JP2014198783A - 配水管用着色樹脂組成物及び配水管 - Google Patents
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Abstract
【課題】塩素を含有する水道水などに長期間直接接触しても、水泡の発生を抑制する事が出来る耐塩素水性に優れ、且つ長期耐候性に優れた配水管用着色樹脂組成物及びそれに用いる配水管を提供する。
【解決手段】本発明は、ポリオレフィン樹脂１００質量部に対して、カーボンブラック０．１〜５．０質量部を配合させた配水管用着色樹脂組成物であって、該カーボンブラックが、平均粒径２００〜５００ｎｍのサーマルブラック及び平均粒径１０〜１３０ｎｍの該サーマルブラック以外のカーボンブラックであり、かつ該サーマルブラックと該サーマルブラック以外のカーボンブラックの配合比率が質量比で９：１〜７：３であり、さらに、アルカリ土類金属の水酸化物を０．０１〜５．０質量部配合することを特徴とする配水管用着色樹脂組成物、及び該配水管用着色樹脂組成物を成形してなる配水管である。
【選択図】なし
【解決手段】本発明は、ポリオレフィン樹脂１００質量部に対して、カーボンブラック０．１〜５．０質量部を配合させた配水管用着色樹脂組成物であって、該カーボンブラックが、平均粒径２００〜５００ｎｍのサーマルブラック及び平均粒径１０〜１３０ｎｍの該サーマルブラック以外のカーボンブラックであり、かつ該サーマルブラックと該サーマルブラック以外のカーボンブラックの配合比率が質量比で９：１〜７：３であり、さらに、アルカリ土類金属の水酸化物を０．０１〜５．０質量部配合することを特徴とする配水管用着色樹脂組成物、及び該配水管用着色樹脂組成物を成形してなる配水管である。
【選択図】なし
Description
本発明は、耐塩素水性に優れた配水管用着色樹脂組成物及び配水管に関する。詳しくは、塩素を含有する水道水などに長期間直接接触しても、塩素による劣化が原因である配水管表面の水泡の発生を抑制する事が出来、且つ長期耐候性に優れ、コスト面でも有利な配水管用着色樹脂組成物及び配水管に関する。
近年、水道用配水管として、既存のダクタイル鋳鉄管や塩化ビニル管などから、ポリエチレン管への代替が、急速に進んでいる。これは、阪神・淡路大震災等の大地震で、ポリエチレン管の持つ柔軟性が耐震性に有効であることが評価されてきたためである。
しかしながら、非埋設用上水管としてポリエチレン管を使用する場合には、ポリエチレン管に耐候性を付与する必要があり、このための着色材料として、さまざまな無機顔料や有機顔料が使用されている。この中で、特に、飲料水として使用する等の観点から安全性の面で優れ、また高い隠蔽性を有する耐光安定剤として、カーボンブラックが使用されている。現在、一般に使用されているカーボンブラックは、平均粒径が３０ｎｍ以下のものが多く、このカーボンブラックを使用したポリエチレン管は、他の顔料を使用したポリエチレン管と比較して、耐塩素水性に劣るという欠点を有している。特に、上水道用の配水管では、殺菌を目的として水中に添加された塩素が、カーボンブラックの触媒作用により管内壁に水泡を発生させ、長期間経過後に内壁から剥離が生じ、それらが水道水中に混入するという問題が発生している。そのため、プラスチック管の耐塩素水性に関しては、ＪＩＳ Ｋ６７６２等に規定された非常に厳しい基準が定められている。
しかしながら、非埋設用上水管としてポリエチレン管を使用する場合には、ポリエチレン管に耐候性を付与する必要があり、このための着色材料として、さまざまな無機顔料や有機顔料が使用されている。この中で、特に、飲料水として使用する等の観点から安全性の面で優れ、また高い隠蔽性を有する耐光安定剤として、カーボンブラックが使用されている。現在、一般に使用されているカーボンブラックは、平均粒径が３０ｎｍ以下のものが多く、このカーボンブラックを使用したポリエチレン管は、他の顔料を使用したポリエチレン管と比較して、耐塩素水性に劣るという欠点を有している。特に、上水道用の配水管では、殺菌を目的として水中に添加された塩素が、カーボンブラックの触媒作用により管内壁に水泡を発生させ、長期間経過後に内壁から剥離が生じ、それらが水道水中に混入するという問題が発生している。そのため、プラスチック管の耐塩素水性に関しては、ＪＩＳ Ｋ６７６２等に規定された非常に厳しい基準が定められている。
カーボンブラックを配合した上水道用プラスチック管の耐塩素水性に関して、さまざまな発案がなされている。特許文献１では、平均粒径が３５ｎｍ〜５００ｎｍである特定量のカーボンブラックを、特許文献２では、特定量のサーマルブラックをポリエチレン樹脂に配合させることにより、耐塩素水性が改良されることが開示されている。しかしながら、長期耐候性との両立に関しては未だ不十分であった
また、特許文献３、特許文献４では、水道水に直接接触するポリエチレン管の内面側にはポリエチレン単体を、太陽光の紫外線に直接さらされる外面側にはカーボンブラックを配した２層構成でなる管が発案されている。しかしながら、２層管の成形は、単層管の成形と比較して、成形が難しく、かつ高コストである等の問題があり、単層管での高耐塩素水性が求められていた。
さらに、特許文献５には、長期の耐候性を付与することを目的に、カーボンブラックをポリエチレンに添加したパイプが開示されている。しかしながら、これらの公知文献の技術だけでは、耐塩素水性は必ずしも充分なレベルではなく、さらなる改良が求められていた。
特許文献６では、ポリオレフィン樹脂にカーボンブラック等の染顔料を配合したパイプ表面に、上水道の塩素含有水が接した場合に、発生する膨れや色抜けを抑制する技術が開示されているものの、耐塩素水性が十分ではなかった。
特許文献７では、特定の性状を有するポリエチレン樹脂に、カーボンブラック及び少なくとも１種のアルカリ土類金属の水酸化物を含有させた配水管用着色樹脂組成物が開示されているが、耐塩素水性及び長期耐久性の双方を兼ね備えた配水管として、さらに性能の向上が求められていた。
また、特許文献３、特許文献４では、水道水に直接接触するポリエチレン管の内面側にはポリエチレン単体を、太陽光の紫外線に直接さらされる外面側にはカーボンブラックを配した２層構成でなる管が発案されている。しかしながら、２層管の成形は、単層管の成形と比較して、成形が難しく、かつ高コストである等の問題があり、単層管での高耐塩素水性が求められていた。
さらに、特許文献５には、長期の耐候性を付与することを目的に、カーボンブラックをポリエチレンに添加したパイプが開示されている。しかしながら、これらの公知文献の技術だけでは、耐塩素水性は必ずしも充分なレベルではなく、さらなる改良が求められていた。
特許文献６では、ポリオレフィン樹脂にカーボンブラック等の染顔料を配合したパイプ表面に、上水道の塩素含有水が接した場合に、発生する膨れや色抜けを抑制する技術が開示されているものの、耐塩素水性が十分ではなかった。
特許文献７では、特定の性状を有するポリエチレン樹脂に、カーボンブラック及び少なくとも１種のアルカリ土類金属の水酸化物を含有させた配水管用着色樹脂組成物が開示されているが、耐塩素水性及び長期耐久性の双方を兼ね備えた配水管として、さらに性能の向上が求められていた。
本発明は、塩素を含有する水道水などに長期間直接接触しても、水泡の発生を抑制する事が出来る耐塩素水性に優れ、且つ長期耐候性に優れた配水管用着色樹脂組成物及びそれに用いる配水管を提供することを課題とする。
本発明者らは、前記の問題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、ポリオレフィン樹脂に、カーボンブラックとして、特定の粒径を有するサーマルブラックと該サーマルブラック以外のカーボンブラックを、特定の比率で加え、併せてアルカリ土類金属の水酸化物を加えることで、耐塩素水性に優れ、水泡発生が抑制され、且つ長期耐候性に優れた配水管用着色樹脂組成物を見出した。
具体的には、カーボンブラックを含有させたポリエチレン樹脂製水道用配水管の劣化のメカニズムが、カーボンブラックの持つ活性点の高さから、塩素を吸着しポリエチレン樹脂の塩素化、酸化反応を速め、一般に水泡剥離現象に至るとされていることから、本発明では、ポリオレフィン樹脂に、カーボンブラックとして、平均粒径２００〜５００ｎｍのサーマルブラック、平均粒径１０〜１３０ｎｍのサーマルブラック以外のカーボンブラックを特定量の比率で加えること、及びアルカリ土類金属の水酸化物を特定量添加することにより、アルカリ土類金属の水酸化物の水酸基と塩素水中の塩素との間で置換反応が起き、金属塩として安定化するため、ポリオレフィン樹脂への塩素化、酸化反応による劣化が緩和され、塩素濃度２０００±１００ｐｐｍ、塩素水温度６０℃におけるＪＩＳ Ｋ６７６２−１９９３塩素水試験方法による１６８時間後の水泡発生の阻止及びオープンフレームカーボンアーク式耐候性試験（以下、Ｓ−ＷＯＭ試験と称する：Ｓｕｎｓｈｉｎｅ Ｃａｒｂｏｎ Ａｒｃ Ｗｅａｔｈｅｒ−Ｏｍｅｔｅｒ）による照射２０００時間後の残存伸度（８０％以上）の保持が可能になることを見出した。
具体的には、カーボンブラックを含有させたポリエチレン樹脂製水道用配水管の劣化のメカニズムが、カーボンブラックの持つ活性点の高さから、塩素を吸着しポリエチレン樹脂の塩素化、酸化反応を速め、一般に水泡剥離現象に至るとされていることから、本発明では、ポリオレフィン樹脂に、カーボンブラックとして、平均粒径２００〜５００ｎｍのサーマルブラック、平均粒径１０〜１３０ｎｍのサーマルブラック以外のカーボンブラックを特定量の比率で加えること、及びアルカリ土類金属の水酸化物を特定量添加することにより、アルカリ土類金属の水酸化物の水酸基と塩素水中の塩素との間で置換反応が起き、金属塩として安定化するため、ポリオレフィン樹脂への塩素化、酸化反応による劣化が緩和され、塩素濃度２０００±１００ｐｐｍ、塩素水温度６０℃におけるＪＩＳ Ｋ６７６２−１９９３塩素水試験方法による１６８時間後の水泡発生の阻止及びオープンフレームカーボンアーク式耐候性試験（以下、Ｓ−ＷＯＭ試験と称する：Ｓｕｎｓｈｉｎｅ Ｃａｒｂｏｎ Ａｒｃ Ｗｅａｔｈｅｒ−Ｏｍｅｔｅｒ）による照射２０００時間後の残存伸度（８０％以上）の保持が可能になることを見出した。
すなわち、本発明は、以下の発明を提供するものである。
（１）ポリオレフィン樹脂１００質量部に対して、カーボンブラック０．１〜５．０質量部を配合させた配水管用着色樹脂組成物であって、該カーボンブラックが、平均粒径２００〜５００ｎｍのサーマルブラック及び平均粒径１０〜１３０ｎｍの該サーマルブラック以外のカーボンブラックであり、かつ該サーマルブラックと該サーマルブラック以外のカーボンブラックの配合比率が質量比で９：１〜７：３であり、さらに、アルカリ土類金属の水酸化物を０．０１〜５．０質量部配合することを特徴とする配水管用着色樹脂組成物。
（２）前記サーマルブラック以外のカーボンブラックが、ファーネスブラック又はアセチレンブラックである上記（１）に記載の配水管用着色樹脂組成物。
（３）前記アルカリ土類金属の水酸化物の配合量が、０．０１〜４．０質量部である上記（１）又は（２）に記載の配水管用着色樹脂組成物。
（４）前記アルカリ土類金属の水酸化物が、水酸化マグネシウム又は水酸化カルシウムである上記（１）〜（３）のいずれかに記載の配水管用着色樹脂組成物。
（５）前記ポリオレフィン樹脂が、高密度ポリエチレン又は直鎖状低密度ポリエチレンである上記（１）〜（４）のいずれかに記載の配水管用着色樹脂組成物。
（６）上記（１）〜（５）のいずれかに記載の配水管用着色樹脂組成物を成形してなる配水管。
（７）前記配水管が、単層管である上記（６）に記載の配水管。
（８）前記配水管が、非埋設用上水管である上記（６）又は（７）に記載の配水管。
（１）ポリオレフィン樹脂１００質量部に対して、カーボンブラック０．１〜５．０質量部を配合させた配水管用着色樹脂組成物であって、該カーボンブラックが、平均粒径２００〜５００ｎｍのサーマルブラック及び平均粒径１０〜１３０ｎｍの該サーマルブラック以外のカーボンブラックであり、かつ該サーマルブラックと該サーマルブラック以外のカーボンブラックの配合比率が質量比で９：１〜７：３であり、さらに、アルカリ土類金属の水酸化物を０．０１〜５．０質量部配合することを特徴とする配水管用着色樹脂組成物。
（２）前記サーマルブラック以外のカーボンブラックが、ファーネスブラック又はアセチレンブラックである上記（１）に記載の配水管用着色樹脂組成物。
（３）前記アルカリ土類金属の水酸化物の配合量が、０．０１〜４．０質量部である上記（１）又は（２）に記載の配水管用着色樹脂組成物。
（４）前記アルカリ土類金属の水酸化物が、水酸化マグネシウム又は水酸化カルシウムである上記（１）〜（３）のいずれかに記載の配水管用着色樹脂組成物。
（５）前記ポリオレフィン樹脂が、高密度ポリエチレン又は直鎖状低密度ポリエチレンである上記（１）〜（４）のいずれかに記載の配水管用着色樹脂組成物。
（６）上記（１）〜（５）のいずれかに記載の配水管用着色樹脂組成物を成形してなる配水管。
（７）前記配水管が、単層管である上記（６）に記載の配水管。
（８）前記配水管が、非埋設用上水管である上記（６）又は（７）に記載の配水管。
本発明の配水管用着色樹脂組成物によれば、耐塩素水性に優れ、水泡発生を抑制する事が可能で、且つ長期耐候性を保ち、コスト面でも有利であり実用上極めて有用な配水管を提供することができる。
本発明は、ポリオレフィン樹脂１００質量部に対して、カーボンブラック０．１〜５．０質量部を配合させた配水管用着色樹脂組成物であって、該カーボンブラックが、平均粒径２００〜５００ｎｍのサーマルブラック及び平均粒径１０〜１３０ｎｍの該サーマルブラック以外のカーボンブラックであり、かつ該サーマルブラックと該サーマルブラック以外のカーボンブラックの配合比率が質量比で９：１〜７：３であり、さらに、アルカリ土類金属の水酸化物を０．０１〜５．０質量部配合することを特徴とする配水管用着色樹脂組成物である。
本発明で使用されるポリオレフィン樹脂としては、押出成形、射出成形等で使用される公知のポリオレフィン樹脂であるポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等が挙げられ、特に限定なく使用できるが、この中で、パイプ成形性、コスト面、長期耐久性等総合的な観点から、高密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレンが好ましい。
高密度ポリエチレンとしては、温度１９０℃で荷重２１．６ｋｇにおいて測定したメルトフローレート（以下、ＭＦＲと称する）（ＪＩＳ Ｋ−７２１０（１９９６））が、５〜３０ｇ／１０分、密度（ＪＩＳ Ｋ−７１１２（１９９６））が、０．９４５〜０．９６５ｇ／ｃｍ3のものが好ましい。
直鎖状低密度ポリエチレンとしては、温度１９０℃で荷重２１．６ｋｇにおいて測定したＭＦＲ（ＪＩＳ Ｋ−７２１０（１９９６））が、１０〜４０ｇ／１０分、密度（ＪＩＳ Ｋ−７１１２（１９９６））が、０．９２０〜０．９４４ｇ／ｃｍ3のものが好ましい。ＭＦＲ及び密度が上記範囲であれば、パイプ成形性、長期耐久性の観点から、共に良好であり好ましい。
直鎖状低密度ポリエチレンとしては、温度１９０℃で荷重２１．６ｋｇにおいて測定したＭＦＲ（ＪＩＳ Ｋ−７２１０（１９９６））が、１０〜４０ｇ／１０分、密度（ＪＩＳ Ｋ−７１１２（１９９６））が、０．９２０〜０．９４４ｇ／ｃｍ3のものが好ましい。ＭＦＲ及び密度が上記範囲であれば、パイプ成形性、長期耐久性の観点から、共に良好であり好ましい。
一般的にカーボンブラックは、活性点が高く、塩素を吸着しやすいため、他の無機顔料、又は有機顔料と比較して耐塩素水性に劣ると言われている。カーボンブラックを配合した水道用配水管で水泡剥離が発生するメカニズムとして、前述したように、カーボンブラックが、殺菌を目的として水中に添加された塩素を吸着し、ポリオレフィン樹脂の塩素化、酸化反応を促進させることが考えられる。
また、カーボンブラックは、グレードにより１０〜５００ｎｍの１次粒子が融着した状態、すなわち、アグリゲートで存在する。このアグリゲートの発達度合いをストラクチャーといい、種々のカーボンブラックをこのストラクチャーの高、低で分類することができる。
前記ストラクチャーの高、低により、カーボンブラックは、チャンネルブラック、ファーネスブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、ランプブラック等に分類され、この中で、カーボンブラックとして、ファーネスブラックが一般的に用いられている。
また、カーボンブラックは、グレードにより１０〜５００ｎｍの１次粒子が融着した状態、すなわち、アグリゲートで存在する。このアグリゲートの発達度合いをストラクチャーといい、種々のカーボンブラックをこのストラクチャーの高、低で分類することができる。
前記ストラクチャーの高、低により、カーボンブラックは、チャンネルブラック、ファーネスブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、ランプブラック等に分類され、この中で、カーボンブラックとして、ファーネスブラックが一般的に用いられている。
本発明で使用するサーマルブラックは、ガスの燃焼、分解を繰り返して得るその製法上の特徴から、粗粒子のカーボンブラックが得られ、またストラクチャーの発達が非常に低く、ほぼ一次粒子に近い球状の状態で存在している。そのため、アグリゲート空隙率が小さく、アグリゲートの発達した他のカーボンブラックと比較して、塩素を空隙内に吸収することがなく、樹脂に対する耐塩素水性に有効となる。又、ガスの熱分解によって生成されるため、不完全燃焼法で生成されるファーネスブラック等と比較して表面官能基が少ないため、より塩素との反応性が低いものと考えられる。しかしながら、サーマルブラックは大粒径であり、かつ単粒子に近い状態であることにより、他のカーボンブラックと比較して光隠蔽性が低く、耐候性付与に劣る。本発明では、耐塩素水性の向上を目的として上記サーマルブラックを、また耐候性付与の目的でサーマルブラック以外のカーボンブラックを併用し、この２種のカーボンブラックを特定の配合比率にて組み合わせることで、サーマルブラックの持つ高耐塩素水性を維持しつつ、長期耐候性の向上を可能とする効果的な知見が得られたのである。
このため、本発明の着色樹脂組成物で得られた配水管は、従来のカーボンブラックを配したものに比べ、耐塩素水性に優れ、水泡発生を抑制する事が可能であり、且つ長期耐候性を保ち、コスト面でも実用上極めて有用な配水管が得られる。
このため、本発明の着色樹脂組成物で得られた配水管は、従来のカーボンブラックを配したものに比べ、耐塩素水性に優れ、水泡発生を抑制する事が可能であり、且つ長期耐候性を保ち、コスト面でも実用上極めて有用な配水管が得られる。
本発明で使用されるカーボンブラックにおいては、平均粒径が２００〜５００ｎｍのサーマルブラック及び平均粒径が１０〜１３０ｎｍのサーマルブラック以外のカーボンブラックを組み合わせればよい。サーマルブラックとサーマルブラック以外のカーボンブラックの平均粒径が上記の範囲外であると、耐塩素水性及び長期耐候性のバランスがくずれ、配水管性能の低下が見られる。
尚、本発明に用いたカーボンブラックの平均粒径は、電子顕微鏡（ＳＥＭ観察）により平均粒径を算出した。
尚、本発明に用いたカーボンブラックの平均粒径は、電子顕微鏡（ＳＥＭ観察）により平均粒径を算出した。
サーマルブラック以外のカーボンブラックの種類は、特に限定されるものではないが、ファーネスブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、ケッチェンブラック等が挙げられる。好ましくは、ファーネスブラック、アセチレンブラックである。
本発明に用いる２種のカーボンブラックの合計配合量は、ポリオレフィン樹脂１００質量部に対し、０．１〜５．０質量部の範囲で選定される。この量が０．１質量部未満であると着色が少なくなるため、紫外線遮蔽効果が小さく、得られた配水管の耐候性が悪く、５質量部を超えると耐塩素水性試験を行った際、水泡が発生し易くなる。着色及び耐塩素水性等を考慮すると、カーボンブラックの好ましい配合量は０．５〜３．０質量部であり、より好ましくは、２．０〜３．０質量部である。
本発明に用いる２種のカーボンブラックの合計配合量は、ポリオレフィン樹脂１００質量部に対し、０．１〜５．０質量部の範囲で選定される。この量が０．１質量部未満であると着色が少なくなるため、紫外線遮蔽効果が小さく、得られた配水管の耐候性が悪く、５質量部を超えると耐塩素水性試験を行った際、水泡が発生し易くなる。着色及び耐塩素水性等を考慮すると、カーボンブラックの好ましい配合量は０．５〜３．０質量部であり、より好ましくは、２．０〜３．０質量部である。
前記２種のカーボンブラック、すなわち、サーマルブラックとサーマルブラック以外のカーボンブラックの配合比率は、質量比で９：１〜７：３である。上記観点から、好ましくは８．５：１．５〜７．５：２．５である。カーボンブラックの配合比率が前記範囲外であると、耐塩素水性及び長期耐候性のバランスがくずれ、配水管性能の低下が見られる。
本発明で、耐塩素改質剤として、使用されるアルカリ土類金属の水酸化物としては、水酸化ベリリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウム、水酸化ラジウムが挙げられるが、汎用性、コスト面を考慮すると水酸化マグネシウム、水酸化カルシウムが好ましい。
なお、アルカリ金属は、水への溶解性が高く、成形後の配水管表面より水中への溶出が懸念されるため、アルカリ金属の水酸化物は避けるべきである。
アルカリ土類金属の水酸化物の配合量は、ポリエチレン樹脂１００質量部に対し、０．０１〜５．０質量部が好ましく、より好ましくは０．０１〜４．０質量部である。この量が０．０１質量部未満であると耐塩素水性への改良効果が乏しく、５．０質量部を超えると得られた配水管の耐塩素水性への改良効果は十分であるが、水酸基と塩素との置換反応により生成された金属塩が微少の白粉として塩素水と接触している成形品表面に付着し、特に５．０質量部より多いと顕著となり、外観不良や、機械物性低下の恐れがある。
なお、アルカリ金属は、水への溶解性が高く、成形後の配水管表面より水中への溶出が懸念されるため、アルカリ金属の水酸化物は避けるべきである。
アルカリ土類金属の水酸化物の配合量は、ポリエチレン樹脂１００質量部に対し、０．０１〜５．０質量部が好ましく、より好ましくは０．０１〜４．０質量部である。この量が０．０１質量部未満であると耐塩素水性への改良効果が乏しく、５．０質量部を超えると得られた配水管の耐塩素水性への改良効果は十分であるが、水酸基と塩素との置換反応により生成された金属塩が微少の白粉として塩素水と接触している成形品表面に付着し、特に５．０質量部より多いと顕著となり、外観不良や、機械物性低下の恐れがある。
本発明の配水管用着色樹脂組成物には、本発明の目的が損なわれない範囲で、所望により他の添加剤成分、例えば酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、帯電防止剤、抗菌剤、架橋剤などの各種添加剤、さらには、シリカ、アルミナ、タルク、クレー、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、無水石膏等の体質顔料を添加しても良い。又、カーボンブラックを均一に分散させる目的で各種分散剤を配合してもよい。分散剤としては、本発明の該樹脂組成物を得るために使用した加工機に合わせ任意のものを選択して良い。
ただし、耐候性向上のため紫外線吸収剤、光安定剤等の耐候剤と称される添加剤を大量に添加すると製造コストが上り、且つブリードアウトした耐候剤によりパイプ外観がスジ状に荒れ、外観不良を引き起こす可能性がある。
ただし、耐候性向上のため紫外線吸収剤、光安定剤等の耐候剤と称される添加剤を大量に添加すると製造コストが上り、且つブリードアウトした耐候剤によりパイプ外観がスジ状に荒れ、外観不良を引き起こす可能性がある。
本発明の配水管は、本発明の配水管用着色樹脂組成物を成形することにより得ることができ、その成形方法は押出成形等の常法によれば良く、特に限定されない。本発明の配水管は、成形が容易でコスト的に有利である単層管に適しており、また、非埋設用上水管に適している。
さらに、本発明の配水管は、本発明の着色樹脂組成物を成形時の最終顔料配合の１０倍もしくは３０倍等に高倍率化したマスターバッチを製造した後に、ナチュラル樹脂と共に希釈して成形しても良い。
さらに、本発明の配水管は、本発明の着色樹脂組成物を成形時の最終顔料配合の１０倍もしくは３０倍等に高倍率化したマスターバッチを製造した後に、ナチュラル樹脂と共に希釈して成形しても良い。
次に実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例及び比較例における評価方法を以下に示す。
実施例及び比較例における評価方法を以下に示す。
［塩素水試験］
実施例又は比較例で得られたカーボンブラックを含有させたポリエチレンペレットを用い、Ｋｒａｕｓｓ−Ｍａｆｆｅｉ社製ＫＭＥ１−４５−３３Ｂ型単軸押出機（４５ｍｍφ、Ｌ／Ｄ＝３３）により、ダイス温度２００℃にて、外径６０ｍｍ、肉厚５．５ｍｍの配水管を成形した。
得られた配水管から円周方向に２０ｍｍ、長手方向に６０ｍｍとなるように試験片を切り出し、ＪＩＳ Ｋ ６７６２に準じた下記試験条件により、耐塩素水性試験を行い、配水管内表面に水泡が発生するまでの時間（ｈ）を計測した。
（試験条件）
・塩素水濃度 ：２０００±１００ｐｐｍ
・試験温度 ：６０℃
・塩素水ｐＨ ：６．５±０．５
・観察時間 ：水泡発生まで
実施例又は比較例で得られたカーボンブラックを含有させたポリエチレンペレットを用い、Ｋｒａｕｓｓ−Ｍａｆｆｅｉ社製ＫＭＥ１−４５−３３Ｂ型単軸押出機（４５ｍｍφ、Ｌ／Ｄ＝３３）により、ダイス温度２００℃にて、外径６０ｍｍ、肉厚５．５ｍｍの配水管を成形した。
得られた配水管から円周方向に２０ｍｍ、長手方向に６０ｍｍとなるように試験片を切り出し、ＪＩＳ Ｋ ６７６２に準じた下記試験条件により、耐塩素水性試験を行い、配水管内表面に水泡が発生するまでの時間（ｈ）を計測した。
（試験条件）
・塩素水濃度 ：２０００±１００ｐｐｍ
・試験温度 ：６０℃
・塩素水ｐＨ ：６．５±０．５
・観察時間 ：水泡発生まで
［外観試験］
塩素水試験にて水泡発生までの間に、金属塩の生成による試験片表面の白粉発生の有無を目視にて観察した。評価基準は以下のように設定した。
・白粉発生なし ：○
・極僅かに白粉発生あり：△
・白粉発生あり ：×
塩素水試験にて水泡発生までの間に、金属塩の生成による試験片表面の白粉発生の有無を目視にて観察した。評価基準は以下のように設定した。
・白粉発生なし ：○
・極僅かに白粉発生あり：△
・白粉発生あり ：×
［耐候性試験］
以下に示す試験片を作製した後、Ｓ−ＷＯＭ試験を行い、試験後の試験片を用い、残存伸度の測定を行った。
・試験片の作製
実施例で得られたカーボンブラックを含有させたポリエチレンペレットを用い、ＪＩＳ Ｋ６９２２−２（２０１３）表２に記載の条件にて、厚さ２ｍｍの圧縮成形シートを作製し、その成形シートから、ダンベル型試験片を切出した。図１にダンベル型試験片の平面図を示す。
（Ｓ−ＷＯＭ試験条件）
試験装置：サンシャインウェザーメーター（スガ試験機社製）
照射用ランプ：オープンフレームカーボンアークランプ
暴露時間：２０００時間
ブラックパネル温度：６３±３℃
相対湿度：５０±５％ＲＨ
水噴霧時間：１２０分中１８分
（残存伸度の測定条件及び算出式）
引張試験機：インテスコ社製引張試験機
引張速度：５０ｍｍ／ｍｉｎ
つかみ治具間距離：２５ｍｍ（Ｌ0）
サンプル破断時のつかみ治具間距離（ｍｍ）（ＬB）
引張呼びひずみ（ε）（％）＝〈（ＬB−Ｌ0）／Ｌ0〉×１００
残存伸度（％）＝（ε2000／ε0）×１００
ε0：Ｓ−ＷＯＭ未暴露サンプルの引張呼びひずみ
ε2000：Ｓ−ＷＯＭ２０００時間暴露サンプルの引張呼びひずみ
以下に示す試験片を作製した後、Ｓ−ＷＯＭ試験を行い、試験後の試験片を用い、残存伸度の測定を行った。
・試験片の作製
実施例で得られたカーボンブラックを含有させたポリエチレンペレットを用い、ＪＩＳ Ｋ６９２２−２（２０１３）表２に記載の条件にて、厚さ２ｍｍの圧縮成形シートを作製し、その成形シートから、ダンベル型試験片を切出した。図１にダンベル型試験片の平面図を示す。
（Ｓ−ＷＯＭ試験条件）
試験装置：サンシャインウェザーメーター（スガ試験機社製）
照射用ランプ：オープンフレームカーボンアークランプ
暴露時間：２０００時間
ブラックパネル温度：６３±３℃
相対湿度：５０±５％ＲＨ
水噴霧時間：１２０分中１８分
（残存伸度の測定条件及び算出式）
引張試験機：インテスコ社製引張試験機
引張速度：５０ｍｍ／ｍｉｎ
つかみ治具間距離：２５ｍｍ（Ｌ0）
サンプル破断時のつかみ治具間距離（ｍｍ）（ＬB）
引張呼びひずみ（ε）（％）＝〈（ＬB−Ｌ0）／Ｌ0〉×１００
残存伸度（％）＝（ε2000／ε0）×１００
ε0：Ｓ−ＷＯＭ未暴露サンプルの引張呼びひずみ
ε2000：Ｓ−ＷＯＭ２０００時間暴露サンプルの引張呼びひずみ
実施例１
ポリエチレン樹脂（密度：０．９５０ｇ／ｃｍ3、ＭＦＲ：０．０５ｇ／１０ｍｉｎ、添加剤無添加）１００質量部にサーマルブラックＡ（平均粒径（電子顕微鏡による平均粒径の算出）：２８０ｎｍ）１．８４質量部、ファーネスブラックＡ（平均粒径：３０ｎｍ）０．４６質量部、耐塩素水改質剤として水酸化マグネシウム（協和化学(株)製，商品名：キスマ５Ａ）０．７質量部、酸化防止剤としてフェノール系酸化防止剤（チバケミカル社製、商品名：イルガノックス１０１０）０．０４質量部、分散剤としてステアリン酸カルシウム０．０２質量部の混合物を、単軸押出機（マース精機社製、商品名：Ｖ−４０Ｍ／Ｍ）にて混練造粒し、カーボンブラックが均一に分散された配水管用着色樹脂組成物のペレットを得た。その後、このペレットを用いて、塩素水試験用試験片及びダンベル型試験片を作製し、塩素水試験、塩素水試験後の外観試験及び耐候性試験を行った。評価結果を表１に示す。
ポリエチレン樹脂（密度：０．９５０ｇ／ｃｍ3、ＭＦＲ：０．０５ｇ／１０ｍｉｎ、添加剤無添加）１００質量部にサーマルブラックＡ（平均粒径（電子顕微鏡による平均粒径の算出）：２８０ｎｍ）１．８４質量部、ファーネスブラックＡ（平均粒径：３０ｎｍ）０．４６質量部、耐塩素水改質剤として水酸化マグネシウム（協和化学(株)製，商品名：キスマ５Ａ）０．７質量部、酸化防止剤としてフェノール系酸化防止剤（チバケミカル社製、商品名：イルガノックス１０１０）０．０４質量部、分散剤としてステアリン酸カルシウム０．０２質量部の混合物を、単軸押出機（マース精機社製、商品名：Ｖ−４０Ｍ／Ｍ）にて混練造粒し、カーボンブラックが均一に分散された配水管用着色樹脂組成物のペレットを得た。その後、このペレットを用いて、塩素水試験用試験片及びダンベル型試験片を作製し、塩素水試験、塩素水試験後の外観試験及び耐候性試験を行った。評価結果を表１に示す。
実施例２
サーマルブラックＡ（平均粒径：２８０ｎｍ）の量を２．０７質量部、ファーネスブラックＡ（平均粒径：３０ｎｍ）の量を０．２３質量部とした以外は実施例１と同様にしてペレットを得た。そして、このペレットを用いて、塩素水試験用試験片及びダンベル型試験片を作製し、塩素水試験、塩素水試験後の外観試験及び耐候性試験を行った。評価結果を表１に示す。
実施例３
ファーネスブラックＡ（平均粒径：３０ｎｍ）の代わりに、アセチレンブラックＡ（平均粒径：３５ｎｍ）０．４６質量部を配合した以外は実施例１と同様にしてペレットを得た。そして、このペレットを用いて、塩素水試験用試験片及びダンベル型試験片を作製し、塩素水試験、塩素水試験後の外観試験及び耐候性試験を行った。評価結果を表１に示す。
実施例４
ファーネスブラックＡ（平均粒径：３０ｎｍ）の代わりに、ファーネスブラックＢ（平均粒径：１２０ｎｍ）０．４６質量部を配合した以外は実施例１と同様にしてペレットを得た。そして、このペレットを用いて、塩素水試験用試験片及びダンベル型試験片を作製し、塩素水試験、塩素水試験後の外観試験及び耐候性試験を行った。評価結果を表１に示す。
実施例５
サーマルブラックＡ（平均粒径：２８０ｎｍ）の量を１．６１質量部、ファーネスブラックＡ（平均粒径：３０ｎｍ）の量を０．６９質量部を配合した以外は実施例１と同様にしてペレットを得た。そして、このペレットを用いて、塩素水試験用試験片及びダンベル型試験片を作製し、塩素水試験、塩素水試験後の外観試験及び耐候性試験を行った。評価結果を表１に示す。
実施例６
耐塩素改質剤として水酸化マグネシウムを４．０質量部を配合した以外は実施例１と同様にしてペレットを得た。そして、このペレットを用いて、塩素水試験用試験片及びダンベル型試験片を作製し、塩素水試験、塩素水試験後の外観試験及び耐候性試験を行った。評価結果を表１に示す。
サーマルブラックＡ（平均粒径：２８０ｎｍ）の量を２．０７質量部、ファーネスブラックＡ（平均粒径：３０ｎｍ）の量を０．２３質量部とした以外は実施例１と同様にしてペレットを得た。そして、このペレットを用いて、塩素水試験用試験片及びダンベル型試験片を作製し、塩素水試験、塩素水試験後の外観試験及び耐候性試験を行った。評価結果を表１に示す。
実施例３
ファーネスブラックＡ（平均粒径：３０ｎｍ）の代わりに、アセチレンブラックＡ（平均粒径：３５ｎｍ）０．４６質量部を配合した以外は実施例１と同様にしてペレットを得た。そして、このペレットを用いて、塩素水試験用試験片及びダンベル型試験片を作製し、塩素水試験、塩素水試験後の外観試験及び耐候性試験を行った。評価結果を表１に示す。
実施例４
ファーネスブラックＡ（平均粒径：３０ｎｍ）の代わりに、ファーネスブラックＢ（平均粒径：１２０ｎｍ）０．４６質量部を配合した以外は実施例１と同様にしてペレットを得た。そして、このペレットを用いて、塩素水試験用試験片及びダンベル型試験片を作製し、塩素水試験、塩素水試験後の外観試験及び耐候性試験を行った。評価結果を表１に示す。
実施例５
サーマルブラックＡ（平均粒径：２８０ｎｍ）の量を１．６１質量部、ファーネスブラックＡ（平均粒径：３０ｎｍ）の量を０．６９質量部を配合した以外は実施例１と同様にしてペレットを得た。そして、このペレットを用いて、塩素水試験用試験片及びダンベル型試験片を作製し、塩素水試験、塩素水試験後の外観試験及び耐候性試験を行った。評価結果を表１に示す。
実施例６
耐塩素改質剤として水酸化マグネシウムを４．０質量部を配合した以外は実施例１と同様にしてペレットを得た。そして、このペレットを用いて、塩素水試験用試験片及びダンベル型試験片を作製し、塩素水試験、塩素水試験後の外観試験及び耐候性試験を行った。評価結果を表１に示す。
比較例１
カーボンブラックとしてサーマルブラックＡ（平均粒径：２８０ｎｍ）のみ２．３０質量部を配合した以外は実施例１と同様にしてペレットを得た。そして、このペレットを用いて、塩素水試験用試験片及びダンベル型試験片を作製し、塩素水試験、塩素水試験後の外観試験及び耐候性試験を行った。評価結果を表１に示す。
比較例２
耐塩素改質剤として水酸化マグネシウムを使用しない以外は比較例１と同様にしてペレットを得た。そして、このペレットを用いて、塩素水試験用試験片及びダンベル型試験片を作製し、塩素水試験、塩素水試験後の外観試験及び耐候性試験を行った。評価結果を表１に示す。
比較例３
カーボンブラックとしてファーネスブラックＡ（平均粒径：３０ｎｍ）のみ２．３０質量部を配合した以外は、実施例１と同様にしてペレットを得た。そして、このペレットを用いて、塩素水試験用試験片及びダンベル型試験片を作製し、塩素水試験、塩素水試験後の外観試験及び耐候性試験を行った。評価結果を表１に示す。
比較例４
耐塩素改質剤として水酸化マグネシウムを使用しない以外は比較例３と同様にしてペレットを得た。そして、このペレットを用いて、塩素水試験用試験片及びダンベル型試験片を作製し、塩素水試験、塩素水試験後の外観試験及び耐候性試験を行った。評価結果を表１に示す。
比較例５
耐塩素改質剤として水酸化マグネシウムを５．５質量部を配合した以外は、実施例１と同様にしてペレットを得た。そして、このペレットを用いて、塩素水試験用試験片及びダンベル型試験片を作製し、塩素水試験、塩素水試験後の外観試験及び耐候性試験を行った。評価結果を表１に示す。
比較例６
カーボンブラックとしてアセチレンブラックＡ（平均粒径：３５ｎｍ）のみ２．３０質量部を配合した以外は実施例１と同様にしてペレットを得た。そして、このペレットを用いて、塩素水試験用試験片及びダンベル型試験片を作製し、塩素水試験、塩素水試験後の外観試験及び耐候性試験を行った。評価結果を表１に示す。
比較例７
カーボンブラックとしてサーマルブラックＡ（平均粒径：２８０ｎｍ）１．３８質量部、ファーネスブラックＡ（平均粒径：３０ｎｍ）０．９２質量部を配合した以外は、実施例１と同様にしてペレットを得た。そして、このペレットを用いて、塩素水試験用試験片及びダンベル型試験片を作製し、塩素水試験、塩素水試験後の外観試験及び耐候性試験を行った。評価結果を表１に示す。
比較例８
カーボンブラックとしてサーマルブラックＡ（平均粒径：２８０ｎｍ）１．３８質量部、アセチレンブラックＡ（平均粒径：３５ｎｍ）０．９２質量部を配合した以外は実施例１と同様にしてペレットを得た。そして、このペレットを用いて、塩素水試験用試験片及びダンベル型試験片を作製し、塩素水試験、塩素水試験後の外観試験及び耐候性試験を行った。評価結果を表１に示す。
カーボンブラックとしてサーマルブラックＡ（平均粒径：２８０ｎｍ）のみ２．３０質量部を配合した以外は実施例１と同様にしてペレットを得た。そして、このペレットを用いて、塩素水試験用試験片及びダンベル型試験片を作製し、塩素水試験、塩素水試験後の外観試験及び耐候性試験を行った。評価結果を表１に示す。
比較例２
耐塩素改質剤として水酸化マグネシウムを使用しない以外は比較例１と同様にしてペレットを得た。そして、このペレットを用いて、塩素水試験用試験片及びダンベル型試験片を作製し、塩素水試験、塩素水試験後の外観試験及び耐候性試験を行った。評価結果を表１に示す。
比較例３
カーボンブラックとしてファーネスブラックＡ（平均粒径：３０ｎｍ）のみ２．３０質量部を配合した以外は、実施例１と同様にしてペレットを得た。そして、このペレットを用いて、塩素水試験用試験片及びダンベル型試験片を作製し、塩素水試験、塩素水試験後の外観試験及び耐候性試験を行った。評価結果を表１に示す。
比較例４
耐塩素改質剤として水酸化マグネシウムを使用しない以外は比較例３と同様にしてペレットを得た。そして、このペレットを用いて、塩素水試験用試験片及びダンベル型試験片を作製し、塩素水試験、塩素水試験後の外観試験及び耐候性試験を行った。評価結果を表１に示す。
比較例５
耐塩素改質剤として水酸化マグネシウムを５．５質量部を配合した以外は、実施例１と同様にしてペレットを得た。そして、このペレットを用いて、塩素水試験用試験片及びダンベル型試験片を作製し、塩素水試験、塩素水試験後の外観試験及び耐候性試験を行った。評価結果を表１に示す。
比較例６
カーボンブラックとしてアセチレンブラックＡ（平均粒径：３５ｎｍ）のみ２．３０質量部を配合した以外は実施例１と同様にしてペレットを得た。そして、このペレットを用いて、塩素水試験用試験片及びダンベル型試験片を作製し、塩素水試験、塩素水試験後の外観試験及び耐候性試験を行った。評価結果を表１に示す。
比較例７
カーボンブラックとしてサーマルブラックＡ（平均粒径：２８０ｎｍ）１．３８質量部、ファーネスブラックＡ（平均粒径：３０ｎｍ）０．９２質量部を配合した以外は、実施例１と同様にしてペレットを得た。そして、このペレットを用いて、塩素水試験用試験片及びダンベル型試験片を作製し、塩素水試験、塩素水試験後の外観試験及び耐候性試験を行った。評価結果を表１に示す。
比較例８
カーボンブラックとしてサーマルブラックＡ（平均粒径：２８０ｎｍ）１．３８質量部、アセチレンブラックＡ（平均粒径：３５ｎｍ）０．９２質量部を配合した以外は実施例１と同様にしてペレットを得た。そして、このペレットを用いて、塩素水試験用試験片及びダンベル型試験片を作製し、塩素水試験、塩素水試験後の外観試験及び耐候性試験を行った。評価結果を表１に示す。
上記表１の結果から、実施例１〜６の組成物を用いて成形された試験片は、外観を含めた耐塩素水性、耐候性に優れていることがわかる。一方、比較例１、２の組成物は、カーボンブラックとしてサーマルブラックのみ使用しており、耐候性に劣っていることがわかる。また、比較例３、４、６の組成物は、カーボンブラックにサーマルブラックを使用してないので、耐塩素水性に劣ることがわかる。さらに、比較例５では、アルカリ土類金属の水酸化物の量が多いため、外観不良が発生している。比較例７、８ではカーボンブラックの配合比により、耐塩素水性及び／又は耐候性が劣ることがわかる。
本発明の配水管用着色樹脂組成物によれば、耐塩素水性に優れ、水泡発生を抑制する事が可能で、本発明の組成物を用いて作製した試験片が、塩素濃度２０００±１００ｐｐｍ、塩素水温度６０℃におけるＪＩＳ Ｋ６７６２−１９９３塩素水試験方法による１６８時間後でも、水泡が発生せず、長期耐候性にも優れ、コスト面でも有利である、実用上有用な配水管を提供できる。このため、本発明の配水管は、単層管又は非埋設用上水管等の用途として極めて有用である。
１：ダンベル型試験片
Claims (8)
- ポリオレフィン樹脂１００質量部に対して、カーボンブラック０．１〜５．０質量部を配合させた配水管用着色樹脂組成物であって、該カーボンブラックが、平均粒径２００〜５００ｎｍのサーマルブラック及び平均粒径１０〜１３０ｎｍの該サーマルブラック以外のカーボンブラックであり、かつ該サーマルブラックと該サーマルブラック以外のカーボンブラックの配合比率が質量比で９：１〜７：３であり、さらに、アルカリ土類金属の水酸化物を０．０１〜５．０質量部配合することを特徴とする配水管用着色樹脂組成物。
- 前記サーマルブラック以外のカーボンブラックが、ファーネスブラック又はアセチレンブラックである請求項１に記載の配水管用着色樹脂組成物。
- 前記アルカリ土類金属の水酸化物の配合量が、０．０１〜４．０質量部である請求項１又は２に記載の配水管用着色樹脂組成物。
- 前記アルカリ土類金属の水酸化物が、水酸化マグネシウム又は水酸化カルシウムである請求項１〜３のいずれかに記載の配水管用着色樹脂組成物。
- 前記ポリオレフィン樹脂が、高密度ポリエチレン又は直鎖状低密度ポリエチレンである請求項１〜４のいずれかに記載の配水管用着色樹脂組成物。
- 請求項１〜５のいずれかに記載の配水管用着色樹脂組成物を成形してなる配水管。
- 前記配水管が、単層管である請求項６に記載の配水管。
- 前記配水管が、非埋設用上水管である請求項６又は７に記載の配水管。
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