JP2002295738A - 多層管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 優れた耐アルカリ性を有する多層管の提供。 【解決手段】２層以上の多層管において最内層に、引張
試験片を表面最大発生応力が１８.６〜１９.６ＭＰａと
なるよう円弧に曲げた状態で、濃度１４ｗｔ％のＫＯＨ
水溶液中に、５０℃で７２時間浸漬した後の破断伸び
（Ｅａ）と、浸漬する前の破断伸び（Ｅｂ）から、次式
（１）により計算される破断伸び保持率が３０％以上で
ある塩化ビニル系樹脂組成からなる材料を使用した複合
管。 Ｅａ／Ｅｂ ×１００ …（１）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多層管に関する。

【０００２】

【従来の技術】塩化ビニル樹脂（以下、ＰＶＣという）
は機械的強度、耐候性、耐薬品性に優れており、他のプ
ラスチック材料と比較しても安価であることから、給排
水パイプ、プレート、継手等の幅広い分野で利用される
汎用樹脂である。しかしながら、ＰＶＣは熱変形温度が
低く使用可能な上限温度が６０〜７０℃付近であるた
め、熱水が流れる給湯管やプラント管などには使用が困
難であった。そこでＰＶＣの高温での耐久性能を向上さ
せるため、ＰＶＣを塩素化して耐熱性を向上させる塩素
化塩化ビニル樹脂（以下ＣＰＶＣという）が開発され
た。この樹脂を用いた配合設計によりＰＶＣの易施工性
・易接着性と耐熱性、耐衝撃性を併せ持った管が利用で
きる様になってきた。（特開平４−３５９９２８号公
報）この様に給湯用配管やプラント用の超純水配管では
問題のない管の開発が行われてきたが、一方でアルカリ
水溶液が流れるプラント分野でのライン配管では、耐薬
品性に優れる硬質塩化ビニル管においても、長期の使用
により劣化が進み、さらに内圧や脈動、支持部で発生す
る応力や、膨脹伸縮による発生する応力が加わり亀裂が
進行する、環境応力割れ(以下ＥＳＣ)が発生し、管の破
壊、破裂や薬液の流出が問題となる場合があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記課題に
鑑み、優れた耐アルカリ性をもつ管材製品を提供するこ
とにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
（以下、発明１ともいう）は、最内層に請求項１に記載
の式（１）により計算される破断伸び保持率が３０％以
上であることを満たす塩化ビニル系樹脂組成物からなる
材料を使用することを特徴とする多層管である。請求項
２に記載の発明（以下、発明２ともいう）は、最内層に
請求項１に記載の式（１）により計算される破断伸び保
持率が３０％以上であることを満たす塩化ビニル系樹脂
組成物からなる材料を使用し、その他の層に塩化ビニル
系樹脂組成物からなる材料を使用することを特徴とする
多層管である。

【０００５】アルカリによる塩化ビニル系樹脂成形品の
ＥＳＣは、塩化ビニル系樹脂組成物が接触するアルカリ
により劣化することと、塩化ビニル成形品に応力が発生
している場合に起こる現象であり、双方どちらが欠けて
もＥＳＣという現象はおこらない。

【０００６】本願発明者は、上記知見に基づき誠意検討
した結果、引張試験片（ＪＩＳ Ｋ７１１３：２号試験
片）を表面最大発生応力が１８.６〜１９.６ＭＰａとな
るよう円弧に曲げた状態で、濃度１４ｗｔ％のＫＯＨ水
溶液中に５０℃で７２時間浸漬した後の破断伸び（Ｅ
ａ）と、浸漬する前の破断伸び（Ｅｂ）から、式（１）
により計算される破断伸び保持率が３０％以上である
時、アルカリ使用時においてもＥＳＣが発生しにくいこ
とを明らかにした。これは、式（１）により計算される
破断伸び保持率が３０％以上である塩化ビニル系樹脂組
成物は、アルカリによる材料の劣化が起こりにくい、も
しくは初期に発生させた応力が緩和しやすい為である。
その結果、成形品の表面に発生する微少なＥＳＣが抑制
され、破断伸びの低下が抑制されるものと考えられる。

【０００７】この様に、請求項１記載の式（１）により
計算される破断伸び保持率が３０％以上である塩化ビニ
ル系樹脂組成物を用いることで耐アルカリ性は向上し、
ＥＳＣの発生を抑制できる製品を得ることはできるが、
使用用途、条件によっては、その材料単品では耐熱性
や、耐久性、耐衝撃性などを充分に満足できない場合が
ある。

【０００８】そこで本願発明者は、２層以上の多層管に
おいて、アルカリ溶液と接する管の内面に請求項１記載
の式（１）により計算される破断伸び保持率が３０％以
上である塩化ビニル系樹脂組成物からなる材料を用い、
その他の層により耐熱性や、耐久性、耐衝撃性の機能を
付加した多層管を用いることで、耐アルカリ性と、耐熱
性や耐久性、耐衝撃性を同時に発現する管材製品を提供
できることを明らかにした。

【０００９】本発明１、２の多層管の内面に用いられる
材料において、式（１）により計算される破断伸び保持
率が３０％より小さいと、通常の使用条件でＥＳＣが発
生、徐々に成長し、長期使用した場合、成形品の破壊
や、薬液の漏洩を引き起こす可能性が高いため、式
（１）により計算される破断伸び保持率はは３０％以上
に限定され、より好ましくは６０％以上である。

【００１０】本発明１、２において、多層管の層構造は
２層以上であれば特に限定されない。

【００１１】本発明１において、多層管の内層以外の層
に用いられる材料は特に限定されず、付与したい機能に
応じて選ぶことができ、例えば塩素化塩化ビニル系樹脂
などのプラスチック材料やＦＲＰ（繊維補強プラスチッ
ク）、金属管、ゴム等があげられる。

【００１２】本発明２において、多層管の内層以外の層
に用いられる材料は塩化ビニル系樹脂組成物に限定さ
れ、付与したい機能に応じて、例えば塩素化塩化ビニル
系樹脂組成物、塩ビ−エチレン共重合体などの塩化ビニ
ル系材料が使用できる。

【００１３】本発明１、２において、多層管の層間は接
着されていてもよいし、されていなくてもよく、３層管
以上の管であれば、それらが混在していてもよい。

【００１４】本発明１、２において、多層管の各層の厚
み比、厚みは特に限定されず、付与したい機能に適した
層構造をとることができる。またその厚み比、厚みは管
の周方向（軸垂直断面）の部分によって異なってもよい
し、同じでもよく、また管の軸方向の厚み比、厚みも異
なってもよいし、同じでもよい。

【００１５】本発明１、２の多層管の内層、および本発
明２の多層管の内層以外で使用される塩化ビニル系樹脂
（ＰＶＣ系樹脂）は，塩化ビニル単量体（以下、ＶＣＭ
という）単独，又は，ＶＣＭ及びＶＣＭと共重合可能な
他の単量体の混合物を公知の方法（例えば、懸濁重合、
塊状重合等）で重合してなる樹脂である。上記ＶＣＭと
共重合可能な他の単量体としては特に限定されず、例え
ば、酢酸ビニル等のアルキルビニルエステル類、エチレ
ン、プロピレン等のα−モノオレフィン類、塩化ビニリ
デン、スチレン等が挙げられる。これらは単独で用いて
もよく、２種以上を併用してもよい。上記ＰＶＣの空隙
率、表面状態、粒子構造、平均重合度等は特に限定され
るものではない。

【００１６】上記ＰＶＣ系樹脂としては必要に応じて塩
素化された塩素化塩化ビニル系樹脂（以下ＣＰＶＣ）を
使用しても良い。ＰＶＣを塩素化する方法としては特に
限定されず、従来公知の各種方法で行うことができる。
例えば、上記ＰＶＣを懸濁した状態、溶剤に溶解した状
態、又は固体状態とした後、塩素と接触させること等に
より行うことができる。また上記ＣＰＶＣの塩素化度も
特に限定されるものではなく、ＰＶＣ、ＣＰＶＣのブレ
ンド系でもよい。

【００１７】上記ＰＶＣを成形する際には、安定剤、改
質剤、加工助剤、滑剤、発泡剤、酸化防止剤、光安定
剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、顔料、充填剤、可塑剤
等の一般に塩化ビニル系樹脂の成形時に用いられている
配合剤を、本発明の目的を損なわない範囲で必要に応じ
て配合してもよい。

【００１８】上記安定剤としては特に限定されず、例え
ば、熱安定剤、熱安定化助剤等が挙げられる。上記熱安
定剤としては、例えば、ジメチル錫メルカプト、ジブチ
ル錫メルカプト、ジオクチル錫メルカプト等の有機錫系
安定剤、カルシウム−亜鉛系安定剤、バリウム−亜鉛系
安定剤、バリウムーカドミウム系安定剤、ステアリン酸
鉛等の鉛系安定剤等が挙げられる。これらは単独で用い
てもよく、２種以上を併用してもよい。

【００１９】また、上記熱安定化助剤としては特に限定
されず、例えば、エポキシ化大豆油、りん酸エステル等
が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上
を併用してもよい。

【００２０】上記安定剤及び安定化助剤の添加量は本発
明の目的を損なわない範囲であれば特に限定されない。

【００２１】上記改質剤としては本発明の目的を損なわ
ない範囲であれば特に限定されず、例えば、シリコンア
クリル系改質剤、アクリル系改質剤、塩素化ポリエチレ
ン（ＣＰＥ）系改質剤、メチルメタクリレイト／ブタジ
エン／スチレン共重合体（ＭＢＳ）系改質剤等が挙げら
れる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用し
てもよい。上記改質剤の添加量は本発明の目的を損なわ
ない範囲であれば特に限定されない。

【００２２】上記加工助剤としては特に限定されず、例
えば、重量平均分子量１０万〜２００万のアルキルアク
リレート／アルキルメタクリレート共重合体等のアクリ
ル系加工助剤等が挙げられる。具体的には、ｎ−ブチル
アクリレート／メチルメタクリレート共重合体、２−エ
チルヘキシルアクリレート／メチルメタクリレート／ブ
チルメタクリレート共重合体等が挙げられる。これらは
単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。上記
加工助剤の添加量は本発明の目的を損なわない範囲であ
れば特に限定されない。

【００２３】上記滑剤としては、内部滑剤、外部滑剤が
挙げられる。上記内部滑剤とは、成形加工時の溶融樹脂
の流動粘度を低下させ、摩擦発熱を防止する目的で使用
されるものであり、具体的には、例えば、ブチルステア
レート、ラウリルアルコール、ステアリルアルコール、
エポキシ大豆油、グリセリンモノステアレート、ステア
リン酸、ビスアミド等が挙げられる。これらは単独で用
いてもよく、２種以上を併用してもよい。

【００２４】上記外部滑剤とは、成形加工時の溶融樹脂
と金属面との滑り効果を上げる目的で使用されるもので
あり、具体的には、例えば、パラフィンワックス、ポリ
オレフィンワックス、エステルワックス、モンタン酸ワ
ックス等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、
２種以上を併用してもよい。上記滑剤の添加量は特に限
定されず、本発明の目的を損なわない範囲であれば特に
限定されない。

【００２５】上記酸化防止剤としては特に限定されず、
例えば、フェノール系抗酸化剤等が挙げられる。

【００２６】上記発泡剤としては特に限定されず、例え
ば、アゾジカルボンアミド、アゾビスイソブチロニトリ
ル等のアゾ化合物、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−Ｎ，Ｎ’−ジ
ニトロソテレフタルアミド、重炭酸ナトリウム、重炭酸
アンモニウム等が挙げられる。

【００２７】上記光安定剤としては特に限定されず、例
えば、ヒンダードアミン系等が挙げられる。上記紫外線
吸収剤としては特に限定されず、例えば、サリチル酸エ
ステル系、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、
シアノアクリレート系等が挙げられる。これらは単独で
用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

【００２８】上記帯電防止剤としては特に限定されず、
例えば、カチオン系帯電防止剤、非イオン系帯電防止剤
等が挙げられる。

【００２９】上記顔料としては特に限定されず、例え
ば、アゾ系、フタロシアニン系、スレン系、染料レーキ
系等の有機顔料、酸化物系、クロム酸モリブデン系、硫
化物・セレン化物系、フェロシアニン化物系等の無機顔
料等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種
以上を併用してもよい。

【００３０】上記充填剤の種類や添加量としては特に限
定されず、例えば、炭酸カルシウム、タルク等が挙げら
れる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用し
てもよい。

【００３１】上記可塑剤としては特に限定されず、例え
ば、ジブチルフタレート、ジ−２−エチルヘキシルフタ
レート、ジ−２−エチルヘキシルアジペート等が挙げら
れる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用し
てもよい。

【００３２】上記した酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸
収剤、帯電防止剤、顔料、充填材、可塑剤の添加量は、
本発明の塩化ビニル系樹脂組成物の特性を損なわない範
囲内であれば特に限定されない。

【００３３】本発明１、２の多層管の内層、および本発
明２の多層管の内層以外の塩化ビニル系樹脂組成物を成
形する際に用いる成形機としては特に限定されず、例え
ば、単軸押出機、二軸異方向パラレル押出機、二軸異方
向コニカル押出機、二軸同方向押出機等が挙げられる。
又、賦形する金型、樹脂温度、成形条件は、特に限定さ
れない。

【００３４】本発明１，２の多層管の内層以外の層と内
層を多層化する方法は特に限定されず、共押出、被覆成
形や、別工程によるＦＲＰの被覆やプラスチック管、金
属管との接着などが挙げられるが、これらに限定される
ものではない。

【００３５】

【発明の実施の形態】本発明をさらに詳しく説明するた
め以下に実施例を挙げるが、本発明はこれら実施例のみ
に限定されるものではない。

【００３６】実施例１〜２、比較例１ （試験片の作成）塩素化塩化ビニル樹脂（徳山積水製：
ＨＡ５４Ｋ：塩素化度６６.５ｗｔ％）と配合剤を表１
に示した配合組成に従って混合し、塩化ビニル系樹脂組
成物を得た。得られた塩化ビニル系樹脂組を１９５℃の
８インチロールミキサー（安田精機製：１９１−ＴＭ８
×２０）で巻き付き後３分間混練し、得られたロールシ
ートを、２０５℃のプレス成形機（東邦マシナリー製）
で余熱２分、加圧（圧力：４.９ＭＰａ）２分でプレス
成形し、厚さ約２ｍｍのプレス板を得た。プレス板から
サンプル片（引張試験片（ＪＩＳ Ｋ ７１１３：２号
試験片））を作成した。

【００３７】（破断伸び保持率の測定）得られた試験片
を用いて、ＪＩＳ Ｋ ７１１３に準じ２３℃で破断伸
び（Ｅｂ）を測定した（ｎ数＝５）。一方、同様にして
得られたサンプル片を外半径５ｃｍのＳＵＳ製のパイプ
にサンプルの長さ方向が円弧に曲がった状態で巻き付
け、両端を固定する。この時サンプルに発生する表面最
大応力が１８.６〜１９.６ＭＰａ（２３℃で）となるよ
うに、サンプルの厚みを２ｍｍ±０.４ｍｍの範囲で調
節したサンプルを使用した。なお表面最大応力は次式
（２）により計算した。 表面最大応力（σ_max）＝（ヤング率×厚み）／（２×(外半径＋サンプル 厚み）） … （２） サンプルを固定したら直ちに５０℃の１４ｗｔ％のＫＯ
Ｈ水溶液の中に浸漬させ、密閉した容器内で７２時間放
置する。取り出したサンプルを水洗し、ＪＩＳＫ ７１
１３に準じ２３℃で破断伸び（Ｅａ）を測定した（ｎ数
＝５）。各サンプルの破断伸び保持率は式（１）より算
出し、結果を表１に示した。 Ｅａ／Ｅｂ×１００ …（１）

【００３８】（多層管の製造）一方で、表１に記載の内
層、外層組成物（比較例２は単層）をそれぞれ、２００
Ｌヘンシェルミキサー（カワタ製：２００Ｌスーパーミ
キサー）で混合し、この組成物を２軸異方向回転の押出
機（積水工機製：ＳＬＭ６０）２台とクロスヘッドダイ
を用いて共押出により２層管を成形した。このときのバ
レル温度は１７０〜２００℃、金型温度１９５〜２１０
℃、スクリュー回転１５〜２５ｒｐｍで成形し、内直径
５０ｍｍ、外直径５９ｍｍ、内層肉厚１.０ｍｍ、外層
肉厚３.５ｍｍの二層管を得た。この時の樹脂温度は約
２００〜２０５℃、押出量は内層が約１５ｋｇ/ｈ、外
層が約４０〜６０ｋｇ/ｈであった。

【００３９】（耐アルカリ性評価）得られた多層管を用
いて熱間内圧クリープ試験を行い、耐アルカリ性能を評
価した。５０ｃｍに切り出した多層管にＨＴバルブを接
着したあと内部に１４ｗｔ％ＫＯＨ水溶液を入れ、熱間
内圧クリープ試験機を用いて、熱水９０℃の状態の中で
１.５ＭＰａの水圧を加え、１００時間放置した後に、
多層管の状態、内面観察を行い、以下の判断基準で耐ア
ルカリ性能の評価を行った。結果を表１に示した。 ○：アルカリの漏洩や、管の変形、破裂がなく、管内面
にＥＳＣ割れが発生していない。 ×：アルカリの漏洩や、管の変形、破壊がみられる。ま
たは管内面にＥＳＣ割れが発生している。

【００４０】（比較例２）実施例１において、多層管の
製造の際に一台の押し出し機（積水工機製、ＳＬＭ６
０）を用いて、押し出し量を７０ｋｇにし、肉厚が４.
５ｍｍの単層管を製造する以外は実施例１と同様に行っ
た。結果を表１に示した。

【００４１】

【表１】

【００４２】

【発明の効果】本発明の塩化ビニル系樹脂組成物は、上
述の構成からなるため、優れた耐アルカリ性を有する多
層管を得ることが可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H111 AA01 BA15 BA34 CA53 CB07 CB14 DA11 DB03 EA04 4F100 AK15A AK15B AT00B BA02 BA10A BA10B EH20 GB90 JB01A JK08A JL00 YY00A

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２層以上の多層管において最内層に、引
   張試験片を表面最大発生応力が１８.６〜１９.６ＭＰａ
   となるよう円弧に曲げた状態で、濃度１４ｗｔ％のＫＯ
   Ｈ水溶液中に５０℃で７２時間浸漬した後の破断伸び
   （Ｅａ）と、浸漬する前の破断伸び（Ｅｂ）から、次式
   （１）により計算される破断伸び保持率が３０％以上で
   ある塩化ビニル系樹脂組成物からなる材料を使用するこ
   とを特徴とする多層管。 Ｅａ／Ｅｂ ×１００ …（１）
2. 【請求項２】 ２層以上の多層管において最内層以外の
   層に塩化ビニル系樹脂組成物からなる材料を使用するこ
   とを特徴とする請求項１記載の多層管