(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地処理を施した鋼材の表面に、変性ポリオレフィン層、ポリオレフィン層を積層するポリオレフィン被覆鋼材において、該ポリオレフィン層の表面に、さらに、引っ張り伸び率が１０％以上であり、ポリオレフィン系プライマーを１質量％以上付着させた布帛の両面にポリオレフィン樹脂をラミネートした保護シートを被覆した高強度ポリオレフィン被覆鋼材。
【請求項２】
保護シートを構成する布帛ないしはポリオレフィン樹脂の内、少なくとも１種以上に着色を施した請求項１記載の高強度ポリオレフィン被覆鋼材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ポリオレフィン被覆鋼材に関し、さらに詳しくは、施工中もしくは使用中に該被覆鋼材に加えられる衝撃、磨耗等の機械的作用に起因するポリオレフィン被覆層の損傷を防止する効果が優れ、長期間にわたり防蝕性を保持できるポリオレフィン被覆鋼材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石油、ガス、上下水道、ケーブル保護管等の各種配管や鋼管杭、鋼管矢板、鋼矢板等の土木用建材では、鋼材外面をポリオレフィンで被覆したポリオレフィン被覆鋼材が多用されている。ポリオレフィンは化学的に安定であるため、ポリオレフィン被覆鋼材は優れた防食性を有している。だが、ポリオレフィン被覆は機械的強度が比較的弱いため、運搬、施工時の鋼材同士の衝突や、埋設時、打設時の土砂、岩石等との接触、海洋での流木等との接触等で被覆が損傷を受け、防食性が損なわれることがある。そのため、長期にわたり優れた防食性を保持するためには、本来の防食機能に加え、被覆層の更なる機械的強度の向上が必要とされている。
【０００３】
この問題を解決する手段としては、機械的特性の優れた材質からなる保護層をポリオレフィン層の上に積層する方法が一般的に知られている。例えば、モルタルやガラス繊維強化ポリエステルからなる保護層を被覆鋼材の最外面に設けて高強度化を図ると、耐衝撃性を著しく向上させることができる。だが本方法では高強度化に手間と費用がかかるため、通常のポリオレフィン被覆鋼材と比較すると非常に高価なものになるといった問題点があった。また、特開平０７−０６８７０２号公報では、図２に示すような繊維クロス（８）として特にガラス繊維に変性ポリオレフィン樹脂（９）をラミネートした保護シート（７）をポリオレフィン被覆鋼材に被覆することで耐衝撃性を向上させている。この、保護シートをポリオレフィン被覆鋼材に被覆する方法を用いると、保護シートが比較的安価に製造できることおよび図３に示すように防食層の被覆ラインにて保護シートも同時に被覆が可能なため、簡便に高強度化を図ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のガラス繊維を用いた保護シート（７）では、強い衝撃が連続して加わるような用途ではガラス繊維の破断による耐衝撃性の不足が問題となる場合があった。例えば、該保護シートを被覆したポリオレフィン被覆鋼管杭を港湾に於いて使用する場合等では、鋼管杭打設後の捨て石施工による捨て石との接触や漂流物の頻繁な衝突等で、保護シート（７）およびポリオレフィン防食層（３）を貫通した疵が生じてしまう場合があった。更に該保護シート（７）端面からの水の浸入により、繊維クロス（８）が膨潤し、繊維クロス（８）と変性ポリオレフィン樹脂（９）間で層間剥離が生じて、保護シート（７）が被覆鋼材の表面から剥離してしまう場合があった。そのため、被覆鋼材を長期にわたって使用する場合は、損傷した被覆の補修や保護シートの再被覆が必要となるといった不具合が生じていた。また、ガラス繊維を用いた保護シート（７）は不燃物であるため、焼却処分が出来ず、廃棄する場合に困難であるといった問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、耐衝撃性および耐水性に優れ、長期にわたり防食性を保持できるポリオレフィン被覆鋼材を提供する事を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らはポリオレフィン被覆鋼材の耐衝撃性、耐水性に関する課題を解消するため鋭意検討した。そして、図１に示すように、下地処理を施した鋼材（１）の表面に、変性ポリオレフィン層（２）、ポリオレフィン層（３）を積層するポリオレフィン被覆鋼材において、該ポリオレフィン層（３）の表面に、布帛（５）にポリオレフィン樹脂（６）をラミネートした保護シート（４）、特に引っ張り伸び率が１０％以上であり、ポリオレフィン系プライマーを１質量％以上付着させた布帛（５）に、ポリオレフィン樹脂（６）をラミネートした保護シート（４）を用いることによって、被覆の耐衝撃性を高め、かつ保護シートの耐水性も向上させることが出来ることを見いだし、本発明に至ったものである。なお、ここで用いる布帛の引っ張り伸び率とは、ＪＩＳ  Ｌ１０９６の規格に従って測定した引っ張り伸び率である。
【０００７】
本発明の要旨は、以下の通りである。
【０００８】
（１）下地処理を施した鋼材の表面に、変性ポリオレフィン層、ポリオレフィン層を積層するポリオレフィン被覆鋼材において、該ポリオレフィン層の表面に、さらに、引っ張り伸び率が１０％以上であり、ポリオレフィン系プライマーを１質量％以上付着させた布帛の両面にポリオレフィン樹脂をラミネートした保護シートを被覆した高強度ポリオレフィン被覆鋼材。
【００１１】
（２）保護シートを構成する布帛ないしはポリオレフィン樹脂の内、少なくとも１種以上に着色を施した前記（１）記載の高強度ポリオレフィン被覆鋼材。
【００１２】
上記保護シートを被覆したポリオレフィン被覆鋼材は、保護シートに引っ張り伸び率が１０％以上の布帛を使用しているため、強い衝撃が連続して加わるような場合でも布帛を構成する繊維が破断し難く、貫通疵の発生を防止することができる。更にポリオレフィン系プライマーにてプライマー処理を施しているためポリオレフィン樹脂との強固な接着性と耐水性が得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に使用する鋼材とは、冷延鋼板、熱延鋼板、厚板鋼板等の鋼板、Ｈ形鋼、Ｉ形鋼、Ｌ形鋼等の形鋼、鋼矢板、棒鋼、鋼線、鋳鉄管、鋼管、鋼管矢板等である。これらの鋼材の表面に、ステンレス鋼やチタン、アルミニウム、ニッケル、銅等の金属あるいはそれらの合金を積層したクラッド鋼材等も使用できる。また、鋼材の表面にめっき処理を施しためっき鋼材等も使用できる。鋼材は、最初にブラスト処理や脱脂・酸洗処理等の除錆処理を施して使用する。
鋼材は、変性ポリオレフィン層およびポリオレフィン層を被覆する前に、下地処理として、クロメート被膜およびエポキシプライマー層を形成させて使用すると、より優れた防食性が得られるため望ましい。
クロメート処理剤は、例えば無水クロム酸の水溶液に有機質の還元剤等を添加して加熱し水溶液中の６価クロムの一部を３価クロムに部分還元した還元水溶液に、シリカの微粒子を添加・分散した混合物等を鋼材に塗布し、鋼材を加熱して焼き付けて用いる。クロメート被膜は加熱・焼き付け後の全クロム付着量換算で２０〜１０００ｍｇ／ｍ2の厚みであると良好な結果が得られる。２０ｍｇ／ｍ2未満では十分な防食効果が得られず、１０００ｍｇ／ｍ2を超えると、クロメート被膜の凝集力が低下し、鋼材との密着力が低下してしまう。
【００１４】
エポキシプライマー層は、鋼材の表面のクロメート被膜上に、液体もしくは粉体のエポキシ樹脂、硬化剤、その他顔料等の混合物からなるエポキシプライマーをスプレー塗装やしごき塗布、静電粉体塗装等の方法で塗布し、加熱硬化して形成させる。エポキシプライマー層は０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍの厚みであると良好な結果が得られる。０．０１ｍｍ未満では十分な防食効果が得られず、０．５ｍｍを超えると耐衝撃性が低下する。
【００１５】
変性ポリオレフィン層（２）としては、オレフィン単独重合体、または種類の異なるオレフィン類を共重合したオレフィン共重合体の単独、またはこれらの混合物に無水マレイン酸をグラフト重合した無水マレイン酸変性ポリオレフィンを用いると鋼材との接着性が優れ好適である。変性ポリオレフィン層（２）は０．０２〜１．０ｍｍの厚みであると良好な結果が得られる。０．０２ｍｍ未満では鋼材との接着強度が不十分である。また、１．０ｍｍを越えると経済性の観点から好ましくない。
【００１６】
ポリオレフィン層（３）は、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン単独重合体、またはエチレン−プロピレン共重合体等の種類の異なるオレフィン類を共重合したオレフィン共重合体の単独、またはこれらの混合物である。ポリオレフィン層（３）は用途に応じて着色顔料、酸化防止剤、紫外線吸収剤、滑剤、難燃材、帯電防止剤等を混合して用いても本発明の効果に何ら差し支えない。ポリオレフィン層（３）の厚みは使用環境によって要求される防食性や耐衝撃性を考慮して決定すればよいが０．３ｍｍ以上あれば十分な防食性が得られる。０．３ｍｍ未満ではピンホールが発生しやすく、防食性が不十分になる。
【００１７】
保護シート（４）は、図１が示すように、プライマー処理された布帛（５）とその両面にラミネートされたポリオレフィン樹脂（６）から成る。布帛（５）に使用できる繊維は、ポリエステル、ナイロン、アラミド、ポリオレフィン等が少なくとも１種以上用いられ、混紡、混織については本発明の目的を逸脱せずその効果を妨げない限り、使用することができる。また、布帛の形態としては織物、ニット、フェルト、不織布等本発明の目的を逸脱せずその効果を妨げない限り、使用することができる。被覆鋼材が、強い衝撃が連続して加わるような用途に用いられる場合は、引っ張り伸び率が１０％以上の布帛を用いると、布帛の変形によって貫通疵の発生を防止できるため、耐衝撃性を向上させることが出来る。引っ張り伸び率が１０％未満の布帛、例えばガラスクロス等を用いると、連続して衝撃が加えられると、布帛を構成する繊維が徐々に破断していき、少ない回数の衝撃で貫通傷が生じてしまう。なお、保護シートの耐衝撃性は、布帛の破断強度に大きく依存し、布帛の破断強度が強ければ強いほど耐衝撃性は向上するが、保護シートの材料費も高くなるため、布帛の破断強度、すなわち厚みは、使用環境と経済性を考慮して決定すればよい。また、不要になった際の廃棄方法を考慮すると、焼却処分が可能な有機繊維からなる布帛が好ましい。更に、環境との調和や耐候性の付与等の理由により着色を必要とする場合、着色方法として、マスターバッチによる原着糸および染料による先染糸や布帛を染料で着色する方法等が適用できる。
【００１８】
布帛（５）に適用出来るプライマー処理剤は、布帛にポリオレフィン樹脂（６）との接着性を付与できるものであればどのようなものでも良いが、通常はポリオレフィンもしくは変性ポリオレフィンを主成分とするプライマー処理剤を用いれば良好な結果が得られる。主成分として用いることのできるポリオレフィンもしくは変性ポリオレフィンとしては、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−アクリル酸共重合体（ＥＡＡ）、エチレン−メタクリル酸共重合体（ＥＭＡＡ）、エチレン−アクリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン−アクリル酸エステル−無水マレイン酸共重合体、アイオノマー、酸変性ポリエチレン、酸変性ポリプロピレン、エチレン系α−オレフィン共重合体、プロピレン系α−オレフィン共重合体、ポリメチルペンテン、ポリブテン−１、４−メチルペンテン−１、ヘキセン−１、オクテン−１、エチレン−ブテン−１共重合体、プロピレン−ブテン−１共重合体、ポリイソブチレン等を挙げることができる。なお、これらの樹脂は融液または溶液またはディスパージョンまたはエマルジョン等の状態で使用でき、必要に応じて適宜混合して使用することもできる。さらに、処理剤の成分として上記のほかに、消泡剤、撥水剤、酸化防止剤、フィルム形成剤、潤滑剤、帯電防止剤、難燃剤、顔料およびその他の添加剤を、本発明の目的を逸脱せずその効果を妨げない限り、任意に添加することができる。また、布帛の耐水性を高めるという点では、プライマー処理後の布帛表面に残存する親水性化合物、例えば、分散剤や界面活性剤等を極力少なくすることが好ましい。
【００１９】
布帛（５）のプライマー処理方法については、前記処理剤をエマルジョンまたはディスパージョンまたは有機溶剤状態とした処理液を、常法により布帛に含浸させる方法、または前記処理剤を溶融状態にして布帛にコーティングする方法等採用できるが、特にこれらの方法に限定されるものではない。また、処理剤の付着量については、布帛に対して、処理剤の成分を１質量％以上とするが、１質量％未満ではラミネートするポリオレフィン樹脂（６）との十分な接着力が得られない。また３０質量％を越えると付着量の増加に見合うより以上の効果はもはや得られない。接着性、耐水性、経済性等を考慮すると付着量は５〜２０％が適当である。
【００２０】
布帛をラミネートするポリオレフィン樹脂（６）としては、ポリオレフィン防食層（３）との融着性に優れる樹脂であればどのようなものでも良い。例えば、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−アクリル酸共重合体（ＥＡＡ）、エチレン−メタクリル酸共重合体（ＥＭＡＡ）、エチレン−アクリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン−アクリル酸エステル−無水マレイン酸共重合体、アイオノマー、酸変性ポリエチレン、酸変性ポリプロピレン、エチレン系α−オレフィン共重合体、プロピレン系α−オレフィン共重合体、ポリメチルペンテン、ポリブテン−１、４−メチルペンテン−１、ヘキセン−１、オクテン−１、エチレン−ブテン−１共重合体、プロピレン−ブテン−１共重合体、ポリイソブチレン等が挙げられる。これらの樹脂をシート状に成型して用いればよい。またこれらの樹脂の少なくとも１種類以上を含む樹脂を必要に応じて混練して使用すること及び多層フィルムに成型して使用することもできる。さらに、上記樹脂成分以外に、フィラー、充填剤、顔料（マスターバッチ）、酸化防止剤およびその他の添加剤を、本発明の目的を逸脱せずその効果を妨げない限り、任意に添加することができる。
【００２１】
プライマー処理された布帛（５）とポリオレフィン樹脂（６）とのラミネート方法としては、ラミネートするポリオレフィン樹脂（６）がフィルムやシート単独の両面ラミネーションであれば、カレンダーロール等の熱圧着の方法が好ましい。また、耐衝撃性及び耐磨耗性をさらに向上させるため、フィルムやシートを多層構造とする場合、溶融押出機を使用するのが好ましい。
【００２２】
得られたポリオレフィン被覆鋼材用保護シート（４）の被覆鋼材への積層は、ポリオレフィン同士の融着によって行う。例えば、鋼管に被覆する場合は、図３に示すようにＴダイ法によってＴダイ１３により溶融したポリオレフィン１２を押し出し、鋼管１０にポリオレフィンを被覆した直後に、本発明のポリオレフィン被覆鋼材用保護シート（４、図３では１４）を被覆すれば、容易に被覆鋼管側の溶融したポリオレフィン層と、保護シート外側のポリオレフィン樹脂を融着させる事が出来る。この際、鋼管１０の搬送装置としてはスキューターニング式搬送装置を用い、また、保護シート予熱用の熱風発生器（１５）や保護シート同士を圧着させるためのゴムロール（１６）等を用いれば外観も良好な被覆が得られる。
【００２３】
【実施例】
以下に、ポリオレフィン被覆鋼材としてポリエチレン被覆鋼管を取り上げ、実施例及び比較例を挙げる。
【００２４】
（実施例１）
ｉ）保護シートの製作布帛として、表１（Ａ）に示す引っ張り強さ４０００Ｎ／２５ｍｍ、引っ張り伸び率２５％の平織ポリエステルクロス（ユニチカ（株）社製  品番Ｕ−５００）を使用し、表２（ａ）に示すエチレン−メタクリル酸共重合（ＥＭＡＡ）のディスパージョンをプライマーとしてディッピングし、マングルにて付着率が１５質量％になるよう搾りとった後、１５０℃にて３分間乾燥した。
【００２５】
【表２】
0003943715.tif 000002
【００２６】
【表１】
0003943715.tif 000003
【００２７】
【表２】
0003943715.tif 000004
【００２８】
【表３】
0003943715.tif 000005
ｉｉ）保護シートを被覆したポリエチレン被覆鋼管の製作
外面をブラスト処理により除錆した鋼管（ＳＧＰ２００Ａ×５５００ｍｍ長さ×５．８ｍｍ厚み）をスキューターニング式搬送装置に載せ、回転させながら管軸方向に搬送した。この鋼管の外面に、エポキシプライマー（油化シェルエポキシ社製エピコート８２８：１００重量部、油化シェルエポキシ社製エポメートＢ−００２：５０重量部、微粒子シリカ：３重量部の混合物）をスプレー塗装した。鋼管を高周波誘導加熱で表面温度が２００℃になるように加熱しエポキシプライマーを硬化させた。エポキシプライマー層の厚みは０．０５ｍｍであった。その表面に変性ポリエチレン（エチレンの単独重合体に無水マレイン酸をグラフト重合した変性ポリエチレン）と低密度ポリエチレンを２層１体で押出被覆した。ポリエチレン防食層の厚みは３．２ｍｍであった。次いで、（ｉ）にて製作した保護シートをポリエチレン防食層の表面にらせん状に２層重ねになるように被覆した。この際、保護シートの１層目と２層目の融着を強固にするために、熱風で２層目の裏面を加熱しながら被覆した。ゴムローラーによりポリエチレンと保護シートを圧着し、強固に融着させた後、外面から水冷を行い本発明の保護シートを被覆したポリエチレン被覆鋼管を得た。
【００２９】
ｉｉｉ）耐衝撃性の評価
（ｉｉ）で得られた保護シートを被覆したポリエチレン被覆鋼管の耐衝撃性を評価するために、ＡＳＴＭ  Ｇ  １４の規定に従って先端径１５．８７５ｍｍのポンチを用いた衝撃試験を行い、被覆の貫通に要する衝撃エネルギーを測定した。衝撃試験は２３℃で行った。さらに、耐連続衝撃性を評価するために、衝撃試験と同一の試験装置を用いて、５０Ｊの衝撃を被覆の一点に連続して与え、被覆を貫通するまでに要した衝撃回数を測定する連続衝撃試験を行った。
【００３０】
ｉｖ）耐水性の評価
（ｉｉ）で得られた保護シートを被覆したポリエチレン被覆鋼管の耐水性を評価するために、ポリエチレン被覆鋼管を、６０℃の温水に２０００時間浸漬し、保護シートの層間剥離の有無を調べた。
【００３１】
（実施例２〜１１）
表４（２）〜（１１）に示す組成の保護シートを実施例１（ｉ）と同じ要領で製作した。そして実施例１（ｉｉ）と同じ要領で、表４（２）〜（１１）に記した保護シートを被覆したポリエチレン被覆鋼管を得た。なお、表４に記してある記号（Ａ）〜（Ｆ）、（ａ）〜（ｆ）、（イ）〜（ニ）はそれぞれ、表１（Ａ）〜（Ｆ）に該当する布帛の種類、表２（ａ）〜（ｆ）に該当するプライマーの種類、表３（イ）〜（ニ）に該当するポリオレフィンの種類である。
【００３２】
このポリエチレン被覆鋼管の耐衝撃性を実施例１（ｉｉｉ）と同じ要領で評価した。また、耐水性を実施例１（ｉｖ）と同じ要領で評価した。
【００３３】
（比較例）
表４（１３）〜（３３）に示す組成の保護シートを実施例１（ｉ）と同じ要領で製作した。そして実施例１（ｉｉ）と同じ要領で、表４（１２）〜（３３）に記した保護シートを被覆したポリエチレン被覆鋼管を得た。なお、表４（１２）は保護シートを被覆していないポリオレフィン被覆鋼管である。
【００３４】
このポリエチレン被覆鋼管の耐衝撃性を実施例１（ｉｉｉ）と同じ要領で評価した。また、耐水性を実施例１（ｉｖ）と同じ要領で評価した。
【００３５】
以上の結果をまとめて表４に示す。
【００３６】
表４から、下地処理を施した鋼材の表面に、変性ポリオレフィン層、ポリオレフィン層を積層するポリオレフィン被覆鋼材において、該ポリオレフィン層の表面に、さらに布帛にポリオレフィン樹脂をラミネートした保護シート、特に引っ張り伸び率が１０％以上であり、ポリオレフィン系プライマーを１質量％以上付着させた布帛に、ポリオレフィン樹脂をラミネートした保護シートを用いることによって、耐衝撃性および耐水性の優れたポリオレフィン被覆鋼材を得ることができることを確認できた。
【００３７】
【表４】
0003943715.tif 000006
【００３８】
【発明の効果】
実施例からも明らかなように、本発明のポリオレフィン被覆鋼材は、従来のポリオレフィン被覆鋼材よりも耐衝撃性や耐水性が優れるため、防食性を長期にわたり保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】下地処理を施した鋼材の表面に、変性ポリオレフィン層、ポリオレフィン層を被覆し、さらに布帛の両面にポリオレフィン樹脂をラミネートした保護シートを被覆した本発明のポリオレフィン被覆鋼材の断面図である。
【図２】従来（特開平０７−０６８７０２号公報に記載）のポリオレフィン被覆鋼材の断面図である。
【図３】鋼材として鋼管を用いた場合の、本発明のポリオレフィン被覆鋼材の製造方法を表す概略図である。
【符号の説明】
１  下地処理を施した鋼材
２  変性ポリオレフィン層
３  ポリオレフィン層
４  布帛の両面にポリオレフィン樹脂をラミネートしたポリオレフィン被覆鋼材用保護シート
５  引っ張り伸び率が１０％以上であり、ポリオレフィン系プライマーを１質量％以上付着させた布帛
６  ポリオレフィン樹脂
７  繊維クロス（特にガラス繊維）の両面に変性ポリオレフィンをラミネートしたポリオレフィン被覆鋼材用保護シート
８  繊維クロス
９  変性ポリオレフィン樹脂
１０  下地処理を施した鋼管
１１  スキューターニング式搬送装置
１２  溶融したポリオレフィン
１３  Ｔダイ
１４  ポリオレフィン被覆鋼材用保護シート
１５  熱風発生器
１６  圧着用ゴムロール
【図１】
0003943715.tif 000007
【図２】
0003943715.tif 000008
【図３】
0003943715.tif 000009