JP2013173340A - 溶接接合性に優れたポリエチレン被覆鋼管 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】外面にポリエチレン樹脂の被覆層を有するポリエチレン被覆鋼管であって、該ポリエチレン被覆鋼管は内面に塗装膜を有し、該塗装膜が、塗料固形分中100重量部に対し、アルキルシリケートを80重量部以上95重量部以下含有する塗料の硬化塗膜である。または、前記塗装膜が、塗料固形分中100重量部に対し、アルキルシリケートを5重量部以上、犠牲防食作用を有する金属粉末を30重量部以上含有する塗料の硬化塗膜である。
【選択図】なし
Description
鋼管の内面は、無塗装のケースと、エポキシ樹脂塗料などの塗装を行ったケースのそれぞれが知られている。
鋼管同士の接合は、呼び径80A以下の小径ではねじ接合も使われるが、100A以上の径の場合には、溶接接合が一般的である。
また、ガス導管として使用後も、外面に継手等の部材を溶接で接続するケースもあり、その際の溶接熱による内面塗装の熱分解生成物によっても電磁弁等の動作不良を起こすことがある。
[1]外面にポリエチレン樹脂の被覆層を有するポリエチレン被覆鋼管であって、該ポリエチレン被覆鋼管は内面に塗装膜を有し、該塗装膜が、塗料固形分中100重量部に対し、アルキルシリケートを80重量部以上95重量部以下含有する塗料の硬化塗膜であることを特徴とする溶接接合性に優れたポリエチレン被覆鋼管。
[2]外面にポリエチレン樹脂の被覆層を有するポリエチレン被覆鋼管であって、該ポリエチレン被覆鋼管は内面に塗装膜を有し、該塗装膜が、塗料固形分中100重量部に対し、アルキルシリケートを5重量部以上、犠牲防食作用を有する金属粉末を30重量部以上含有する塗料の硬化塗膜であることを特徴とする溶接接合性に優れたポリエチレン被覆鋼管。
[3]外面にポリエチレン樹脂の被覆層を有するポリエチレン被覆鋼管であって、該ポリエチレン被覆鋼管は内面に塗装膜を有し、該塗装膜が、塗料固形分中100重量部に対し、アルキルシリケートを5重量部以上、亜鉛末を30重量部以上含有する塗料の硬化塗膜であることを特徴とする溶接接合性に優れたポリエチレン被覆鋼管。
[4]外面にポリエチレン樹脂の被覆層を有するポリエチレン被覆鋼管であって、該ポリエチレン被覆鋼管は内面に塗装膜を有し、該塗装膜が、塗料固形分中100重量部に対し、アルキルシリケートが40〜60重量部、犠牲防食作用を有する金属粉末を40〜60重量部含有する塗料の硬化塗膜であることを特徴とする溶接接合性に優れたポリエチレン被覆鋼管。
[5]外面にポリエチレン樹脂の被覆層を有するポリエチレン被覆鋼管であって、該ポリエチレン被覆鋼管は内面に塗装膜を有し、該塗装膜が、塗料固形分中100重量部に対し、アルキルシリケートが40〜60重量部、亜鉛末を40〜60重量部含有する塗料の硬化塗膜であることを特徴とする溶接接合性に優れたポリエチレン被覆鋼管。
[6]前記[1]〜[5]のいずれかにおいて、前記アルキルシリケートのアルキル基がエチル基であることを特徴とする溶接接合性に優れたポリエチレン被覆鋼管。
[7]外面にポリエチレン樹脂の被覆層を有するポリエチレン被覆鋼管であって、該ポリエチレン被覆鋼管は内面に塗装膜を有し、該塗装膜が、塗膜固形分100重量部に対し、シロキサン結合を有する成分が2重量部以上、亜鉛末が40重量部以上含まれる硬化塗膜であることを特徴とする溶接接合性に優れたポリエチレン被覆鋼管。
[8]前記[1]〜[7]のいずれかにおいて、前記塗装膜の平均膜厚が5〜80μmの範囲であることを特徴とする溶接接合性に優れたポリエチレン被覆鋼管。
[9]前記[1]〜[8]のいずれかにおいて、前記塗装膜の平均膜厚が10〜30μmの範囲であることを特徴とする溶接接合性に優れたポリエチレン被覆鋼管。
本発明の対象とする鋼管は、外面はポリエチレン被覆されている。ポリエチレン被覆は押出成形機から丸ダイまたはTダイを介して鋼管表面に被覆する。接着タイプにおいては、ポリエチレンとプライマーの間にモディファイドポリエチレンの層を形成するために、共押出により被覆してもよい。
なお、本発明の鋼管は、外面をポリエチレンで被覆するポリエチレン被覆鋼管を対象とするが、例えば、ポリプロピレン被覆鋼管であっても本発明の効果を奏することができる。その他としては、エポキシ樹脂塗装、アクリル樹脂塗料、ポリウレタン樹脂塗料、合成樹脂調合ペイント、フタル酸樹脂塗料、ジンクリッチプライマー、ジンクリッチペイント、ウォッシュプライマー、防錆油などで外面が塗装された外面塗装鋼管、無塗装の鋼管も好適に用いることができる。
本発明では、アルキルシリケートを含有する塗料を鋼管の内面に塗装する。アルキルシリケートは塗装された後、空気中の水分により強固なシロキサン結合を有する塗膜を形成し、溶接時の高温でもガス導管の電磁弁の動作不良やフィルターの詰りなどの不具合を起こす塗膜熱分解生成物を生じさせない。上記作用を有するためには、アルキルシリケートの含有量としては、塗料固形分中100重量部に対し80重量部以上95重量部以下であることが必要である。つまり、塗料固形分100重量部の内にアルキルシリケートが80重量部以上95重量部以下含まれていることが必要である。ここで言う塗料固形分とは、硬化塗膜が形成される際には揮発して大気中に放散していく2−プロパノールや1−ブタノールなどの塗料溶剤などの溶媒を除き、硬化塗膜を構成するための成分の総重量のことを意味しており、アルキルシリケート以外に、分散剤、レべリング剤、たれ止め剤など硬化塗膜性能の改善のための各種塗料添加剤や顔料をも含む。80重量部未満または95重量部を超えると塗膜の造膜性に劣り、塗膜の耐食性に悪影響を及ぼす。また、本発明の効果を損なわない限りで、塗料固形分中に上述の塗料添加材等が含有されていてもよいが、塗料添加剤の量が多くなると電磁弁誤動作が発生する。そのため、塗料添加剤の量は塗料固形分100重量部に対して5重量部以下が好ましい。
また、本発明では、アルキルシリケートと犠牲防食作用を有する金属粉末を含有する塗料を鋼管の内面に塗装することもできる。アルキルシリケートと犠牲防食作用を有する金属粉末を併せて含有することにより、アルキルシリケート単独で塗料に含有する場合と同様の作用を有することに加え、アルキルシリケート含有量を低減することができる。アルキルシリケートと犠牲防食作用を有する金属粉末を含有する場合は、アルキルシリケートの含有量としては、塗料固形分中100に対し5重量部以上であることが必要である。5重量部を下回ると塗膜の造膜性に劣り、必要な塗膜強度を確保できない。なお、特に40〜60重量部の範囲であれば、造膜性・耐食性・溶接時の熱分解生成物の低減効果が最も優れ、またヒュームの発生も抑えられ特に好ましい。犠牲防食作用を有する金属粉末は、溶接時の熱を加えても誤動作を引き起こすミストを発生させない効果があり、かつ内面塗装後、配管施工までの間の防錆性を向上させる効果がある。また、金属の犠牲防食作用により鋼管のさびの発生を抑え、仮に発生したとしてもガス導管の動作不良や詰りなどの不具合を発生させるような大きなさびを発生させない効果がある。必要な量は塗料固形分100重量部に対し、30重量部以上である。30重量部を下回ると塗膜の犠牲防食作用が不足し、保管期間中にさびが発生し易くなる。なお、特に40〜60重量部の範囲であれば、造膜性・耐食性・溶接時の熱分解生成物の低減効果が最も優れ、また金属ヒュームの発生も抑えられ特に好ましい。
犠牲防食作用を有する金属粉末としては、亜鉛、アルミニウム、マグネシウムなどの粉体である。中でも、亜鉛末は最も防食効果に優れ、造膜性も損なわない特性がある点から、好ましく用いることができる。
なお、アルキルシリケートと犠牲防食作用を有する金属粉末を含有する塗料を鋼管の内面に塗装する場合、アルキルシリケートと犠牲防食作用を有する金属粉末の合計量は塗料固形分100重量部に対し、80重量部以上が好ましい。80重量部未満では溶接接合性に劣る場合がある。
また前記金属粉末は塗料には粉末のまま混入して適宜混合してもよく、事前に粉末をペースト状など、分散し易い様な形とした上で混合しても良い。
また、アルキルシリケートおよび犠牲防食作用を有する金属粉末以外に、塗料添加剤および/または無機の体質顔料を塗料に含有することが出来る。塗料添加材の量が多くなると、電磁弁誤動作が発生する。そのため、塗料添加材の量は塗料固形分100重量部に対して5重量部以下が好ましい。
無機の体質顔料としては、タルク、炭酸カルシウム、酸化チタン、アルミナホワイト、塩基性炭酸マグネシウムなどがあげられる。
なお、ここでの塗料固形分は、アルキルシリケート、犠牲防食作用を有する金属粉末、各種塗料添加剤や顔料をも含むものである。
シロキサン結合を有する塗膜は、アルキルシリケートと亜鉛末を含有する塗料が塗装された後、空気中に含まれる水蒸気等の水分によりアルキルシリケートが加水分解して、造膜した際に出来る塗膜であり、本発明で形成される硬化塗膜(塗装膜)のことである。加水分解の際に発生する成分は揮発性のアルコール(例えば、メチルシリケートの場合にはメタノール、エチルシリケートの場合にはエタノールが挙げられる。)であり、ガス導管としての使用中にこれらは、ガス導管の詰りや誤動作を引き起こす原因成分ではないという技術的意義がある。
シロキサン結合を有する塗膜は、シロキサン結合を主骨格とした高分子を主成分としており、必要によって、犠牲防食作用を有する金属粉末及び/または無機体質顔料等を含んでいる。塗装膜が本発明のシロキサン結合を有する塗膜であることは、従来公知の塗装膜の分析方法、例えば、蛍光X線分析、赤外吸光分析、酸に溶解した後の誘導結合プラズマ発光分光法、誘導結合プラズマ質量分析法等での元素分析、官能基分析等により確認できる。
ここでの、塗膜固形分は、硬化塗膜(塗装膜)を意味する。
なお、シロキサン結合を有する成分の塗膜固形分に対する割合は、赤外吸光分析によりシロキサン結合の特性吸収である1030cm-1付近での吸光度を測定することによって求めた。吸光度とシロキサン結合を有する成分の量との相関は、例えば、純度の高いエチルシリケートを酸触媒の元で完全に加水分解して得られた無機ケイ素化合物を基準物質として用い、その重量と上記吸光度の相関を求めそれより導出した。また、硬化塗膜(塗装膜)中の犠牲防食作用を有する金属粉末の量は、硬化塗膜(塗装膜)を 蛍光X線分析、および塗膜を酸で溶解し誘導結合プラズマ発光分光法により求めた。
この要件が好ましいのは、アルキル基の炭素数が小さいほど加水分解反応が早くなり造膜速度が早くなるからである。また、塗料としてのハンドリングのし易さの観点等から、適度な乾燥・造膜速度を持つエチル基が最適である。メチル基では反応が早すぎて造膜性に劣る場合があり、プロピル基以上の分子量の大きなアルキル基では、反応速度が遅くなり、同様に造膜性に劣る場合もある。したがって、アルキルシリケートのアルキル基がエチル基であることが好ましい。
内面の塗装の平均膜厚が5μm未満では、防錆効果が十分に発揮しない場合がある。80μm超えは塗膜の内部応力が大きくなり剥離し易くなり、また溶接時の亜鉛ヒュームの影響も大きくなることがある。したがって、内面塗装の平均膜厚:5〜80μmの範囲が好ましい。防錆性と亜鉛ヒューム影響、溶接時の熱分解成分の発生抑止の観点から、特に好ましい内面の塗装の平均膜厚は、10〜30μmの範囲である。膜厚の測定は、マイクロメーター、永久磁石式、光学式、渦電流式、静電容量式など適宜使用することができる。
本発明が適用されるポリエチレン被覆鋼管は、JIS G3469のP1H、P2S、P1T、P2H、P1Sなどが挙げられる。また、JIS G3469に限らず、ポリエチレン被覆鋼管およびその他の規格(APIなど)に適用されるポリエチレン被覆鋼管のいずれにも適用することができる。
まず素材である鋼管は、ガス用に用いられる配管用鋼管であれば特に種類は問わないが、JISG3452(SGP)、JISG3454(STPG)、JISG3457(STPY),JISG3460(STPL)、ISO3183、API Spec5Lなどが好ましく用いられる。鋼管同士の接合は、溶接により行うため、予め両管端はベベル加工がなされていることが好ましい。
鋼管は表面を酸洗、またはブラスト処理(ショットブラスト、グリットブラストなど)を行い、鋼管の内外面のさびや汚れ、ミルスケールを除去する。
次に、鋼管の素地調整後、内面塗装を行う。鋼管の内面に本発明の成分を含有した塗料を塗装する。塗装はエアレススプレーにより行うことが好ましい。塗装工程においては、鋼管の内面に先端にノズルのついたアームを装入し、鋼管を回転させながらノズル先端から塗料を噴出し、アームを徐々に引き抜きながら鋼管の内面全長に塗装を行う。予め鋼管の外径に応じて引き抜き速度を調整し、適切な膜厚とする。膜厚は電磁膜厚計にて測定することが好ましい。
外面化成処理工程においては、必要により外面にクロメート処理、ノンクロメート処理、リン酸塩処理、リン酸処理などの化成処理を行うことができる。
表1中、アルキルシリケート、犠牲防食作用を有する金属粉末、その他添加物、その他成分の重量部は、塗料固形分100重量部に対する各成分の重量部である。
表1中、シロキサン結合成分、金属粉末の重量部は、前述の方法にて求めた、塗膜固形分100重量部に対する各成分の重量部である。
Claims (9)
- 外面にポリエチレン樹脂の被覆層を有するポリエチレン被覆鋼管であって、該ポリエチレン被覆鋼管は内面に塗装膜を有し、該塗装膜が、塗料固形分中100重量部に対し、アルキルシリケートを80重量部以上95重量部以下含有する塗料の硬化塗膜であることを特徴とする溶接接合性に優れたポリエチレン被覆鋼管。
- 外面にポリエチレン樹脂の被覆層を有するポリエチレン被覆鋼管であって、該ポリエチレン被覆鋼管は内面に塗装膜を有し、該塗装膜が、塗料固形分中100重量部に対し、アルキルシリケートを5重量部以上、犠牲防食作用を有する金属粉末を30重量部以上含有する塗料の硬化塗膜であることを特徴とする溶接接合性に優れたポリエチレン被覆鋼管。
- 外面にポリエチレン樹脂の被覆層を有するポリエチレン被覆鋼管であって、該ポリエチレン被覆鋼管は内面に塗装膜を有し、該塗装膜が、塗料固形分中100重量部に対し、アルキルシリケートを5重量部以上、亜鉛末を30重量部以上含有する塗料の硬化塗膜であることを特徴とする溶接接合性に優れたポリエチレン被覆鋼管。
- 外面にポリエチレン樹脂の被覆層を有するポリエチレン被覆鋼管であって、該ポリエチレン被覆鋼管は内面に塗装膜を有し、該塗装膜が、塗料固形分中100重量部に対し、アルキルシリケートが40〜60重量部、犠牲防食作用を有する金属粉末を40〜60重量部含有する塗料の硬化塗膜であることを特徴とする溶接接合性に優れたポリエチレン被覆鋼管。
- 外面にポリエチレン樹脂の被覆層を有するポリエチレン被覆鋼管であって、該ポリエチレン被覆鋼管は内面に塗装膜を有し、該塗装膜が、塗料固形分中100重量部に対し、アルキルシリケートが40〜60重量部、亜鉛末を40〜60重量部含有する塗料の硬化塗膜であることを特徴とする溶接接合性に優れたポリエチレン被覆鋼管。
- 前記アルキルシリケートのアルキル基がエチル基であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の溶接接合性に優れたポリエチレン被覆鋼管。
- 外面にポリエチレン樹脂の被覆層を有するポリエチレン被覆鋼管であって、該ポリエチレン被覆鋼管は内面に塗装膜を有し、該塗装膜が、塗膜固形分100重量部に対し、シロキサン結合を有する成分が2重量部以上、亜鉛末が40重量部以上含まれる硬化塗膜であることを特徴とする溶接接合性に優れたポリエチレン被覆鋼管。
- 前記塗装膜の平均膜厚が5〜80μmの範囲であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の溶接接合性に優れたポリエチレン被覆鋼管。
- 前記塗装膜の平均膜厚が10〜30μmの範囲であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の溶接接合性に優れたポリエチレン被覆鋼管。
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