Microencapsulation of SrAl₂O₄ : Eu²⁺,Dy³⁺ Phosphorescent Phosphor for Enhanced Visibility of Road Lanes

<연구논문(Original Article)> http://dx.doi.org/10.17702/jai.2016.17.3.110

차선의 시인성 향상을 위한 SrAl

O

: Eu

,Dy

축광 마이크로 캡슐화에 관한 연구

박재일⋅정수환⋅정인우^†

경북대학교 응용화학공학부

(2016년 8월 29일 접수, 2016년 9월 2일 수정, 2016년 9월 3일 채택)

Microencapsulation of SrAl 2 O 4 : Eu ²⁺ ,Dy ³⁺ Phosphorescent Phosphor for Enhanced Visibility of Road Lanes

Jae Il Park, Soo Hwan Jeong, and In Woo Cheong^†

School of Applied Chemical Engineering, Kyungpook National University, Daehak-ro 80, Buk-gu, Daegu 41566, Korea

요 약: 야간 우천시 수막에 의한 차선의 재귀반사 효율 감소로 운전자의 시인성이 저하되고 있으

며 이로 인해 많은 사고가 발생한다. 시인성을 높이기 위해 메틸메타크릴레이트의 현탁중합 시 소 수성으로 표면이 개질된 SrAl2O4: Eu²⁺,Dy³⁺ 축광 물질을 도입하고 이를 캡슐화하였다. 표면 개질에 사용된 물질과 라디칼 개시제의 종류, 사용된 축광 물질의 양, 그리고 캡슐의 입도가 캡슐 내부의 축광 물질 함량(WTGA)에 미치는 영향을 TGA를 사용하여 분석하였다. 그 결과 축광 물질의 함량은 7~81 wt%까지 넓은 분포를 나타내었으며, 이러한 결과는 현탁중합이 넓은 함량 범위의 축광 물질 을 캡슐화하는데 적합한 것을 의미한다. 축광 물질의 함량이 낮은 경우에는 캡슐의 입도가 감소함 에 따라 WTGA이 증가하였으나, 축광 물질의 함량이 높을 때에는 캡슐의 입도에 별 영향을 받지 않 았다. 축광 캡슐 중 지름 425~710 µm의 축광 캡슐을 활용하여 형광 차선 시편을 제작하였으며 LED램프를 20 min 동안 조사한 후 광원을 제거하였을 때, 100 s 동안 약 300 mcd/m² 이상의 휘도 를 유지했다. 이러한 결과로 미루어 보아 제조된 축광 캡슐은 차선 위의 유리 비드를 대체하기에 충분한 가능성을 가짐을 알 수 있었다.

Abstract:

phosphorescent phosphor was carried out via suspension polymerization of methyl methacrylate (MMA). The effects of surface modification agent and radical initiator types, loading amount of phosphorescent phosphor, and microcapsule size on the phosphor content (WTGA) in the luminous poly(methyl methacrylate) (PMMA) microcapsules were investigated by thermogravimetric analyses (TGA). It was found that the WTGA value was ranged from 7 wt% to 81 wt%, which suggests suspension polymerization is suitable for the preparation of luminous microcapsules with a wide range of phosphor content. At a lower loading amount of phosphor, the

W

Keywords: Phosphorescent phosphor, Microencapsulation, Road visibility, Suspension polymerization

1. 서 론

1)

날씨가 좋지 않은 날에는 시인성이 현저히 떨어져 차선이 잘 보이지 않아 사고의 원인이 되고 있다[1].

†Corresponding author: In Woo Cheong ([email protected])

사고를 줄이기 위해 다양한 종류의 차선 표시 방법이

개발되었지만, 대부분 빛을 반사할 면적이 작거나, 자

동차에 의한 잦은 손상으로 인해 제 역할을 못하고

예산 낭비가 되고 있다. 최근 우천시나 야간에 운전자

의 시인성을 높이기 위해 재귀반사를 할 수 있는 유

리 비드를 포함한 (혹은 페인트가 굳기 전 유리 비드

Scheme 1. A procedure for the microencapsulation of phos-

를 뿌리는) 페인트가 사용되어 왔다[1-3]. 일부 차선 도장 작업에서는 유리 비드와의 접착력을 높이기 위 해 특정한 용액을 뿌리기도 한다[4]. 재귀반사율을 높 이기 위해 알루미늄, 실란, 다결정 유리 비드가 연구, 개발되어 왔다[5-7]. 그러나 유리 비드를 사용할 경우 페인트 내부로 침전되거나 낮은 접착력에 의해 자동 차가 지나갈 때 떨어져 나가는 등의 손실을 줄이기 어렵다.

상기 언급된 문제점들을 해결하기 위해 유리 비드 대신 사용할 수 있는 소재로서 축광 물질이 있다[8].

축광 물질은 주간에 태양에서 받은 빛과 야간에 자동 차의 헤드라이트에서 나오는 빛을 저장해 두었다가 어두울 때 빛을 오랜 시간 동안 방출할 수 있으며 수 막에 영향을 덜 받는다. 그러나 축광 물질은 일반적으 로 깨지기 쉽고 주성분이 고분자인 차선 도료와 상용 성이 취약하다[9,10]. 따라서 축광 물질을 캡슐화하면 축광 물질의 내구성과 페인트와의 상용성을 높일 수 있다[11]. 최근 마이크로미터 크기보다 작은 입도의 입자들을 캡슐화한 논문들은 많이 출간되어 있지만 마이크로 입도의 무기물질을 현탁 중합으로 캡슐화한 논문은 많지 않다[12].

본 연구에서는 빛을 가장 오랫동안 지속적으로 방 출할 수 있는 물질이라고 알려져 있는 SrAl

O

: Eu

,Dy

축광 물질을 캡슐화했다[13,14]. 축광 물질의 캡슐화는 메틸메타크릴레이트의 현탁 중합법을 이용 하였다. 축광 물질 투입량에 따른 캡슐 내부의 축광 물질 함량과 캡슐의 형태를 관찰하였으며, 축광 캡슐 을 도료와 함께 사용하여 제작된 축광 도료 시편의 휘도를 측정하였다.

2. 실 험

2.1. 시약

메틸메타크릴레이트(methyl methacrylate; MMA, 99.8%, 덕산), 벤조일퍼록사이드(benzoyl peroxide; BPO, 25%

moistened, Alfa Aesar, 미국), 그리고 붕산(boric acid;

BA, Wako Pure Chemical, 일본)은 추가 처리 없이 사 용하였다. 도데칸티올(1-dodecanethiol; DT), 올레익산 (oleic acid; OA), 트리에톡시실릴프로필 메타크릴레이 트(3-(trimethoxysilyl)propyl methacrylate; TPM)와 폴리비 닐알콜(poly(vinyl alcohol); PVA, M

= 85000~146000 g/mol, 96% hydrolyzed, Aldrich, 미국)도 구입 후 정제 없이 사용하였다. 아조비스이소부틸로니트릴(2,2’-azo- bis(isobutyronitrile; AIBN, Junsei Chemical Co., 일본)은 사용하기 전 메탄올로 재결정한 후 사용하였다 . 모든 실 험에서 초순수 (전기저항~18.2 MΩ⋅cm, Purelab Option-Q, ELGA, 미국)를 사용하였으며, 캡슐화 공정에 사용된

축광 물질은 SrAl

O

: Eu

,Dy

(D

= 15 µm, Unitek Co.)이다. 현재 시중에 판매되고 있는 유리 비드(Multilux ML-1000, Tiantai Jingong SiLi Glass Beads Co., Ltd., 중국)를 대조군으로 사용하였다.

2.2. OA 또는 TPM을 사용한 축광 물질의 표면 개질

먼저 OA 또는 TPM을 사용하여 축광 물질의 표면 을 소수성으로 개질하였다[15,16]. OA로 개질한 경우, 10 g의 축광 물질을 25 mL의 OA에 넣고 상온에서 4 h 동안 교반하였다. 그후 남은 OA를 제거하기 위해 헥산으로 5회 세척한 후 60°C 오븐에서 건조시켰다.

TPM으로 개질한 경우, 10 g의 축광 물질을 25.5 mL TPM 수용액에 넣고 상온에서 5 min 동안 교반시켰다.

TPM 수용액은 25 mL의 초순수와 0.5 mL의 TPM을 섞고 상온에서 30 min 동안 교반하여 제조하였다. 그 후 아세톤과 초순수로 각각 3회씩 세척하여 남은 TPM을 제거하고 60°C 오븐에서 건조시켰다. 축광물 질의 소수화 과정 및 캡슐화 공정을 Scheme 1에 나타 내었다.

2.3. 현탁 중합을 통한 축광 물질의 캡슐화

축광 캡슐은 현탁 중합법을 이용하였으며, 교반기, 응축기, 온도계가 장착된 250 mL double-jacketed glass reactor에서 질소 분위기 하에 실시되었다. 중합 온도 는 순환 항온조로 70°C를 유지했다. 먼저 물에 PVA와 BA를 녹인 수용액을 반응기 안에 넣고 질소 퍼지를 30 min 동안 수행하였다. 축광 물질과 단량체 혼합 용 액(MMA, AIBN 혹은 BPO, DT 혼합 용액)을 반응기 내에 넣었다. 현탁중합 시 사용된 원료의 조성에 대해 서 Table 1에 나타내었다. 중합 완료 후 초순수로 세 척하고 오븐에서 건조시킨 다음, 체진동기(Φ = 75 mm, M-3T, Tsutsui Scientific Instruments Co., Ltd., Japan)에 걸러 입도별로 분류하였다. 체의 구멍 크기 는 100 µm 미만, 100~200, 200~425, 425~710, 710~

1000, 1000 µm 이상인 것을 세로로 연결하여 사용하

였다.

Samples Ingredients CK-5 CK-6 CK-7 CK-17 CK-19

Phosphor (g) 9.0 9.0 9.0 28.8 28.8

MMA (g) 51.0 51.0 51.0 14.4 14.4

Initiator (g) 0.133 0.09 0.09 0.072 0.072

BA (mg) 5.0 5.0 5.0 3.0 3.0

DT (mg) 3.0 3.0 3.0 3.6 3.6

PVA (g) 0.1 0.1 0.1 0.06 0.06

Water (g) 200 200 200 120 120

Surface treatment OA OA OA TPM OA

Type of initiator BPO AIBN AIBN BPO BPO

Stirring rate (rpm) 400 350 400 500 500

Table 1. Surface Modification Agents for Phosphorescent Phosphor and Recipe for Suspension Polymerization of MMA for

2.4. 분석

축광 물질 표면의 소수화를 확인하기 위해 퓨리에 변환 적외선 분광분석기(FT-IR, 8400S, Shimadzu, 일 본)를 사용하였다. 400~4000 cm

범위에서 측정했으 며 KBr 펠렛을 background로 사용하였다. 열중량 분석 기(TGA, Q600, TA Instruments, 미국)를 이용하여 축광 캡슐 내부에 축광 물질이 얼마나 들어있는지를 확인 (W

, %)하였다. W

값은 캡슐의 입도별로 분리하 여 측정하였으며 중합 후 마이크로미터 크기 이하의 입자들은 세척과정 중에 제거되었다. 10 °C/min의 속 도로 800°C까지 TGA 분석을 진행하였다. 캡슐의 모 양과 입도는 광학현미경(OM, LV-100D, Nikon, 일본) 과 공초점 현미경(CLSM, LSM700, Carl Zeiss, 독일)을 사용하여 측정하였으며, CLSM은 488 nm 파장의 빛을 사용하였다. 축광 캡슐의 광 발광(Photoluminescence, PL)은 PL mapper (RPM 2000, Accent Opt. Tech., 영국) 를 이용하여 측정하였다. 캡슐 내부의 축광 물질 분포 를 확인하기 위해 에폭시 레진으로 캡슐을 고정시킨 후, 초박절편기로 캡슐을 잘라 관찰하였다. 에폭시 레 진과 캡슐을 섞고 테프론 몰드에 넣은 다음 상온에서 하루 동안 굳혀 샘플을 준비하였다. 이후 glass knife (EM UC7/FC7, Leica, Germany)로 잘라 얇은 필름을 얻었다. 축광 캡슐의 휘도는 조도계(AS-823, Smart Sensor Co., 중국)를 사용하여 측정, 비교하였다. 샘플 은 제조된 축광 캡슐과 시중에 나와 있는 차선 도색 용 페인트(백색, KSM6080, 삼화페인트)를 사용하여 제 작하였다. 먼저 아크릴 판(10 cm × 10 cm) 위에 페인 트를 바 코팅하고(No. 75, 젖음 두께 = 171.5 µm) 그 즉시 과량의 축광 캡슐을 뿌리고 건조시켰다. 그 후 남은 캡슐은 털어내고 조도계가 설치된 암실에서 코 팅된 판의 조도를 측정하였으며, 23000 lux의 LED 빛 으로 20 min 동안 조사한 후 시간에 따른 조도의 변

화를 기록하였다. 휘도(Y, cd/m

)는 측정된 조도(Lx) 값 으로부터 식 (1)을 사용해 계산하였다[17].

Y  b  L

a  k (1)

여기서 b는 조도계의 면적, a는 코팅된 판의 면적, k는 조도와 휘도 간의 환산인자이다. 비교를 위해 축 광 물질로 코팅된 판도 함께 측정하였다.

3. 결과 및 토의

3.1. 축광 물질(SrAl2O4: Eu²⁺,Dy³⁺)의 표면 개질

현탁중합 시 축광 물질을 캡슐화하기 위하여 OA와 TPM을 사용, 축광 물질의 표면을 개질하였다[18]. 이후 캡슐화 효율과 그에 따른 캡슐의 밝기를 측정하였다.

Figure 1에서는 축광 물질의 표면 개질 전과 후의 FT-IR 스펙트라를 보여준다 . 모든 샘플의 경우에 1456 cm

에서 약한 흡수 피크가 하나 보이는데 이것은 축광 물질의 Sr

에 의해 나타나는 피크이다[19]. Al-O와 Sr-O-Al와 같 은 금속 산화물의 피크는 700~1000 cm

에서 관찰되는데 이것 또한 모든 샘플에서 나타난다. Sr-O의 anti-sym- metric stretching 피크는 500과 650 cm

에서 관찰된다[20].

2600~3500 cm

까지의 영역을 확대해 놓은 스펙트럼을 보면(Figure 1B), (b)와 (c)의 경우 2850~2980 cm

에서 CH stretching 피크를 볼 수 있다. 또한 OA 및 TPM으로 소수화된 축광물질의 경우 수용액에서 응집되고, MMA 단량체에서 잘 분산됨을 확인하였다. 이들 결과를 통해 축광 물질의 표면 개질이 잘 되었음을 알 수 있다 .

Figure 2에서는 OA와 TPM을 사용하여 축광 물질의

표면 개질하기 전과 후의 TGA 그래프를 보여준다. 순

Figure 1. FT-IR spectra of (a) pristine, (b) OA-modified,

Figure 2. TGA curves for (a) pristine, (b) OA-modified,

The weight losses of the corresponding samples were 0.41 wt%, 1.25 wt%, and 1.41 wt%, respectively.

Figure 3. Representative microscopic images of (a) SrAl

: Eu²⁺,Dy³⁺ phosphorescent phosphor powder, (b) PMMA beads prepared without phosphorescent phosphor, (c) lumi- nous PMMA microcapsules (CK-5), and (d) commercial glass beads.

수한 축광 물질의 질량 감소와 비교해봤을 때 OA 혹 은 TPM으로 표면을 개질한 경우가 각각 0.84, 1.00 wt%의 질량 감소를 더 보였다. TGA 결과 통해 축광 물질의 표면이 개질되었다고 할 수 있다. 본 연구에 사용된 축광 물질은 지름이 수 마이크로미터의 큰 입 자이며, 그 표면적은 수 제곱미터 밖에 되지 않기 때 문에 OA와 TPM 두 경우 모두 매우 적은 양이 축광 물질의 표면에 결합하고 있을 것으로 판단된다. 예를 들어 OA의 경우 축광 물질과 결합하는 유효 표면적 이 22 Å

이라고 하면[21], 0.84 wt%의 질량 감소는 3.9 m

의 표면적을 가지고 개질된 OA에 기인되고, 이는 TGA 결과 값에 근사함을 알 수 있다.

3.2. 축광 물질의 캡슐화를 이용한 MMA의 현탁 중합

표면이 개질된 축광 물질을 MMA와 함께 현탁중합 하였으며, 중합 후 광학 현미경으로 관찰한 축광 캡슐

을 Figure 3에 나타내었다. Figure 3(a)에 축광 물질의 광학 현미경 이미지를 나타내었으며, Figure 3(b)와 (c) 에는 축광 물질이 없을 때와 있을 때의 PMMA 비드 의 이미지를 나타내었다. (b)와 (c) 사진에서 알 수 있 듯이 두 입자 모두 구형이다. 비교를 위해 (d)에 상업 적으로 사용되고 있는 유리 비드의 사진을 나타내었 다. PMMA 입자와 비교했을 때 형태에 큰 차이가 없 는 것을 알 수 있다. Figure 3(b)의 PMMA 비드는 빛 이 잘 투과하는 것처럼 보이나, Figure 3(c)의 축광 캡 슐은 내부의 축광 물질 때문에 빛이 잘 투과하지 못 하여 캡슐 전체가 비교적 어두운 것을 알 수 있다. 축 광 물질의 함량에 상관없이 제조된 비드의 크기는 약 50~1200 µm 정도됨을 알 수 있었다.

3.3. 현탁중합 후 축광 캡슐 내부의 축광 물질 함량

현탁중합을 할 때 2가지의 서로 다른 축광 물질의

함량을 사용했다. 샘플CK-5~CK-7은 15 wt%의 축광

물질을 투입했고, CK-17과 CK-19는 67 wt%의 축광

물질을 투입하였다. 실험 부분에서 언급했듯이, 축광

캡슐의 입도 분포가 워낙 넓기(100 nm~5 mm) 때문에

체를 이용해 입도별로 나눈 후 입도에 따라 축광 물질

의 함량(W

)을 측정하였다[22]. 일반적으로 현탁중합

후 얻을 수 있는 입자의 크기는 교반 속도에 큰 영향

을 받는데, 이번 연구에서는 이런 효과가 미비했다

(350 rpm으로 중합한 CK-6, 400 rpm으로 중합한 CK-5

와 CK-7 샘플). 질량 비도 역시 입자의 크기에 영향을

미치는데 CK-5~7에는 3.0으로, CK-17, 19에서는 3.6으

로 고정되었다. Table 1에 나타내었듯이 두 개의 서로

다른 라디칼 개시제(AIBN과 BPO), 그리고 표면 개질

물질(OA와 TPM)이 축광 물질의 함량에 미치는 영향

을 알기 위해 사용되었다.

Figure 4. The actual loading contents ( W

Figure 5. A : Photographic images of (a) glass beads, (b)

Figure 4는 축광 캡슐의 입도에 따른 축광 물질의 함량을 나타낸다. CK-5와 CK-19를 보면 비록 넣어준 축광 물질의 양과는 조금 차이가 있지만, 15~67 wt%

까지 넓은 범위의 축광 물질 함량을 가진 축광 캡슐 이 성공적으로 제조된 것을 알 수 있었다. CK-5~7의 경우, 15 wt% 근처에서 다양하게 나오고 축광 캡슐의 입도가 커질수록 축광 물질의 실제 함유량이 줄어드 는 경향을 보인다. 예를 들어 CK-5의 경우, 축광 캡슐 의 크기가 100~1000 µm로 커지는 동안 축광 물질의 실제 함유량은 28 wt%에서 12 wt%까지 줄어든다. 같 은 질량 비를 가지는 CK-6과 CK-7의 경우 역시 W

값에서 같은 경향을 보였다. 이것은 단량체 액적이 반 응기 내에서 빠른 교반에 의한 강한 전단 응력을 받 아 분리되고 응집되는 과정으로 설명될 수 있다 [23,24]. 즉 현탁중합에서 단량체 액적이 갈라지고 합 쳐지는 가운데 이미 고분자로 성장하여 단량체로 팽 윤된 고분자 비드의 경우 높은 내부 점도의 영향 때 문에 단량체와 축광 물질간의 물질 전달이 일정하지 않다. 현탁중합은 pseudo-bulk kinetics를 따른다고 알려 져 있으며, 불균일상에서 단량체 액적은 서로 떨어져 구분되어 있다[25]. 따라서 크기가 작은 단량체 액적 은 라디칼의 개수가 적어서 종결 반응이 상대적으로 느리며, 같은 맥락으로 많은 축광 물질을 가진 droplet 은 단량체의 부피가 작기 때문에 라디칼의 개수가 적 다. 라디칼 중합 과정에서 이러한 액적들의 점도는 빠 르게 상승하고 이 때문에 다른 액적과 잘 응집하지 않게 된다. 다시 말해 액적(혹은 단량체로 팽윤된 성 장하는 고분자 입자) 내 단량체 비율이 클수록 점도가 낮기 때문에 큰 빈도로 액적들이 응집된다[26,27]. 그 결과 대부분의 축광 물질이 작은 크기의 비드에 의해 캡슐화되게 되는데, 이러한 현상은 축광 물질의 함량 이 적은 축광 캡슐(CK-5~CK-7)의 열분석을 통해 확

인될 수 있다. 한편 축광 물질의 투입량이 많은 중합 (CK-17, 19)의 경우 축광 캡슐의 실제 함유량은 캡슐 의 입도에 크게 영향을 받지 않았다(Figure 4). 이는 축광 물질의 양이 단량체의 양보다 많을 경우 단량체 액적이 합쳐지고 그에 따른 단량체 액적 간의 축광 물질의 물질 전달이 W

값에 큰 영향을 미치지 못 하기 때문이다.

CK-5와 CK-6 간에는 큰 차이가 없지만 이 두 샘플과 CK-7을 비교했을 때, CK-7은 캡슐의 크기도 더 작고 W

값도 더 낮았다. 이는 더 높은 교반 속도와 개시 제의 물에 대한 용해도 차이 때문이다. BPO의 용해도 는 3 × 10

g/100 g water (25°C)로 물에 거의 녹지 않 는 반면 AIBN의 용해도는 0.04 g/100 g water (25°C)로 물에 꽤 녹아 균일상 핵생성(homogeneous nucleation)이 가능하다[28]. 반면 CK-17과 CK-19의 경우 W

값이 축광 물질의 비율보다 높게 나왔으며, 모든 샘플의 경 우 W

값이 축광 물질의 비율보다 높게 나왔는데, 이것은 미반응 단량체가 세척과정 중에 제거되고 마 이크로 이하의 입도를 가진 PMMA 비드가 체로 거르 는 과정 중에 제거되었기 때문으로 판단된다.

Figure 5(A)는 425~710 µm의 축광 캡슐들의 밝을

때(위)와 어두울 때(아래) 모습을 보여준다. 순수한 축

광 물질이 가장 밝으며 예상한 바와 같이 축광 물질

이 더 많이 함유되어 있는 CK-17과 CK-19 두 가지

캡슐 샘플이 CK-5~CK-7 샘플보다 더 밝은 것을 알

수 있다. TPM으로 표면이 개질된 축광 물질을 사용해

만든 축광 캡슐(CK-17)이 OA로 표면을 개질한 축광

물질을 사용해 만든 축광 캡슐(CK-19)보다 더 밝게

나왔는데, 이것은 MMA의 현탁중합 과정에서 TPM에

존재하는 methacrylate 기능기가 함께 중합되어 축광

물질과 PMMA 사이에 공유 결합을 형성했기 때문이

라 생각된다. 즉, CK-19보다 CK-17에 더 많은 축광

물질이 캡슐화 된 것이다. 그러므로 축광의 밝기 순서

Figure 6. CLSM and optical images of luminous micro-

Figure 7. A : Photographic images of road marking paint

는 순수한 축광 물질 > CK-17 > CK-19 > CK-5 >

CK-6과 CK-7이 된다. CK-5가 CK-6이나 CK-7보다 더 밝은 것을 볼 수 있는데 이것은 Figure 4에서 볼 수 있듯이 425~710 µm의 입도에서 CK-5가 가장 높은 축 광 물질 함량을 가지고 있기 때문이다. Figure 5(B)에 서는 (b)와 (e) 샘플들에 대한 PL 스펙트럼을 보여준 다. 여기 파장이 325 nm (He-Cd laser, 1.4 mW)일 때 모든 샘플이 525 nm에서 가장 강한 반응을 보이는 데, 이 파장은 사용된 축광 물질인 SrAl

O

: Eu

,Dy

의 방출 파장에 해당된다[29,30].

3.4. 축광 캡슐의 형태

CLSM과 광학 현미경을 이용하여 축광 캡슐의 내부 모습을 관찰하였으며, CK-5, CK-17에 대해 각각 FITC mode와 T-PMT mode를 겹친 사진과 FITC mode 사진 을 Figure 6에 나타내었다. 예상한 바와 같이 CK-17의 경우, 축광 물질의 밀도가 더 높았고 분포 또한 뭉쳐 있는 축광 물질이 관찰되는 CK-5에 비해 더 고르게 있었다. 서로 다른 높이의 단면을 보여주지는 않고 있 지만 지름에 대한 분포 또한 고른 것을 관찰할 수 있 었다. 이것은 에멀젼이나 마이크로미터 크기 이하의 입도의 입자들에서 주로 관찰되는 ‘Pickering effect’ 현 상이 없는 것으로 확인되었다[31]. 축광 캡슐 내부의 형태를 좀 더 명확하게 보기 위해 Figure 6에 나타낸 바와 같이 초박절편기를 이용하였다. 축광 물질 함량 이 낮은 CK-5의 경우, 축광 물질이 있던 자리에 구멍 이 생긴 얇은 필름을 얻을 수 있었다. 그러나 축광 물 질의 함량이 높은 CK-17의 경우, Figure 6의 마지막 사진에서 볼 수 있듯이 축광 캡슐 필름을 얻을 수 없 었는데, 이는 많은 축광 물질 때문에 깨지기 쉬운 PMMA 매트릭스가 견디지 못하고 자르는 중에 떨어

져 나갔기 때문이다.

3.5. 차선에 적용하기 위한 축광 캡슐의 밝기

Figure 7에는 축광 캡슐로 코팅된 판의 사진과 축광 밝기를 도시하였다. Figure 7A에서 볼 수 있듯이 축광 캡슐로 코팅된 판은 20 min 동안 LED 빛을 받은 후 에 초록색의 잔광이 남아있는 것을 볼 수 있다.

CK-17 (Figure 7A(c))의 경우에는 밝을 때도 연한 녹 색을 띄는 것을 확인할 수 있다. 로그 스케일로 감소 하는 순수한 축광 물질의 밝기를 Figure 7B(a)에 나타 내었다. CK-17의 밝기 감소율은 순수한 축광 물질과 비슷하며 CK-5와 CK-6 둘 다 매우 낮은 밝기를 보이 지만, 모든 샘플의 경우에서 약 100 s 동안은 300 mcd/m

이상의 밝기를 가짐을 알 수 있었다. 300 mcd/m

아래로는 측정 장비의 한계(최소 1 lux) 때문 에 측정하지 못하였다.

4. 결 론

축광 물질 SrAl

O

: Eu

,Dy

은 축광 캡슐의 중심물

질로서 현탁중합 전 OA 혹은 TPM으로 그 표면을 소

수화시켰다. MMA의 현탁중합을 통해 넓은 축광 물질

의 함유량을 가진 축광 캡슐을 얻을 수 있었고, 그에

따른 휘도 성질도 잘 나타내고 있음을 확인하였다. 축

광 물질의 실제 함유량은 7 wt%에서 81 wt%까지 넓

게 분포함을 알 수 있었으며, 축광 물질의 비율을 조

절하여 쉽게 캡슐을 제조할 수 있었다. 또한 축광 물

질의 실제 함유량은 축광 캡슐의 크기에도 영향을 받

았다. 제조된 축광 캡슐의 밝기는 시간에 따라 빠르게

감소하였고 약 100 s 동안 300 mcd/m

이상의 밝기를

유지하였다. 높은 재귀반사율을 가진 새로운 유리 비 드가 개발되었을지라도 비가 오는 날 수막에 의해 기 능을 상실해버리기 때문에 제조된 축광 캡슐의 휘도 와 축광 유지 성능을 좀 더 향상시킨다면 기존의 유 리 비드를 대체하는 소재로 활용하기 충분하다고 판 단된다.

감 사

본 논문은 국토교통과학기술진흥원(Grant No. 15CTAP- C077604-02)의 지원을 받아 수행된 연구 결과이며, 이 에 깊은 감사 말씀을 드립니다.

참 고 문 헌

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