JP2009072768A - 内面被覆鋼管の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水配管用として好適な、水に接する環境下においても、耐剥離性に優れた内面被覆鋼管の製造方法を提供する。
【解決手段】鋼管の内面にリン酸塩系化成処理液を用いて化成処理層を形成する工程と、その上に、エポキシ樹脂と、硬化剤とを溶剤希釈した液を塗装してプライマー層を形成する工程と、その上に、変性ポリエチレン系樹脂粉末を粉体塗装して内面被覆層を形成する工程とを順次施す。内面被覆層を形成する工程は、鋼管を、樹脂のビカット軟化点より150℃以上高い温度に加熱したのち、変性ポリエチレン系樹脂粉末を粉体塗装し、ついで樹脂のビカット軟化点より50℃以上高い温度で６min以上保持する工程とする。これにより、耐水性が顕著に向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、給水、排水等の水配管用として好適な内面被覆鋼管の製造方法に係り、とくに内面被覆層の耐剥離性の改善に関する。

従来から、給水、排水等に使用される配管には、内面の防食性を付与するため、鋼管内面の被覆層として硬質の塩化ビニル樹脂をライニングした内面被覆鋼管が使用されてきた。しかし、塩化ビニル樹脂は、低温での耐衝撃性が低く、これら内面被覆鋼管を配管として寒冷地で使用する際、施工時に屋外に放置された場合などに、内面被覆層がダメージを受ける場合があり、使用上、問題を残していた。また、近年、塩化ビニル樹脂は、廃却の際に有害物を発生することや、廃却の際に鋼管と塩化ビニル樹脂との分離を必要とするため分離処理の負荷が大きいことなど、環境負荷の大きい材料であるという認識ももたれている。

このような問題に対し、例えば特許文献１には、鋼管の内面に、最大到達架橋度がゲル分率で10〜80％である架橋ポリエチレン樹脂からなる樹脂ライニング層を有する樹脂ライニング鋼管が記載されている。特許文献１に記載された技術では、かかる架橋ポリエチレン樹脂製パイプを、鋼管内径より小さく縮径したのち、鋼管内で加熱し膨張させて、鋼管内面に架橋ポリエチレン樹脂ライニング層を形成し、内面被覆鋼管を得ている。特許文献１に記載された技術によれば、最大到達架橋度がゲル分率で10〜80％である架橋ポリエチレン樹脂は成形後の良好な形状記憶性を有するため、密着性に優れた樹脂ライニング鋼管を安定的にしかも製造効率よく製造できるとしている。

また、特許文献２には、内面側がポリエチレンまたはポリプロピレンからなり、外面側がカルボン酸基もしくはエステル基を有する熱可塑性樹脂の少なくとも1つの樹脂層からなる２層以上の層からなり、鋼管内径より大きな径を有するライニング層用樹脂管の母管を、加熱下で鋼管内径より小さく延伸縮径し、ついで鋼管内に挿入し、加熱膨張させて鋼管内面をライニングする内面樹脂ライニング鋼管の製造方法が記載されている。特許文献２に記載された技術によれば、ライニング層と鋼管との接着力が高く、衝撃性に優れた内面被覆鋼管を安定して製造できるとしている。

また、例えば、非特許文献１に示されるように、鋼管内面の被覆層として、ポリエチレン樹脂をライニングした内面被覆鋼管も使用されている。これは、内面に化成処理、プライマー処理等の表面処理が施され、加熱された状態の鋼管に、ポリエチレン樹脂粉体を粉体塗装する方法により、内面被覆層が形成されている。しかし、環境によっては、管端部から内面被覆層が剥離するなどの問題があった。
特開2001−9912号公報 特開2002−257265号公報 日本水道協会規格 ＪＷＷＡ Ｋ132

しかしながら、特許文献１に記載された技術で製造された内面被覆鋼管では、架橋材から溶出する成分があり、該内面被覆鋼管を水道水用配管に適用した場合には、衛生面の観点から問題を残していた。また、特許文献２に記載された技術では、内面被覆層に形状復元性を付与するために、製造工程が複雑となり、製造コストが高騰するとともに、工業的な速度で均一な内面被覆層を形成することは、困難であるという問題があった。

また、水配管用として使用される配管においては、通常、管端の防食のために、管端防食継手が使用されている。しかし、施工時の不良や、長期の使用により劣化して、管端が水に接する環境（以下、接水環境ともいう）下に晒される場合がある。水配管として内面被覆鋼管を適用した場合に、接水環境下で内面被覆層の剥離が生じると、剥離した部分の鋼管が錆び、赤水などの原因となる。このため、とくに水配管用に適用される内面被覆鋼管には、接水環境における内面被覆層の耐久性、すなわち、接水環境における内面被覆層の耐剥離性、の向上が要望されている。

本発明は、かかる要望に鑑み、内面被覆層に塩化ビニル樹脂を使用せずに、水配管用として、接水環境下においても、耐剥離性に優れた内面被覆鋼管の製造が可能な、内面被覆鋼管の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記した目的を達成するために、内面被覆層を、変性ポリエチレン系樹脂を使用した内面被覆層とし、変性ポリエチレン系樹脂粉末を粉体塗装して内面被覆層を形成するに当たり、鋼管の加熱温度を、使用する樹脂との関係で特定範囲に設定することにより、内面被覆層の耐水性が顕著に向上することを見出した。
本発明は、上記した知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。
（１）鋼管の内面にリン酸塩系化成処理液を用いて化成処理層を形成する化成処理工程と、該化成処理層の上に、エポキシ樹脂と硬化剤とを溶剤希釈してなるプライマー液を塗装してプライマー層を形成するプライマー層形成工程と、該プライマー層の上に、変性ポリエチレン系樹脂粉末を粉体塗装して内面被覆層を形成する内面被覆層形成工程と、を順次施す内面被覆鋼管の製造方法であって、前記内面被覆層形成工程が、前記プライマー層形成工程を経た鋼管を、前記変性ポリエチレン系樹脂のビカット軟化点より150℃以上高い温度に加熱したのち、前記変性ポリエチレン系樹脂粉末を粉体塗装し、ついで前記変性ポリエチレン系樹脂のビカット軟化点より50℃以上高い温度で６min以上保持する工程であることを特徴とする内面被覆鋼管の製造方法。
（２）（１）において、前記変性ポリエチレン系樹脂粉末を、メルトインデックスが4.0〜6.5ｇ／10minである変性ポリエチレン系樹脂の粉末とすることを特徴とする内面被覆鋼管の製造方法。

本発明によれば、内面被覆層と鋼管との密着力が顕著に向上し、従来のポリエチレン樹脂を用いた内面被覆鋼管に比べて、接水環境下においても、水配管用として接水環境下での優れた耐剥離性を有する内面被覆鋼管を容易に製造でき、産業上格段の効果を奏する。

本発明の製造方法で製造される内面被覆鋼管は、図１に示すように、基材である鋼管１内面に、化成処理層２、プライマー層３、および内面被覆層４をこの順に積層してなる鋼管である。
本発明で、基材として使用される鋼管は、通常、内面にブラスト処理、酸洗処理を施し、化成処理層を形成しやすくしておくことが好ましい。なお、使用する鋼管の外面は、とくに限定する必要はないが、必要に応じてブラスト処理、酸洗処理、化成処理、めっき処理、プライマー処理、あるいは樹脂被覆を施してもよい。また、使用する鋼管は、用途に応じて、所望の強度、延性、靭性等の特性を有する鋼管を選定することは言うまでもない。

本発明では、基材である鋼管の内面に、化成処理層２を形成する化成処理工程と、プライマー層３を形成するプライマー層形成工程と、内面被覆層４を形成する内面被覆層形成工程と、を順次施す。
本発明における化成処理工程では、鋼管内面にリン酸亜鉛、リン酸亜鉛カルシウムなどのリン酸塩系の化成処理液を単独、もしくは混合した処理を行うことにより、リン酸塩系化成処理層を形成する。化成処理に際しては、上記した化成処理液を鋼管内面に吹き付けたり、流し込んだり、あるいは上記した化成処理液の浴中に鋼管を浸漬するなどの方法がいずれも好適である。なお、化成処理液には、促進剤を適宜添加してもよく、また、液温を60℃以上の温度に加温してもよい。

そして、化成処理工程を経た鋼管に、本発明ではプライマー層形成工程を施す。プライマー層形成工程では、化成処理層の上に、エポキシ樹脂と硬化剤とを溶剤希釈してなるプライマー液を塗装してプライマー層３を形成する。
プライマー液に使用するエポキシ樹脂は、ビスフェノール型エポキシ樹脂とすることが好ましい。また、エポキシ樹脂を硬化させるために使用する硬化剤としては、ジシアンジアミドもしくはその誘導体、あるいはアミン系化合物もしくはその誘導体、もしくはアミド系化合物とその誘導体、もしくは酸無水物系化合物とその誘導体とすることが好ましい。

また、プライマー層形成工程で使用するプライマー液は、上記したエポキシ樹脂と硬化剤とを、溶剤で20〜35質量％に希釈して作製したものを使用することが好ましい。そして、プライマー液を、鋼管内面に流し込む、スプレー塗布する等の方法で鋼管内面に塗装することが好ましい。塗装後、鋼管を熱風、高周波誘導加熱などの方法で加熱するか、あるいは塗装前に鋼管を加熱しておくことが好ましく、これにより、塗装した熱硬化性樹脂組成物を硬化させ、プライマー層を形成することができる。なお、エポキシ樹脂と硬化剤とを溶剤希釈するのに用いる溶剤としては、アルコール系溶剤、エーテル系溶剤、エステル系溶剤等、通常、使用される溶剤がいずれも好適である。

プライマー層形成工程を経た鋼管に、本発明では、ついで内面被覆層形成工程を施す。内面被覆層形成工程では、変性ポリエチレン系樹脂粉末を粉体塗装し、プライマー層の上に内面被覆層を形成する。
変性ポリエチレン樹脂は、直鎖状低密度ポリエチレン樹脂、高圧法低密度ポリエチレン樹脂、高密度ポリエチレン樹脂等を無水マレイン酸等の酸無水物により、常法に従い、グラフト変性したもので、変性量が通常、６質量％以下で、メルトインデックスが２ｇ／10min以上８ｇ／10min以下のものとすることが好ましい。なお、とくに好ましいメルトインデックスの範囲は、4.0ｇ／10min以上6.5ｇ／10min以下の範囲である。メルトインデックスがこの範囲である変性ポリエチレン樹脂の粉末を使用して内面被覆層を形成すると、内面が平滑性に優れたものとなり、内面性状に優れた内面被覆鋼管となり、配管として使用する際に、より好ましいものとなる。

内面被覆層（変性ポリエチレン樹脂層）は、変性ポリエチレン樹脂粉末を粉体塗装して形成するため、表面（内面）の平滑性が問題となる場合がある。管の内表面に凹凸等が存在すると、水を流送した場合に、水の流送抵抗が増加し、配管としては望ましいものではなくなる場合がある。したがって、少しでも表面平滑性の高い内表面を形成することが望ましい。メルトインデックスが適正範囲である変性ポリエチレン樹脂の粉末を用い粉体塗装にて内面被覆層を形成すると、表面平滑性の高い内面被覆層となり、内面性状に優れた内面被覆鋼管とすることができる。なお、ここでいう「メルトインデックス」は、メルトマスフローレイトと同義であり、JIS K 6922−１に規定された方法に準拠して、測定した値を用いるものとする。

また、変性ポリエチレン樹脂粉末には、必要に応じて、酸化防止剤、顔料を添加できる。
粉体塗装する前に、本発明では、鋼管を、使用する変性ポリエチレン系樹脂のビカット軟化点より150℃以上高い温度に加熱する。粉体塗装する前の鋼管の加熱温度が（ビカット軟化点＋150℃）未満では、接水環境下での耐剥離性が低下し、好ましくない。なお、粉体塗装する前の鋼管の加熱温度が（ビカット軟化点＋230℃）を超えて高温となると、変性ポリエチレン樹脂が劣化する。このため、粉体塗装する前の鋼管の加熱温度は（使用する変性ポリエチレン系樹脂のビカット軟化点＋150℃）以上、より好ましくは（使用する変性ポリエチレン系樹脂のビカット軟化点＋230℃）以下の温度とする。なお、ビカット軟化点は、JIS K 7206の規定に準拠して測定された値を用いるものとする。

粉体塗装が完了したのち、さらに、使用した変性ポリエチレン系樹脂のビカット軟化点より50℃以上高い温度で６min以上保持する。この粉体塗装後の保持により、形成された内面被覆層がより均一な膜となる。
なお、内面被覆層の平均厚みは、0.3〜1.0mmとすることが好ましい。平均厚みが0.3mm未満では、施工時の疵等により穴があき、下層である透水性の高いプライマー層が露出し防食性が低下する。また、1.0mmを超えて厚くすると、粉体塗装に多大の時間を要し、生産性が低下する。なお、好ましくは0.5〜0.9mmである。

また、本発明の内面被覆層形成工程では、上記した内面被覆層の上に、さらにポリエチレン樹脂層を形成し、二層からなる内面被覆層としてもよい。使用するポリエチレン樹脂としては、直鎖状低密度ポリエチレン樹脂、高圧法低密度ポリエチレン樹脂、あるいは高密度ポリエチレン樹脂等のポリエチレン樹脂が例示でき、これら樹脂の粉末を、変性ポリエチレン樹脂層と同様に、粉体塗装して形成することができる。ポリエチレン樹脂層の平均厚みは、変性ポリエチレン樹脂層との合計厚みが0.5〜1.0mmとなるように形成することが好ましい。

以下、実施例に基づき、本発明についてさらに詳しく説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
酸洗処理した鋼管（内径27.6mmφ×外径34.0mmφ×４ｍ）に、化成処理液としてリン酸亜鉛カルシウム系処理液を用い該処理液（液温：60℃）中に該鋼管を浸漬する化成処理工程を施し、内面にリン酸亜鉛カルシウム系化成処理層を形成した。ついで、該化成処理層の上にプライマー層を形成するプライマー層形成工程を施した。プライマー層の形成は、ビスフェノール型エポキシ樹脂と、硬化剤とが、20質量％となるように溶剤希釈した溶液（プライマー液）を塗装することにより行った。

ついで、プライマー層形成工程を経た鋼管には、プライマー層の上に内面被覆層を形成する内面被覆層形成工程を施した。内面被覆層形成工程では、まずプライマー層形成工程を経た鋼管を表１に示す温度に加熱した。加熱は高周波誘導加熱炉を用いて行った。そして、加熱された鋼管内面に、樹脂粉末を粉体塗装して、0.6〜0.8mmの平均厚みの内面被覆層（変性ポリエチレン樹脂層）を形成した。なお、使用した樹脂としては、表１に示す密度およびビカット軟化点を有する酸変性ポリエチレン樹脂を使用した。なお、ビカット軟化点は、JIS K 7206の規定に準拠して測定した。また、密度は、密度勾配管により測定した。粉体塗装後、熱風炉内で、表１に示す温度、時間で保持したのち自然冷却して内面被覆鋼管とした。

接水環境下における耐剥離を見るために、以下の方法により耐温水性を評価した。
得られた内面被覆鋼管から、長さ：50cmの試験片を切断採取し、該試験片を３％食塩水（液温：55℃）に、２０日間浸漬した。浸漬後、試験片端部の被覆層の剥離状態を観察し、耐温水性の評価とした。剥離長さが５mm未満のものを○、剥離長さが５mm以上のものを×として評価した。

得られた結果を表１に併記した。

本発明例はいずれも、優れた耐温水性を示して、接水環境下における耐久性に優れていることがわかる。一方、本発明の範囲を外れる比較例は、剥離長さが５mm以上と耐温水性が低下している。
（実施例２）
酸洗処理した鋼管（内径27.6mmφ×外径34.0mmφ×４ｍ）に、化成処理液としてリン酸亜鉛カルシウム系処理液を用い該処理液（液温：60℃）中に該鋼管を浸漬する化成処理工程を施し、内面にリン酸亜鉛カルシウム系化成処理層を形成した。ついで、該化成処理層の上にプライマー層を形成するプライマー層形成工程を施した。プライマー層の形成は、ビスフェノール型エポキシ樹脂と、硬化剤とが、20質量％となるように溶剤希釈した溶液（プライマー液）を塗装することにより行った。

ついで、プライマー層形成工程を経た鋼管には、プライマー層の上に内面被覆層を形成する内面被覆層形成工程を施した。内面被覆層形成工程では、まずプライマー層形成工程を経た鋼管を表２に示す温度に加熱した。加熱は高周波誘導加熱炉を用いて行った。そして、加熱された鋼管内面に、樹脂粉末を粉体塗装して、0.6〜0.8mmの平均厚みの内面被覆層（変性ポリエチレン樹脂層）を形成した。

なお、使用した樹脂粉末としては、表２に示す密度、ビカット軟化点およびメルトインデックス（メルトマスフローレイト）を有する酸変性ポリエチレン樹脂の粉末を使用した。なお、ビカット軟化点は、JIS K 7206の規定に準拠して測定した。また、密度は、密度勾配管により測定した。また、メルトインデックス（メルトマスフローレイト）は、JIS K 6922−１の規定に準拠して測定した。

粉体塗装後、熱風炉内で、表２に示す温度、時間で保持したのち自然冷却して内面被覆鋼管とした。
得られた内面被覆鋼管について、接水環境下における耐剥離を見るために、実施例１と同様に、耐温水性を評価した。
さらに、得られた内面被覆鋼管の内面を目視で観察し、内面性状（内面の表面平滑性）について判定した。判定は、凹凸がなく良好なもの：○、凹凸が目立つもの：△、配管として使用不可なほど内面性状が不良なもの：×、とした。

得られた結果を表２に併記した。

本発明例はいずれも、優れた耐温水性を示し、接水環境下における耐久性に優れていることがわかる。また、メルトインデックス（メルトマスフローレイト）が4.0g/10min以上の樹脂を使用して内面被覆層を形成した場合には、内面の平滑性も良好で、内面性状は○（良好）であった。

本発明鋼管の断面を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１ 鋼管
２ 化成処理層
３ プライマー層
４ 内面被覆層

Claims (2)

1. 鋼管の内面にリン酸塩系化成処理液を用いて化成処理層を形成する化成処理工程と、該化成処理層の上に、エポキシ樹脂と硬化剤を溶剤希釈してなるプライマー液を塗装してプライマー層を形成するプライマー層形成工程と、該プライマー層の上に、変性ポリエチレン系樹脂粉末を粉体塗装して内面被覆層を形成する内面被覆層形成工程と、を順次施す内面被覆鋼管の製造方法であって、
   前記内面被覆層形成工程が、前記プライマー層形成工程を経た鋼管を、前記変性ポリエチレン系樹脂のビカット軟化点より150℃以上高い温度に加熱したのち、前記変性ポリエチレン系樹脂粉末を粉体塗装し、ついで前記変性ポリエチレン系樹脂のビカット軟化点より50℃以上高い温度で６min以上保持する工程であることを特徴とする内面被覆鋼管の製造方法。
2. 前記変性ポリエチレン系樹脂粉末を、メルトインデックスが4.0〜6.5ｇ／10minである変性ポリエチレン系樹脂の粉末とすることを特徴とする請求項１に記載の内面被覆鋼管の製造方法。

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