JP6632871B2

JP6632871B2 - 管状体

Info

Publication number: JP6632871B2
Application number: JP2015223313A
Authority: JP
Inventors: 原田　高志; 高志原田; 清太朗尾上; 高橋　薫; 薫高橋
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2015-11-13
Filing date: 2015-11-13
Publication date: 2020-01-22
Anticipated expiration: 2035-11-13
Also published as: JP2017088793A

Description

本発明は、管状体に関するものである。

従来、給水・給湯設備用に使用されている金属管は、長期使用の間に錆が発生したり、また、硬いため、敷設に労力を要する等の問題があった。そのため、給水・給湯設備用の配管として、近年、金属管から樹脂管への転換が進んでいる。
前記樹脂管用の樹脂としては、架橋ポリエチレンが主に用いられているが、昨今では、ポリブテンの使用も進んでいる。そして、該ポリブテン製の樹脂管は、高温での内圧クリープ耐久性や、可撓性に優れるという利点を有し、今後、その使用が益々進むことが予測される（特許文献１参照）。

特開２０１３−２２７３８９号公報

上述の通り、樹脂製の管状体（樹脂管）は、柔軟であるため、配管時に曲げて敷設することが容易であるという利点を有する。但し、樹脂製の管状体を、曲げて敷設すると、曲げ部分の内側には、圧縮方向の応力が負荷され、外側には、引張方向の応力が負荷されることとなる。

一方、給水・給湯設備用配管の内面側には、水が流通することとなるが、蛇口の開閉時には、水の流通・停止により、配管の内面側に衝撃、所謂、水撃圧（ウォーターハンマー）が加わる。また、水道水には、塩素分が含まれているため、配管の内面側は、塩素による攻撃を受ける。

また、昨今、樹脂管への使用が進んできたポリブテンは、時間が経つにつれて結晶化が進行する性質があるため、非結晶部分の割合が少なくなり、柔軟性（伸び率）が低下する。そのため、配管として、ポリブテンからなる樹脂製の管状体を使用した場合、時間の経過により、ポリブテンの結晶化が進行して、柔軟性が低下し、水撃圧（ウォーターハンマー）等への耐性が低下する。

これら複数の要因の下、配管として、ポリブテンからなる樹脂製の管状体を選択し、該樹脂製管状体を過度に曲げた場合には、長期使用の後、水道水に含まれる塩素による攻撃（自動酸化反応）が進み、更に、水撃圧（ウォーターハンマー）等の衝撃によって、ミクロでは非結晶部分の分子鎖が切れ、管状体の内面側に亀裂が入ることがある。

これに対して、管状体の初期の伸び率が高ければ、経時劣化後の伸び率も高くなるため、経時劣化後の柔軟性を確保するには、初期の伸び率を向上させることが有効であるものと考えられる。一方、柔軟性が高くても、強度が不十分な管状体は、給水・給湯用の樹脂管としては、使用できない。

そこで、本発明は、上記従来技術の問題を解決し、十分な強度を有しつつ、伸び率を向上させた樹脂製の管状体を提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明の要旨構成は、以下の通りである。

本発明の管状体は、ポリブテンと、立体規則性指数が８０％以上のポリプロピレンとを含む樹脂組成物からなる管状体であって、
前記樹脂組成物中の前記ポリプロピレンの含有量が、前記ポリブテン１００質量部に対して２０〜７０質量部であることを特徴とする。
そして、本発明の管状体は、十分な強度を有しつつ、伸び率が大きいという格別の効果を奏する。

本発明の管状体の好適例においては、前記ポリプロピレンは、重量平均分子量（Ｍｗ）と数平均分子量（Ｍｎ）との比で表わされる分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が３．０以下である。この場合、管状体の強度が更に向上する。

本発明の管状体の他の好適例においては、前記樹脂組成物は、引張破断時の伸び率が３００％以上である。この場合、管状体を長期使用しても、管状体の内面側の亀裂の発生を更に抑制できる。

本発明の管状体は、無負荷時の曲げ半径が当該管状体の直径の２０倍以上であることが好ましく、４０倍以上であることが更に好ましく、８０倍以上であることがより一層好ましい。この場合、管状体の曲げ癖が少ないため、管状体を、例えば、逆側へ曲げ配管しても、管状体への歪みを小さくすることができ、管状体の曲げ耐久性を向上させることができる。

本発明によれば、十分な強度を有しつつ、伸び率を向上させた樹脂製の管状体を提供することができる。

無負荷時の管状体の一例の断面図である。

以下に、本発明の管状体を、その実施形態に基づき、詳細に説明する。
本発明の管状体は、ポリブテンと、立体規則性指数が８０％以上のポリプロピレンとを含む樹脂組成物からなる管状体であって、前記樹脂組成物中の前記ポリプロピレンの含有量が、前記ポリブテン１００質量部に対して２０〜７０質量部であることを特徴とする。なお、本発明の管状体に用いる樹脂組成物には、必要に応じて、樹脂製管状体の技術分野で公知の添加剤を更に配合することができる。

本発明においては、管状体に用いる樹脂組成物に、ポリブテンに加えて、異種材料であるポリプロピレンを配合することで、ポリブテンの結晶化の進行を妨げ、管状体の伸び率を向上させることができる。
また、ポリブテンに対する異種材料として、ポリブテンとの相溶性が高いポリプロピレンを選択することで、樹脂組成物の均一性を向上させることができ、不均一部分に起因する管状体の強度の低下を抑制できる。
また、配合するポリプロピレンとして、立体規則性指数が８０％以上のポリプロピレンを選択することで、ポリプロピレン部分の結晶化度を向上させ、ポリプロピレン部分の強度を向上させることで、管状体の強度を向上させることができる。
以上の点から、本発明に従い、ポリブテン１００質量部に対して、立体規則性指数が８０％以上のポリプロピレンを２０〜７０質量部含む樹脂組成物から管状体を構成することで、管状体の強度の低下を抑制しつつ、伸び率を向上させることができる。また、本発明の管状体は、伸び率が大きいため、例えば、塩素分を含む水を流して、劣化した後においても、亀裂が生じ難い。

本発明の管状体に用いる樹脂組成物において、ポリブテンは、モノマーとして、主として１−ブテンを使用して重合されたポリマーである限り、特に限定されず、１−ブテンの単独重合体であってもよいし、１−ブテンと他のモノマーとの共重合体であってもよい。ここで、該共重合における１−ブテン以外のモノマーとしては、エチレン、プロピレン、４−メチル−１−ペンテン、１−ヘキセン、１−オクテン等のα−オレフィンが好ましく、また、その含有量は、１０モル％以下であることが好ましい。
なお、ポリブテンとしては、市販品を使用することができ、例えば、三井化学社製の商品名「ビューロン」等を挙げることができる。

本発明の管状体に用いる樹脂組成物において、ポリプロピレンは、立体規則性指数が８０％以上であることが好ましい。なお、ポリプロピレンの立体規則性指数の上限は特に限定は無く、１００％であってもよい。樹脂組成物に使用するポリプロピレンの立体規則性指数が８０％未満では、管状体の最大応力や降伏応力等の強度（機械特性）が低下し、例えば、給水・給湯用の樹脂管としての耐久性が不十分となる。

本発明において、前記ポリプロピレンの立体規則性指数とは、ポリプロピレン分子鎖中のトライアッド単位でのアイソタクチックトライアッド分率（ｍｍ）を指し、¹³Ｃ−ＮＭＲ（核磁気共鳴法）を用いて測定される。ここで、ｍｍ分率は、ポリプロピレンのポリマー鎖中、頭−尾結合からなる任意のプロピレン単位３連鎖中、各プロピレン単位中のメチル分岐の方向が同一であるプロピレン単位３連鎖の割合であり、該ｍｍ分率は、ポリプロピレン分子鎖中のメチル基の立体構造がアイソタクチックに制御されていることを示す値であり、高いほど、高度に制御されていることを意味する。

本発明の管状体に用いる樹脂組成物において、ポリプロピレンは、プロピレンの単独重合体であってもよいし、プロピレンと他のモノマーとの共重合体であってもよい。ここで、該共重合におけるプロピレン以外のモノマーとしては、エチレン、１−ブテン、１−ヘキセン、１−オクテン、４−メチル−１−ペンテン等のα−オレフィンが好ましく、また、その含有量は、５モル％以下が好ましく、１モル％以下が更に好ましい。

前記ポリプロピレンは、メタロセン触媒を用いて製造されたもの（即ち、メタロセン系ポリプロピレン）であることが好ましい。メタロセン触媒を用いて製造されたポリプロピレンは、立体規則性が高く、分子量分布も狭いため、メタロセン触媒を用いて製造されたポリプロピレンを樹脂組成物に配合することで、樹脂組成物の強度が更に向上し、耐久性の高い管状体が得られる。
なお、メタロセン触媒を用いて製造されたポリプロピレンとしては、市販品を使用することができ、例えば、日本ポリプロ社製の商品名「ＷＩＮＴＥＣ」、商品名「ＷＥＬＮＥＸ」等を挙げることができる。
また、前記ポリプロピレンは、重量平均分子量（Ｍｗ）と数平均分子量（Ｍｎ）との比で表わされる分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が３．０以下であることが好ましい。分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が３．０以下であるポリプロピレンを使用することで、樹脂組成物の強度が更に向上し、耐久性の高い管状体が得られる。

本発明の管状体に用いる樹脂組成物中の前記ポリプロピレンの含有量は、前記ポリブテン１００質量部に対し２０〜７０質量部であり、３５〜５０質量部の範囲が好ましい。樹脂組成物中の前記ポリプロピレンの含有量が、ポリブテン１００質量部に対して２０質量部未満では、ポリブテンの結晶化の進行を十分に抑制して管状体の伸び率を向上させることができず、一方、７０質量部を超えると、管状体の最大応力や降伏応力等の強度（機械特性）が低下し、例えば、給水・給湯用の樹脂管としての耐久性が不十分となる。

本発明の管状体に用いる樹脂組成物には、上述のポリブテン、ポリプロピレンの他に、必要に応じて、分散剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、耐熱安定剤、防かび剤、発錆防止剤、滑剤、帯電防止剤、充填剤、核剤、顔料等の添加剤を配合することができる。

本発明の管状体に用いる樹脂組成物は、引張破断時の伸び率が３００％以上であることが好ましい。引張破断時の伸び率が３００％以上の樹脂組成物を用いた管状体は、長期使用後においても、引張破断時の伸び率が十分に高く、管状体の内面側の亀裂の発生を十分に抑制できる。

本発明の管状体は、無負荷時の曲げ半径Ｒ１が当該管状体の直径Ｄ１の２０倍以上であることが好ましく、４０倍以上であることが更に好ましく、８０倍以上であることがより一層好ましい。
製造後の管状体は、通常、コイル状に巻かれて保管されることとなるが、コイル状に巻かれて保管されることで、管状体に曲げ癖が付くこととなる。これに対して、無負荷時（即ち、曲げ癖が付いた状態）の曲げ半径が大きい管状体は、曲げ癖が小さく、曲げ癖がついた方向に対して逆方向に曲げて敷設しても、管状体への歪みを小さくすることができる。そのため、曲げ癖が小さい管状体は、曲げ耐久性が高くなり、亀裂が生じ難くなる。また、かかる管状体は、敷設の際に、管状体を直線に伸ばすのに要する力が小さくなり、株式会社ブリヂストン製の「らく楽パイプ（商品名）」として利用できる。
ここで、無負荷時の曲げ半径Ｒ１とは、図１に示すように、無負荷時の管状体１の曲率中心Ｃと、当該管状体の曲率中心側の外面までの距離（管状体の曲率中心側の曲率半径）を指し、また、管状体の直径Ｄ１とは、管状体の外径を指す。
そして、無負荷時の曲げ半径Ｒ１が管状体の直径Ｄ１の２０倍以上である管状体１は、曲げ癖が特に小さいため、曲げ耐久性が特に高く、亀裂が一層生じ難い。

本発明の管状体は、上述の樹脂組成物を成形することで製造でき、ここで、成形方法としては、押出成形、射出成形等が挙げられ、これらの中でも、押出成形が好ましい。
例えば、本発明の管状体の製造は、ポリブテン、ポリプロピレン、及び必要に応じて選択した添加剤を、予め混合して混合物を調製し、該混合物を、成形機に供給して溶融成形してもよいし、ポリブテン、ポリプロピレン、及び必要に応じて選択した添加剤を、それぞれ独立に成形機に所定の配合比で投入し、混練しながら、溶融成形してもよい。
ここで、混合物の調製、即ち、混練には、一軸押出機、二軸押出機、二軸混練機等を用いることができる。また、成形には、押出成形機、射出成形機等のいずれの成形機を用いてもよく、目的とする管状体の形態に応じて適宜選択される。

以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。

＜管状体の作製と評価＞
表１〜表２に示す組成の樹脂組成物を調製し、常法に従い押出成形して、外径１７ｍｍ、内径１２．８ｍｍの樹脂製管状体を作製した。また、以下の方法で、管状体の強度測定、塩素分に対する耐久性評価、無負荷時の曲げ半径測定を行った。結果を表１〜表２に示す。

（１）管状体の強度測定（伸び率、最大応力、降伏応力）
作製した樹脂製管状体から、樹脂製管状体の長手方向（ＭＤ方向）に沿うダンベル型試験片と、長手方向に直角な方向（ＴＤ方向）に沿うダンベル型試験片を切り出し、樹脂製管状体の長手方向（ＭＤ方向）と、長手方向に直角な方向（ＴＤ方向）の伸び率（引張破断時の伸び率）、最大応力、降伏応力を、ＪＩＳＫ７１１３に準拠して測定した。

（２）塩素分に対する耐久性評価
樹脂製管状体の長手方向（ＭＤ方向）に沿うダンベル型試験片と、長手方向に直角な方向（ＴＤ方向）に沿うダンベル型試験片を別途切り出し、該試験片に、高温・高湿度条件下で所定の応力をかけ、試験片にクラックが発生するまでの時間を測定した。なお、４５０時間後も亀裂が発生しなった試験片については、「亀裂発生無し」と表記した。

（３）無負荷時の曲げ半径測定
作製した樹脂製管状体を、外径８００ｍｍのドラムの外周にコイル状に巻いて、２３℃で、３日間保管した後、ドラムから解き、無負荷状態に１時間放置した後の曲げ半径を求めた。

＊１ポリブテンＡ：三井化学社製、商品名「Ｐ５０５０Ｎ」
＊２ポリプロピレンＡ：日本ポリプロ社製、商品名「ＷＩＮＴＥＣ」、メタロセン系ポリプロピレン、立体規則性指数＝９５％、分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）＝２．５
＊３ポリブテンＢバセル社製、商品名「ＰＢ４２６０」
＊４ポリプロピレンＢ：日本ポリプロ社製、商品名「ＷＥＬＮＥＸ」、メタロセン系ポリプロピレン、立体規則性指数＝９５％、分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）＝２．９

表１〜表２の結果から、ポリブテン１００質量部に対して、立体規則性指数が８０％以上のポリプロピレンを２０〜７０質量部配合してなる樹脂組成物から作製した管状体は、伸び率が高く、また、強度（各応力値）も高く、例えば、給湯・給水用樹脂管として、十分な物性を有することが分かる。

本発明の管状体は、例えば、給湯・給水用の樹脂管として利用できる。

１：管状体、Ｒ１：無負荷時の曲げ半径、Ｄ１：管状体の直径、Ｃ：曲率中心

Claims

ポリブテンと、立体規則性指数が８０％以上のポリプロピレンとを含む樹脂組成物からなり、コイル状に巻かれて保管される給水・給湯設備用の管状体であって、
前記樹脂組成物中の前記ポリプロピレンの含有量が、前記ポリブテン１００質量部に対して２０〜７０質量部であり、
無負荷時の曲げ半径が、当該管状体の直径の２０倍以上であることを特徴とする、
管状体。
前記ポリプロピレンは、重量平均分子量（Ｍｗ）と数平均分子量（Ｍｎ）との比で表わされる分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が３．０以下である、請求項１に記載の管状体。
前記樹脂組成物は、引張破断時の伸び率が３００％以上である、請求項１又は２に記載の管状体。