und Verfahren zu deren Herstellung und Verfahren zu deren Auftrag

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Leuchtfarbe für den Außeneinsatz gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zu deren Herstellung und ein Verfahren zu deren Auftrag im Außenbereich.

Straßen Wege und Plätze werden zur Verbesserung der Sichtbarkeit und zur Orientierung mit Leuchtfarben versehen, die auch als Nachtleuchtfarben bezeichnet werden können, und die nach vorheriger Lichteinstrahlung über eine gewisse Zeitdauer Licht wieder abstrahlen können. Dazu weisen Leuchtfarben Leuchtstoff z.B. in Form von Pigmenten auf. Der Leuchtstoff speichert Anregungsenergie in Form von kurzwelligem einfallendem Licht (z.B. Tageslicht oder auch nachts z.B. von Fahrzeugscheinwerfern) und gibt Licht zeitverzögert wieder ab (Phosphoreszenz).

Leuchtfarben für den Außeneinsatz haben als Leuchtstoff gemäß dem Stand der Technik oft Zinksulfit und als Dotierung z.B. Kupfer (ZnSCu).

Weiterhin ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Abriebfestigkeit und die Rutschfestigkeit derartiger Leuchtfarben insbesondere bei einer Verwendung am Boden mittels Quarzsand zu erhöhen.

Nachteilig an den Leuchtfarben des Standes der Technik sind die begrenzte

Leuchtdichte und die begrenzte Nachhaltigkeit bzw. Dauer ihrer Lichtabgabe.

Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Leuchtfarbe für den Außeneinsatz zu schaffen, deren Leuchtdichte erhöht und/oder deren Nachhaltigkeit bzw. Dauer der Lichtabgabe verlängert ist. Außerdem soll die Verträglichkeit für Menschen und Umwelt verbessert sein. Ergänzend sollen ein Verfahren zur Herstellung und ein

Verfahren zum Auftrag derartiger Leuchtfarben geschaffen werden. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Leuchtfarbe für den Außeneinsatz mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren zu deren Herstellung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 und durch ein Verfahren zu deren Auftrag mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12.

Die beanspruchte Leuchtfarbe ist für den Außeneinsatz ausgelegt und eignet sich zum Auftrag auf eine Bodenfläche im Freien, wie Straßen, Radwege, Fußwege, Plätze, Landebahnen und Rollfelder oder auch für Fassaden oder Begrenzungen, z.B. Poller. Weiterhin eignet sich die Leuchtfarbe auch zum Auftrag auf ein Trägermaterial, das im Freien verklebt wird. Das Trägermaterial kann insbesondere ein Folienstreifen sein, der z.B. bei Baustellen temporär auf die Straße geklebt wird. Die Leuchtfarbe hat einen phosphoreszierenden Leuchtstoff. Erfindungsgemäß ist der Leuchtstoff Strontium- Aluminat. Es hat sich gezeigt, dass damit die Leuchtdichte erhöht und/oder die Nachhaltigkeit bzw. Dauer der Lichtabgabe verlängert ist. Außerdem ist der erfindungsgemäße Leuchtstoff von Sensoren für Spurhalteassistenten oder für führerlose Fahrzeuge erkennbar. Die erfindungsgemäße Leuchtfarbe wird als wässrige Dispersion angesetzt, womit die Leuchtfarbe umweit- und gesundheitsschonend ist. Im Gegensatz zu den organischen Lösemitteln (VOC) kann somit auf aufwendige Abzugseinrichtungen und Lösemittelrückgewinnungsanlagen bei der Herstellung verzichtet werden. Für die Arbeiter wird durch die Abstinenz von organischen Lösemitteln eine erhöhte Arbeitssicherheit gewährleistet, insbesondere beim Gesundheits- und Brandschutz. So z.B. können beim Aufragen bzw. Aufbringen der Leuchtfarbe Atemschutzmasken entfallen. Vorzugsweise hat das Lösemittel Wasser einen Anteil von 25-70%, ganz besonders bevorzugt 30-50%.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen

Patentansprüchen beschrieben.

Da insbesondere der Leuchtstoff aber auch andere Basisinhaltsstoffe der erfindungsgemäßen Leuchtfarbe in der Regel feine Feststoffpartikel sind, muss verhindert werden, dass diese sich mit der Zeit am Boden absetzten und es dort zu Klumpenbildung kommt. Diese„Vorverfilmung" (Koagulation) z.B. der Polymere ist irreversibel und macht die Leuchtfarbe unbrauchbar. Deswegen werden die Feststoffpartikel, insbesondere der Leuchtstoff, mit Hilfe von Dispergiermittel (i.d.R. Tenside) in der Leuchtfarbe in der „Schwebe" gehalten und so eine möglichst lange Lagerstabilität erreicht.

Als Bindemittel der Leuchtfarbe dient vorzugsweise ein Polymer insbesondere Acrylat insbesondere Styrolacrylat z.B. Joncryl. Damit wird ein hoher Härtegrad der Leuchtfarbe erreicht. Damit zeichnet sich die erfindungsgemäße Leuchtfarbe durch besonders gute mechanische Eigenschaften in der Anwendung aus. Aber auch die Beständigkeit des Films der Leuchtfarbe gegenüber äußeren Einflüssen wie etwa UV- Strahlung, Temperatur oder Luftfeuchtigkeit wird durch die Verwendung von Acrylat- polymeren verbessert und führt zu einer hohen Lebensdauer der Leuchtfarbe.

Gemäß dem Stand der Technik werden in Farben oft - neben den Bindemitteln- eine Vielzahl von chemischen Additiven als Hilfsstoffe wie z.B. Stabilisatoren, Antioxidantien, Entschäumer, Nukleierungsmittel und Füllstoffe, verwendet, die aus ökologischer und gesundheitlicher Sicht sehr bedenklich sind .Umwelt- und gesundheitsschonend ist dem gegenüber eine Rezeptur der Leuchtfarbe mit zumindest einem Naturprodukt, das sowohl bei der Herstellung als auch bei der Anwendung für Mensch und Natur völlig unbedenklich ist.

Dabei hat sich als Hilfsadditiv zur Vernetzung unterschiedlicher Polymerebenen und zur Verstärkung der Aushärtung Liebstöckelextrakt als besonders geeignet erwiesen. Damit werden die Vernetzungseigenschaften verbessert und die Trocknung beschleunigt. Dabei handelt es sich um eine chemische Trocknung, bei der durch die Vernetzung der Polymermoleküle das Wasser aus den Zwischenräumen verdrängt wird. Das führt nicht nur zu einer schnellen Trocknung der Farbe, sondern auch zu optimalen mechanischen Eigenschaften des getrockneten Films, insbesondere zu einer höheren Filmfestigkeit und Filmhärte.

Vorzugsweise sind der Leuchtfarbe eine Acrylatlösung und/oder ein Styropor- kleber/Copolymerisat zugesetzt. Beide sind dabei Bindemittel der Leuchtfarbe. Der Einsatz beider Bindemittel eröffnet die Möglichkeit die Eigenschaften der jeweiligen Bindemittel zu kombinieren, um somit die Eigenschaften der wässrigen Dispersion und des Films gezielt zu erweitern und/ oder zu verbessern. Um eine hohe Härte der Leuchtfarbe zu erzielen wird die bereits genannte wässrige Dispersion bevorzugt, die hydrophobe Eigenschaften hat. Diese Dispersion geht eine Verbindung mit der Acrylatlosung und/oder dem Styroporkleber ein. Die Polymermoleküle der Bindemittel haben auf Grund ihrer speziellen Ladung hydrophobe (wassermeidende) Eigenschaften, vertragen sich also nicht mit den Wassermolekülen, bei denen andere Ladungsverhältnisse vorliegen. Das führt zu einer Unverträglichkeit die eine Mischung bzw. Lösung unmöglich macht. Um trotzdem eine Lösung zu realisieren wird

Dispergiermittel eingesetzt, dass zwischen den beiden unverträglichen Phasen

(Wasser/Polymer) vermittelt, so dass sich die Polymermoleküle im Wasser ohne direkten Kontakt zu den Wassermolekülen befinden können. Die Acrylatlosung und der

Styroporkleber, die als Bindemittel eine hohe Härte der Leuchtfarbe ermöglichen, können somit problemlos in einer wässrigen Dispersion eingesetzt werden.

Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist die erfindungsgemäße Leuchtfarbe mit Glaskorund oder mit Glaspartikeln versetzt, oder diese werden nach dem Auftrag bzw. Aufbringen der Leuchtfarbe auf deren Oberfläche aufgebracht. Z.B. bei der

Verwendung auf Straßen oder Landebahnen wird so die Abriebfestigkeit als auch die Retroreflexion signifikant erhöht. Z.B. bei der Verwendung auf Gehwegen und Zebrastreifen wird die Rutschfestigkeit signifikant erhöht. Weiterhin werden durch den Glaskorund oder die Glaspartikeln die Reflexionseigenschaften und damit die Sichtbarkeit verbessert, die Bei einer besonders gut reflektierenden und damit sichtbaren Weiterbindung sind die Glaspartikel Glasperlen.

Um eine Säurefestigkeit zu erreichen, sind die Glaspartikel vorzugsweise

silanisierend.

Um eine Wasserfestigkeit der Pigmente des Leuchtstoffs zu erreichen, kann diesen Isocyanat zugesetzt werden.

Die erfindungsgemäße vorbeschriebene Leuchtfarbe wird also als Außenfarbe verwendet, insbesondere als Fahrbahnmarkierung. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der vorbeschriebenen Leuchtfarbe für den Außeneinsatz wird dessen Leuchtstoff schockgefroren, insbesondere auf etwa -220°C. Damit ergibt sich eine Dotierung der Pigmente. Dabei brechen die Pigmente des Leuchtstoffs auf und die gesamte Oberfläche der vorhandenen Pigmente des Leuchtstoffs vergrößert sich. Außerdem verlieren diese dabei ihre Abrasivität und ihre Dichte wird erhöht.

Bei einer bevorzugten leicht durchführbaren Weiterbildung des Verfahrens erfolgt das Schockgefrieren mit Stickstoff.

Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn dem Stickstoff Helium beigemischt ist oder wird. Insbesondere 12 bis 15 Anteile Helium auf 100 Anteile Stickstoff.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Auftrag bzw. Aufbringen der vorbeschriebenen Leuchtfarbe sieht vor, dass zunächst eine Markierungsfarbe aufgebracht wird, und dann ein Aufstreu mittel mit Glaskorund oder Glaspartikeln aufgebracht insbesondere aufgestreut wird. Damit kann Glaskorund bzw. können Glaspartikel gegenüber der vorherigen Durchmischung eingespart werden, so dass die Leuchtfarbe im Endergebnis kostengünstiger sein kann. Bei einer besonders gut reflektierenden und damit sichtbaren Weiterbindung sind die Glaspartikel Glasperlen.

Weiterhin ist ein Verfahren zum Auftrag bzw. Aufbringen der vorbeschriebenen Leuchtfarbe auf ein Bauteil vorgesehen, wobei das Bauteil in die Leuchtfarbe getaucht wird. Das Bauteil kann ein Poller oder Begrenzungspfahl sein.

Mehrere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Leuchtfarbe werden im Folgenden detailliert beschrieben und ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Leuchtfarbe ist in der Figur 1 dargestellt.

Straßen, Wege und Plätze in Deutschland werden zur Verbesserung der Sicherheit im Straßenverkehr mit einer farblichen Markierung versehen. Diese Markierung besteht im Allgemeinen aus einer Markierungsfarbe, einem Haftvermittler sowie einem die

Lichtreflexion verstärkenden Material, z.B. Quarzsand. Die erfindungsgemäße Leuchtfarbe ist eine sogenannte "wasserbasierte" Straßen- markierungsfarbe. Sie enthält:

Crosslinker, Acrylate, Weißmittel, Leuchtstoff bzw. Leuchtpigment, und als

Lösungsmittel natürliches Wasser. Liebstöckelextrakt bzw. Maggikraut wird als natürliches basisches Netzmittel hinzugegeben und ersetzt andere, gesundheitlich bedenkliche, Stoffe. Andere biogene Zusatzstoffe haben ähnliche Funktionen. Es werden keine organischen Lösungsmittel, wie Alkohol, Hexan, Aceton etc. verwendet.

Ein bevorzugtes Aufstreu mittel besteht aus einer Mischung aus Glaskugeln

(Durchmesser ca. ΘΟΟμιτι) für Reflektivität bzw. Rückstrahlung und aus Glaskorund für Rutsch- bzw. Abriebfestigkeit.

Die Leuchtfarbe ist mit dem Leuchtstoff Strontium-Aluminat, SrAl2O4 versetzt. Es können auch die Glaskugeln Leuchtstoff Strontium-Aluminat, SrAl2O4 versetzt sein. Die Leuchtkraft ist definierbar, d.h. je nach Anforderung kann mehr oder weniger Leuchtstoff zugesetzt werden. Auch bei den pigmentierten Glasperlen ist die Anzahl definierbar.

Die Schichtdicke der erfindungsgemäßen Leuchtfarbe liegt zwischen 300 und 500 μιτι, je nach Auftragsmenge (empfohlen: ca. 0,333 kg/m ² ), so dass das Aufstreu mittel gut und fest in der Leuchtfarbe eingebettet ist.

Die Auftragsmenge eines phosphoreszierenden Aufstreumittels beträgt ca. 250 g/m ² . Bei alleinigem Einsatz der pigmentierten, d.h. phosphoreszierenden Leuchtfarbe ohne Aufstreu mittel beträgt die Auftragsmenge ebenfalls empfohlene 0,333 kg/m ² .

Es müssen keine neuen Maschinen zum Auftrag der erfindungsgemäßen Leuchtfarbe angeschafft werden. Die Markierungsfarbe kann mit Druckluft aufgesprüht werden, die pigmentfreie Markierungsfarbe kann zusätzlich noch im Sprühverfahren aufgetragen werden. Das Aufstreu mittel muss mit Druckluft appliziert werden. Andere Auftragsverfahren sind ebenfalls weiterhin einsetzbar. Das System lässt sich in nur folgenden 2 Schritten applizieren:

- Schritt 1 : Auftrag mittels Sprühverfahren (Luftdruck) in einem Schritt,

- Schritt 2: das Aufstreumittel wird aufgebracht.

Der Stand der Technik benötigt in Summe bis zu 4 Schritte: 1 . Reinigung und Grundierung, 2. Farbauftrag, 3. Deckschichtauftrag und zuletzt 4. Aufbringen des Aufstreumittels.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Leuchtfarbe erfüllt folgende Kriterien:

- Sie ist weiß, bei Kundenanforderung ist eine farbliche Anpassung (insbesondere Verkehrsgelb ca. RAL 1023, Rot ca. RAL 3020, Blau ca. RAL 5017) möglich.

- Sie haftet auf so unterschiedlichen Oberflächen wie Beton, geschlossenem oder grobporigem Asphalt, Holz, PVC, verschiedene Kunststoffe.

- Sie basiert auf Wasser als Lösungsmittel (Vermeidung organischer Lösungsmittel, VOC o.Ä.).

- Der Temperaturbereich, in dem die Leuchtfarbe auf dem Straßenbelag aufgetragen wird, liegt zwischen 5 und 35°C (Temperaturspreizung Frühling 5°C, Sommer 35°C, Herbst 5°C; im Winter können lösungsmittelbasierte Leuchtfarben verwendet werden).

- Sie ist schnell und gut dosierbar aufzutragen (Rolle, Air oder im Sprühverfahren).

- Sie ist lichtecht, wird also nicht durch den Einfluss von Sonnenlicht zerstört.

- Sie ist witterungsbeständig und wird durch Streusalz und Chlorwasser nicht

angegriffen.

- Sie ist schnellstmöglich nach dem Auftragen trocknen (Überrollbarkeit 20 Min.

später). Sie ist grifffest.

- Sie hat eine gute Tages- und Nachtsichtbarkeit, und zwar unter trockenen und

feuchten Umgebungsbedingungen.

- Die Reflexionswerte für die dauerhafte Markierungs- oder Leuchtfarbe betragen: o Nachtsichtbarkeit trocken (Gebrauchszustand): 150 med x m ² / Ix

o Nachtsichtbarkeit feucht (Gebrauchszustand): 35 med x m ² / Ix

o Tagessichtbarkeit: 130 med x m ² / Ix

Verwendet wird das anorganische Pigment Strontiumaluminat als - nach einer Anregung durch Tageslicht oder Scheinwerfer - über einen Zeitraum von bis zu 12 Stunden wahrnehmbar phosphoreszierenden Füllstoff der straßentauglichen Markierungsfarbe oder als integraler Bestandteil des silanisierten Glases (Teil des Aufstreumittels) mit ähnlichen Phosphoreszenz-Eigenschaften wie straßentaugliches Aufstreu mittel.

Die Phosphoreszenz-Eigenschaften der Markierungsfarbe sind über einen weiten Bereich nahezu unabhängig vom Pigmentanteil, wobei jedoch eine bestimmte Menge nicht unterschritten werden darf.

Zu diesem System werden im Folgenden drei mögliche Varianten der Applikation vorgeschlagen:

1 . ) Leuchtfarbe, die den erfindungsgemäßen Leuchtstoff enthält + Auf streu mittel (Glaskorund + silanisiertes Glas)

2. ) Markierungsfarbe + Aufstreu mittel (Glaskorund + silanisiertes Leuchtglas, das den erfindungsgemäßen Leuchtstoff enthält)

3. ) Markierungsfarbe + Deckschicht aus Leuchtfarbe, die den erfindungsgemäßen

Leuchtstoff enthält + Aufstreu mittel (Glaskorund + silanisiertes Glas) Für die Markierungsfarbe ohne Pigmentzusatz werden folgende Inhaltsstoffe eingesetzt:

- Styroporkleber (Bindemittel; mögliche Zusammensetzung: wässrige Dispersion

eines Acrylsäureester-Styrol-Copolymerisates, Kalksteinmehl, Polyacrylat).

- Naturprodukt: Liebstöckelextrakt (Levisticum officinale). Hier können getrocknete oder frische Blätter verwendet werden; der Extrakt wird unterhalb der Siedetemperatur von Wasser hergestellt im Temperaturbereich zwischen 60 und 100°C, bevorzugt zwischen 70 und 90°C; als Extraktionsmittel wird demineralisiertes Wasser eingesetzt. Die Dauer der Extraktion beträgt 3,5 bis 4 Stunden. Die im Liebstöckel enthaltenen Inhaltsstoffe werden während der Extraktion freigesetzt. Das erhaltene Extrakt ist leicht sauer bis basisch, die Basizität ist abhängig von der eingesetzten Liebstöckelmenge. (pH-Bereich von 4,5 bis 10, genauer 5 bis 9). Das Extrakt wird über ein Sieb der Maschenweite 1 μιτι filtriert, um den Feststoffanteil abzutrennen. Die Lösung ist verträglich mit den Puffern Ethanolamin und AMP 90 (2-Amino-2-Methylpropanol 90%) und nicht so gut verträglich mit Ammoniak. Der Styroporkleber wird durch den basischen Zusatz (Liebstöckel-Extrakt) nicht in seiner Funktion als Binder gestört. Der Hilfsstoff ist sehr gut verträglich mit vielen organischen Polysäuren nicht nur mit Acrylsäureestern. Die Extraktion kann beispielsweise mit Hilfe eines Soxhlet-Extraktors durchgeführt werden. Der Extrakt des Liebstöckels dient zur Vernetzung unterschiedlicher Polymerebenen

(Verstärkung der Aushärtung).

- Naturprodukt: Stevia-Extrakt (Stevia rebaudiana). Der Stevia-Extrakt stört nicht die chemischen Prozesse bei der Aushärtung des Films oder der Vernetzung. Er wird zugegeben um eine Konservierung (Schutz vor einem biologischen Abbau des 1 . Naturprodukts) zu gewährleisten.

- Acrylatlösung bestehend aus WorleeCryl 8410 (Basis für Teppichkleber), Liebstöckelextrakt und Ethanolamin; mengenmäßige Zusammensetzung der Lösung auf 100 g: o 30 g WorleeCryl 8410

o 69 g Liebstöckelextrakt

o 1 g Ethanolamin

o 100 g Acrylatlösung

In dieser Lösung das WorleeCryl 8410 vollständig gelöst; es stellt sich ein pH- Wert von ca. 7,3 bis 7,8 ein, normalerweise hat der Kleber einen pH von 9,3. Durch die Zugabe von 1 g Ethanolamin klärt sich die Lösung.

- Polymere, die als Binder der Markierungs- oder Leuchtfarbe verwendet werden:

Joncryl (BASF; ein Polymer mit einer sehr hohen Säurezahl; es ist außerdem Glykolether frei, d.h., es findet keine Viskositätserhöhung statt) + Styroporkleber + Acrylatlösung.

Die zuletzt aufgeführte Mischung ergibt eine sehr zähe gut verstreichbare Masse, die den Grundstock der Markierungsfarbe bildet. Das erhaltene System wird mit Wasser verdünnt. Die für die Verarbeitung optimale Wassermenge liegt im Bereich von 30 bis 50%, als obere Grenze werden 70% und als untere Grenze 25% angegeben.

Möglicher weitere Zusätze zur Markierungsfarbe:

- Acrylnitril als Zusatz zur Verbesserung der Chemikalienbeständigkeit; hierbei darf die Menge nicht zu groß angesetzt werden, da sich die Trocknungseigenschaften verschlechtern.

- Ultrafeines Quarzmehl als "Weißungsmittel"; hat im Gegensatz zu Titandioxid nur einen geringen Einfluss auf die Stabilität der Dispersion.

Der optimale Festkörperanteil für die Einsatzgebiete Air, Sprühverfahren oder Streichen liegt bei 30%.

Für die Erstellung der Dispersion ist die Verwendung eines Dissolvers mit einer Drehzahl im Bereich von 300 bis 1500 / Min bei einer Dispergierzeit von 3 bis 10 Minuten bevorzugt. Es sollte eine mittlere Zahnscheibe verwendet werden, die für den hochviskosen Einsatz tauglich ist.

Figur 1 zeigt den Verlauf - genauer gesagt die Abnahme - der Lichtstärke über der Zeit einerseits einer Leuchtfarbe des Standes der Technik I (mit Leuchtstoff ZnSCu) und andererseits der erfindungsgemäßen Leuchtfarbe II.

Weiterhin sind die Wahrnehmungsgrenze III von etwa 0,3 med / m ² eingezeichnet und eine angestrebte Leuchtdauer von 6 Stunden IV nach einer Beleuchtung bzw. Aufladung der Leuchtfarbe.

Es hat sich gezeigt, dass der Verlauf der erfindungsgemäßen Leuchtfarbe II stets deutlich oberhalb des Verlaufs der Leuchtfarbe des Standes der Technik I ist. So ist z. B. nach 6 Stunden die Lichtstärke der erfindungsgemäßen Leuchtfarbe II noch deutlich oberhalb der Wahrnehmungsgrenze III.

Offenbart ist eine Leuchtfarbe zur Verwendung im Außenbereich, deren Leuchtstoff Strontium-Aluminat und deren Lösemittel Wasser ist. Weiterhin ist ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Leuchtfarbe offenbart, bei der die Partikel des Leuchtstoffs durch Schockgefrieren aufgebrochen werden. Schließlich ist ein Verfahren zur Auftrag einer derartigen Leuchtfarbe offenbart, bei dem nach dem Aufbringen der Leuchtfarbe ein Glaskorund oder Glaspartikel aufgestreut werden.