JP3848734B2

JP3848734B2 - 樹脂被覆金属材

Info

Publication number: JP3848734B2
Application number: JP15616597A
Authority: JP
Inventors: 幸満花本; 良一黒木; 良治小林
Original assignee: Dai Ichi High Frequency Co Ltd
Current assignee: Dai Ichi High Frequency Co Ltd
Priority date: 1997-05-30
Filing date: 1997-05-30
Publication date: 2006-11-22
Anticipated expiration: 2017-05-30
Also published as: JPH10329269A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長期防食性に優れ且つ外観の調整が容易なポリエチレン被覆を有する被覆金属材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリエチレン被覆は耐傷性や環境遮断性に優れており、鋼管などの金属材を数１０年の長期に亘って安価に防食できることから、長期防食手段としての評価が高い。一方、ポリエチレンが極性を有しないことから塗料が接着せず、塗装による外観の調整は困難であるが、近年は、橋梁や港湾施設にもポリエチレン被覆を施した金属材が利用されており、彩色などの外観調整が要求されはじめている。
【０００３】
ポリエチレン被覆の代表的な施工手段として、押出被覆法と粉体融着法があげられる。押出被覆法は、ポリエチレンの融点より数１０℃高い温度に加熱した母材の表面に、押出機から供給されたポリエチレンの溶融膜を接着剤の層を介して適用し、冷却固化させて被覆形成を行うものであり、直管の外面などに能率よく被覆施工できるが、管の内面，曲がり管や形鋼の外面といった、凹部を有する面への施工は困難である。
【０００４】
一方、粉体融着法は、ポリエチレンの融点より１００℃以上高い温度に加熱した母材の表面にポリエチレンの粉体を接触させ、母材の熱で溶融させて成膜させた後、冷却固化させて被覆形成を行うものであり、施工対象が直管外面などに限定されず、凹部を有する面にも施工できる。よって、たとえばパイプラインの外面をポリエチレン被覆によって防食する場合、全部分を粉体融着法で被覆施工することが可能であり、又、直管部分を押出被覆法によって施工する場合でも曲がり管などの他の部分には、粉体融着法による施工が必要となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
即ち、前述のポリエチレン被覆に関する、彩色などの外観調整の要請に照らせば、粉体融着法における外観調整の手段が先ず要請されることになる。しかしながら、長期防食用のポリエチレンには、靭性確保のために分子量の大きいものが充てられているので、溶融時の粘度が高くて流動性が不足し、顔料を配合し彩色を行うなどしても、塗料に匹敵する外観が得にくいという問題があり、解決が必要となっていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべくなされた本発明の要旨は、粉体融着法により金属母材の表面に積層状に形成された、ＪＩＳＫ６７６０準拠のメルトフローレートが１〜７ｇ／１０ｍｉｎのポリエチレンによる内層被覆と、８〜１８ｇ／１０ｍｉｎのポリエチレンによる外層被覆とを有する樹脂被覆金属材である。こゝで、メルトフローレート（ＭＦＲ）とは、熱可塑性樹脂の溶融時の流動しやすさを表す指標であって、ポリエチレンの場合には１９０℃の溶融樹脂を２１６０ｇの圧力で所定のダイスから押出したときに１０ｍｉｎの間に押出される量を以て表すことがＪＩＳＫ６７６０に規定されている。即ち、メルトフローレートが小さいほど溶融粘度が高いことになり、ついては、分子量の大きい強靭な樹脂ということになる。
【０００７】
上記本発明の構成によればメルトフローレートが１〜７ｇ／１０ｍｉｎの強靭なポリエチレンによる内層被覆が防食本位の被覆層として、一方、メルトフローレートが８〜１８ｇ／１０ｍｉｎの溶融時の流動性に富んだポリエチレンによる外層被覆が外観本位の被覆層として夫々機能し、上記外層被覆に顔料を配合し彩色を行うなどして塗装に匹敵する外観を得ることが容易となって、前記課題が解決される。
【０００８】
内層被覆については、メルトフローレートが１ｇ／１０ｍｉｎ未満では、溶融時流動性の不足により被覆施工が難しくなり、又、強靭にすぎて粉体の調整にコストが嵩む。一方、メルトフローレートが７ｇ／１０ｍｉｎを超えるレベルの分子量では長期防食に必要な強靭性が不足する。
【０００９】
外観被覆については、メルトフローレートが８ｇ／１０ｍｉｎ以上の溶融時流動性によって、塗装に匹敵する外観の形成が可能となり、一方、メルトフローレートが１８ｇ／ｍｉｎを超えるレベル迄分子量を下げると、外観本位の被覆としても靭性が不足する。
【００１０】
本発明においては、メルトフローレートが夫々上記範囲のポリエチレンにより内層被覆及び外層被覆を形成するものであるが、メルトフローレートの差が小であるほど両層の融合性が優れる傾向にあり、この点から外層被覆のポリエチレンと内層被覆のポリエチレンのメルトフローレートの差が１２ｇ／１０ｍｉｎを超えない組合せとすることが望ましい。このような組合せにより、層間剥離しにくい融合状態が得られることを確認している。
なお、本発明で云うポリエチレンとは、エチレンのホモポリマーのみでなく、酢酸ビニルとのコポリマー（ＥＶＡ）のようなエチレン系コポリマー、更には、上記ホモポリマーあるいはコポリマーの酸変性物やケン化物と云ったエチレン系ポリマー変性物などをも包含して指すものとする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明被覆金属材の態様を鋼管の例で概念的に示した断面図であって、１は母材の鋼管，２はメルトフローレートの小さいポリエチレンによる内層被覆，３はメルトフローレートの大きいポリエチレンによる外層被覆である。
【００１２】
粉体融着法は、前述のようにポリエチレンの融点より１００℃以上高い温度に加熱した母材にポリエチレン粉体を接触させて行うので、母材表面等の酸化にはじまって、母材−樹脂層間に化学結合が生じる。即ち、化学結合が加味された形で強固に融着するので、押出被覆法のような接着剤層の介在は不要である。
【００１３】
内層被覆２及び外層被覆３の厚さは、用途に応じて任意に設定されてよいが、両層に求められる機能を確実に具備させるためには、内層被覆２を０．５〜５ｍｍ，外層被覆３を０．１〜０．５ｍｍ程度の厚さに形成することが望ましい。これは、内層被覆２については、０．５ｍｍ以上の厚さで数十年の防食に必要な環境遮断性が確保され、一方、厚さが大なるほど強靭性が増すが、５ｍｍ程度で実用上飽和するからである。
又、外層被覆３については、０．１ｍｍ以上の厚さで、内層被覆２の外観の影響を受けない外観形成が容易となり、一方、このような遮断効果は０．５ｍｍ程度で飽和するからである。
【００１４】
外層被覆３の色調は、要求に応じて設定されるべきものであり、着色顔料により所望の調色を行ったポリエチレンを充てることによって行うことができる。顔料を配合しない透明なポリエチレンにより被覆表面の平滑化のみを行うこともできる。内層被覆２の色調は任意である。よって、公知の知見に基づいて０．５〜３％のカーボンブラックを配合し、紫外線劣化に対する耐久性を具備させておけば、内層被覆の長期防食性が、外層被覆とは別個に、更に強化されることになる。この他、紫外線吸収剤，酸化防止剤，安定剤等の助剤の配合により紫外線等に対する耐久性が向上するので、外層被覆３に配合して彩色に影響せずに耐久性を向上させることができる。
【００１５】
本発明被覆金属材は、通常の粉体融着法により、上述の内層被覆２と外層被覆３の形成を順次行って作成することができる。即ち、ポリエチレンの融点より１００〜２００℃程度高い温度に加熱した清浄な母材の表面に、内層被覆用のポリエチレン粉体を接触させて、先ず内層被覆２を作成する。
次に、外層被覆３の形成は、内層被覆２の施された冷却済の被覆金属材に対して内層被覆２と同様の加熱に始まる操作を適用して施してもよいが、二度に亘る加熱は不経済であるばかりでなく、熱劣化の要因ともなる。よって、一度の加熱チャンス内で内層被覆２の形成に続いて外層被覆３を形成することが望ましい。ここで、外層被覆用のポリエチレンとして、内層被覆用のポリエチレンより融点が低いものを充てて、上記一度の加熱チャンス内での金属材の温度低下に対応するようにしておくと、内層被覆に続く外層被覆の施工が、補助的な中間加熱なしに好適温度条件で行える。ここで、例えば前述のＥＶＡなどが、メルトフローレートが大きく、融点も低い材料として有用である。
通常の冷却速度の場合には、外層被覆用のポリエチレンの融点を内層被覆より１５℃以上低くしておくことで、上記指向に適合する。一方、２５℃を超える融点差の設定は、どちらかの層の物性に好ましくない制約を加えることにつながるので推奨されない。
【００１６】
上記粉体融着法における母材ないしは内層被覆済金属材の加熱は、誘導加熱，ガス炎加熱，熱風加熱，赤外線加熱，炉加熱などの手段を適用して行えばよい。又、母材等へのポリエチレン粉体の接触は、流動浸漬法，振りかけ法，プレス法，管内面に対する遠心法などの手段によればよい。上記諸法に静電場を導入した静電流動浸漬法，静電スプレイ法などは粉体の利用歩留りを高め、粉塵の飛散を低減するのに有用である。更に又、溶射ガンなどを用いて、粉体を予熱して、あるいはあらかじめ溶融させて適用することにより、前記溶融膜の形成を促進して施工能率を向上させることができる。
【００１７】
（実施例）
２００Ａの鋼管に、淡緑色に彩色した各種仕様のポリエチレン被覆を施して、外観及び性能を評価し、本発明の効果を検証した。なお、ジンクリッチペイント２５０μｍの下塗り層と、淡緑色のアクリルペイント１５０μｍの上塗り層を施した塗装鋼管を比較材として供試した。
＜評価方法＞
外観：目視による格付けを行った。なお、この格付けは、平面試料に関して鮮映光沢度（反射光の絞り面積４：１００に対応した視感反射率の比であって、完全乱反射面で４％，完全平滑面で１００％となる）と概略下記の対応関係となるようにおこなっている。
◎：６０〜８０％，○４０〜６０％，△：２０〜４０％，×：４〜２０％
内層・外層間の融合性：
引張り速度５０ｍｍ／ｍｉｎで１８０゜ピール試験を行って強度を測定すると共に剥離状況を調べた。
＜供試仕様及び試験結果＞
表１に示す。
【００１８】
【表１】

【００１９】
表１の結果に見る通り、本発明の構成により、塗装に匹敵する外観を有し、しかも従来の耐久性を有するポリエチレン被覆金属材を得ている。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は、上述の通り、ポリエチレン被覆金属材の被覆を積層状に形成し、内層被覆にはメルトフロートの小さいポリエチレンを充て、又、外層被覆にはメルトフローレートの大きいポリエチレンを充てる構成により、内層被覆を防食本位の被覆層として、又、外層被覆を外観本位の被覆層として夫々機能させて、長期耐久性と外観調整の容易性を兼ね備えたポリエチレン被覆金属材を得たものである。
【００２１】
金属材の長期防食手段としてポリエチレン被覆が最良とされ、配管防食への適用の歴史が長い。又、橋梁や港湾施設においてもメンテナンスフリー指向が強くなり、ポリエチレン被覆が採用されていることは前述の通りである。しかして、近年は、橋梁等にも景観の一部としての美麗さが要求されることから、長期耐久性の確保と同時に彩色等の外観調整が塗装と同等のレベルで美麗に行える本発明被覆金属材の提供が果たす役割は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明被覆金属材の態様を鋼管の例で概念的に示した断面図。
【符号の説明】
１母板の鋼管
２内層被覆
３外層被覆

Claims

粉体融着法により金属母材の表面に積層状に形成された、ＪＩＳＫ６７６０準拠のメルトフローレートが１〜７ｇ／１０ｍｉｎのポリエチレンによる内層被覆と、８〜１８ｇ／１０ｍｉｎのポリエチレンによる外層被覆とを有する樹脂被覆金属材。
外層被覆のポリエチレンと内層被覆のポリエチレンのメルトフローレートの差を、１２ｇ／１０ｍｉｎ以内とした請求項１に記載の樹脂被覆金属材。
内層被覆の厚さを０．５〜５ｍｍ、外層被覆の厚さを０．１〜０．５ｍｍとした請求項１又は２に記載の樹脂被覆金属材。
内層被覆を、０．５〜３重量％のカーボンブラックを配合したポリエチレンにより形成した請求項１〜３のいずれかに記載の樹脂被覆金属材。
外層被膜を、内層被覆のポリエチレンよりも融点が１５〜２５℃低いポリエチレンにより形成した請求項１〜４のいずれかに記載の樹脂被覆金属材。