JPH09125032A - 樹脂被覆鋼管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ポリオレフィン樹脂層が適度な接着力で接着
しているポリオレフィン樹脂被覆鋼管を得る。 【解決手段】 ポリオレフィン樹脂層と、鋼管又はクロ
メート処理、プライマー処理等の表面処理が施された鋼
管とを接着する接着層が、エチレン−無水マレイン酸−
アクリル酸エステル三元共重合体組成物と、ポリエチレ
ンとの組成物からなることを特徴とする樹脂被覆鋼管。 【効果】 接着力を自在に制御できて、防食性能、ネジ
切り加工に対して十分な接着力を持ち、更に人力による
樹脂被膜の剥離も容易な接着力が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、配管等に使用され
るポリオレフィン樹脂被覆鋼管に関し、特に、ポリオレ
フィン樹脂層が適度な接着力で接着しているポリオレフ
ィン樹脂被覆鋼管に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、配管等の目的で使用される鋼管に
は、耐食性等の改善のために、ポリエチレン等のポリオ
レフィン樹脂を、鋼管またはクロメート処理、プライマ
ー処理等の表面処理が施された鋼管に、被覆したり張合
わせたりした樹脂被覆鋼管が使用されていることはよく
知られている。このような樹脂被覆鋼管においては、鋼
管の防食性能を発揮するため、またネジ切り加工の際の
衝撃に対しても周辺の樹脂被覆層が剥がれない程度に、
鋼管と被覆樹脂層とが十分な接着力で接着していること
が必要である。

【０００３】しかし、ポリエチレンやポリプロピレン等
のポリオレフィン樹脂を被覆した場合には、接着力が乏
しいため、通常は、これらポリオレフィン樹脂と、下地
となる鋼管またはエポキシプライマー層等の表面処理層
との接着力向上のため、不飽和カルボン酸または無水マ
レイン酸等の不飽和カルボン酸無水物によって変性され
たポリエチレン、またはポリプロピレン等の変性ポリオ
レフィンが接着剤として用いられている。

【０００４】このような接着剤として用いられる変性ポ
リオレフィンとしては、例えば、特公昭51-48195号公報
には、ポリオレフィンに不飽和カルボン酸またはその無
水物と酸化マグネシウムとを添加、反応させて得られる
組成物が、特開平4-318045号公報には、不飽和カルボン
酸をグラフト化させたポリオレフィンと熱可塑性ゴムか
らなる組成物にさらに金属不活性剤を添加した組成物
が、それぞれ開示されている。また、特開平5-51496 号
公報には、カルボン酸またはその誘導体をグラフト化さ
せたポリエチレンに、さらに他のポリオレフィンを配合
した組成物が、特公平4-13392 号公報には、不飽和カル
ボン酸をグラフト化させたポリオレフィンをエポキシ系
プライマーと組合わせて金属と樹脂とを接着する方法が
開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような樹脂被覆鋼
管を配管施工する場合には、溶接接合等の二次加工を施
すために、管端の被覆樹脂層を剥がすことが必要にな
る。

【０００６】しかしながら、上述した公報に開示されて
いる樹脂組成物を接着剤として使用した樹脂被覆鋼管で
は、接着剤としての被覆樹脂と、鋼管またはエポキシプ
ライマー層等を鋼管上に施した表面処理層とが強固に接
着しすぎるため、溶接接合などの際に人手による被覆樹
脂層の剥離が困難になるという問題があった。

【０００７】このような問題点を解決する方法として、
特開平6-184378号公報には、線状低密度ポリエチレンに
不飽和カルボン酸またはその無水物を反応させた変性ポ
リエチレンと、エチレン−酢酸ビニル共重合体を配合し
て得られた組成物を接着剤として用いる技術が開示され
ている。しかし、特開平6-184378号公報に開示された組
成物は確かに従来の接着剤に比べて接着強度が低下して
いるものの、人手によって容易に剥離できる接着力には
いたっていない。

【０００８】本発明は、上述の問題点を解決するために
提案されたものであって、ポリオレフィン被覆樹脂層
と、鋼管またはエポキシプライマー処理等を施した鋼管
とが、鋼管の防食性能を発揮し、またネジ切り加工の際
の衝撃に対して、剥がれることない十分な接着力を持
ち、さらに溶接接合等の二次加工時に人手によって被覆
樹脂層の剥離が容易であるような接着力を有する樹脂組
成物を接着剤として使用してなる樹脂被覆鋼管を提供す
るものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、ポリ
オレフィン樹脂層と、鋼管又はクロメート処理、プライ
マー処理等の表面処理が施された鋼管とを接着する接着
層が、エチレン−無水マレイン酸−アクリル酸エステル
三元共重合体組成物と、ポリエチレンとの組成物からな
る樹脂被覆鋼管である。

【００１０】発明者等は鋭意研究を行った結果、ポリオ
レフィン樹脂層と、鋼管又はクロメート処理、プライマ
ー処理等の表面処理が施された鋼管との接着剤を、エチ
レン−無水マレイン酸−アクリル酸エステル三元共重合
体組成物（以下、三元共重合体組成物と略す）と、ポリ
エチレンとの組成物とすることにより、ポリオレフィン
樹脂層が防食性能等を発揮するのに十分な接着力を持
ち、またネジ切り加工の際の衝撃に対して剥がれること
ない十分な接着力を持ち、更に溶接接合等の二次加工時
に人力によって被覆樹脂層の剥離が容易であるような適
度な接着力を有する樹脂被覆鋼管が得られることを見い
だした。

【００１１】このような効果が得られる理由について
は、必ずしも明らかではないが、無水カルボン酸が主鎖
にグラフトされた従来のポリオレフィン樹脂層の場合、
カルボン酸と、鋼管表面またはエポキシプライマーの水
酸基とが化学反応を起こして共有結合を形成するため強
い接着力が発現すると考えられる。

【００１２】これに対して、本発明に係わる三元共重合
体組成物を接着剤とする場合、通常の成形条件下では主
鎖中の無水マレイン酸は三元共重合体内に組み込まれて
いるため、前述のような化学反応性は低く共有結合を形
成せず、無水マレイン酸基およびアクリル酸エステルの
エステル基と、鋼管表面の水酸基等の間に水素結合（共
有結合に比べて弱い）が生成するため接着力が強過ぎる
ことなく、かつ適度なものになると考えられる。

【００１３】なお、発明者等は、人力によって被覆樹脂
層の剥離が容易である適度な接着力を把握するため鋭意
研究を行った。この結果、後述する剥離強度が３．０ｋ
ｇｆ／ｃｍ以下であれば良いことを見出した。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明に係わる接着剤として使用
するエチレン−無水マレイン酸−アクリル酸エステル三
元共重合体組成物は、エチレン、無水マレイン酸、アク
リル酸エステルの３種類の化合物を主原料とし、これら
３種類の化合物を主鎖骨格に含む重合体組成物である。

【００１５】三元共重合体組成物を構成するアクリル酸
エステルは、不飽和カルボン酸のアルキルエステルであ
り、例えば、アクリル酸エチル、アクリル酸メチル、ア
クリル酸ブチル、アクリル酸イソブチル等である。

【００１６】三元共重合体組成物を構成する無水マレイ
ン酸含有量は、0.02〜20重量％、好ましくは、0.1 〜5
重量％（以下、％と略す）である。無水マレイン酸含有
量がこの範囲より低い場合は充分な接着力を得ることが
できず、多い場合は接着力が大きく人力による剥離が困
難となる。

【００１７】三元共重合体組成物を構成するアクリル酸
エステル含有量は3 〜40％、好ましくは5 〜20％であ
る。

【００１８】また、三元共重合体組成物のメルトインデ
ックス（190 ℃、荷重2.16Kg）は、0.5 〜250g／10分、
好ましくは1.0 〜20ｇ／10分である。この範囲より多く
ても、少なくても成形性が悪くなる。

【００１９】この三元共重合体組成物には、無機充填
剤、熱安定化剤、酸化防止剤、光安定剤、難燃剤、可塑
剤、核剤、帯電防止剤などの添加剤を添加することがで
きる。

【００２０】三元共重合体組成物と溶融混練し使用する
ポリエチレンは、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチ
レン、低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、
高圧法低密度ポリエチレンなどのいずれを用いても良
く、メルトインデックスが0.1〜50g/10分（190 ℃、荷
重2.16Kg）、好ましくは0.5 〜20g ／10分範囲のものを
用いるのが望ましい。メルトインデックスがこの範囲よ
り低い場合は、三元共重合体組成物との相溶性が悪く、
また、高い場合は、得られる組成物の強度が不十分とな
る。

【００２１】また、本発明で用いるポリエチレンは、無
機充填剤、熱安定化剤、酸化防止剤、光安定剤、難燃
剤、可塑剤、核剤、帯電防止剤などの添加剤を添加する
ことができる。

【００２２】三元共重合体組成物とポリエチレンとの配
合割合は、三元共重合体組成物が5〜80％で、好ましく
は10〜50％である。5 ％未満では接着力が低く、80％を
越えると、接着力が大き過ぎるため、人手による樹脂被
膜の剥離が困難となる。

【００２３】本発明に係わる接着剤は、三元共重合体組
成物とポリエチレンとを溶融混練することにより得られ
る。この方法は、所定の割合に配合した三元共重合体組
成物とポリエチレンとを、必要に応じて前述の添加剤
を、押出し機または二軸混練り機内に投入して混練し、
120 ℃〜300 ℃の高温で溶融して行う。また、被覆鋼管
製造時に、押出し機内で溶融混練した接着剤を、直接被
覆することも可能である。この際の接着層の厚さは0.1
〜1mm 程度、好ましくは0.2 〜0.5mm 程度が適当であ
る。これより薄いとネジ切り加工性が劣化する。

【００２４】また、三元共重合体組成物の配合割合を変
化させることにより、剥離強度を自在に制御することが
可能である。特に、配合割合を5 〜80％の範囲に制御す
れば、前述した理由から、剥離強度を0.5 〜2.0Kg/cm範
囲に制御できる。ただし、剥離強度は後述する方法によ
り測定される。

【００２５】本発明において、ポリオレフィン樹脂層と
して使用するポリオレフィンは、例えば、高密度ポリエ
チレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、線
状低密度ポリエチレン、高圧法低密度ポリエチレンなど
のポリエチレン、エチレン−プロピレン共重合体、ポリ
プロピレン、その他にこれらと酢酸ビニル、アクリル酸
エステル等の共重合体などである。またこれらの化合物
をブレンドした樹脂でも良い。

【００２６】これらのポリオレフィン樹脂は、要求され
る性能を損なわない範囲で他の樹脂をさらにブレンドす
ることができる。また、無機充填剤、熱安定化剤、光安
定化剤、難燃剤、可塑剤、核剤、帯電防止剤等の添加剤
を添加して、それぞれ目的とする性質を得ることができ
る。

【００２７】ポリオレフィン樹脂層の厚さは、通常0.3
〜5mm 程度、好ましくは0.5 〜3mm程度が望ましい。こ
れより薄いと防食性能が劣化する。

【００２８】本発明に係わる表面処理は、広く鋼管表面
に被膜が形成される処理をいい、クロメート処理、リン
酸亜鉛処理、更にはエポキシ樹脂系のプライマーを被膜
するプライマー処理等をいう。

【００２９】また、これらの表面処理に先立って、鋼管
表面の油脂分除去、酸洗、ショットブラスト等の処理
（これを前処理という）が施される。

【００３０】本発明の樹脂被覆鋼管の被覆方法として
は、まず、必要に応じて前処理が施された後、表面処理
を施される。次いで、高周波加熱等により100 ℃〜200
℃に加熱し接着層としての樹脂組成物を組成物の融点以
上、好ましくは120 ℃〜280 ℃の温度でチューブ状また
はシート状に押出したものを鋼管に巻き付けて被覆す
る。この際の接着層の厚さは、0.1mm 〜1mm 、好ましく
は0.2 〜0.5mm である。

【００３１】接着層被覆後、ポリオレフィン樹脂を融点
以上、好ましくは120 ℃〜280 ℃でチューブ状またはシ
ート状に押出したものを鋼管に巻き付けて被覆する。ま
た、他の被覆方法として、接着層とポリオレフィン層と
を同時にチューブ状またはシート状に共押出して被覆し
ても良い。

【００３２】このようにして被覆された樹脂被覆鋼管
は、被覆樹脂層が適度な接着力を有し、ネジ切り加工、
鋼管の防食性能保持が可能であり、さらに溶接接合等の
二次加工時の際に、人力による被覆樹脂層の剥離が可能
となる。

【００３３】

【実施例】

実施例１：2 ％の無水マレイン酸、8 ％のアクリル酸エ
チルを含むエチレン−無水マレイン酸−アクリル酸エス
テル共重合体組成物（メルトインデックス 8.0g/10
分）と、低密度ポリエチレン（密度 0.918 、メルトイ
ンデックス 12g/10分）を重量比３：７になるように配
合、二軸押出し機でダイス温度200 ℃で溶融混練し、エ
チレン−無水マレイン酸−アクリル酸エチル共重合体組
成物と、ポリエチレンの混合物からなる接着剤（メルト
インデックス 10.5g/10分）を得た。

【００３４】このようにして得られた接着剤を用い以下
の様に被覆鋼管を製造した。鋼管（外径34mmφ）をブラ
スト処理後、エポキシ樹脂系プライマーを塗布した。こ
の鋼管を、高周波誘導加熱で予熱温度190 ℃に加熱す
る。この鋼管表面に、前述の接着剤と高密度ポリエチレ
ン（高密度0.947 、メルトインデックス 0.20g/10分）
とを、ダイス温度200 〜230 ℃の条件で接着層の厚さが
0.5mm 、ポリエチレン層の厚さが1.5mm となるようにチ
ューブ状に共押出して被覆した。樹脂被覆後、水冷し樹
脂被覆鋼管を得た。

【００３５】実施例２〜実施例４：鋼管予熱温度を実施
例２では100 ℃、実施例３では150 ℃、実施例４では17
0℃とした。これ以外の条件を実施例１と同様にして樹
脂被覆鋼管をを製造した。

【００３６】実施例５〜実施例７：エチレン−無水マレ
イン酸−アクリル酸エチル共重合体組成物とポリエチレ
ンの重量比が実施例５では1:9 （メルトインデックス
12g/10分）、実施例６では4:6 （メルトインデックス
10.5g/10分）、実施例７では7:3 （メルトインデックス
8.5g/10 分）とした。これ以外の条件を実施例１と同
様にして樹脂被覆鋼管を製造した。

【００３７】実施例８：接着剤として、1 ％の無水マレ
イン酸、5 ％のアクリル酸エチル（メルトインデックス
8g/10 分）を含むエチレン−無水マレイン酸−アクリ
ル酸エチル共重合体組成物と、中密度ポリエチレン（密
度 0.925 、メルトインデックス 0.8g/10 分）を重量
比4:6 になるように配合し、二軸押出し機でダイス温度
200 ℃で溶融混練したものを接着剤とした。これ以外の
条件を実施例１と同様にして樹脂被覆鋼管を製造した。

【００３８】実施例９：接着剤として4 ％の無水マレイ
ン酸、5 ％アクリル酸エチル（メルトインデックス 5.
0g/10分）を含むエチレン−無水マレイン酸−アクリル
酸エチル共重合体組成物と、高密度ポリエチレン（密度
0.945 、メルトインデックス 0.5g/10 分）を重量比
2:8 になるように配合し、溶融混練したものを接着剤と
した。これ以外の条件を実施例１と同様にして樹脂被覆
鋼管を製造した。

【００３９】実施例１０：鋼管を酸洗後、エポキシ樹脂
系プライマーを塗布し、この鋼管を高周波誘導加熱で19
0 ℃に加熱した。この鋼管に接着剤として2 ％の無水マ
レイン酸、8 ％のアクリル酸エチルを含むエチレン−無
水マレイン酸−アクリル酸エチル共重合体組成物（メル
トインデックス 8.0g/10 分）と、低密度ポリエチレン
（密度 0.918 、メルトインデックス 12g/10分）を重
量比3:7 になるように配合し、溶融混練したもの（メル
トインデックス 10g/10分）を接着剤とし、接着層の厚
さが0.5mm 、ポリエチレン層の厚さが1.5mm となるよう
にチューブ状に共押出して被覆した。被覆後、水冷し樹
脂被覆鋼管を得た。

【００４０】実施例１１：接着剤として2 ％の無水マレ
イン酸、10％のアクリル酸エチルを含むエチレン−無水
マレイン酸−アクリル酸エチル共重合体組成物（メルト
インデックス 5.0g/10 分）と、低密度ポリエチレン
（密度 0.918 、メルトインデックス 12g/10分）を重
量比3:7 で溶融混練したもの（メルトインデックス 1
0.5g/10分）、ポリオレフィン層としてポリプロピレン
とを用い、鋼管予熱温度190 ℃でこれ以外の条件を実施
例１と同様にして樹脂被覆鋼管を製造した。

【００４１】実施例１２：鋼管（外径34mmφ）をブラス
ト処理後、エポキシ樹脂系プライマーを塗布しこの鋼管
を、高周波誘導加熱で鋼管予熱温度190 ℃に加熱する。
この鋼管に接着剤として2 ％の無水マレイン酸、8 ％の
アクリル酸エチルを含むエチレン−無水マレイン酸−ア
クリル酸エチル共重合体組成物（メルトインデックス
8.0g/10 分）と、低密度ポリエチレン（密度 0.918 、
メルトインデックス 12g/10分）を重量比3:7 になるよ
うにペレットで配合したものと、高密度ポリエチレン
（高密度0.947 、メルトインデックス 0.20g/10分）と
をダイス温度200 〜230 ℃で接着層の厚さが0.5mm 、ポ
リエチレン層が1.5mm となるようにチューブ状に共押出
して被覆した。樹脂被覆後、水冷し樹脂被覆鋼管を得
た。

【００４２】比較例１：ポリエチレンとの組成物とせず
に、2 ％の無水マレイン酸、10％のアクリル酸エチルを
含むエチレン−無水マレイン酸−アクリル酸エステル共
重合体組成物（メルトインデックス 8g/10分）を接着
剤として用いた場合である。鋼管予熱温度は190 ℃で、
これ以外の条件を実施例１と同様にして樹脂被覆鋼管を
製造した。

【００４３】従来例１：接着剤として無水マレイン酸変
性ポリエチレン（メルトインデックス 0.9g/10 分）を
用い、鋼管予熱温度を190 ℃とし、これ以外の条件を実
施例１と同様にして樹脂被覆鋼管を製造した。

【００４４】従来例２：接着剤として無水マレイン酸変
性ポリエチレン（メルトインデックス 0.9g/10分）と
低密度ポリエチレン（密度 0.910 、メルトインデック
ス 0.30g/10分）を重量比１：１の割合で混合、混練し
たものを用い鋼管予熱温度190 ℃で、これ以外の条件を
実施例１と同様にして樹脂被覆鋼管を製造した。

【００４５】従来例３：接着剤として無水マレイン酸変
性ポリエチレンと、エチレンと酢酸ビニルとの共重合体
を重量比１：１の割合で配合した組成物を用い鋼管予熱
温度190 ℃で、これ以外の条件を実施例１と同様にして
樹脂被覆鋼管を製造した。

【００４６】従来例４：接着剤を用いず、高密度ポリエ
チレンのみを被覆した場合である。鋼管予熱温度は190
℃で、これ以外の条件を実施例１と同様にして樹脂被覆
鋼管を製造した。

【００４７】このようにして製造した樹脂被覆鋼管の剥
離強度を測定し、接着力の評価を行なった。この結果を
表１に示す。

【００４８】

【表１】

【００４９】ここで、剥離強度の測定方法は、前述の条
件で製造した樹脂被覆鋼管を20cmに切断し、幅1cm の切
込みを管長方向に入れて剥がし、この先端部を掴み代と
し、引張り速度を50mm/min、剥離角度を90°の条件で引
張り試験機を用いて引張り剥離させ、この時の引張り力
を剥離強度とし接着力と見なした。剥離強度の単位はｋ
ｇｆ／ｃｍである。また測定試験中の温度は一律23℃と
した。

【００５０】また、表２は樹脂被覆鋼管のネジ切り加工
性および耐水道水性の試験結果を、表３は耐熱衝撃性の
試験結果を示す。

【００５１】

【表２】

【００５２】

【表３】

【００５３】ネジ切り加工性の試験方法は、23℃雰囲気
中で、ネジ切り機を用いネジ切り加工を行ない、被覆樹
脂層のズレを目視観察して評価した。ここで、○印は被
覆層のズレがなくネジ切り加工できた場合で、×印は被
覆層のズレが生じた場合である。

【００５４】耐水道水性の試験方法は、水道水（23℃）
に樹脂被覆鋼管を３０日間浸漬させた後の被覆樹脂層の
剥離状態を目視観察して評価した。ここで、○印は剥離
が認められなかった場合、△印は長さ1mm 以下の剥離が
認められた場合、×印は1mm以上の剥離が認められた場
合である。

【００５５】耐熱衝撃性の試験方法は、樹脂被覆鋼管を
雰囲気温度−45℃（２時間）←→80℃（２時間）内で交
互に暴露する。これを１サイクルとし、これを１０サイ
クル繰り返した後、剥離強度を測定した。測定試験中の
温度は一律23℃とした。

【００５６】なお、剥離強度は、樹脂組成のほか鋼管表
面の前処理条件、プライマーの種類等の表面処理条件に
より微妙に変化する。このため、複数回測定を行ない、
その平均値を剥離強度とした。

【００５７】表１より明らかなように、実施例１〜実施
例１２における剥離強度は、最小０．５ｋｇｆ／ｃｍか
ら最大１．９ｋｇｆ／ｃｍの範囲にあって、安定した接
着力が得られた。また、剥離強度は３．０ｋｇｆ／ｃｍ
以下であり、人力による樹脂被膜の剥離も容易な接着力
が得られている。

【００５８】一方、比較例１は、ポリエチレンとの組成
物とせずに、エチレン−無水マレイン酸−アクリル酸エ
ステル三元共重合体組成物のみを接着剤として用いた場
合で、剥離強度は平均２．６ｋｇｆ／ｃｍ、最大３．５
ｋｇｆ／ｃｍを得た。このため、人力によって樹脂被膜
が剥離できない場合も生じて作業性が劣化した。

【００５９】従来例１〜従来例３における剥離強度は、
いずれも５．０ｋｇｆ／ｃｍを越え、人力によって樹脂
被膜が剥離できなかった。従来例４では０ｋｇｆ／ｃｍ
であり、接着力が得られなかった。

【００６０】表２より、実施例１〜実施例１２におい
て、ネジ切り加工性試験では被覆層のズレがなくネジ切
り加工でき、耐水道水性試験では剥離が認められなかっ
た。

【００６１】一方、従来例４ではネジ切り加工性試験で
は被覆層のズレが生じ、耐水道水性試験では1mm 以上の
剥離が認められた。

【００６２】表３より、実施例１〜実施例１２におい
て、耐熱衝撃性試験における剥離強度は、最小０．６ｋ
ｇｆ／ｃｍから最大１．９ｋｇｆ／ｃｍの範囲にあっ
て、安定した耐熱衝撃性が得られた。

【００６３】

【発明の効果】本発明の樹脂被覆鋼管は、ポリオレフィ
ン樹脂層と鋼管とを接着する接着層が、上述のような組
成物から構成されるから、接着力を自在に制御できて、
ポリオレフィン樹脂層が防食性能およびネジ切り加工性
を発揮するための十分な接着力が得られ、更に人力によ
る樹脂被膜の剥離も容易な接着力が確保される。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリオレフィン樹脂層と、鋼管又は
   クロメート処理、プライマー処理等の表面処理が施され
   た鋼管とを接着する接着層が、 エチレン−無水マレイン酸−アクリル酸エステル三元共
   重合体組成物と、ポリエチレンとの組成物からなること
   を特徴とする樹脂被覆鋼管。