованы в соответствии с настоящим изобретением.
[0080] Методики, используемые для смешивания, особенно не ограничиваются и включают в себя соединение частиц пигмента и связующего материала вместе и перемешивания, встряхивания, смешивания во вращающемся барабане и т.п. для того, чтобы диспергировать частицы пигмента в связующем материале. В соответствии с настоящим объектом изобретения смешивание может дополнительно включать в себя поддержание сдвиговых усилий так, чтобы размер частиц пигмента в главном измерении уменьшался незначительно. Кроме того, дополнительный растворитель может быть добавлен к композиционному материалу до или после смешивания для того, чтобы уменьшить вязкость так, чтобы частицы пигмента могли должным образом сформировать всплывающий слой.
[0081] В другом варианте осуществления композиционный материал наносится на подложку 40 для того, чтобы сформировать слой 30 связующего материала и слой 11 пигмента на подложке. Сама подложка может первоначально быть двумерной, как показано на Фиг. 3 и 5, и может иметь поверхность, которая является ровной и плоской, как показано на Фиг. 3, или иметь контуры или дугообразные области, как показано на Фиг. 5. Альтернативно подложка может быть трехмерной (не показано).
[0082] Подложка 40 может быть использована в качестве носителя или может использоваться в качестве неотъемлемой части световозвращающего изделия. Слой 30 связующего материала, содержащий слой 11 пигмента, может быть удален с подложки носителя и использован независимо от подложки носителя, например путем нанесения слоя 30 связующего материала, содержащего слой 11 пигмента, на другую подложку.
[0083] Композиционный материал может быть нанесен на подложку с толщиной влажной пленки от примерно 1 до примерно 100 мил (от примерно 25 до примерно 2500 мкм), от примерно 2 до примерно 15 мил (примерно от 50 до 375 мкм), или от примерно 3 до примерно 4 мил (примерно от 75 до 100 мкм). Более тонкие покрытия могут стремиться содержать слишком мало частиц пигмента для того, чтобы обеспечить требуемое множество всплывших чешуек для обеспечения требуемой отражательной способности. Частицы пигмента в более толстых покрытиях могут стремиться сами по себе ориентироваться по другому, чем параллельным образом, и поэтому могут не обеспечить желаемую отражательную способность.
[0084] Композиционный материал может быть нанесен на подложку любым способом, включая погружение, распыление, нанесение покрытия ножевым устройством, нанесение покрытия поливом, термоформование, шелкографию, печать, покраску кистью, нанесение покрытия с помощью стержневого устройства, нанесение покрытия с помощью щелевой экструзионной головки, нанесение покрытия с помощью реверсивного валика, нанесение покрытия с помощью гравированного цилиндра или другие известные способы формирования покрытия или слоя. Однородность толщины слоя смеси не является особенно критичной в том плане, что однородность толщины не влияет на световозвращающую способность данных изделий, потому что отражающий слой 11 формируется вблизи верхней поверхности 31 слоя 30 связующего материала. В одном аспекте толщина связующего материала может намеренно изменяться по всему слою 30.
[0085] В одном варианте осуществления формирование слоя пигмента дополнительно включает в себя модификацию композиционного материала. Модификация может включать в себя механизм или операцию, которая модифицирует композиционный материал так, чтобы он имел достаточную прочность, так, чтобы его можно было перемещать, отливать под давлением или манипулировать им иным образом без его перемещения, разделения или разрушения на более чем одну часть. В одном варианте осуществления модификация включает в себя процесс, в котором композиционный материал сушится путем нагрева так, чтобы растворитель мог быть удален из смеси, и термопластичный полимер формирует слой или другую форму. В другом варианте осуществления модификация включает в себя отверждение термопластичного полимера или форполимеров для того, чтобы сформировать слой 30 связующего материала и слой 11 пигмента. Отверждение может включать в себя нагревание, облучение инфракрасным излучением, или может просто включать в себя прохождение времени, например, когда компонент катализатора отверждения был добавлен к композиционному материалу или связующему материалу.
[0086] Модификация приводит к формированию слоя 30 связующего материала и слоя 11 пигмента, в котором частицы пигмента выровнены в структуре листования у поверхности слоя связующего материала, как показано на Фиг. 1.
[0087] В одном варианте осуществления слой 11 отражающего пигмента формируется при формировании слоя 30 связующего материала. По мере того, как слой связующего материала модифицируется, частицы пигмента формируются как отражающий всплывающий слой. Способы формирования слоя связующего материала особенно не ограничиваются и могут включать в себя нанесение связующего материала (содержащего пигмент) в качестве слоя на подложку. Альтернативно формирование слоя связующего материала может включать в себя создание слоя связующего материала, независимого от использования подложки, включая экструдирование или отливку связующего материала в форму.
[0088] Слой связующего материала может быть сформирован так, чтобы он был двумерным или трехмерным (не показан). В одном аспекте связующий материал, содержащий пигмент, формируется в двумерный слой 30 связующего материала, который может быть ровным и плоским, как показано на Фиг. 1 и Фиг. 3, контурным, как показано справа на Фиг. 5, или может быть их комбинацией, как показано на Фиг. 5, где слой 30 связующего материала слева на Фиг. 5 является ровным и плоским. Фиг. 4 представляет собой один дополнительный пример плоского слоя 30 связующего материала, изображенного на Фиг. 3, в двумерной контурной конфигурации, сформированного так, чтобы он имел контурную поверхность, после заделывания в него микросфер.
[0089] После того, как слой связующий материала, содержащий слой пигмента, сформирован, слою связующего материала может быть придана форма. Придание формы слою связующего материала может иметь место до или после того, как микросферы будут заделаны в него. Придание формы слою связующего материала может также включать в себя придание формы подложке.
[0090] Когда слой 30 связующего материала формируется без использования подложки, как показано на Фиг. 1 и 2, или с использованием подложки, как показано на Фиг. 3-6, слою 30 связующего материала после этого может быть придана контурная форма, как показано на Фиг. 2 и Фиг. 4-6. Придание контурной формы слою связующего материала может быть достигнуто, например, термоформованием, штамповкой, тиснением, связыванием с клейким веществом, изгибом, трамбованием, резанием, экструдированием и т.п. Формование может включать в себя другие операции или процедуры. В другом варианте осуществления сформированный слой 30 связующего материала наносится на контурную подложку как лист, а затем нагревается или иным образом модифицируется так, чтобы слой связующего материала соответствовал контурной поверхности подложки. Формирование и опционально формование слоя связующего материала могут предшествовать заделыванию микросфер.
[0091] Способы по настоящему объекту изобретения также включают в себя связывание микросферических линз со слоем 11 всплывающего отражающего пигмента. Методики, используемые для связывания микросфер со слоем 11 всплывающего пигмента, особенно не ограничиваются. В одном варианте осуществления связывание достигается путем использования связующего материала для присоединения микросфер 20 к слою 11 пигмента. В этом способе связывание включает в себя контактирование микросфер с верхней поверхностью 31 слоя 30 связующего материала. Слой связующего материала содержит слой 11 всплывающего пигмента вблизи верхней поверхности 31. Связывание дополнительно включает в себя заделывание прозрачных микросферических линз 20 в слой 30 связующего материала на глубину от примерно 20% до примерно 70% от диаметра микросфер. В одном варианте осуществления микросферы заделываются на глубину примерно 50% от диаметра микросфер. Связывание дополнительно включает в себя закрепление заделанных микросфер в связующем материале.
[0092] Методики, используемые для контактирования микросфер со слоем 11 всплывающего пигмента, особенно не ограничиваются. Методики контактирования, которые могут использоваться, включают в себя, например, погружение слоя связующего материала в шарики, распыление или насыпание шариков на слой связующего материала, вход слоя связующего материала в шарики или другие известные способы. Контактирование шариков с верхней поверхностью 31 схематично иллюстрируется на левой части каждой из Фиг. 1, 3 и 5, а также для двух шариков со стрелками на Фиг. 6, где стеклянные шарики 20 показаны со стрелками, указывающими, что шарики должны контактировать с верхней поверхностью 31 слоя 30 связующего материала.
[0093] Контактирование может включать в себя, например, нагрев шариков так, чтобы они сначала прилипли к термопластичному слою 30 связующего материала. Могут использоваться и другие методики, такие как нагрев связующего материала вместе или вместо нагрева шариков для того, чтобы первоначально приклеить шарики к верхней поверхности 31 термопластичного слоя 30 связующего материала.
[0094] Методики, используемые для заделывания микросфер 20 в слой 30 связующего материала, особенно не ограничиваются. Методики заделывания, которые могут использоваться, включают в себя в одном варианте осуществления применение тепла и/или давления. В этом варианте осуществления одно или оба из связующего материала и микросфер нагреваются. Необязательно микросферы и слой связующего материала спрессовываются вместе путем применения давления. С помощью этого способа микросферы 20 заделываются в слой 30 связующего материала, как показано в правой части на каждой из Фиг. 1, 3 и 5.
[0095] В одном варианте осуществления, в котором связующий материал является термопластичным полимером, таким как термопластичный полиуретан, микросферы заделываются путем нагрева слоя связующего материала и/или микросфер и прижимания микросфер к слою связующего материала, как показано справа на Фиг. 1. В других аспектах микросферы могут быть заделаны в связующий материал другими способами, такими как заделывание, в то время как связующий материал является не полностью отвержденным. В этом аспекте микросферы наносятся на влажный слой связующего материала перед выполнением отверждения.
[0096] После заделывания микросфер в слое 30 связующего материала заделанные микросферы 20 закрепляются в слое 30 связующего материала. В одном варианте осуществления, когда термопластичный полимер используется в качестве связующего материала, а микросферы заделываются с использованием операции нагрева, закрепление включает в себя охлаждение, при котором связующий материал доводится до температуры ниже его температуры стеклования. В другом варианте осуществления, когда связующий материал является неотвержденным полимером, закрепление включает в себя отверждение слоя связующего материала. Могут использоваться и другие методики для закрепления заделанных микросфер в слое связующего материала.
[0097] Покрытие слоя связующего материала монослоем 21 микросфер может составлять любую величину вплоть до примерно 91% покрытия или больше. Верхний предел описывается как «укладка круга». Чем ближе покрытие шариками к этому пределу, тем выше световозвращающая способность световозвращающих изделий. Типичная величина покрытия может составлять от приблизительно 80% до приблизительно 85%. В одном варианте осуществления микросферы 20 упаковываются настолько плотно, насколько это возможно, идеально в их самой плотной кубической компоновке, для того, чтобы достичь большей яркости, и могут быть расположены так с помощью любого подходящего процесса, такого как печать, перенос, просеивание, насыпание, покрытие с помощью горячего барабана и т.п.
[0098] Как показано на Фиг. 1, микросферы 20 формируют слой 21 на верхней поверхности 31 слоя 30 связующего материала. Как показано, микросферы 20 связываются с помощью связующего материала со слоем 11 всплывающего металлического пигмента. Как показано на Фиг. 1, по мере того, как микросферы 20 заделываются в поверхность 31 слоя 30 связующего материала, частицы 10 пигмента выравниваются в ориентации, параллельной расположенным рядом заделанным задним поверхностям 22 микросфер 20. Частицы 10 пигмента, которые находятся между микросферами 20, остаются параллельными верхней поверхности 31 слоя 30 связующего материала.
[0099] Изделие 1, изображенное на Фиг. 1, имеющее заделанные в него микросферы 20, с помощью описанных способов может быть сформировано или сформовано так, чтобы оно имело контуры или дугообразные области. Этот конкретный аспект изображен на Фиг. 2, где показано изделие 1, изображенное на Фиг. 1, содержащее заделанные в него микросферы 20, сформованное так, чтобы оно имело контуры. Это формование или оконтуривание световозвращающего изделия 1 может иметь место до или после операций с шариками. Это оконтуривание или формование изделия может быть выполнено путем термоформующей штамповки, тиснения, связывания с помощью клейкого вещества, изгиба, трамбования, резания, экструдирования и т.п., или с помощью других методик формования в соответствии с настоящим изобретением. Таким образом, световозвращающие изделия в форме листов или слоев могут быть сформованы с помощью простых способов и процедур. Также возможно, что нелистовые формы световозвращающих изделий также могут быть сформованы в желаемую форму с использованием этих методик.
[00100] На Фиг. 3 показан слой 30 связующего материала, содержащий частицы 10 пигмента. Этот слой связующего материала формируется на обычно ровном плоском листе или слое подложки 40, как показано. Связующий материал связывает частицы 10 пигмента с подложкой 40. Нижняя поверхность 32 слоя 30 связующего материала контактирует с подложкой 40 и необязательно используется для связывания с ней. Слой 11 частиц 10 пигмента формируется вблизи верхней поверхности 31 слоя 30 связующего материала, как показано. Микросферы 20 заделываются в слой 30 связующего материала. Слой 11 частиц 10 пигмента соответствует расположенной рядом задней поверхности 22 заделанных микросфер 20, как показано на Фиг. 3. Подложка 40 особенно не ограничивается и может включать в себя жесткую или гибкую поверхность. После этого изделие может быть сформовано или сформировано так, чтобы оно имело контуры, как изображено на Фиг. 4. Это может быть достигнуто путем термоформующей штамповки, тиснения, связывания с помощью клейкого вещества, изгиба, трамбования, резания, экструдирования и т.п. или других известных методик придания формы.
[0100] В другом варианте осуществления, изображенном на Фиг. 5, показан лист или слой подложки 40, который имеет контуры. На нем формируется слой 30 связующего материала, содержащий слой 11 всплывающего пигмента вблизи верхней поверхности 31 слоя 30 связующего материала. Микросферы 20 являются заделанными в слой 30 связующего материала, формируя посредством этого слой 21 микросфер поверх слоя 30 связующего материала и поверх слоя 11 пигмента. Когда связующий материал наносится на подложку, связующий материал покрывает контуры подложки. Аналогичным образом частицы пигмента также соответствуют контурам подложки и выравниваются так, чтобы главная поверхность частиц пигмента была перпендикулярна контурам поверхности подложки, на которую наносится связующий материал. Когда шарики заделаны в слой связующего материала, частицы пигмента соответствуют расположенной рядом задней поверхности шариков, как показано.
[0101] В одном аспекте настоящего изобретения трехмерный объект или объект, имеющий контурную поверхность, могут быть покрыты световозвращающим слоем. Объект может быть покрыт, например, с помощью распыления, слоем 30 связующего материала. В слой связующего материала затем могут быть заделаны шарики 20, например, путем посыпания или погружения покрытого объекта в шарики 20. Этот аспект включает в себя нагревание по меньшей мере одного из шариков и покрытого объекта для того, чтобы установить первоначальное прилипание между шариками 20 и слоем 30 связующего материала. После этого объект или шарики могут быть дополнительно нагреты так, чтобы шарики 20 погрузились и заделались в слой 30 связующего материала. Слой 11 пигмента соответствует расположенным рядом заделанным поверхностям 22 микросферических линз 20. В этом варианте осуществления проблемы обычных средств нанесения двумерной световозвращающей пленки с открытыми элементами шариков на контурную поверхность облегчаются. Способы, описанные в настоящем документе, обеспечивают более однородный и плотный световозвращающий слой на подложках, имеющих поверхности с контурами или дугообразными областями. Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает более высокие коэффициенты световозвращения.
[0102] В другом варианте осуществления в соответствии с настоящим изобретением, показанном на Фиг. 6, предлагается двумерная подложка 40, имеющая контурную поверхность, сформированная с помощью способов в соответствии с настоящим объектом изобретения. Этот способ включает в себя нанесение слоя отражающего материала 50 на подложку 40. Слой отражающего материала в этом варианте осуществления наносится путем физического осаждения паров металла на контурную подложку 40. Этот металл может быть алюминием или другим металлом, как было ранее раскрыто в настоящем документе. После этого наносится слой 30 связующего материала, как было ранее описано в настоящем документе, поверх слоя 50 осажденного из паровой фазы отражающего материала. Затем микросферы 20 заделываются в слой 30 связующего материала для того, чтобы сформировать слой 21 микросфер на верхней поверхности 31 слоя 30 связующего материала. Как показано на Фиг. 6, задняя заделанная поверхность 22 заделанных микросфер 20 непосредственно примыкает к слою 50 отражающего материала. Однако будет подразумеваться, что задние поверхности 22 заделанных микросфер 20 не обязательно должны непосредственно примыкать к слою 50 отражающего материала, но могут быть отделены от него некоторым промежутком. Как и в других вариантах осуществления в соответствии с настоящим изобретением, микросферы 20 могут быть нанесены с помощью любых конкретных средств, включая, но не ограничиваясь этим, обычные способы нанесения шариков, такие как погружение контурной подложки 40 в микросферы 20, или другие способы, раскрытые в настоящем документе. Следует иметь в виду, что в этом варианте осуществления слой 30 связующего материала может дополнительно включать в себя частицы 10 пигмента и слой 11 всплывающего пигмента с помощью способов, описанных в настоящем документе. Так или иначе, нанесение шариков на контурную подложку может быть достигнуто с помощью простых и недорогих способов.
Другие слои или способы обработки
[0103] В одном варианте осуществления световозвращающие изделия 1 по настоящему изобретению могут также включать в себя чувствительное к давлению клейкое вещество и, необязательно, антиадгезионную подложку. Клейкий слой может быть нанесен на подложку 40 или на слой 30 связующего материала для функциональной цели, например для приклеивания изделия к поверхности. Обычные чувствительные к давлению клейкие вещества, такие как клейкие вещества на основе акрилопласта или активируемые теплом или растворителем клейкие вещества, обычно используются и могут быть нанесены с помощью обычных процедур. Например, подготовленный слой клейкого вещества на сетке носителя или на антиадгезионной подложке может быть ламинирован на подложку 40 или на слой 30 связующего материала. Обычные антиадгезионные подложки могут быть использованы при формировании световозвращающего изделия по настоящему объекту изобретения.
[0104] Слой 40 подложки необязательно может быть клейким слоем, на который наносится композиционный материал. Такое клейкое вещество позволяет наносить изделие 1 на различные поверхности, такие как ткани, или обеспечивает дополнительную адгезию между слоем 30 связующего материала и различными поверхностями. Подходящие клейкие вещества включают в себя соединения на основе акрилата и другие соединения, которые будут прочно прилипать как к слою 30 связующего материала, так и к различным поверхностям. Как правило, клейкий слой будет покрыт защитной антиадгезионной подложкой, обычно содержащей полимерную пленку, например, полиэтилен, которая предохраняет клейкий слой до тех пор, пока антиадгезионная подложка не будет удалена и световозвращающее изделие 1 не будет нанесено на поверхность.
[0105] В одном варианте осуществления один или более защитных слоев могут быть нанесены поверх микросферических линз. Защитный слой может быть поверхностным покрытием и/или покровным листом. Поверхностное покрытие и/или покровный лист световозвращающего листа перекрывает микросферические линзы и может соответствовать им или может приклеиваться к изделию путем тиснения пленки покрытия на слой связующего материала, чтобы тем самым сформировать множество ячеек, внутри которых микросферы имели бы воздушную прослойку между микросферами и пленкой покрытия.
ПРИМЕРЫ
[0106] Настоящее изобретение будет теперь дополнительно проиллюстрировано с помощью следующих примеров, которые являются неограничивающими. Различные металлизированные пигменты VMP использовались для тестирования и сравнивались с двумя обычными размолотыми на шаровой мельнице пигментами. Таблица 1 показывает изготовителя, название продукта, тип пигмента и содержание твердых частиц пигмента для пигментов, использованных в образцах, перечисленных в Таблице 2.
[0107] Таблица 1. Состав пигмента
Таблица описания образца
Производитель
Продукт
Тип производства
Твердые вещества
Silberline
L-12526
Приготовленный металлизацией
10,00%
Eckart
Metalure A-31010 AE
Приготовленный металлизацией
6,00%
Silberline
Starbrite 5102 EAC
Приготовленный металлизацией
10,00%
Eckart
Metalure 31017 AE
Приготовленный металлизацией
6,00%
Eckart
Silvershine 51500
Приготовленный в шаровой мельнице
25,50%
Eckart
NDF 150
Приготовленный в шаровой мельнице
70,00%
[0108] Как показано в Таблице 1, Silvershine 51500 и NDF 150 являются обычными размолотыми в шаровой мельнице пигментами, и включены для сравнения.
[0109] Таблица 2 показывает процентные составы образцов, использованных для тестирования, включая массовый процент пигментов из Таблицы 1. Irostic 9815-03 является термоактивируемой клейкой термопластичной полиуретановой смолой, которая растворялась в растворителе MEK. Пигменты, перечисленные в Таблице 1, диспергировались в растворе для того, чтобы произвести образцы 1A-6A и 1B-6B. Как можно заметить, образцы 1B-6B содержат вдвое большее количество соответствующего пигментного компонента, чем образцы 1A-6A. Эти образцы были нанесены на подложку и проверены на отражательную способность. Результаты представлены в Таблицах 3 и 4. Для каждого образца отражательная способность состава определялась путем измерения с помощью фотоэлектрической ячейки яркости отраженного света при известном исходном пучке света под углом наблюдения -4,00°, 30,00° и 40,00° для каждого угла падения из 0,2°, 0,50° и 1,00° в соответствии со стандартом ASTM E809. Все приведенные ниже проценты представляют собой массовые проценты.
[0110] Таблица 2. Состав образца
Шифр образца
Irostic 9815-03
MEK
L-12526
Metalure A-31010 AE
Starbrite 5102 EAC
Metalure 31017 AE
Silvershine 51500
NDF 150
Всего
1A
6,25%
87,75%
6,00%
100%
2A
6,25%
83,75%
10,00%
100%
3A
6,25%
87,75%
6,00%
100%
4A
6,25%
83,75%
10,00%
100%
5A
6,25%
91,40%
2,35%
100%
6A
6,25%
92,89%
0,86%
100%
1B
6,25%
81,75%
12,00%
100%
2B
6,25%
73,75%
20,00%
100%
3B
6,25%
81,75%
12,00%
100%
4B
6,25%
73,75%
20,00%
100%
5B
6,25%
89,04%
4,71%
100%
6B
6,25%
92,03%
1,72%
100%
[0111] Таблица 3 показывает результаты тестов для образцов 1A-6A, перечисленных в Таблице 2. Каждый из образцов 1A-6A был нанесен с помощью стержня Мейера #120 (диаметр проволоки=3048 мкм) на подложку и в него были заделаны микросферы UB-35M производства компании Union Company of Japan, имеющие диапазон размеров от примерно 53 мкм до примерно 75 мкм и показатель преломления 1,2. Эти образцы были нанесены на подложку в таком количестве, что после сушки образцов для удаления растворителя MEK, полученное высушенное покрытие имело содержание пигмента 8,76 мас.% и содержание смолы 91,24 мас.%.
[0112] Таблица 3. Отражательная способность образцов 1A-6A
Отражательная способность открытых шариков при содержании 8,76 мас.%, #120
Шифр образца
1A
2A
3A
4A
5A
6A
Углы пропускания/отражения
L-12526
Metalure A-31010 AE
Starbrite 5102 EAC
Metalure 31017 AE
Silvershine 51500
NDF 150
0,20°/-4,00°
415,0
387,0
391,0
425,0
262,0
73,0
0,20°/30,00°
374,0
353,0
348,0
384,0
264,0
43,0
0,20°/40,00°
328,0
323,0
245,0
330,0
233,0
38,0
0,50°/-4,00°
172,0
155,0
153,0
164,0
120,0
28,0
0,50°/30,00°
160,0
147,0
138,0
153,0
119,0
23,0
0,50°/40,00°
145,0
139,0
108,0
140,0
110,0
21,0
1,00°/-4,00°
19,0
19,0
17,0
20,0
18,0
4,0
1,00°/30,00°
18,0
17,0
16,0
19,0
19,0
6,0
1,00°/40,00°
18,0
18,0
15,0
19,0
18,0
6,0
[0113] Таблица 4 показывает результаты тестов для образцов 1B-6B, перечисленных в Таблице 2. Каждый из образцов 1B-6B был нанесен с помощью стержня Мейера #80 (диаметр проволоки=2032 мкм) на подложку и в него были заделаны микросферы UB-35M производства компании Union Company of Japan, имеющие диапазон размеров от примерно 53 мкм до примерно 75 мкм и показатель преломления 1,2. Эти образцы были нанесены на подложку в таком количестве, что после сушки образцов для удаления растворителя MEK полученное высушенное покрытие имело содержание пигмента 16,10 мас.% и содержание смолы 83,89 мас.%.
[0114] Таблица 4. Отражательная способность образцов 1B-6B
Отражательная способность открытых шариков при содержании 16,01 мас.%, #80
Шифр образца
1B
2B
3B
4B
5B
6B
Углы пропускания/отражения
L-12526
Metalure A-31010 AE
Starbrite 5102 EAC
Metalure 31017 AE
Silvershine 51500
NDF 150
0,20°/-4,00°
433,0
389,0
422,0
444,0
316,0
119,0
0,20°/30,00°
326,0
307,0
233,0
392,0
318,0
142,0
0,20°/40,00°
137,0
79,0
55,0
140,0
171,0
96,0
0,50°/-4,00°
166,0
151,0
155,0
165,0
142,0
61,0
0,50°/30,00°
128,0
121,0
93,0
152,0
142,0
70,0
0,50°/40,00°
61,0
40,0
24,0
68,0
86,0
51,0
1,00°/-4,00°
20,0
18,0
19,0
21,0
19,0
12,0
1,00°/30,00°
17,0
17,0
15,0
20,0
19,0
13,0
1,00°/40,00°
11,0
9,0
7,0
14,0
17,0
11,0
[0115] Как можно заметить в данных Таблиц 3 и 4, при различном содержании пигмента, при различных толщинах покрытия и при различных углах пропускания и отражения световозвращающие изделия, содержащие частицы пигмента, имеющие конкретные характеристики размера и формы в соответствии с настоящим изобретением, обеспечивают улучшенную световозвращающую способность по сравнению с обычными частицами пигмента, размолотыми в шаровой мельнице.
[0116] Многие другие выгоды станут несомненно очевидными из будущего применения и развития этой технологии.
[0117] Как было описано выше, настоящее изобретение решает многие проблемы, связанные с предшествующими стратегиями, системами и/или устройствами. Однако следует понимать, что различные изменения в деталях, материалах и компоновках компонентов, которые были описаны и проиллюстрированы в настоящем документе для того, чтобы объяснить природу настоящего изобретения, могут быть сделаны специалистом в области техники без отступления от принципов и рамок настоящего изобретения, выраженных в прилагаемой формуле изобретения.