JPH01234475A - 熱交換器用内面防食塗装皮膜付き銅合金管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、熱交換器用内面防食塗装皮膜付き銅合金管に
係り、特に管の伝熱性能や管内面に形成される塗膜の防
食皮膜としての特性を損ねることなく、その耐電気防食
性を改善せしめた、伝熱管としての銅合金管に関するも
のである。

（背景技術） 従来より、火力発電所や化学工場、或いは船舶等の復水
器やその他の各種熱交換器には、伝熱管として、黄銅に
、アルミニウム、砒素、その他ケイ素等を添加した、所
謂特殊黄銅管や、銅、ニッケル、鉄よりなる、所謂キュ
プロニッケル管の如き銅合金管が広く使用されてきてい
るが、それら熱交換器においては、冷却水として、海水
或いは河海水を使用する関係上、それら伝熱管の内面に
は種々の腐食が発生する。そして、このような腐食が生
じると、伝熱管内面には腐食生成物を含む付着物が付き
、熱交換器の熱貫流率を低下させるのである。

このため、かかる銅合金管を伝熱管として使用するため
に、その内面を防食するための各種の手法が提案されて
いるが、そのなかでも、本発明者らが、特公昭５６−４
５０７９号公報、特開昭５６−１６６２７１号公報等に
明らかにしたように、所定の樹脂塗料を用いて、防食塗
膜を所定の厚さで管内面に形成させる手法は、防食性や
作業性等の点において、他の手法に比べて優れており、
今日、既に実用化に至っている。そして、そのような防
食塗膜を与える樹脂塗料は、皮膜形成性の合成樹脂と共
に、防錆顔料、体質顔料、着色顔料等の顔料類や、沈降
防止剤、顔料分散剤、可塑剤、皮張防止剤等の添加剤を
適宜加えて、構成されており、このうち、防錆顔料とし
ては、クロム酸亜鉛や塩基性クロム酸鉛等のクロム系若
しくは鉛系の顔料が用いられている。

ところで、熱交換器の腐食は、かかる熱交換器用管（伝
熱管）たる銅合金管のみに止まらず、その氷室を構成す
る他の材料、例えば水室壁、弁、管板等についても考慮
する必要があるのであり、またかかる熱交換器用管内面
に所定の防食塗膜が形成された場合といえども、該熱交
換器用管内を流通せしめられる伝熱流体（冷却流体）中
に混入する流入異物の殴打による管端部分の塗膜の剥離
を完全に防止し得す、そしてそのような剥離が惹起され
た場合に、当該剥離部には潰食、所謂インレットアタッ
クが惹起されるところから、それらの問題を解決するた
めに、一般に、熱交換器の氷室には電気防食（陰極防食
）装置が設置されているのである。

しかしながら、そのような陰極電気防食環境下に、所定
の内面防食塗装皮膜を設けた銅合金管を置いた場合にお
いて、かかる電気防食の条件如何によっては、かかる内
面防食塗膜に当該電気防食作用によって生じるアルカリ
　（ＯＨ−）により、塗膜膨れ、換言すればアルカリ劣
化が惹起され、そしてこれによって塗膜の剥離が加速さ
れる問題が内在しており、また塗膜の伝熱抵抗値も大き
くなって、熱貫流率が１０％前後も低下することが経験
されているのである。

而して、かかるアルカリ劣化は、塗膜内を浸透し、塗膜
下の金属表面に到達した、冷却流体としての海水等の中
に存在するＨ、Ｏや０２が、陰極電気防食により、金属
内部より金属表面に供給された電子と反応し、アルカリ
　（ＯＨ−）を発生することにより惹起せしめられる塗
膜劣化現象であるが、従来の塗膜では、そのような劣化
現象を防止することは困難であったのである。

また、本発明者らの検討によれば、かかる内面防食塗膜
の電気防食下での膨れ防止（劣化）に対して、その下地
皮膜の改良を行なったり、塗膜膜厚の増大を図ったりす
ることが、成る程度は有効であることが明らかとなった
が、それらの対策にあっては、その効果が未だ充分でな
いことに加えて、コストや伝熱性能面においてマイナス
効果をもたらす場合があって、更に有効な対策が求めら
れているのである。

（解決課題） ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為さ
れたものであって、その解決すべき課題とするところは
、熱交換器用内面防食塗装皮膜付き銅合金管において、
その伝熱性能や防食性を１員ねることなく、その耐電気
防食性をより一府向上せしめ、以てかかる銅合金管の伝
熱管としての実用性を高めることにある。

（解決手段） そして、本発明は、かかる課題解決のために、熱交換器
に取り付けられて、管内に所定の冷却流体が流通せしめ
られる、伝熱管としての内面防食塗装皮膜付き銅合金管
において、かかる内面防食塗装皮膜が、塗料固形分に対
して、それぞれ、（ａ）１〜５０重量％の割合の縮合リ
ン酸アルミニウムと、（ｂ）０．５〜１５重景％四重合
の酸化亜鉛と、（ｃ）５〜５０重量％の割合のクレー及
び／又はタルクとを、合計量で１０〜７０重量％となる
ように含む合成樹脂塗料を用いて形成されていることを
特徴とするものである。

要するに、本発明に従う内面防食塗装皮膜付き銅合金管
にあっては、防錆顔料として、従来のクロム酸塩系に代
えて、所定量の縮合リン酸アルミニウム及び酸化亜鉛を
用い、更に体Ｘ顔料として所定量のクレー及び／又はタ
ルクを用いてなる合成樹脂塗料にて、銅合金管内面に所
定の防食塗膜が形成せしめられたものであって、これに
より、電気防食下での膨れ（アルカリ劣化）が効果的に
抑制され、以てその耐電気防食性の著しい向上を図り得
たのである。

ところで、かかる本発明に用いられる銅合金管材料とし
ては、従来から伝熱管として用いられている管材料が何
れも対象とされるものであるが、特に本発明にあっては
、アルミニウム黄銅管、例えばＪＩＳ−Ｈ−３３００−
Ｃ−６８７０，６８７１，６８７２等のアルミニウム黄
銅材料からなる管や、キュプロニッケル管、例えばＪＩ
Ｓ−Ｈ−３３００−Ｃ−７０６０，７１５０等のキュプ
ロニッケル材料からなる管が好適に用いられるのである
。そして、そのような銅合金管は、例えば内径が１０〜
４０龍程度、特に１５〜２５商重程度、長さが４〜４０
ｍ、特に５〜２５ｍ程度の長尺細管として用いられるこ
ととなる。

そして、このような小孔径、長尺の銅合金管には、その
管内面に対してスプレー塗装等の塗装手法によって所定
の樹脂塗料が均一に塗装せしめられ、そこに所定厚さの
膜厚の防食塗膜が形成されるのであるが、本発明におい
ては、そのような防食塗膜が、特定の防錆顔料及び体質
顔料を所定割合で含む合成樹脂塗料を用いた塗装操作に
よって、形成されるのである。

すなわち、このような防食塗装操作に用いられる合成樹
脂塗料としては、一般に、常乾型（常温乾燥型）の塗料
が好適に用いられ、またそのような塗料においては、皮
膜形成要素として、アルキッド樹脂、エポキシ樹脂、ポ
リエステル樹脂、エポキシ・エステル樹脂、ビニル樹脂
（塩化ビニル系、酢酸ビニル系等）、ポリウレタン樹脂
、アクリル樹脂（アクリル酸エステル系等）等の有機重
合体樹脂（変性物をも含む）の１種または２種以上が用
いられる。そして、かかる有機重合体樹脂が、それに対
する適当な溶剤（例えば、アルコール系、エステル系、
エーテル系、ケトン系脂肪族或いは芳香族炭化水素系等
）に溶解され、また顔料として、防錆顔料、体質顔料が
配合され、更に必要に応じて着色顔料や防汚顔料等の他
のｒｎ科料類、沈降防止剤、顔料分散剤、可塑剤、皮張
防止剤等の他の添加剤が適宜に配合されて、常温乾燥型
の皮膜形成性の液状組成物（塗料）に調製されるのであ
るが、本発明にあっては、そのような塗料中の防錆顔料
として、（ａ）トリポリリン酸アルミニウムの如き縮合
リン酸アルミニウム及び（ｂ）亜鉛華の如き酸化亜鉛を
用い、また体質顔料として、（ｃ）クレー（Ａ７！ｔｏ
ｉ　　・２ＳｉＣｈ・２Ｈ，Ｏ）及び／又はタルク（３
Ｍｇ０・４ＳｉＯ２・２Ｈ２ｏ）を用いるようにしたの
である。

そして、本発明にあっては、防錆顔料の一成分たる縮合
リン酸アルミニウム（ａ）を、塗料固形分（全顔料成分
十樹脂固形分十添加剤固形分。以下同じ）に対して１〜
５０重量％の割合となるように塗料中に配合せしめ、ま
た他の一つの防錆顔料成分たる酸化亜鉛（ｂ）を、塗料
固形分に対して０．５〜１５重量％の割合となるように
配合せしめると共に、体質顔料としてのクレー及び／又
はタルク（ｃ）を、塗料固形分に対して５〜５０重世％
の割合となるように配合せしめ、しかもそれら（ａ）１
１合リン酸アルミニウムと（ｂ）酸化亜鉛と（ｃ）クレ
ー及び／又はタルクとの合計量が、塗料固形分に対して
１０〜７０重量％となるように調整したのである。特に
、本発明における耐電気防食性の効果は、体質顔料とし
てクレー及びタルクを複合使用することにより、更に高
められ得るのであるが、勿論、それらを単独使用するこ
とも可能である。

なお、かかる本発明において、防錆顔料の一つたる（ａ
）成分の縮合リン酸アルミニウムの配合量が１重量％よ
りも少なくなると、耐電気防食性の向上を有利に達成し
得す、またその含有量が５０重量％を越えるようになる
と、形成される塗膜の粉末化が進行し、そのため塗膜の
耐摩耗性が低下するようになるのであり、また、スプレ
ー塗装性も低下する等の問題を惹起する。また、防錆顔
料の他の一つたる（ｂ）成分の酸化亜鉛の配合量にあっ
ても、それが０．５重量％よりも少なくなると、耐電気
防食性が低下し、また塗膜密着性も低下する等の問題を
惹起し、一方１５重量％を越えるような配合量となると
、塗膜の耐摩耗性が低下する問題を惹起する。

さらに、体質顔料たる（ｃ）成分のクレー及びタルクは
、その合計量において、５重量％未満の配合量では、塗
膜形成性が低下し、局部的に薄膜部が形成され、そして
、その薄膜部部分における耐電気防食性が低下する問題
を発生するのであり、また５０重量％を越える配合量で
は、塗膜の耐摩耗性が減少する等の問題を惹起する。

更にまた、上記（ａ）成分と（ｂ）成分と（ｃ）成分と
の合計量に関して、それがｌＯ重星％未満となると、塗
膜形成性が劣化し、且つ耐電気防食性の向上も困難とな
るのであり、また７０重慴％を越えるようになると、塗
膜の粉末化が進行し、そのため耐摩耗性が劣化し７、且
つスプレー塗装性も低下するようになるのである。従っ
て、それらの合計量は、１０〜７０重量％の範囲内に維
持せしめる必要がある。

そして、このような配合量において調製された上記（ａ
）成分、　（ｂ）成分及び（ｃ）成分を含有する樹脂塗
料を用いて、スプレー塗装等の通常の塗装操作によって
、目的とする銅合金管の内面に防食塗膜が形成されるこ
ととなるのである。なお、この銅合金管内面に形成され
る防食塗装皮膜の厚さとしては、−１ｆｉに、大きな伝
熱抵抗値を与えないような厚さにおいて、樹脂塗料の種
類に応じて適宜に決定されるものであり、例えば、最大
限５０〜３００μｍ以下の塗膜厚みにおいて、特に３０
μｍ以下の塗膜厚みにおいて、より低い伝熱抵抗を有す
る内面防食塗装皮膜が形成されるのである。

（実施例） 以下に、本発明の幾つかの実施例を示し、本発明を更に
具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのよ
うな実施例の記載によって何等の制約をも受けるもので
ないことは、言うまでもないところである。

また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には上記
の具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限り
において、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正
、改良等を加え得るものであることが、理解されるべき
である。

なお、以下の実施例中の百分率は、特に断わりのない限
り、重星基（牌によって示されるものである。

実施例　１ 先ず、外径：　２５．４１ｍ、肉厚：１．２５璽１、長
さ：１５００＋ｎのアルミニウム黄銅管ｃＪｔｓ−ｉ−
＋−３３００−Ｃ−６８７１）を供試管として、その内
面を、高温ＤＸガス（１２〜１３％ＣＯｚ　＋０．１〜
０．６％（ｃＯ＋Ｈ２）→−１０００〜２０００ｐｐｍ
ｏｚ　＋Ｎｚ　）を用いて、５７０°Ｃ×３０分の条件
下で焼鈍処理した。

次いで、下記第１表に示される各種の塗料を調製した。

なお、皮膜形成樹脂としては、常乾型アルキッド樹脂（
大日本インキ株式会社製ベソコゾールＰ−４７０）を用
い、その樹脂を溶剤（キシレン）に溶解せしめた後、そ
れに、第１表に示される防錆顔料及び体質顔料の所定割
合をそれぞれ配合して、充分に分散せしめ、更に通常の
塗膜形成用添加物を配合した。

また、下記第１表に示される塗料組成物において、防錆
顔料の（ａ）成分たる縮合リン酸アルミニウムとしては
、トリポリリン酸二水素アルミニウム〔帝国化工株式会
社製にホワイ）（Ｋ−８２））を用い、また（ｂ）成分
たる酸化亜鉛としては、−ＩＩＩＱ　ｌｎ料用として市
販されている亜鉛華３号を用いた。また、体質顔料とし
ての（ｃ）成分たるクレー（ＡＡｚＣｈ　　・２ＳｉＯ
ｚ　　・２Ｈ２Ｏ）は、５〜１０％のタルク　（３Ｍｇ
０　・４Ｓ　ｉｏｚ・２８ｚＯ）を含むものを用いた。

なお、比較のために、市販の常乾型アルキッド樹脂塗料
（中国塗料株式会社製ＬＺＩプライマー）を、Ｎ１１２
０として用いた。この市販塗料は、アルキッド樹脂４０
％、防錆顔料（酸化亜鉛、鉛丹）２５％、体質顔料（ｃ
ａ　ＣＯ３）　２５％及びトルエン１０％にて構成され
るものである。

次いで、この分散された各種の塗料配合物に、更に溶剤
（キシレン）を添加して、フォードカンブＮＯ，４粘度
計を用いた流下時間が２６〜２８秒となるように希釈し
た後、それぞれの塗料液を上記の供試管内に流し込み、
管内に充満せしめ、次いでその充満塗料）夜を流去した
後、揮発する溶剤骨を強制的に管外に排除しつつ、塗膜
形成を行なった。なお、管内面に形成される塗膜の膜厚
は、１５〜３０．＋１ｍを目標とした。

第　　１　　表 ＊：象璋二１固形分に対して そして、この第１表に示される各種の塗料を用いて内面
防食塗装皮膜が形成された供試管の各々について、その
性能を評価して、内面塗膜の防食皮膜としての有効性を
検討し、その結果を、下記第２表に示した。なお、それ
ぞれの性能評価は、以下の方法に従って行なった。

（１）鮭て気抜食性 供試管を陰極とする一方、Ｐｂ−Ａｇ電極を陽極とする
電気防食回路を組み立て、各供試管内に、流速＝２ｍ／
秒にて海水を連続的に流通せしめながら、供試管管端部
の電位が８００ｍＶから一１２００ｍＶ（カロメル電極
基準）となるように、定電位陰極防食を１ケ月間連続的
に実施した。そして、その各電位にて１ケ月間試験され
た供試管に対して、その内面を水洗、乾燥した後、縦割
すし、そして管端より１００關位置において粘着テープ
を貼り付け、そしてそれを勢いよく剥がす操作を加えた
後、当該場所における５　ｃＩｎ　ｘ　１ｃｍの面積の
３ケ所について、画像回折法にて剥離面積を求めた。

そして、その結果、評価場所における塗膜の剥離面積が
５０％を越える場合には・、２５〜５０％の場合には０
、剥離面積が少なく、２５％未満の場合には○として、
各供試管の評価結果を、第２表に示した。

（２）凛・、（耗） 各供試管を、それぞれ、８０℃の温度の３％食塩水中に
３日間浸漬した後、水洗、乾燥し、次いでその塗膜面に
粘着テープを貼り付け、そしてそれを勢いよく剥がす操
作を、同一場所において１０回繰り返し、下地金属の露
出の有無にて、塗膜の密着性を評価した。

そして、下地金属の露出面積が５０％を越える場合には
・、２５〜５０％の場合には０．２５％未満の場合には
Ｏとして、その結果を第２表に示した。

（３）１股厄虞性 各供試管に対してエアスプレー塗装を試みた場合におい
て、それが可能であり、且つ常温硬化して塗膜を形成す
ると共に、各供試管を水平に静置した状態でエアスプレ
ー塗装したとき、管内面の上部と下部との間の塗膜Ｊ７
み差が小さく、例えば平均膜厚が２０μｍの場合に、下
部側の膜厚が上部側の膜厚の５０％以内となる条件を満
たすとき、塗膜形成性が良好として○、そうでない場合
に塗膜形成性が不良として・、の評価を行ない、その結
果を第２表に示した。

（４）聡立止盾基準 上記耐電気防食性、塗膜密着性（耐摩耗性）及び塗膜形
成性について性能評価した結果に基づいて、耐電気防食
性が一８００ｒｒｕ７にて・またはＣの場合、または塗
膜密着性（耐摩耗性）と塗膜形成性の何れかにおいて・
の場合には、実用上において使用に耐え得ないものとし
て、総合評価を×（不可）とした。

第　　２　　表 かかる第２表の結果から明らかなように、本発明に従う
（ａ）成分、　（ｂ）成分及び（ｃ）成分の所定量を含
む各種塗料を用いて、内面防食塗膜が形成された供試管
（患２〜５．１１ｋ１８〜９．　Ｎ［ｌ１２〜１５及び
ｒ１ｈ１９）にあっては、何れも、充分な塗膜密着性（
耐摩耗性）及び塗膜形成性を備えつつ、耐電気防食性に
著しく優れたものとなっている。

これに対して、市販塗料（Ｎ１２０）を用いた場合にあ
っては、塗膜密着性（耐摩耗性）や塗膜形成性の点にお
いては優れているものの、耐電気防食性において著しく
劣ることが認められる。また、防錆顔料としての（ａ）
成分や（ｂ）成分及び体質顔料としての（ｃ）成分の配
合量、更にはそれらの顔料合計量が、本発明に規定する
範囲から外れたりすると、Ｎｌｌ、ｌｔ６〜？、ｋｌＯ
〜１１及びＮｏ、　１６〜１８の結果に示される如く、
耐電気防食性が低下したり、塗膜密着性（耐摩耗性）若
しくは塗膜形成性に問題を惹起することとなるのである
。

実施例　２ 外径：２５，４ｍｍ、肉厚：１．２５１ｍ、長さ＝１５
００龍のアルミニウム黄銅管（ＪＩＳ−Ｉｆ−３３００
−Ｃ−６８７１）、１０％キュプロニッケル管（Ｊ　ｌ
５−Ｈ−３３００−Ｃ−７０６０）若しくは３０％キュ
プロニッケル管（ＪＩＳ−Ｈ−３３００−Ｃ−７１５０
）を供試管として、実施例１と同様にして、下記第３表
に示される４種の樹脂塗料を調整した。

なお、塗料樹脂としては、実施例１で用いた常乾型アル
キッド樹脂（樹脂Ｄ）、または常乾型エポキシエステル
樹脂（住友化学株式会社９ｓ　Ｂ−１０■：樹脂Ｅ）を
用いた。

また、１０％キュプロニッケル管の焼鈍処理は、（ｃＯ
＋Ｈｚ　）：　２〜４％、Ｎ２：８６〜８７％、Ｏｚ　
　：　１００〜２００ｐｐｍ、ＣＯｚ　　：残部なる組
成のＤＸガスを用いで、６８０°Ｃ×３０分なる条件下
にて行ない、更に３０％キュプロニッケル管の場合にあ
っては、同様なりＸガスを用いて７２０℃×３０分の焼
鈍処理を実施した。

次いで、これら４種の塗料組成物を用いて、前記供試管
に対して、実施例１と同様なスプレー塗装操作を施した
後、管内面に形成された防食塗装皮膜について、その耐
電気防食性、塗膜密着性、塗膜形成性を実施例１と同様
にして評価し、またそれらの評価結果に基づいて総合評
価を行ない、その結果を、下記第４表に示した。

第３表 第　　４　　表 この第４表の結果から明らかなように、本発明　　（に
従う１１ｈ２１及び階２３〜２４の供試管において　　
１は、何れも、優れた塗膜密着性及び塗膜形成性と　　
（共に、耐電気防食性において著しく優れているこ　　
゛とが認められた。　　　　　　　　　　　　　　　　
　　１（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、内面
防食塗装管において不可避と見做されてきた陰極防食下
における有機樹脂塗膜の膨れ（アルカリ劣化）が、効果
的に低減され得ることとなったのであり、またそのよう
な耐電気防食性向上対策によって、伝熱管として用いら
れる内面防食塗装皮膜付き銅合金管の伝熱性能やその防
食性がｔ員なわれることも実質的に回避され得ることと
なったのである。

しかも、本発明に従う内面防食塗装皮膜付き銅合金管に
あっては、コスト、生産性の点では従来品と全く同様で
あって、何等問題はなく、また、従来の塗装系にあって
は、素材の下地処理が極めて重要であって、場合によっ
てはクロメート処理り後、塗装が行なわれており、更に
既設管を対象こした場合、実施するサンドブラスト面に
ついて：よ、良好な密着性が得られない場合が多かった
のであるが、本発明の場合にあっては、下地面の影１を
受ける度合が少なく、既設管のサンドブラスト面にも適
用が可能である特徴を有しているのである。

出願人　　住友軽金属工業株式会社 同　　　神東塗料株式会社 代理人　　弁理士　中　島　三千雄 （ほか２名）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 熱交換器に取り付けられて、管内に所定の冷却流体が流
   通せしめられる、伝熱管としての内面防食塗装皮膜付き
   銅合金管であって、かかる内面防食塗装皮膜が、塗料固
   形分に対して、それぞれ、（ａ）１〜５０重量％の割合
   の縮合リン酸アルミニウムと、（ｂ）０．５〜１５重量
   ％の割合の酸化亜鉛と、（ｃ）５〜５０重量％の割合の
   クレー及び／又はタルクとを、合計量で１０〜７０重量
   ％となるように含む合成樹脂塗料を用いて形成されてい
   ることを特徴とする熱交換器用内面防食塗装皮膜付き銅
   合金管。