Светящиеся красители. Новое поколение.

Когда отключается электроэнергия, нам приходится для освещения использовать аккумуляторы (не будем упоминать о таком анахронизме как свечи). Основной вопрос при создании такой аварийной системы электропитания - её размеры и поддержание в исправном состоянии.

Давайте спросим себя честно - кто из нас хранит рядом фонарь на случай отключения света? И даже если это так, то где гарантия что в самый нужный момент батарея не окажется севшей.
Гораздо более практичным решением является использование материалов, которые могут накапливать энергию при их освещении, а затем отдавать её в форме видимого света.
В 80-х годах прошлого века производители часов перешли от использования светящихся радиоизотопных материалов к медно-цинковым сульфатным красителям. Преимуществом последних является то, что они не содержат радиоактивных материалов. Однако, как продолжительность, так и сила их свечения весьма ограничены. Для разметки маршрутов эвакуации необходимы материалы, которые светятся в течение нескольких часов. Несколько лет назад были разработаны светящиеся материалы, которые превосходят существующие в десятки раз, как по интенсивности, так и по продолжительности свечения. Разумеется, эти новые красители также не содержат радиоактивных компонентов.

Краситель "заряжается" от дневного света, люминесцентных и галогенных ламп. Чем выше ультрафиолетовая составляющая источника освещения, тем быстрее протекает "зарядка". В зависимости от интенсивности источника света и от расстояния до него, процесс "зарядки" составляет от 5 до 10 минут. При освещении источником света силой менее 200 люксов время зарядки может возрастать до получаса. При этом, свечение пигмента будет относительно неярким, т.к. в источнике света довольно мало ультрафиолета. В отличие от красящих пигментов на основе сульфата цинка, которые могут быть заряжены только до определённого уровня, новый пигмент накапливает энергию в гораздо больших количествах. Чем больше он находится под освещением, тем сильнее и продолжительнее он будет светиться в темноте.
 

Люминесценция.

В темноте, энергия, накопленная красителем на основе Оксидов алюминия, испускается в виде электромагнитного излучения с длиной волны 520 нанометров. Это соответствует ярко зелёному свету, который легко различим человеком. Уровень свечения измеряется в милликанделах на квадратный сантиметр (мкд/см? ). Человеческий глаз видит свечение уровнем не менее 0,003 мкд/см?.

Однако, при таком уровне, расстояние между наблюдателем и светящимся объектом должно быть весьма малым. Либо сам объект должен быть значительных размеров. После наступления темноты интенсивность свечения красителя падает пропорционально времени.

Большинство светящихся красителей обеспечивает уровень свечения в 0,3 мкд/см? через полчаса после наступления темноты. Однако, даже такой уровень недостаточен для того, чтобы светящийся объект был различим с разумного расстояния. Для разметки маршрутов эвакуации необходимо применение светящихся красителей, которые делают возможность видеть объект с расстояния в несколько метров.

Это значит, что уровень свечения должен быть гораздо выше, чем указанные 0,3 мкд/см?.
Новый пигмент, способен обеспечивать начальный уровень свечения в несколько тысяч мкд/см?. Фактически, в настоящее время, достигнут уровень свечения равный 15% от уровня свечения белого листа, освещённого лампой мощностью 100 ватт. Вместе с тем, это как минимум в 10 раз выше, чем уровень аналогичный показатель у красителей на основе сульфата цинка. Несмотря на то, что падение уровня свечения происходит довольно быстро, высокий начальный уровень позволяет новому красителю оставаться ясно различимым в течение нескольких часов.
Очевидно, что достигнуть уровня свечения красящего вещества, по крайней мере, сравнимого с параметрами обычной лампы в ближайшее время вряд ли удастся даже с учётом самых последних достижений в этой области.

Вместе с тем, путём выбора соответствующих материалов подложки, на которую наносится пигмент, мест размещения надписей и определённого дизайна транспарантов можно добиться того, что видимость разметки будет существенно повышена и достигнет приемлемого уровня. Таким образом, сама конструкция транспарантов является весьма важным фактором, который также необходимо принимать во внимание.
 

Какой же уровень свечения необходим?

Стандарты разных стран различаются по требованиям. В целом уровень светоиспускания светящихся объектов выражается как "Е10/Е60 - Т", где Е10 - уровень свечения в мкд/см через 10 минут после наступления темноты, Е60 - через 60 минут, Т - время в минутах, через которое уровень свечения упадёт до уровня 0,3 мкд/см?.

Например, стандарты Германии требуют минимальный уровень 20/2,8-340. Мы считаем, что для разметки маршрутов эвакуации показатель должен быть гораздо выше.
Новое поколение светящихся материалов демонстрирует, что реализация такого требования вполне достижима. Самосветящиеся системы безопастности имеют показатель 209,9/29,8-2970, что более чем в 4 раза выше чем требуется по стандарту. На основе этой же разработки, кстати, была создана светящаяся замазка. Разумеется, данные изобретения защищены компанией-разработчиком соответствующими патентами.
 

Базовые материалы.

Необходимо помнить, что указатели изготавливаются для эвакуации людей в случае пожара. Естественно, что носитель, на который наносится пигмент, должен обладать хорошими огнеупорными свойствами. Вряд ли разумно изготавливать указатель и надписи на бумажной или пластиковой основе, которая способна гореть или плавиться при температуре в 60-70?С. При пожаре температура может достигать гораздо более высоких значений.
Силиконовые компаунды способны выдерживать кратковременное воздействие температуры до 300 градусов Цельсия. Изолирующие резины и термопласты с пиковой 
нагрузкой выше 100 градусов и пиктограммы, выполненные на алюминиевой основе, являются на наш взгляд лучшим решением. Такой выбор материалов позволяет надеяться, что надписи останутся видимыми в течение всего периода времени пока эвакуация ещё возможна.
Тщательный подбор материала подложки, точная дозировка пигмента и определённый размер гранул, а также отработанный дизайн самого указателя являются гарантией того, что надписи и разметка будут хорошо заметны в условиях темноты. Справедливости ради следует отметить, что большое значение имеет также и то, как размещены источники света, от которых "заряжается" пигмент и какие они.
 

Пиктограммы.

Несмотря на то, что стандарты этого не требуют, было проведено исследование уровня видимости пиктограмм в зависимости от времени.

Задание было составлено следующим образом: подобрать размеры и дизайн надписей, которые бы обеспечивали ясную их различимость на определённой дистанции в течение определённого времени. 
 

Дистанция различимости.

Чёткость и различимость указателей - один из важнейших факторов разметки маршрута эвакуации. В отличие от электрических надписей, самосветящиеся указатели начинают тускнеть с момента наступления темноты, что естественно приводит к падению различимости.

При разработке надписей из Люминесцента на основе Оксидов алюминия  были использованы заглавные буквы и вид шрифта ANWB, используемы в Нидерландах для дорожной разметки.

Расчеты проводились для надписи "ВЫХОД", выполненной с размером букв 4,7 см высотой.

В расчет принимались как нормальный уровень зрения, так и 85 процентный.

Размер пиктограммы 150 х 150 мм. Пиктограмма такого размера различима при обычном освещении с расстояния 15 метров.

В том случае, если размеры букв выше чем 4,7 видимость может быть рассчитана по формуле:

 d1=d x h1/h, где d - дистанция различимости для букв высотой 4,7 см, h1 - размер букв, для которых производится расчет (в см), h - 4,7 см.

Дистанция различимости пиктограмм определяется силой свечения пигмента, размером пиктограммы, а также остротой зрения наблюдателя. 
В связи с тем, что дистанция различимости является фактором, определяющим место и способ размещения пиктограмм.
Существует формула, которая позволяет определить дистанцию различимости в зависимости от требуемого уровня свечения.

Формула выглядит так: D1 = D x H1/50, где H1 - размер букв в мм, D - дистанция различимости, указанная в таблице. 
В том случае, если освещённость транспаранта составляет 500 люксов, (что соответствует нормальной освещённости рабочего места), свечение материала на основе Оксидов алюминия составит 148 мкд/см? через 10 минут после наступления полной темноты и 27 мкд/см? - через 60 минут.

В этом случае размещение пиктограмм должно быть таким, чтобы дистанция до них от возможной точки наблюдения составляла не более 5 метров.

Т.е. если у вас есть коридор, длиной 20 метров, то в нём должны быть укреплены 4 указателя.

В этом случае, Вы может считать, что через час после отказа освещения человек даже с ослабленным зрением сможет прочесть указатели и найти аварийный выход.

В том случае, если освещённость транспарант составляет 100 люксов, предельное расстояние до пиктограммы в данном сете должно составлять не более 4 метров.

Требуемое по стандарту значение свечения в 0,3 мкд/см?, честно говоря, весьма мало. Однако, если Вы хотите взять его за основу, то учтите что предельная дистанция до транспаранта в этом случае не должна превышать 1 метра. 

Видимость.

Очевидно, что существует прямая связь между интенсивностью свечения транспаранта и дистанцией различимости. 
В резолюции Международной морской организации (IMO) эта зависимость учитывается следующим образом:

Полоса шириной 75 мм выполненная из светящегося материала должна иметь интенсивность свечения не ниже 2 мкд/см? через 60 минут после наступления темноты.

В том случае если полоса уже, требования к интенсивности свечения возрастают. 
Стандарт ISO/CD 15370 идёт дальше и определяет уровень свечения для полос шириной от 35 мм до 75 мм, расположенных с 5 мм интервалами через 60 минут после наступления темноты. 
Для того, чтобы подчеркнуть важность вопроса о дальности различимости в зависимости от силы свечения, мы приводим ниже комплект фотографий двух пиктограмм каждая из которых соответствует стандарту DIN 67510. 
Обе пиктограммы были освещены обычной офисной лампой в течение часа и после этого были помещены на стене в тёмной комнате фото студии. Размеры букв пиктограммы, выполненной на основе сульфата цинка были равны размеру всей пиктограммы, выполненной из материла на основе Оксидов алюминия. После этого, фотоаппаратом, размещённом на дистанции 3 метра от стены были выполнены три фотографии - через 1 минуту, 10 минут и 30 минут. Результат говорит сам за себя.

Пиктограмма, имеющая более высокие буквы, едва различима уже через 10 минут после наступления темноты, в то время как меньшая пиктограмма, но выполненная на основе Оксидов алюминия, была читаема с дистанции 3 метра даже через час. 

Транспаранты, выполненные из материалов с низким уровнем свечения, должны быть расположены ближе или иметь большие размеры, для того чтобы обеспечить требуемую дистанцию видимости. 

Пиктограммы.

Требования к размещению пиктограмм светящейся разметки маршрутов эвакуации на борту корабля изложены в резолюции IMO А.752(18). Несмотря на то, что в этом документы не определены методы проверки, в нём содержатся требования к уровню свечения. В частности, определено, что пиктограммы должны светиться на уровне 15 мкд/см? через 10 минут после выключения внешнего освещения и на уровне 2 мкд/см? - через 60 минут.

Помимо этого, параграф 7.3 определяет, что разметка должна иметь качество, достаточное для того, чтобы соответствовать указанным выше требованиям. 

Требования к источнику света.

Фактом является то, что в настоящее время существует относительно небольшое количество международных стандартов, касающихся светящихся материалов. Вместе с тем, классификационные сообщества требуют получения сертификата типового соответствия на данные материалы по результатам теста по стандарту DIN67510, часть 1. Параграф 4.2. этого стандарта в частности определяет требования к проведения испытаний.

Определено, что светящиеся материалы должны заряжаться ксеноновой лампой при освещённости в 1000 люксов в течение 5 минут. 
Ксеноновые лампы имеют спектр излучения более-менее соответствующий спектру дневного света и имеют средний уровень ультрафиолетового диапазона. Несмотря на то, что процесс зарядки относительно короток, ультрафиолет достаточно интенсивно воздействует на светящийся пигмент, который в результате имеет высокий уровень свечения в начале испытаний.

В течение первых 30 минут испытаний имеет место относительно сильное падение свечения, т.к. пигмент высвобождает значительное количество накопленной энергии. Только после 30 минут наступает уменьшение интенсивности падения уровня свечения.

Стандарт DIN требует непрерывного проведения измерений в течение 120 минут, после этого рассчитывается время при котором уровень свечения упадёт до значения 0,3 мкд/см?.

Расчеты производятся методом экстраполяции на основании данных, полученных в период после первых 15 минут испытаний.

Значения, полученные при такой методике расчета весьма относительны. 
Ксеноновые лампы используются в повседневной жизни сравнительно редко.

В связи с этим стандарт DIN 67510, параграф 1 определяет только уровни свечения различных материалов.

Уровень освещённости места, где расположены транспаранты также необходимо принять во внимание. В связи с этим, резолюция IMO А.752(18) определяет, что источник света должен быть достаточен, чтобы обеспечить свечение транспаранта на уровне 15 мкд/см? через 10 минут после выключения внешнего освещения и на уровне 2 мкд/см? - через 60 минут.

Опять таки, необходимо подчеркнуть, что данная резолюция не определяет метод проведения испытаний такого источника света. 
В связи с этим, светящиеся надписи проверяются уже после установки на борту корабля в соответствии со стандартом DIN 67510, часть 2. Однако, это весьма длительная, а следовательно - дорогая процедура. 
Становится ясно, что необходим метод, который позволит предварительно измерять уровень свечения материалов (и определять его соответствие требованиям IMO) при их облучении источником света более-менее соответствующим реально используемым в повседневной практике. В будущем, этот метод будет учтён в стандартах ISO.

Международные классификационные сообщества уже одобрили проект стандарта ISO/CD 15370 для таких измерений. В частности параграф 4.2.2 определяет уровни свечения аналогично резолюции IMO.

Требования к источнику света изложены в параграфе А.4.1. приложения А. Это должна быть трубчатая флюорисцентная лампа с температурой разряда 2700 К. При этом, экспонирование должно проводиться в течение 24 часов. Этот метод определяет условия, которые гораздо в большей степени соответствуют реальной жизни. 

Резолюция IMO А.752(18).

Данный документ не определяет необходимость проведения испытаний на распространение огня для подложки, на которую нанесён светящийся краситель. Также он не определён и в ISO/CD 15370. В результате, выбор материала подложки практически не ограничен. С нашей точки зрения, алюминиевая подложка, на которую методом шелкографии нанесены символы и знаки, является гораздо более предпочтительным, чем применяющаяся сейчас повсеместно твёрдая пластмасса. Алюминий не токсичен, устойчив к высоким температурам и при пожаре не способствует распространению огня. 

Тест на распространение огня.

Резолюция IMO А.752(18) требует, чтобы светящиеся символы были размещены на высоте не ниже 300 мм над уровнем палубы. В связи с этим, классификационные сообщества включают в свои программы испытаний тестирование материалов на их негорючесть. Тесты должны проводиться в соответствии с резолюцией IMO А.653(16). В связи с тем, что пластики также могут быть использованы для изготовления светящихся надписей и транспарантов, ISO/CD 15370 также требует, чтобы тесты проводились на соответствие с IEC 92-101. 
В связи с широким распространением светящихся надписей, внимание при тестировании также сосредотачивается на определении уровня выделения дыма и уровне выделения ядовитых паров при горении. Однако, ни документы SOLAS ни документы IMO не содержат специальных требований на этот счёт. Параграф 4.7 резолюции IMO А.752(18) гласит, что "материалы, используемые для производства аварийной разметки и индикации не должны содержать радиоактивных или токсичных веществ". Тесты на уровень выделения дыма и токсичных веществ определены в резолюции IMO MSC.41(64) и стандарте ISO 5659-2. 
Исходя из требований, содержащихся в этих документах, нами и был выбран алюминий с шелкографическим нанесением пиктограмм из Люминесцента на основе Оксидов алюминия . 

Тест на негорючесть в соответствии с резолюцией IMO А.653(18).

Для разметки маршрутов эвакуации должны использоваться только те материалы, которые не содействуют распространению огня. Описанные нами выше тесты для определения этого свойства обычно проводятся в отношении напольных и потолочных покрытий. В связи с тем, что разметка маршрутов эвакуации наносится на стены невысоко от пола, материалы из которых она изготовлена должны проходить через такие же тесты. 
Люминесцент на основе Оксидов алюминия  успешно прошёл подобные испытания в Институте пожарных технологий Гентского университета. 

Проверка на индекс выделения дыма и токсичных продуктов горения в соостветствии со стандартом ISO 5659-2.

Для разметки маршрутов эвакуации должны использоваться только те материалы, которые при горении выделяют количество дыма и токсичных веществ меньше, чем определено в требованиях ISO. Поскольку системы аварийной разметки могут быть источником горючих и токсичных материалов, испытание их на эти качества являются обязательными. Люминесцент на основе Оксидов алюминия успешно прошёл подобные испытания в Датском Институте пожарных технологий.

Рекомендации по применению краски FES.

Светящаяся краска FES - водоэмульсионная краска на основе полиуретана. 
 

Для того, чтобы добиться эффекта максимального свечения, базовая поверхность должна быть белого или светлого окраса. 

Очистите и обезжирьте поверхность перед покраской. Удалите неровности и шероховатости. Если поверхность не белая, желательно нанести белый грунт, что повысит силу свечения. 

При использовании кисти или ролика добавьте до 10% (от объёма краски) растворителя. При использовании пульверизатора добавьте от 15 до 30% растворителя. 

Хорошо размешайте краску и периодически в процессе работы продолжайте её перемешивать. Поскольку красящий пигмент оседает, не рекомендуется сразу готовить большое количество краски. 

Время высыхания краски - около 2 часов. Поверхность будет готова для повторной покраски - через 4 часа.

Для наилучшего результата рекомендуется положить два слоя краски. 

При покраске пола, рекомендуется использовать последующее прозрачное покрытие - например, мастику для пола. 

При нанесении краски помещение должно хорошо вентилироваться. Избегайте вдыхать испарения, избегайте контактов с кожей и попадания в глаза. 

Держать в сухом недоступном для детей месте. 

По окончании работ, очистите инструменты с помощью тёплой воды.