Область техники
Настоящее изобретение относится к фотолюминесцентным материалам для дорожной разметки и к дорожным структурам. Более конкретно, настоящее изобретение относится к новым фотолюминесцентным материалам для дорожной разметки, которые могут быть использованы для разметки полос дороги и т.п., обеспечивают эффективную фотолюминесценцию и могут найти применение в виде белой линии или цветной линии, например желтого, оранжевого или любого подходящего цвета, благодаря подавлению зеленого тона, несмотря на использование фотолюминесцентного пигмента; кроме того, настоящее изобретение относится к дорожной структуре, в которой используется этот новый материал.
Уровень техники
Хорошо известны фотолюминесцентные пигменты, которые поглощают и запасают световую энергию солнечного или электрического света, а затем испускают эту энергию в виде света. Было предложено применять такой пигмент для дорожной разметки, чтобы использовать его прекрасные характеристики с целью обеспечения визуального обнаружения такой разметки в темное время или в темных местах. Например, в JP-A-10-82023 предложен фотолюминесцентный материал для дорожной разметки, в котором имеется прозрачный или полупрозрачный светорассеивающий слой, расположенный на белом или желтом базовом слое, а на светорассеивающем слое расположен прозрачный или полупрозрачный слой, содержащий фосфоресцирующий пигмент.
Однако этот хорошо известный фотолюминесцентный материал для дорожной разметки характерен тем, что его эффективная фотолюминесценция продолжается небольшой период времени, что затрудняет обеспечение визуального обнаружения разметки в течение продолжительного времени. Более того, вследствие наличия фосфоресцирующего пигмента, этот материал для дорожной разметки испускает свет не только ночью, но и в дневное время, в результате чего, например, полосы разметки, нанесенные на поверхность дороги, подкрашиваются зеленым цветом; в итоге возникает проблема, поскольку такой материал для дорожной разметки не может быть использован для нанесения разметки в виде белых полос. Кроме того, имеется следующий недостаток: когда в материал для дорожной разметки вводят пигмент, стремясь добиться белого, желтого, оранжевого или любого другого подходящего цвета, эффективность фотолюминесценции снижается, т.е. фотолюминесцентные свойства материала ухудшаются.
Для конкретности обратимся к материалу, описанному в JP-A-10-82023. Когда был воспроизведен состав, описанный в этом документе как предпочтительный, эффективность фотолюминесценции оказалась низкой, а в цвете явно присутствовал зеленый оттенок, вследствие присутствия фосфоресцирующего пигмента, в результате чего оказалось, что данный состав невозможно использовать для разметки дороги белым цветом.
Кроме того, в случае обычного материала для разметки, хотя он и наносится на поверхность дороги, редко обращают внимание на отсутствие скольжения по разметке, поэтому для фотолюминесцентных материалов для дорожной разметки серьезной проблемой является предупреждение скольжения, возникающего при смачивании разметки водой или при загрязнении ее нефтепродуктами.
В связи с вышесказанным, целью настоящего изобретения является решение известных проблем, описанных выше, и создание нового фотолюминесцентного материала для дорожной разметки, который пригоден для разметки полос дороги, обладает требуемой износостойкостью и стойкостью к атмосферным воздействиям, характеризуется высокой эффективностью фотолюминесценции и может использоваться не только в виде белой линии, но и в виде линий различных цветов благодаря подавлению зеленого тона, а кроме того, не является скользким.
Сущность изобретения
Для достижения вышеупомянутой и других целей настоящее изобретение в своем первом аспекте обеспечивает создание фотолюминесцентного материала для дорожной разметки, в котором полимерная паста, содержащая прозрачный полимерный компонент и фотолюминесцентный пигментный компонент, наносится на поверхность дороги с формированием фотолюминесцентного слоя, причем полимерная паста содержит по массе от 7 до 95% прозрачного полимерного компонента по отношению к полной массе полимерной пасты.
В своем втором аспекте настоящее изобретение обеспечивает создание фотолюминесцентного материала для дорожной разметки, в котором средний диаметр частиц фотолюминесцентного пигментного компонента лежит в диапазоне от 10 до 2000 мкм.
В своем третьем аспекте настоящее изобретение обеспечивает создание фотолюминесцентного материала для дорожной разметки, в котором полимерная паста содержит в качестве компонента как фотолюминесцентный пигментный компонент, так и другие пигментные компоненты.
В своем четвертом аспекте настоящее изобретение обеспечивает создание фотолюминесцентного материала для дорожной разметки, в котором средний диаметр частиц указанных других пигментных компонентов лежит в диапазоне от 0,1 до 40 мкм.
В своем пятом аспекте настоящее изобретение обеспечивает создание фотолюминесцентного материала для дорожной разметки, в котором указанные другие пигментные компоненты представляют собой по меньшей мере один пигмент, выбранный из следующей группы: белый пигмент, желтый пигмент и оранжевый или красный пигмент.
В своем шестом аспекте настоящее изобретение обеспечивает создание фотолюминесцентного материала для дорожной разметки, в котором отношение (В/А) массы фотолюминесцентного пигментного компонента (А) к массе других пигментных компонентов (В) составляет не более 3,0.
В своем седьмом аспекте настоящее изобретение обеспечивает создание фотолюминесцентного материала для дорожной разметки, в котором в качестве белого пигментного компонента используется оксид или сложный оксид циркония.
В своем восьмом аспекте настоящее изобретение обеспечивает создание фотолюминесцентного материала для дорожной разметки, в котором доля оксида или сложного оксида циркония в полимерной пасте составляет по массе от 0,1 до 5,0% по отношению к полной массе полимерной пасты.
В своем девятом аспекте настоящее изобретение обеспечивает создание фотолюминесцентного материала для дорожной разметки, в котором вязкость прозрачного полимерного компонента составляет не менее 1 Па·с (при 20°С).
В своем десятом аспекте настоящее изобретение обеспечивает создание фотолюминесцентного материала для дорожной разметки, в котором содержание воздушных пузырьков в единице объема полимерной пасты не превышает 2%.
В своем одиннадцатом аспекте настоящее изобретение обеспечивает создание фотолюминесцентного материала для дорожной разметки, в котором полимерная паста формируется смешиванием при пониженном давлении воздуха.
Кроме того, в своем двенадцатом аспекте настоящее изобретение обеспечивает создание фотолюминесцентного материала для дорожной разметки, представляющего собой любой из вышеописанных фотолюминесцентных материалов для дорожной разметки, в котором в полимерную пасту добавлен прозрачный заполнитель.
В своем тринадцатом аспекте настоящее изобретение обеспечивает создание фотолюминесцентного материала для дорожной разметки, в котором прозрачный заполнитель представляет собой по меньшей мере один из материалов из следующей группы: кварцевая порода, плавленый кварц и стекло.
В своем четырнадцатом аспекте настоящее изобретение обеспечивает создание фотолюминесцентного материала для дорожной разметки, в котором кварцевая порода, плавленый кварц и стекло состоят из частиц диаметром от 0,3 мм до 10 мм и отношение их массы к полной массе полимерной пасты составляет от 0,1 до 6.
В своем пятнадцатом аспекте настоящее изобретение обеспечивает создание фотолюминесцентного материала для дорожной разметки, являющегося одним из вышеописанных фотолюминесцентных материалов для дорожной разметки, который нанесен на поверхность дороги.
В своем шестнадцатом аспекте настоящее изобретение обеспечивает создание фотолюминесцентного материала для дорожной разметки, являющегося одним из вышеописанных фотолюминесцентных материалов для дорожной разметки, при формировании которого полимерная паста наносится на поверхность дороги и до отверждения этой полимерной пасты прозрачный заполнитель рассеивается так, что он погружается в фотолюминесцентный слой до такого положения, в котором по меньшей мере его часть выступает над фотолюминесцентным слоем.
В своем семнадцатом аспекте настоящее изобретение обеспечивает создание фотолюминесцентного материала для дорожной разметки, в котором в фотолюминесцентный слой погружено не менее 50% объема каждого из таких прозрачных заполнителей.
В своем восемнадцатом аспекте настоящее изобретение обеспечивает создание фотолюминесцентного материала для дорожной разметки, в котором прозрачный заполнитель выступает на 0,05-5 мм из отвердевшей поверхностной части полимерной пасты.
В своем девятнадцатом аспекте настоящее изобретение обеспечивает создание фотолюминесцентного материала для дорожной разметки, в котором толщина наносимой полимерной пасты составляет от 1 до 5 мм.
В своем двадцатом аспекте настоящее изобретение обеспечивает создание фотолюминесцентного материала для дорожной разметки, в котором прозрачный заполнитель является по меньшей мере одним материалом из следующей группы: кварцевая порода, плавленый кварц и стекло, причем его частицы имеют диаметр от 0,3 до 10 мм и рассеиваются в количестве от 1 до 30 кг/см2.
В своем двадцать первом аспекте настоящее изобретение обеспечивает создание фотолюминесцентного материала для дорожной разметки, при формировании которого прозрачный заполнитель, раскрытый выше в аспектах с двенадцатого по четырнадцатый, добавляется в полимерную пасту, которая наносится на поверхность дороги и отверждается, а затем поверхность отвердевшей полимерной пасты подвергается грубой шлифовке или обработке водяной струей для удаления отвердевшей поверхностной части полимерной пасты.
В своем двадцать втором аспекте настоящее изобретение обеспечивает создание фотолюминесцентного материала для дорожной разметки, в котором отвердевшая поверхностная часть полимерной пасты удаляется на глубину от 0,1 до 2 мм от ее поверхности.
В своем двадцать третьем аспекте настоящее изобретение обеспечивает создание фотолюминесцентной дорожной структуры, в которой любой из вышеупомянутых материалов для дорожной разметки нанесен на поверхность дороги.
В своем двадцать четвертом аспекте настоящее изобретение обеспечивает создание фотолюминесцентной дорожной структуры, в которой на поверхность дороги, на которую наносится материал для дорожной разметки, предварительно нанесен белый подслой.
В своем двадцать пятом аспекте настоящее изобретение обеспечивает создание фотолюминесцентной дорожной структуры, в которой материал для дорожной разметки нанесен на поверхность дороги или на белый подслой с использованием промежуточного грунтовочного слоя.
В своем двадцать шестом аспекте настоящее изобретение обеспечивает создание фотолюминесцентной дорожной структуры, в которой поверхность дороги предварительно обработана для придания ей шероховатости.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показано поперечное сечение, демонстрирующее обработку водяной струей и подобную ей обработку,
на фиг.2 показано поперечное сечение, демонстрирующее погружение прозрачного заполнителя.
Подробное описание изобретения
Ниже со ссылками на сопровождающие чертежи описаны предпочтительные варианты выполнения настоящего изобретения.
Изобретение, прежде всего, отличается предложенным материалом для дорожной разметки, который обладает высокой эффективностью фотолюминесценции и полезен для разметки полос движения на дороге и т.п. в виде белых линий или линий любого другого цвета, благодаря подавлению зеленого тона. Этот материал для дорожной разметки является таким материалом, при формировании которого полимерную пасту, содержащую прозрачный полимерный компонент и фотолюминесцентный пигментный компонент, наносят на поверхность дороги с формированием фотолюминесцентного слоя.
В качестве прозрачного полимерного компонента возможно использование прозрачных полимерных компонентов, которые способны образовать пасту, прозрачны, а кроме того, способны отвердевать после нанесения на поверхность дороги. Нет необходимости упоминать, что они должны быть долговечны в качестве разметки полос дороги и т.п., то есть должны обладать достаточной прочностью или стойкостью, например стойкостью по отношению к атмосферным воздействиям, светостойкостью и водостойкостью. Можно упомянуть прозрачные полимерные компоненты различных типов, например: метакриловый компонент, акриловый компонент, компонент из ненасыщенных сложных полиэфиров, эпоксидный компонент, силиконовый компонент и другие подходящие полимерные компоненты.
Термин «прозрачный», используемый в отношении прозрачных полимерных компонентов в данном описании, означает состояние, которое характеризуется высокой пропускаемостью света и способностью окрашивать его в белый или другие цвета при сохранении высокой пропускаемости света. Обычно прозрачный полимерный компонент имеет пропускаемость 70% и выше, а предпочтительно - 85% или выше, в показателях пропускаемости ультрафиолетового излучения.
Поскольку прозрачные полимерные компоненты используются для создания полимерной пасты, допустимо использование их в жидком, вязком или сиропообразном состоянии. Для этой цели, например, возможно их использование в состоянии, в котором смешаны полимер и мономер. А именно, они могут быть в любом из перечисленных ниже состояний:
(1) полимер как таковой;
(2) состояние, в котором полимер и мономер смешаны друг с другом;
(3) состояние, в котором полимер и олигомер смешаны друг с другом;
(4) состояние, в котором олигомер и мономер смешаны друг с другом;
(5) состояние, в котором полимер, олигомер и мономер смешаны друг с другом.
Прозрачный полимерный компонент, являясь базовым компонентом, который образует полимерную пасту, обеспечивает адгезию фотолюминесцентного слоя, необходимую для разметки полос и т.п. на поверхности дороги, или выполняет роль связующего материала для дисперсии фотолюминесцентного пигмента и т.п., а кроме того, после отвердевания обеспечивает полупрозрачность, влагостойкость, износостойкость и т.д. Согласно настоящему изобретению, количество смешиваемого прозрачного полимерного компонента, отнесенное к полной массе полимерной пасты, составляет по массе от 7 до 60%. Когда его количество превышает 95%, невозможно добиться высокой эффективности фотолюминесценции, поскольку пигментный или фотолюминесцентный компонент не может быть добавлен в должном количестве. Если при использовании материала для разметки поверхности дороги, по которой происходит движение самоходных транспортных средств, в расчет принимается поверхностная прочность, износостойкость и т.д., то с практической точки зрения предпочтительно, чтобы доля прозрачного полимерного компонента по массе составляла 60% или меньше. С другой стороны, если содержание прозрачного полимерного компонента слишком мало, например менее 7%, то при нанесении полимерной пасты на поверхность дороги для разметки полос и т.п. возникают трудности с достижением достаточной адгезии, водостойкости и других подобных параметров фотолюминесцентного слоя. Когда полимерную пасту непосредственно наносят на поверхность дорожного основания, например на бетонную или асфальтовую поверхность, количество прозрачного полимера обычно составляет по массе 20% или больше, тогда как при нанесении с использованием промежуточного грунтовочного слоя это количество предпочтительно составляет 15% и больше, хотя доля прозрачного полимерного компонента должна варьироваться в зависимости от его типа. С точки зрения практичности, в случае непосредственного нанесения прозрачного полимера для достижения требуемой высокой плотности, подходящей адгезии или подходящей прочности поверхности, а также для достижения износостойкости, влагостойкости и высокой эффективности фотолюминесценции, более предпочтительно, чтобы указанное количество лежало в диапазоне от 20 до 40%.
Кроме того, предпочтительно, чтобы вязкость прозрачного полимерного компонента составляла 1 Па·с и более (при температуре 20°С), а более предпочтительно - 3 Па·с и более (при температуре 20°С). Использование прозрачного полимерного компонента с такой относительно высокой вязкостью позволяет добиться того, что фотолюминесцентный полимерный компонент с частицами относительно большого диаметра, от которого можно ожидать высокой эффективности фотолюминесценции, будет рассеян равномерно, вследствие чего оказывается возможным достичь высокой эффективности фотолюминесценции в материале для дорожной разметки после его отвердевания.
Вязкость прозрачного полимерного компонента можно регулировать не только путем выбора материала, но также путем управления соотношением количества полимера и мономера в смеси.
Например, в случае использования метилметакрилатного компонента, вязкость сиропа (поставляемого компанией Mitsubishi Rayon Co., Ltd. или другими компаниями), в котором полимер метилметакрилата и мономер метилметакрилата смешаны друг с другом, может быть изменена, как показано в таблице 1, путем изменения доли содержания полимера метилметакрилата.
Однако, когда вязкость особенно высока, практически оказывается затруднительным подмешивание фотолюминесцентного пигмента и т.п. в полимерную пасту и осуществление его равномерного распределения.
Вышеописанный прозрачный полимерный компонент смешивают с фотолюминесцентным пигментным компонентом с формированием полимерной пасты. Приготовленная таким образом полимерная паста может дополнительно содержать следующие компоненты:
другие пигментные компоненты,
прозрачные заполнители.
Очевидно, что можно добавить и другие компоненты, нежели описанные выше, например, катализатор отверждения, дополнительное отверждающее средство, средство для управления вязкостью, средство для предупреждения деградации от ультрафиолетового излучения, антигрибковое средство и т.п., при условии, что они не повредят достижению поставленной цели и эффективности предложенного изобретения.
Предполагается, что фотолюминесцентный пигмент, предназначенный для добавления к прозрачному полимерному компоненту, относится не только к известным, но и к коммерчески доступным пигментам, причем могут использоваться различные типы подходящих пигментов. Примеры таких пигментов включают материалы типа алюмината стронция и сульфида цинка. Можно использовать фотолюминесцентные пигменты со средним диаметром частиц 10 мкм и более. Согласно настоящему изобретению этот средний диаметр предпочтительно лежит между 20 и 2000 мкм, а более предпочтительно составляет от 30 до 300 мкм. Предпочтительно использование частиц с диаметром 100 мкм и более.
Ранее было затруднительно использовать фотолюминесцентный пигмент с частицами такого большого диаметра. Это было обусловлено трудностью равномерного рассеивания фотолюминесцентного пигмента с таким большим диаметром частиц.
Согласно настоящему изобретению фотолюминесцентный пигмент с таким большим диаметром частиц, которые обычно было трудно рассеять равномерно, теперь может быть рассеян равномерно в полимерной пасте при использовании прозрачного полимерного компонента с относительно высокой вязкостью, составляющей 1 Па·с и выше (при 20°С), что позволяет получить однородный материал для дорожной разметки.
Благодаря использованию фотолюминесцентного пигментного компонента с относительно большим диаметром частиц, в фотолюминесцентном пигментном компоненте поглощается большое количество энергии, что продлевает испускание света.
Количество фотолюминесцентного пигментного компонента в смеси по массе обычно составляет предпочтительно 5% или выше по отношению к полной массе пигментной пасты. Если оно меньше 5%, трудно достичь требуемой эффективности фотолюминесценции.
Кроме того, что касается фотолюминесценции, согласно настоящему изобретению предполагается, что продолжительность испускания света от состояния насыщения, достигнутого после воздействия освещенности 200 лк, создаваемой источником D605 нормального света, до яркости 3 мкд/м2, являющейся нижним пределом, при котором человек способен визуально обнаружить контур предмета, предпочтительно должна составлять 8 часов и более. Соотношение между количествами фотолюминесцентного пигментного компонента и прозрачного полимерного компонента выбирают с этой точки зрения, с учетом комбинаций с другими компонентами.
Кроме того, в фотолюминесцентном материале для дорожной разметки согласно настоящему изобретению к фотолюминесцентному пигментному компоненту можно добавлять другие пигментные компоненты. Отношение (В/А) массы фотолюминесцентного пигментного компонента (А) к массе других пигментных компонентов (В) составляет 3,0 или менее. Когда это соотношение превышает 3,0, другие пигментные компоненты, большая часть которых представляют собой неорганические частицы, маскируют фотолюминесцентный пигментный компонент, что препятствует фосфоресценции, обеспечиваемой путем поглощения света, падающего извне, и последующему испусканию света.
Что касается других пигментных компонентов, можно использовать компоненты различных цветов. В представленных примерах, которые относятся к разметке дорожных полос и т.п., рассмотрены пигменты белого, желтого, оранжевого и красного цветов. Что касается белого пигмента, можно перечислить пигменты типа оксида циркония, оксида цинка, оксида титана и гидроксида алюминия. Помимо других, с точки зрения люминесценции предпочтительно использование белого пигмента, содержащего любой из оксидов или сложных оксидов, например двуокись циркония (оксид циркония), циркон (силикат циркония) и т.д., благодаря меньшему маскированию света по сравнению с другими пигментами.
Что касается желтого пигмента, можно перечислить желтый крон, желтый кадмий, желтый никель-титан и т.п. Что касается оранжевого или красного пигмента, можно перечислить колкотар, красный кадмий, красный молибден и т.п. Конечно же, можно применять различные пигменты, имеющие цвета, отличные от вышеперечисленных, например синий, зеленый, черный и т.д. Что касается этих пигментных компонентов, их можно использовать индивидуально или в комбинациях.
В случае, когда один из вышеописанных оксидов или сложных оксидов циркония подмешивают в качестве белого пигмента, предпочтительно, чтобы его содержание составляло по массе от 0,1 до 5,0% по отношению к общей массе полимерной пасты.
Что касается других пигментных компонентов, предпочтительно, чтобы средний размер их частиц лежал в диапазоне от 0,1 до 40 мкм. Это связано с тем, что когда средний диаметр частиц превышает 40 мкм, в некоторых случаях эти пигментные компоненты маскируют фотолюминесцентный пигментный компонент.
Очевидно, что можно использовать органический пигмент как в сочетании с любым из неорганических пигментов, так и индивидуально. Кроме того, согласно настоящему изобретению можно добавлять прозрачный заполнитель, например кварцевую породу, стекло, кристаллический кварц и т.п.
Прозрачный заполнитель эффективен не только для придания отвердевшей массе, используемой в качестве материала для дорожной разметки, требуемых физических свойств, например требуемой прочности или влагостойкости, но и в качестве усилителя фотолюминесцентного действия фотолюминесцентного пигмента, благодаря прохождению света через частицу заполнителя или диффузионному рассеянию на ее границе, вследствие прозрачности прозрачного заполнителя. Более того, добавление прозрачного заполнителя, как будет описано ниже, позволяет не только усилить фотолюминесцентную функцию при нанесении полимерной пасты на поверхность дороги, отверждении нанесенной таким образом полимерной пасты и последующей грубой механической шлифовке этой полимерной пасты или обдирании поверхности водяной струей, но и обеспечивает отсутствие скольжения по материалу для дорожной разметки.
Для использования в качестве такого прозрачного заполнителя особо предпочтительны кварцевая порода и стекло; поэтому их можно применять как по отдельности, так и в комбинации. Предпочтительно, чтобы диаметр частиц лежал в диапазоне от 0,3 до 10 мм, а количество добавляемого заполнителя составляло от 0,1 до 6 от общей массы полимерной пасты.
Когда диаметр частиц составляет менее 0,3 мм или их доля в смеси составляет менее 0,1, трудно ожидать эффекта от добавления прозрачного заполнителя. Когда диаметр частиц составляет более 10 мм или их в смеси более чем в 6 раз больше, чем полимерной пасты, ухудшается прочность и другие характеристики сформированной массы, что также нежелательно.
Можно добавлять и другие прозрачные заполнители, например неорганические заполнители. Диаметр частиц таких заполнителей не должен превышать 0,1 мм, а примеры неорганических заполнителей включают порошки из кремнезема, кварца (кварцевой породы), карбонат кальция, гидроксид алюминия, порошковые пластики, стеклянный порошок и т.п.
Согласно настоящему изобретению при изготовлении фотолюминесцентного материала для дорожной разметки для приготовления полимерной пасты, например, вышеописанный прозрачный полимерный компонент смешивается с фотолюминесцентным пигментным компонентом или компонентом, содержащим фотолюминесцентный пигментный компонент, и по меньшей мере еще один компонент, выбранный из группы, которая включает другие пигментные компоненты и прозрачные заполнители.
Такое приготовление путем смешивания является исключительно важным требованием. Помимо прочего, особенно важным является использование фотолюминесцентного пигмента с частицами большого диаметра и использование прозрачного полимерного компонента с высокой вязкостью в качестве матрицы для равномерного рассеивания такого фотолюминесцентного пигмента.
Следует подчеркнуть, что, прежде всего, для вышеописанного приготовления полимерной пасты путем смешивания, согласно настоящему изобретению предложен способ, включающий поддержание процентного содержания пузырьков в единичном объеме полимерной пасты на уровне 2% и менее.
В процессе приготовления полимерной пасты путем смешивания обычно осуществляют перемешивание, причем условия перемешивания должны быть такими, чтобы процентное содержание пузырьков в единичном объеме полимерной пасты составляло не более 2%. Таким образом, необходимо выбрать устройство для перемешивания, управлять скоростью его вращения, атмосферой при перемешивании и т.п.
По мере перемешивания образуются воздушные пузырьки. Далее возникает следующая проблема: пигментный компонент с частицами относительно малого диаметра или с меньшим удельным весом по сравнению с фотолюминесцентным пигментным компонентом в процессе формирования поднимается к поверхности массы, приготовляемой перемешиванием, вместе с остающимися воздушными пузырьками и маскируют фотолюминесцентный пигментный компонент. Если процентное содержание воздушных пузырьков в единичном объеме такой массы, приготовляемой перемешиванием, превышает 2%, отрицательным эффектом такого маскирования нельзя пренебрегать.
Для управления процентным содержанием таких воздушных пузырьков оказывается эффективным приготовление смеси перемешиванием при давлении воздуха ниже атмосферного на 50 кПа и более. При перемешивании под давлением ниже атмосферного можно эффективно подавить остаточные воздушные пузырьки. Если степень такого снижения давления мала, эффект, обусловленный им, будет выражен недостаточно.
Процентное содержание воздушных пузырьков можно измерить путем измерения степени уменьшения объема приготовленной массы после того, как ею заполнен некоторый сосуд, а затем давление воздуха снижено на 100 кПа по сравнению с нормальным давлением.
Кроме того, для повышения эффективности фотолюминесценции целесообразно в процессе приготовления полимерной пасты перемешиванием препятствовать ее загрязнению (смешиванию с посторонними веществами). В частности, предпочтительно, чтобы по возможности как можно больше подавлялось смешивание с таким посторонним веществом как металл из перемешивающего устройства.
Для этого следует сделать так, чтобы поверхностная прочность внутренней поверхности смесительного сосуда или смесительной лопатки, входящих в состав перемешивающего устройства, была выше, чем прочность пигмента или прозрачного заполнителя. Удобным и эффективным способом является использование смесительного сосуда или смесительной лопатки, покрытых прозрачным или белым защитным слоем. При этом, даже если произойдет подмешивание небольшого количества постороннего вещества, это незначительно повлияет или совсем не повлияет на фотолюминесцентные свойства.
Примеры прозрачных или белых защитных материалов включают слои из пленки оксида алюминия, осажденного из расплава, или керамическую пластину, стекло, кремнийорганический каучук, кремнийорганический полимер, фторуглеродный полимер, полимер типа метилметакрилата и т.п.
Полимерную пасту, изготовленную смешиванием, как описано выше, наносят на поверхность дороги подходящим способом, а затем обеспечивают ее отверждение. В результате образуется материал для дорожной разметки, который имеет заранее заданную форму и в котором сформирован фотолюминесцентный слой, а также образуется дорожная структура, в которую входит материал для дорожной разметки после его нанесения на поверхность дороги.
Согласно настоящему изобретению в связи с нанесением материала на поверхность дороги и последующим его отверждением на месте сделано несколько важных предложений.
Первое предложение заключается в том, что, как описано выше, полимерную пасту смешивают с прозрачным заполнителем, затем полученную полимерную пасту наносят на поверхность дороги, обеспечивают ее отвердевание, а затем поверхностный слой полученной отвердевшей массы подвергают грубой механической шлифовке или обработке водяной струей.
Как описано выше, по мере нанесения полимерной пасты пигментный компонент, имеющий частицы меньшего диаметра, чем фотолюминесцентный пигмент, поднимается к поверхностной части полимерной пасты и, таким образом, оказывается распределенным неравномерно, что иногда препятствует прохождению падающего света или испущенного при фотолюминесценции излучения. Если этим эффектом нельзя пренебречь, целесообразно подвергнуть поверхность отвердевшей массы грубой механической шлифовке или обработке водяной струей для удаления маскирующего слоя (или его части).
Другими словами, например, как показано на сечении, изображенном на фиг.1, прозрачный заполнитель сначала смешивают с полимерной пастой, затем полученную полимерную пасту наносят на поверхность дороги 1 и отверждают, затем поверхность фотолюминесцентного слоя 2, который содержит прозрачный заполнитель, подвергают грубой механической шлифовке (А) или обработке водяной струей (В) для частичного снятия только поверхностной отвердевшей части полимерной пасты.
После нанесения полимерной пасты ее маскирующее действие, т.е. экранировка ею света, довольно значительно, а кроме того, поскольку пигментный компонент состоит из частиц малого диаметра, наиболее вероятно его скопление в поверхностном слое пигментной пасты. Маскирующий слой 4, образованный вследствие такого накопления пигментного компонента, ухудшает эффективность фотолюминесценции, поскольку проходящий свет экранируется. Грубая механическая шлифовка или обработка водяной струей повышает эффективность фотолюминесценции благодаря удалению маскирующего слоя.
Как в случае грубой механической шлифовки, так и в случае обработки водяной струей для удаления маскирующего слоя 4, предпочтительно, чтобы поверхностная отвердевшая часть полимерной пасты была снята на глубину от 0,1 до 2 мм.
В качестве устройства для осуществления механической шлифовки могут использоваться различные типы устройств, в которых применяется шлифовка вращением посредством вращаемого диска с алмазной крошкой.
Формируя неоднородную поверхность путем обработки поверхностной части материала, вышеописанная обработка водяной струей, в частности, позволяет эффективно обеспечить отсутствие скольжения на фотолюминесцентном материале для дорожной разметки.
Кроме того, согласно настоящему изобретению усиление эффективности фотолюминесценции и снижение скольжения, аналогичное вышеописанному случаю, когда осуществлялось предварительное добавление прозрачного заполнителя в полимерную пасту, может быть осуществлено путем нанесения полимерной пасты на дорожное основание, последующего рассеивания прозрачного заполнителя на нанесенную таким образом полимерную пасту и, наконец, погружения прозрачного заполнителя в фотолюминесцентный слой до такого состояния, в котором по меньшей мере часть прозрачного заполнителя выступает наружу. Например, как схематично показано на сечении на фиг.2, рассеянный прозрачный заполнитель 3 погружен в фотолюминесцентный слой 2, который был сформирован при отвердевании полимерной пасты после ее нанесения на дорожное основание 1, так, что по меньшей мере часть контура сечения прозрачного заполнителя выступает над поверхностью фотолюминесцентного слоя.
В этом случае прозрачный заполнитель имеет форму естественных камней и их сечение намного превосходит соответствующие сечения частиц фотолюминесцентного пигмента, добавленного к полимерной пасте. Кроме того, прозрачный заполнитель является более прочным и твердым и представляет собой кварцевую породу, плавленый кварц, стекло и т.п.; каждый из этих материалов обладает так называемой способностью к агрегации (объединению в одно целое).
Практически, с точки зрения таких физических характеристик, как прочность и сопротивление отрыву после нанесения на фотолюминесцентный слой 2 и внедрения в него, с точки зрения улучшения эффективности фотолюминесценции (по сравнению со случаем, когда прозрачный заполнитель не применяется) и т.п., было установлено, что в фотолюминесцентный слой 2 должно быть погружено 50 или более процентов объема частиц кварцевой породы, плавленого кварца, стекла и другого подобного материала, или они должны выступать над поверхностью фотолюминесцентного слоя 2 на 0,1-5 мм. Кроме того, предпочтительно, чтобы диаметр этих частиц составлял от 0,3 до 10 мм, а более предпочтительно - от 2,0 до 3,0 мм.
Количество рассеиваемого прозрачного заполнителя может составлять от 1 до 30 кг/см2, а предпочтительно - от 3 до 10 кг/см2.
Что касается практической реализации вышеописанного, то после нанесения полимерной пасты на дорожное основание 1 прозрачный заполнитель 3 рассеивают на нанесенную полимерную пасту, пока она еще находится в текучем или полуотвердевшем состоянии, затем позволяют рассеянному прозрачному заполнителю погрузиться в полимерную пасту под действием собственного веса или, как вариант, посредством дополнительной нагрузки, прикладываемой к нему катком и т.п., а затем полимерная паста отвердевает, в результате чего прозрачный заполнитель 3 оказывается внедренным в фотолюминесцентный слой 2, образуя с ним одно целое.
Материал для разметки, выполненный согласно настоящему изобретению, как описано выше, значительно улучшает эффективность фотолюминесценции по сравнению со случаем, когда прозрачный заполнитель не используется. В значительной степени это связано с тем, что в присутствии прозрачного заполнителя возрастает поверхностная площадь, на которую падает поглощаемый солнечный или флуоресцентный свет.
Кроме того, благодаря присутствию прозрачного заполнителя, который выступает наружу, на поверхностной части материала для разметки после его нанесения формируется неравномерный профиль, и этот профиль уменьшает скольжение по поверхности материала. Такое отсутствие скольжения очень важно, поскольку при использовании такого типа материала для разметки поверхности пешеходного перехода или дороги с пешеходным проходом уменьшается опасность поскользнуться или попасть в транспортное происшествие вследствие скольжения.
Кроме того, с точки зрения уменьшения скольжения важно задать размер, количество рассеиваемого прозрачного заполнителя, долю и высоту выступающей части прозрачного заполнителя согласно изобретению, как описано выше.
Кроме того, согласно настоящему изобретению для повышения эффективности фотолюминесценции перед нанесением полимерной пасты полезно нанести в требуемом месте подслой белого цвета. Этот подслой может включать не только известный материал, но и различные виды других материалов.
Очевидно, что согласно настоящему изобретению с целью усиления адгезии для согласования не только с белым подслоем, но также с состоянием и свойствами поверхностной части дороги, сформированной из бетона, асфальта и т.п., а также для улучшения свойств прозрачного полимера, можно предварительно нанести грунтовочный слой, после чего материал для дорожной разметки, выполненный согласно настоящему изобретению, наносится на грунтовочный слой и соединяется с ним.
Основным назначением грунтовочного слоя можно считать изоляцию поверхности дороги и увеличение адгезии. Для формирования грунтовочного слоя можно использовать известные материалы, например уретановый каучук, эпоксидную смолу и асфальт. Кроме того, можно использовать прозрачный полимерный компонент или аналогичный материал, входящий в фотолюминесцентный материал для дорожной разметки согласно настоящему изобретению. В случае использования прозрачного полимерного компонента или аналогичного материала, адгезия между материалом для дорожной разметки с высокой эмиссией света, составляющим верхний слой, и поверхностью дороги может быть улучшена благодаря использованию одинаковых или аналогичных компонентов.
Как описано выше, согласно настоящему изобретению предложен фотолюминесцентный материал для дорожной разметки, который полезен для использования при разметке полос и т.п. на дорогах, имеет высокую эффективность фотолюминесценции и может быть использован для выполнения белой или цветной линии, например желтой, оранжевой или линии любого другого подходящего цвета, благодаря подавлению зеленого тона несмотря на использование фотолюминесцентного пигмента.
Ниже для дальнейшей иллюстрации описаны варианты выполнения настоящего изобретения, которые, однако, не следует рассматривать как в какой-либо степени ограничивающие настоящее изобретение.
Оценка фотолюминесценции в описываемых ниже вариантах выполнения настоящего изобретения проводится в соответствии с Японским промышленным стандартом «Фосфоресцентные знаки безопасности» Z9100-1987, т.е. после освещения материала стандартным ламповым источником света D65 при 200 лк (люкс) до состояния насыщения измеряется время, в течение которого яркость падает до 3 мкд/м2.
Пример 1
Были приготовлены различные типы метилметакрилатных сиропов, в которых были смешаны полимер метилметакрилата и мономер метилметакрилата и которые различались по процентному содержанию полимера метилметакрилата и по величине вязкости, а затем фотолюминесцентный компонент и другие компоненты добавлялись к метилметакрилатному сиропу с получением следующего состава смеси (в процентах по массе):
Смешивание происходило при пониженном давлении 0,1 атм. При этом процентное содержание воздушных пузырьков снижалось до 1% и менее.
Масса, приготовленная смешиванием, наносилась на поверхность бетонного образца, имеющего такую же структуру, что и поверхность дороги, а затем отверждалась.
Прочность адгезии массы, подвергнутой формовой вулканизации, к поверхности образца составляла 150 Н/см2 (отрыв от бетонного основания), а износостойкость составляла 0,02 г (в соответствии с Японским промышленным стандартом А 1452) при вязкости в диапазоне от 1,0 до 10,0 Па·с, что позволяет считать результаты хорошими.
Кроме того, для оценки эффективности фотолюминесценции массы, подвергнутой формовой вулканизации, было измерено время, за которое яркость достигала значения 3 мкд/м2. Результаты представлены в таблице 2.
Из таблицы 2 видно, что при вязкости полимерного сиропа менее 1,0 Па·с трудно достичь времени спада фотолюминесценции до яркости 3 мкд/м2, превышающего 8 часов. С другой стороны, было обнаружено, что когда вязкость полимерного сиропа превышала 1,0 Па·с, время спада фотолюминесценции до яркости 3 мкд/м2 превышало 8 и даже 14 часов.
Пример 2
Масса, подвергнутая формовой вулканизации, была приготовлена способом, аналогичным описанному в примере 1, за исключением того, что был использован метилметакрилатный сироп с вязкостью 6 Па·с, а фотолюминесцентные пигменты типа алюмината стронция имели разный средний диаметр частиц. Во всех случаях сила адгезии к поверхности образца составляла от 100 до 160 Н/см2 (отрыв от бетонного основания) а износостойкость составляла от 0,01 до 0,02 г (в соответствии с Японским промышленным стандартом А 1452).
Для каждого образца было измерено время, за которое яркость достигала значения 3 мкд/м2. Результаты представлены в таблице 3.
Подтвердилось, что значительного увеличения эффективности фотолюминесценции можно достичь путем использования фотолюминесцентного пигментного компонента с частицами большого диаметра. С другой стороны, подтвердилось также, что когда диаметр частиц фотолюминесцентного пигментного компонента меньше 10 мкм, время спада фотолюминесценции до яркости 3 мкд/м2 не превышает 8 часов.
Пример 3
Перемешивание осуществлялось способом, аналогичным описанному в Примере 1, за исключением того, что был использован метилметакрилатный сироп с вязкостью 6 Па·с и изменялись параметры атмосферы во время перемешивания, а также использовались разные устройства для перемешивания.
Для каждого случая было измерено время, за которое яркость достигала значения 3 мкд/м2. Результаты представлены в таблице 4. В таблице 4 величина уменьшения давления (кПа) дана относительно нормального давления.
Устройства для перемешивания А, В и С имели следующие характеристики:
А: Как внутренняя поверхность смесительного сосуда, так и смесительная лопатка выполнены из нержавеющей стали;
В: То же, что в случае А, за исключением того, что поверхность смесительной лопатки покрыта кремнийорганическим полимером;
С: То же, что в случае А, за исключением того, что внутренняя поверхность смесительного сосуда и поверхность смесительной лопатки покрыты кремнийорганическим полимером.
Подтвердилось, что целесообразно уменьшать давление на 5 кПа и более, а также покрывать внутреннюю поверхность смесительного сосуда и поверхность смесительной лопатки кремнийорганическим полимером.
Пример 4
Был приготовлен метилметакрилатный сироп, в котором полимер метилметакрилата и мономер метилметакрилата присутствовали в виде смеси (вязкость 6,0 Па·с при 20°), а затем к нему были добавлены фотолюминесцентный пигментный компонент и другие компоненты с образованием следующего состава (в процентах по массе):
Масса, подвергнутая формовой вулканизации, была приготовлена способом, аналогичным описанному в примере 1, и были измерены соответствующие значения времени, за которое яркость достигала 3 мкд/м2. Результаты представлены в таблице 5.
Гидроксид алюминия (50)
Гидроксид алюминия (50)
Было обнаружено, что поскольку циркон оказывает слабое маскирующее действие в качестве белого пигмента, он является отличным материалом с точки зрения эффективности фотолюминесценции.
Пример 5
В примере 4 в качестве «других» компонентов был взят гидроксид алюминия, при этом изменялось соотношение между фотолюминесцентным пигментом (А) и гидроксидом алюминия (В). В этих условиях были измерены соответствующие значения времени, за которое яркость достигала 3 мкд/м2. Результаты представлены в таблице 6.
Подтвердилось, что когда массовое отношение В/А превышает 3, эффективность фотолюминесценции быстро падает.
Пример 6
В примере 4 в качестве «других» компонентов был взят гидроксид алюминия, при этом менялись соотношения между соответствующими компонентами. В этих условиях были измерены соответствующие значения времени, за которое яркость достигала значения 3 мкд/м2. Результаты представлены в таблице 7.
Пример 7
В примере 4 в качестве «других» компонентов был взят гидроксид алюминия, при этом содержание фотолюминесцентного пигмента типа алюмината стронция было установлено равным 24,0%, а в качестве прозрачного заполнителя был добавлен порошок из кварцевой породы с частицами среднего диаметра, его доля составляла 30,0%.
Время, за которое яркость достигала значения 3 мкд/м2, при таком приготовлении материала было вполне удовлетворительным, превышая 8 часов, несмотря на то, что количество фотолюминесцентного пигментного компонента было существенно уменьшено.
Отношение содержания прозрачного компонента (С) к заполнителю (D) по массе составляло в этом случае 0,845. При изменении этого соотношения до 3,0, время, за которое яркость достигала значения 3 мкд/м2, составило 9 часов.
Пример 8
В примере 4 в качестве «других» компонентов был взят гидроксид алюминия, при этом масса, подвергаемая формовой вулканизации, была приготовлена с использованием кремнийорганического полимера (KE1310S, поставляемый компанией Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), а не на основе метилметакрилатного сиропа. Вязкость составляла 50 Па·с (при 20°С).
Время, за которое яркость достигала значения 3 мкд/м2, составило 14 часов. Следовательно, подтвердилась возможность достижения хороших характеристик фотолюминесценции.
Пример 9
В примере 7 после нанесения полимерной пасты с массовым соотношением D/C=3, поверхность отвердевшей массы, имеющей толщину 3 мм, подвергли обработке водяной струей, в результате которой была удалена приповерхностная область толщиной 0,5 мм и поверхность стала шероховатой.
Для такой поверхности стойкость к скольжению BPN (Стандарт Американского общества по испытанию материалов (ASTM Е303) составила 65 для влажной поверхности и 70 для сухой поверхности, что позволяет оценить стойкость к скольжению как превосходную. Кроме того, подтвердилось, что время, за которое яркость достигает значения 3 мкд/м2, увеличивается с 9 часов, измеренных до обработки, до 10 часов.
Пример 10
В примере 4 после нанесения полимерной пасты с гидроксидом алюминия, взятым в качестве «других» компонентов, толщиной 4 мм, до отвердевания пасты на нее был рассеян стеклянный порошок с частицами диаметром от 1 до 5 мм и плотностью 5 кг/м3, после чего материал отвердел в таком состоянии, при котором около 55 процентов объема каждой частицы оказалось погружено в него и каждая частица выступала наружу на высоту от 0,1 до 1,4 мм.
Для такой поверхности стойкость к скольжению BPN (Стандарт Американского общества по испытанию материалов (ASTM Е303) составила 66 для влажной поверхности и 69 для сухой поверхности, что позволяет оценить стойкость к скольжению как превосходную. Кроме того, подтвердилось, что время, за которое яркость достигает значения 3 мкд/м2, увеличивается до 17 часов.
Пример 11
Была использована полимерная паста из примера 1 с вязкостью 6 Па·с. После того как в качестве подслоя на поверхность образца асфальта заранее нанесли белую краску (толщиной 3 мм), предназначенную для дорожной разметки, на этот подслой нанесли полимерную пасту и обеспечили ее отверждение.
Были измерены время, за которое яркость достигает значения 3 мкд/м2, и начальная яркость спустя 15 минут. Результаты сведены в таблицу 8. Было обнаружено, что наличие белого подслоя позволяет значительно повысить эффективность фотолюминесценции.
Сравнительный пример 1
Масса была приготовлена согласно способу, раскрытому в JP-A-10-82023. Была измерена длительность фотолюминесценции. Даже лучший результат показал, что время, за которое яркость достигает значения 3 мкд/м2, составляет 5 часов 15 минут. Кроме того, была значительной цветовая насыщенность света, испускаемого фосфоресцирующим пигментом (зеленый цвет).
Пример 12
В соответствии с Примером 1, для нанесения покрытия толщиной 2 мм на образец бетонной мостовой была использована полимерная паста с вязкостью 6 Па·с (при 20°С) и количественным соотношением 28,5.
Сила адгезии, как в случае использование герметика, так и без него, была исследована способом погружения в горячую воду (60°С). Результаты приведены в таблице 9.
Таблица 9 показывает, что даже при отсутствии герметика сила адгезии достаточна, а герметик еще более увеличивает силу адгезии.
(Метилметакрилатный герметик содержал в основном тот же полимерный компонент, что и полимерная паста).
Пример 13
Был проведен эксперимент, аналогичный примеру 12, в отношении асфальтовой поверхности.
Герметик для формирования грунтовочного слоя не использовался.
В результате сила адгезии после одной недели и после двух недель составили 332 и 330 Н/см2 соответственно.
Как было подробно описано выше, согласно настоящему изобретению предложен новый фотолюминесцентный материал для дорожной разметки, который может быть использован для разметки полос дороги, обеспечивает требуемую износостойкость и стойкость к атмосферным воздействиям, имеет высокую эффективность фотолюминесценции и может найти применение в виде белых линий или разных типов цветных линий благодаря подавлению зеленого тона, а кроме того, обеспечивает отсутствие скольжения.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЙ ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ПРОИЗВОДСТВА | 2002 |
|
RU2325422C2 |
| ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ ДОРОЖНАЯ РАЗМЕТКА | 2010 |
|
RU2447227C1 |
| ЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ КОМПОЗИЦИЯ И ЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ КРАСКА ДЛЯ МАРКИРОВКИ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ (ВАРИАНТЫ) | 2009 |
|
RU2421499C1 |
| ИСКУССТВЕННЫЙ КАМЕНЬ И ЕГО СТРУКТУРА | 2001 |
|
RU2247139C2 |
| СРЕДСТВО МАРКИРОВКИ ЭВАКУАЦИОННОГО МАРШРУТА ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ВОЗДУШНОМ СУДНЕ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТАКОГО СРЕДСТВА МАРКИРОВКИ | 2009 |
|
RU2482549C2 |
| СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАРКИРОВКИ МАРШРУТА ЭВАКУАЦИИ И МАРКИРОВКА МАРШРУТА ЭВАКУАЦИИ | 2010 |
|
RU2533667C2 |
| КРАСКА ДОРОЖНАЯ РАЗМЕТОЧНАЯ | 2009 |
|
RU2385337C1 |
| СМЕСЬ ДЛЯ ДОРОЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА | 1997 |
|
RU2110637C1 |
| МАТЕРИАЛ ДЛЯ РАЗМЕТКИ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ | 1991 |
|
RU2083374C1 |
| Термопластичный материал для дорожной разметки | 2020 |
|
RU2745842C1 |
Изобретение относится к фотолюминесцентным материалам для дорожной разметки и к дорожным структурам, в частности к новым фотолюминесцентным материалам для дорожной разметки, которые могут быть использованы для разметки полос дороги. Описывается фотолюминесцентный материал для дорожной разметки в виде пасты, содержащий от 7 до 95 мас.% прозрачного полимерного компонента выбранного из группы, состоящей из метакрилового компонента, акрилового компонента, компонента типа ненасыщенного сложного полиэфира, эпоксидного компонента и компонента силиконового типа, фотолюминесцентный пигментный компонент со средним диаметром частиц от 10 до 2000 мкм, выбранный из группы, состоящей из материала типа алюмината стронция и материала типа сульфида цинка, и, по меньшей мере один дополнительный пигментный компонент со средним диаметром частиц от 0,1 до 40 мкм, выбранный из группы, состоящей из белого пигмента, желтого пигмента и оранжевого или красного пигмента, при этом отношение массы фотолюминесцентного пигментного компонента и массы дополнительных пигментных компонентов составляет не более 3,0. Описывается также дорожная структура, содержащая указанный фотолюминесцентный материал. Предложенный фотолюминесцентный материал для дорожной разметки обладает требуемой износостойкостью и стойкостью к атмосферным воздействиям, а также эффективной фотолюминесценцией, и может быть использовано не только в виде белой линии, но и в виде линий различных цветов, и не является скользким. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 2 ил., 9 табл.
| JP 10082023 А, 31.03.1998 | |||
| ДОРОЖНАЯ РАЗМЕТКА | 1993 |
|
RU2107126C1 |
| КРАСКА ДОРОЖНАЯ РАЗМЕТОЧНАЯ | 1999 |
|
RU2155200C1 |
