JP7078068B2 - 硬質ポリ塩化ビニル被覆めっき鋼管 - Google Patents

Description

本発明は、おもに建築物の埋設用消火配管や、連結送水管用の配管等の消火用配管に用いられる硬質ポリ塩化ビニル被覆めっき鋼管に関する。特に、ねじ接合に加えて、ハウジング継手等のメカニカル継手による接合も可能な、被覆剥がし性に優れた硬質ポリ塩化ビニル被覆めっき鋼管に関する。

配管用炭素鋼鋼管または圧力配管用炭素鋼鋼管（白管）の表面に硬質ポリ塩化ビニル樹脂を被覆した硬質ポリ塩化ビニル被覆めっき鋼管（以下、ＶＳ管と称することもある。）は、建築物の埋設用消火管や連結送水管用配管など厳しい腐食環境で使用される配管として多く用いられている。

配管は、使用する設備に応じて相互に接続して使用することが一般的であるため、管端部に継手部が存在する。ＶＳ管の接続方法は、管端部外周面にねじ加工を施したねじ接合が主流であったが、熟練工の不足等の背景により、より簡便な接続方法であるメカニカル継手による接合の適用が増加している。

ＶＳ管にメカニカル継手を適用する場合には、管端部外周面の外面被覆層を剥がした後に、溝状加工（グルービング加工）を行い、ハウジング型継手で接続する、という方式が一般的である。一方で、従来のＶＳ管では、ねじ加工時に外面被覆層が破壊したり回転したりしないように外面被覆層に高い接着力を保持させている。このため、ＶＳ管にハウジング型継手を適用すると、外面被覆層をきれいに剥がし難く、硬質ポリ塩化ビニル樹脂が一部残ったり、接着剤が残って剥がした面に凹凸が形成され、その結果、グルービング加工に支障をきたすという問題があった。

特許文献１には、鋼管本体と塩化ビニル系樹脂を基材とした被覆層のせん断接着力およびシャルピー衝撃強度を規定した外面被覆鋼管が開示されている。また、特許文献２には、塩化ビニル系樹脂を基材とした被覆層のせん断接着力を規定することで、ねじ接合と拡管タイプの継手のいずれにも使用できる外面被覆鋼管が開示されている。

特開平６－３２０６６６号公報 特開平４－２１９２３２号公報

しかしながら、特許文献１、２の外面被覆鋼管は、本体がめっき層のない黒管（亜鉛めっきを施していない鋼管）であるため、ＶＳ管用としてめっき鋼管に硬質ポリ塩化ビニル樹脂を被覆しても、接着力は得られるものの、剥がし性が低下する。その結果、めっき面に樹脂や接着剤層が厚く残り、グルービング加工する上では著しく不都合が生じるという問題がある。また、接着剤をより接着力の弱いものに変更すると、剥がし性は改善するものの、接着力が低下し、ねじ加工時に被覆が回転するなどの問題が生じる。

この様に、めっき鋼管に硬質ポリ塩化ビニル樹脂を被覆した硬質ポリ塩化ビニル被覆めっき鋼管では、従来のねじ加工に必要な被覆層の接着力に加えて、グルービング加工を施してメカニカル継手に適用する際に管端部外周に被覆層が残留しないという、相反する特性の付与が求められている。

本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、接着力と剥がし易さを両立した被覆層を有する硬質ポリ塩化ビニル被覆めっき鋼管を提供することを目的とする。

本発明者らは、接着力と剥がし易さの両立を鋭意検討した。まず初めに、めっき鋼管のめっき層と硬質ポリ塩化ビニル被覆層の間にポリエステル系接着剤層を設け、接着力と剥がし易さを評価した。その結果、剥がし性（以下、剥がし易さの指標を、単に「剥がし性」と称することもある。）は非常に優れるものの、ねじ加工に対する接着力は不十分であった。この理由として、めっき層とポリエステル系接着剤層の間の水素結合による接着力が不足しているためであると考えた。そこで、不足している接着力を補うため、水素結合可能な官能基を、エポキシ基の導入により補うことを検討した。すなわち、めっき層とポリエステル系接着剤層の間にさらにエポキシ樹脂接着剤層を設けることとした。その結果、優れた剥がし性を維持したまま、めっき層と硬質ポリ塩化ビニル被覆層の間の接着力が、ねじ加工にも耐えられる程度に上昇することがわかった。

本発明は上記の知見に基づき完成させたものであり、その要旨は以下のとおりである。
［１］めっき鋼管表面に、エポキシ樹脂接着剤層、ポリエステル系接着剤層、硬質ポリ塩化ビニル被覆層をこの順で有する硬質ポリ塩化ビニル被覆めっき鋼管。
［２］前記エポキシ樹脂接着剤層の膜厚が５μｍ以上および／または前記ポリエステル系接着剤層の膜厚が１０μｍ以上である［１］に記載の硬質ポリ塩化ビニル被覆めっき鋼管。
［３］前記エポキシ樹脂接着剤層と前記ポリエステル系接着剤層の合計の膜厚が３０μｍ以上６０μｍ以下である［１］または［２］に記載の硬質ポリ塩化ビニル被覆めっき鋼管。
［４］前記ポリエステル系接着剤層は、軟化温度が８０～１５０℃である［１］～［３］のいずれかに記載の硬質ポリ塩化ビニル被覆めっき鋼管。
［５］前記めっき鋼管が、配管用炭素鋼鋼管（ＳＧＰ）または圧力配管用炭素鋼鋼管（ＳＴＰＧ）のいずれかの白管である［１］～［４］のいずれかに記載の硬質ポリ塩化ビニル被覆めっき鋼管。
［６］前記硬質ポリ塩化ビニル被覆めっき鋼管の管端部のめっき露出面に、メカニカル継手接合用の溝またはねじ接合用のテーパおねじを有する［１］～［５］のいずれかに記載の硬質ポリ塩化ビニル被覆めっき鋼管。

本発明によれば、接着力と剥がし易さを両立した被覆層を有する硬質ポリ塩化ビニル被覆めっき鋼管を得ることができる。したがって、本発明の硬質ポリ塩化ビニル被覆めっき鋼管は、ねじ接合に加え、ハウジング継手加工等のメカニカル継手による接合も可能である。

以下に、本発明について説明する。本発明の硬質ポリ塩化ビニル被覆めっき鋼管は、めっき鋼管の上にエポキシ樹脂接着剤層、ポリエステル系接着剤層をこの順で有し、その上に硬質ポリ塩化ビニル被覆層を有する。なお、エポキシ樹脂接着剤層およびポリエステル系接着剤層を総称して、接着剤層と称することもある。

めっき鋼管（原管）
本発明の対象とする鋼管は、配管用炭素鋼鋼管（ＳＧＰ）または圧力配管用炭素鋼鋼管（ＳＴＰＧ）のいずれかの鋼管（白管）である。めっきの種類は特に限定しないが、Ｚｎ系をベースとするＺｎめっき鋼管やＺｎ－Ａｌ系めっき鋼管などが好ましい。

エポキシ樹脂接着剤層
本発明では、めっき鋼管のめっき層とポリエステル系接着剤層の間にエポキシ樹脂接着剤層を有する。めっき層とポリエステル系接着剤層の間にエポキシ樹脂接着剤層を設けることにより、接着剤層を含む硬質ポリ塩化ビニル被覆層の剥がし易さを確保しつつ、さらにめっき層と硬質ポリ塩化ビニル被覆層との接着力を得ることができる。

エポキシ樹脂接着剤層を形成するための硬化剤としては、硬化反応性の調整が容易なアミン系硬化剤が好ましい。アミン系硬化剤としては、ジエチレントリアミン、トリエチレントリアミン等の脂肪族アミン系硬化剤、メタフェニレンジアミン、ジメチルフェニルメタン等の芳香族アミン系硬化剤、ケチミン、ジシアンジアミド、アミンアダクト等の変性アミン硬化剤が挙げられる。本発明においては、接着力と剥がし性のバランスから、変性アミン硬化剤が好ましく、特に一液化が可能で作業性に優れ、かつ接着力、ねじ切り性と剥がし性が特に優れるケチミン硬化剤がより好ましい。

エポキシ樹脂接着剤層の膜厚は、めっき層との接着力を確保するために５μｍ以上が好ましく、１０μｍ以上がさらに好ましい。一方、エポキシ樹脂接着剤層の膜厚を厚くし過ぎると剥がし性が劣化するため、５０μｍ以下とすることが好ましい。

ポリエステル系接着剤層
本発明では、エポキシ樹脂接着剤層の上にはポリエステル系接着剤層が積層される。本発明では、接着剤層をエポキシ樹脂接着剤層とポリエステル系接着剤層とすることにより、めっき層とポリエステル系接着剤層の間にエポキシ樹脂接着剤層を設けることにより、接着剤層を含む硬質ポリ塩化ビニル被覆層の剥がし易さを確保しつつ、さらにめっき層と硬質ポリ塩化ビニル被覆層との接着力を得ることができる。

本発明のポリエステル系接着剤層としては、ポリエステル系樹脂をトルエン、メチルエチルケトン、キシレン、メチルイソブチルケトン、酢酸エチル、酢酸ブチル等の溶剤に溶解した一液タイプのホットメルトタイプの接着剤が好ましい。ポリエステル系樹脂の種類としては特に指定はないが、軟化温度が８０～１５０℃のものが好ましい。軟化温度が８０℃未満の場合、ねじ切りやグルービング加工時に発生する熱により加工部近傍で硬質ポリ塩化ビニル被覆層の剥離やずれを生じる。一方、軟化温度が１５０℃を超える場合には、硬質ポリ塩化ビニル樹脂を押出成形してポリエステル系接着剤層の上に被覆した際に、ポリエステル系樹脂が溶融せず、十分な接着力を保持することができない。

また、ポリエステル系接着剤には、塩化ビニル樹脂を含有するものがあるが、本発明においては、塩化ビニル樹脂を含有しないポリエステル系接着剤を用いることが好ましい。ポリエステル系接着剤に塩化ビニル樹脂が含まれていると、ポリエステル系接着剤層の塩化ビニル樹脂と硬質ポリ塩化ビニル被覆層の塩化ビニル樹脂が相溶し固着する。相溶した部分は硬質ポリ塩化ビニル被覆層とポリエステル系接着剤層がより強固に接着し、相溶のない部分との接着力が不均一となる。その結果、硬質ポリ塩化ビニル被覆層を剥離した剥離面に、より強固に固着した塩化ビニル樹脂が残存して平滑な剥離面が得られなくなるからである。

ポリエステル系接着剤層の膜厚は、接着力を確保するため１０μｍ以上が好ましく、より好ましくは２０μｍ以上である。一方、ポリエステル接着剤層の膜厚が厚すぎると接着剤層自体の凝集強度が低下するとともに、押出被覆時に、余剰の接着剤が被覆外観に悪影響を及ぼすことがあるため、上限を５０μｍとする。

なお、エポキシ樹脂接着剤層とポリエステル系接着剤との合計の膜厚は、３０μｍ以上６０μｍ以下とすることが好ましい。３０μｍ以上６０μｍ以下とすることにより、接着力と剥がし性のバランスが最も優れたものとなる。

硬質ポリ塩化ビニル被覆層
ポリエステル系接着剤層の上には、被覆層として硬質ポリ塩化ビニル被覆層が積層される。硬質ポリ塩化ビニル被覆層は、塩化ビニルモノマーを重合させてできる硬質ポリ塩化ビニル樹脂を主体とし、更に着色顔料、体質顔料等の顔料、耐候安定剤、酸化防止剤等の安定剤、その他可塑剤、ゴム成分などの各種添加剤を含んでいてもよい。硬質ポリ塩化ビニル被覆層の膜厚は、１．０ｍｍ以上が好ましい。

次に本発明の硬質ポリ塩化ビニル被覆めっき鋼管の好適な製造方法について説明する。

素地調整
めっき鋼管表面のさび、汚れ、異物等を除去し、清浄なめっき面を形成するため、めっき鋼管は、エポキシ樹脂接着剤の塗装の前にブラスト処理や酸洗処理を行うことが好ましい。ブラスト処理は、ショットブラスト、グリットブラスト、サンドブラスト等の方法があるが、本発明においては、ショットブラストが施工性の面で好ましい。グリットブラストは研削力が強く、めっきを剥がしてしまう恐れがあり、サンドブラストはオンラインでのブラストが困難で好ましくない。酸洗処理は硫酸酸洗、または塩酸酸洗で、酸洗時間は３０秒以内とする。これを超えるとめっき表面が黒く見える（合金層が露出）するため好ましくない。均一に処理できるという観点で、ショットブラスト処理がより好ましい。

塗装
めっき鋼管の表面にエポキシ樹脂接着剤を所定の膜厚になるように塗装した後、エポキシ樹脂接着剤の硬化温度以上に加熱して、エポキシ樹脂接着剤層を形成する。加熱温度は、５０～２５０℃程度が好適である。エポキシ樹脂接着剤の塗装方法は、スプレー塗装、静電スプレー塗装、ロール塗装、刷毛塗り、しごき塗装などを用いることができる。

被覆
エポキシ樹脂接着剤層を形成した後、鋼管温度を保持したまま、引き続きその上層にポリエステル系接着剤を所定の膜厚になるように被覆し、同様に５０～２５０℃の温度で乾燥させる。次いで硬質ポリ塩化ビニル樹脂を押出成形法により被覆し、冷却する。ポリエステル系接着剤と硬質ポリ塩化ビニル樹脂の被覆方法は、Ｔダイ法、丸ダイ（クロスヘッドダイ）法などを用いることができる。硬質ポリ塩化ビニル樹脂に対しては、溶融張力が小さいため、丸ダイ法を用いるのが好ましい。

以上により、本発明の硬質ポリ塩化ビニル被覆めっき鋼管が得られる。本発明の硬質ポリ塩化ビニル被覆めっき鋼管は、接着力と剥がし易さを両立した被覆層を有する。したがって、本発明の硬質ポリ塩化ビニル被覆めっき鋼管の管端部のめっき露出面に、メカニカル継手接合用の溝またはねじ接合用のテーパおねじを有することにより、ねじ接合に加えて、ハウジング継手等のメカニカル継手による接合も可能である。

表１にＪＩＳ Ｇ３４５２（ＳＧＰ）および、ＪＩＳ Ｇ３４５４（ＳＴＰＧ３７０）に規定された配管用鋼管（厚さ４．５ｍｍ、内径１１４．３ｍｍ）に溶融亜鉛めっきを施しためっき鋼管（ＳＧＰ白管、およびＳＴＰＧ白管）を原管として、表１に示す条件でプライマーとしてエポキシ樹脂接着剤をスプレー塗装し加熱して硬化させた後、エポキシ樹脂接着剤層の上に丸ダイ法によりポリエステル系接着剤を押出して被覆した。次いで、ポリエステル系接着剤の上に丸ダイ法による押出被覆法で、硬質ポリ塩化ビニル被覆層を形成し、供試管を得た。エポキシ樹脂接着剤には、ケチミン硬化剤をエポキシ樹脂１に対して１配合した一液硬化型エポキシ樹脂（東亞合成（株）製、Ｓ－１０）を用いた。ポリエステル系接着剤には、軟化温度１２０℃のポリエステル樹脂（東亞合成（株）製、ＰＥＳ－３１０Ｓ３０）を用いた。硬質ポリ塩化ビニル被覆層には、（株）デンカ製 ＧＡ－２１を用いた。なお、原管であるめっき鋼管については、エポキシ樹脂接着剤の塗装前に表１に示す前処理を行った。また、硬質ポリ塩化ビニル被覆の際の原管の加熱温度は１８０℃とした。

比較として、接着剤層が本発明の範囲にない条件（エポキシ樹脂接着剤層、ポリエステル系接着剤層のいずれかを用いないか、または、ポリエステル系接着剤に塩化ビニル樹脂を１：０．３の割合で配合したポリエステル－塩化ビニル樹脂）の供試管を作製した。

各供試管に対しては、接着力、剥がし性および施工性（ねじ切り加工性およびグルービング加工性）を評価し、いずれも〇または◎を合格とした。各評価方法は以下のとおりである。

接着力評価
供試管の任意の箇所から試験片を採取し、ＷＳＰ－０４１に準拠した押し抜き試験で、荷重を変化させながら硬質ポリ塩化ビニル被覆層が剥離する荷重を求め、下記の指標で評価した。
◎ 荷重３．０ＭＰａ以上
○ 荷重２．０ＭＰａ以上３．０ＭＰａ未満
× 荷重２．０ＭＰａ未満
剥がし性評価
供試管の任意の箇所から試験片を採取し、被覆層にカッターナイフで管軸方向に切り込みを入れ、金属製のヘラ等で、硬質ポリ塩化ビニル被覆層および接着剤層（エポキシ樹脂接着剤層＋ポリエステル系接着剤層）がきれいに剥がれるかどうかを下記の指標で評価した。なお、硬質ポリ塩化ビニル被覆層および接着剤層の残存は、被覆を剥がした後のめっき鋼管面に樹脂や接着剤が残っていないかどうかを目視検査で確認した。
◎ めっき面に硬質ポリ塩化ビニル被覆層および接着剤層が残らずに、綺麗に剥がせる
〇 めっき面に薄く接着剤は残るが、硬質ポリ塩化ビニル被覆層は剥がせる
× めっき面に硬質ポリ塩化ビニル被覆層が残る
施工性評価
供試管を２本採取し、管端部から管軸方向に沿って１００ｍｍの位置まで被覆層にカッターナイフで切込みを入れ、金属製のヘラ等で硬質ポリ塩化ビニル被覆層を剥がし、剥がした面に対して、ねじ切り加工およびグルービング加工を行い、下記に示す指標で施工性（ねじ切り加工性およびグルービング加工性）を評価した。なお、ねじ切り加工は、レッキス工業社製ねじ切り機にてねじ切り加工およびソケット嵌め作業を行った。グルービング加工は、レッキス工業社製加工機にて、管端部に溝状加工を行った。
◎ 全く問題なく加工ができた
〇 部分的に剥離し、残った硬質ポリ塩化ビニル被覆および接着剤層を除去する必要があったが、加工は可能であった
× 硬質ポリ塩化ビニル被覆層が多量に残り、全く加工できなかった。

各供試管の評価結果を表１に示す。

表１から、本発明の範囲を満足するＮｏ．１～７は、接着力、剥がし性、ねじ切り加工性、グルービング加工性のいずれも優れていた。これに対し、本発明の範囲にないＮｏ．８～１０は、接着力、剥がし性、ねじ切り加工性、グルービング加工性のいずれかが劣っていた。

Claims (6)

1. めっき鋼管外面に、エポキシ樹脂接着剤層、塩化ビニルを含有しないポリエステル系接着剤層、硬質ポリ塩化ビニル被覆層をこの順で有する硬質ポリ塩化ビニル被覆めっき鋼管。
2. 前記エポキシ樹脂接着剤層の膜厚が５μｍ以上および／または前記ポリエステル系接着剤層の膜厚が１０μｍ以上である請求項１に記載の硬質ポリ塩化ビニル被覆めっき鋼管。
3. 前記エポキシ樹脂接着剤層と前記ポリエステル系接着剤層の合計の膜厚が３０μｍ以上６０μｍ以下である請求項１または２に記載の硬質ポリ塩化ビニル被覆めっき鋼管。
4. 前記ポリエステル系接着剤層は、軟化温度が８０～１５０℃である請求項１～３のいずれかに記載の硬質ポリ塩化ビニル被覆めっき鋼管。
5. 前記めっき鋼管が、配管用炭素鋼鋼管（ＳＧＰ）または圧力配管用炭素鋼鋼管（ＳＴＰＧ）のいずれかの白管である請求項１～４のいずれかに記載の硬質ポリ塩化ビニル被覆めっき鋼管。
6. 前記硬質ポリ塩化ビニル被覆めっき鋼管の管端部のめっき露出面にメカニカル接手接合用の溝またはねじ接合用のテーパおねじを有する請求項１～５のいずれかに記載の硬質ポリ塩化ビニル被覆めっき鋼管。