JP5224335B2

JP5224335B2 - 水垢堆積防止性の架橋ポリエチレン管

Info

Publication number: JP5224335B2
Application number: JP2008066741A
Authority: JP
Inventors: 和哉安東; 忠広佐藤
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2008-03-14
Filing date: 2008-03-14
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2028-03-14
Also published as: JP2009222131A

Description

本発明は、架橋ポリエチレン管に関し、詳しくは、例えば戸建住宅や集合住宅等の建築構造物内に配管される給水管や給湯管などに使用される水垢堆積防止性の架橋ポリエチレン管に関するものである。

例えば、戸建住宅や集合住宅内において、給水管や給湯管の配管を行う場合、近年では金属の溶出や腐食の問題がなく衛生的に優れ、軽量であるということから、その材質が従来の金属管から樹脂製管に変わりつつある。
一方、昨今の健康に対する機運の高まりから、水道水の水質に対しても衛生性を求める傾向が強くなってきた。
給水管や給湯管には、水道水由来のケイ酸分によるケイ酸スケール、および、カルシウム、マグネシウムなどの金属分が大気中の炭酸ガスと作用して形成される水垢が堆積することがあり、これが水道水の水質を悪化させる要因の一つとなっていた。

しかしながら、従来は、樹脂製管材の衛生性に対しては、抽象的な表記が多く、具体的な指標による管理等は行われていなかった（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−０５４１２５号公報

本発明の目的は、上記従来の問題点を解決し、給水・給湯配管用に好適な水垢の堆積抑制効果が高く衛生的な架橋ポリエチレン管を提供することを目的とする。

本発明は、以下の手段を提供するものである。
〔１〕透明性を有する架橋ポリエチレン管であって、
３００ｎｍ以上４００ｎｍ未満の波長領域における透過率が４０％以上、４００ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長領域における透過率が３５％以上、および５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の波長領域における透過率が３０％以上であり、且つ流路面の表面粗さが、最大高さ（Ｒｙ）で３．０μｍ以下であり、
シングルサイト触媒を用いて重合してなるポリエチレンを用いて作製され、
前記ポリエチレンは、密度０．９３８〜０．９５０ｇ／ｃｍ ^３、メルトフローレート１．０〜７．０ｇ／１０分であり、かつ、重量平均分子量（Ｍｗ）における分子量ＬｏｇＭ＝４．５までの領域において、分子量とコモノマー分岐の数に正の相関を有することを特徴とする、
水垢の堆積を防止することができる給水管または給湯管である架橋ポリエチレン管。
〔２〕シラン変性ポリエチレン組成物にシラノール縮合反応を促進させる架橋処理を施すことで得た〔１〕に記載の架橋ポリエチレン管。

本発明の水垢堆積防止性の架橋ポリエチレン管は、水垢の堆積抑制効果が高く衛生的な樹脂製管材とすることができる。
また、本発明の架橋ポリエチレン管は透明性が高く、美観に優れたものとなる。

本発明の架橋ポリエチレン管をなす水垢堆積防止性樹脂製管材は、以下１）〜３）の光透過率を満たす。
１）３００ｎｍ以上４００ｎｍ未満（以下、「３００〜４００ｎｍ」と示す）の波長領域における透過率が４０％以上で、
２）さらに、４００ｎｍ以上５００ｎｍ未満（以下、「４００〜５００ｎｍ」と示す）の波長領域における透過率が３５％以上であり、
３）５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満（以下、「５００〜６００ｎｍ」と示す）の波長領域における透過率が３０％以上である。

本発明において、上記の透過率は、測定対象の管材を縦割りにして、島津製作所（株）製、分光器-ＭＰＣ−３１００の受光部の前面に該管材の一面のみの透過率が測定できるように切断した管材をセットし、２０℃で測定したものである。

透過率が上記の範囲となることで、樹脂製管材は適度の光沢を有するものとなる。通常のプラスチックでは、ＪＩＳＫ７１０５（プラスチックの光学的特性試験方法）で規定される６０度鏡面光沢度８０未満の表面は、凹部に水垢が入り込み除去性が悪くなることが知られている。
管材においては、構造上、円弧部を有するため、上記の光沢度の測定は行うことができなかったが、本発明のように透過率を規定することで、円滑度に優れ、そのため水垢堆積防止性に優れた樹脂製管材を得ることができる。

本発明の架橋ポリエチレン管をなす樹脂製管材の円滑度は、表面粗さの最大高さ（Ｒｙ）が３μｍ以下である。Ｒｙが３μｍを超えると水垢の堆積が著しく促進される。Ｒｙは２．５μｍ以下が好ましい。このようなＲｙを有する管材は、流路面の円滑度が高いことから、管内部に、水中に含まれるケイ酸塩やカルシウム、マグネシウムなどのミネラル成分が堆積して発生する水垢の堆積抑制効果の高く、衛生的な樹脂製管材である。
ステンレス鋼サニタリー管では、ＪＩＳＧ３４４７に溶接線上の表面荒さはＲｙ＝１６μｍを超えてはならないと規定されているが、上記の３μｍ以下という値は、ＪＩＳＧ３４４７の規定値よりもはるかに小さい値である。

上記のような樹脂製管材を形成する樹脂の種類は、押出成型ができて、耐薬品性や衛生性に優れる樹脂材料が好ましく、例えば、ポリエチレン、ポリブテンなどが挙げられ、透明性の点で、高密度ポリエチレン樹脂がさらに好ましい。本発明の樹脂製管材は、架橋ポリエチレン管である。

本発明の樹脂製管材の内径、肉厚等の寸法は特に限定されるものでなく、例えば、ＪＩＳの規格内で任意のパイプとすることができる。

上記の透過率を有し、好ましくはさらに上記のＲｙを有する架橋ポリエチレン管は、例えば、以下の方法により製造することができる。

シングルサイト触媒を用いて重合してなる、密度０．９３８〜０．９５０ｇ／ｃｍ^３、メルトフローレート１．０〜７．０ｇ／１０分、重量平均分子量（Ｍｗ）における分子量ＬｏｇＭ＝４．５までの領域において、分子量とコモノマー分岐の数に正の相関を有するポリエチレンをベース樹脂に用いて管状に成形し、シラン架橋法で架橋する。
具体的には、一つの方法として、反応が可能な押出機等を用い、ベース樹脂にシラン化合物、ラジカル発生剤、シラノール縮合触媒、また、必要に応じて酸化防止剤などの添加剤を配合し、押出機内で加熱しながら、溶融、混練、反応といった工程を経て、管状に押出し、管状に成形、冷却することで、シラン変性ポリエチレン組成物から成る成形管とし、その成形管に水の存在下で適当な熱を加えることでシラノール縮合反応を促進させる架橋処理を施すことで、上記の架橋ポリエチレン管を得ることができる。

また、別の方法として、第一工程にて、反応が可能な押出機等を用い、ベース樹脂にシラン化合物とラジカル発生剤、また、必要に応じて酸化防止剤などの添加剤を配合し、ここではシラノール縮合触媒は配合せず、押出機等の反応機内で加熱しながら溶融、混練、反応といった工程を経て、ストランド状に押出し、これを冷却、カッティングすることで、ペレット状のシラン変性ポリエチレン組成物とし、第二工程にて、このシラン変性ポリエチレン組成物と、例えば別途工程で予め作製したポリエチレンをベース樹脂としたシラノール縮合触媒と必要に応じて酸化防止剤等の添加剤を配合したマスターバッチと、を配合し、押出機内で加熱しながら溶融、混練の工程を経て、管状に押出し、管状に成形、冷却することで、シラン変性ポリエチレン組成物から成る成形管とし、その成形管に水の存在下で適当な熱を加えることでシラノール縮合反応を促進させる架橋処理を施すことで、上記の架橋ポリエチレン管を得ることができる。

上記のように、シングルサイト触媒を用いて重合してなるポリエチレン樹脂を用いて製造した管材は、分子原子レベルで、結晶が均一な分子により構成されているので、異なる波長レンジにおいても透過率に優れ、さらに表面も滑らかなものとすることができる。

本発明の架橋ポリエチレン管は、従来の金属製管材に比べ、軽量化でき、溶出や腐蝕の問題もなく、衛生的で、美観にも優れ、給水管または給湯管用として好適なものである。また、内表面の表面粗さが小さいものでは、スケールが付着しにくく、さらに衛生的である。

実施例１
［シラン変性ポリエチレン組成物］
シングルサイト触媒を用いて重合した密度０．９４１ｇ／ｃｍ^３、ＭＦＲ２．１ｇ／１０分、分子量分布とコモノマー分岐の数に正の相関を有するポリエチレン１００質量部に対して、ビニルトリメトキシシラン２．２質量部、ジクミルパーオキサイド０．１１質量部（ビニルトリメトキシシラン１００質量部に対して５．０質量部）を配合してタンブラーにて混合した混合物を反応ゾーン温度２１０℃、ストランドダイ温度（Ｔ_１）２２３℃に設定した、スクリュー径５０ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝３０の単軸押出機にてストランド形状に押出し、冷却、カッティングを経て、シラン変性ポリエチレン組成物のペレット状コンパウンドを得た。

［触媒マスターバッチ］
上記と同様のポリエチレン１００質量部に対して、ジブチルスズジラウレートを１質量部（最終的にベース樹脂１００質量部に対して０．０５質量部となる量）、１，３，５−トリメチル−２，４，６−トリス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシベンジル）ベンゼンを５質量部配合して、ストランドダイ温度（Ｔ_２）２００℃に設定した、スクリュー径５０ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝３０の単軸押出機にてストランド形状に押出し、冷却、カッティングを経て、ペレット状の酸化防止剤およびシラノール縮合触媒マスターバッチを作製した。

［架橋ポリエチレン管の作製］
得られたシラン変性ポリエチレン組成物と触媒マスターバッチとを９５質量部：５質量部の割合でタンブラーにて混合し、パイプダイ温度（Ｔ_３）２２３℃に設定した、スクリュー径５０ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝３０の単軸押出機にて管状に押出し、真空成形、冷却を経て、内径１０ｍｍ、肉厚１．５ｍｍの成形管を得た。得られた成形管を９５℃の温水に２４時間浸漬し、光沢のある架橋ポリエチレン管を作製した。

実施例２
実施例１におけるシングルサイト触媒を用いて重合したポリエチレンを密度の高いシングルサイト触媒を用いて重合したポリエチレン（密度０．９４７ｇ／ｃｍ^３、ＭＦＲ５．０１ｇ／１０分以下、）に変更した以外は実施例１と同様にして光沢のある架橋ポリエチレン管を作製した。

比較例１
実施例１におけるシングルサイト触媒を用いて重合したポリエチレンを密度の異なるマルチサイト触媒を用いて重合したポリエチレンに変更した以外は実施例１と同様にして架橋ポリエチレン管を作製した。

試験例１
透過率の測定
実施例１の架橋ポリエチレン管を用いて、透過率を測定した。具体的には、それぞれの架橋ポリエチレン管を縦割りして、島津製作所（株）製、分光器−ＭＰＣ−３１００にセットし、３００〜８００ｎｍの透過スペクトルを測定した。結果を図１に示す。図１で縦軸は透過率（％）、横軸は光の波長（ｎｍ）を示している。図１から、所定の波長領域での透過率（％）に材料依存性があることが判る。透過率が、３００〜４００ｎｍの波長領域で４０％以上、４００〜５００ｎｍの波長領域で３５％以上、５００〜６００ｎｍの波長領域で３０％以上である実施例１および実施例２の架橋ポリエチレン管は、比較例１の架橋ポリエチレン管に比べ優れた視認性が得られた。

試験例２
透過率の測定
実施例１〜２、比較例１の架橋ポリエチレン管に対して、円周上の４箇所の表面粗さの最大高さ（Ｒｙ）を測定（ミツトヨ（株）製形表面粗さ測定機サーフテストＳＪ−２０１）した。なお、実施例１については製造ロットのことなる８個について測定を行い、それぞれ実施例１−１〜１−８とした。平均±３σを図２に示す。また、同様にして、参考例１、比較例１についてもＲｙを測定した。それぞれの平均±３σの値を図２に示す。図２から、実施例１および２の架橋ポリエチレン管はＲｙの平均が３μｍ以下であり、比較例１の架橋ポリエチレン管に比べ、円滑度に優れていた。このように、本発明で規定する透過率を有する架橋ポリエチレン管は、表面が円滑で、水垢の堆積を抑制する効果が高く、衛生性に優れた架橋ポリエチレン管であった。

実施例の架橋ポリエチレン管の透過スペクトルを示すグラフである。実施例の架橋ポリエチレン管の表面粗さ（Ｒｙ）の測定結果を示すグラフである。

Claims

透明性を有する架橋ポリエチレン管であって、
３００ｎｍ以上４００ｎｍ未満の波長領域における透過率が４０％以上、４００ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長領域における透過率が３５％以上、および５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の波長領域における透過率が３０％以上であり、且つ流路面の表面粗さが、最大高さ（Ｒｙ）で３．０μｍ以下であり、
シングルサイト触媒を用いて重合してなるポリエチレンを用いて作製され、
前記ポリエチレンは、密度０．９３８〜０．９５０ｇ／ｃｍ ^３、メルトフローレート１．０〜７．０ｇ／１０分であり、かつ、重量平均分子量（Ｍｗ）における分子量ＬｏｇＭ＝４．５までの領域において、分子量とコモノマー分岐の数に正の相関を有することを特徴とする、
水垢の堆積を防止することができる給水管または給湯管である架橋ポリエチレン管。
シラン変性ポリエチレン組成物にシラノール縮合反応を促進させる架橋処理を施すことで得た請求項１に記載の架橋ポリエチレン管。