JPH10296912A - 樹脂被覆鋼管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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などを施した鋼管とが、ねじ
切り加工の際の衝撃に対しても剥がれることなく、十分
な防食性能を発揮しえる程度の接着力で接着しており、
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樹脂被覆鋼管を提供する。 【解決手段】 上記課題は、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とポリエ
チレンからなり、そのメルトインデックスが２０ｇ／１
０分以下であることを特徴とする樹脂被覆鋼管によって
解決される。

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に被覆したり、張り付
け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、ねじ切り加工の際の
衝撃に対しても周辺の樹脂被覆層が剥がれないようにす
るため、鋼管と樹脂被覆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
れたポリエチレンや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５１−４８１９
５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４−１３
３９２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み合わせ
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とな
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、溶接接合等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方法が
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
なされたものであって、その目的は、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などを
施した鋼管とが、ねじ切り加工の際の衝撃に対しても剥
がれることなく、十分な防食性能を発揮しえる程度の接
着力で接着しており、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樹脂
被覆鋼管を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題
を解決するべく鋭意検討した結果、人力によって被覆樹
脂層の剥離が容易であるためには、後述する剥離強度が
３．０ｋｇｆ／ｃｍ程度以下であればよいことを見出
し、そのような性能を発現するための方法についてさら
に検討を行った。その結果、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
が施された鋼管とを接着する接着層として、エチレン−
無水マレイン酸−アクリル酸エステルの三元共重合体
（以下、三元共重合体と略すことがある。）とポリエチ
レンからなる樹脂を用いると、被覆層と鋼管との接着力
は適度なものとなることを見出した。

【００１０】しかし、この三元共重合体とポリエチレン
の混合物を接着剤として使用しても、特に大口径の丸ダ
イを用いた場合、成形後の被覆層の接着力のばらつき、
及び、ねじ切り等による被覆層の剥離などの問題が生じ
る場合があることが分かった。本発明者等の解析の結
果、その原因は上記樹脂の成形加工性にあることが明ら
かになった。つまり、三元共重合体は、エチレンとアク
リル酸エステルと無水マレイン酸の共重合体であるため
溶融粘度が低く、丸ダイを用いた押し出し成形等の場
合、樹脂がダイス全体に回りきらず、不均一な被覆層を
形成してしまうことがあった。この結果、顕著な場合に
は、パイプ全体に接着剤が被覆されないためにねじ切り
加工等の際の物理的衝撃で樹脂被覆が剥がれたり、ま
た、目視では一概にわからないような厚みの不均一さ
も、成形後の被覆層の接着力の大きなばらつきの原因と
なることが判った。

【００１１】そこで、この問題を解決すべく鋭意検討し
た結果、三元共重合体とポリエチレンとからなる組成物
のメルトインデックスを２０ｇ／１０分以下にすること
により、樹脂被覆の際、接着剤が鋼管表面に均一な被覆
層を形成し、上記のような問題は解決されることを見出
した。

【００１２】すなわち、本発明においては、三元共重合
体とポリエチレンとからなり、更に上記溶融粘度をもつ
組成物を接着層として使用することにより、三元共重合
体の短所である成形性を克服することができ、それと密
接に関わりのある接着力の安定化を図ることができ、三
元共重合体が本来もつ適度な接着力を達成している。

【００１３】三元共重合体組成物とポリエチレンからな
る組成物を接着剤として使用することで適度な接着力を
有する接着層の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可能性が高く、このた
め強い接着力が発現すると考えられる。

【００１４】これに対して、本発明に係る三元共重合体
組成物の場合、無水マレイン酸は主鎖中に組み込まれて
いるため、前述のような化学反応性は低く、通常の成形
条件下では、下地表面の官能基との間で共有結合を形成
する可能性は低くなり、水素結合等の共有結合に比べて
結合力の弱い結合のみが生成する結果、接着力が強すぎ
ることなく、適度なものになると考えられる。

【００１５】

【発明の実施の形態】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種類の化合物を共重合して得られる重合体
である。

【００１６】三元共重合体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
酸プロピル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸ブチ
ル、アクリル酸イソブチル等である。

【００１７】三元共重合体を構成する無水マレイン酸含
有量は、０．０２〜２０重量％（以下、％と略す。）、
好ましくは０．０５〜１０％、特に好ましくは０．１〜
５％である。無水マレイン酸含有量がこの範囲より低い
場合は十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。

【００１８】三元共重合体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。

【００１９】また、三元共重合体を構成するエチレン含
有量は４０〜９６％、好ましくは５０〜９５％、特に好
ましくは７０〜９５％である。

【００２０】三元共重合体のメルトインデックス(１９
０℃、荷重２.１６ｋｇ)は、０.５〜２５０ｇ／１０
分、好ましくは１.０〜５０ｇ／１０分、より好ましく
は３.０〜２０ｇ／１０分である。この範囲より多い
と、ポリエチレンと混合し得られる接着剤のメルトイン
デックスがポリエチレンの種類、ポリエチレンとの配合
比に係わらず大きくなり、鋼管被覆時の成形性が悪くな
る結果、上記した接着力のばらつき等の種々の問題を起
因する。また、これより少なくても成形性が悪くなる。

【００２１】三元共重合体及びポリエチレンにはいずれ
も各種のメルトインデックスのものが市販されているの
で上記メルトインデックスは各樹脂のメルトインデック
スを選択することによって調節できる。

【００２２】三元共重合体と溶融混練して使用するポリ
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等の
いずれを用いてもよく、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０.２〜２０ｇ／１０分、より好ましくは０．
５〜１５ｇ／１０分の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。

【００２３】三元共重合体とポリエチレンとの配合割合
は、三元共重合体が５〜８０％で、好ましくは１０〜６
０％である。５％未満では接着力が低く、８０％を超え
ると、接着力が大きすぎるため、人力による樹脂被覆の
剥離が困難となる。

【００２４】この三元共重合体とポリエチレンからなる
組成物のメルトインデックスは２０ｇ／１０分以下、好
ましくは０.０１〜１５ｇ／１０分、特に好ましくは、
０.１〜１０ｇ／１０分である。これより大きいと鋼管
に樹脂被覆を施す際に、接着層が鋼管表面に均一に成形
されないため、上記した接着力のばらつき等の種々の問
題を惹起し、一方、これより小さいと成形性が悪くな
り、生産性低下、成形不良の原因となる。このため、三
元共重合体とポリエチレンとの配合割合には各メルトイ
ンデックスに留意し、混練物のメルトインデックスが上
記範囲に入るようにしなければならない。

【００２５】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０．５〜２．０
ｋｇ／ｃｍの範囲に制御できる。ただし、剥離強度は後
述する方法により測定される。

【００２６】この組成物には、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。

【００２７】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
薄いとねじ切り加工性が低下する。

【００２８】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など
のポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、エチレン
−プロピレン共重合体、ポリプロピレン、その他、これ
らと酢酸ビニル、アクリル酸エステルなどの共重合体等
であり、これらのブレンド樹脂であってもよい。このポ
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、また、各種
の添加剤、例えば無機充填剤、熱安定化剤、酸化防止
剤、光安定剤、難燃剤、可塑剤、核剤、帯電防止剤を添
加することができる。

【００２９】ポリオレフィン樹脂層の厚さは特に制限さ
れないが、通常０．３〜５ｍｍ程度、好ましくは０．５
〜３ｍｍ程度である。これより薄いと防食性能が不充分
になる。

【００３０】この鋼管は、常法に従って油分除去、酸洗
浄、ショットブラスト、等が必要により予め施される。

【００３１】本発明でいう表面処理は、鋼管表面に被膜
が形成されるものであり、クロメート処理、リン酸亜鉛
処理などの前処理のほか、エポキシ樹脂系のプライマー
等を使用したプライマー処理が含まれる。

【００３２】本発明の鋼管の製造方法としては、まず、
必要により鋼管に前処理とさらには表面処理を施す。次
いで、誘導加熱等により１００℃〜２００℃に加熱し、
接着層樹脂組成物を融点以上、好ましくは１２０℃〜２
８０℃の温度でチューブ状あるいはシート状に押出して
鋼管に巻き付け被覆する。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
ューブ状あるいはシート状に押出して鋼管に巻き付け被
覆する。また、別の被覆方法として、接着層とポリオレ
フィン層とを同時にチューブ状、あるいはシート状に共
押出して鋼管に被覆することも可能である。

【００３３】本発明の樹脂被覆鋼管は、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の際に人力
による被覆樹脂層の剥離が可能となる。

【００３４】

【実施例】

実施例１ ２重量％の無水マレイン酸、８重量％のアクリル酸エチ
ルを含む市販のエチレン−無水マレイン酸−アクリル酸
エステル共重合体（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とポリエチレンか
らなる接着剤組成物（メルトインデックス１０．５ｇ／
１０分）を得た。

【００３５】このようにして得られた接着剤組成物を用
いて以下のように樹脂被覆鋼管を製造した。

【００３６】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鋼管表面に塗布し、高
周波誘導加熱で鋼管熱温度１９０℃に加熱した。この鋼
管表面に、前述の接着剤組成物と高密度ポリエチレン
（密度０．９４７、メルトインデックス０．２０ｇ／１
０分）とをダイス温度２００〜３００℃で、接着層の厚
さ０．５ｍｍ、ポリエチレン層の厚さ１．５ｍｍとなる
ようにチューブ状に共押し出しして被覆した。樹脂被覆
後水冷し、樹脂被覆鋼管を得た。

【００３７】実施例２〜９ 表１に示す組成の接着剤組成物を用いる以外は実施例１
と同様にして樹脂被覆鋼管を得た。

【００３８】実施例１０ 表面処理層として、クロメート処理を行い、その上にエ
ポキシ樹脂系プライマーを塗布する以外は、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１１ 表面処理層を設けず、鋼管の上に接着層を被覆する以外
は実施例１と同様にして樹脂被覆鋼管を製造した。

【００４０】比較例１〜２ 表１に示す組成の接着剤組成物を用いる以外は実施例１
と同様にして樹脂被覆鋼管を得た。

【００４１】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、鋼管余熱温度
１９０℃として、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。

【００４２】従来例２ 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。

【００４３】

【表１】

【００４４】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、接着力の評価を行った。この結果を表
２に示す。

【００４５】

【表２】

【００４６】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１ｃ
ｍの切り込みを管長方向に入れて端部を剥がし、この先
端部を掴み代とし、引っ張り速度を５０ｍｍ／ｍｉｎ、
剥離角度を９０℃の条件で引っ張り試験機を用いて引っ
張り剥離させ、この時の引っ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、ｋｇｆ／ｃｍであ
る。また、測定試験中の温度は一律２３℃とした。

【００４７】なお、剥離強度は、樹脂組成のほか、鋼管
表面の前処理条件等により微妙に変化する。このため、
複数回測定を行い、その平均値を剥離強度とした。

【００４８】また、樹脂被覆鋼管のねじ切り加工性、お
よび耐水道水性の試験結果を表３に、耐熱衝撃性の試験
結果を表４に示す。

【００４９】

【表３】

【００５０】

【表４】

【００５１】ねじ切り加工性の試験方法は、２３℃雰囲
気中で、ねじ切り試験機を用い、ねじ切り加工を行い、
被覆樹脂層のいずれを目視観察して評価した。ここで、
○印は被覆層のずれがなくねじ切り加工ができた場合
で、×印は被覆層のずれが生じた場合である。

【００５２】耐水道水性の試験方法は、水道水（２３
℃）に、端部をそのまま出した樹脂被覆鋼管を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以下のはくりが認められた場合、×印
は、１ｍｍ以上の剥離が認められた場合である。

【００５３】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）に
交互に暴露した。これを１サイクルとし、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。

【００５４】なお、剥離強度は、樹脂組成のほか、鋼管
表面の前処理条件等により微妙に変化する。このため、
複数回測定を行い、その平均値を剥離強度とした。

【００５５】表２より明らかなように、実施例１〜１１
三元共重合体とポリオレフィンの混合物を接着層に使用
した場合における剥離強度は、最小０．５ｋｇｆ／ｃｍ
から最大１．９ｋｇｆ／ｃｍの範囲にあり、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、人力による樹脂皮膜の剥離が容易な接着力
である。

【００５６】一方、比較例１〜３は、剥離強度の平均値
は３．０ｋｇｆ／ｃｍ以下と適度な値であったが、樹脂
被覆鋼管製造時に接着層の成形性の悪さより、接着層が
鋼管表面上に平均して塗布されないために鋼管と樹脂被
覆層が接着していない部分が存在した。

【００５７】また、従来例１では５．０ｋｇｆ／ｃｍを
超え、人力によって樹脂被膜を剥離することはできず、
従来例２は０ｋｇｆ／ｃｍと接着力が得られなかった。

【００５８】表２より、実施例１〜９の表面処理を行っ
た鋼管の上に接着層を使用した場合は、ねじ切り加工性
試験では被覆層のずれが無くねじ切り加工でき、耐水道
水試験でも被膜の剥離は認められなかった。

【００５９】一方、比較例１〜３では、被覆樹脂層と鋼
管とが接着していない部分が有り、ねじ切り時にその部
分の被膜が剥がれるということが起こった。また、水道
水浸漬試験においても同様な理由より樹脂の剥離が起こ
った。

【００６０】

【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
物から構成されるため接着力を自在に制御でき、また、
接着剤組成物のＭＩを規定することにより樹脂被覆鋼管
製造時の成形性が良好であり、従って十分な防食性能を
有し、また、ねじ切り加工、耐熱衝撃性に優れた樹脂被
覆鋼管が得られる。

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とポリエチレンからな
   り、そのメルトインデックスが２０ｇ／１０分以下であ
   ることを特徴とする樹脂被覆鋼管