(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管の内面に、鋼管面側から順に、リン酸塩化成処理層、シラン系カップリング剤によるカップリング処理層、アミン系またはイソシアネート系硬化剤とフェノキシ樹脂との混合物により形成されたプライマー層、変性ポリエチレン系樹脂を主成分とする樹脂層を形成したことを特徴とする水配管用内面被覆鋼管。
【請求項２】
内面にリン酸塩化成処理、シラン系カップリング剤によるカップリング処理およびアミン系またはイソシアネート系硬化剤とフェノキシ樹脂との混合物によるプライマー処理が順に施された鋼管を２１０℃以上に加熱した状態で、鋼管内面に変性ポリエチレン系樹脂を主成分とする粉体塗料による粉体塗装を行い、引き続き２００℃以上で４分以上保熱することにより変性ポリエチレン系樹脂を主成分とする樹脂層を形成させることを特徴とする水配管用内面被覆鋼管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給水管や排水管等のような水配管用の内面被覆鋼管に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、給水や排水用等の水配管には、管内面の防食性を付与するために塩化ビニル樹脂を管内面に貼り付けた内面硬質塩ビ被覆鋼管が使用されてきたが、塩化ビニル樹脂は低温での耐衝撃性が低く、寒冷地において水配管用として使用した場合や施工時に屋外放置した場合などに、内面被覆層にダメージを受ける場合がある。さらに、内面硬質塩ビ被覆鋼管は、塩化ビニル樹脂を廃却する際に有害物が発生すること、塩化ビニル樹脂を処理ルートにのせるための鋼管と塩化ビニル樹脂の分離処理の負荷が大きいこと、などの点から、近年では環境負荷が大きい材料という認識をもたれている。
【０００３】
また、化成処理、プライマー処理等の表面処理が施された鋼管の内面に、加熱した状態でポリエチレン樹脂を粉体塗装することで内面被覆層を形成した内面ポリエチレン被覆鋼管も使用されている（例えば、日本水道協会規格ＪＷＷＡ  Ｋ１３２参照）が、この内面ポリエチレン被覆鋼管は、環境によっては管端部での接水により端部から被覆が剥離することがある。
また、プライマー層を有しないものとして、架橋ポリエチレン管に形状復元性を付与し、鋼管内で加熱復元することにより拡径して内面被覆する方法（例えば、特許文献１参照）も知られているが、架橋剤からの溶出成分があるため水道水の衛生性を確保できないなどの問題がある。
【０００４】
また、上記のような問題を生じないものとして、ポリエチレン管に形状復元性を付与して鋼管の内面を被覆する方法（例えば、特許文献２参照）も知られているが、この方法では、一旦ポリエチレン等からなる樹脂管を作製し、それに形状復元性などを付加する必要があるため、製造コストが高くなり、また、工業的な速度では均一な内面被覆が困難である。
また、防食性能の高いものとしては、ガス管用等の外面被覆鋼管のための外面被覆材料として様々なものが知られているが、いずれも水配管用内面被覆としては十分な性能を有しない。例えば、フッ素樹脂（例えば、特許文献３参照）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（例えば、特許文献４参照）が知られているが、これらはいずれも樹脂価格が高く、また鋼管に接着しにくいなどの使用上の制約がある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−９９１２号公報
【特許文献２】特開２００２−２５７２６５号公報
【特許文献３】特開平８−３００５５４号公報
【特許文献４】特開平４−５０５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
給水や排水用等の水配管用として使用される配管は、鋼管と内面被覆層の界面が露出する管端部を防食するために、通常、管端防食継手などを使用して配管されるが、施工不良や長期間の使用によって管端が接水環境に曝されることもあり、このため内面被覆層には、接水環境での耐剥離性（耐水密着性）が求められる。この耐剥離性が低いと、管端が接水環境に曝された時に内面被覆層の剥離が起こり、剥離した部分の鋼管が錆びる結果、赤水などの原因となる。
【０００７】
したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、塩化ビニル樹脂を使用しない内面被覆鋼管であって、内面被覆層が接水環境において優れた耐水密着性（耐剥離性）を有するとともに、耐疵付き性にも優れた水配管用内面被覆鋼管を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、特に優れた耐水密着性を示す水配管用内面被覆鋼管の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、高い耐水密着性（耐剥離性）と耐疵付き性を有する内面被覆層について鋭意研究した結果、鋼管内面に下層側から順に、リン酸塩化成処理層、シラン系カップリング処理層、プライマー層および変性ポリエチレン系樹脂層を形成することにより、内面被覆層が優れた耐水密着性と耐疵付き性を有する内面被覆鋼管が得られることが判った。また、変性ポリエチレン系樹脂層を特定の加熱条件の粉体塗装で形成することにより、特に優れた耐水密着性が得られることも判った。
【０００９】
本発明はこのような知見に基づきなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
［1］鋼管の内面に、鋼管面側から順に、リン酸塩化成処理層、シラン系カップリング剤によるカップリング処理層、アミン系またはイソシアネート系硬化剤とフェノキシ樹脂との混合物により形成されたプライマー層、変性ポリエチレン系樹脂を主成分とする樹脂層を形成したことを特徴とする水配管用内面被覆鋼管。
［2］内面にリン酸塩化成処理、シラン系カップリング剤によるカップリング処理およびアミン系またはイソシアネート系硬化剤とフェノキシ樹脂との混合物によるプライマー処理が順に施された鋼管を２１０℃以上に加熱した状態で、鋼管内面に変性ポリエチレン系樹脂を主成分とする粉体塗料による粉体塗装を行い、引き続き２００℃以上で４分以上保熱することにより変性ポリエチレン系樹脂を主成分とする樹脂層を形成させることを特徴とする水配管用内面被覆鋼管の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の内面被覆鋼管は、従来の内面ポリエチレン被覆鋼管に較べて内面被覆層の耐水密着性が高く、施工不良や長期使用などにより管端部が接水環境に曝された時でも、高い耐久性を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、鋼管内面に、鋼管面側から順に、リン酸塩化成処理層、シラン系カップリング剤によるカップリング処理層、プライマー層、変性ポリエチレン系樹脂を主成分とする樹脂層を形成した水配管用内面被覆鋼管である。
図１は、本発明の内面被覆鋼管の断面を模式的に示すものであり、１は鋼管、２はリン酸塩化成処理層、３はカップリング処理層、４はプライマー層、５は変性ポリエチレン系樹脂を主成分とする樹脂層である。
【００１２】
前記鋼管１は、管外面にブラスト処理、酸洗処理、化成処理、メッキ処理、プライマー処理もしくは樹脂被覆等の１つ以上を行なったものでもよい。また、通常は管内面にブラスト処理及び酸洗処理等がなされ、その後の化成処理等が行いやすいようにする。鋼管１のサイズに特に制限はないが、一般には外径１０〜１７０ｍｍ程度、長さ４〜６ｍ程度、肉厚２．０〜５．３ｍｍ程度のものを用いる。
前記リン酸塩化成処理層２は、リン酸亜鉛、リン酸カルシウム等のリン酸塩系の化成処理を単独又は併用した処理を行うことで形成することができる。このリン酸塩化成処理では、化成処理液を鋼管内面に吹き付け若しくは流し込む方法、化成処理液の浴に鋼管を浸漬する方法などが採られる。化成処理液には反応促進のための促進剤等を添加してもよく、また、液を６０℃以上に加温した状態で処理してもよい。
【００１３】
前記カップリング処理層３は、上記リン酸亜鉛化成処理を行なった後に行なうシラン系カップリング剤によるカップリング処理に形成される。
このカップリング処理では、通常、シラン系カップリング剤濃度が０．１〜３mass％程度の水溶液、或いはアルコールや酢酸などを加えた水溶液に有機系シラン系カップリング剤を０．１〜３mass％程度の濃度で添加したものが使用される。有機系シラン系カップリング剤の濃度が０．１mass％未満では、耐水密着性の向上効果が小さい。
このような水溶液をリン酸塩化成処理を施した鋼管内面に塗布して１００℃以上に加熱乾燥することで、カップリング処理を行うことができる。
【００１４】
シラン系カップリング剤は、分子の片端にアルコキシシリル基を有し、他の片端にエポキシ基、アミノ基などを有する化合物であり、例えば、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β−(３，４−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン等のエポキシ系シラン化合物、３−アミノプロピルトリメトキシラン、３−アミノプロピルトリエトキシラン、Ν−２(アミノエチル)３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ν−２(アミノエチル)３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−トリエトキシシリル−Ｎ−(１，３−ジメチル−ブチリデン)プロピルアミン等のアミノ系シラン化合物が挙げられる。
【００１５】
前記プライマー層４に用いる樹脂は特に限定しないが、例えば、(1)ビスフェノールＡ型またはビスフェノールＦ型のエポキシ樹脂を主剤とし、ジシアンジアミド系化合物またはアミン系化合物を硬化剤とする１液型若しくは２液型の熱硬化性エポキシ樹脂、(2)アミン系またはイソシアネート系などの硬化剤とフェノキシ樹脂との混合物、(3)予め硬化剤と混合してある粉体エポキシ樹脂、などを使用することができる。また、エポキシ樹脂を用いる場合には、耐水密着性の観点から分子量が１６００以上のものが特に好ましい。
【００１６】
粉体プライマーを用いる場合には、通常、１００〜２５０℃程度に加熱した鋼管の内面に粉体塗装を行う。また、液状プライマーを用いる場合には、鋼管内面にスプレー塗装などの方法で塗装することができる。この場合、塗装前に鋼管を加熱してもよく、また、塗装後に鋼管を熱風や高周波誘導加熱などの方法で加熱してもよい。
プライマー処理では、通常、乾燥後または硬化後のプライマー層の厚みが、液状プライマーの場合には５〜１００μｍ程度、粉体プライマーの場合には２００〜５００μｍ程度になるように、それぞれ塗装を行う。プライマー層の厚みが上記よりも薄いと、ピンホール等の発生により下地を均一に覆うことができなくなり、被覆の防食性能が低下する。また、プライマー層の厚みが上記よりも厚くなると、層厚に見合った被覆の防食性の向上が期待できず、また、粉体塗装の塗装時間が長くなり、生産性が低下する。
【００１７】
前記変性ポリエチレン系樹脂を主成分とする樹脂層５に用いられる変性ポリエチレン樹脂は公知の樹脂でよく、例えば、直鎖状低密度ポリエチレン、高圧法低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン等のポリエチレンを無水マレイン酸等の酸無水物によりグラフト変性したものが挙げられる。この変性ポリエチレン系樹脂は、通常、変性量が６mass％以下で定法により変性して得られるものである。また、通常、メルトインデックスが２以上８以下のものが用いられる。
また、上記変性ポリエチレン系樹脂には、樹脂層５の性能を損なわない範囲で他の樹脂を混合してもよく、また、必要に応じて酸化防止剤や顔料などを添加してもよい。
【００１８】
変性ポリエチレン系樹脂を主成分とする樹脂層５の層厚は特に限定しないが、一般には０．３〜１．０ｍｍ程度、特に好ましくは０．５〜０．９ｍｍ程度とすることが好ましい。層厚が上記よりも薄いと施工時の疵付きなどで樹脂層に穴があき、透水性の高いプライマー層（エポキシ樹脂層など）がむき出しになるため、防食性が損なわれる恐れがある。また、層厚が上記よりも厚いと粉体塗装の塗装時間が長くなり、生産性が低下する。
【００１９】
変性ポリエチレン系樹脂を主成分とする樹脂層５は、粉体塗装で形成することが望ましい。これは、他の塗装方法では上記のような薄膜の樹脂層とすることが困難だからである。
また、この粉体塗装に当たっては、内面にリン酸塩化成処理、シラン系カップリング剤によるカップリング処理およびプライマー処理が順に施された鋼管１を２１０℃以上に加熱した状態で、変性ポリエチレン系樹脂を主成分とする粉体塗料による粉体塗装を行い、引き続き２００℃以上で４分以上保熱して変性ポリエチレン系樹脂を主成分とする樹脂層を形成させることが好ましく、これにより特に優れた耐水密着性を有する変性ポリエチレン系樹脂を主成分とする樹脂層５を得ることができる。加熱温度が上記温度未満では、樹脂層にピンホール等の欠陥が発生しやすくなる。
【実施例】
【００２０】
［発明例１及び参考例１〜５］
酸洗処理した鋼管（内径２７．６ｍｍφ，外径３４ｍｍφ×４ｍ）を８０℃のリン酸亜鉛カルシウム系処理液に浸漬後、エアブローし、さらに湯洗した後、再度エアブローした。得られた鋼管の内面に表１に記載のカップリング剤水溶液を塗布した。管内面に付着している水溶液をエアブローで絞った後、熱風炉内で鋼管を１１０℃に加熱した。鋼管を５０℃以下にさましてから、溶剤希釈した表１に記載のプライマーを塗布し、２１５℃に加熱した。この加熱した鋼管内面に密度０．９２３、メルトインデックス６．３の直鎖状低密度ポリエチレンを無水マレイン酸変性した粉状の変性ポリエチレン樹脂を粉体塗装し、厚さ０．６〜０．８ｍｍの変性ポリエチレン樹脂層を得た。塗装後、２００℃の炉内で４分保持した後、自然冷却して内面被覆鋼管を得た。
【００２１】
［参考例６〜８］
酸洗処理した鋼管（内径２７．６ｍｍφ，外径３４ｍｍφ×４ｍ）を８０℃のリン酸亜鉛カルシウム系処理液に浸漬後、エアブローし、さらに湯洗した後、再度エアブローした。得られた鋼管の内面に、表１に記載のカップリング剤水溶液を塗布した。管内面に付着している水溶液をエアブローで絞った後、高周波誘導加熱で鋼管を２２０℃に加熱した。加熱した鋼管に表１に記載の粉体プライマーを粉体塗装し、さらに、鋼管内面に密度０．９３７、メルトインデックス４．０の直鎖状低密度ポリエチレンを無水マレイン酸変性した粉状の変性ポリエチレン樹脂を粉体塗装し、厚さ０．６〜０．８ｍｍの変性ポリエチレン樹脂層を得た。塗装後、２００℃の炉内で４分保持した後、自然冷却して内面被覆鋼管を得た。
【００２２】
［参考例９］
酸洗処理した鋼管（内径２７．６ｍｍφ，外径３４ｍｍφ×４ｍ）を８０℃のリン酸亜鉛カルシウム系処理液に浸漬後、エアブローし、さらに湯洗した後、再度エアブローした。得られた鋼管の内面に、表１に記載のカップリング剤水溶液を塗布した。管内面に付着している水溶液をエアブローで絞った後、熱風炉内で鋼管を１１０℃に加熱した。鋼管を５０℃以下にさましてから、溶剤希釈した表１のプライマーを塗布し２１５℃に加熱した。この加熱した鋼管内面に密度０．９２３、メルトインデックス６．３の直鎖状低密度ポリエチレンを無水マレイン酸変性した粉状の変性ポリエチレン樹脂を粉体塗装し、厚さ０．６〜０．８ｍｍの変性ポリエチレン樹脂層を得た。塗装後、２００℃の炉内で３分保持した後、自然冷却して内面被覆鋼管を得た。
［比較例１〜５］
カップリング処理を行わなかった以外は発明例１と同様にして、表２に記載のプライマーを用いて内面被覆鋼管を得た。
【００２３】
以上のようにして得られた各実施例の被覆鋼管について、内面被覆層の耐水密着性（耐剥離性）を以下のようにして評価した。
内面被覆鋼管を５０ｃｍ長さに切断し、内面に７０℃の熱水と室温の水を１０分ずつ交互に流した。このサイクルを１７０００回繰り返した後、鋼管端部の内面被覆層の剥離状況を観察するとともに、９０°ピール試験により内面被覆層の接着力を測定し、下記により評価した。
×：鋼管端部の内面被覆層の剥離がある。
○：内面被覆層の接着力が３ｋｇｆ／ｃｍ未満であるが、内面被覆層の剥離はない。
◎：内面被覆層の接着力が３ｋｇｆ／ｃｍ以上
【００２４】
【表１】
0004742950.tif 000002
【００２５】
【表２】
0004742950.tif 000003
表１，表２によれば、比較例はいずれも耐水密着性が劣っているのに対して、本発明例では優れた耐水密着性が得られている。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の内面被覆鋼管の断面を模式的に示す説明図
【符号の説明】
【００２７】
１  鋼管
２  リン酸塩化成処理層
３  カップリング処理層
４  プライマー層
５  変性ポリエチレン系樹脂を主成分とする樹脂層
【図１】
0004742950.tif 000004