(57)【要約】【課題】  従来の電気防食に代わる、簡便かつ安価でメンテナンスも不要な防食用材料を提供する。【解決手段】  有孔性材料、腐食抑制剤及び亜鉛塩を含んで成る防食用材料。亜鉛塩が有する防食対象表面への迅速な防食皮膜形成機能が防食開始直後からの防食作用を可能にする。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
有孔性材料、腐食抑制剤及び亜鉛塩とを含んで成ることを特徴とする防食用材料。
【請求項２】
有孔性材料が、パーライト、珪藻土、ポリビニルアルコール及びポリ酸化エチレンから成る群から選択される固体状有孔性材料である請求項１記載の防食用材料。
【請求項３】
腐食抑制剤が、ケイ酸塩、ポリリン酸塩、ホスホン酸塩、モリブデン酸塩、タングステン酸塩、炭酸塩、安息香酸塩から成る群から選択される沈殿皮膜を形成できる塩である請求項１記載の防食用材料。
【請求項４】
亜鉛塩が、硫酸亜鉛、塩化亜鉛及び硝酸亜鉛から成る群から選択される請求項１に記載の防食用材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土壌置換材や充填材として使用される防食用材料に関し、より詳細には送電鉄塔や通信ケーブル等のパイプ内面に充填され、あるいは地上タンク底板や埋設配管等の鋼構造物や鋼材の周囲の土壌に置換され使用される充填材や土壌置換材等として使用できる防食用材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼構造物や鋼材は、陸上、地中、海上及び海中を初めとする多くの環境で使用されている。その中でも、地下燃料タンク、地上タンク底板、埋設配管等の地表及び土中で土壌に接触させて使用される多くの鋼構造物や鋼材が存在する。
これらの鋼構造物等、例えば地上タンク底板は、タンク内に液体を注入すると、液体の荷重でタンク底板が沈んで基礎に密着し、液体を排出すると基礎から浮き上がる。このタンク底板と基礎の間の空間に空気が入り、この空気中の酸素がタンク底板表面の結露水に溶解し腐食を発生させる。液体の注入と排出が繰り返され底板の上下が繰り返されると、腐食が底板裏面全体に広がっていくことになる。
又送電鉄塔や通信ケーブル等のパイプ内面には雨水や海水が浸入することが多く、パイプの鋼材が酸化されて腐食し、そのまま放置すると送電不良や通信ケーブルの劣化等が生じることになる。
【０００３】
これらのタンク、埋設管及び送電鉄塔等の鋼材の腐食を防止する方法として、電気防食法が知られている。この電気防食法は、外部電源や犠牲陽極を使用して鋼材を陰極にすることで該鋼材の防食を行う方式である。
しかし土壌は電気抵抗率が高く、かつ場所による抵抗率のばらつきが大きいため、鋼材の全面にわたって均一な電流分布が得にくく、全体的な防食を十分に行うことは困難である。
前記送電鉄塔等のパイプ内部の防食に外部電源や犠牲陽極を使用することは困難で、更に前述の通信ケーブル用パイプの場合にはパイプ自体が非常に長いため通常の防食を行うことは技術的及びコスト的な面から困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらの欠点を解消するために、鋼材の周囲やパイプ内面にアルミニウムや亜鉛の被覆を溶射により施す方法が提案されている。これらの被覆を形成すれば電気防食は不要になるため、比較的簡便な防食方法と認識されているが、溶射では狭小部やパイプ内面への被覆を行いにくい。更に金属被覆は長期的な耐久性に欠けるため、鋼材に対する更に有効な防食方法が要請されている。
本発明は、このような従来技術の欠点を解消し、防食効率が高くかつ施工が容易で長期にわたって鋼材等の防食に有効な防食用材料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】
【０００５】
本発明は、有孔性材料、腐食抑制剤及び亜鉛塩とを含んで成ることを特徴とする防食用材料である。
【０００６】
以下本発明を詳細に説明する。
本発明の防食用材料は、有孔性材料、腐食抑制剤、特に亜鉛塩及び／又は金属亜鉛を含有することを特徴とする。
本発明で使用する亜鉛には、金属亜鉛粉末、金属亜鉛フレーク、及び亜鉛−アルミニウム等の亜鉛合金が含まれる。亜鉛粉末や亜鉛合金粉末の平均粒径は２〜20μｍ、密度は5.5〜7.2ｇ／cm３であることが望ましく、亜鉛フレークの平均粒径は10〜70μｍ、密度は5.5〜7.2ｇ／cm３であることが望ましい。
次に防食用材料中の亜鉛の防食材としての特性について説明する。
（ａ）土壌中の腐食因子である溶存酸素は、（１）式のように亜鉛粉末と反応して消費されるため、鋼表面への溶存酸素の供給量が減少し、腐食が防止される。
【０００７】
２Ｚｎ＋２Ｈ２Ｏ＋Ｏ２  →  ２Ｚｎ（ＯＨ）２                （１）
【０００８】
（ｂ）防食対象物と接触した亜鉛粉末は（２）及び（３）式に示す反応により電気防食作用を示す。つまり鋼材の鉄等に代わって亜鉛が酸化されることにより鉄の酸化が防止される。
【０００９】
アノード反応：Ｚｎ  →  Ｚｎ２＋２ｅ−                      （２）
カソード反応：1/2Ｏ２＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ−→  ２ＯＨ−             （３）
【００１０】
（ｃ）亜鉛の自己腐食、電気防食作用の結果生成する亜鉛の反応生成物が鋼材等の保護被膜として機能する（インヒビター作用）。
【００１１】
次に亜鉛とともに使用して防食用材料として機能することのある有孔性材料について説明する。この有孔性材料には無機質軽量体と有機質軽量体がある。
前記無機質軽量体としては不燃性で変質しない性質の物質が使用され、具体的にはパーライトや珪藻土がある。このパーライトは通常次のようにして得られる。即ち、黒曜岩、真珠岩、松脂岩、シラス、白土等の結合水を有する天然ガラスを原料とし、これを粗砕した後、水分を１質量％程度まで乾燥した後、篩い分けと、必要に応じて行われる粉砕の操作を組み合わせて粒度を調整し、パーライトの精石とする。続いてこのパーライトの精石を横型加熱炉や縦型加熱炉にて800〜1200℃で加熱、焼成してパーライトを製造する。得られたパーライトは空気輸送によりサイクロンで捕集され、必要に応じて破砕してビンに溜め、これを定量抜き出して袋詰めする。
【００１２】
このパーライトや珪藻土は、粒子内部に空孔を有し、この空孔に水が溜まるため吸水性及び保水性に優れ、しかも安価である。パーライトの平均粒径は10〜3000μｍ、嵩密度は0.03〜0.3ｇ／cm３である。又珪藻土の平均粒径は２〜50μｍ、嵩密度は0.1〜0.3ｇ／cm３である。
又前述の吸水性有機高分子としては、ポリビニルアルコールやポリ酸化エチレンなどがある。
【００１３】
これらの有孔性材料は増量材であり、亜鉛粉末等の固形成分を保持し、更に防食対象の鋼材等の表面で溶存酸素の拡散障壁として機能し、防食対象への溶存酸素の進入を防止して、防食対象を保護する。
又この有孔性材料は前述の通り吸水作用を有するため、低水分環境下では防食対象表面を乾燥させ腐食を防止する作用も有する。
【００１４】
本発明の防食用材料では、有孔性材料を必須成分とし、更に腐食抑制剤として亜鉛及び亜鉛塩の内の少なくとも一方を必須成分とすることが望ましい。この他に亜鉛との相乗効果を示す水ガラス等の腐食抑制剤を含有していても良い。
亜鉛塩としては、硫酸亜鉛、塩化亜鉛及び硝酸亜鉛等が使用でき、この亜鉛塩は水との反応により容易にＺｎ２＋を供給するため、亜鉛単独より迅速に防食皮膜を形成する機能を有する。従って亜鉛塩を添加した防食用材料は初期の防食効果が向上する。この亜鉛塩は亜鉛等を併用せずに、単独で有孔性材料とともに使用して防食用材料を構成しても良いが、亜鉛、亜鉛塩及び有孔性材料を含む防食用材料とすると、防食効果が増大する。
【００１５】
防食用材料中の亜鉛及び亜鉛塩の含有量は５〜80質量％とすることが望ましく、５質量％未満では防食効果が十分でなく、80質量％を超えても添加効果が増大する訳ではなくコスト高になるだけだからである。
亜鉛と相乗効果を示す腐食抑制剤としては、ケイ酸塩、ポリリン酸塩、ホスホン酸塩、モリブデン酸塩、タングステン酸塩、炭酸塩、安息香酸塩などがある。これらの腐食抑制剤は、亜鉛と反応して鋼材表面に難溶性の沈殿皮膜を形成するため、腐食抑制作用を示す。この腐食抑制剤である金属塩は亜鉛塩でないことが望ましく、ナトリウム塩、カリウム塩、アルミニウム塩などが好ましい。例えばケイ酸亜鉛を当初から添加すると、亜鉛塩及び腐食抑制剤の主要機能である防食対象表面への沈殿皮膜形成機能は弱くなり、十分な防食作用が得られないからである。
【００１６】
このような成分を含有する本発明の防食用材料は各種防食用として使用でき、特に腐食対象の内部充填材又は土壌置換材として好ましく使用できる。
内部充填材としては、送電鉄塔や通信ケーブル等のパイプ内面、ガードレール、交通標識や信号機等の陸上設置物のパイプ内面、高速道路の橋脚下部のフーチング内部に充填して使用できる。例えば送電鉄塔は乾湿の差が大きい厳しい環境に設置されることが多く、又フーチング内部は止水手段が施されていても地下水が浸入する場合があり、これによって腐食が加速されるケースもある。このような過酷な環境下でも本発明の防食用材料を防食対象に充填して使用すると防食対象表面に接触する本発明の防食用材料が機能して長期間の防食を可能にする。特に防食用材料中に亜鉛塩及び亜鉛塩と相乗効果を示す腐食抑制剤が存在すると、保護膜が迅速に形成されて当初から顕著な防食効果が実現する。なおパイプやフーチングの内部全体に防食用材料を充填すると重量が増大してパイプ等の機械的強度に悪影響が生じることがある。従って内面又は表面にのみ防食用材料を存在させて材料費の低減と全体の軽量化を図ることが望ましい。特にフーチングの場合は大きな直方体状の空間が存在するため、その表面に接触しないような箱状の立体を配置すると、材料費の低減と全体の軽量化の効果を顕著にすることができる。
【００１７】
土壌置換材としては、地下燃料タンク、地上タンク底板及び埋設配管等に対して使用でき、その周囲の土壌と置換し又は土壌と混合して使用する。
前述の構成成分を単に混合して防食用材料を作製し、これを前述の充填材や土壌置換材として使用しても良いが、この他に水や有機溶媒等の適切な溶剤に溶解又は懸濁させてペーストととし、防食対象に塗布し又はスプレーして使用しても良い。なお塗布又はスプレーを行いにくいパイプ内面等の場合は前述の充填材により防食を行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、有孔性材料と腐食抑制剤を含んで成ることを特徴とする防食用材料であり、腐食抑制剤としては亜鉛塩及び亜鉛と相乗効果を示す腐食抑制剤の組合せが有効である。亜鉛塩としては硫酸亜鉛、塩化亜鉛及び硝酸亜鉛等が使用できる。
亜鉛塩は防食対象の表面に金属亜鉛や亜鉛合金より迅速に防食皮膜を形成する機能を有する。従って亜鉛塩を添加した防食用材料は初期の防食効果が向上し、使用当初から防食効果が発揮される。そのため設置環境が苛酷な防食対象に対してより有効な防食効果が期待できる。
更に本発明の防食用材料は一旦防食対象に施工すると、交換の必要が殆どなく、メンテナンスの面で非常に有利である。
【００１９】
本発明の防食用材料は、有孔性材料及び亜鉛塩に、亜鉛と相乗効果を示す腐食抑制剤を添加して構成しても良い。この腐食抑制剤は亜鉛と反応して鋼材表面に難溶性の沈殿皮膜を形成するため、高い防食効果を示す。
これらの防食用材料は前記各成分の他に金属亜鉛粉末、亜鉛フレークや亜鉛合金を含んでいても良く、これらの亜鉛成分の有する防食効果が亜鉛塩の有する迅速な膜形成機能と相俟って更に良好な防食作用が得られる。
又防食用材料のうち防食用充填材は有孔性材料及び亜鉛とで構成することができ、亜鉛の有する防食作用を有する充填材料として機能する。
又防食用材料のうち防食用土壌置換材は、ポリビニルアルコール等の有機質軽量体及び亜鉛で構成することができ、亜鉛の有する防食作用を有する土壌置換材として機能する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
〔実施例〕
本発明に係わる防食用材料に関する実施例を記載するが、本発明は該実施例に限定されるものではない。
【００２１】
〔実施例１〜６〕
図１に概略を示した実験装置を使用して交流インピーダンス値の周波数特性を測定した。
この装置は、上面が開口する容量が630mlであるポリエチレン製容器１中に対象とする実施例１〜６までの防食用材料２のいずれかを30％量の海水とともに充填し、この防食用材料２中に電極面積が８cm３である２枚の炭素鋼（ＳＳ400鋼）３、４を測定電極として埋設し、湿度を一定に維持するために容器１の開口を蓋体５で覆って密閉系として構成した。
【００２２】
充填した防食用材料は、パーライト80質量％＋亜鉛粉末20質量％（実施例１、○）、パーライト80質量％＋塩化亜鉛20質量％（実施例２、△）、パーライト80質量％＋塩化亜鉛10質量％＋ケイ酸ナトリウム10質量％（実施例３、☆）、パーライト73質量％＋亜鉛粉末18質量％＋ケイ酸ナトリウム９質量％（実施例４、□）、パーライト80質量％＋亜鉛粉末10質量％＋塩化亜鉛10質量％（実施例５、◇）又はパーライト73質量％＋亜鉛粉末９質量％＋硫酸亜鉛９質量％＋ケイ酸ナトリウム９質量％（実施例６、◎）とした。使用したパーライト、亜鉛粉末、ケイ酸ナトリウムの平均粒径はそれぞれ約600μｍ以下、約４μｍ及び約100μｍで、塩化亜鉛及び硫酸亜鉛は水に溶解させた。
【００２３】
前記測定用電極３、４をポテンショスタット６に接続し、防食用材料２の充填から２週間後に、測定電極間の電位を前記ポテンショスタット６により測定した。
次いでこの電位差に測定周波数の交流電圧（±10mVrms正弦波）を印加した。印加した周波数応答を周波数特性分析器（ＦＲＡ）７により解析し、各測定周波数での交流インピーダンス値を算出した。なお測定周波数帯は10ｋHzから１ｍHzの範囲とし、ポテンショスタットとＦＲＡはＧＰＩＢ回線を用いてパソコン８により自動制御を行い、データも自動収録とした。
このようにして得られた測定結果を図２のグラフに示した。グラフ中、横軸はＲｅ（Ｚ／ｋΩcm２）で交流インピーダンス値の実数部を意味し、縦軸は−Ｉｍ（Ｚ／ｋΩcm２）で交流インピーダンス値の虚数部を意味する。横軸への外挿点から求められる円弧の直径が大きいほど腐食速度は小さくなる。
【００２４】
従って、腐食速度は、パーライト＋亜鉛粉末＋硫酸亜鉛＋ケイ酸ナトリウムからなる実施例６（◎）の防食用材料が最も小さく、次いでパーライト＋塩化亜鉛＋ケイ酸ナトリウムから成る実施例３（☆）の防食用材料、パーライト＋亜鉛粉末＋ケイ酸ナトリウムから成る実施例４（□）の防食用材料、パーライト＋亜鉛粉末＋塩化亜鉛から成る実施例５（◇）の防食用材料、パーライト＋亜鉛粉末から成る実施例１（○）の防食用材料、パーライト＋塩化亜鉛から成る実施例２（△）の防食用材料の順に大きくなることが分かった。
【００２５】
〔比較例１〕
容器内の防食用材料を海水と置換したこと以外は実施例１〜６と同じ条件で交流インピーダンスを測定し、その結果を図２のグラフに示した（●）。各防食用材料を充填した場合と比較して腐食速度が大幅に増大したことが分かる。
【００２６】
〔実施例７〕
平均粒径約600μｍ以下のパーライトと平均粒径約４μmの亜鉛粉末の混合物に該混合物全量に対して10質量％の海水を添加して、パーライト中の亜鉛粉末の割合がそれぞれ10％、20％、30％、40％及び50％である５種類の混合物を作製した。
この混合物のそれぞれに、表面研磨を行った電極面積が８cm３である長方形板状の炭素鋼（ＳＳ400鋼）を埋設し放置して、１ヶ月後に取り出し、その腐食速度と防食率を算出した。その結果を表１に示した。
【００２７】
〔実施例８〕
海水の添加量を20質量％としたこと以外は実施例７と同じ条件で腐食速度と防食率を算出した。その結果を表２に示した。
【００２８】
〔実施例９〕
海水の添加量を30質量％としたこと以外は実施例７と同じ条件で腐食速度と防食率を算出した。その結果を表３に示した。
【００２９】
〔比較例２〕
亜鉛粉末を添加しなかったこと以外は実施例７〜９と同じ条件で腐食速度と防食率を算出した。その結果を表１〜３に示した。
【００３０】
【表１】
2005273020.tif 000002
【００３１】
【表２】
2005273020.tif 000003
【００３２】
【表３】
2005273020.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施例で使用した実験装置の概略図。
【図２】実施例１〜６及び比較例１で得られた交流インピーダンスの実数部と虚数部の関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００３４】
１  容器
２  防食用材料
３、４  測定用電極（炭素鋼）
５  蓋体
６  ポテンショスタット
７  ＦＲＡ
８  パソコン
【図１】
2005273020.tif 000005
【図２】
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