(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリオレフィン管より径大のポリオレフィン継手を介してポリオレフィン管を接合するに際し、管外表面部および継手内表面部の双方またはいずれか一方を酸変性ポリオレフィンで形成したポリオレフィン管とポリオレフィン継手とを用い、管と継手との間にアミノ基含有ケイ素化合物を含む処理剤を存在させた状態で、接合部分を加熱することを特徴とするポリオレフィン管の接合方法。
【請求項２】
少なくとも外表面部が酸変性ポリオレフィンで形成されたことを特徴とする請求項１に記載の接合方法に用いるポリオレフィン管。
【請求項３】
少なくとも内表面部が酸変性ポリオレフィンで形成されたことを特徴とする請求項１に記載の接合方法に用いるポリオレフィン継手。
【請求項４】
アミノ基含有ケイ素化合物を含むことを特徴とする請求項１に記載の接合方法に用いる処理剤。
【請求項５】
ポリオレフィン管より径大のポリオレフィン継手を介してポリオレフィン管を接合するに際し、管外表面部および継手内表面部の双方またはいずれか一方をアミノ基含有ケイ素化合物を含む酸変性ポリオレフィンで形成したポリオレフィン管とポリオレフィン継手とを用い、接合部分を加熱することを特徴とするポリオレフィン管の接合方法。
【請求項６】
少なくとも外表面部がアミノ基含有ケイ素化合物を含む酸変性ポリオレフィンで形成されたことを特徴とする請求項５に記載の接合方法に用いるポリオレフィン管。
【請求項７】
少なくとも内表面部がアミノ基含有ケイ素化合物を含む酸変性ポリオレフィンで形成されたことを特徴とする請求項５に記載の接合方法に用いるポリオレフィン継手。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリオレフィン管の接合方法、該方法に用いるポリオレフィン管、ポリオレフィン継手および処理剤に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
従来から、ガス用、水道用、給湯暖房用などのポリオレフィン管（ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリメチルペンテンなどからなる管）の接合には、エレクトロフュージョン法（ＥＦ法）が用いられている。この方法は、図１および図２に示すように、製造時に予め内周表面近傍に電熱線１がスパイラル状に埋め込まれているポリオレフィン製のエレクトロフュージョン継手（ＥＦ継手）３と接合されるべき２本のポリオレフィン管５，７とをセットした後、コントローラー（図示せず）から電熱線１に所定の電気エネルギーを供給し、発熱させることにより、ＥＦ継手３の内表面部とポリオレフィン管５，７の外表面部とを溶融接合させる方法である。
【０００３】
ＥＦ法は、1)施工が簡単なので、管の切断後の接合、修理などの作業を容易に行うことができる、2)自動化が容易なので、現場での施工品質が安定している、3)工具コスト、工具維持管理費が低い、4)ＥＦ継手のコストは高いが、トータルの工事費は低減される、などの利点を有しているので、急速に普及しつつある。
【０００４】
ＥＦ法によるポリオレフィン管の接合に際しては、良好な融着接合部を形成させるために、前処理として、管表面のカンナ掛け（スクレイプ）およびアセトン、アルコールなどの有機溶媒による拭き取りが行われている。これらの前処理により、ポリオレフィン管表面の酸化物の除去（通常２０μｍ程度）および管表面の付着物（砂、泥水、機械油、グリース、カンナ掛けにより生成したポリオレフィン微細片など）が除去され、ＥＦ継手と管との良好な融着接合状態が得られる。
【０００５】
しかしながら、実際には、ＥＦ法によるポリオレフィン管の接合は、良好な作業条件を確保しにくい現場で実施されることが多い。従って、上記の前処理終了後にも、良好な融着接合を阻害する状態が生じやすい。その代表例が、ポリオレフィン管表面或いはＥＦ継手表面への微細な砂の付着である。このような砂の付着は、肉眼では確認できないことが多く、そのままの状態でＥＦ法によるＥＦ継手−ポリオレフィン管の接合が行われることがある。このような状態で得られた接合であっても、通常の条件下では殆ど何の障害も生じないことが確認されている。しかしながら、仮に地震などにより、このような接合部に異常な力が加わった場合などには、不完全融着部から亀裂が進行して、ガス漏れなどが発生する危険性が存在する。
【０００６】
本発明の主な目的は、現場におけるポリオレフィン管の接合作業においても、常に良好な接合部を得ることができるポリオレフィン管の接合技術を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の如き従来技術の現状に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、管外表面部および継手内表面部の双方またはいずれか一方を酸変性ポリオレフィンで形成したポリオレフィン管とポリオレフィン継手とを用い、管と継手との間にアミノ基含有ケイ素化合物を含む処理剤を付与し、加熱する場合には、ポリオレフィン継手とポリオレフィン管との融着接合が極めて良好に行われることを見出した。
【０００８】
また、管外表面部および継手内表面部の双方またはいずれか一方をアミノ基含有ケイ素化合物を含む酸変性ポリオレフィンで形成したポリオレフィン管とポリオレフィン継手とを用い、接合部分を加熱する場合にも、ポリオレフィン継手とポリオレフィン管との融着接合が極めて良好に行われることを見出した。
【０００９】
さらに、これらの際、ポリオレフィン管表面またはポリオレフィン継手表面に微細な砂が付着していたとしても、両者の接合強度には実質的に影響しないことを見出した。
【００１０】
すなわち、本発明は、下記のポリオレフィン管の接合方法、それに用いるポリオレフィン管、ポリオレフィン継手および処理剤を提供するものである。
【００１１】
１．  ポリオレフィン管より径大のポリオレフィン継手を介してポリオレフィン管を接合するに際し、管外表面部および継手内表面部の双方またはいずれか一方を酸変性ポリオレフィンで形成したポリオレフィン管とポリオレフィン継手とを用い、管と継手との間にアミノ基含有ケイ素化合物を含む処理剤を存在させた状態で、接合部分を加熱することを特徴とするポリオレフィン管の接合方法。
【００１２】
２．  少なくとも外表面部が酸変性ポリオレフィンで形成されたことを特徴とする上記項１に記載の接合方法に用いるポリオレフィン管。
【００１３】
３．  少なくとも内表面部が酸変性ポリオレフィンで形成されたことを特徴とする上記項１に記載の接合方法に用いるポリオレフィン継手。
【００１４】
４．  アミノ基含有ケイ素化合物を含むことを特徴とする上記項１に記載の接合方法に用いる処理剤。
【００１５】
５．  ポリオレフィン管より径大のポリオレフィン継手を介してポリオレフィン管を接合するに際し、管外表面部および継手内表面部の双方またはいずれか一方をアミノ基含有ケイ素化合物を含む酸変性ポリオレフィンで形成したポリオレフィン管とポリオレフィン継手とを用い、接合部分を加熱することを特徴とするポリオレフィン管の接合方法。
【００１６】
６．  少なくとも外表面部がアミノ基含有ケイ素化合物を含む酸変性ポリオレフィンで形成されたことを特徴とする上記項５に記載の接合方法に用いるポリオレフィン管。
【００１７】
７．  少なくとも内表面部がアミノ基含有ケイ素化合物を含む酸変性ポリオレフィンで形成されたことを特徴とする上記項５に記載の接合方法に用いるポリオレフィン継手。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の接合方法（請求項１に記載の接合方法）においては、ポリオレフィン管の外表面部およびポリオレフィン継手の内表面部の双方またはいずれか一方が酸変性ポリオレフィンで形成されていれば良い。従って、ポリオレフィン管の外表面部が酸変性ポリオレフィンで形成されている場合には、継手としては通常のポリオレフィン継手を用いることができる。また、ポリオレフィン継手の内表面部が酸変性ポリオレフィンで形成されている場合には、管としては通常のポリオレフィン管を用いることができる。
【００１９】
第１の接合方法に使用する、外表面部が酸変性ポリオレフィンで形成されたポリオレフィン管は、図３に示すように、ポリオレフィン管９，１１の少なくとも外表面部１３，１５が酸変性ポリオレフィンで形成されているものである。酸変性ポリオレフィンとは、主成分であるオレフィンモノマーと炭素−炭素二重結合を有するカルボン酸成分とを一定の割合で共重合させたもの、またはこのような共重合体とポリオレフィンとを結合もしくは混合したものであり、樹脂内にカルボキシル基を有している。オレフィンモノマーとしては、エチレン、プロピレン、ブテン、メチルペンテンなどが挙げられるが、なかでもエチレン、プロピレンが好ましい。炭素−炭素二重結合を有するカルボン酸成分としては、マレイン酸、無水マレイン酸、アクリル酸、メタクリル酸などが挙げられるが、なかでもマレイン酸、無水マレイン酸が好ましい。樹脂中のカルボン酸成分の含有率は、通常０．０１〜１重量％であり、好ましくは０．１〜０．２重量％である。
【００２０】
ポリオレフィン管９，１１は、ポリオレフィン継手１７と接する外表面部１３，１５が少なくとも酸変性ポリオレフィンで形成されていれば良く、外表面部以外の部分は通常のポリオレフィンで形成されていても良い。このような場合には、酸変性ポリオレフィンと通常のポリオレフィンとの共押出し成形により、２層以上からなるポリオレフィン管を押出し成形すれば良い。この場合、外表面部を形成する酸変性ポリオレフィン層の厚さは０．５〜２ｍｍであるのが好ましい。一方、ポリオレフィン管の全体が酸変性ポリオレフィンで形成されていても良い。
【００２１】
第１の接合方法に使用するポリオレフィン継手１７は、その内径が前記ポリオレフィン管９，１１の外径より大きく、その内表面部１９にポリオレフィン管の外表面部１３，１５が接するように、ポリオレフィン管を挿入して設置することができる。
【００２２】
この接合方法に使用する、内表面部が酸変性ポリオレフィンで形成されたポリオレフィン継手は、図３に示すように、ポリオレフィン継手１７の少なくとも内表面部１９が酸変性ポリオレフィンで形成されているものである。酸変性ポリオレフィンは、上述したものと同様である。
【００２３】
ポリオレフィン継手１７は、ポリオレフィン管９，１１と接する内表面部１９が少なくとも酸変性ポリオレフィンで形成されていれば良く、内表面部以外の部分は通常のポリオレフィンで形成されていても良い。この場合、内表面部を形成する酸変性ポリオレフィン層の厚さは０．５〜２ｍｍであるのが好ましい。勿論、ポリオレフィン継手の全体が酸変性ポリオレフィンで形成されていても良い。
【００２４】
このようなポリオレフィン継手を製造するには、ＥＦ継手の場合には、例えば次のように行う。
【００２５】
まず、押出し成形により電熱線を酸変性ポリオレフィンで被覆し、この被覆された電熱線をコアの外周面に隙間なく巻回す。次に、被覆電熱線を巻回したコアを半割状の金型内に設置した後に、金型を型閉めし、コアと金型との間に形成されたキャビティに溶融したポリオレフィンまたは溶融した酸変性ポリオレフィンを射出して硬化させる。硬化後に金型を外し、コアを抜けば、ポリオレフィン継手が得られる。この場合には、電熱線を被覆した酸変性ポリオレフィンによってポリオレフィン継手の内表面部が形成される。
【００２６】
なお、本発明で使用するポリオレフィン継手は、ＥＦ継手に限られず、外部熱源（ヒーター）を用いるＨＦ継手であっても良い。
【００２７】
ＨＦ継手を製造するには、例えば、継手の内表面部を構成する酸変性ポリオレフィン円筒体を準備し、この酸変性ポリオレフィン円筒体を金型内に設置した後に、円筒体の外周面と金型との間に形成されたキャビティに溶融したポリオレフィンまたは溶融した酸変性ポリオレフィンを射出して硬化させれば良い。
【００２８】
第１の接合方法においてポリオレフィン管とポリオレフィン継手との間に存在させて使用する処理剤に含まれるアミノ基含有ケイ素化合物としては、アミノ基を含有するケイ素化合物であれば特に限定されないが、アミノ基とアルコキシル基とを併有するケイ素化合物が好ましい。このようなケイ素化合物としては、アミノ基含有シランカップリング化合物、すなわちアミノ基型シランカップリング化合物が挙げられる。アミノ基型シランカップリング化合物としては、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシランなどが好ましい。アミノ基型シランカップリング化合物は、単独で使用しても良く、または２種以上を併用しても良い。これらの中でも、γ−アミノプロピルトリメトキシシランが特に好ましい。
【００２９】
本発明の処理剤においては、反応促進剤や溶剤を含んでも良い。
【００３０】
第１の接合方法を実施するに際しては、所定のアミノ基含有ケイ素化合物を含む処理剤を調製し、ポリオレフィン管外面および／またはポリオレフィン継手内面に処理剤を付与し、次いで継手内に管を挿入した後、常法に従って加熱する。処理剤の付与方法としては、(a)処理剤をティッシュペーパー或いは紙シートに付着させて、ポリオレフィン管外面および／またはポリオレフィン継手内面に塗布する方法、(b)刷毛を用いて、処理剤をポリオレフィン管外面および／またはポリオレフィン継手内面に塗布する方法、(c)処理剤をポリオレフィン管外面および／またはポリオレフィン継手内面に吹き付け塗布する方法などの公知の手段を採用することができる。或いは、処理剤を付与した後、管外表面および／または継手外表面を紫外線照射などによる前処理に供しても良い。
【００３１】
接合面に対するアミノ基含有ケイ素化合物の付与量は、特に限定されるものではないが、通常０．００１〜１００ｇ／ｍ2程度であり、より好ましくは０．０１〜１００ｇ／ｍ2程度である。
【００３２】
加熱条件も、特に限定されるものではないが、標準的な条件として、通常のポリオレフィン管とポリオレフィン継手との加熱融着で採用されている１８０〜２２０℃程度で１０〜３０秒程度である。
【００３３】
本発明方法を実施するに際しては、従来技術におけると同様に、予めポリオレフィン管のカンナ掛けおよび／またはアルコール拭きを行っても良い。この場合には、管と継手との接合特性をより一層向上させることができる。
【００３４】
本発明の第２の接合方法（請求項５に記載の接合方法）においては、ポリオレフィン管の外表面部およびポリオレフィン継手の内表面部の双方またはいずれか一方がアミノ基含有ケイ素化合物を含む酸変性ポリオレフィンで形成されていれば良い。従って、ポリオレフィン管の外表面部がアミノ基含有ケイ素化合物を含む酸変性ポリオレフィンで形成されている場合には、継手としては通常のポリオレフィン継手を用いることができる。また、ポリオレフィン継手の内表面部がアミノ基含有ケイ素化合物を含む酸変性ポリオレフィンで形成されている場合には、管としては通常のポリオレフィン管を用いることができる。
【００３５】
第２の接合方法に使用する、外表面部がアミノ基含有ケイ素化合物を含む酸変性ポリオレフィンで形成されたポリオレフィン管は、ポリオレフィン管９，１１の少なくとも外表面部１３，１５がアミノ基含有ケイ素化合物を含む酸変性ポリオレフィンで形成されているものである。アミノ基含有ケイ素化合物および酸変性ポリオレフィンは、上述したものと同様である。
【００３６】
ポリオレフィン管９，１１は、ポリオレフィン継手１７と接する外表面部１３，１５が少なくともアミノ基含有ケイ素化合物を含む酸変性ポリオレフィンで形成されていれば良く、外表面部以外の部分は通常のポリオレフィンで形成されていても良い。このような場合には、アミノ基含有ケイ素化合物を含む酸変性ポリオレフィンと通常のポリオレフィンとの共押出し成形により、２層以上からなるポリオレフィン管を押出し成形すれば良い。この場合、外表面部を形成するアミノ基含有ケイ素化合物を含む酸変性ポリオレフィン層の厚さは０．５〜２ｍｍであるのが好ましい。一方、ポリオレフィン管の全体がアミノ基含有ケイ素化合物を含む酸変性ポリオレフィンで形成されていても良い。
【００３７】
アミノ基含有ケイ素化合物を含む酸変性ポリオレフィンにおいて、アミノ基含有ケイ素化合物の含有量は、通常０．０１〜１０重量％程度であり、好ましくは０．１〜５重量％程度である。
【００３８】
アミノ基含有ケイ素化合物と酸変性ポリオレフィンとを混合するには、例えば、酸変性ポリオレフィンを１４５〜１５５℃程度に加熱し、これにアミノ基含有ケイ素化合物を添加して混練すれば良い。
【００３９】
第２の接合方法に使用する、内表面部がアミノ基含有ケイ素化合物を含む酸変性ポリオレフィンで形成されたポリオレフィン継手は、ポリオレフィン継手１７の少なくとも内表面部１９がアミノ基含有ケイ素化合物を含む酸変性ポリオレフィンで形成されているものである。アミノ基含有ケイ素化合物、酸変性ポリオレフィン、アミノ基含有ケイ素化合物の含有量等は、上述したものと同様である。
【００４０】
ポリオレフィン継手１７は、ポリオレフィン管９，１１と接する内表面部１９が少なくともアミノ基含有ケイ素化合物を含む酸変性ポリオレフィンで形成されていれば良く、内表面部以外の部分は通常のポリオレフィンで形成されていても良い。この場合、内表面部を形成するアミノ基含有ケイ素化合物を含む酸変性ポリオレフィン層の厚さは０．５〜２ｍｍであるのが好ましい。勿論、ポリオレフィン継手の全体がアミノ基含有ケイ素化合物を含む酸変性ポリオレフィンで形成されていても良い。
【００４１】
このようなポリオレフィン継手を製造するには、例えばＥＦ継手の場合には、第１の接合方法に使用するポリオレフィン継手の製造において述べた電熱線を被覆する酸変性ポリオレフィンに代えてアミノ基含有ケイ素化合物を含む酸変性ポリオレフィンを用いれば良い。また、ＨＦ継手を製造するには、継手の内表面部を構成する円筒体として、アミノ基含有ケイ素化合物を含む酸変性ポリオレフィン円筒体を用いれば良い。
【００４２】
第２の接合方法を実施するに際しては、ポリオレフィン継手内にポリオレフィン管を挿入した後、常法に従って加熱すれば良い。
【００４３】
加熱条件は、特に限定されるものではないが、標準的な条件として、通常のポリオレフィン管とポリオレフィン継手との加熱融着で採用されている１８０〜２２０℃程度で１０〜３０秒程度である。
【００４４】
本発明方法を実施するに際しては、従来技術におけると同様に、予めポリオレフィン管のカンナ掛けおよび／またはアルコール拭きを行っても良い。この場合には、管と継手との接合特性をより一層向上させることができる。
【００４５】
本発明により、ポリオレフィン管と継手との接合特性が著しく改善されるのは、以下のような理由によるものと推測される。
【００４６】
アミノ基含有ケイ素化合物中のアミノ基と酸変性ポリオレフィン中のカルボキシル基とが反応してアミド結合を形成するので、管と継手とが強固に結合する。
【００４７】
Ｓｉ−Ｘ（Ｘ＝アルコキシル基）を有するケイ素化合物は、砂表面のＳｉ−ＯＨと反応して、化学的な結合を形成しやすい。
【００４８】
また、Ｓｉ−Ｏ結合を有するケイ素化合物は、砂表面のＳｉ−ＯＨおよびＳｉ−Ｏと親和性を有する。
【００４９】
一方、Ｓｉ−Ｒ（Ｒ＝アルキル基、アルキレン基などの炭化水素基）を有するケイ素化合物は、ポリオレフィン管と親和性を有する。
【００５０】
従って、本発明方法により、ポリオレフィン管とポリオレフィン継手との接合を行う場合には、仮にポリオレフィン管表面に砂が残存していたとしても、砂自体が化学的に接合部の一部として取り込まれるので、接合部の強度を著しく低下させることはない。
【００５１】
【実施例】
以下に実施例および比較例を示し、本発明の特徴とするところをより一層明確にする。
【００５２】
実施例１および２
マレイン酸変性ポリエチレン（三菱化学(株)製、商品名：モディックＡＰ、マレイン酸含有率約０．１５重量％）とポリエチレン（三井化学(株)製、商品名：ＮＺ４００４Ｍ）を用いて、共押出し成形により、外表面部（厚さ０．５ｍｍ）がマレイン酸変性ポリエチレンで形成された２層からなるポリエチレン管（外径４２ｍｍ、肉厚３．９ｍｍ）を製造した。
【００５３】
ポリエチレン製ＥＦ継手としては、３０Ａガス用ポリエチレン継手（ＭＭＳ継手、内径４２．４ｍｍ、肉厚５．１ｍｍ）を用いた。
【００５４】
上記ポリエチレン管の外表面０．２ｍｍをスクレイプした後にアルコール拭きすることにより、前処理し、次いで、この前処理したポリエチレン管の外表面に所定量の砂（粒径１０６μｍ以下）を付着させた。
【００５５】
次いで、γ−アミノプロピルトリメトキシシランからなる処理剤を霧吹き器を用いて、上記の前処理したポリエチレン管表面に塗布した後（付与量：８０ｇ／ｍ2）、上記のポリエチレン製ＥＦ継手内に設置し、平均クリアランス０．６ｍｍで９０秒間通電して、接合を行った。この通電に際しての入力電圧は、約７５Ｖであり、接合部は、約１８０℃以上の温度に約３０秒保持された。
【００５６】
次いで、接合部の管長さ方向に一定間隔をおいて１０ｍｍ幅の試験片８個を切り出し、図４に示すように、ＥＦ継手の端部に継ぎ棒を溶接し、ピール試験（接合部強度試験）を行った。接合部の長さは、２６．０ｍｍ（ＥＦ継手の加熱帯幅に同じ）であり、ピール試験時の条件は、温度２３．０℃、引張速度５０ｍｍ／秒であった。下記の表１に、得られた結果を示す。
【００５７】
実施例３
ポリエチレン管を製造する際に、マレイン酸変性ポリエチレンを用いるのに代えて、γ−アミノプロピルトリメトキシシランを約３重量％含有するマレイン酸変性ポリエチレンを用いたことと、ポリエチレン管を接合する際に、該ポリエチレン管表面に処理剤を塗布しなかったこと以外は、実施例１および２の手法に準じて接合操作とピール試験とを行った。下記の表１に、得られた結果を示す。
【００５８】
比較例１〜３
現用の標準融着接合に相当するものである。すなわち、酸変性していない通常のポリエチレン管とポリエチレン製ＥＦ継手を用いて、処理剤を用いずに、接合操作を行った。実施例１および２と同様にしてピール試験を行った。下記の表１に、得られた結果を示す。
【００５９】
参考例１および２
酸変性していない通常のポリエチレン管とポリエチレン製ＥＦ継手、ならびにγ−アミノプロピルトリメトキシシランからなる処理剤を用いて、実施例１および２の手法に準じて接合操作とピール試験とを行った。下記の表１に、得られた結果を示す。
【００６０】
【表１】
0003755052.tif 000002
表１に示す結果から明らかなように、比較例２、３と比べて、実施例２、３は、ピール荷重および残存長さについて極めて高い値を示している。また、参考例２と比べても、実施例２、３は、ピール荷重および残存長さについて良好な値を示している。
【００６１】
このことから、本発明の接合方法により、砂が付着した状態においても、ポリエチレン管接合部の特性が著しく改善されることが明らかである。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、現場での不利な作業条件下においても、ポリオレフィン継手を介するポリオレフィン管の接合特性が著しく改善される。
【００６３】
アミノ基含有ケイ素化合物を付与する際にも、従来行われてきたアセトン拭き、アルコール拭きなどと同様にして行うことができるので、作業工程を変更する必要はない。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＥＦ継手を使用する２本のポリオレフィン管の接合方法の概要を示す断面図である。
【図２】ＥＦ継手を使用する２本のポリオレフィン管の接合方法の概要を示す断面図である。
【図３】ＥＦ継手を使用する２本のポリオレフィン管の本発明の接合方法の概要を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例におけるピール試験片の作成法と試験法の概要を示す側面図である。
【図１】
0003755052.tif 000003
【図２】
0003755052.tif 000004
【図３】
0003755052.tif 000005
【図４】
0003755052.tif 000006