Calcium and magnesium cations were reported to show corrosion inhibiting properties and the compounds containing them can be included in protective coating. Ca-exchanged silica has been used as a nontoxic anti-corrosive pigment instead of toxic pigments formulated with lead or hexavalent chromium. If a paint film is under attack from a corrosive environment, the pigment will release calcium and silicate ions and they form a protective layer on the metal surface.
In this study, Ca- and Mg-doped mesoporous silicates such as MCM-41, MCM-48, and SBA-15 were successfully synthesized and mesopore structures were confirmed by X-Ray diffraction and $N_2$ adsorption/desorption. The doped amount of calcium or magnesium was varied to evaluate the anti-corrosive performance, and the composition of the samples was analyzed by EDS analysis.
Corrosion test and salt spray test were carried out to evaluate the corrosion inhibiting properties of the samples. Ca- and Mg-doped mesoporous materials showed better performance than Ca-exchanged silica because they leach more amount of calcium or magnesium than Ca-exchanged silica. Besides, Ca-doped samples were shown to leach more amount of ions than Mg-doped samples and these results are consistent with the corrosion test results.
Ca- and Mg-doped mesoporous materials synthesized in this research were shown to have better performance than traditional Ca-exchanged silica pigment and it is confirmed that they can be applied as general industrial pigments.
칼슘과 마그네슘 양이온은 부식을 방지하는 특성을 갖고 있으며, 금속 표면의 보호막에 포함되어 방청안료로써 응용될 수 있는 것으로 알려져 있다. 지금까지는 납이나 6가크롬 등이 포함된 독성 방청안료를 대체하기 위하여 Ca 이온교환된 실리카 안료가 무독성 방청안료로써 사용되어왔다. 안료가 부식환경에 노출되어 침투양이온의 공격을 받으면 칼슘 이온을 방출하게 되고, 방출된 이온은 규산염을 형성하여 금속의 보호막으로 작용해 부식을 유발하는 양이온의 침투를 막아준다.
본 연구에서는 칼슘 또는 마그네슘이 도입된 MCM-41, MCM-48, SBA-15 등의 골격을 갖는 메조기공 실리카를 성공적으로 합성하였으며, XRD, 질소흡착법을 통하여 분석한 결과 메조기공 구조를 갖는 물질인 것으로 확인되었다. 도입된 금속의 양에 따른 방식성능을 평가하기 위하여 칼슘 또는 마그네슘의 함량을 달리한 메조기공 물질을 합성하였으며, 표면에 존재하는 금속 성분의 분석을 위해 EDS 분석을 수행하였다.
합성된 샘플들의 방식성능의 측정을 위해 간이방청시험과 염소분무시험을 실시하였다. 시험 결과 합성된 메조기공 물질들의 방식 성능이 기존 Ca 이온교환된 실리카 안료보다 뛰어난 것으로 나타났으며, 이는 도입된 칼슘이나 마그네슘의 용출량이 기존 제품보다 많기 때문인 것으로 증명되었다. 또한, 칼슘이 도입된 샘플이 마그네슘이 도입된 샘플보다 금속 이온의 용출량이 많은 것으로 나타났으며, 이는 방식성능 평가 결과와 일치하는 것으로 나타났다.
이로써 본 연구에서 합성된 칼슘과 마그네슘이 도입된 메조기공 물질의 방식성능이 기존의 Ca 이온교환된 실리카 방청안료에 비해 향상된 것을 확인할 수 있었으며, 방식성능 평가결과 무독성 방청안료로 응용 가능한 것으로 나타났다.
