JP2000313977A - 流電陽極材用バックフィル組成物、流電陽極材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造時や埋設時の作業性が容易で量産性に優
れ、従来品と同等若しくはそれ以上の性能を有する地中
埋設用流電陽極材を提供する。 【解決手段】 マグネシウム等の金属又は合金の陽極
と、その陽極を被覆して所定形状に成形固化された生分
解性樹脂を含むバックフィル成形体とからなる。この流
電陽極材は、ベントナイトを主成分とするバックフィル
粉末に生分解性樹脂を添加した組成物を、陽極を包み込
むように外圧により成形固化して製造する。このため、
製造時や埋設時に粉塵の発生がなく、作業性及び量産性
に優れているうえ、バックフィル成形体中の生分解性樹
脂は埋設中に分解され、地中に残留しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地中に埋設された
ＬＰＧタンクや埋設管等の鋼製地中構造物の防食に使用
される流電陽極材、及びこれに用いるバックフィル組成
物に関する。

【０００２】

【従来の技術】地中に埋設された埋設管、その他の鋼製
地中構造物を腐食から保護するため、従来から電気防食
法の一つである流電陽極法が一般的に使用されている。
特に、ＪＩＳ Ｈ ６１２５に規定されている防食用マグ
ネシウム陽極は、地中に埋設された鋼製構造物や埋設管
等の金属の防食や温水ボイラーの防食等に広く用いられ
ており、今後もその需要の増加が期待されている。

【０００３】流電陽極法の防食原理は、自然電極電位が
被防食構造物よりも卑な金属又は合金を陽極とし、この
陽極を被防食構造物と電気的に接続させ、陽極と被防食
構造物との組合せにより形成される電池反応によって、
被防食構造物を陰極とし、腐食から保護するものであ
る。また、この流電陽極法に用いる陽極としては、ＪＩ
Ｓ Ｈ ６１２５に規定されている防食用マグネシウム陽
極が一般的である。

【０００４】通常、マグネシウム陽極のような流電陽極
を地中に埋設して使用する場合は、接地抵抗の軽減及び
陽極のマグネシウムを均一に溶解させる目的で、ベント
ナイト、石膏、硫酸ナトリウム等の各粉末を任意の割合
で混合したバックフィル内に陽極を包み込んだ状態で設
置している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、マグ
ネシウム陽極等の流電陽極はバックフィル内に包み込ん
た状態で地中に埋設する必要があるが、バックフィルは
ベントナイトを主成分とする粉末であるため、布袋の中
に陽極がほぼ中心に来るように粉末状のバックフィルを
手作業で詰め込んで流電陽極材としている。

【０００６】しかしながら、このバックフィルは微粉末
であるため、舞い上がる粉塵により作業者にとって極め
て劣悪な作業環境となっているばかりか、粉末の取り扱
いにくさのため量産性にも極めて乏しいという欠点があ
った。また、地中に埋設する際にも、布袋が破れたり、
粉末のバックフィルが布袋の中で片寄ったりするため、
これを修繕又は修復してから埋設しなければならず、極
めて作業効率が悪いという問題を抱えていた。

【０００７】本発明は、このような従来の事情に鑑み、
陽極をバックフィルで包み込んだ形状を有し、製造時や
埋設時の作業性が容易で量産性に優れ、従来品と同等若
しくはそれ以上の性能を有する地中埋設用流電陽極材及
びその製造方法、並びにこの流電陽極材に用いるバック
フィル組成物を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明が提供する地中埋設用流電陽極材用バックフ
ィル組成物は、ベントナイトを主成分とするバックフィ
ル粉末と、生分解性樹脂とを含むことを特徴とする。

【０００９】また、本発明が提供する地中埋設用流電陽
極材は、金属又は合金の陽極と、該陽極を被覆して所定
形状に成形固化された生分解性樹脂を含むバックフィル
成形体とからなことを特徴とする。

【００１０】上記本発明の地中埋設用流電陽極材の製造
方法は、ベントナイトを主成分とするバックフィル粉末
に生分解性樹脂を添加混合し、得られたバックフィル組
成物を外圧により金属又は合金の陽極を包み込むように
成形固化して、金属又は合金の陽極を被覆したバックフ
ィル成形体とすることを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の地中埋設用流電陽極材に
おいては、ベントナイト、石膏、硫酸ナトリウム等を主
成分とする通常は粉末状態のバックフィル（以下、バッ
クフィル粉末という）に生分解性樹脂を添加して成形固
化し、そのバックフィル成形体の中に金属又は合金から
なる陽極を包み込んでいる。尚、使用する陽極として
は、ＪＩＳ Ｈ ６１２５に規定されるマグネシウム陽極
のほか、流電陽極として使用できるものであれば材質及
び形状に制限はない。

【００１２】また、バックフィル粉末は、従来からマグ
ネシウム陽極等の流電陽極の被覆に使用されていたもの
であり、一般的にはベントナイトを２０〜８０重量％、
石膏を３０〜８０重量％、硫酸ナトリウムを０〜２０重
量％の割合で混合したものである。これら各成分の混合
割合は使用目的により変えることができ、これら各成分
以外にも従来から必要に応じて添加されている無機成分
や有機成分を任意に添加することができる。

【００１３】本発明のバックフィル組成物は、バックフ
ィル粉末と生分解性樹脂とからなる組成物であって、こ
の生分解性樹脂が地中の微生物によって自然に分解され
ることを特徴とする。本発明において「生分解性樹脂」
とは、生分解性プラスチック研究会・技術委員会が提唱
する「自然界において、微生物が関与して低分子化合物
に分解されるプラスチック（高分子化合物及びその配合
物）」との定義に含まれるものをいう。

【００１４】生分解性樹脂の具体例としては、例えば、
ポリヒドロキシブチレート系、ポリヒドロキシバリレー
ト系、ポリ−β−ヒドロキシ酪酸系、ポリカプロラクト
ン系、ポリブチレンサクシネート系、ポリ乳酸系、ポリ
ビニルアルコール系、酢酸セルロース系、変成でんぷん
系、キトサンとセルロースの混合系の樹脂が挙げられ
る。これらの生分解性樹脂は単独でも、２種以上を混合
して使用することもできる。また、樹脂の性状も特に限
定されないが、組成物の均一性、機械的強度のバラツキ
防止を考えると、常温で粉末状であることが好ましい。

【００１５】生分解性樹脂の添加量は、バックフィル粉
末１００重量部に対して０.５〜５０重量部の範囲が好
ましく、０.５〜３０重量部の範囲が更に好ましい。生
分解性樹脂の添加量が５０重量部を越えると、流電陽極
材を地中に埋設したとき所望の接地抵抗が得られない。
また、０.５重量部未満では成形後に充分な強度が得ら
れないため、バックフィル成形体として所定の形状を維
持することが難しく、取り扱い性に劣るからである。

【００１６】上記生分解性樹脂には、材料費の軽減等の
ために、非生分解性樹脂を混合することができる。かか
る非生分解性樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリプ
ロピレン樹脂、ポリブテン樹脂、ポリメチルペンテン樹
脂、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂、エチレン−エタ
クリレート共重合樹脂、エチレン−メタクリレート共重
合樹脂、塩素化ポリエチレン樹脂、部分酸化ポリエチレ
ン樹脂等のポリオレフィン系及びその共重合樹脂をはじ
め、ポリビニルアルコール樹脂、ポリエチレンテレフタ
レート樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹
脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、ポリアクリレート
樹脂、ポリスルフォン樹脂、酢酸セルロース、ポリスチ
レン樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリアクリロニトリル
樹脂、スチレン−ブタジエン共重合樹脂、ポリ塩化ビニ
ル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリメチルメタクリレー
ト樹脂等がある。

【００１７】ただし、本発明のバックフィル組成物は流
電陽極材を地中に埋設した後自然に分解されることを目
的としているため、非生分解性樹脂を大量に混合するこ
とは好ましくない。従って、非生分解性樹脂の添加量
は、生分解性樹脂に対して４倍量の重量以下とすること
が好ましい。また、非生分解性樹脂の性状は特に限定さ
れないが、前記生分解性樹脂と同じ理由から、常温にお
いて粉末状であることが好ましい。

【００１８】また、本発明のバックフィル組成物には、
成形性を向上させる目的で各種添加剤を加えても良い。
これらの目的で添加できる添加剤としては、例えばパラ
フィンワックス、流動パラフィン、ポリエチレンワック
ス、エステルワックス、カルナウバ等のワックス類、ス
テアリン酸、１,２−オキシステアリン酸、ラウリン
酸、パルミチン酸、オレイン酸等の脂肪酸類、ステアリ
ン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸アル
ミニウム、ラウリン酸カルシウム、リノール酸亜鉛等の
脂肪酸塩（金属石鹸）類、ステアリン酸アミド、オレイ
ン酸アミド、パルミチン酸アミド、ラウリン酸アミド、
ヒドロキシステアリン酸アミド、メチレンビスステアリ
ン酸アミド、ジステアリルアジピン酸アミド等の脂肪酸
アミド類、ステアリン酸ブチル等の脂肪酸エステル、エ
チレングリコール、ステアリルアルコール等のアルコー
ル類、グリセリンモノラウレート、グリセリンモノパル
ミテート、クエン酸不飽和脂肪酸モノグリセライド、ジ
グリセリンラウレート等のグリセリン系化合物類又はグ
リセリン系脂肪酸エステル化合物類、ポリエチレングリ
コール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレ
ングリコール及びこれらの変成物からなるポリエーテル
類、ジメチルポリシロキサン、シリコングリース等のポ
リシロキサン類、フッ素系オイル、フッ素系グリース等
を挙げることができる。

【００１９】更に、上記の添加剤の他にも、微生物によ
る分解速度を上げるために種々の添加剤、例えばデンプ
ンのような食用材料等も、本発明の所望の効果が得られ
る範囲内であれば添加することができる。尚、これらの
添加剤の添加量は、バックフィル粉末１００重量部に対
して１０重量部以下とすることが好ましい。

【００２０】本発明の地中埋設用流電陽極材を製造する
には、上記バックフィル組成物、即ちバックフィル粉末
に生分解性樹脂、及び所望に応じて非生分解性樹脂その
他の添加剤を混合した組成物を、外圧を加えて陽極を包
み込むように所定形状に成形する。得られるバックフィ
ル成形体は、そのぼぼ中心に陽極を包み込んた状態で所
望の形状に固化している。

【００２１】具体的には、バックフィル粉末と生分解性
樹脂、及びその他の添加剤等を、例えば、リボンブレン
ダー、タンブラー、ナウターミキサー、ヘンシェルミキ
サー、スーパーミキサー等の混合機、あるいは、バンバ
リーミキサー、ニーダー、ロール、ニーダールーダー、
単軸押出機、二軸押出機等の混練機を使用して混練する
る。これにより、混練されたバックフィル組成物がビー
ズ、ペレット又はこれらの混合物等の形で得られるが、
取扱い易い点でペレットが望ましい。

【００２２】また、得られた組成物の成形は、各種の成
形機を用いて、好ましくは加圧圧縮成形機、射出成形
機、押出成形機等により行う。バックフィル成形体の形
状は特に限定されないが、通常は陽極が棒状であること
が多いので、これを被覆するように円柱状に成形するこ
とが一般的である。

【００２３】このようにして得られる本発明の流電陽極
材は、生分解性樹脂を含むバックフィル成形体が陽極を
包み込んだ所定の形状で緻密化され且つ固化されてい
る。従って、従来のようにバックフィル粉末を布袋に詰
める面倒な作業が必要なく、地中への埋設作業も簡単で
あるうえ、粉塵の舞い上がりによる環境汚染の問題もな
い。加えて、バックフィル成形体が生分解性樹脂を含む
ので、地中に埋設されている間に生分解性樹脂が微生物
によって自然に分解され、いつまでも地中に残留するこ
とがない。

【００２４】しかも、本発明の流電陽極材は、従来のマ
グネシウム陽極とバックフィル粉末を布袋に詰めたもの
と比較して、鋼製地中構造物に対して何ら遜色ない防食
作用を発揮する。即ち、電気的性能において、地中に埋
設したときの接地抵抗に殆ど差異はなく、陽極電位と電
流もほぼ同程度である。また、本発明の流電陽極材を地
中に１週間以上埋設すると、バックフィル成形体は含水
して従来のバックフィル粉末と同様にペースト状になっ
ている。

【００２５】

【実施例】ベントナイト、石膏、及び硫酸ナトリウムの
各成分を、下記表１に示す配合割合で混合した各バック
フィル粉末を用意した。また、生分解性樹脂、非生分解
性樹脂、及び添加剤として、それぞれ下記のものを準備
した。

【００２６】生分解性樹脂： 商品名：デグラ・ノボンＩＲ６０２５（ノボン・ジャ
パン株式会社製） 商品名：バイオポールＤ４１１Ｇ（日本モンサント株
式会社製） 商品名：ビオノーレ＃１０３０（昭和高分子株式会社
製） 非生分解性樹脂： 低密度ポリエチレン樹脂（商品名：スミカセンＧ８０
７ 住友化学工業株式会社製） ポリビニルアルコール樹脂（商品名：デンカポバール
Ｂ−０５ 電気化学工業株式会社製） ポリプロピレン樹脂（商品名：グランドポリプロＪ１
０６Ｗ 株式会社グランドポリマー製） 添加剤： デンプン ステアリン酸（商品名：ルナックＳ−４０ 花王株式
会社製） ステアリルアルコール（商品名：カルコール８６ 花
王株式会社製）

【００２７】下記表１に示すように、各試料ごとに、バ
ックフィル粉末１００重量部に対して各樹脂及び添加剤
を所定の割合で添加し、ヘンシェルミキサー（三井鉱山
株式会社製）中で十分に混合撹拌させた。得られた混合
物をニーダーで１５０℃を保ちながら１０分間混練し、
取出し後粉砕してコンパウンドを作製した。尚、試料１
７のみは、バックフィル粉末と非生分解性樹脂との混合
物を、従来と同様に布袋に手詰めしたものである。

【００２８】 ハ゛ックフィル粉末(重量部) 生分解性樹脂 非生分解性樹脂 他の添加剤 試料 ヘ゛ントナイト 石膏 Na₂SO₄ 種 類 重量部 種 類 重量部 種 類 重量部 1 60 30 10 3 10 − − 2 60 30 10 3 10 − − 3 60 30 10 3 10 − − 4 60 30 10 3 10 1 5 60 30 10 3 10 1 6 60 30 10 3 10 1 7 60 30 10 6 7 − − 8 60 30 10 9 4 − − 9 60 30 10 13 − − − 10 60 30 10 1 4 − − 11 60 30 10 6 20 − − 12 60 30 10 13 − − − − 13 60 30 10 13 − − − − 14 50 50 − 3 10 − − 15 20 75 5 3 10 − − 16＊ 60 30 10 − − − − − − 17＊ 60 30 10 − − 13 − − （注）表中の＊を付した試料は比較例である。

【００２９】こらのコンパウンドを、導線を取り付けた
直径２５ｍｍ×長さ４５ｍｍのマグネシウム陽極が中心
となるように、株式会社東京衡機製造所製の３０ｔアム
スラー万能材料試験機を用いて直径８７ｍｍ×長さ７７
ｍｍの円柱形に加圧圧縮成形し、得られた各流電陽極材
について後述の方法にてそれぞれ評価した。

【００３０】まず、それぞれの試料について、加圧圧縮
成形で得られたバックフィル成形体各１０個を地上１ｍ
の高さから自然落下させ、破壊状況を観察して以下の基
準に従って評価し、その結果を機械的強度として下記表
２に示した。 ◎：肉眼で確認可能なカケやヒビが１個当たり平均１０
カ所以下 ○：肉眼で確認可能なカケやヒビが１個当たり平均１０
カ所以上であるが、半数以上の成形体が全体の形状を十
分保っている △：半数以上の成形体が全体の形状を保てないが、実用
上差し支えない ×：半数以上の成形体が実用に耐えることができないほ
ど破壊した

【００３１】また、各試料の流電陽極材を地中に埋設
し、１週間経過後の接地抵抗を横川電気株式会社製の接
地抵抗計３２３５にて測定し、得られた結果を表２に示
した。通常は、埋設して１週間経過後における接地抵抗
の測定値が６００Ω以下であれば、問題なく使用できる
ことが既に確認されている。更に、製造時の作業性と埋
設時の取扱性、量産性についても評価し、表２に併せて
示した。

【００３２】 ハ゛ックフィル成形体 接地抵抗試料 の機械的強度 (Ω) 作業性と取扱性 量 産 性 1 ◎ 320 粉塵なし、良好 優良 2 ◎ 286 粉塵なし、良好 優良 3 ◎ 357 粉塵なし、良好 優良 4 ○ 254 粉塵なし、良好 優良 5 ○ 290 粉塵なし、良好 優良 6 ○ 295 粉塵なし、良好 優良 7 ○ 262 粉塵なし、良好 優良 8 ○ 257 粉塵なし、良好 優良 9 △ 246 粉塵なし、良好 優良 10 △ 255 粉塵なし、良好 歩留若干低下 11 ◎ 316 粉塵なし、良好 優良 12 ○ 341 粉塵なし、良好 優良 13 ○ 339 粉塵なし、良好 優良 14 ◎ 313 粉塵なし、良好 優良 15 ◎ 73 粉塵なし、良好 優良 16＊ − 245 粉塵発生、不良 不良 17＊ ○ ＞1000 粉塵なし、良好 優良 （注）表中の＊を付した試料は比較例である。

【００３３】本発明の試料１〜１５の接地抵抗をバック
フィル粉末を布袋に詰めた従来の試料１６と比較する
と、石膏の添加量が多い試料１５は接地抵抗が小さく、
他の試料１〜１４は同等又は若干高いが、埋設後１週間
経過後の接地抵抗が６００Ω以下であれば問題ないこと
が既に確認されているので、実用上十分に使用可能であ
る。また、比較例の試料１７は、接地抵抗が極めて高
く、実用不可能であることが分かる。

【００３４】また、本発明の各試料１〜１５とバックフ
ィル粉末を布袋に手詰めする従来の試料１６とを比較す
ると、製造時の作業性においては、本発明の試料では粉
塵の舞い上がりが殆どなくなり、作業環境の大幅な改善
がなされた。また、地中への埋め込みに際しても、本発
明の試料は粉塵の発生がなく、取り扱い性にも優れてい
るが、従来の試料１６では粉末の片寄りや布袋の修繕の
ために、埋め込み前に約１０分程度の前作業が必要であ
った。更に、本発明の試料は製造歩留りも良好で量産性
に優れているが、従来の試料１６では手作業で布袋詰め
を行うため、本発明の１／１０以下の量産性に過ぎなか
った。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、通常のバックフィル粉
末を成形固化して流電陽極を包み込んだバックフィル成
形体とするので、製造時や埋設時に粉塵が発生せず且つ
取り扱い性が極めて良く、量産性に優れた流電陽極材を
提供することができる。この流電陽極材のバックフィル
成形体は生分解性樹脂を含むので、地中に埋設したとき
微生物により分解され、地中に残留することがない。し
かも、良好な接地抵抗を有するので、埋設管その他の鋼
製地中構造物の防食に有効である。

フロントページの続き (72)発明者 金子 勲 千葉県市川市中国分３−18−５ 住友金属 鉱山株式会社中央研究所内 (72)発明者 桑田 寛 東京都台東区池之端２−７−17 住鉱防蝕 株式会社内 Ｆターム(参考） 4K060 AA02 BA13 BA31 BA43 EA06 EA12 FA10

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベントナイトを主成分とするバックフィ
   ル粉末と、生分解性樹脂とを含むことを特徴とする地中
   埋設用流電陽極材用バックフィル組成物。
2. 【請求項２】 金属又は合金の陽極と、該陽極を被覆し
   て所定形状に成形固化された生分解性樹脂を含むバック
   フィル成形体とからなことを特徴とする地中埋設用流電
   陽極材。
3. 【請求項３】 ベントナイトを主成分とするバックフィ
   ル粉末に生分解性樹脂を添加混合し、得られたバックフ
   ィル組成物を外圧により金属又は合金の陽極を包み込む
   ように成形固化して、金属又は合金の陽極を被覆したバ
   ックフィル成形体とすることを特徴とする地中埋設用流
   電陽極材の製造方法。