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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft retroreflektierende Gegenstände wie Folie, welche einen
mikrostrukturierten Klebstoff aufweist.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Retroreflektierende
Folie ist allgemein bekannt. Solch eine Folie weist reflektierende
Elemente wie Mikrostrukturen aus sphärischen Linsen (z.B. Glasperlen)
oder Cube-Corner-Mikrostrukturen auf. Retroreflektierende Folie
wird häufig
mit einem Klebstoff, beispielsweise mit einem Haftkleber, auf einer
(z.B. abgewandten) Fläche
der Folie versehen, die mit einer Abziehfolie bedeckt ist. Die Abziehfolie
wird entfernt, und die Folie wird auf ein Zielsubstrat geklebt,
beispielsweise einen Schildrücken.
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Häufig sind
die Folie und der Klebstoff transparent oder durchscheinend. Dementsprechend
ist die Klebeverbindung, die mit dem Klebstoff zwischen der Folie
und dem Zielsubstrat hergestellt wird, durch die Betrachtungsfläche der
Folie hindurch sichtbar. Ein Merkmal einer guten Klebeverbindung
ist das Fehlen von Lufteinschlüssen
zwischen der Folie und dem Zielsubstrat. Auch wenn die Lufteinschlüsse anfänglich möglicherweise
nicht vorhanden sind, bilden sich gelegentlich im Nachhinein Lufteinschlüsse, insbesondere
wenn die Konstruktion erhöhten
Temperaturen und/oder hoher Luftfeuchtigkeit ausgesetzt gewesen
ist. Es wird vermutet, dass diese nachträgliche Bildung von Lufteinschlüssen durch
Entgasung hervorgerufen wird, d.h. durch die Freisetzung von Gas
aus mindestens einem der Materialien von der Konstruktion.
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Die
U.S.-Patentschrift Nr. 6,197,397 beschreibt
Klebstoffe, die eine mikroreplizierte Topographie aufweisen. Wenn
eine Klebefläche
zwischen der Klebstoffschicht und einem tragenden Substrat hergestellt
wird, beeinflusst die Topographie von der Haftfläche das Verhalten von der Klebefläche. Gegenstände, die
mikroreplizierte Haftflächen
aufweisen, werden ebenfalls beschrieben und haben den Vorteil, für einen
effektiven Zeitraum Mikrokanäle
für den
Flüssigkeitsausgang
bereitzustellen. Mehrere mikrogeprägte Muster erzeugen mikroreplizierte
Haftflächen,
die sowohl Mikrokanäle
für den
Flüssigkeitsaustritt
als auch Noppen für
verbesserte Hafteigenschaften aufweisen.
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WO 00/22059 betrifft einen
Klebebogen, der keine Ausweitung bewirkt, wenn er an eine Klebefläche angeklebt
wird, die aus Beton oder Mörtel
besteht. Der Klebebogen weist ein Substrat und eine Haftschicht auf,
die konkave Abschnitte an einer Stelle der Haftfläche auf
einer Hauptfläche
des Substrates aufweist, wobei Durchlässe in Verbindung mit dem Äußeren gebildet
werden, wenn der Klebebogen an die Klebefläche geklebt wird. Die Haftschicht
enthält
ein Gummiklebepolymer und wird über
eine Primerschicht auf einer Hauptfläche von dem Substrat befestigt.
US-A-4 025 159 offenbart
eine zelluläre
retroreflektierende Folie, die eine Grundschicht von retroreflektierenden
Elementen und eine transparente Deckschicht aufweist, die in einem
Abstand von der Grundschicht durch ein Netz aus schmalen, sich überschneidenden
Verbindungen gestützt
wird, die hermetisch versiegelte Zellen bilden, in denen retroreflektierende
Elemente von retroreflektierenden Elementen aus anderen Zellen isoliert
sind.
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Obwohl
die Verwendung von mikrorepliziertem Klebstoff auf retroreflektierender
Folie allgemein beschrieben worden ist, würde die Industrie einen Nutzen
in Verbesserungen sehen, die das Auftreten von einer Schichtablösung als
Ergebnis der nachträglichen
Bildung von Lufteinschlüssen
reduzieren.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Der
jetzige Erfinder hat herausgefunden, dass die Verwendung eines mikrostrukturierten
Klebstoffes, der bestimmte strukturelle Merkmale aufweist, die nachträgliche Bildung
von Lufteinschlüssen
in dem retroreflektierenden Gegenstand reduziert und verhindert.
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In
einem Aspekt beschreibt die Erfindung einen retroreflektierenden
Gegenstand, der eine retroreflektierende Folie aufweist, die mit
einer Haftklebeschicht an eine Fläche von einem Substrat geklebt
ist. Die Fläche
von dem Substrat weist ein Polymermaterial auf, beispielsweise einen
Anstrich oder Materialien (z.B. nicht-gelagertes Polycarbonat) aus
Kunststoff (z.B. Bogen). Die Haftschicht weist Mikrostrukturen auf,
die mehrere Kanäle
definieren, und die Kanäle
weisen ein Volumen auf, wobei das Volumen 1,0 × 103 μm3 bis 1,0 × 107 μm3 je Kreisfläche von 500 μm Durchmesser
auf der Fläche
der Haftschicht beträgt,
welche auf das Substrat geklebt ist.
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In
einem weiteren Aspekt weist die Haftschicht mehrere Mikrostrukturen
auf, die in einem Abstand von weniger als etwa 500 μm auf der
Fläche
von der Haftschicht angeordnet sind, welche auf das Substrat geklebt ist.
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Die
Erfindung legt ebenfalls Verfahren zur Herstellung von einem retroreflektierenden
Gegenstand offen, welche das Bereitstellen einer retroreflektierenden
Folie, das Aufbringen eines mikrostrukturierten Klebstoffes auf
die Folie, wobei die Haftschicht eine oder mehrere von den beschriebenen
strukturellen Merkmalen aufweist, das Bereitstellen eines Substrats,
welches eine Entgasung aufzeigt, und das Kleben des Gegenstandes
mit dem Klebstoff auf das Substrat aufweisen.
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In
jedem dieser Aspekte zeigt der Gegenstand vorzugsweise weniger als
10% Schichtablösung
nach dem Lagern des Gegenstandes, z.B. für 7 Tage bei einer relativen
Luftfeuchtigkeit von 95% und Temperaturzyklen zwischen etwa 2°C (35°F) und 71°C (160°F) in 4-Stunden-Intervallen.
Die Kanäle
erstrecken sich vorzugsweise bis zu einem Rand des Gegenstandes.
Des Weiteren sind die Kanäle
vorzugsweise vorhanden, nachdem der Gegenstand für 7 Tage bei einer relativen
Luftfeuchtigkeit von 95 und Temperaturzyklen zwischen etwa 2°C (35°F) und 71°C (160°F) in 4-Stunden-Intervallen
gelagert wurde. Jede retroreflektierende Folie kann verwendet werden,
beispielsweise Mikrosphären-basierte
Folie und Cube-Corner-basierte
Folie. Der Kontaktflächenbereich
von dem Klebstoff, der auf das Substrat geklebt ist, reicht von
etwa 50% bis etwa 98 beispielsweise von etwa 60% bis etwa 97%. Der
Klebstoff kann einen vernetzten Acrylklebstoff aufweisen, der wahlweise
bis zu etwa 25 Gew.-% Fixierkleber, sogenannter „Tackifier", enthält. Der Klebstoff kann derart
vernetzt sein, dass der Gelgehalt zwischen 60 und 85% liegt.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine vergrößerte unvollständige Querschnittsansicht
von einem beispielhaften retroreflek tierenden Gegenstand von der
Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Die
Erfindung betrifft retroreflektierende Gegenstände wie Folie, die einen mikrostrukturierten
Klebstoff aufweist. Der mikrostrukturierte Klebstoff ist typischerweise
ein Haftkleber, der zeitweise von einer Abziehfolie bedeckt wird.
Während
der Verwendung wird die Abziehfolie entfernt und die Folie wird
mit dem Klebstoff auf ein Zielsubstrat geklebt. Typischerweise wird
der Klebstoff auf der abgewandten Fläche von der Folie aufgetragen.
In anderen Verwendungsmöglichkeiten,
beispielsweise bei retroreflektierenden Aufklebern, die mit der
Vorderseite aufgeklebt werden, kann der Klebstoff hingegen auf der
Betrachtungsfläche
vorhanden sein.
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Für Zwecke
der vorliegenden Erfindung werden die folgenden Bezeichnungen, die
in dieser Anwendung verwendet werden, wie folgt definiert:
„Retroreflektierende
Folie" bezieht sich
auf einen polymerbasierten Bogen, der retroreflektierende Elemente aufweist.
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„Mikroskopisch" bezieht sich auf
Strukturen von ausreichend kleiner Größe, so dass für das bloße Auge
ein optisches Hilfsmittel benötigt
wird, wenn sie von einer beliebigen Sichtebene aus betrachtet werden, um
ihre Form zu bestimmen. Ein Kriterium findet sich in Modern Optic
Engineering von W. J. Smith, McGraw-Rill, 1966, Seiten 104–105, wobei
die Sehschärfe „in Bezug
auf die Winkelgröße von dem
kleinsten Buchstaben, der erkannt werden kann, definiert und gemessen
wird". Die Sehschärfe wird
dann als normal erachtet, wenn der kleinste erkennbare Buchstabe
eine Winkelhöhe
von 5 Bogenminuten auf der Retina schneidet. Bei einer typischen
Arbeitsdistanz von 250 mm (10 Inch) ergibt dies ein laterales Maß von 0,36
mm (0,0145 Inch) für
dieses Objekt.
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„Mikrostruktur" bezeichnet die Anordnung
von Strukturen, wobei mindestens zwei Dimensionen von den Strukturen
mikroskopisch sind. Die Draufsicht und/oder Querschnittsansicht
von den Strukturen muss mikroskopisch sein.
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„Prägbar" bezieht sich auf
die Fähigkeit
von einer Haftklebeschicht oder -folie, Teile ihrer Fläche reliefartig
erhöhen
zu lassen, beispielsweise durch mechanische Mittel.
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„Abziehfolie", was synonym mit
der Bezeichnung „Schutzfolie" verwendet wird,
bezieht sich auf einen flexiblen Bogen, der, nachdem er in engem
Kontakt mit einer Haftklebefläche
platziert wurde, nachträglich
entfernt werden kann, ohne die Klebeschicht zu beschädigen.
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„Mikrostrukturierte
Schutzfolie" bezieht
sich auf eine Schutzfolie mit mindestens einer mikrostrukturierten
Fläche,
die für
den Kontakt mit einem Klebstoff geeignet ist.
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„Zielsubstrat" und „Substrat" beziehen sich auf
ein Substrat (z.B. Schildrücken)
oder eine Fläche,
auf das/die Haftklebebeschichtung für einen Verwendungszweck aufgetragen
wird.
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„Nachgiebig” bezieht
sich auf einen Polymerfilm, der weich und flexibel ist, sowie ausreichende
unelastische Verformung aufweist, nachdem er derart ausgedehnt wurde,
dass der Film, sobald er ausgedehnt wurde, seine ursprüngliche
Länge nicht
wiedererlangt.
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Der
vorliegende erfinderische Gegenstand 10, wie er in 1 dargestellt
wird, beinhaltet einen retroreflektierenden Kernbogen 12,
der gegenüberliegende
Flächen 14, 16 aufweist.
Ein Klebstoff 18 ist auf die Fläche 16 von einem retroreflektierenden
Kernbogen 12 geklebt. Primer (nicht dargestellt) können wahlweise
verwendet werden, um die Klebeverbindung zwischen dem retroreflektierenden
Kernbogen und dem Klebstoff zu verstärken. Der Klebstoff 18 beinhaltet
die Fläche 20,
die auf ein Zielsubstrat geklebt ist. Der Klebstoff 18 beinhaltet
die Strukturen 22, welche die Kanäle 24 definieren.
Ein Substrat 26 ist mittels des mikrostrukturierten Klebstoffes 18 auf
den retroreflektierenden Kernbogen 12 geklebt.
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Der
Klebstoff beinhaltet eine mikrostrukturierte Fläche auf einer freiliegenden
Fläche
von dem Klebstoff, gegenüber
dem retroreflektierenden Kernbogen. Die mikrostrukturierte Fläche definiert
Kanäle
in dem Klebstoff. Kanäle
sind durchgehende offene Bahnen oder Rillen, die sich von der freiliegenden
Fläche
in den Klebstoff hinein erstrecken. Die Kanäle enden entweder an dem Randabschnitt
von der Haftschicht oder stehen in Verbindung mit anderen Kanälen, die
an einem Randabschnitt von dem Gegenstand enden.
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Der
retroreflektierende Gegenstand von der vorliegenden Erfindung stellt
vorteilhafterweise durch die Reduzie rung oder Verhinderung der Bildung
von Lufteinschlüssen
aufgrund von Entgasung eine Verbesserung bereit. Die Kanäle in dem
Klebstoff der vorliegenden Erfindung weisen spezifische Abmessungen
auf, um für Gase
und Flüssigkeiten,
die in der Verbindung zwischen dem Klebstoff und dem Substrat eingeschlossen
sind, einen Ausgang zu einem Rand von dem Gegenstand bereitzustellen.
Die Kanäle
bleiben vorzugsweise für
die Lebensdauer des Produktes offen, beispielsweise für mindestens
1 Jahr. In einigen Ausführungsformen
kann die Lebensdauer des Produktes 3 bis 5 Jahre betragen. In einigen
Ausführungsformen
machen die Eigenschaften der Kanäle
die mikrostrukturierte Fläche
von dem Klebstoff grundsätzlich
nicht wahrnehmbar für
das menschliche Auge, wenn sie nach dem Auftragen von der freiliegenden
Fläche
von dem Gegenstand aus betrachtet werden.
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In
einem Aspekt definieren die Kanäle
ein spezifisches Volumen pro beliebige vorgegebene Fläche der mikrostrukturierten
Fläche
des Klebstoffes. Das Minimalvolumen je Einheit der Fläche des
Klebstoffes gewährleistet
einen angemessenen Ausgang an der Fläche von dem Substrat und dem
Klebstoff. Vorzugsweise definieren die Kanäle ein Volumen von mindestens
1 × 103 μm3 je Kreisfläche von 500 μm Durchmesser
in einer zweidimensionalen Ebene des Klebstoffes. Am meisten bevorzugt
wird es, dass die Kanäle
ein Volumen in dem Bereich von über
1,0 × 103 μm3 bis etwa 1 × 10 μm3 auf
jeder Kreisfläche
von 500 μm
Durchmesser definieren. Mit "jede" ist gemeint, dass
im Wesentlichen jede einzelne Kreisfläche von 500 μm Durchmesser
des gesamten Flächeninhalts
Kanäle
aufweist, die das soeben beschriebene Volumen aufweisen. Die Abmessungen
der Kanäle
können
unter Bezugnahme auf ein Querschnittsverhältnis beschrieben werden. Das
Querschnittsverhältnis
ist definiert als das Verhältnis
der größten mikroskopischen
Abmessung des Kanals parallel zu der Ebene der durchgehenden Schicht
von Klebstoff zu der größten mikroskopischen
Abmessung des Kanals senkrecht zu der Ebene der durchgehenden Schicht
von Klebstoff. Das Querschnittsverhältnis wird gemessen, indem
die Querschnittsabmessungen des Kanals bei einem Winkel senkrecht
zu der Wand des Kanals genommen werden. In Abhängigkeit von der spezifischen
Art des Kanals kann das Querschnittsverhältnis von etwa 0,1 bis etwa
20 reichen. Ein bevorzugtes Querschnittsverhältnis für einige Ausführungsformen
liegt vorzugsweise bei weniger als etwa 5.
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Alternativ
dazu oder in Kombination mit dem Kanalvolumen je Fläche, weist
der retroreflektierende Gegenstand der Erfindung einen mikrostrukturierten
Klebstoff auf, der ein regelmäßiges Muster
oder Gruppen von Strukturen mit einer spezifischen Form und einer
Größe aufweist.
Diese Strukturen sind in einem Abstand (Durchschnittswert einer
Distanz zwischen ähnlichen
strukturellen Punkten von benachbarten Strukturen) von weniger als
500 μm angeordnet
(z.B. weniger als etwa 475 μm,
weniger als etwa 450 μm,
weniger als etwa 425 μm).
Typischerweise beträgt
der Abstand weniger als etwa 400 μm
(z.B. weniger als etwa 375 μm,
weniger als etwa 350 μm,
weniger als etwa 325 μm).
Noch typischer ist ein Abstand von weniger als etwa 300 μm (z.B. weniger
als etwa 275 μm,
weniger als etwa 250 μm,
weniger als etwa 225 μm).
Dementsprechend können
die Strukturen in mehr als 100 linearen Strukturen pro Inch vorhanden
sein. Bei einem zu großen
Abstand ist eine erhebliche Schichtablösung als Ergebnis der nachträglichen
Bildung von Lufteinschlüssen
weiterhin offensichtlich, insbe sondere unter den Bedingungen, die
in den nachfolgenden Beispielen beschrieben werden. Der Abstand
beträgt
typischerweise mindestens etwa 50 μm.
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Die
Abmessungen und Zwischenräume
der Kanäle
führen
zu der mikrostrukturierten Fläche,
die einen bestimmten Flächeninhalt
relativ zu dem gesamten Flächeninhalt
an der Verbindung mit dem Zielsubstrat aufweist. Der prozentuale
Anteil des Flächeninhalts
an der Verbindung mit dem Zielsubstrat bei dem Auftragen relativ
zu dem gesamten Flächeninhalt
reicht von etwa 35% bis etwa 99%. Der prozentuale Anteil kann von etwa
50% bis etwa 98% reichen. Des Weiteren kann der prozentuale Anteil
von etwa 60% bis etwa 97% reichen. In einigen Ausführungsformen
kann der prozentuale Anteil von etwa 70% bis etwa 96% reichen. Typischerweise
reicht der prozentuale Anteil von etwa 85% bis etwa 95%, um einen
angemessenen Flüssigkeitsausgang
bereitzustellen, ohne die Haftung an das Substrat nachteilig zu
beeinflussen. Die Flächen
der prozentualen Anteile der miteinander verbundenen Kanäle zu dem
gesamten Flächeninhalt
ist die übrige
Summe.
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Die
Strukturen können
entweder in einer Zufallsanordnung oder in regelmäßigen Mustern
vorhanden sein. Individuelle Strukturen definieren zumindest teilweise
einen Abschnitt eines Kanals in dem Klebstoff. Ausgewählte Muster
könnten
geradlinige Muster, polare Muster und andere herkömmliche
regelmäßige Muster
beinhalten. Mehrere Strukturen verbinden sich, um durchgehende Kanäle auf der
Fläche
des Klebstoffes zu bilden. Die Form der Kanäle kann gemäß der Verarbeitungsverfahren
weitgehend variieren, aber jeder hat vorzugsweise einen V-förmigen,
U-förmigen,
rechtwinkligen oder trapezför migen
Querschnitt bei der Betrachtung in Querrichtung. Die Form der Strukturen
kann ebenfalls variieren. Beispiele von Strukturformen beinhalten, sind
jedoch nicht beschränkt
auf jene, ausgewählt
aus der Gruppe, die aus Halbkugeln, Prismen (beispielsweise quadratische
Prismen, rechteckige Prismen, zylindrische Prismen und andere ähnliche
polygonale Bestandteile), Pyramiden oder Ellipsoiden besteht. Kombinationen
der verschiedenen Strukturformen können verwendet werden. Die
bevorzugten Formen beinhalten jene ausgewählten aus der Gruppe, die aus
Halbkugeln, Prismen und Pyramiden besteht.
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Jede
individuelle Struktur hat typischerweise eine Höhe von mehr als etwa 3 Mikrometer,
aber weniger als die Gesamtdicke der Haftschicht, und vorzugsweise
etwa 3 Mikrometer bis etwa 50 Mikrometer. Zusätzlich können einige der Strukturen
abgeschnitten sein, um eine Fläche
für zusätzliche
Strukturen bereitzustellen, zum Beispiel um die Kontaktfläche der
Klebstoffe zu vergrößern.
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Doppelt
gestaltete Strukturen können
ebenfalls für
die Verwendung in dem vorliegenden erfinderischen Gegenstand geeignet
sein. Zusätzlich
können
verschiedene Anordnungen von Formen mit Grundstrukturen kombiniert
werden, um die wünschenswerten
Anordnungseigenschaften für
die vorliegende Erfindung zu erzielen.
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Die
Dicke des Klebstoffes hängt
von mehreren Faktoren ab, einschließlich zum Beispiel der Klebstoffzusammensetzung,
der Art der Strukturen, die verwendet werden, um die mikrostrukturierte
Fläche
zu bilden, der Art des Substrats und der Dicke des Films. Der Fachmann
ist in der Lage, die Dicke einzustellen, um bestimmte Anwendungsfaktoren
anzuwählen.
Im Allgemeinen ist die Dicke der Haftschicht größer als die Höhe der Strukturen.
Vorzugsweise liegt die Dicke der Haftschicht in dem Bereich von
etwa 25 bis etwa 125 μm.
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Die
Verwendung von einer Abziehfolie oder einem Träger ist ein Verfahren, das
für die
Bildung des mikrostrukturierten Klebstoffes geeignet ist. Die Abziehfolie
kann vorteilhafterweise aus verschiedenen Materialien bestehen,
zum Beispiel, jedoch nicht darauf beschränkt, aus Polyethylen, Polypropylen,
Polyester, Zelluloseacetat, Polyvinylchlorid und Polyvinylidenfluorid
sowie aus Papier oder anderen Substraten, die mit solchen Kunststoffen
beschichtet oder laminiert sind. Diese prägbaren beschichteten Papiere
oder thermoplastischen Filme werden häufig silikonisiert oder anderweitig
behandelt, um verbesserte Abziehmerkmale zu verleihen. Die Dicke
der Abziehfolie kann gemäß der gewünschten
Wirkung weitgehend variieren. Des Weiteren ist es möglich, der
Abziehfolie Strukturen zu verleihen, indem verschiedene Techniken
verwendet werden, wie diejenigen, die in der
U.S.-Patentschrift Nr. 5,650,215 (Mazurek)
offengelegt werden, die unter Bezug darauf in vollem Umfang hier
einbezogen wird.
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Strukturierte
und mikrostrukturierte Klebstoffe sind allgemein bekannt, zum Beispiel
aus den
U.S.-Patentschriften
Nr. 6,197,397 (Sher),
WO
00/22059 (Hidetoshi), und
WO
00/69985 (Mikami). Der mikrostrukturierte Klebstoff wird
vorzugsweise hergestellt, indem die mikrostrukturierte Fläche mit
Verfahren, die in der Technik herkömmlicherweise anerkannt sind,
auf eine Haftschicht aufgetragen wird. Die besonderen Merkmale werden
vermittelt, indem der Klebstoff direkt durch Verwendung von Abformwerkzeugen
geprägt
wird, oder der Klebstoff auf eine Schutzfolie oder einen Träger aufgetragen
wird, die/der zuvor mit den erfinderischen Merkmalen geprägt wurde.
Solche Verfahren und Methoden werden in der
U.S.-Patentschrift Nr. 5,650,215 ,
die zuvor als Verweis einbezogen wurde, vollständig beschrieben. Die Topographie
des Prägewerkzeugs/der
Prägewerkzeuge
weist typischerweise die gleiche Topographie auf wie der mikroreplizierte
Klebstoff, wobei die Schutzfolie eine inverse Topographie aufweist,
um das Profil des Werkzeugs/der Werkzeuge auf der Haftfläche zu replizieren.
Alternativ dazu kann ein inverses Prägewerkzeug verwendet werden,
um direkt die Mikrostrukturen auf die Haftfläche aufzutragen. Der mikrostrukturierte
Klebstoff kann ebenso durch andere Mittel hergestellt werden.
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Verwendbare
Klebstoffe weisen jene auf, die in der Lage sind, mikrostrukturierte
Bestandteile auf einer freiliegenden Fläche zu bewahren, beispielsweise
nachdem sie mit einem mikrostrukturierten Abformwerkzeug, einem
Träger
oder einer Schutzfolie geprägt
wurden, oder nachdem sie auf ein mikrostrukturiertes Abformwerkzeug,
einen Träger
oder eine Schutzfolie aufgetragen wurden, von der sie nachträglich entfernt
werden. Vorzugsweise ist der Klebstoff ein Haftkleber, d.h. der
Klebstoff ist bei Raumtemperatur derart klebrig, dass eine Klebeverbindung
gebildet werden kann. Alternativ dazu können andere Nicht-Haftkleber-Zusammensetzungen
eingesetzt werden. Ein geeigneter Hitze-aktivierungsfähiger Klebstoff
ist ein Acrylklebstoff, der 80 Anteile Isooctylacrylat und 20 Anteile
Acrylsäure
aufweist.
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Die
mikrostrukturierten Klebstoffe sind in der Lage, ihre mikrostrukturierten
Flächen über einen
Zeitraum zu erhalten, der ausreicht, um Entgasung zu ermöglichen.
Ein Durchschnittsfachmann kann einen kriechfesten Klebstoff auswählen oder
formulieren, beispielsweise durch Einstellen des Ausmaßes der
chemischen und/oder physikalischen Vernetzungsdichte und/oder durch
den Einschluss von Füllstoff.
Der jeweilige Haftkleber, der für
eine vorgegebene Anwendung ausgewählt ist, hängt von dem bestimmungsgemäßen Gebrauch der
retroreflektierenden Folie ab.
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Viele
Haftkleber sind geeignet für
die Erfindung. Klassen von Haftkleber beinhalten Acryle, klebrig
gemachten Gummi, klebrig gemachten synthetischen Gummi, Ethylenvinylacetat,
Silikon und dergleichen. Da retroreflektierende Gegenstände typischerweise
so konstruiert sind, dass sie über
Beständigkeit
im Freien verfügen,
werden acrylbasierte Klebstoffe bevorzugt. Des Weiteren weisen einige
acrylbasierte Klebstoffe ebenfalls Fließeigenschaften auf, die durch
die Kanäle
beeinflussbar sind, die über
einen ausreichenden Zeitraum offen bleiben, um die Entgasung zu
ermöglichen.
Geeignete Acrylklebstoffe werden zum Beispiel in den
U.S.-Patentschriften Nr. 3,239,478 ,
3,935,338 ,
5,169,727 , RE 24,906,
4,952,650 und
4,181,752 und insbesondere in der
U.S.-Patentschrift Nr. 5,257,491 offengelegt.
Eine bevorzugte Klasse von Haftklebern ist das Reaktionsprodukt
von mindestens einem Alkylacrylat mit mindestens einem verstärkenden
Co-Monomer. Geeignete Alkylacrylate sind diejenigen, die eine Homopolymer-Glasübergangstemperatur
unter etwa –10°C aufweisen,
und beinhalten zum Beispiel n-Butylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat,
Isooctylacrylat, Isononylacrylat, Octade cylacrylat und dergleichen.
Geeignete verstärkende
Monomere sind diejenigen, die eine Homopolymer-Glasübergangstemperatur über etwa
20°C aufweisen,
und beinhalten zum Beispiel Acrylsäure, Itakonsäure, Isobornylacrylat,
N,N-Dimethylacrylamid, N-Vinylcaprolactam, N-Vinylpyrrolidon und
dergleichen.
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Die
Klebstoffe können
Polymere sein, die in Lösemittel
oder Wasser dispergiert und auf eine Abziehfolie aufgetragen und
getrocknet werden, und wahlweise vernetzt werden. Wenn eine lösemittelbasierte
oder wasserbasierte Haftkleberzusammensetzung verwendet wird, dann
muss die Haftschicht einen Trocknungsschritt durchmachen, um die
gesamte oder den Großteil
der Trägerflüssigkeit
zu entfernen. Zusätzliche
Beschichtungsschritte können
notwendig sein, um eine ebene Fläche
zu erzielen. Die Klebstoffe können
ebenfalls als Heißschmelzkleber
auf die Schutzfolie oder den mikrostrukturierten Träger aufgetragen
werden. Zusätzlich
können
monomere Vorkleber-Zusammensetzungen auf die Schutzfolie aufgetragen
und mit einer Energiequelle wie Wärme, W-Strahlung oder Elektronenstrahlung
polymerisiert werden.
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Der
Haftkleber kann wahlweise einen oder mehrere Zusatzstoffe enthalten.
In Abhängigkeit
von dem Verfahren der Polymerisation, dem Beschichtungsverfahren,
der Endnutzung usw., können
Zusatzstoffe aus der Gruppe verwendet werden, die aus Initiatoren,
Füllstoffen,
Weichmachern, Fixierklebern, Kettenübertragungsreagenzien, faserigen
Verstärkungs-Reagenzien,
Geweben und Faserstoffen, schaumbildenden Treibmitteln, Antioxidationsmitteln,
Stabilisatoren, Feuerschutzmitteln, viskositätsverbessernden Reagenzien,
Färbemitteln
und Gemischen davon besteht.
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Die
retroreflektierende Kernfolie ist im Allgemeinen ein nachgiebiger
Film und besteht aus einem oder mehreren Kunststoffmaterialien,
die konventionell vom Fachmann verwendet werden. Die Dicke des retroreflektierenden
Kernbogens (d.h. der mikrostrukturierten Schicht) kann weitgehend
variieren, beträgt
aber normalerweise weniger als etwa 400 μm oder weniger, und reicht vorzugsweise
von etwa 25 μm
bis etwa 100 μm.
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Eine
Vielzahl von retroreflektierenden Kernbögen kann verwendet werden.
Solche Kernbögen
können allein
retroreflektierend sein, vor dem Auftragen des Decklacks, der hier
beschrieben wird, oder können
die Retroreflektion nur bereitstellen, nachdem sie mit solch einem
Decklack kombiniert wurden. Der retroreflektierende Kern ist typischerweise
eine vorgeformte Folie. Die zwei gebräuchlichsten Arten von retroreflektierender Folie
sind Mikrosphären-basierte
Folie und Cube-Cornerbasierte Folie.
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Mikrosphären-basierte
Folie, manchmal als "Glasperlenfolie" bezeichnet, ist
auf dem Fachgebiet wohl bekannt und enthält eine Vielzahl von Mikrosphären, die
typischerweise zumindest teilweise in einer Bindeschicht eingebettet
sind, und dazugehörige
spiegelnde und diffuse, reflektierende Materialien (beispielsweise Metalldampf
oder Sputterbeschichtungen, Metallplättchen oder Pigmentpartikel).
Anschauliche Beispiele für Mikrosphären-basierte
Folie werden in den
U.S.-Patentschriften
Nr. 4,025,159 (McGrath),
4,983.436 (Bailey),
5,064,272 (Bailey),
5,066,098 (Kult),
5,069,964 (Tolliver) und
5,262,225 (Wilson) offengelegt.
Für Ausführungsformen,
die Mikrosphären-basierte
Folie verwenden, wird das spiegelnde, reflektierende Material typischer weise
vor dem Auftragen des mikrostrukturierten Klebstoffes mit einer
Schutzbeschichtung bedeckt.
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Cube-Corner-Folie,
manchmal auch als prismatische, mikroprismatische, Tripelspiegel-
oder Totalreflexions-Folie
bezeichnet, enthält
typischerweise eine Vielzahl von Cube-Corner-Elementen, um das einfallende
Licht zu retroreflektieren. Cube-Corner-Retroreflektoren enthalten
typischerweise einen Bogen, der eine im Allgemeinen ebene Frontfläche und
eine Anordnung von Cube-Corner-Elementen
aufweist, die aus der Rückfläche herausragen.
Cube-Corner-reflektierende Elemente enthalten im Allgemeinen dreiseitige
Strukturen, die drei annähernd
senkrecht zueinander gelagerte Seitenflächen aufweisen, die sich in
einer einzigen Ecke treffen, d.h. einer "Cube Corner". Bei der Verwendung wird der Retroreflektor
so angeordnet, dass seine Frontfläche im Allgemeinen in Richtung
der voraussichtlichen Position von vorgesehenen Betrachtern und
der Lichtquelle gerichtet ist. Licht, das auf der Frontfläche einfällt, dringt
in den Bogen ein und passiert den Körper des Bogens, um von jeder
der drei Flächen
der Elemente reflektiert zu werden, um so die Frontfläche in einer
Richtung zu verlassen, die im Wesentlichen auf die Lichtquelle gerichtet
ist. In dem Fall der Totalreflexion muss die Luftgrenzfläche frei
von Schmutz, Wasser und Klebstoff bleiben, und sie ist daher von
einem Versiegelungsfilm eingeschlossen. Alternativ dazu können reflektierende
Beschichtungen auf der Rückseite
der Seitenflächen aufgetragen
werden. Polymere für
Cube-Corner-Folie sind Poly(carbonat), Poly(methylmethacrylat),
Poly(ethylenterephthalat), aliphatische Polyurethane sowie Ethylen-Copolymere und Ionomere
davon. Cube-Corner-Folie kann durch direktes Auftragen auf einen
Film hergestellt werden, wie es in der
U.S.-Patentschrift Nr. 5,691,846 (Benson,
Jr.) beschrieben wird. Polymere für strahlungsgehärtete Cube-Corners
enthalten vernetzte Acrylate, beispielsweise multifunktionale Acrylate
oder Epoxide und acrylierte Urethane, die mit mono- und multifunktionalen
Monomeren gemischt wurden. Des Weiteren können Cube-Corners, wie die
zuvor beschriebenen, auf plastifizierte Polyvinylchlorid-Filme für flexibler
gegossene Cube-Corner-Folie aufgetragen werden. Diese Polymere werden
häufig
aus einem oder mehreren Gründen
verwendet, einschließlich
der Wärmebeständigkeit,
der Umweltbeständigkeit,
der Klarheit, der ausgezeichneten Ablösung von den Werkzeugen oder der
Form und der Fähigkeit,
eine reflektierende Beschichtung zu erhalten.
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Typischerweise
verwendet Cube-Corner-Folie eine Decklackschicht, die der darunter
liegenden Cube-Corner-Schicht
Schutz bietet und andere Funktionsweisen hinzufügen kann, beispielsweise verbesserte Tintenaufnahmefähigkeit,
Schmutzresistenz, Flexibilität
oder Festigkeit, Färbung
usw. Decklacke der Erfindung können
direkt auf die Cube-Corner-Folie aufgetragen werden oder abwechselnd
vorgeformt und Hammerschlagbeschichtet werden, entweder während der
Herstellung der Cube-Corner-Schicht
oder in einem anschließenden
Arbeitsgang. Wenn relativ dicke, starke Polycarbonatschichten für die Cube-Corner-Folie
verwendet werden, weist der Decklack einen minimalen Beitrag zu
den physikalischen Eigenschaften der Folie auf und die Polymerauswahl
kann auf der Grundlage der Haftung an das Polycarbonat, der Schmutzresistenz, der
Resistenz gegenüber
Flächendruck
usw. vorgenommen werden.
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In
Ausführungsformen,
in denen die Folie wahrscheinlich Feuchtigkeit ausgesetzt ist, werden
die Cube-Cornerretroreflektierenden Elemente vorzugsweise mit einem
Versiegelungsfilm eingekapselt, oder die Würfel können spiegelnd reflektierend
beschichtet und aufgefüllt
sein, um die Würfelschicht
vollständig
in wasserbeständigem
Polymer einzubetten. In Fällen,
in denen Cube-Corner-Folie
als die retroreflektierende Schicht verwendet wird, kann eine Stützschicht
zu dem Zweck vorhanden sein, den Gegenstand lichtundurchlässig zu machen,
seine Kratz- und Dellenfestigkeit zu verbessern und/oder die Blockneigungen
des Versiegelungsfilms zu beseitigen. Anschauliche Beispiele für Cube-Cornerbasierte
retroreflektierende Folie werden in den
U.S.-Patentschriften
Nr. 4,588,258 (Hoopman),
4,775,219 (Appledorn
et al.),
4,895,428 (Nelson),
5,138,488 (Szczech),
5,387,458 (Pavelka),
5,450,235 (Smith),
5,605,761 (Burns),
5,614,286 (Bacon Jr.) und
5,691,846 (Benson, Jr.)
offengelegt.
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Der
retroreflektierende Gegenstand weist typischerweise eine retroreflektierte
Helligkeit von mindestens 50 Candela pro Lux (d.h. Lumen/m
2) auf, bei Messung bei 0,2° Betrachtungswinkel
und –4° Eintrittswinkel und
dem Retroluminometer, das in der
U.S.-Defensivveröffentlichung
T987,003 beschrieben wird. Für Cube-Corner-Folie liegt der
Koeffizient der Retroreflektion vorzugsweise bei mindestens etwa
200 Candela pro Lux für
fluoreszierendes Orange und bei mindestens etwa 550 Candela pro
Lux für
Weiß.
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Die
retroreflektierende Folie kann für
eine Vielzahl von Verwendungsmöglichkeiten
eingesetzt werden, beispielsweise Verkehrsschilder, Nummernschilder,
persön liche
Sicherheit, Fahrzeugdekoration und kommerzielle Grafiken wie retroreflektierende
Werbeanzeigen, Ganzreklame auf Bussen usw.
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Der
retroreflektierende Gegenstand kann auf eine Vielzahl von Zielsubstraten
aufgebracht werden. Es ist wichtig, einen spezifischen Haftkleber
auf ein Substrat abzustimmen, um das gewünschte Haftungsniveau zu erreichen.
Beispiele für
geeignete Substrate sind Glas, Metall, Kunststoff, Holz und keramische
Substrate, sowie gestrichene Flächen
dieser Substrate. Repräsentative
Kunststoffsubstrate sind Polyvinylchlorid, Ethylen-Propylen-Dien-Monomer-Gummi,
Polyurethane, Polymethylmethacrylat, technische Thermoplaste (z.B. Polyphenylenoxid,
Polyetherketon, Polycarbonat) und thermoplastische Elastomere. Kunststoffsubstrate,
und insbesondere Polycarbonat, neigen besonders zur Entgasung. Diese
Substrate sind im Allgemeinen glatte Substrate, die den Bedarf an
einem Gegenstand mit Flüssigkeits-
und Gasaustritt hervorheben.
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Die
Auftragung des Gegenstandes erfordert die Positionierung des Gegenstandes über dem
Substrat. Die mikrostrukturierte Fläche der vorliegenden Erfindung
ermöglicht
die Bewegung des Klebstoff-beschichteten Gegenstandes über die
Fläche
des Substrats, bis Druck angewandt wird, um den Haftkontakt und
den Benetzungsgrad des Klebstoffes auf der Fläche des Substrats zu ermöglichen.
Das angemessene Druckniveau und der resultierende Benetzungsgrad
wird eine Verbindung zwischen dem Klebstoff und dem Substrat herstellen,
ohne die Kanäle
zusammenbrechen zu lassen.
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Bei
kraftvollem Auftragen des Gegenstandes erlauben es die Kanäle jeder
eingeschlossenen Flüssigkeit,
am Rand des Gegenstandes auszuströmen, wodurch Luftbläschen verhindert
werden. Die retroreflektierenden Foliengegenstände der vorliegenden Erfindung
sind häufig
derart ausreichend haltbar, dass die Gegenstände in der Lage sind, mindestens
ein Jahr und noch typischer mindestens drei Jahre Verwitterung standzuhalten.
Dies kann mit der ASTM D4956-99 Standardspezifikation von Retroreflektierender
Folie für
die Verkehrskontrolle bestimmt werden, welche die anwendungsabhängigen minimalen
Leistungsanforderungen von verschiedenen Arten von retroreflektierender
Folie beschreibt, sowohl anfänglich
als auch nach beschleunigter Verwitterung im Freien. Anfänglich erfüllt oder übertrifft
das reflektierende Substrat den Minimalkoeffizienten der Retroreflektion.
Für Typ
I weiße
Folien ("Engineering
Grade") beträgt der Minimalkoeffizient
der Retroreflektion 70 cd/fc/ft2 bei einem
Betrachtungswinkel von 0,2° und
einem Eintrittswinkel von –4°, wogegen
für Typ III
weiße
Folien ("High Intensity") der Minimalkoeffizient
der Retroreflektion 250 cd/fc/ft2 bei einem
Betrachtungswinkel von 0,2° und
einem Eintrittswinkel von –4° beträgt. Zusätzlich werden
minimale Spezifikationen für Zusammenschrumpfen,
Flexibilitätshaftung,
Stoßfestigkeit
und Glanz typischerweise erfüllt.
Nach der beschleunigten Verwitterung im Freien für 12, 24 oder 36 Monate, in
Abhängigkeit
von der Folienart und -anwendung, zeigt die retroreflektierende
Folie typischerweise keine(n) nennenswerte(n) Rissbildung, Abschuppung, Lochfraß, Blasenbildung,
Randabhebung oder- kräuselung
oder mehr als 0,8 Millimeter Schrumpfung oder Ausweitung nach dem
spezifizierten Testzeitraum. Des Weiteren weisen die verwitterten
retroreflektierenden Gegenstände
typischerweise mindestens den Minimal koeffizienten der Retroreflektion
und Farbechtheit auf. Retroreflektierende Folie vom Typ I "Engineering Grade", gedacht für dauerhafte
Schilderanwendungen, bewahrt zum Beispiel mindestens 50% des anfänglichen
Minimalkoeffizienten der Retroreflektion nach 24 Monaten der Verwitterung
im Freien, und retroreflektierende Folie vom Typ III "High Intensity", gedacht für dauerhafte
Schilderanwendungen, bewahrt mindestens 80% des anfänglichen
Minimalkoeffizienten der Retroreflektion nach 36 Monaten der Verwitterung
im Freien, um die Spezifikationen zu erfüllen. Die Werte des Koeffizienten der
Retroreflektion, sowohl anfänglich
als auch nach der Verwitterung im Freien, sind typischerweise etwa
50% niedriger auf mit Darstellungen versehenen retroreflektierenden
Substraten.
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Die
Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden weiterhin durch die folgenden
Angaben als weitere Bedingungen und Details veranschaulicht, sie
sollten jedoch nicht als die Erfindung unberechtigt einschränkend verstanden
werden. Alle hier angegebenen prozentualen Anteile und Verhältnisse
beziehen sich auf das Gewicht, sofern nichts anderes angegeben wurde.
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Beispiele
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Eine
mikrostrukturierte Schutzfolie wurde unter Verwendung einer Prägetechnik
in der Art und Weise hergestellt, wie sie in Beispiel 3 von
WO 00/69985 beschrieben
wird. Dementsprechend hatten die Kanäle eine obere Breite ("W1") von 20 μm, eine untere
Breite ("W2") von 3 μm und eine
Tiefe von 13 μm
und einen Abstand von 197 μm.
Des Weiteren betrug das durchschnittliche Volumen jedes kreisförmigen Durchmessers
von 500 μm
etwa 2,85 × 10
5 μm
3 Ein Klebstoff, der 93 Anteile Isooctylacrylat
und 7 Anteile Acrylsäure-Kleber
aufweist, wurde so hergestellt, wie es in der
U.S.-Patentschrift Nr. 5,257,491 beschrieben
wurde. Der Klebstoff wurde als Heißschmelz-Klebstoff bei einer Temperatur von 175°C direkt
auf die mikrostrukturierte Schutzfolie bei einer Dicke, die in der
folgenden Tabelle I angegeben ist, unter Verwendung eines „Rotarg
Rod Die"-Beschichtungsverfahrens
aufgetragen, und mit Hilfe eines Elektronenstrahls mit der Dosierung,
die in der folgenden Tabelle I angegeben ist, vernetzt und bei einem
Druck von 80 psi (5,52 bar) direkt auf die retroreflektierende Folie
laminiert, die von 3M Company, St. Paul, MN (USA) unter der Handelsbezeichnung "3M Retroreflective
Sheeting 3990T" handelsüblich erhältlich ist.
Zwei Vergleichsbeispiele wurden ebenfalls unter Verwendung des gleichen
Klebstoffes durchgeführt.
Für die
Vergleichsbeispiele A1 und A2 wurde eine unstrukturierte Schutzfolie
verwendet. Für
das Vergleichsbeispiel B wurde eine mikrostrukturierte Schutzfolie
verwendet, die einen Abstand von 1,27 mm, eine Kanalbreite von 90
Mikrometer und eine Kanalhöhe
von 23 Mikrometer aufwies. Das Volumen der Kanäle von dem Vergleichsbeispiel
B ist unbestimmt, da einige Kreisflächen von 500 μm Durchmesser
keinen Kanal aufweisen.
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Unter
einem Lichtmikroskop wurde bestätigt,
dass der Klebstoff seine Kanäle
nach der Laminierung auf die retroreflektierende Folie bewahrt hat.
Die Proben mit der mit Klebstoff-beschichteten retroreflektierenden
Folie und die Schutzfolie wurden in 6- × 12-Inch Blätter geschnitten.
Die Schutzfolie wurde entfernt, und die mit Klebstoff beschichtete
retroreflektierende Folie wurde dann auf Testplatten aus Polycarbonat laminiert, unter
Verwendung eines Applikators mit einem Druck von 40 psi (2,75 bar),
der unter der Handelsbezeichnung "Lexan" von GE Polymershapes, Seattle, WA (USA)
handelsüblich
erhältlich
ist. Wie in der folgenden Tabelle I dargelegt, wurden sowohl gelagerte
als auch nicht-gelagerte Testplatten aus Polycarbonat getestet.
Die gelagerten Testplatten aus Polycarbonat wurden bei 121°C (250°F) für 24 Std.
im Ofen getrocknet, und die Folie wurde innerhalb von 2 Stunden
der Abkühlung
auf Umgebungstemperatur aufgetragen.
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Der
retroreflektierende Gegenstand, der die retroreflektierende Kernfolie
aufweist, die auf das Substrat (d.h. die Testplatte aus Polycarbonat)
geklebt wurde, wurde bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 95%
und in Zyklen zwischen etwa 2°C
(35°F) und
71°C (160°F) in 4-Stunden-Intervallen
für 7 Tage
gelagert. Für
jeden Zyklus stabilisierte sich die Temperatur innerhalb einer Stunde
und blieb bei dieser Temperatur für die restlichen 3 Stunden.
Nach dem Testen wurde der Gegenstand auf Schichtablösung untersucht,
d.h. auf die Bildung von Luftbläschen
zwischen der Testplatte aus Polycarbonat und der Betrachtungsfläche der
Folie. Jede Luftblase wurde mit einem Marker gekennzeichnet, und
der gesamte Flächeninhalt
der gekennzeichneten Bereiche wurde geschätzt. Die Ergebnisse werden
in Tabelle I wie folgt dargestellt: Tabelle
| Dosis
(Mrad ) | Klebstoff
-dicke (Korngew. | Polycarbonat-Substrat | Prozent
Schichtablösung
(Durchschnitt von 2 |
Vergleich
A1 | 2,5 | 27 | Nicht-gelagert | 80–85 |
Beispiel
1 | 2,5 | 27 | Nicht-gelagert | 0–1 |
Beispiel
2 | 4,5 | 27 | Nicht-gelagert | 8–10 |
Beispiel
3 | 4,5 | 13 | Nicht-gelagert | 0 |
Vergleich
A2 | 2,5 | 27 | Gelagert | 17–21 |
Beispiel
4 | 2,5 | 27 | Gelagert | 8–10 |
Beispiel
5 | 4,5 | 27 | Gelagert | 0–2 |
Beispiel
6 | 4,5 | 13 | Gelagert | 0–1 |
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Alle
sechs Beispiele führten
zu weniger als etwa 10% Schichtablösung, nachdem sie einer hohen
Luftfeuchtigkeit und erhöhten
Temperaturen ausgesetzt wurden. Die Vergleichsbeispiele A1 und A2,
die eine unstrukturierte Schutzfolie verwendeten, wiesen erheblich
höhere
Mengen von Schichtablösung
auf als die Beispiele 1–3
bzw. die Beispiele 4–6,
die dem gleichen Grad der Vernetzung unterlagen. Nach dem Lagern
wurden die Beispiele unter einem Mikroskop untersucht. Die Kanäle wurden
nach wie vor offen aufgefunden.
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Das
Vergleichsbeispiel B wies mehr als 50% Schichtablösung von
der Folie während
des Lagerns auf.