JP4321262B2 - 防食性に優れたプライマー下地樹脂被覆鋼管の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、プライマー下地を有する防食性に優れた樹脂被覆鋼管の製造方法に関するものである。
外面に樹脂を被覆した樹脂被覆鋼管は、長期間に亘って優れた防食性能が得られるため、従来から水道管、ガス管、鋼管杭等の用途に広く用いられており、近年では、海底、極寒冷地、熱帯などで使用される建材用や原油・重質油、天然ガスを輸送するパイプライン用としても用いられるようになってきた。
このように樹脂被覆鋼管は、幅広い温度環境や高温接水環境下で使用されるようになりつつあり、このため従来にも増して防食性能の向上が大きな課題となっている。
このように樹脂被覆鋼管は、幅広い温度環境や高温接水環境下で使用されるようになりつつあり、このため従来にも増して防食性能の向上が大きな課題となっている。
樹脂被覆鋼管としては、ポリオレフィン樹脂を被覆した鋼管が多く用いられているが、従来、その防食性能の向上を目的として、鋼管の表面を特定の方法で下地処理する方法（例えば、特許文献１）、鋼管の表面に変性ポリエチレンプライマー層を介して特定の樹脂層を形成した樹脂被覆鋼管（例えば、特許文献２）、鋼管の表面に化成処理層及びエポキシ系プライマー層を形成し、その上層に特定の接着層及び被覆層を形成した樹脂被覆鋼管（例えば、特許文献３）などが提案されている。
特開昭５４−１２０６８１号公報
特開平８−３００５６１号公報
特開平９−２３４８２２号公報
しかし、これらの従来技術は、９０℃以上の高温環境下、特に流送物が高温で、鋼管の周囲が接水環境にあるような場合や、−４０℃以下の厳寒環境下で長期使用された場合の防食性に劣る欠点がある。
したがって本発明の目的は、高温接水環境下や厳寒環境下でも長期間に亘って優れた防食性能を発揮できるプライマー下地被覆鋼管の製造方法を提供することにある。
したがって本発明の目的は、高温接水環境下や厳寒環境下でも長期間に亘って優れた防食性能を発揮できるプライマー下地被覆鋼管の製造方法を提供することにある。
本発明者らは、上述したような厳しい環境下で長期間に亘って優れた防食性能を維持することができる樹脂被覆の形成方法について、主に樹脂被覆の接着性を確保するという面から検討を行ない、以下のような事実を知見した。
一般の樹脂被覆鋼管の製造プロセスでは、プライマー層上に樹脂層を被覆（樹脂シートの巻き付け）した鋼管は、水冷などによって直ちに冷却される。このため従来では、塗装したプライマーが実質的に硬化反応を終えた段階で樹脂層を被覆する必要があると考えられ、実際そのようなタイミングで樹脂層の被覆を行うことが半ば常識となっていた。しかし、本発明者が検討したところによれば、そのような従来の認識に対し、未だプライマーの硬化反応が進行している所定の段階で樹脂層の被覆を行うことにより、樹脂被覆の接着力が従来に較べて格段に高められ、この結果、防食性能が顕著に改善されるという事実を見い出した。そして、その具体的な条件について検討した結果、プライマー層の膜厚と、プライマー塗装時の鋼管の加熱温度と、プライマーを塗装した後、その上層に樹脂層を被覆するまでの時間とが所定の関係を満足するよう、プライマー塗装とこれに続く樹脂層の被覆を行うことにより、樹脂被覆の高い接着力とこれに伴う優れた防食性能が得られることが判った。
一般の樹脂被覆鋼管の製造プロセスでは、プライマー層上に樹脂層を被覆（樹脂シートの巻き付け）した鋼管は、水冷などによって直ちに冷却される。このため従来では、塗装したプライマーが実質的に硬化反応を終えた段階で樹脂層を被覆する必要があると考えられ、実際そのようなタイミングで樹脂層の被覆を行うことが半ば常識となっていた。しかし、本発明者が検討したところによれば、そのような従来の認識に対し、未だプライマーの硬化反応が進行している所定の段階で樹脂層の被覆を行うことにより、樹脂被覆の接着力が従来に較べて格段に高められ、この結果、防食性能が顕著に改善されるという事実を見い出した。そして、その具体的な条件について検討した結果、プライマー層の膜厚と、プライマー塗装時の鋼管の加熱温度と、プライマーを塗装した後、その上層に樹脂層を被覆するまでの時間とが所定の関係を満足するよう、プライマー塗装とこれに続く樹脂層の被覆を行うことにより、樹脂被覆の高い接着力とこれに伴う優れた防食性能が得られることが判った。
本発明はこのような知見に基づきなされたもので、その特徴は以下のとおりである。
［1］鋼管の表面にプライマーを塗装した後、その上層に樹脂層を被覆してなるプライマー下地樹脂被覆鋼管の製造方法において、
前記プライマーが熱硬化性樹脂をベースとする粉体塗料であり、プライマー層の膜厚、プライマー塗装時の鋼管の加熱温度、プライマーを塗装した後、その上層に樹脂層を被覆するまでの時間が、下記（1）式の条件を満足することを特徴とする防食性に優れたプライマー下地樹脂被覆鋼管の製造方法。
ｔ≦３６．２×（Ｔ／ｋ） … (1)
ｔ：プライマー塗装後、その上層に樹脂層を被覆するまでの時間（秒）
ｋ：プライマー塗装時の鋼管の加熱温度（Ｋ）
Ｔ：プライマー層の膜厚（μｍ）
［1］鋼管の表面にプライマーを塗装した後、その上層に樹脂層を被覆してなるプライマー下地樹脂被覆鋼管の製造方法において、
前記プライマーが熱硬化性樹脂をベースとする粉体塗料であり、プライマー層の膜厚、プライマー塗装時の鋼管の加熱温度、プライマーを塗装した後、その上層に樹脂層を被覆するまでの時間が、下記（1）式の条件を満足することを特徴とする防食性に優れたプライマー下地樹脂被覆鋼管の製造方法。
ｔ≦３６．２×（Ｔ／ｋ） … (1)
ｔ：プライマー塗装後、その上層に樹脂層を被覆するまでの時間（秒）
ｋ：プライマー塗装時の鋼管の加熱温度（Ｋ）
Ｔ：プライマー層の膜厚（μｍ）
［2］上記［1］の製造方法において、プライマーがエポキシ粉体塗料であり、プライマー層の上層を被覆する樹脂層がポリオレフィン系樹脂からなることを特徴とする防食性に優れたプライマー下地樹脂被覆鋼管の製造方法。
本発明によれば、樹脂被覆の接着性が高く、高温接水環境や厳寒環境などの厳しい環境下でも長期間に亘って優れた防食性能を発揮できるプライマー下地被覆鋼管を安定して製造することができる。
本発明で用いられる鋼管の種類や寸法などに特に制限はなく、例えば、電縫管、スパイラル鋼管、ＵＯＥ鋼管、メッキ管が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
本発明において製造対象となる樹脂被覆鋼管は、防食被覆が管外面又は内面のいずれか若しくは両方に形成されたものであるが、一般的な樹脂被覆鋼管は、少なくとも管外面に防食被覆を有する。
本発明において製造対象となる樹脂被覆鋼管は、防食被覆が管外面又は内面のいずれか若しくは両方に形成されたものであるが、一般的な樹脂被覆鋼管は、少なくとも管外面に防食被覆を有する。
一般的なプライマー下地樹脂被覆鋼管の製造工程では、まず、鋼管表面（通常、管外面）にアルカリ脱脂・酸洗処理又はブラスト処理などの除錆処理を施し、表面を清浄化する。次に、鋼管の表面に優れた防食性を付与するために、クロメート処理、燐酸塩処理などの下地処理（防錆処理）を施す。次いで、その上層に、ポリオレフィン樹脂などからなる上層の樹脂層との接着性及び耐食性を高めるために、プライマー層を設ける。プライマー層を設けるためのプライマー（塗料）としては、熱硬化性樹脂をベースとする粉体塗料を用いる。
上記プライマーは熱硬化性樹脂をベースとしたものであればよく、熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、ウレタン樹脂などが挙げられるが、その中でも特にエポキシ樹脂が好ましい。このエポキシ系プライマーには任意の触媒、顔料、硬化促進剤等を添加することができる。また、プライマーの硬化形態に特に制限はないが、例えば、アミン硬化、フェノール硬化、酸無水物硬化、触媒硬化などが適用でき、また、硬化物のガラス転移温度Ｔｇは１００℃以上が好ましい。
プライマーの加熱硬化温度は通常１００℃〜２５０℃程度であり、このためプライマー層を形成するには、鋼管を上記温度範囲に加熱してプライマーを硬化させる。粉体プライマーを用いる場合には、プライマー塗装前に鋼管を上記温度範囲に加熱（予熱）しておき、この加熱された鋼管に粉体プライマーを塗装することにより、粉体プライマーを溶融・硬化させてプライマー層を形成する。
プライマーを塗装する方法としては、スプレー塗装、静電スプレー塗装などの方法を用いることができる。また、鋼管の加熱方式としては、高周波誘導加熱、遠赤外加熱、ガス直火加熱などの方式を適用することができる。
プライマーを塗装する方法としては、スプレー塗装、静電スプレー塗装などの方法を用いることができる。また、鋼管の加熱方式としては、高周波誘導加熱、遠赤外加熱、ガス直火加熱などの方式を適用することができる。
以上のようにプライマー層が形成されると、引き続き、その上層にポリオレフィン系樹脂などからなる樹脂層が被覆される。この樹脂層の被覆は、プライマー塗装後の昇温状態にある鋼管に、溶融押出樹脂シートを被覆することによりなされる。
通常、この樹脂層の樹脂としてはポリオレフィン系樹脂が用いられるが、一般にこのポリオレフィン系樹脂層は下層側の接着樹脂層と上層側の防食樹脂層からなり、さらに防食樹脂層はそれ自体が多層からなる場合もある。また、樹脂層の被覆方法は、Ｔダイ法、丸ダイ法が一般的であるが、これらに限定されるものではない。Ｔダイ法においては、下層側の接着樹脂層と上層側の防食樹脂層をそれぞれ単独で押出被覆してもよい。以上のような樹脂層の被覆後、直ちに水冷等により冷却され、これによりプライマー下地樹脂被覆鋼管が製造される。
通常、この樹脂層の樹脂としてはポリオレフィン系樹脂が用いられるが、一般にこのポリオレフィン系樹脂層は下層側の接着樹脂層と上層側の防食樹脂層からなり、さらに防食樹脂層はそれ自体が多層からなる場合もある。また、樹脂層の被覆方法は、Ｔダイ法、丸ダイ法が一般的であるが、これらに限定されるものではない。Ｔダイ法においては、下層側の接着樹脂層と上層側の防食樹脂層をそれぞれ単独で押出被覆してもよい。以上のような樹脂層の被覆後、直ちに水冷等により冷却され、これによりプライマー下地樹脂被覆鋼管が製造される。
本発明では、プライマー塗装とこれに続く樹脂層の被覆を、（a）プライマー層の膜厚と、（b）プライマー塗装時の鋼管の加熱温度（＝プライマー塗装前の鋼管の予熱温度）と、（c）プライマーを塗装した後、その上層に樹脂層を被覆するまでの時間、の３者が所定の関係を満足するように行うものであるが、その具体的な条件を規定するために行った実験の結果を以下に示す。
ＳＧＰ ８０Ａ鋼管を使用し、この鋼管の外表面をブラスト処理した後、クロメート処理（Ｃｒ付着量２００〜４００ｍｇ／ｍ２）を施し、引き続き鋼管をインダクションヒーターにより８０℃まで加熱した。次いで、直ちに高周波誘導加熱により鋼管を１５０〜２５０℃まで加熱した後、エポキシ粉体プライマー（Ｔｇ：１０２℃，密度１．４９，粒径２５０μｍ以下）を静電粉体塗装機により鋼管外面に膜厚が１００〜６００μｍの範囲となるように塗装した。引き続きライン速度を変更することにより、１０〜６０秒の時間間隔をおいて変性ポリエチレン樹脂接着層（無水マレイン酸変性ポリエチレン，融点１２１℃，ＭＦＲ１．０）とポリエチレン樹脂層（高密度ポリエチレン，密度０．９４３，融点１２４℃，ＭＦＲ０．２４）からなる２層溶融押出樹脂シートを丸形ダイスを用いて鋼管外面に被覆し、防食被覆層を形成した。次いで、プライマー層が完全に硬化したことを確認した後、鋼管を水冷により冷却し、樹脂被覆鋼管を得た。
得られた樹脂被覆鋼管から試験片を切り出し、その防食性を、後述する実施例と同様の試験方法で測定した温水浸漬後密着力により評価した。
図１は、実験の結果を温水浸漬後の密着力試験における９０°ピール密着力で整理したものであり、９０°ピール密着力が１００Ｎ／ｃｍ以上を“○”、５０Ｎ／ｃｍ以上１００Ｎ／ｃｍ未満を“△”、５０Ｎ／ｃｍ未満を“×”と評価した。
図１は、実験の結果を温水浸漬後の密着力試験における９０°ピール密着力で整理したものであり、９０°ピール密着力が１００Ｎ／ｃｍ以上を“○”、５０Ｎ／ｃｍ以上１００Ｎ／ｃｍ未満を“△”、５０Ｎ／ｃｍ未満を“×”と評価した。
図１によれば、プライマー層の膜厚Ｔ、プライマー塗装時の鋼管の加熱温度ｋ、プライマーを塗装した後、その上層に樹脂層を被覆するまでの時間ｔが、下記(1)式の条件を満足した場合に、特に優れた防食性能（温水浸漬後の樹脂被覆の密着力）が得られている。
ｔ≦３６．２×（Ｔ／ｋ） … (1)
ｔ：プライマー塗装後、その上層に樹脂層を被覆するまでの時間（秒）
ｋ：プライマー塗装時の鋼管の加熱温度（Ｋ）
Ｔ：プライマー層の膜厚（μｍ）
このため本発明の製造方法では、プライマー塗装とこれに続く樹脂層の被覆を、上記(1)式を満足するように行うことを条件とする。
なお、プライマー塗装に粉体塗料を用いることにより、特に高い防食性が得られる。これは、粉体塗料は液状塗料に比べて接着に関与しない極性基の数が少ないため、接着界面への水の浸透が抑制されるためであると考えられる。また、粉体塗料のなかでも、特にエポキシ系粉体塗料が高い防食性を示す。
ｔ≦３６．２×（Ｔ／ｋ） … (1)
ｔ：プライマー塗装後、その上層に樹脂層を被覆するまでの時間（秒）
ｋ：プライマー塗装時の鋼管の加熱温度（Ｋ）
Ｔ：プライマー層の膜厚（μｍ）
このため本発明の製造方法では、プライマー塗装とこれに続く樹脂層の被覆を、上記(1)式を満足するように行うことを条件とする。
なお、プライマー塗装に粉体塗料を用いることにより、特に高い防食性が得られる。これは、粉体塗料は液状塗料に比べて接着に関与しない極性基の数が少ないため、接着界面への水の浸透が抑制されるためであると考えられる。また、粉体塗料のなかでも、特にエポキシ系粉体塗料が高い防食性を示す。
次に、プライマー層の上層に被覆される樹脂層の好ましい形態について説明する。
本発明により製造される樹脂被覆鋼管が有する樹脂層は種々の形態を採ることができるが、その中でも、接着性のある変性ポリオレフィン樹脂層（接着樹脂層）とその上層のポリオレフィン樹脂層（防食樹脂層）からなるポリオレフィン系樹脂層が特に好ましい。
本発明により製造される樹脂被覆鋼管が有する樹脂層は種々の形態を採ることができるが、その中でも、接着性のある変性ポリオレフィン樹脂層（接着樹脂層）とその上層のポリオレフィン樹脂層（防食樹脂層）からなるポリオレフィン系樹脂層が特に好ましい。
上記ポリオレフィン樹脂層（防食樹脂層）を構成するポリオレフィン樹脂としては、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、ホモポリプロピレン、ランダムポリプロピレン、ブロックポリプロピレンポリメチルペンテンなどの公知のポリオレフィン樹脂を用いることができる。
また、上記変性ポリオレフィン樹脂層（接着樹脂層）を構成する変性ポリオレフィン樹脂としては、上記各種ポリオレフィン樹脂をマレイン酸、アクリル酸、メタクリル酸などの不飽和カルボン酸若しくはその酸無水物で変性したものなどを用いることができる。
また、上記変性ポリオレフィン樹脂層（接着樹脂層）を構成する変性ポリオレフィン樹脂としては、上記各種ポリオレフィン樹脂をマレイン酸、アクリル酸、メタクリル酸などの不飽和カルボン酸若しくはその酸無水物で変性したものなどを用いることができる。
ＪＩＳ Ｇ ３４５２で規定されるＳＧＰ ８０Ａ鋼管（外径８９．１ｍｍ、管厚４．２ｍｍ、管長５．５ｍ）を使用し、この鋼管の外表面をブラスト処理した後、クロメート処理（関西ペイント（株）製「コスマー１００」、Ｃｒ付着量３００ｍｇ／ｍ２）を施し、引き続き鋼管をインダクションヒーターにより８０℃まで加熱してクロメート層を形成した。次いで、直ちに高周波誘導加熱により鋼管を所定の温度に加熱した後、エポキシ粉体プライマー（Ｔｇ：１０２℃，密度１．４９，粒径２５０μｍ以下）を静電粉体塗装機により鋼管外面に所定の膜厚となるように塗装した。引き続き、所定の時間間隔をおいて変性ポリエチレン樹脂接着層（無水マレイン酸変性ポリエチレン，融点１２１℃，ＭＦＲ１．０）とポリエチレン樹脂層（高密度ポリエチレン，密度０．９４３，融点１２４℃，ＭＦＲ０．２４）からなる２層溶融押出樹脂シートを丸形ダイスを用いて鋼管に被覆し、防食被覆層を形成した。この時、プライマー層と接する接着層の膜厚は０．３ｍｍ、その外層のポリエチレン樹脂層の膜厚は３ｍｍとした。この防食被覆層を形成後、プライマー層が完全に硬化したことを確認した後、鋼管を水冷により冷却し、樹脂被覆鋼管を得た。
このようにして得られた樹脂被覆鋼管について、下記の試験条件で樹脂被覆層の温水浸漬後密着力、耐曲げ性、耐冷熱サイクル性を測定・評価した。その結果を、樹脂被覆鋼管の製造条件（プライマー塗装時の鋼管の加熱温度ｋ、プライマー層の膜厚Ｔ、及びプライマー塗装後、その上層に樹脂層を被覆するまでの時間ｔ）とともに表１に示す。
(1) 温水浸漬後密着力
樹脂被覆鋼管から切り出した１５０ｍｍ（管長方向）×５０ｍｍ（管周方向）の試験片を用い、樹脂被覆に幅２０ｍｍで鋼材まで達するスリットを入れた後、９０〜９５℃の温水に１００日間浸漬した。浸漬期間終了後、引っ張り試験時の冶具つかみ代として樹脂被覆の一部を剥離した後、樹脂被覆と鋼材の接着力を室温雰囲気下（２３℃）において引っ張り試験機による９０°ピール試験により測定した。
樹脂被覆鋼管から切り出した１５０ｍｍ（管長方向）×５０ｍｍ（管周方向）の試験片を用い、樹脂被覆に幅２０ｍｍで鋼材まで達するスリットを入れた後、９０〜９５℃の温水に１００日間浸漬した。浸漬期間終了後、引っ張り試験時の冶具つかみ代として樹脂被覆の一部を剥離した後、樹脂被覆と鋼材の接着力を室温雰囲気下（２３℃）において引っ張り試験機による９０°ピール試験により測定した。
(2) 耐曲げ性
樹脂被覆鋼管から切り出した２００ｍｍ（管長方向）×２０ｍｍ（管周方向）の試験片を用い、この試験片を−４０℃に冷却した後、樹脂被覆側を外側として４点曲げを行い、樹脂被覆の割れ・剥離が発生した時の曲げ角度を調べ、４ｄｅｇ／ｐｄ以上の場合を“○”、４ｄｅｇ／ｐｄ未満の場合を“×”と評価した。
なお、ｄｅｇ／ｐｄは、ＮＡＣＥ ＲＰ０３９４−２００２に準拠して下式により求めた。
ｄｅｇ／ｐｄ＝５７ｔ／｛Ｒ＋(ｔ／２)｝
但し Ｒ：剥離・割れが発生した時の試験片の曲げ曲率半径
ｔ：試験片の厚み（樹脂被覆層の厚みを含む）
樹脂被覆鋼管から切り出した２００ｍｍ（管長方向）×２０ｍｍ（管周方向）の試験片を用い、この試験片を−４０℃に冷却した後、樹脂被覆側を外側として４点曲げを行い、樹脂被覆の割れ・剥離が発生した時の曲げ角度を調べ、４ｄｅｇ／ｐｄ以上の場合を“○”、４ｄｅｇ／ｐｄ未満の場合を“×”と評価した。
なお、ｄｅｇ／ｐｄは、ＮＡＣＥ ＲＰ０３９４−２００２に準拠して下式により求めた。
ｄｅｇ／ｐｄ＝５７ｔ／｛Ｒ＋(ｔ／２)｝
但し Ｒ：剥離・割れが発生した時の試験片の曲げ曲率半径
ｔ：試験片の厚み（樹脂被覆層の厚みを含む）
(3) 耐冷熱サイクル性
樹脂被覆鋼管から切り出した１５０ｍｍ（管長方向）×５０ｍｍ（管周方向）の試験片を用い、「−６０℃雰囲気×８時間 → ５０℃温水浸漬×１５時間 → ２３℃（室温）雰囲気×１時間」を１サイクルとする冷熱サイクル試験を３０サイクル行い、試験片端面の樹脂被覆の剥離距離５ｍｍ以下の場合を“○”、剥離距離５ｍｍ超の場合を“×”と評価した。
樹脂被覆鋼管から切り出した１５０ｍｍ（管長方向）×５０ｍｍ（管周方向）の試験片を用い、「−６０℃雰囲気×８時間 → ５０℃温水浸漬×１５時間 → ２３℃（室温）雰囲気×１時間」を１サイクルとする冷熱サイクル試験を３０サイクル行い、試験片端面の樹脂被覆の剥離距離５ｍｍ以下の場合を“○”、剥離距離５ｍｍ超の場合を“×”と評価した。
表１に示されるように、本発明例は樹脂被覆の温水浸漬後密着力、耐曲げ性及び耐冷熱サイクル性が比較例に較べて格段に優れており、この結果、高度の防食性能が得られる。
Claims (2)
- 鋼管の表面にプライマーを塗装した後、その上層に樹脂層を被覆してなるプライマー下地樹脂被覆鋼管の製造方法において、
前記プライマーが熱硬化性樹脂をベースとする粉体塗料であり、プライマー層の膜厚、プライマー塗装時の鋼管の加熱温度、プライマーを塗装した後、その上層に樹脂層を被覆するまでの時間が、下記（1）式の条件を満足することを特徴とする防食性に優れたプライマー下地樹脂被覆鋼管の製造方法。
ｔ≦３６．２×（Ｔ／ｋ） … (1)
ｔ：プライマー塗装後、その上層に樹脂層を被覆するまでの時間（秒）
ｋ：プライマー塗装時の鋼管の加熱温度（Ｋ）
Ｔ：プライマー層の膜厚（μｍ） - プライマーがエポキシ粉体塗料であり、プライマー層の上層を被覆する樹脂層がポリオレフィン系樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載の防食性に優れたプライマー下地樹脂被覆鋼管の製造方法。
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-
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