JP2018134861A - ポリエチレン被覆鋼管およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[2]前記プライマー層にさらに酸化亜鉛を2〜20質量%含有する、上記[1]に記載のポリエチレン被覆鋼管。
[3]電気防食下で使用される、上記[1]または[2]に記載のポリエチレン被覆鋼管。
[4]海底への敷設用または地下への埋設用である、上記[1]〜[3]のいずれかに記載のポリエチレン被覆鋼管。
[5]上記[1]〜[4]のいずれかに記載のポリエチレン被覆鋼管の製造方法であって、鋼管外表面をブラスト処理後、JIS Z0313(2004)に規定された方法で粘着媒体を前記鋼管外表面に貼付し、次いで、前記粘着媒体を白色紙に貼り付け、画像解析により、粘着媒体の256階調での輝度を測定し、該輝度の平均値が220以上である鋼管に、ポリエチレン被覆をする、ポリエチレン被覆鋼管の製造方法。
[6]前記ポリエチレン被覆は、鋼管外表面に接する側から順に、プライマー層、接着性ポリエチレン層、ポリエチレン層を有するポリエチレン被覆である、上記[5]に記載のポリエチレン被覆鋼管の製造方法。
[7]鋼管外表面にシランカップリング剤を塗布し乾燥させた後に、前記ポリエチレン被覆をする、上記[5]または[6]に記載のポリエチレン被覆鋼管の製造方法。
[8]プライマーを鋼管に塗布し、乾燥させるに際し、赤外線加熱、誘導加熱、熱風加熱のいずれか、またはこれらの組み合わせにて行う、上記[5]〜[7]のいずれかに記載のポリエチレン被覆鋼管の製造方法。
陰極剥離は鋼管外表面とプライマー層間で生じる。鋼管外表面にブラスト処理等で発生した粉じんが多量に付着していると、その部分で鋼管外表面とプライマー層の密着性が十分ではないため、陰極剥離が生じやすくなる。そのため、以下のように鋼管外表面とプライマー層間に含まれる粉じん量を制御すると、優れた耐陰極剥離性を得ることができる。
(1)XPSの分析条件を、光電子脱出角度を45度、検出される光電子エネルギーを0〜1100eVとして、約5mm×5mmの範囲をスキャンすることで存在元素情報を得ることが出来る。なお、X線源は特に限定しない。一般的に用いられるMg、Al等を用いることができる。(2)得られた全元素のピーク強度に対するFeのピーク強度の比からFeの割合を求めることができる。
本発明で用いられる(母材)鋼管の種類や寸法などに特に制限はない。鋼管の種類としては、例えば、電縫鋼管、スパイラル鋼管、UOE鋼管、プレスベンド鋼管等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。母材鋼管としては、好ましくは、JIS規格200A〜600A(管外径216.3〜609.6mm)である。強度や経済性の面からは、母材鋼管は、電縫鋼管が好ましい。
プライマーには一般的な材料を用いることができる。プライマー層を形成するためのプライマーとしては、例えば、エポキシプライマー(JIS G3477−1:2012)を用いることができる。プライマー層にバナジウム化合物、リン酸アルミニウムから選ばれた1種または2種以上の化合物を含有することで陰極剥離が発生し難くなる。バナジウム化合物、リン酸アルミニウムから選ばれた1種または2種以上の化合物の含有量は合計で5質量%以上必要である。5質量%未満の場合、陰極剥離を抑制する効果は得られない。一方、合計で50質量%を超えて含有しても効果は変わらず、不経済である。よって、含有量はバナジウム化合物、リン酸アルミニウムから選ばれた1種または2種以上の化合物の合計で5〜50質量%、好ましくは10〜30質量%とする。バナジウム化合物は特に限定されるものではない。バナジウム化合物としては、例えば、五酸化バナジウム、バナジン酸カルシウム、バナジン酸マグネシウムなどがある。また、本発明において、リン酸アルミニウムとは、リン酸の構造にアルミニウムが結合した物質の総称と定義する。リン酸以外にも、ポリリン酸の構造も含まれる。リン酸アルミニウムとしては、例えば、リン酸アルミニウム(AlPO4)や、トリポリリン酸二水素アルミニウム又はその誘導体が挙げられる。
なお、上述の、バナジウム化合物の含有量、リン酸アルミニウムの含有量はプライマーの総量に対する割合である。
本発明のポリエチレン被覆鋼管は、鋼管外表面に、鋼管外表面に接する側から順にプライマー層、接着性ポリエチレン層、ポリエチレン層を有するポリエチレン被覆鋼管である。ポリエチレン被覆は鋼管外表面に接する側から順にプライマー層、接着性ポリエチレン層、ポリエチレン層を形成することで作製できる。なお、本発明のポリエチレン被覆は、クロメート処理により形成した表面処理層を含まない。
以下に本発明のポリエチレン被覆鋼管の製造方法について説明する。
エアブロー後の鋼管外表面の粉じんを、JIS Z0313(2004)に規定された方法で粘着媒体(例えば、セロハン粘着テープ(JIS Z1522:2009))に付着させる。粉じんが付着した粘着媒体を白色紙に貼り付け、画像解析により粘着媒体の256階調での輝度を測定する。測定した結果、輝度の平均値が220以上であることを確認する。また、あらかじめ、輝度が220以上であることを確認した見本サンプルと比較し、粉じんの除去状況を確認しても良い。粉じんの付着量が多い場合、輝度の平均値は低くなる。輝度の平均値が220以上となる粉じんの少ない状態でポリエチレン被覆を行うと、鋼管外表面とプライマー層の密着性が向上し、陰極剥離が発生し難くなる。輝度の平均値が220未満の場合、プライマー層と鋼管外表面との密着性が低下し、陰極剥離が発生し易くなる。輝度の平均値は好ましくは230以上、さらに好ましくは240以上である。
ブラスト処理したJIS SGP 400A鋼管について、エアブローで外表面に付着した粉じんを除去した。次いで、JIS Z0313(2004)に規定された方法でセロハン粘着テープ(サイズ:24mm×200mm)に鋼管外表面の粉じんを付着させ、そのセロハン粘着テープを白色普通紙に貼り付けた。白色普通紙に貼り付けたセロハン粘着テープはその後スキャナで電子データとし、画像解析ソフト(Adobe社製PhotoshopCS6)を用いて、画像解析によりセロハン粘着テープの輝度を求めた。なお、上記の方法にて鋼管1本につき画像解析用のセロハン粘着テープを3枚準備し、1枚につき1回輝度を測定し、合計3回の輝度の平均値を表1に示す輝度とした。
上記エアブロー処理した鋼管外表面に、まずプライマー層を形成した。
市販の液状エポキシ樹脂(三菱化学(株)製「基本液状タイプ828」)と硬化剤(三菱化学(株)製「変性脂肪族アミングレードT」)に、表1に示す添加剤を混合したエポキシプライマーを膜厚が40μmとなるようにスプレー塗布し、誘導加熱により表面温度150℃まで加熱し硬化させた。バナジウム化合物またはリン酸化合物は、液状エポキシ樹脂に対して所定の質量%になるように調整した。バナジウム化合物として、五酸化バナジウムとバナジン酸マグネシウム、リン酸アルミニウムとして、トリポリリン酸二水素アルミニウム(テイカ(株)製「K―WHITE #105」)のいずれか、または両方を用いた。
その後、市販の接着性ポリエチレン樹脂(三井化学(株)製「アドマーNE065」)、ポリエチレン樹脂(プライムポリマー(株)製「HI−ZEX5100E」、高密度ポリエチレン樹脂である)を押出被覆により被覆して、ポリエチレン被覆の厚さが3mmとなるポリエチレン被覆鋼管を作製した。
一部の鋼管には、上記エアブロー処理した鋼管にシランカップリング剤を塗布した。シランカップリング剤として、エポキシ基をもつ3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製「KBM−403」)を用い、シランカップリング剤が1質量%となるように純水で希釈した処理液をスプレーで塗布し、その後誘導加熱装置により処理液が完全に乾燥するように加熱し、表面処理層を形成した。次いで、上記のポリエチレン被覆を行った。表面処理層を有するものは、表1において、「表面処理」欄に「エポキシシラン」と記載した。
上記により得られたポリエチレン被覆後の鋼管に対して、端部20mm×50mmを切り出し測定用試験片とし、測定用試験片を液体窒素中に浸漬した後、取り出してポリエチレン被覆をプラスチックハンマーで叩いてポリエチレン被覆を鋼管外表面から剥離させた。剥離させたポリエチレン被覆の鋼管外表面側を5箇所(1箇所につき10mm×10mm)、各5回、Al−KαをX線源としてXPS測定した。得られた各元素のピーク値を合計し、合計量に対するFeの割合を求め、その平均値を表1に示すFeの割合とした。
参考例としてクロメート処理を施した鋼管を用いたポリエチレン被覆鋼管を作製した。クロメート処理液(関西ペイント(株)製「コスマー100」)を純水で1/5(質量割合)に希釈したものを使用し、鋼管外表面にCr換算付着量が300mg/m2となるようスプレー塗布し、鋼管表面到達温度が100℃となるよう加熱乾燥させてクロメート層を形成した。プライマー層中にはシランカップリング剤を含有させなかった。それ以外は、他の実施例と同様の方法にて、ポリエチレン被覆鋼管を作製した。Cr換算付着量は、クロメート層を形成したダミー板を作製し、所定面積のクロメート皮膜を10質量%NaOHで溶解した後、溶液中のCr量を吸光光度法で測定し、これを元に1m2当たりのCr換算付着量を算出して求めた。
電気防食とともにポリエチレン被覆鋼管が使用された時の耐陰極剥離性を調べるために、以下の方法で陰極剥離距離を測定して評価した。
まず、上記方法で製造したポリエチレン被覆鋼管から適当な大きさの試験用試料を採取した。試料の中央部に直径6mmφの円形の人工欠陥部を形成し、鋼管外表面を露出させた。人工欠陥部を中心にして内径70mmφのアクリル製の円筒をポリエチレン被覆上に縦に設置してシール材でポリエチレン被覆に固定し、円筒内部を3質量%NaCl水溶液で満たし、セルを作成した。
対極に白金を使用して人工欠陥部の鋼管の電位を−1.5V vsSCEにポテンシオスタットを使用して保持した。このまま80℃の恒温槽内に試験片を静置し、28日間電位を保持した。
次いで、試料を回収後、アクリル製の円筒をはずし、たがねとカッターを使用して人工欠陥部の周囲からポリエチレン被覆を取り除いた。ポリエチレン被覆が鋼管外表面から剥離していた部分は、人工欠陥部の周辺部の鋼管の表面が変色していた。変色部分をポリエチレン被覆が剥離した部分とみなして、人工欠陥部の中心から4方向(管軸方向の一方を12時方向として、12時、3時、6時、9時方向)の、変色部分の人工欠陥部端部からの長さをそれぞれ測定して、その平均値を陰極剥離距離(mm)とした。この陰極剥離距離は、値が小さいほど良好であり、陰極剥離距離15mm以下を合格とした。合格であるポリエチレン被覆鋼管は、海底への敷設や地下への埋設用途に好適である。表1に試験結果を示す。
Claims (8)
- 鋼管外表面に、鋼管外表面に接する側から順にプライマー層、接着性ポリエチレン層、ポリエチレン層を有するポリエチレン被覆鋼管であって、
前記プライマー層の鋼管外表面に接していた面のXPS測定で得られたFeの割合が全元素に対して1.0%以下であり、
かつ、前記プライマー層にバナジウム化合物、リン酸アルミニウムから選ばれた1種または2種以上の化合物を合計で5〜50質量%含有する、ポリエチレン被覆鋼管。 - 前記プライマー層にさらに酸化亜鉛を2〜20質量%含有する、請求項1に記載のポリエチレン被覆鋼管。
- 電気防食下で使用される、請求項1または2に記載のポリエチレン被覆鋼管。
- 海底への敷設用または地下への埋設用である、請求項1〜3のいずれかに記載のポリエチレン被覆鋼管。
- 請求項1〜4のいずれかに記載のポリエチレン被覆鋼管の製造方法であって、
鋼管外表面をブラスト処理後、JIS Z0313(2004)に規定された方法で粘着媒体を前記鋼管外表面に貼付し、次いで、前記粘着媒体を白色紙に貼り付け、画像解析により、粘着媒体の256階調での輝度を測定し、該輝度の平均値が220以上である鋼管に、ポリエチレン被覆をする、ポリエチレン被覆鋼管の製造方法。 - 前記ポリエチレン被覆は、鋼管外表面に接する側から順に、プライマー層、接着性ポリエチレン層、ポリエチレン層を有するポリエチレン被覆である、請求項5に記載のポリエチレン被覆鋼管の製造方法。
- 鋼管外表面にシランカップリング剤を塗布し乾燥させた後に、前記ポリエチレン被覆をする、請求項5または6に記載のポリエチレン被覆鋼管の製造方法。
- プライマーを鋼管に塗布し、乾燥させるに際し、赤外線加熱、誘導加熱、熱風加熱のいずれか、またはこれらの組み合わせにて行う、請求項5〜7のいずれかに記載のポリエチレン被覆鋼管の製造方法。
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