(57)【要約】【課題】腐食性液体や腐食性気体を流すのに適した内面被覆パイプを得るためのパイプ内面の被覆方法を提供する。【解決手段】ポリシラザンと有機溶媒とを含有する塗付液をパイプ内面にスプレーコーティングし、ポリシラザンの塗布膜を形成した後、非晶質シリカに転化することにより非晶質シリカを主成分とした塗膜を形成することを特徴とするパイプ内面の被覆方法。この被覆方法により、配管抵抗が小さく、酸やアルカリなどの腐食性液体やＳＯ2、ＮＯ2、Ｈ2Ｓなどの腐食性気体への耐久性が高いパイプを安価に得ることができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリシラザンと有機溶媒とを含有する塗付液をパイプ内面にスプレーコーティングし、ポリシラザンの塗布膜を形成した後、非晶質シリカに転化することにより非晶質シリカを主成分とした塗膜を形成することを特徴とするパイプ内面の被覆方法。
【請求項２】
ポリシラザンが、パーヒドロポリシラザンである請求項１記載パイプ内面の被覆方法。
【請求項３】
ポリシラザンと有機溶媒とを含有する塗付液が、更にアミン系触媒を含む請求項１または２に記載のパイプ内面の被覆方法。
【請求項４】
前記パイプが、金属製パイプである請求項１から３のいずれかに記載のパイプ内面の被覆方法。
【請求項５】
前記パイプが、熱可塑性樹脂製パイプである請求項１から３のいずれかに記載のパイプ内面の被覆方法。
【請求項６】
前記熱可塑性樹脂が、塩化ビニル樹脂である請求項５記載のパイプ内面の被覆方法。
【請求項７】
ポリシラザンと有機溶媒とを含有する塗付液をパイプ内面にスプレーコーティングし、ポリシラザンの塗布膜を形成した後、非晶質シリカに転化することにより形成された非晶質シリカを主成分とする塗膜を有することを特徴とする内面被覆パイプ。
【請求項８】
ポリシラザンが、パーヒドロポリシラザンである請求項７記載の内面被覆パイプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パイプ内面の被覆方法および内面被覆パイプに関する。より詳しくは、腐食性液体や腐食性気体を流すのに適した内面被覆パイプを得るためのパイプ内面の被覆方法および内面被覆パイプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄，アルミニウム，銅等の金属製パイプを酸，アルカリ等の腐蝕性液体やＳＯ2、ＮＯ2、Ｈ2Ｓ等の腐食性気体用の配管，熱交換器等に使用する場合、金属製パイプ内面に耐熱性，非粘着性，耐薬品性等に優れた樹脂を被覆することが行われている。塗布方法としては、例えば、金属製パイプ内面にアクリル樹脂などの樹脂粉体、又は樹脂粉体を溶剤中に分散したディスパージョン塗料を塗布した後に、焼付ける方法が一般的である。また、樹脂の粉末や粒状物を金属パイプの中に適量投入してパイプの両端を適当な方法で塞ぎ、外面から加熱、回転させて、パイプ内の樹脂を金属パイプ壁面に溶着させる方法も知られている。更に、例えば特許文献１に記載のように、金属パイプに合成樹脂の軟質フィルムからなるチューブを挿入し、金属パイプとチューブの間隙部を適宜な減圧手段にて減圧し、金属パイプの内面にチューブを密着一体化させる方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１８２８７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、樹脂粉体又はディスパージョン塗料を金属製パイプ内面に塗布する方法は焼付、あるいは乾燥と焼付という加熱工程が必要であり、作業性が悪く、作業方法も限定される。さらに細い金属製パイプでは樹脂粉末又は塗料を均一に塗布することが困難である。また、樹脂の粉末や粒状物を金属パイプ中にて、加熱，回転させて樹脂をパイプ壁面に溶着させる方法は、小径の金属製パイプの場合、回転時に樹脂がタレ落ちるなどの理由により均一な塗膜が得られないことが多いことが指摘されている。
【０００５】
一方、特許文献１の方法においても、金属パイプに合成樹脂の軟質フィルムからなるチューブを挿入し、金属パイプとチューブの間隙部を適宜な減圧手段にて減圧する必要があり、施工には特殊な装置が必要となる。そのため、既に配管されているパイプを加工することは不可能であり、工場内にて予め製作することが必要である。
【０００６】
そこで、本発明においては、加工が容易であり、既設の配管に対しても施工することが可能なパイプ内面の被覆方法および内面被覆パイプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明は、以下の発明に係るものである。
＜１＞  ポリシラザンと有機溶媒とを含有する塗付液をパイプ内面にスプレーコーティングし、ポリシラザンの塗布膜を形成した後、非晶質シリカに転化することにより非晶質シリカを主成分とした塗膜を形成するパイプ内面の被覆方法。
＜２＞  ポリシラザンが、パーヒドロポリシラザンである前記＜１＞記載パイプ内面の被覆方法。
＜３＞  ポリシラザンと有機溶媒とを含有する塗付液が、更にアミン系触媒を含む前記＜１＞または＜２＞に記載のパイプ内面の被覆方法。
＜４＞  前記パイプが、金属製パイプである前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載のパイプ内面の被覆方法。
＜５＞  前記パイプが、熱可塑性樹脂製パイプである前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載のパイプ内面の被覆方法。
＜６＞  前記熱可塑性樹脂が、塩化ビニル樹脂である前記＜５＞記載のパイプ内面の被覆方法。
＜７＞  ポリシラザンと有機溶媒とを含有する塗付液をパイプ内面にスプレーコーティングし、ポリシラザンの塗布膜を形成した後、非晶質シリカに転化することにより形成された非晶質シリカを主成分とする塗膜を有する内面被覆パイプ。
＜８＞  ポリシラザンが、パーヒドロポリシラザンである前記＜７＞記載の内面被覆パイプ。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の製造方法によると、十分な硬度を有し、酸やアルカリなどの腐食性液体やＳＯ2、ＮＯ2、Ｈ2Ｓ等の腐食性気体への耐久性に優れ、パイプ内面のナノオーダーの凹凸を埋めて平坦性を高めた塗膜がパイプの内面に形成されるため、腐食性液体や腐食性気体への耐久性に優れ、配管抵抗が小さいパイプを得ることができる。また、本発明の製造方法によると、作業性が良く、加工が容易であり、内径１０ｍｍ程度の細いパイプや既設の配管等に対しても施工することが可能である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は、ポリシラザンと有機溶媒とを含有する塗付液をパイプ内面にスプレーコーティングし、ポリシラザンの塗布膜を形成した後、非晶質シリカに転化することにより非晶質シリカを主成分とした塗膜を形成するパイプ内面の被覆方法（以下、「本発明の被覆方法」と呼ぶ場合がある。）に係るものである。
【００１０】
本発明において、「ポリシラザン」とは、Ｓｉ，Ｎ，Ｈのみから構成されるパーヒドロポリシラザンのみならず、Ｓｉと結合する水素部分が一部アルキル基等の他の置換基で置換された誘導体をも含む概念である。一方で、後述するように緻密で高品質な非晶質シリカが形成されるという点においては、パーヒドロポリシラザンを主成分とすることが好ましく、パーヒドロポリシラザンのみであることがより好ましい。
【００１１】
ポリシラザンは、以下の式（１）の反応により、水分と反応して、非晶質シリカに転化する。
−（ＳｉＨ2ＮＨ）−  ＋  ２Ｈ2Ｏ  →  ＳｉＯ2  ＋  ＮＨ3  ＋２Ｈ2        （１）
この転化反応は、常温かつ大気中の程度の水分濃度でも十分に進行する。そのため、常温、大気雰囲気の条件下においても、十分な硬度を有する非晶質シリカを主成分とする膜が形成される。
ここで、非晶質シリカを主成分とする膜とは、ポリシラザンのほとんどが非晶質シリカに転化したものを意味し、未反応のポリシラザンを含んでもよいが、実質的に非晶質シリカからなる膜を意味する（以下、非晶質シリカを主成分とする塗膜を、「本発明の塗膜」と記載する場合がある）。
【００１２】
さらに、本発明の被覆方法において、塗布液をスプレーコーティングによって塗付するため、パイプの表面の凹凸の奥にまで塗布液が隙間無く浸入する。したがって、パイプの表面と塗布液との間に気泡が入り込むことがないため、パイプ表面との密着性の高いポリシラザンの塗布膜が形成される。さらに、スプレーコーティングによって形成することにより、内径が小さいパイプにおいても、均一に塗布液を塗布することができる。
このポリシラザンの塗布膜が非晶質シリカに転化することにより、膜厚が均一な薄い塗膜を形成することができ、該塗膜により、パイプの表面のナノオーダーの凹凸が埋まり、パイプ表面の平坦性の高い皮膜を形成することができる。
【００１３】
本発明の塗膜は、親水性で非常に硬度が高く、耐候性、耐薬品性や耐熱特性等に優れている。そのため、本発明の塗膜をパイプ内面に被覆することにより、酸やアルカリなどの腐食性液体やＳＯ2、ＮＯ2、Ｈ2Ｓなどの腐食性気体を流すのに適したパイプを形成することができる。そのため、従来の高価な高耐食性のステンレス製パイプに代えて、後述するように様々な素材のパイプに使用することが可能である。
【００１４】
以下、本発明の被覆方法をさらに詳細に説明する。
【００１５】
まず、ポリシラザンと有機溶媒を含有する塗付液（以下、単に「塗布液」と呼ぶ場合がある。）について説明する。この塗布液は、ポリシラザンを分散した有機溶媒に溶解あるいは分散した溶液あるいは懸濁液である。
【００１６】
ポリシラザンの分子量は、数平均分子量Ｍｎとして、好ましくは、５００〜２５００（特にこのましくは６００〜１５００）である。
Ｍｎが、５００未満であると塗布液の流動性が高くなりすぎて、塗布した際に液だれを起こす場合があり、２５００を超えると塗布液のレベリング性が低下する場合がある。
【００１７】
塗布液に使用される有機溶媒としては、ポリシラザンが易溶である有機溶媒であればいずれも使用可能であるが、ベンゼンやトルエン、キシレン、１，３，５−トリメチルベンゼン、エチルベンゼンなどのアルキル置換ベンゼンに代表される石油系溶媒、塗料系シンナーが好ましく用いられる。また、これらは１種あるいは２種以上を混合して用いることができる。市販の溶媒としては、例えば、ミネラルスピリットが好適な溶媒に挙げられる。
なお、ポリシラザンは、水酸基をもつ物質と反応し、加水分解するため、水やアルコール類を溶媒として使用することができず、ケトン類、エステル類など水を吸収しやすい溶媒も好ましくない。
【００１８】
塗布液における、ポリシラザンの濃度（固形成分濃度）は、５〜６０質量％にすることが好ましく、３０〜５０質量％にすることが特に好ましい。５質量％より小さいと、連続塗膜が形成できない場合があり、６０質量％より大きいと塗布むら、白濁などの膜欠陥の原因となる。
【００１９】
塗布液には、必要に応じて従来公知の他の付加的成分を添加してもよい。具体的には、加水分解あるいは脱水重合調整剤、防汚剤、顔料、湿潤剤、反応促進剤、沈澱防止剤などが挙げられる。
この中でも、常温で、高品質な非晶質シリカ膜を形成するという観点からは、加水分解あるいは脱水重合調整剤である、アンモニアやトリメチルアミンなどのアミン系触媒、あるいはＰｄ触媒が添加されることが好ましい。これらの触媒を添加することにより、反応速度が早まるとともに、最終品として形成される非晶質シリカ膜の膜質が向上する。
【００２０】
塗布液は、公知の方法で製造することができる。製造する際の各成分の配合順序は任意である。また、市販の塗布液として、例えば、ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社の「ＱＵＡＲＴＺガラスコーティング（商品名）」やクラリアントジャパン社の「アクアミカ（登録商標）」、「ＡＬＣＥＤＡＲ  ＣＯＡＴ（商品名）」などを使用することが可能である。
【００２１】
上記の塗布液を対象物であるパイプ内面に塗布することにより、ポリシラザンの塗布膜を形成することができる。ここで、塗布膜は、膜状であればよく、塗布液が完全に乾燥したもののみならず、溶媒が一部残った湿潤状態のものも含む。
【００２２】
なお、被覆を施すパイプとしては、鉄、アルミニウム、銅などの金属製や塩化ビニル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂製のものを使用することが可能である。上記塗布液は、特に親水性の低い塩化ビニル樹脂からなるパイプの内面にも、好適に塗布することができ、ポリシラザンの塗布膜を好適に形成することができる。
また、対象物の基材が金属製である場合には、さび止め等の目的で、公知の下塗塗料からなる塗膜を形成し、その上に上述の塗料液を塗布してもよい。
【００２３】
本発明の被覆方法の特徴の一つは、塗布液の塗布をスプレーコーティングで行うことにある。スプレーコーティングは、対象物の表面の凹凸の奥にまでポリシラザンを含む上記の塗布液が隙間無く浸入するので、形成されるポリシラザンからなる塗布膜とパイプ内面との密着性を高めることができる。また、スプレーコーティングは、パイプ内径の制約が小さく、作業性が良く、加工が容易であり、内径１０ｍｍ程度の細いパイプや既設の配管等に対しても施工することが可能である。そのため、この内面被覆パイプの設置上の制約もなく、従来の被覆されていないパイプに置き換えることも容易である。なお、塗布液の基材へのコーティング性を高めるために、スプレーコーティングの前にパイプ内面を洗浄するなどの前処理を行うことが好ましい。
【００２４】
形成されたポリシラザンの塗布膜が、大気中雰囲気において、溶媒が蒸発するとともに、上述の式（１）の反応によって、ポリシラザンから非晶質シリカに転化することによって、非晶質シリカ膜が形成される。本発明の塗膜は、アルコキシシラン化合物由来の非晶質シリカ膜と異なり、有機成分が著しく少ない実質的な無機ポリマーである。そのため、特に表面の親水性が高くなる。
【００２５】
溶媒を蒸発させ、非晶質シリカに転化する際の温度としては、特に制限はないが、より高品質な非晶質シリカ膜が得られるという点で、好適には１０〜６０℃（特に好適には、２０〜４０℃）である。なお、乾燥後、数日から数週間程度保持することで、膜が更に緻密化し、硬度が向上する。
【００２６】
本発明においては、常温でポリシラザンから非晶質シリカに転化することに特徴の一つがあるが、より緻密で硬質な膜を短時間で得るという観点からは、より高温で焼成してもよい。焼成の温度としては、３００℃〜６００℃が挙げられ、このような条件で焼成した非晶質シリカ膜は９Ｈ以上の硬度を有する。
焼成の雰囲気としては、大気雰囲気など酸化性雰囲気に限定されず、アルゴン、窒素などの不活性雰囲気や、水素、一酸化炭素などの還元雰囲気でもよい。また、焼成雰囲気に水蒸気を添加してもよい。
【００２７】
本発明の塗膜（非晶質シリカ膜）の膜厚は、対象物となるパイプの内径により適宜決定され、本発明の効果を得ることができれば特に限定されるものではないが、パイプ表面のナノオーダーの凹凸を埋めて平坦性の高め、十分な硬度と耐久性を得るためには、好適には０．５〜５μｍである。なお、厚みが大きくなるほど、配管抵抗の一因となる、クラックなどの膜欠陥が発生しやすくなる傾向があるため、膜欠陥を特に抑制するには、膜厚１〜３μｍが特に好適である。
また、このように本発明の塗膜は、膜厚が小さいので、パイプ内径にほとんど影響がなく、さらにはその表面が従来のように予め大径のパイプを使用する必要がない。
【００２８】
本発明の塗膜をパイプ内面に被覆したパイプは、親水性で非常に硬度が高く、耐候性、耐薬品性や耐熱特性等に優れた薄膜の非晶質シリカを内面で被覆されているため、配管抵抗が小さく、酸やアルカリなどの腐食性液体やＳＯ2、ＮＯ2、Ｈ2Ｓなどの腐食性気体を流すのに適している。
【実施例】
【００２９】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明の要旨を越えない限り以下の実施例に限定されるものではない。
【００３０】
塗布液として、「ＡＬＣＥＤＡＲ  ＣＯＡＴ（商品名）、分類記号Ｐ１１０」を使用した。
塗布液の組成は、以下の通りである。
ポリシラザン
パーヒドロポリシラザン
塗布液中の固形分濃度２０質量％
有機溶媒
ミネラルスピリット：９３．０％
キシレン          ：６．０％
１，３，５−トリメチルベンゼン、エチルベンゼン：１％
【００３１】
（実施例１）
１．鋼製のパイプへのコーティング
塗布液を、内径１０ｍｍ、長さ５０００ｍｍの鋼製パイプに以下の条件で塗布し、ポリシラザンの塗布膜を形成した後、非晶質シリカに転化することにより非晶質シリカ膜を形成した鋼製パイプを得た。
スプレー圧力：２ｋｇ／ｍ2
スプレー温度：約２５℃（室温）
【００３２】
２．評価結果
パイプ内部を観察すると、非晶質シリカ膜が形成されていることが確認された。パイプの一部を切り出し、形成された塗膜（非晶質シリカ膜）の厚みを測定したところ、厚みは約２μｍであった。
次に、塗膜が形成されたパイプ及び塗膜を形成していないパイプ（比較用）のそれぞれに、３％硫酸を流通させたのちに、パイプ内部を観察した。塗膜が形成されたパイプには、腐食が確認されなかったのに対し、塗膜を形成していないパイプは、パイプ内部が明らかに腐食していた。
【００３３】
（実施例２）
１．塩化ビニル製パイプへのコーティング
鋼製のパイプを、内径１６ｍｍ、長さ５０００ｍｍの塩化ビニル製パイプに代えた以外は、実施例１と同様にして、非晶質シリカ膜を形成した塩化ビニル製パイプを得た。
【００３４】
２．評価結果
パイプ内部を観察すると、塗布液を塗布したパイプのそれぞれに非晶質シリカ膜が形成されていることが確認された。パイプの一部を切り出し、形成された塗膜（非晶質シリカ膜）の厚みを測定したところ、厚みは約２μｍであった。
次に、配管抵抗を評価するために、塗膜が形成されたパイプ及び塗膜を形成していないパイプ（比較用）のそれぞれに一定量（１００Ｌ程度）の水が流れ終わるまでの時間を比較したところ、塗膜が形成されたパイプは、塗膜を形成していないパイプより、明らかに流れ終わるまでの時間が短いことが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の内面被覆パイプは、酸やアルカリなどの腐食性液体やＳＯ2、ＮＯ2、Ｈ2Ｓなどの腐食性気体を流すための配管として有用である。