(57)【要約】【課題】電気融着接合に用いるポリオレフィン系樹脂管において、接合前に管外表面を削り取る（スクレープ）作業を省略できる多層樹脂管を提供することである。【解決手段】ポリオレフィン系樹脂からなる主要層の表面を非接着で酸素透過性が低い樹脂で被覆する。この管構造とすることにより、製造から配管施工までに長期間屋外などに放置した場合でも、外層を容易に剥離後、スクレープ作業なしに電気融着を行うことができる。【選択図】        図１
2004225821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリオレフィン系樹脂からなる主要層と、その外表面を被覆する、ポリアミド樹脂、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリエステル、ポリアクリロニトリル又はポリオレフィン系樹脂から選ばれた樹脂を主体とし、低酸素透過性を有する被覆層を１層または２層以上有すると共に、前記主要層と前記被覆層は成形時に非相溶状態に一体化されていることを特徴とする多層樹脂管。
【請求項２】
前記被覆層は紫外線吸収剤を含有することを特徴とする請求項１記載の多層樹脂管。
【請求項３】
前記主要層はポリエチレンまたはポリブテンからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の多層樹脂管。
【請求項４】
前記多層樹脂管の造管時に、押出し成形機の内部を非酸化性雰囲気に置換することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の多層樹脂管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給水、給湯、ガス配管などに使用される多層樹脂管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、給湯配管、給配水配管、ガス配管分野においては、鋳鉄管系、塩ビ管系に代わってポリエチレン、ポリブテン製樹脂管を電気融着接合した配管系が使用されるようになってきた。この電気融着接合した配管系の利点として、耐食性に優れること、屈曲性に優れていること、地震時の地盤変異に対して追随できる伸びを有していることが挙げられる。また、上記樹脂管を使用した配管系においては、上記樹脂管同士はその樹脂管と同材質の樹脂で形成され、内面に電熱線を配した電気融着継手により接合される。この接合方法においては、パイプ（樹脂管）を継手に挿入した後、電熱線に電流を流し、ジュール熱により溶融したパイプ外面および継手内面の樹脂が互いに溶融することにより接合されるので、配管系は、極めて信頼性が高いものとなる。
【０００３】
しかしながらパイプはその表面が露出した状態で保管されているので、パイプの外面の樹脂は劣化したり（例えばポリエチレンパイプではカルボニル基などのような酸化物が生成される）、汚れが付着したり、あるいは傷つけられていることがあるため、そのまま電気融着接合を行うと、不完全な接合品質となり、漏水、ガス漏れの事故を招来する。詳述すると従来のパイプでスクレープ作業を行なうことなしに電気融着接合を行った場合は、次の理由により充分な接合品質を確保できないことがわかっている。
▲１▼配管現場における砂埃などの異物がパイプ−継手間の界面に残存し、有効な融着面積が狭くなる。
▲２▼原料の樹脂およびパイプ表面が押出し成形時に成形機内外で高温状態のまま大気（空気）にさらされることにより酸化劣化を引き起こし、劣化部および劣化層の継手内面層との相溶性が低下し融着不可能となる。
▲３▼パイプが配管施行されるまでの間に太陽光に含まれる紫外線によりパイプ表面が光劣化を引き起こし、▲２▼と同様に相溶性が低下し融着不可能となる。
▲４▼パイプが配管施行されるまでの間に太陽光が届かない倉庫内に放置された場合であっても、熱による酸化劣化を引き起こし▲２▼と同様に相溶性が低下し融着不可能となる。とりわけ屋外保管の場合は、夏場になるとパイプ表面は５０℃以上に達する。
【０００４】
現状の配管施工においては、融着直前にパイプ外表面を１００〜２００μｍ程度の厚さで削り取り（スクレープ作業）、その後さらにアセトン、エタノールなどで汚れを除去することが行われている。このスクレープ作業は、掘削した狭い溝内で行うこととなり、施工時間を長びかせるひとつの要因の一つとなっている。スクレープ作業を無くすために、例えば熱可塑性樹脂からなる本体の外表面を非相溶性の樹脂からなる保護層で被覆した一体成形品からなる電気融着継手用パイプが提案されている（特許文献１参照）。また、ポリオレフィン樹脂製の管本体を覆うように、バリヤー層として金属薄膜層を積層し、保護層として、樹脂被覆層を積層した複合管が提案されている（特許文献２参照）。パイプ表面に保護層を設けることにより、融着接合直前までパイプ表面への埃等の付着、パイプ表面の光劣化及び紫外線によるパイプ表面の光劣化を防止することができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平３−２４３９２号公報（第３頁、図１）
【特許文献２】
特開平１０−３１８４４８号公報（第３頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら特許文献１に記載されているように、主要層をそれと非相溶性の樹脂からなる保護層で被覆しただけでは、上記▲１▼、▲３▼、▲４▼の対策としては不十分である。すなわち紫外線を吸収しない顔料、あるいは紫外線吸収剤を含まないポリプロピレンなどを用いた場合、製造から配管施工されるまでの期間が長いとき、被覆による樹脂表面劣化予防効果は得られないものとなる。さらに被覆樹脂が紫外線劣化することにより、被覆層がもろくなり傷つき防止の役割もなくなる。また、後述するように被覆樹脂を透過する酸素によってパイプの劣化が引き起こされる一面もあり、熱可塑性樹脂すべてで効果が得られるわけではない。また特許文献２の構造であると、次のような問題がある。実際の製造でポリオレフィン樹脂管本体に金属薄膜層を積層するときに、アルミフィルムを巻くことは非常にコスト高になる。継目のない筒状の薄膜であるとポリオレフィン樹脂管よりも径を大きくする必要があり、積層時にしわが寄り、最外層の樹脂被覆層がうまく積層できないなどの不具合が生ずる。さらにポリオレフィン樹脂管の製造時に、樹脂管の表面が大気中の酸素に曝されると、成形熱により酸化劣化が誘導されてしまうため、本体（樹脂管）とアルミ被覆層を共押出しする必要があるが、金属薄膜層を上記の不具合を伴わずに共押出しすることは技術的に困難で、上記▲２▼の対策としては不十分である。
【０００７】
従って本発明は、ポリオレフィン樹脂管のスクレープ作業を行なうことなく電気融着継手による配管施工が可能な多層樹脂管を提供とすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、（ａ）主要層をポリオレフィン系樹脂層とし、その外周面にポリアミド樹脂、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリエステル、ポリアクリロニトリル又はポリオレフィン系樹脂を主体とし、酸素透過性が低い樹脂からなる１層または２層以上の被覆層を設けた多層樹脂管とすること、及び（ｂ）前記主要層と前記被覆層は成形時に非相溶状態に一体化されている（共押し出しにより成形される）ことを特徴とするものである。これにより主要層表面への酸素透過を遅らせることが可能となり、前記各要因の対策となる。前記被覆層の樹脂は、接着剤を用いない限り主要層のポリオレフィン系樹脂とは、たとえ加熱溶融しても接着しないため、融着前に主要層から容易に剥離することができるので、配管作業の工数を低減することが可能となる。また、樹脂管の製造時に主要層の表面が大気中に曝されないので、酸化劣化による劣化層と継手内面樹脂との相溶性低下による融着不良を防止することができる。被覆層の色相を主要層と異なる色相とすることにより、配管作業時に被覆層が剥離されたか否かを確認することができる。被覆層が多層である場合、被覆層同士の接着は、適宜行えば良い。この場合、例えば三井化学社製アドマーなどの接着剤が使用される。接着を行わない場合は、外層を複数枚剥離する必要があり、手間はかかるが、配管作業前の剥離後、あるいは製造時の条件出しによる不要部分が生じた場合においては、その分別リサイクル性から望ましいものとなる。
【０００９】
本発明において、低酸素透過性を有する被覆層は紫外線吸収剤を含有することが好ましい。これにより、紫外線による光劣化を防止することができる。
【００１０】
本発明において、前記主要層はポリエチレンまたはポリブテンからなることが好ましい。この２種類の材料は、現在普及する電気融着継手に使用される樹脂であり、コストの点で有利であるが、本発明の効果が得られる樹脂であればこれ以外の樹脂材料を使用できることは言うまでもない。
【００１１】
本発明の多層樹脂管において、前記多層管は押出し成形機の内部を非酸化性雰囲気に置換することが好ましい。これによりホッパー部から供給される原料の樹脂をシリンダー内で溶融混錬するときに混在する空気が溶融樹脂内に巻きこまれ、樹脂自体が酸化劣化するのを防ぐため、酸化劣化による劣化部と継手内面樹脂との相溶性低下による融着不良を防止することができる。使用する非酸化性雰囲気としては、例えば窒素ガスやアルゴンガス、六弗化イオウが適当である。
【００１２】
本発明の多層樹脂管において、さらに上記被覆層の上にポリオレフィン系樹脂を被覆してもよい。これは、上記被覆層を形成する樹脂は、吸湿性が高いことを考慮したものである。すなわち、吸湿時の酸素透過性は、乾燥状態のそれに比べて数十倍高くなることを考慮し、水蒸気の透過性が低いポリオレフィン系樹脂により酸素透過性が低い樹脂を吸湿から保護するものである。このようにすることにより本発明の効果は、一層確実なものとなる。ポリオレフィン系樹脂としては、例えばポリエチレンまたはポリプロピレンが使用される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を添付図面により説明する。
図１は本発明の実施の形態に係わる多層樹脂管の縦断面図、図２は本発明の他の実施の形態に係わる多層樹脂管の縦断面図、図３は図１の多層樹脂管の成形装置を示す縦断面図、図４は多層樹脂管と電気融着継手の接合部を示す縦断面図である。
【００１４】
図１に示す多層樹脂管は、ポリオレフィン系樹脂からなる主要層６とその表面を覆う酸素透過性が低い樹脂からなる被覆層７を有する。主要層６を形成するポリオレフィン系樹脂は、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテンを用い得るが、これらの内では高密度ポリエチレンとポリブテンが好ましい。被覆層７を形成する酸素透過性が低い樹脂としては、ポリアミド樹脂、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリエステル、又はポリアクリロニトリルが好適である。
酸素に対するバリヤー性の基準となる熱可塑性樹脂の酸素透過度（ｃｃ／ｍ２，ｈｒ−ａｔｍ、厚さ２５μｍ、２５℃、５０％Ｒ．Ｈ．）は、一般に１．５〜７５００の範囲にあるが、上記被覆層は、１００以下の酸素透過度を有することが好ましく、１０以下の酸素ガス透過度を有することがより好ましい。例えば、高密度ポリエチレンの酸素透過度は２９００、ポリプロピレンは３８００であるのに対し、ポリアクリロニトリルは５、エチレン−ビニルアルコール共重合体は２であり、いずれも酸素透過度が低いことがわかる。
ポリアミド樹脂、ポリエステル、ポリアクリロニトリルの機械的強度（特に硬さ）は、ポリオレフィン系樹脂よりも高く、例えばポリアクリロニトリルのロックウェル硬さ（ＪＩＳ  Ｋ  ７２０２に記載された試験法による、Ｒスケール）：１００〜１２０、ポリプロピレンのロックウェル硬さ（Ｒスケール）の８５〜１１０、及び高密度ポリエチレンのショア硬さ（ＪＩＳ  Ｋ  ７２１５に記載されたデュロメータ硬さ試験による、Ｄタイプ）：６０〜７０よりも高い。従って傷つき性は硬さに依存することを考慮すると、これらの樹脂は充分な傷つき防止効果を得ることができる。
【００１５】
図２に示す多層樹脂管は、ポリオレフィン系樹脂からなる主要層６とその表面を覆う酸素透過性が低い樹脂からなる第１被覆層７ａとその表面を覆う第２被覆層７ｂを有する。主要層６を形成するポリオレフィン系樹脂は、図１のものと同様に、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテンを用い得るが、これらの内では高密度ポリエチレンとポリブテンが好ましい。被覆層７ａを形成する酸素透過性が低い樹脂として、例えばポリアクリロニトリルが使用される。この樹脂は、ポリオレフィン系樹脂よりも柔らかいため、その外層にさらにポリプロピレンなどの比較的硬い樹脂からなる第２被覆層７ｂが設けられている。
【００１６】
本発明において、樹脂の酸素透過度は、ＪＩＳ  Ｋ  ７１２６に記載された方法に従って測定される。すなわちフィルムの両側の圧力が一定で、酸素がフィルムの低分圧側へ透過した濃度増大分を検出する同圧法により測定される。具体的には、酸素電極法透過試験装置により、フィルムを透過した微量の酸素をキャリアガスにより検出器に導入し、酸素分子が発生した電子（酸素分子に対して４個の電子）を電気的出力として取り出すことにより酸素透過度が測定される。
【００１７】
本発明において、被覆層は酸素透過性が高いことに加えて紫外線吸収能力を有することが望ましい。紫外線吸収能力が高い樹脂としては、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルフェートなどの芳香族系樹脂があるが、高価な樹脂であるため、多量の樹脂が使用される樹脂管の製造には適していない。そこでポリエチレン、ポリプロピレンなどの汎用樹脂に紫外線吸収剤を添加したものが好適である。紫外線吸収剤としては、例えばベンゾフェノン系（２９０〜３８０ｎｍの紫外線を吸収）、サルマレート系（短波長の紫外線を吸収）、ベンゾコート系、ベンゾトリアゾール系（無色透明）、シアノアクリレート系（２９０〜４２０ｎｍの紫外線を吸収）、ヒンダーアミン系（ＨＡＬＳ）、クエンチャー（金属錯塩）などの化合物を使用できる。これらの化合物の内では、ポリエチレン及びポリプロピレンに対してはベンゾフェノン系（例えば２−ヒドロキシ−４メトキシ−ベンゾフェノン）が有効であり、ポリプロピレンに対してはクエンチャーも有効であり、また無色透明なベンゾトリアゾール系も本発明に有効であり、さらにシアノアクリレート系はポリアクリロニトリルに対して有効である。例えば高密度ポリエチレンにベンゾフェノン系化合物を０．１質量％添加することにより、無添加の場合の６倍の紫外線吸収能力が得られる。ベンゾトリアゾール系に属する化合物としては、２−（２‘−ヒドロキシ−５‘−メチルフェニル）ベンゾトリアゾール（Ｓｕｍｉｓｏｒｂ２００）、２−（２‘−ヒドロキシ−５‘−ｔ−ブチル−５‘−メチルフェニル）−５−クロロベンゾトリアゾール（Ｔｕｎｕｖｉｎ３２６）、２−（２‘−ヒドロキシ−３‘，５’−ジ−ｔ−ブチルフェニル）−５−クロロベンゾトリアゾール（Ｔｕｎｕｖｉｎ３２７）、２−（２‘−ヒドロキシ−３’，５‘−ジ−ｔ−アミルフェニル）ベンゾトリアゾール（Ｔｕｎｕｖｉｎ３２８）が例示され、またＨＡＬＳに属する化合物としては、ビス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジニル）セバケート（Ｓａｎｏｌ  ＬＳ７７０）が挙げられる。
【００１８】
また紫外線吸収剤と共に、酸化防止剤や着色剤を複合添加することによりさらに高い紫外線吸収能力を付与することができる。酸化防止剤としては、フェノール系（ラジカル捕捉剤）、アミノン系、硫黄系、りん酸系などの化合物を用いることができ、具体的なフェノール系化合物（高分子タイプ）としては、例えばＩｒｇａｎｏｘ１０１０、Ｉｒｇａｎｏｘ１０７６、Ｉｒｇａｎｏｘ１２４５、Ｉｒｇａｎｏｘ１６８、ＤＳＴＰなどが例示される。また、着色剤の添加も紫外線を吸収する能力を向上させるのに有効である。着色剤としては、黒色顔料、有彩色無機顔料、有機顔料（アゾ顔料、フタロシアニン顔料、染付けレーキ顔料等）などを用い得るが、黒色顔料が最も紫外線を吸収する能力が高い。但し、多層樹脂管の用途により色相が指定されている場合があるので、被覆層を形成する樹脂の種類や指定された色相に応じた顔料を選定する必要がある。例えばポリプロピレンの場合は、黄色顔料としてセラミックエロー、カドミウムサルファイドエロー、チタニウムピグメントエローバフ等の無機顔料や、青色顔料としてコバルトアルミネートブルー等の有機顔料が好ましい。ポリエチレン上記添加剤の含有量は、少ないと紫外線吸収能力が向上せず、多いと成形性が低下するので、総量で０．０１〜２質量％とすることが好ましい。
【００１９】
被覆層７（７ａ、７ｂ）は、使用される樹脂の種類、すなわち強度、紫外線吸収能力、酸素透過抑制能力によりその厚みが決定される。紫外線吸収能力は、基本的には樹脂材質自体に依存するが、紫外線吸収剤などの添加剤を添加することにより適当なものに調整できる。樹脂の強度は、各社樹脂メーカのグレードによっても異なるが、一般的には、被覆層を形成する樹脂のうちでは、ポリアミド樹脂、ポリエステル、ポリアクリルニトリルの機械的強度（硬さ）は、ポリオレフィン系樹脂よりも高いので、十分な傷つき防止効果を得ることができる。被覆層の厚みは、１０μｍ未満であると、傷つき防止、紫外線吸収、酸素透過抑制能力などが低下し、２ｍｍを超えると、電気融着接合前に容易に主要層から剥離できなくなるので、１０μｍから２ｍｍの範囲とすることが望ましい。
【００２０】
図１に示す多層樹脂管は、例えば図３に示す押出し成形装置により製造される。この成形装置は、内ダイス３を内蔵する外ダイス４ａ、４ｂの周囲に樹脂を溶融可塑化する２つのシリンダーを備えており、第１シリンダー１は、主要層を形成する樹脂を外ダイス４ａの内側に押し出すものであり、第２シリンダー２は被覆層を形成する樹脂を外ダイス４ａと内ダイス３の間に押し出すものである。シリンダー１から押し出された主要層の樹脂は、内ダイス３と外ダイス４ａの間を通過し、円筒状の主要層が形成される。一方、シリンダー２から押し出された樹脂は、外ダイス４ａとその外側にある外ダイス４ｂの間を通過し、合流点５で主要層と一体化される。このように形成された２層樹脂管は、ダイスを出た後、一旦大気に触れ、さらにキャリブレーションスリーブ（図示せず）と呼ばれる寸法を調整する装置に送り込まれ、次いで冷却装置（図示せず）に送り込まれて造管が完了する。多層管が２層である場合について例示したが、層の数に応じて樹脂可塑化シリンダーの数、ダイスの数を増加させることにより３層以上の多層樹脂管が成形できることは言うまでもない。
【００２１】
図１に示す多層樹脂管は、図４に示すようにして電気融着継手と接合される。すなわち多層樹脂管８の端部において所定長さだけ被覆層７を剥ぎ取り、その主要層６を電気融着継手９の内部に差込み、次いで電熱線１０に通電することにより、主要層６の外表面部と電気融着継手９の内周面とが一体的に接合される。
【００２２】
【実施例】
（実施例１）
高密度ポリエチレン（ソルベー社製ＴＵＢ１２４）からなる外径６３ｍｍ、肉厚３．８ｍｍの主要層と、その外径側に厚み４００μｍのポリプロピレン（出光石油化学社製Ｅ１５０Ｋ）からなる被覆層を有する多層樹脂管（図１参照）を図３に示す装置を用いて共押出しにより成形した。上記ポリプロピレンは、青色顔料と紫外線吸収剤及び酸化防止剤が適量（総量で１質量％程度）添加されている。この多層樹脂管を所定時間、樹脂管の外周面が太陽光に曝されるように屋外に暴露した。屋外暴露後、被覆層を剥離し、主要層外表面のスクレープ作業を行なうことなしに、図４に示すように電気融着継手に挿入し、通電により電気融着を行った。当然のことながら、被覆層の剥離は容易に行なうことができた。充分な融着が行えたことを確認するため、ＪＩＳ  Ｋ  ６７７５−３に記載された方法に準じてピーリング試験により評価した。
【００２３】
（比較例１）
主要層のみを押し出し成形した樹脂管を作成した以外は実施例１と同様の条件で樹脂管を屋外暴露し、スクレープ作業を行なわずに電気融着後ピーリング試験を行った。
【００２４】
（比較例２）
顔料および紫外線吸収剤などが適量添加されていないポリプロピレンを用いて多層樹脂管を造管した以外は実施例１と同様の条件で樹脂管を屋外暴露し、スクレープ作業を行なわずに電気融着後ピーリング試験を行った。
【００２５】
（比較例３）
主要層の外表面に実施例１で用いた材料と同じ材質の原料を用いて作製した厚さ４００μｍのポリプロピレンフィルムを巻きつけた以外は実施例１と同様の条件で樹脂管を屋外暴露し、フィルムを剥ぎ取り電気融着後ピーリング試験を行った。
上記実施例及び比較例の評価結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
2004225821.tif 000003
【００２７】
表１から、本発明の多層樹脂管によれば、１年間屋外暴露された後でも充分な接合強度が得られるが、主要層のみからなる樹脂管では１ヶ月の屋外暴露された後でも接合強度が得られず、被覆層に着色顔料、紫外線吸収剤及び酸化防止剤が添加されていない多層樹脂管や被覆層が主要層と一体に成形されていない多層樹脂管では６ヶ月の屋外暴露された後には充分な接合強度が得られないことがわかる。
また実施例１の多層樹脂管は２年間屋外暴露を行った後でも、スクレープ作業を行なうことなしに、優れた融着性能が得られることが確認された。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の多層樹脂管を用いれば、樹脂管の成形から配管施行までの期間が長い場合においても、被覆層を容易に剥離できるとともに、主要層の外表面をスクレープすることなしに、電気融着接合により充分な接合強度が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わる多層樹脂管の概略縦断面図である。
【図２】本発明の他の実施の形態に係わる多層樹脂管の概略縦断面図である。
【図３】図１に示す多層樹脂管の成形装置を示す概略縦断面図である。
【図４】図１に示す多層樹脂管と電気融着継手の接合部を示す概略縦断面図である。
【符号の説明】
１：第１シリンダー
２：第２シリンダー
３：内ダイス
４ａ、４ｂ：外ダイス
５：合流点
６：主要層
７：被覆層
７ａ：第１被覆層
７ｂ：第２被覆層
８：多層樹脂管
９：電気融着継手
１０：電熱線
【図１】
2004225821.tif 000004
【図２】
2004225821.tif 000005
【図３】
2004225821.tif 000006
【図４】
2004225821.tif 000007