KR101476132B1 - 수밀성 pe 이중 피복 파형강관 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파형강관 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 피복된 파형강관의 락심부에 주입되는 밀봉재가 피복 파형강관에 코팅되어 형성된 수지 코팅층과의 접착력을 향상시켜 수밀 특성을 극대화시키며, 내구성 및 장기 안정성이 뛰어난 피복 파형강관 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.

Description

수밀성 PE 이중 피복 파형강관 및 이의 제조방법{Watertight type of polymer double coated corrugated steel spiral pipe and method of manufacturing the same}

본 발명은 피복 파형강관 및 이의 제조방법이다. 구체적으로, 우수한 수밀성을 갖는 PE 이중 피복 파형강관 및 이의제조방법에 관한 것이다.

생활용수, 산업용수, 농업용수 또는 오폐수의 배수 등의 흐름을 안내하는 대형관은 주로 지하에 매설되어 높은 내외압을 견딜 수 있는 강도와 구조적 안정성, 내구성, 경제성 및 시공성이 요구된다.

종래 이러한 용도로 사용되어 온 콘크리트 관 또는 스틸 관은 중량이 무거워 운반, 시공, 해체 등의 제반 취급이 어렵고, 부식성으로 내구성이 떨어지는 문제점이 있어왔다. 이에 이를 대체하기 위하여 두께가 얇고 중량이 가벼워 운반 및 시공이 용이하고 우수한 강성 및 구조적 안정성을 가진 파형강관을 사용하고 있다.

하지만, 이러한 파형강관은 지하에 매설되어 있어 주변 환경에 의하여 염분, 농약 또는 오폐수 등에 함유되어 있는 유해한 성분들에 의해 부식 또는 산화가 쉽고 이로 인해 내구성이 저하되어 사용 수명이 단축되는 문제점이 있다.

이를 위해 파형강관의 표면을 도금하거나 도금된 표면에 보호 수지를 코팅하는 등의 방법을 사용해 왔으나, 파형강관의 표면에 도금된 도금층과 이를 보호하고자 하는 수지 코팅층의 접착강도가 좋지 않아 보호 수지 코팅층이 쉽게 박리되는 문제점이 발생해왔다.

또한, 파형강관의 도금층 상에 형성되는 보호 수지 코팅층은 물리적 또는 화학적인 구조에 따라 부식성 물질의 투과에 취약할 뿐만 아니라 수분 등의 투과도가 높아 수밀 특성이 현저히 떨어지는 문제점이 있어 왔다.

따라서, 파형강관의 도금층 상에 형성되는 보호 수지 코팅층의 접착 강도를 높이면서도 부식성 물질 등으로 인한 내구성, 강도, 장기 안정성뿐만 아니라 수밀 특성을 획기적으로 개선할 수 있는 피복 파형강관이 요구되는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 피복된 파형강관의 락심부에 주입되는 밀봉재가 피복 파형강관에 코팅되어 형성된 수지 코팅층과의 접착력을 향상시키고, 수밀 특성을 극대화할 수 있는 피복 파형강관 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 강성, 내부식성, 내구성 및 장기 안정성이 뛰어난 피복 파형강관을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 나선형으로 감겨져 형성되는 외주 표면상 아연도금층이 피복된 파형강관으로,

상기 파형강관의 일측 가장자리에 형성된 절곡부, 이웃하는 파형강판의 상기 절곡부와 결합하여 형성되는 락심부 및 상기 락심부에 주입된 밀봉재를 포함하며,

상기 밀봉재는 불포화 또는 반응성 폴리올레핀을 포함하는 피복 파형강관을 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 피복 파형강관에 있어서, 불포화 또는 반응성 폴리올레핀은 극성 그룹을 함유한 단량체가 그라프트된 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 피복 파형강관에 있어서, 극성 그룹을 함유한 단량체는 아크릴산, 메타아크릴산, 푸마르산, 말레산, 나딕산, 시트라콘산, 이타콘산, 크로톤산 및 그의 무수물, 금속염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 피복 파형강관에 있어서, 극성 그룹을 함유한 단량체는 폴리올레핀 내 극성 그룹의 함량이 0.01 내지 5중량%일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 피복 파형강관에 있어서, 아연도금층이 피복된 파형강관은 아연도금층 상에 폴리에틸렌 접착층을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 피복 파형강관에 있어서, 폴리에틸렌 접착층은 불포화 카르본산 또는 그 유도체로 그라프트 변성시킨 변성 폴리에틸렌을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 피복 파형강관에 있어서, 변성 폴리에틸렌은 용융지수(ASTM D1238, 190℃, 2.16kg)가 1.0 ~ 5.0g/10분일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 피복 파형강관에 있어서, 폴리에틸렌 접착층은 분산안정제, 산화방지제, 자외선 안정제, 가소제, 표면 조절제, 충진제, 대전방지제 및 안료 중에서 선택되는 어느 하나 도는 둘 이상의 혼합물을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 파형강관의 일측 가장자리에 형성된 절곡부, 이웃하는 파형강관의 상기 절곡부와 결합하여 형성되는 락심부로 이루어진 파형강관의 제조방법으로,

상기 파형강관을 예열하는 단계,

상기 파형강관의 외주 표면에 폴리에틸렌 접착조성물을 도포하여 접착층을 형성하는 단계,

상기 락심부에 불포화 또는 반응성 폴리올레핀을 포함하는 밀봉재 조성물을 주입하는 단계 및 열처리하는 단계를 포함하는 피복 파형강관의 제조방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 피복 파형강관의 제조방법에 있어서, 불포화 또는 반응성 폴리올레핀은 극성 그룹을 함유한 단량체가 그라프트된 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 피복 파형강관의 제조방법에 있어서, 극성 그룹을 함유한 단량체는 폴리올레핀 내 극성 그룹의 함량이 0.01 내지 5중량%일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 피복 파형강관의 제조방법에 있어서, 극성 그룹을 함유한 단량체는 아크릴산, 메타아크릴산, 푸마르산, 말레산, 나딕산, 시트라콘산, 이타콘산, 크로톤산 및 그의 무수물, 금속염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 피복 파형강관의 제조방법에 있어서, 파형강관의 예열은 200℃ 내지 300℃에서 실시할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 피복 파형강관의 제조방법에 있어서, 폴리에틸렌 접착조성물은 불포화 카르본산 또는 그 유도체로 그라프트 변성시킨 변성 폴리에틸렌을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 피복 파형강관의 제조방법에 있어서, 접착층을 형성하는 단계는 150℃ 내지 300℃에서 실시할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 피복 파형강관의 제조방법에 있어서, 변성 폴리에틸렌은 용융지수(ASTM D1238, 190℃, 2.16kg)가 1.0 ~ 5.0g/10분일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 피복 파형강관의 제조방법에 있어서, 열처리하는 단계는 110℃ 내지 240℃에서 실시할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 피복 파형강관의 제조방법에 있어서, 폴리에틸렌 접착조성물은 분산안정제, 산화방지제, 자외선 안정제, 가소제, 표면 조절제, 충진제, 대전방지제 및 안료 중에서 선택되는 어느 하나 도는 둘 이상의 혼합물을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 피복 파형강관은 락심부에 주입되는 밀봉재가 피복 파형강관에 코팅되어 형성된 수지 코팅층과의 접착강도를 개선하고, 상기 수지 코팅층상과 밀봉재에 주입되는 밀봉 조성물과의 상용성 및 접착력을 획기적으로 향상시킴으로써 수밀 특성의 극대화를 구현할 수 있으며, 동시에 강성, 내부식성, 내구성 및 장기 안정성이 뛰어난 장점이 있다.

또한, 본 발명은 피복 파형강관에 형성되는 코팅층 및 접착층이 균일하고, 작업성 및 생산성이 뛰어나 경제적인 피복 파형강관의 제조방법을 제공할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파형강관의 락심부의 형상을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 밀봉재가 주입된 피복 파형강관의 밀봉부 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 실시예 및 비교예의 수밀 특성을 평가하기 위한 장치를 개략적으로 도시한 것이다.

이하 본 발명의 피복 파형강관 및 이의 제조방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.

본 발명은 나선형으로 감겨져 형성되는 외주 표면상 아연도금층이 피복된 파형강관으로, 상기 파형강관의 일측 가장자리에 형성된 절곡부, 이웃하는 파형강판의 상기 절곡부와 결합하여 형성되는 락심부 및 상기 락심부에 주입된 밀봉재를 포함하며, 상기 밀봉재는 불포화 또는 반응성 폴리올레핀 화합물을 포함한다.

대한토목학회가 포스코, 한국철강협회 및 대학교수진들과 공동으로 국내에 기 매설된 전국 38개소의 나선형 파형강관의 실태를 조사한 바에 의하면, 토질(마모레벨 1 또는 2)과 수용액 정상조건(pH 5~10)에 있는 지역의 파형강관은 1.6ton을 기준으로 50년 이상의 내구수명을 유지하는 것으로 조사되었으나, 악성수질(pH 4이하, 및 pH 12이상) 및 마모레벨 3 또는 4의 상태에 있는 파형강관은 용융아연도금층이 훼손되어 내구 수명이 크게 감소한 것으로 조사되었다. 특히 매설기간이 0.8년인 파형강관은 기존의 내구수명보다 29% 가량 감소하였고, 1.3년인 경우에는 16% 가량 감소한 것으로 나타나 파형강관을 피복될 것이 요구되었다. 이를 위해 다양한 방법으로 파형강관을 피복하는 방법이 시도되었으며, 이 중 용융아연도금강판에 폴리에틸렌 필름을 선 접착한 후 파형강관을 제조하는 방법이 널리 사용되었다.

그러나 이러한 방법은 피복파형강관 제조과정에서 락심부 및 관 접합부(커플링 밴드)에서 피복이 박리되는 심각한 불량이 발생하였으며, 이에 내부식성, 내구성 및 장기 안정성뿐만 아니라, 락심부 내 밀봉재와 피복파형강관의 접착강도가 떨어져 수밀 특성을 현저히 저하되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 극복하고자, 본 출원인은 파형강관의 아연도금층 상에 아연도금층과의 접착강도를 높일 수 있는 폴리에틸렌 접착층을 형성함과 동시에 상기 폴리에틸렌 접착층과 락심부에 주입되어 형성되는 밀봉재와의 접착강도 및 내구성을 향상시켜 우수한 내부식성, 내구성 및 강성을 나타내고 수밀 특성을 극대화시킬 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하게 되었다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파형강관의 락심부의 형상으로서, 나선형으로 감기는 파형강판이 연속적으로 이어지는 연결부에 락심(Lock seam; 103)이 형성되고, 파형강관 락심 부위의 겹쳐진 사이에 밀봉재가 밀봉재 공급장치에서 공급되면서 주입된다. 구체적으로, 본 발명은 나선형으로 감겨져 형성되는 외주 표면상 아연도금층이 피복된 파형강관으로, 상기 파형강관(101)의 일측 가장자리에 형성된 절곡부(102), 이웃하는 파형강관(101′)의 절곡부(102′)와 상기 절곡부(102)가 결합하여 형성되는 락심부(103) 및 상기 락심부에 주입되는 밀봉재를 포함한다. 이때, 본 발명에 따른 상기 밀봉재는 불포화 또는 반응성 폴리올레핀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 명세서에서 용어 “폴리올레핀”은 올레핀 단일 또는 공중합체를 의미하며, 극성 그룹을 더 함유할 수 있다.

본 발명에 따른 밀봉재는 불포화 또는 반응성 폴리올레핀을 포함하는 밀봉재 조성물을 주입하여 형성할 수 있다.

상기 밀봉재 조성물은 극성 그룹을 가진 폴리올레핀, 즉 이러한 그룹을 포함하는 공단량체 화합물과 올레핀 단량체의 공중합에 의하거나 폴리올레핀 골격 상에 극성 그룹을 함유한 단량체를 그라프팅(grafting)함으로써 제조된 것을 사용할 수 있다.

상기 폴리올레핀은 C₁ 내지 C₆의 알킬 아크릴레이트, C₁ 내지 C₆의 알킬 메타크릴레이트, 하이드록시 작용기 단량체, 무수물 작용기 단량체, 예를 들어 2-하이드록시에틸 메타아크릴레이트, 아크릴산, 메타크릴산, 비닐 아세테이트 및 비닐 실란 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 공단량체를 가진 폴리올레핀일 수 있다. 이러한 폴리올레핀은 이오노머(ionomer)를 더 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 극성 그룹을 함유한 단량체는 불포화 카복실산 또는 그의 유도체, 예를 들어 무수물, 에스테르 및 금속성 또는 비금속성 염을 들 수 있으며, 바람직하게는 불포화 그룹은 카복실 그룹과 공액(conjugation)일 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 극성 그룹을 함유한 단량체는 아크릴산, 메타아크릴산, 푸마르산, 말레산, 나딕산(nadic acid), 시트라콘산, 이타콘산, 크로톤산 및 그의 무수물, 금속염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다.

상기 그라프팅은 라디칼 개시제의 존재 하에서 실시할 수 있으며, 바람직하게는 유기 퍼옥사이드, 유기 퍼에스테르 또는 유기 하이드로퍼옥사이드와 같은 라디칼 개시제의 존재 하에 실시할 수 있다.

바람직하게는 폴리올레핀의 극성 그룹은 아크릴레이트, 예를 들어 메틸아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 프로필아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 말레산과 같은 카복실산 및 아민 중에서 선택될 수 있다.

본 발명에서 상기 극성 그룹을 함유한 단량체는 폴리올레핀 내 극성 그룹의 함량이 0.01 내지 5중량%일 수 있다. 상기 극성 그룹의 함량이 0.01중량% 미만이면 폴리에틸렌 접착층과의 접착 강도 및 수밀 특성 향상 효과가 미미하며, 5중량% 초과이면 내부식성 및 내구성이 저하될 수 있다.

또한, 상기 밀봉재 조성물은 유기실리콘 화합물을 더 포함하여 내부식성을 향상시킬 수 있다. 상기 유기실리콘 화합물은 알킬, 바람직하게는 메틸, 에틸, 프로필 및 아세틸 중에서 선택되는 작용기를 가질 수 있다. 예를 들어, 하이드로카빌-, 바람직하게는 알킬-, 트리알콕시실란, 바람직하게는 하이드로카빌 트리메톡시-, 트리에톡시-, 또는 트리프로폭시실란, 예를 들어 메틸 트리메톡시실란, 메틸 트리에톡시실란, 에틸 트리메톡시실란, 에틸 트리에톡시실란, n-프로필 트리메톡시실란, n-프로필 트리에톡시실란, 이소부틸 트리메톡시실란, 이소부틸 트리에톡시실란, 옥틸 트리메톡시실란, 옥틸 트리에톡시실란, 헥사데실 트리메톡시실란, 및 헥사데실 트리에톡시실란; 아민 및/또는 황 기능기를 가진 트리알콕시실란, 예를 들어 3-아미노프로필트리에톡시실란, 및 티오[비스-(프로필렌-3-트리메톡시실란)]; (메트)아크릴레이트 기능기를 가진 트리알콕시실란, 예를 들어 감마-메타크릴옥시프로필 트리메톡시실란; 및 예를 들어 테트라메틸 실리케이트 또는 테트라에틸 실리케이트를 기재로 하는 올리고머 실란을 포함할 수 있다. 또한, 상기 유기실리콘 화합물은 또한 탄소-탄소 이중결합, 즉, 알케닐 그룹을 가진 하나 이상의 그룹을 포함할 수 있다.

도 2는 상기 밀봉재가 주입된 모습의 피복 파형강관의 밀봉부 단면도를 나타낸 것이다. 구체적으로, 본 발명에 따른 밀봉재가 주입된 피복 파형강관의 밀봉부(104)는 파형강관(11)의 외주 표면 상에 아연도금층(12)을 피복한 피복 파형강관(10)이 상부에 폴리에틸렌 접착층(20)을 형성하며, 파형강관의 일측 가장자리에 형성된 절곡부와 이웃하는 파형강관의 상기 절곡부와 결합하여 형성되는 락심부에 밀봉재를 주입하여 밀봉부(1)를 형성한다. 이때, 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 밀봉재(30)를 이루는 밀봉재 조성물을 폴리에틸렌 접착층(20)과의 접착강도를 향상시킴으로써 수밀 특성을 극대화할 수 있다.

상기 폴리에틸렌 접착층은 파형강관의 외주 표면상에 폴리에틸렌 접착조성물을 도포하여 코팅층을 형성할 수 있다.

상기 폴리에틸렌 접착조성물은 폴리에틸렌, 바람직하게는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 가교 결합된 폴리에틸렌(PEX) 등을 사용할 수 있으며, 반드시 이에 제한되지는 않는다. 상기 폴리에틸렌은 단중합제, 알파-올레핀을 갖는 공중합체 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 바람직하게는 알파-올레핀은 C₃-C₂₀ 알파-올레핀, 더욱 바람직하게는 프로필렌, 1-부텐, 메틸-4-펜텐, 1-헥센 및 1-옥텐을 들 수 있다.

상기 폴리에틸렌은 고압 자유 라디칼 중합 공정, 용액 공정, 현탁액 공정 및 기체상 공정을 포함하는 다양한 중합방법을 사용하여 제조된 것을 사용할 수 있으며, 반드시 이에 제한되지는 않는다.

바람직하게는, 상기 폴리에틸렌 접착조성물은 불포화 카르본산 또는 그 유도체로 그라프트 변성시킨 변성 폴리에틸렌을 포함할 수 있다.

이때, 상기 변성 폴리에틸렌은 용융지수(ASTM D1238, 190℃, 2.16kg)가 1.0 ~ 5.0g/10분일 수 있다. 용융흐름지수는 ASTM D1238의 규격에 따라 측정되었으며, 폴리에틸렌의 경우 190℃에서 2.16kg 하중에서 용융된 수지물이 규정된 오리피스(내경:2.09mm, 높이: 8.0mm)를 이동하여 10분간 압출되는 수지의 중량(g)을 측정한 것으로 단위는 g/10분이다. 상기 용융지수가 1.0g/10분 미만이면 흐름성이 낮아 작업성이 용이하지 않고 피복 파형강관과의 접착강도가 저하될 수 있으며, 5.0g/10분 초과이면 균일한 폴리에틸렌 접착층을 형성하는데 어려움이 있다.

상기 변성 폴리에틸렌은 바람직하게는 에틸렌 및 에틸렌과의 공중합체를 형성할 수 있는 하나 이상의 산소 함유 공단량체의 공중합체일 수 있다.

상기 공단량체는 아크릴산 또는 메타크릴산, 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트 또는 부틸아크릴레이트 등의 아크릴산 또는 메타크릴산의 알킬 또는 히드록시알킬 에스테르, 비닐 아세테이트, 글리시딜 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트, 비닐 알코올 등을 들 수 있으며, 반드시 이에 제한되지는 않는다. 바람직하게는 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트, 이소-부틸 아크릴레이트, t-부틸 아크릴레이트, n-헥실 아크릴레이트, 2-에틸부틸 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트 및 탄소수 5 내지 12의 알코올의 네오-이성체의 아크릴산 에스테르 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

이러한 공중합체의 일예로는 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체, 산 또는 무수물-개질 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체, 에틸렌-알킬 (메타)아크릴레이트 공중합체, 예컨대 에틸렌-메틸 아크릴레이트 공중합체, 에틸렌-에틸 아크릴레이트 공중합체 또는 에틸렌 부틸 아크릴레이트 공중합체; 에틸렌-글리시딜 (메타)아크릴레이트 공중합체, 에틸렌-글리시딜 (메타)아크릴레이트-알킬 아크릴레이트 삼원공중합체, 에틸렌-비닐 알콜 공중합체, 에틸렌 히드록시알킬(메타)아크릴레이트 공중합체, 에틸렌-아크릴산 공중합체, 산- 및/또는 무수물 개질된 폴리에틸렌, 산- 및/또는 무수물-개질 폴리(메틸 메타크릴레이트) 등을 포함할 수 있다.

상기 변성 폴리에틸렌의 일 예로는 에틸렌-아세트산비닐(EVA) 공중합체, 에틸렌-메틸아크릴레이트(EMA) 공중합체, 에틸렌-에틸아크릴레이트(EEA), 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌(SEBS) 공중합체, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머(EPDM) 고무, 에틸렌-부틸아크릴레이트(EBA) 공중합체 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 어느 하나를 들 수 있으며, 반드시 이에 제한되지는 않는다.

본 발명에서 상기 폴리에틸렌 접착조성물은 분산안정제, 산화방지제, 자외선 안정제, 가소제, 표면 조절제, 충진제, 대전방지제 및 안료 중에서 선택되는 어느 하나 도는 둘 이상의 혼합물을 더 포함할 수 있다.

상기 분산안정제는 다양한 첨가제가 포함되는 폴리에틸렌 접착조성물의 보관 및 열용사 도장 중에 발생할 수 있는 첨가제의 재응집을 방지하고, 제1코팅층의 평활도를 향상시켜 표면을 개선하는 목적으로 첨가되는 것으로, 폴리아마이드 왁스, 폴리테트라 플루오로에틸렌 및 폴리아크릴레이트 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 이때, 분산안정제는 폴리에틸렌 접착조성물 100중량%에 대하여 0.5 내지 3.0중량% 함유하는 것이 바람직하다. 분산안정제의 함량이 0.5중량% 미만일 경우에는 분산안정제의 효과가 미미하여 첨가제 등이 재응집될 우려가 있으며, 3.0 중량% 초과일 경우에는 과량의 분산안정제가 폴리에틸렌 접착조성물에 균일하게 혼합되지 못하고, 도막의 표면으로 전사됨으로써 접착력이 감소하여 박리를 야기할 수 있다.

상기 산화방지제로는 알킬페놀, 알킬렌비스페놀, 알킬페놀티오에테르 또는 방향족 아민 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있으며, 반드시 이에 제한되지는 않는다.

상기 자외선 안정제로는 벤조트리아졸, 살리실산에스테르, 히드록시벤조페놀 및 아크릴로니트릴치환체 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있으며, 반드시 이에 제한되지는 않는다. 가소제는 디부틸프탈레이트, 디옥틸프탈레이트, 디이소데실프탈레이트 및 트리옥틸포스페이트 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있으며, 반드시 이에 제한되지는 않는다. 안료는산화철, 감청, 울트라마린블루, 카드뮴레드, 크롬옐로우, 오렌지 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있으며, 반드시 이에 제한되지는 않는다. 충전재 또는 대전방지제는 탈크, 탄산칼슘, 실리카, 마이카, 클레이, 벤토나이트, 카본블랙, 산화티타늄, 알루미나, 산화알루미늄 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있으며, 반드시 이에 제한되지는 않는다.

상기 첨가제의 함량은 바람직하게 0.1 내지 10중량% 포함되는 것이 바람직하다. 0.1중량% 미만일 경우에는 첨가제의 효과가 미미할 수 있으며, 10중량% 초과인 경우에는 폴리에틸렌 접착조성물의 물성을 저해하는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리에틸렌 접착조성물은 폴리올레핀계 이오노머를 포함할 수 있다. 상기 폴리올레핀계 이오노머는 파형강관의 표면과의 부착을 향상시키고, 폴리올레핀계 탄소 사슬은 변성 폴리에틸렌과 결합하여 접착강도를 향상시킬 수 있다. 상기 폴리올레핀계 이오노머의 주사슬은 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌이고, 상기 폴리올레핀계 이오노머의 이온성기는 아크릴산, 메타크릴산, 말레산, 또는 그의 무수물 또는 유도체일 수 있다. 보다 바람직하게는 주사슬이 폴리에틸렌이고, 이온성기는 아크릴산 또는 메타크릴산으로 고온고압하에 라디칼 공중합을 통해 에틸렌-카르복실산 공중합체를 얻고, 이를 산화아연 및 아세트산 아연과 반응시켜 폴리에틸렌 아연 이오노머를 사용하는 것이 아연도금강관으로 제조된 파형강관과의 접착력을 보다 현저히 향상시키는 것과 동시에 밀봉재와의 상승효과로서 접착강도를 높여 수밀 특성을 극대화할 수 있다.

상기 폴리올레핀계 이오노머에서 이온성기의 함량은 3 내지 25중량%이고, 주사슬의 함량은 75 내지 97중량%인 것이 바람직하다. 이온성기의 함량이 3중량% 미만이거나, 주사슬의 함량이 97중량% 초과일 경우에는 접착력 향상 효과가 미미해질 우려가 있으며, 이온성기의 함량이 25중량% 초과이고, 주사슬의 함량이 75중량% 미만일 경우에는 폴리에틸렌 접착조성물과의 상용성이 감소하여 기계적 물성이 감소하는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리에틸렌 접착조성물을 이용하여 형성된 폴리에틸렌 접착층 상에 폴리올레핀 수지를 열용사한 폴리올레핀 수지층을 형성할 수 있다. 즉, 본 발명은 폴리올레핀 수지층을 통한 아연도금강관에 2층의 접착층을 형성하여 접착강도의 상승 효과를 부여하는 것과 동시에 상기 폴리에틸렌 접착층의 경도 및 기계적 물성을 향상시킨 이중 PE 피복 파형강관을 제공할 수 있다.

상기 폴리올레핀 수지는 바람직하게는 열용사시 균일한 코팅도막을 형성하기 위하여 용융흐름지수가 10 내지 50g/10분인 고밀도폴리에틸렌인 것이 효과적이다. 또한, 상기 폴리올레핀 수지층은 두께가 2.0 내지 3.0mm로 형성되는 것이 우수(빗물)와 함께 유입되는 토사, 자갈 등의 높은 마모레벨에서도 내부식성 및 내마모성 향상을 위하여 바람직하다. 상기 폴리올레핀 수지층의 두께가 2.0mm 미만일 경우에는 내마모성 및 내부식성 효과가 미미하며, 3.0mm 초과일 경우에는 폴리에틸렌 접착층과의 접착력이 감소되어 부분적으로 박리가 일어날 수 있다.

본 발명은 파형강관의 일측 가장자리에 형성된 절곡부, 이웃하는 파형강관의 상기 절곡부와 결합하여 형성되는 락심부로 이루어진 외주 표면상 아연도금층이 피복된 피복 파형강관의 제조방법으로,

상기 파형강관을 예열하는 단계,

상기 파형강관의 외주 표면에 폴리에틸렌 접착조성물을 도포하여 접착층을 형성하는 단계,

상기 락심부에 불포화 또는 반응성 폴리올레핀을 포함하는 밀봉재 조성물을 주입하는 단계 및

열처리하는 단계

를 포함하는 피복 파형강관의 제조방법을 제공한다.

상기 파형강관을 예열하는 단계는 파형강관의 내부 및 외부의 습기와 미세먼지 등의 이물질을 제거하며, 파형강관 표면의 용융아연 도금층과 폴리에틸렌 접착조성물의 접착력을 향상시키기 위한 최적의 표면조도를 형성하는 단계이다. 이때, 바람직한 실시 조건은 200 내지 300℃에서 1 내지 10분 동안 수행되는 것이 바람직하고, 용융아연 도금강판의 두께에 따라 적절히 조절될 수 있다.

예열온도가 200℃ 미만이거나, 예열시간이 1분 미만일 경우에는 습기 또는 미세 먼지가 충분히 제거되지 못하고, 파형강관 표면에 표면조도가 충분히 상승하지 못함으로써, 제1코팅층을 형성하는 폴리에틸렌 접착조성물과의 접착력이 감소되는 문제가 발생할 수 있으며, 예열온도가 300℃ 초과이거나, 예열시간이 10분 초과일 경우에는 더 이상의 표면조도 상승이 없이 불필요한 에너지 소비로 공정비용만 상승되는 문제가 발생할 수 있다.

상기 아연도금층이 피복된 피복 파형강관의 상부에 폴리에틸렌 접착조성물을 도포하여 코팅하는 접착층 형성단계는 150 내지 300℃에서 수행되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 200 내지 250℃에서 수행되는 것이 파형강관의 예열온도를 유지하면서, 폴리에틸렌 접착층을 피복 파형강관의 상부에 균일하게 형성할 수 있으므로 효과적이다. 이때, 상기 접착층 형성 실시온도가 150℃ 미만일 경우에는 폴리에틸렌 접착조성물이 충분히 용융되지 못하여 파형강관의 표면에 균일한 도막을 형성하지 못할 수 있으며, 300℃ 초과일 경우에는 폴리에틸렌 접착조성물이 열분해되어 접착강도가 저하될 수 있다. 또한, 상기 폴리에틸렌 접착층은 KS F4737규격에 따라 측정된 접착강도는 14 내지 20kgf/25mm이고, KS B ISO13565-1에 따라 측정된 표면거칠기는 1 내지 5㎛인 것이 파형강관과 접착력을 향상시키기 위하여 효과적이다.

본 발명에서 락심부에 밀봉재 조성물을 주입한 후 열처리하는 단계는 110 내지 240℃에서 실시할 수 있다. 상기 범위 내에서 밀봉재가 락심부와 완전히 충전되는 것과 동시에 폴리에틸렌과의 상용성과 접착 강도를 향상시킴으로써 수밀 특성을 극대화할 수 있다.

상기 열처리 공정이 완료되면 50 내지 100℃, 바람직하게는 70 내지 90℃에서 후처리 공정을 추가할 수 있다. 또한, 후처리된 피복 파형강관을 상온으로 냉각시키는 공랭 공정을 실시할 수 있다. 이는 에이징(숙성)의 의미로 내부식성, 내구성 및 접착 강도를 보다 견고하게 할 수 있다.

이하 본 발명에 대하여 보다 구체적인 설명을 위하여 실시예를 들어 설명하는 바, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[제조예 1]

KS D3506 규격에 맞는 아연도금강판으로 KS D3590 및 ASTM A760 규격에 의거하여 선 파형강관(250 × 1.6T(S/R))을 제작하였다. 제조된 파형강관을 260℃에서 1분 동안 가열한 후, 열용사 장치가 부착된 파형강관 코팅장치를 이용하여 파형강관 내외부에 폴리에틸렌 접착조성물을 230℃에서 열용사하여 폴리에틸렌 접착층을 형성하였다. 이때, 상기 폴리에틸렌 접착조성물은 말레산변성 폴리에틸렌(TWO H Chem, NOVA-P) 32중량%, 고밀도 폴리에틸렌(호남석유화학, 2600J) 25중량%, 선형 저밀도 폴리에틸렌(호남석유화학, UL814) 10중량%, 에틸렌비닐아세테이트(호남석유화학, VA600) 30중량%, 산화방지제(송원산업, SONGNOX_PTBP) 0.2중량%, 자외선안정제(송원산업, SONGLIGHT 2920) 0.5중량%, 분산안정제(BYK, CERAFLOUR 994) 1.5중량% 및 가소제(애경유화, NEO-C) 0.8중량%를 포함한다. 이후, 80℃에서 30초 동안 열처리를 한 후 상온에서 공랭시켰다. 이후, 피복 파형강관의 락심부에 에어컴프레서를 이용하여 하기 실시예 및 비교예에 따른 밀봉재를 주입하여 수밀 특성을 평가하였다. 또한, 상기 피복 파형강관 상부에 에플리케이션(application)(두께 100㎛)을 이용하여 밀봉재를 도포하여 밀봉재 층을 형성하고, 이를 상온에서 건조하여 24시간 지난 후 접착강도를 측정한 다음 그 결과를 하기 표 1에 표기하였다.

[제조예 2]

고밀도 폴리에틸렌(호남석유화학, 2600J)을 사용하여 폴리에틸렌 접착층 상에 폴리올레핀 수지층을 추가로 형성한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.

(실시예 1)

제조예 1에 따른 피복 파형강관의 밀봉재로 부틸아크릴레이트 함량이 5중량%인 에틸렌 부틸아크릴레이트 공중합체를 사용하였다.

(실시예 2)

제조예 1에 따른 피복 파형강관의 밀봉재로 비닐 아세테이트 함량이 5중량%인 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체를 사용하였다.

(실시예 3)

제조예 2에 따른 피복 파형강관의 밀봉재로 부틸아크릴레이트 함량이 5중량%인 에틸렌 부틸아크릴레이트 공중합체를 사용하였다.

(실시예 4)

제조예 2에 따른 피복 파형강관의 밀봉재로 비닐 아세테이트 함량이 5중량%인 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체를 사용하였다.

(실시예 5)

제조예 1에서 말레산 무수물 함량이 5중량%인 말레산 무수물이 그라프팅된 폴리에틸렌을 사용하였다.

(실시예 6)

제조예 2에서 말레산 무수물 함량이 5중량%인 말레산 무수물이 그라프팅된 폴리에틸렌을 사용하였다.

(실시예 7)

제조예 1에서 말레산변성 폴리에틸렌 대신에 용융지수가 4.0g/10min(ASTM D1238, 190℃, 2.16kg) 에틸렌 부틸아크릴레이트 공중합체를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.

(실시예 8)

제조예 1에서 말레산변성 폴리에틸렌 대신에 용융지수가 5.0g/10min(ASTM D1238, 190℃, 2.16kg) 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.

(실시예 9)

제조예 1에서 말레산변성 폴리에틸렌 대신에 용융지수가 6.0g/10min(ASTM D1238, 190℃, 2.16kg) 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.

(비교예 1)

제조예 1에 따른 피복 파형강관의 밀봉재로 밀도가 0.946g/㎤인 고밀도 폴리에틸렌 수지를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.

(비교예 2)

제조예 1에 따른 피복 파형강관의 밀봉재로 쇼어경도가 80A인 폴리우레탄 수지(ELLAS K-480A,코오롱인더스트리)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.

(평가)

1. 접착강도(kgf/25mm)

제조된 피복 파형강관 및 밀봉재의 접착강도를 KS F4737 규격에 따라 측정하였다.

2. 수밀특성(watertight)

도 3에 보이는 것과 같은 장치를 이용하여 수밀 특성을 측정하였다. 600mm 직경의 두께 2.0mm의 파형강관(31) 안에 게이트 밸브(43)을 잠그고, 수도 탱크(61)에서 물을 공급받아 물 주입부(41)을 통해서 물을 채우고, 공기제거용 밸브(42)를 이용하여 공기를 제거하였다. 이후, 벨브 수압을 가하지 않은 상태에서 2시간 동안 얼마나 누수가 되는지 측정하였다. 누수가 없으면 ◎, 소량의 누수가 발생하면 ○, 누수가 발생하면 × 로 표시하였다. 또한, 유압계(51, 52)를 이용하여 90kPa의 수압을 가하여 누수 정도를 확인하고 상기와 같은 표시 방법으로 하기 표 1에 나타내었다. 이때, 소량은 2시간 동안의 누수량이 주입한 물의 양의 0.05부피% 이하일 경우이다.

상기 표 1에 나타난 바와 같이 실시예 1 내지 9는 비교예 1 및 2에 비하여 접착강도, 수밀 특성이 우수함을 확인할 수 있었다.

따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 피복 파형강관은 특정의 밀봉재 조성물과 피복 파형강관의 아연도금층상에 형성된 폴리에틸렌 접착층과의 조합으로 인하여 내부식성, 내구성, 장기 안정성뿐만 아니라 우수한 접착력으로 수밀 특성의 극대화를 구현할 수 있음을 확인할 수 있었다.

이상과 같이 본 발명에서는 한정된 실시예에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

101, 101′: 파형강관 102,102′: 절곡부
103 : 절곡부 104 : 밀봉부
10 : 피복 파형강관 11 : 파형강관
12 : 아연도금층 20 : 폴리에틸렌 접착층
30 : 밀봉재 31 : 파형강관
41 : 물 주입부 42 : 공기제거용 밸브
43 : 게이트 밸브 51,52 : 유압계
61 : 수도 탱크

Claims (18)

1. 나선형으로 감겨져 형성되며, 외주 표면상 아연도금층이 피복된 파형강관으로,
   상기 파형강관의 일측 가장자리에 형성된 절곡부, 이웃하는 파형강판의 상기 절곡부와 결합하여 형성되는 락심부 및 상기 락심부에 주입된 밀봉재를 포함하며,
   상기 밀봉재는 극성 그룹을 함유한 단량체가 그라프트된 불포화 또는 반응성 폴리올레핀 및 유기실리콘 화합물을 포함하는 피복 파형강관.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 극성 그룹을 함유한 단량체는 아크릴산, 메타아크릴산, 푸마르산, 말레산, 나딕산, 시트라콘산, 이타콘산, 크로톤산 및 그의 무수물, 금속염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상이며, 상기 유기실리콘 화합물은 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 에틸트리에톡시실란, n-프로필트리메톡시실란, n-프로필트리에톡시실란, 이소부틸트리메톡시실란, 이소부틸트리에톡시실란, 옥틸트리메톡시실란, 옥틸트리에톡시실란, 헥사데실트리메톡시실란, 헥사데실트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 티오[비스-(프로필렌-3-트리메톡시실란)] 및 감마-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란 중에서 선택되는 것을 포함하는 피복 파형강관.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 극성 그룹을 함유한 단량체는 폴리올레핀 내 극성 그룹의 함량이 0.01 내지 5중량%인 피복 파형강관.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 아연도금층이 피복된 파형강관은 아연도금층 상에 폴리에틸렌 접착층을 포함하는 피복 파형강관.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 폴리에틸렌 접착층은 불포화 카르본산 또는 그 유도체로 그라프트 변성시킨 변성 폴리에틸렌을 포함하는 피복 파형강관.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 변성 폴리에틸렌은 용융지수(ASTM D1238, 190℃, 2.16kg)가 1.0 내지 5.0g/10분인 피복 파형강관.
   
8. 제5항에 있어서,
   상기 폴리에틸렌 접착층은 분산안정제, 산화방지제, 자외선 안정제, 가소제, 표면 조절제, 충진제, 대전방지제 및 안료 중에서 선택되는 어느 하나 도는 둘 이상의 혼합물을 더 포함하는 피복 파형강관.
   
9. 파형강관의 일측 가장자리에 형성된 절곡부, 이웃하는 파형강관의 상기 절곡부와 결합하여 형성되는 락심부로 이루어진 외주 표면상 아연도금층이 피복된 피복 파형강관의 제조방법에 있어서,
   상기 파형강관을 예열하는 단계,
   상기 파형강관의 외주 표면에 폴리에틸렌 접착조성물을 도포하여 접착층을 형성하는 단계,
   상기 락심부에 극성 그룹을 함유한 단량체가 그라프트된 불포화 또는 반응성 폴리올레핀 및 유기실리콘 화합물을 포함하는 밀봉재 조성물을 주입하는 단계 및
   열처리하는 단계
   를 포함하는 피복 파형강관의 제조방법.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 불포화 또는 반응성 폴리올레핀은 극성 그룹을 함유한 단량체가 그라프트된 것인 피복 파형강관의 제조방법.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 극성 그룹을 함유한 단량체는 폴리올레핀 내 극성 그룹의 함량이 0.01 내지 5중량%인 피복 파형강관의 제조방법.
    
12. 제10항에 있어서,
    상기 극성 그룹을 함유한 단량체는 아크릴산, 메타아크릴산, 푸마르산, 말레산, 나딕산, 시트라콘산, 이타콘산, 크로톤산 및 그의 무수물, 금속염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 피복 파형강관의 제조방법.
    
13. 제9항에 있어서,
    상기 파형강관의 예열은 200℃ 내지 300℃에서 실시하는 것인 피복 파형강관의 제조방법.
    
14. 제9항에 있어서,
    상기 폴리에틸렌 접착조성물은 불포화 카르본산 또는 그 유도체로 그라프트 변성시킨 변성 폴리에틸렌을 포함하는 피복 파형강관의 제조방법.
    
15. 제9항에 있어서,
    상기 접착층을 형성하는 단계는 150℃ 내지 300℃에서 실시하는 것인 피복 파형강관의 제조방법.
    
16. 제14항에 있어서,
    상기 변성 폴리에틸렌은 용융지수(ASTM D1238, 190℃, 2.16kg)가 1.0 내지 5.0g/10분인 피복 파형강관의 제조방법.
    
17. 제9항에 있어서,
    상기 열처리하는 단계는 110℃ 내지 240℃에서 실시하는 것인 피복 파형강관의 제조방법.
    
18. 제9항에 있어서,
    상기 폴리에틸렌 접착조성물은 분산안정제, 산화방지제, 자외선 안정제, 가소제, 표면 조절제, 충진제, 대전방지제 및 안료 중에서 선택되는 어느 하나 도는 둘 이상의 혼합물을 더 포함하는 피복 파형강관의 제조방법.

Images