JP2011031460A - 水配管用内面被覆鋼管 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】鋼管の内側にリン酸塩化成処理を施してなる化成処理皮膜層を有し、該化成処理皮膜層の上層には、平均厚さが10〜40μmであるプライマー層を有し、該プライマー層の上層には、変性ポリエチレン系樹脂層を有している。さらに、前記プライマー層は(1)エポキシ当量が170〜280であるビスフェノールA系エポキシ樹脂および/またはエポキシ当量が156〜280であるビスフェノールF系エポキシ樹脂、および(2)不飽和カルボン酸または不飽和カルボン酸アルキルエステルとキシリレンジアミンの反応により生成されるアミン系化合物と、エチルトリス(アミノプロピルオキシメチル)メタンとの混合物、を用いて形成される。
【選択図】図1
Description
本発明は、塩ビ樹脂を使用しない内面被覆鋼管であって、幅広い温度領域の接水環境において耐剥離性が高い内面被覆層を提供するものである。
本発明は、かかる事情に鑑み、上記問題点を有利に解決し、塩化ビニル樹脂を使用しない内面被覆鋼管であって、幅広い温度領域の接水環境においても耐剥離性が高い水配管用内面被覆鋼管を提供することを目的とする。
[1]鋼管の内側にリン酸塩化成処理を施してなる化成処理皮膜層を有し、該化成処理皮膜層の上層には、平均厚さが10〜40μmであるプライマー層を有し、該プライマー層の上層には、変性ポリエチレン系樹脂層を有した水配管用内面被覆鋼管であって、前記プライマー層は下記(1)および(2)を用いて形成されることを特徴とする水配管用内面被覆鋼管。
(1)エポキシ当量が170〜280であるビスフェノールA系エポキシ樹脂および/またはエポキシ当量が156〜280であるビスフェノールF系エポキシ樹脂。
(2)不飽和カルボン酸または不飽和カルボン酸アルキルエステルとキシリレンジアミンの反応により生成されるアミン系化合物と、エチルトリス(アミノプロピルオキシメチル)メタンとの混合物。
[2]前記[1]において、前記不飽和カルボン酸または前記不飽和カルボン酸アルキルエステルは、アクリル酸またはアクリル酸アルキルエステル、あるいは、メタクリル酸またはメタクリル酸アルキルエステルであることを特徴とする水配管用内面被覆鋼管。
本発明の水配管用内面被覆鋼管の一部を図1に模式的に示す。図1に示す通り、本発明の水配管用内面被覆鋼管は、鋼管1の内側にリン酸塩化成処理を施してなる化成処理皮膜層2を、前記化成処理皮膜層2の上層に平均厚さが10〜40μmであるプライマー層3を、
前記プライマー層の上層に変性ポリエチレン系樹脂層4を有した水配管用内面被覆鋼管である。さらに、前記プライマー層は下記(1)および(2)を用いて形成されることを特徴とする。
(1)エポキシ当量が170〜280であるビスフェノールA系エポキシ樹脂および/またはエポキシ当量が156〜280であるビスフェノールF系エポキシ樹脂。
(2)不飽和カルボン酸または不飽和カルボン酸アルキルエステルとキシリレンジアミンの反応により生成されるアミン系化合物と、エチルトリス(アミノプロピルオキシメチル)メタンとの混合物。
上記のような構成かつ順序の被覆層としたのは、以下の理由による。最上層である(変性)ポリエチレン樹脂は無極性であるため、直接、鋼管表面と接着しない。そこで、本発明では、鋼管と(変性)ポリエチレン樹脂層との間に、化成処理層とプライマー層を設けることにより密着性を確保している。
1)まず、リン酸塩化成処理を施してなる化成処理皮膜層について説明する。
2)次いで、前記化成処理皮膜層の上層に積層される平均厚さ:10〜40μmのプライマー層について説明する。
(1)エポキシ当量が170〜280であるビスフェノールA系エポキシ樹脂および/またはエポキシ当量が156〜280であるビスフェノールF系エポキシ樹脂。
(2)不飽和カルボン酸または不飽和カルボン酸アルキルエステルとキシリレンジアミンの反応により生成されるアミン系化合物と、エチルトリス(アミノプロピルオキシメチル)メタンとの混合物。
ビスフェノールA系エポキシ樹脂としては、エポキシ当量170〜280のものが使用できる。エポキシ当量が170よりも小さくなると満足した性能が得られず、280よりも大きくなると取り扱い作業性が悪くなる。取り扱い作業性を考慮すると、好ましくは、エポキシ当量が184〜194の範囲のものであり、例えば、ジャパンエポキシレジン(株)製の商品名jER828が挙げられる。
ビスフェノールF系エポキシ樹脂としては、エポキシ当量156〜280のものが使用できる。エポキシ当量が156よりも小さくなると満足した性能が得られず、280よりも大きくなると取り扱い作業性が悪くなる。取り扱い作業性を考慮すると、好ましくは、エポキシ当量が160〜175の範囲のものであり、例えば、ジャパンエポキシレジン(株)製の商品名jER807が挙げられる。
エポキシ樹脂に、酸化チタン、シリカ、タルク、白雲母、酸化クロム、リン酸亜鉛等の無機顔料を添加しても良い。また、エポキシ樹脂との接着性を良くするために、無機顔料にシランカップリング処理等の化学処理を施しても良い。さらに、性能を変えない範囲内で他のエポキシ樹脂を添加しても良い。
上記主剤と同様に、本発明者らは、硬化剤に関しても耐温水性および可撓性を有する材料を得るべく検討した。その結果、硬化剤としてキシリレンジアミンのみでは高温特性(耐温水性)は有するものの、可撓性を欠くことがわかった。そこで更に鋭意検討した結果、不飽和カルボン酸または不飽和カルボン酸アルキルエステルと、キシリレンジアミンとの反応により得られるアミン系化合物と、エチルトリス(アミノプロピルオキシメチル)メタンとの混合物を硬化剤として用いることで、高い可撓性を示す硬化物(プライマー層)が得られることがわかった。なお、上記アミン系化合物の分子構造を化学式3として、エチルトリス(アミノプロピルオキシメチル)メタンの分子構造を化学式4としてそれぞれ示す。
不飽和カルボン酸および不飽和カルボン酸アルキルエステルは種々あるが、上記のアクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸アルキルエステル、メタクリル酸アルキルエステルを用いることで、キシリレンジアミンと容易に反応する。また、副反応も少なく、生成する不純物も少ない。そして、得られるアミン系化合物を硬化剤として使用した場合、十分な可撓化効果を与えることができる。
さらに、不飽和カルボン酸または不飽和カルボン酸アルキルエステルとキシリレンジアミンの反応により生成されるアミン系化合物を合成する際には、原料のエステルがアミンとの反応で分解し、アルコールを生成する。このアルコールが系外に出ることにより反応は円滑に進む。したがって、生成するアルコールは沸点が低いものが良く、原料であるアクリル酸アルキルエステルとしては、アクリル酸メチルエステル、アクリル酸エチルエステルが好ましい。
なお、上記アミン系化合物を合成するにあたっての条件は特に限定されず、通常行われる反応条件を本発明においても採用することができる。
3)次いで、最上層の変性ポリエチレン系樹脂層について説明する。
変性ポリエチレン樹脂は、直鎖状低密度ポリエチレン、もしくは高圧法低密度ポリエチレン、もしくは高密度ポリエチレンを無水マレイン酸などの酸無水物によりグラフト変性したものを用いることができる。変性量は通常6質量%以下が好ましく、定法により変性することができ、通常、メルトインデックスが2以上8以下のものが好ましい。
また、変性ポリエチレン樹脂には本発明の性能を損なわない範囲で、上記樹脂組成物を主成分として他の樹脂を混ぜ合わせても良く、必要に応じて酸化防止剤や顔料などを加えることができる。
この変性ポリエチレン層の厚みは、0.3mm〜1.0mmが好ましく、より好ましくは0.5mm〜0.9mmである。0.3mmより薄いと施工時の疵付きなどで変性ポリエチレン層に穴があきやすくなり、透水性の高いエポキシ樹脂層がむき出しになるため防食性が損なわれる場合がある。1.0mmより厚いと、粉体塗装での効率が低くなる。
また、変性ポリエチレン系樹脂層として、上記変性ポリエチレン樹脂層の上にさらに既知の直鎖状低密度ポリエチレン、もしくは高圧法低密度ポリエチレン、もしくは高密度ポリエチレンなどのポリエチレンの粉末を同様に塗装して、変性ポリエチレン層とポリエチレン層の合計厚みが0.5mm〜1.0mmになるような層を形成しても良い。この際、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂、エチレン−アクリル酸エステル共重合樹脂などのエチレンと不飽和結合を有するモノマーとの共重合樹脂は、その軟化温度が低くなりすぎるため、使用することはできない。
4)鋼管
以上よりなる被覆層を有する鋼管としては、特に限定はしないが、外径が10〜170mm程度、長さは通常4〜6m程度、肉厚は1.0〜6.0mm程度のものを用いるのが好ましい。本発明で用いられる鋼管は、鋼管外面にブラスト処理、酸洗処理、化成処理、メッキ処理、プライマー処理もしくは樹脂被覆を行っても良い。また、鋼管内面は、通常、ブラスト処理、酸洗処理等を行い、その後の化成処理などが行なわれやすいようにすることもできる。
変性ポリエチレン樹脂内面被覆鋼管(水配管用内面被覆鋼管)を製造し、得られた水配管用内面被覆鋼管より試験片を採取して、防食性能を調査した。試験片1〜10が本発明例、試験片11と12が比較例に該当する。詳細を以下に示す。
(試験片1〜10)
酸洗処理を施した鋼管(内径27.6mmφ、外径34mmφ×4m)を80℃のリン酸亜鉛カルシウム系処理液に浸漬し、化成処理を行った。次いで、鋼管の内側に表1に記載の主剤(a)および硬化剤(b)からなるプライマーを、表1に記載の平均厚さとなるように塗布し、130℃に加熱硬化させて、プライマー層を形成した。次いで、鋼管を230℃に加熱した。加熱後、鋼管内面に、密度0.923、メルトインデックス4.9の直鎖状低密度ポリエチレンを無水マレイン酸変性した粉状の変性ポリエチレン樹脂を粉体塗装し、厚さ0.6〜0.8mmの変性ポリエチレン系樹脂層を形成した。塗装後、150℃以上の炉内で保熱した後、自然冷却して内面被覆鋼管を得た。
なお、試験片1〜10では、エポキシ樹脂(主剤:a)としてjER828、jER807の2種類を使用した。硬化剤(b)として、アミン系化合物Aもしくはアミン系化合物Bのいずれかからなる不飽和カルボン酸または不飽和カルボン酸アルキルエステルとキシリレンジアミンの反応により生成されるアミン系化合物(c)と、エチルトリス(アミノプロピルオキシメチル)メタン(活性水素当量80)(d)の混合物を使用した。上記アミン系化合物A(活性水素当量65)はキシリレンジアミンとアクリル酸と反応生成物であり、上記アミン系化合物B(活性水素当量68)はキシリレンジアミンとメタクリル酸との反応生成物である。
さらに、上記アミン系化合物(c)と、エチルトリス(アミノプロピルオキシメチル)メタン(d)の混合比(c/d)は95/5、80/20、60/40の3水準とした。
酸洗処理を施した鋼管(内径27.6mmφ、外径34mmφ×4m)を80℃のリン酸亜鉛カルシウム系処理液に浸漬し化成処理を行った。次いで、鋼管の内側に表1に記載の主剤(a)および硬化剤(b)からなるプライマーを、表1に記載の平均厚さとなるように塗布し、130℃に加熱硬化させて、プライマー層を形成した。次いで、鋼管を230℃に加熱した。加熱後、鋼管内面に、密度0.923、メルトインデックス4.9の直鎖状低密度ポリエチレンを無水マレイン酸変性した粉状の変性ポリエチレン樹脂を粉体塗装し、厚さ0.6〜0.8mmの変性ポリエチレン樹脂層を形成した。塗装後、150℃以上の炉内で保熱した後、自然冷却して内面被覆鋼管を得た。
なお、試験片11と12では、エポキシ樹脂(主剤:a)としてjER828の1種類を使用した。硬化剤(b)としてB002またはP002を使用した。ここで、B002は、化学式5の分子構造を有する複素環状アミン2モルに対してブチルグリシジルエーテル1モルを加え反応させて生成した変性複素環状アミンである。P002は、化学式5の分子構造を有する複素環状アミン2モルに対してフェニルグリシジルエーテル1モルを加え反応させて生成した変性複素環状アミンである。
内面被覆鋼管を50cm長さに切断し、60℃の3%食塩水に浸漬した。28日後、鋼管端部の被覆層の剥離状況を観察し、端部からの剥離がなかったものもしくは5mm未満のものを「○」、5mm以上のものを「×」とした。
2 化成処理被覆層
3 プライマー層
4 変性ポリエチレン系樹脂層
Claims (2)
- 鋼管の内側にリン酸塩化成処理を施してなる化成処理皮膜層を有し、該化成処理皮膜層の上層には、平均厚さが10〜40μmであるプライマー層を有し、該プライマー層の上層には、変性ポリエチレン系樹脂層を有した水配管用内面被覆鋼管であって、前記プライマー層は下記(1)および(2)を用いて形成されることを特徴とする水配管用内面被覆鋼管。
(1)エポキシ当量が170〜280であるビスフェノールA系エポキシ樹脂および/またはエポキシ当量が156〜280であるビスフェノールF系エポキシ樹脂。
(2)不飽和カルボン酸または不飽和カルボン酸アルキルエステルとキシリレンジアミンの反応により生成されるアミン系化合物と、エチルトリス(アミノプロピルオキシメチル)メタンとの混合物。 - 前記不飽和カルボン酸または前記不飽和カルボン酸アルキルエステルは、アクリル酸またはアクリル酸アルキルエステル、あるいは、メタクリル酸またはメタクリル酸アルキルエステルであることを特徴とする請求項1に記載の水配管用内面被覆鋼管。
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