JP2022168683A - 樹脂塗覆装鋼管およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】溶接施工時の熱によるミストの発生が抑えられるとともに、ガス管に適用した場合に管内に流すガスに含まれる付臭剤が内面塗膜に吸着されにくく、溶接施工により生じたスパッタや鉄粉などの汚れが内面塗膜に付着しにくい樹脂塗覆装鋼管を提供する。【解決手段】管外面に樹脂被覆層または塗膜を有し、管内面に塗膜を有する樹脂塗覆装鋼管であって、管内面の塗膜は、アルキルシリケート重縮合反応物を５質量％以上、亜鉛末を３０質量％以上含有する下層塗膜A1と、アルキルシリケート重縮合反応物を５０質量％以上含有し、且つ亜鉛末を含有しないか、若しくは亜鉛末を下層塗膜A1よりも少ない含有量で含有する上層塗膜A2を有する。上層塗膜A2を設けることで、管内面の塗膜を平滑化するとともに、下層塗膜A1の亜鉛粒が塗膜面に露出しないようにする。【選択図】図１
Description
本発明は、主にガス管として用いられる樹脂塗覆装鋼管とその製造方法に関するものである。
鋼管の外面に酸洗やブラスト処理などの素地調整を行った後、粘着剤または接着剤を介してポリエチレン被覆層を押出被覆により形成したポリエチレン被覆鋼管は、都市ガスなどのガス導管用鋼管として広く使用されている。
このポリエチレン被覆鋼管は、内面が無塗装の場合と、エポキシ樹脂塗料や無機ジンクリッチ系塗料などによる内面塗装が施される場合がある。
このポリエチレン被覆鋼管は、内面が無塗装の場合と、エポキシ樹脂塗料や無機ジンクリッチ系塗料などによる内面塗装が施される場合がある。
内面塗装が施されたポリエチレン被覆鋼管をガス導管に適用する場合、溶接施工時の熱により内面塗膜の熱分解生成物（以下「ミスト」という。）が発生し、このミストが配管系の電磁弁やフィルターに付着し、電磁弁作動不良やフィルター詰りなどの不具合を生じさせるという問題がある。
このような問題に対して、特許文献１には、アルキルシリケートをバインダー成分とする無機ジンクリッチ系塗料でポリエチレン被覆鋼管の内面塗装をする技術が示されており、このような内面塗装を施したポリエチレン被覆鋼管は、ガス導管の溶接施工時の熱によるミストの発生が抑えられため、近年急速に採用が拡大している。
このような問題に対して、特許文献１には、アルキルシリケートをバインダー成分とする無機ジンクリッチ系塗料でポリエチレン被覆鋼管の内面塗装をする技術が示されており、このような内面塗装を施したポリエチレン被覆鋼管は、ガス導管の溶接施工時の熱によるミストの発生が抑えられため、近年急速に採用が拡大している。
アルキルシリケートをバインダー成分とする無機ジンクリッチ系塗料で内面塗装したポリエチレン被覆鋼管は、上述したように溶接施工時の熱によるミストの発生を抑えることができるが、本発明者らが検討したところによれば、以下のような課題があることが判った。すなわち、無機ジンクリッチ系塗装で内面塗装したガス導管は、塗膜に含まれる亜鉛粒（亜鉛末）に起因する表面凹凸によって塗膜の平滑性が低下し、また塗膜表面に亜鉛粒が露出した状態となり、これらによって幾つかの問題を生じることが判った。
まず、管内に流すガスに含まれている付臭剤が塗膜に吸着され、ガスの臭いが初期に低下するという問題がある。この原因としては、（i）塗膜に含まれる亜鉛粒（亜鉛末）に起因する表面凹凸により塗膜の表面積が大きくなり、付臭剤が塗膜面に吸着されやすいこと、（ii）塗膜面に存在（露出）する亜鉛粒が付臭剤の硫黄分と親和性が高く、付臭剤の吸着サイトとなること、などが挙げられる。このガスの臭いが低下する問題は、ガスを定常的に流せば解消するが、ガス導管施工後にガスを流して行う臭気確認作業時になかなか臭いがしないという事象が発生し、ガスを多量に流す必要があるため臭気確認作業の能率が低下し、また、施工者に不安を与えるなどの問題もある。
また、ガス導管の溶接施工によりスパッタや鉄粉などの汚れが発生するため、溶接施工後にピグなどを用いた清掃が行われるが、内面塗膜の平滑性が低く、加えて塗膜面に亜鉛粒が存在（露出）していると、その汚れが塗膜面に付着しやすいため、清掃性が劣るという問題がある。
また、ガス導管の溶接施工によりスパッタや鉄粉などの汚れが発生するため、溶接施工後にピグなどを用いた清掃が行われるが、内面塗膜の平滑性が低く、加えて塗膜面に亜鉛粒が存在（露出）していると、その汚れが塗膜面に付着しやすいため、清掃性が劣るという問題がある。
したがって本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、溶接施工時の熱によるミストの発生が抑えられるとともに、（i）ガス管に適用した場合に、管内に流すガスに含まれている付臭剤が塗膜に吸着されにくい、（ii）溶接施工により生じたスパッタや鉄粉などの汚れが付着しにくく、溶接施工後の清掃が容易である、などの効果が得られる樹脂塗覆装鋼管およびその製造方法を提供することにある。
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、管内面の塗膜について、アルキルシリケート重縮合反応物と亜鉛末を含有する下層塗膜（アルキルシリケートをバインダー成分とする無機ジンクリッチ系塗料による塗膜）の上に、アルキルシリケート重縮合反応物を主成分とする上層塗膜を形成し、平滑な塗膜面とするとともに、下層塗膜の亜鉛粒が塗膜面に露出しないようにすることより、上記の課題を解決できることを見出した。
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。
［1］管外面に樹脂被覆層または塗膜を有し、管内面に塗膜を有する樹脂塗覆装鋼管であって、
管内面の塗膜は、アルキルシリケート重縮合反応物を５質量％以上、亜鉛末を３０質量％以上含有する下層塗膜（A1）と、アルキルシリケート重縮合反応物を５０質量％以上含有し、且つ亜鉛末を含有しないか、若しくは亜鉛末を下層塗膜（A1）よりも少ない含有量で含有する上層塗膜（A2）を有することを特徴とする樹脂塗覆装鋼管。
［2］上記［1］の樹脂塗覆装鋼管において、管内面の塗膜の表面粗さＲｚが１８μｍ以下であることを特徴とする樹脂塗覆装鋼管。
［1］管外面に樹脂被覆層または塗膜を有し、管内面に塗膜を有する樹脂塗覆装鋼管であって、
管内面の塗膜は、アルキルシリケート重縮合反応物を５質量％以上、亜鉛末を３０質量％以上含有する下層塗膜（A1）と、アルキルシリケート重縮合反応物を５０質量％以上含有し、且つ亜鉛末を含有しないか、若しくは亜鉛末を下層塗膜（A1）よりも少ない含有量で含有する上層塗膜（A2）を有することを特徴とする樹脂塗覆装鋼管。
［2］上記［1］の樹脂塗覆装鋼管において、管内面の塗膜の表面粗さＲｚが１８μｍ以下であることを特徴とする樹脂塗覆装鋼管。
［3］上記［1］または［2］の樹脂塗覆装鋼管において、上層塗膜（A2）が、平均粒径が５μｍ以上の粉体を含有しないことを特徴とする樹脂塗覆装鋼管。
［4］上記［1］～［3］のいずれかの樹脂塗覆装鋼管において、下層塗膜（A1）と上層塗膜（A2）が、有機化合物を含有しない無機系塗膜であることを特徴とする樹脂塗覆装鋼管。
［5］上記［1］～［4］のいずれかの樹脂塗覆装鋼管において、下層塗膜（A1）の膜厚と上層塗膜（A2）の膜厚が、各々５～８０μｍであることを特徴とする樹脂塗覆装鋼管。
［6］上記［1］～［5］のいずれかの樹脂塗覆装鋼管において、管外面にポリエチレン被覆層を有することを特徴とする樹脂塗覆装鋼管。
［4］上記［1］～［3］のいずれかの樹脂塗覆装鋼管において、下層塗膜（A1）と上層塗膜（A2）が、有機化合物を含有しない無機系塗膜であることを特徴とする樹脂塗覆装鋼管。
［5］上記［1］～［4］のいずれかの樹脂塗覆装鋼管において、下層塗膜（A1）の膜厚と上層塗膜（A2）の膜厚が、各々５～８０μｍであることを特徴とする樹脂塗覆装鋼管。
［6］上記［1］～［5］のいずれかの樹脂塗覆装鋼管において、管外面にポリエチレン被覆層を有することを特徴とする樹脂塗覆装鋼管。
［7］管外面に樹脂被覆層または塗膜を有し、管内面に塗膜を有する樹脂塗覆装鋼管の製造方法であって、
管内面を塗装するに際し、管内面に、塗料固形分中の割合でアルキルシリケートおよび／またはアルキルシリケートオリゴマーを５質量％以上、亜鉛末を３０質量％以上含有する下層塗膜用の塗料（a1）を塗装し、次いで、塗料固形分中の割合でアルキルシリケートおよび／またはアルキルシリケートオリゴマーを５０質量％以上含有し、且つ亜鉛末を含有しないか、若しくは亜鉛末を下層塗膜用の塗料（a1）よりも少ない含有量で含有する上層塗膜用の塗料（a2）を塗装することにより、管内面に下層塗膜（A1）と上層塗膜（A2）を有する塗膜を形成することを特徴とする樹脂塗覆装鋼管の製造方法。
管内面を塗装するに際し、管内面に、塗料固形分中の割合でアルキルシリケートおよび／またはアルキルシリケートオリゴマーを５質量％以上、亜鉛末を３０質量％以上含有する下層塗膜用の塗料（a1）を塗装し、次いで、塗料固形分中の割合でアルキルシリケートおよび／またはアルキルシリケートオリゴマーを５０質量％以上含有し、且つ亜鉛末を含有しないか、若しくは亜鉛末を下層塗膜用の塗料（a1）よりも少ない含有量で含有する上層塗膜用の塗料（a2）を塗装することにより、管内面に下層塗膜（A1）と上層塗膜（A2）を有する塗膜を形成することを特徴とする樹脂塗覆装鋼管の製造方法。
［8］上記［7］の製造方法において、管内面に下層塗膜（A1）と上層塗膜（A2）を有する表面粗さＲｚが１８μｍ以下の塗膜を形成することを特徴とする樹脂塗覆装鋼管の製造方法。
［9］上記［7］または［8］の製造方法において、上層塗膜用の塗料（a2）が、平均粒径が５μｍ以上の粉体を含有しないことを特徴とする樹脂塗覆装鋼管の製造方法。
［10］上記［7］～［9］のいずれかの製造方法において、下層塗膜用の塗料（a1）と上層塗膜用の塗料（a2）が、塗膜となる塗料固形分として有機化合物を含有しない無機系塗料であることを特徴とする樹脂塗覆装鋼管の製造方法。
［11］上記［7］～［10］のいずれかの製造方法において、下層塗膜（A1）の乾燥膜厚と上層塗膜（A2）の乾燥膜厚を、各々５～８０μｍとすることを特徴とする樹脂塗覆装鋼管の製造方法。
［12］上記［7］～［11］のいずれかの製造方法において、管外面にポリエチレン被覆層を形成することを特徴とする樹脂塗覆装鋼管の製造方法。
［9］上記［7］または［8］の製造方法において、上層塗膜用の塗料（a2）が、平均粒径が５μｍ以上の粉体を含有しないことを特徴とする樹脂塗覆装鋼管の製造方法。
［10］上記［7］～［9］のいずれかの製造方法において、下層塗膜用の塗料（a1）と上層塗膜用の塗料（a2）が、塗膜となる塗料固形分として有機化合物を含有しない無機系塗料であることを特徴とする樹脂塗覆装鋼管の製造方法。
［11］上記［7］～［10］のいずれかの製造方法において、下層塗膜（A1）の乾燥膜厚と上層塗膜（A2）の乾燥膜厚を、各々５～８０μｍとすることを特徴とする樹脂塗覆装鋼管の製造方法。
［12］上記［7］～［11］のいずれかの製造方法において、管外面にポリエチレン被覆層を形成することを特徴とする樹脂塗覆装鋼管の製造方法。
本発明の樹脂塗覆装鋼管は、溶接施工時の熱によるミストの発生が抑えられるとともに、（i）管内に流すガスに含まれている付臭剤が塗膜に吸着されにくい、（ii）溶接施工により生じたスパッタや鉄粉などの汚れが付着しにくい、という効果が得られる。このため、樹脂塗覆装鋼管をガス管として用いる場合、溶接施工時の熱により発生するミストが付着することよる電磁弁作動不良やフィルター詰りなどの不具合が改善されるとともに、上記（i）の効果により、ガス工事後のガス導入時に速やかに付臭剤の臭いが確認できるので、施工能率を改善することができ、また、上記（ii）の効果により、溶接施工後の管内面の清掃（ピグなどを用いた清掃）が容易になり、清掃作業性を改善することができる。
本発明の樹脂塗覆装鋼管は、管外面に樹脂被覆層または塗膜を有し、管内面に塗膜を有するものであり、種々の用途に使用することができるが、特にガス導管などのガス管に好適な樹脂塗覆装鋼管である。代表的には、管外面に樹脂被覆層を有するものとしてポリエチレン被覆鋼管、硬質塩化ビニル被覆鋼管などが挙げられ、管外面に塗膜を有するものとしてエポキシ塗装鋼管などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
管内面の塗膜（内面塗装）は、アルキルシリケート重縮合反応物を５質量％以上、亜鉛末を３０質量％以上含有する下層塗膜A1（第１層）と、アルキルシリケート重縮合反応物を５０質量％以上含有し、且つ亜鉛末を含有しないか、若しくは亜鉛末を下層塗膜A1よりも少ない含有量で含有する上層塗膜A2（第２層）を有する塗膜で構成される。
管内面の塗膜（内面塗装）は、アルキルシリケート重縮合反応物を５質量％以上、亜鉛末を３０質量％以上含有する下層塗膜A1（第１層）と、アルキルシリケート重縮合反応物を５０質量％以上含有し、且つ亜鉛末を含有しないか、若しくは亜鉛末を下層塗膜A1よりも少ない含有量で含有する上層塗膜A2（第２層）を有する塗膜で構成される。
管内面の塗膜（下層塗膜A1および上層塗膜A2）に含まれるアルキルシリケート重縮合反応物（シロキサン結合を有する化合物）は、塗料に含まれるアルキルシリケート（オリゴマーである場合を含む。）に由来するものであり、管内面に塗装されたアルキルシリケートは、空気中の水分と反応して加水分解し、さらに重縮合してシロキサン結合を形成し、シロキサン結合を有する強固な高分子化合物、すなわちアルキルシリケート重縮合反応物となる。このアルキルシリケート重縮合反応物を含有する塗膜は、溶接施工時の熱によるミスト（塗膜の熱分解生成物）の発生が抑えられ、このミストによる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防止することができる。
下層塗膜A1中でのアルキルシリケート重縮合反応物の含有量が５質量％未満では、塗膜の造膜性に劣り、必要な塗膜強度を確保できない。亜鉛末の含有量との関係でアルキルシリケート重縮合反応物の含有量の実質的な上限は７０質量％であるが、アルキルシリケート重縮合反応物の含有量は３０～７０質量％の範囲が造膜性、耐食性、溶接時のミスト低減効果が優れるので好ましく、また、特に４０～６０質量％の範囲が造膜性、耐食性、溶接時のミストの低減効果が最も優れ、また亜鉛ヒュームの発生も抑えられるので特に好ましい。
また、下層塗膜A1に含まれる亜鉛末は、内面塗装後、配管施工までの間の防錆性を確保するのに効果がある。すなわち、亜鉛末の犠牲防食作用により鋼管内面での錆の発生を抑え、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錆を発生させない効果がある。
亜鉛末としては、金属亜鉛の粉末のほか、亜鉛を主成分とする合金（例えば、アルミニウム、マグネシウム、錫などの１種以上との合金）の粉末でもよい。
下層塗膜A1中での亜鉛末の含有量が３０質量％未満では、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。アルキルシリケート重縮合反応物の含有量との関係で亜鉛末の含有量の実質的な上限は９５質量％であるが、亜鉛末の含有量は３０～７０質量％の範囲が造膜性、耐食性、溶接時のミスト低減効果が優れるので好ましく、また、特に４０～６０質量％の範囲が造膜性、耐食性、溶接時のミストの低減効果が最も優れ、また亜鉛ヒューム（溶接時に生じる亜鉛蒸気に起因して発生する亜鉛ヒューム）の発生も抑えられるので特に好ましい。
亜鉛末としては、金属亜鉛の粉末のほか、亜鉛を主成分とする合金（例えば、アルミニウム、マグネシウム、錫などの１種以上との合金）の粉末でもよい。
下層塗膜A1中での亜鉛末の含有量が３０質量％未満では、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。アルキルシリケート重縮合反応物の含有量との関係で亜鉛末の含有量の実質的な上限は９５質量％であるが、亜鉛末の含有量は３０～７０質量％の範囲が造膜性、耐食性、溶接時のミスト低減効果が優れるので好ましく、また、特に４０～６０質量％の範囲が造膜性、耐食性、溶接時のミストの低減効果が最も優れ、また亜鉛ヒューム（溶接時に生じる亜鉛蒸気に起因して発生する亜鉛ヒューム）の発生も抑えられるので特に好ましい。
下層塗膜A1は、アルキルシリケート重縮合反応物と亜鉛末以外の成分として、例えば、コロイダルシリカ（水分散コロイダルシリカなど）、非晶性シリカ、シリカゲル、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の無機系微粒子（顔料）の１種以上を含有してもよい。これら無機系微粒子（顔料）は、塗膜強度を高める効果があるが、なかでも水分散コロイダルシリカが、特に塗膜強度を高める効果が高く且つ溶接欠陥を低減させる効果もあるので好ましい。このような効果を得るために、無機系微粒子の含有量は１質量％以上とするのが好ましい。ただし、このアルキルシリケート重縮合反応物と亜鉛末以外の成分の含有量は、合計で１０質量％程度を上限とすることが好ましい。
下層塗膜A1は、溶接時のミストの発生を抑えるため、有機樹脂などの有機化合物を含まない無機系塗膜とすることが好ましい。また、有機化合物を含む場合でも、５質量％程度を上限とすることが好ましい。
下層塗膜A1は、溶接時のミストの発生を抑えるため、有機樹脂などの有機化合物を含まない無機系塗膜とすることが好ましい。また、有機化合物を含む場合でも、５質量％程度を上限とすることが好ましい。
上層塗膜A2は、管内面の塗膜表面を平滑化するとともに、下層塗膜A1を覆うことで下層塗膜A1の亜鉛粒が管内面の塗膜面に露出しないようにするために形成するものであり、溶接時のミストの発生を抑えかつ必要な塗膜強度を確保するとともに、塗膜表面の平滑化を図るために、アルキルシリケート重縮合反応物の含有量を５０質量％以上とする。また、上記の観点から、上層塗膜A2中のアルキルシリケート重縮合反応物の好ましい含有量は７５質量％以上、より好ましい含有量は８５質量％以上である。さらに、上層塗膜A2は、管内面の塗膜面に亜鉛粒を露出させないか、若しくは塗膜面に亜鉛粒が露出したとしても、その量を少なく抑えるという観点から、亜鉛末を含有しないか、若しくは亜鉛末を含有する場合でも下層塗膜A1よりも少ない含有量とする。この場合において、使用できる亜鉛末の種類は、さきに下層塗膜A1に関して述べたものと同様である。
このような上層塗膜A2を形成することにより、亜鉛末を含有する単層塗膜を形成する場合（従来技術）に較べて管内面の塗膜面が平滑化されるとともに、下層塗膜A1の亜鉛粒が管内面の塗膜面に露出しないため、ガス管として使用した場合に、（i）管内に流すガスに含まれている付臭剤が塗膜に吸着されにくい、（ii）溶接施工により生じたスパッタや鉄粉などの汚れが付着しにくい、という効果が得られる。
このような上層塗膜A2を形成することにより、亜鉛末を含有する単層塗膜を形成する場合（従来技術）に較べて管内面の塗膜面が平滑化されるとともに、下層塗膜A1の亜鉛粒が管内面の塗膜面に露出しないため、ガス管として使用した場合に、（i）管内に流すガスに含まれている付臭剤が塗膜に吸着されにくい、（ii）溶接施工により生じたスパッタや鉄粉などの汚れが付着しにくい、という効果が得られる。
また、上層塗膜A2は、管内面の塗膜表面を平滑化させるために、平均粒径が５μｍ以上の粉体（粉粒物なども含む。）を含まないことが好ましい。また、平均粒径が５μｍ以上の粉体を含む場合でも、５質量％程度を上限とすることが好ましい。この粉体としては、例えば、亜鉛末などの金属粉、金属粉以外の無機系粒子（例えば、体質顔料）、有機系粒子などが挙げられる。ここで、平均粒径とは、レーザー回折・散乱法による粒度分布の測定値から算出される体積基準のメディアン径であり、市販のレーザー解析・散乱式粒度分布測定装置を用いて得られる。
さらに、上層塗膜A2も、溶接時のミストの発生を抑えるため、有機樹脂などの有機化合物を含まない無機系塗膜とすることが好ましい。
さらに、上層塗膜A2も、溶接時のミストの発生を抑えるため、有機樹脂などの有機化合物を含まない無機系塗膜とすることが好ましい。
上層塗膜A2は、アルキルシリケート重縮合反応物以外の成分として、例えば、コロイダルシリカ（水分散コロイダルシリカなど）、非晶性シリカ、シリカゲルなどの無機系微粒子（顔料）の１種以上を含有してもよい。さきに述べたように、これら無機系微粒子（顔料）は、塗膜強度を高める効果があるが、なかでも水分散コロイダルシリカが、特に塗膜強度を高める効果が高く且つ溶接欠陥を低減させる効果もあるので好ましい。このような効果を得るために、無機系微粒子の含有量は１質量％以上とするのが好ましい。
また、本発明では、管内面の塗膜（下層塗膜A1および上層塗膜A2を有する塗膜）の平滑性をさらに高めるために、管内面の塗膜の表面粗さＲｚ（最大高さＲｚ）を１８μｍ以下とすることが好ましく、このため上層塗膜A2は、この表面粗さＲｚが得られるように形成されることが好ましい。管内面の塗膜の表面粗さＲｚを１８μｍ以下とすることにより塗膜の平滑性がさらに高まるので、ガス管として使用した場合に、（i）管内に流すガスに含まれている付臭剤が塗膜に吸着されにくい、（ii）溶接施工により生じたスパッタや鉄粉などの汚れが付着しにくい、という効果がさらに高まる。
管内面の塗膜厚は、下層塗膜A1の膜厚を５～８０μｍ、上層塗膜A2の膜厚を５～８０μｍとすることが好ましい。
下層塗膜A1の膜厚が５μｍ未満では防錆効果が低下し、一方、膜厚が８０μｍを超えると塗膜の内部応力が大きくなって剥離し易くなり、また溶接時の亜鉛ヒューム発生の影響も大きくなる。また、特に好ましい膜厚は１０～３０μｍであり、防錆性、溶接時の亜鉛ヒュームの発生抑制、溶接時のミストの発生抑制の観点から最適である。
上層塗膜A2の膜厚が５μｍ未満では、下層塗膜A1の粗さをカバーする効果が低下する。一方、膜厚が８０μｍを超えると塗膜の内部応力が大きくなり、剥離しやすくなる。また、特に好ましい膜厚は１０～３０μｍであり、塗膜の平滑化と付臭剤の吸着抑制の観点から最適である。
また、管内面の塗膜（下層塗膜＋上層塗膜）の合計膜厚が１００μｍを超えると、塗膜の内部応力で割れやすい等の問題が発生する可能性があるので、合計膜厚は１００μｍ以下とすることが好ましい。
下層塗膜A1の膜厚が５μｍ未満では防錆効果が低下し、一方、膜厚が８０μｍを超えると塗膜の内部応力が大きくなって剥離し易くなり、また溶接時の亜鉛ヒューム発生の影響も大きくなる。また、特に好ましい膜厚は１０～３０μｍであり、防錆性、溶接時の亜鉛ヒュームの発生抑制、溶接時のミストの発生抑制の観点から最適である。
上層塗膜A2の膜厚が５μｍ未満では、下層塗膜A1の粗さをカバーする効果が低下する。一方、膜厚が８０μｍを超えると塗膜の内部応力が大きくなり、剥離しやすくなる。また、特に好ましい膜厚は１０～３０μｍであり、塗膜の平滑化と付臭剤の吸着抑制の観点から最適である。
また、管内面の塗膜（下層塗膜＋上層塗膜）の合計膜厚が１００μｍを超えると、塗膜の内部応力で割れやすい等の問題が発生する可能性があるので、合計膜厚は１００μｍ以下とすることが好ましい。
下層塗膜A1と上層塗膜A2に含まれるアルキルシリケート重縮合反応物のもとになるアルキルシリケート（オリゴマーである場合を含む。）としては、アルキル基がエチル基、メチル基、プロピル基などのものがあり、例えば、エチルシリケート、メチルシリケート、テトラエチルオルトシリケート、テトラメチルオルトシリケート、テトラ－ｎ－プロピルオルトシリケート、テトラ－ｉ－プロピルオルトシリケート、テトラ－ｎ－ブチルオルトシリケート、テトラ－sec－ブチルオルトシリケートなどが挙げられ、これらの１種以上を用いることができるが、なかでもアルキル基がエチル基のものが、造膜性の面で最適である。
図１は、本発明の樹脂塗覆装鋼管の一実施形態において、内面塗膜の厚さ方向断面を模式に示す説明図であり、図１（ア）は下層塗膜A1のみが形成された状態を、図１（イ）は、その下層塗膜A1上に上層塗膜A２が形成された状態を、それぞれ示している。
図１（ア）に示す下層塗膜A1のみが形成された状態は、特許文献１に示されるような従来技術の樹脂塗覆装鋼管（ポリエチレン被覆鋼管）が有する内面塗膜と同じであり、塗膜に含まれる亜鉛粒（粉末）による表面凹凸により塗膜面の表面粗さＲｚが大きく、また亜鉛粒が塗膜面に露出した状態にある。この状態では、塗膜に含まれる亜鉛粒（亜鉛末）に起因する表面凹凸により塗膜の表面積が大きくなり、付臭剤が塗膜面に吸着されやすいこと、塗膜面に存在（露出）する亜鉛粒が付臭剤の硫黄分と親和性が高く、付臭剤の吸着サイトとなること、などにより管内に流すガスに含まれる付臭剤が塗膜に吸着されやすい。加えて、ガス管の溶接施工により発生するスパッタや鉄粉などの汚れが塗膜面に付着しやすいため、清掃性も劣る。
図１（ア）に示す下層塗膜A1のみが形成された状態は、特許文献１に示されるような従来技術の樹脂塗覆装鋼管（ポリエチレン被覆鋼管）が有する内面塗膜と同じであり、塗膜に含まれる亜鉛粒（粉末）による表面凹凸により塗膜面の表面粗さＲｚが大きく、また亜鉛粒が塗膜面に露出した状態にある。この状態では、塗膜に含まれる亜鉛粒（亜鉛末）に起因する表面凹凸により塗膜の表面積が大きくなり、付臭剤が塗膜面に吸着されやすいこと、塗膜面に存在（露出）する亜鉛粒が付臭剤の硫黄分と親和性が高く、付臭剤の吸着サイトとなること、などにより管内に流すガスに含まれる付臭剤が塗膜に吸着されやすい。加えて、ガス管の溶接施工により発生するスパッタや鉄粉などの汚れが塗膜面に付着しやすいため、清掃性も劣る。
また、仮に塗膜面の表面粗さＲｚが小さくても（例えば、表面粗さＲｚ：１８μｍ以下）、図１（ア）のように亜鉛粒が塗膜面に露出した状態にあると、塗膜面に存在（露出）する亜鉛粒が付臭剤の吸着サイトとなるため、付臭剤が塗膜に吸着されやすく、また、スパッタや鉄粉などの汚れが塗膜面に付着しやすい。
これに対して、図１（イ）に示すように下層塗膜A1の上に上層塗膜A2が形成されることにより、塗膜表面が平滑化されるとともに、下層塗膜A1が上層塗膜A2で覆われ、下層塗膜A1の亜鉛粒が塗膜面に露出しないようにすることができ、この結果、（i）管内に流すガスに含まれている付臭剤が塗膜に吸着されにくい、（ii）溶接施工により生じたスパッタや鉄粉などの汚れが付着しにくい、という効果が得られる。
これに対して、図１（イ）に示すように下層塗膜A1の上に上層塗膜A2が形成されることにより、塗膜表面が平滑化されるとともに、下層塗膜A1が上層塗膜A2で覆われ、下層塗膜A1の亜鉛粒が塗膜面に露出しないようにすることができ、この結果、（i）管内に流すガスに含まれている付臭剤が塗膜に吸着されにくい、（ii）溶接施工により生じたスパッタや鉄粉などの汚れが付着しにくい、という効果が得られる。
さきに述べたように、本発明が対象とする樹脂塗覆装鋼管の代表例は、ポリエチレン被覆鋼管であり、このポリエチレン被覆鋼管としては、ＪＩＳ Ｇ３４６９、ＪＩＳ Ｇ３４７７－２、ＪＩＳ Ｇ３４７７－１に規定されるポリエチレン被覆鋼管などがあるが、特に溶接接合が主体となる中圧導管に多く使用されるＪＩＳ Ｇ３４７７－２のＰＥ２Ｓ、ＪＩＳ Ｇ３４６９のＰ２Ｓなどに好適である。ただし、これらに限定されるものではない。
本発明において、管内面の塗膜の膜厚及び表面粗さＲｚは、以下のようにして測定されたものとする。
まず、下層塗膜A1の膜厚については、下層塗膜A1を塗装した時点で、電磁膜厚計により管の両端近傍位置の周方向４点（周方向で等間隔の４点）で内面塗膜厚を測定し、それらの平均値を下層塗膜A1の膜厚とする。
上層塗膜A2の膜厚については、内面塗膜（下層塗膜A1と上層塗膜A2を有する塗膜）について、電磁膜厚計により管の両端近傍位置の周方向４点（周方向で等間隔の４点）で塗膜厚を測定し、それらの平均値を求め、この平均値から上記下層塗膜A1の膜厚を差し引いた値を上層塗膜A2の膜厚とする。
また、内面塗膜（下層塗膜A1と上層塗膜A2を有する塗膜）の表面粗さＲｚについては、小型表面粗さ計を用い、管の両端近傍位置の周方向４点（周方向で等間隔の４点）で内面塗膜の表面粗さＲｚ（最大高さＲｚ）を管軸方向に沿って約１０ｍｍの範囲で測定し、それらの平均値を塗膜の表面粗さＲｚとする。
まず、下層塗膜A1の膜厚については、下層塗膜A1を塗装した時点で、電磁膜厚計により管の両端近傍位置の周方向４点（周方向で等間隔の４点）で内面塗膜厚を測定し、それらの平均値を下層塗膜A1の膜厚とする。
上層塗膜A2の膜厚については、内面塗膜（下層塗膜A1と上層塗膜A2を有する塗膜）について、電磁膜厚計により管の両端近傍位置の周方向４点（周方向で等間隔の４点）で塗膜厚を測定し、それらの平均値を求め、この平均値から上記下層塗膜A1の膜厚を差し引いた値を上層塗膜A2の膜厚とする。
また、内面塗膜（下層塗膜A1と上層塗膜A2を有する塗膜）の表面粗さＲｚについては、小型表面粗さ計を用い、管の両端近傍位置の周方向４点（周方向で等間隔の４点）で内面塗膜の表面粗さＲｚ（最大高さＲｚ）を管軸方向に沿って約１０ｍｍの範囲で測定し、それらの平均値を塗膜の表面粗さＲｚとする。
次に、本発明の樹脂塗覆装鋼管の製造方法について、ガス管用のポリエチレン被覆鋼管を例に説明する。なお、他の樹脂塗覆装鋼管の製造においても、内面塗装については、以下の説明に準じた方法が採られる。
使用する鋼管（原管）は、ガス管用に用いられる鋼管であれば特に種類は問わない。一般的にはＪＩＳ Ｇ３４５２に規定されるＳＧＰ、ＪＩＳ Ｇ３４５４に規定されるＳＴＰＧが最もよく用いられる。溶接接合を行うため、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（原管）には、内面塗装と外面樹脂被覆を施す前に、素地調整を目的として、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）が施され、鋼管内外面のさびや汚れ、ミルスケールを除去する。
使用する鋼管（原管）は、ガス管用に用いられる鋼管であれば特に種類は問わない。一般的にはＪＩＳ Ｇ３４５２に規定されるＳＧＰ、ＪＩＳ Ｇ３４５４に規定されるＳＴＰＧが最もよく用いられる。溶接接合を行うため、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（原管）には、内面塗装と外面樹脂被覆を施す前に、素地調整を目的として、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）が施され、鋼管内外面のさびや汚れ、ミルスケールを除去する。
鋼管の内面塗装では、管内面に、塗料固形分中の割合でアルキルシリケートおよび／またはアルキルシリケートオリゴマーを５質量％以上、亜鉛粉末を３０質量％以上含有する下層塗膜用の塗料a1を塗装（塗布）し、次いで、塗料固形分中の割合でアルキルシリケートおよび／またはアルキルシリケートオリゴマーを５０質量％以上含有し、且つ亜鉛末を含有しないか、若しくは亜鉛末を下層塗膜用の塗料a1よりも少ない含有量で含有する上層塗膜用の塗料a2を塗装（塗布）することにより、管内面に下層塗膜A1と上層塗膜A2を有する塗膜（好ましくは、表面粗さＲｚが１８μｍ以下の塗膜）を形成する。
塗料a1，a2中には、さきに説明した成分組成の塗膜となるように各成分（固形分）が配合される。また、塗料a1，a2中にはアルキルシリケートを単独で用いることもあるが、アルキルシリケートをある程度縮合させたオリゴマー状態で使用してもよい。いずれの形態でも効果は同様である。
塗料a1，a2中には、さきに説明した成分組成の塗膜となるように各成分（固形分）が配合される。また、塗料a1，a2中にはアルキルシリケートを単独で用いることもあるが、アルキルシリケートをある程度縮合させたオリゴマー状態で使用してもよい。いずれの形態でも効果は同様である。
鋼管の内面塗装は、一般にエアレススプレーにより行われ、鋼管内面（素地）に下層塗膜用の塗料a1を塗装（塗布）し、一定程度乾燥させた後、上層塗膜用の塗料a2を塗装（塗布）し、乾燥させて内面塗膜を形成する。このエアレススプレーによる内面塗装では、先端にノズルのついたアームを管内部に挿入し、鋼管を回転させながらノズル先端から塗料を噴出させ、アームを徐々に引き抜きながら鋼管内面全長に塗装を施す。下層塗膜A1、上層塗膜A2ともに、アームの引き抜き速度を調整することで所望の膜厚となるようにする。アルキルシリケートおよび／またはアルキルシリケートオリゴマーを含有する塗料は塗装後、空気中の水分と接触することで硬化し造膜するが、この造膜後、乾燥炉で加熱してもよい。
鋼管外面については、必要に応じて、クロメート処理やノンクロメート処理（例えば、リン酸塩処理、リン酸処理、）などの化成処理を行った後、アスファルト系粘着材などによるアンダーコートを施す。
その後、押出成形機のクロスヘッドダイ（丸ダイ）やＴダイを介して鋼管外面にポリエチレンを被覆する。また、Ｐ２Ｓ、ＰＥ２Ｓタイプなどは、防食用のポリエチレンを被覆した後、その上に更にもう一層保護層としてのポリエチレンを被覆する場合もある。
また、鋼管外面については、エポキシ樹脂塗装などの樹脂塗装を行う（すなわち、エポキシ塗装鋼管のような樹脂塗装鋼管とする）ことも可能であり、この場合には、鋼管をターニングローラーなどに乗せて回転させながら、エアレススプレーなどによって、エポキシ樹脂塗装などの樹脂塗装を鋼管外面の全面に行う。
以上述べたような製造方法により、本発明の樹脂塗覆装鋼管が製造される。
その後、押出成形機のクロスヘッドダイ（丸ダイ）やＴダイを介して鋼管外面にポリエチレンを被覆する。また、Ｐ２Ｓ、ＰＥ２Ｓタイプなどは、防食用のポリエチレンを被覆した後、その上に更にもう一層保護層としてのポリエチレンを被覆する場合もある。
また、鋼管外面については、エポキシ樹脂塗装などの樹脂塗装を行う（すなわち、エポキシ塗装鋼管のような樹脂塗装鋼管とする）ことも可能であり、この場合には、鋼管をターニングローラーなどに乗せて回転させながら、エアレススプレーなどによって、エポキシ樹脂塗装などの樹脂塗装を鋼管外面の全面に行う。
以上述べたような製造方法により、本発明の樹脂塗覆装鋼管が製造される。
ＪＩＳ Ｇ３４５２に規定するＳＧＰ（両管端をベベル加工した鋼管）を原管として、ＪＩＳ Ｇ３４６９に規定するポリエチレン被覆鋼管Ｐ２Ｓ（２００Ａ）を製造した。
鋼管の内外面にグリットブラスト処理（Ｓａ２．５）を施し、鋼管表面のさびや汚れ、ミルスケールを除去した。この鋼管に対して、以下のような方法で内面塗装と外面樹脂被覆を施し、ポリエチレン被覆鋼管とした。
また、比較例のポリエチレン被覆鋼管として、管内面に単層の塗膜（本発明の下層塗膜に相当する塗膜）を形成したもの、管内面をエポキシ樹脂塗装したもの、管内面を無塗装としたものを製造した。
鋼管の内外面にグリットブラスト処理（Ｓａ２．５）を施し、鋼管表面のさびや汚れ、ミルスケールを除去した。この鋼管に対して、以下のような方法で内面塗装と外面樹脂被覆を施し、ポリエチレン被覆鋼管とした。
また、比較例のポリエチレン被覆鋼管として、管内面に単層の塗膜（本発明の下層塗膜に相当する塗膜）を形成したもの、管内面をエポキシ樹脂塗装したもの、管内面を無塗装としたものを製造した。
（a）内面塗装
下層塗膜用の塗料、上層塗膜用の塗料ともに、アルキルシリケート（オリゴマーである場合を含む。）としては、エチルシリケートを用いた。また、下層塗膜用の塗料、上層塗膜用の塗料ともに、その他の添加物として水分散コロイダルシリカを添加した。
内面塗装は、下層塗膜、上層塗膜ともに、エアレススプレーにより行った。鋼管内面（素地）に下層塗膜用の塗料を塗装し、一定程度乾燥させた後、上層塗膜用の塗料を塗装し、自然乾燥させて内面塗膜を形成した。この内面塗装では、先端にノズルのついたアームを管内面に挿入し、鋼管を回転させながらノズル先端から塗料を噴出させ、アームを徐々に引き抜きながら鋼管内面全長に塗装を行った。下層塗膜・上層塗膜ともに、アームの引き抜き速度を調整することで所望の膜厚となるようにした。
下層塗膜用の塗料、上層塗膜用の塗料ともに、アルキルシリケート（オリゴマーである場合を含む。）としては、エチルシリケートを用いた。また、下層塗膜用の塗料、上層塗膜用の塗料ともに、その他の添加物として水分散コロイダルシリカを添加した。
内面塗装は、下層塗膜、上層塗膜ともに、エアレススプレーにより行った。鋼管内面（素地）に下層塗膜用の塗料を塗装し、一定程度乾燥させた後、上層塗膜用の塗料を塗装し、自然乾燥させて内面塗膜を形成した。この内面塗装では、先端にノズルのついたアームを管内面に挿入し、鋼管を回転させながらノズル先端から塗料を噴出させ、アームを徐々に引き抜きながら鋼管内面全長に塗装を行った。下層塗膜・上層塗膜ともに、アームの引き抜き速度を調整することで所望の膜厚となるようにした。
（b）外面樹脂被覆
管外面にアスファルト系粘着剤によるアンダーコート塗装を行った。このアンダーコートが塗装された管外面に、押出成形機のクロスヘッドダイ（丸ダイ）により、防食用ポリエチレンを被覆し、さらにその上層に、保護層樹脂としてのポリエチレンを被覆し、樹脂被覆層とした。
管外面にアスファルト系粘着剤によるアンダーコート塗装を行った。このアンダーコートが塗装された管外面に、押出成形機のクロスヘッドダイ（丸ダイ）により、防食用ポリエチレンを被覆し、さらにその上層に、保護層樹脂としてのポリエチレンを被覆し、樹脂被覆層とした。
ポリエチレン被覆鋼管の内面塗装の下層塗膜と上層塗膜の膜厚、塗膜の表面粗さＲｚは、先に述べた方法で測定した。
得られた本発明例及び比較例のポリエチレン被覆鋼管について、下記のような特性評価を行った。
（1）溶接接合性（溶接時のミスト発生の有無、ミストによる電磁弁固着の有無）
ガス導管を設置するためにポリエチレン被覆鋼管の端部をアーク溶接により円周溶接して接合し、その際のミスト（塗膜の熱分解生成物）発生の有無や程度を調べた。また、そのガス導管に電磁弁を取り付けて半年間使用し、電磁弁にミストが付着することによる動作不良の有無や程度を調べた。
◎：溶接時のミスト発生が全く無く、このためミスト付着による電磁弁の動作不良も無い。
〇：溶接時のミスト発生が殆ど無く、このためミスト付着による電磁弁の動作不良も無い。
△：溶接時に若干のミストが発生し、このためミスト付着による電磁弁の動作不良が若干発生した。
×：溶接時に大量のミストが発生し、このためミスト付着による電磁弁の動作不良が多発した。
得られた本発明例及び比較例のポリエチレン被覆鋼管について、下記のような特性評価を行った。
（1）溶接接合性（溶接時のミスト発生の有無、ミストによる電磁弁固着の有無）
ガス導管を設置するためにポリエチレン被覆鋼管の端部をアーク溶接により円周溶接して接合し、その際のミスト（塗膜の熱分解生成物）発生の有無や程度を調べた。また、そのガス導管に電磁弁を取り付けて半年間使用し、電磁弁にミストが付着することによる動作不良の有無や程度を調べた。
◎：溶接時のミスト発生が全く無く、このためミスト付着による電磁弁の動作不良も無い。
〇：溶接時のミスト発生が殆ど無く、このためミスト付着による電磁弁の動作不良も無い。
△：溶接時に若干のミストが発生し、このためミスト付着による電磁弁の動作不良が若干発生した。
×：溶接時に大量のミストが発生し、このためミスト付着による電磁弁の動作不良が多発した。
（2）付臭剤の臭い（付臭剤の塗膜への非吸着性）
ポリエチレン被覆鋼管で構成した１２ｍの配管に都市ガスを３Ｎｍ３／ｈｒ流し、付臭剤の臭いを確認した。
◎：ガスを流し始めて直ぐに臭いがしてくる。
〇：ガスを流し始めてから１０秒以内の時間は無臭があるが、その後臭いがしてくる。
△：ガスを流し始めてから１０秒超１分以内の時間は無臭があるが、その後臭いがしてくる。
×：ガスを流し始めてから１分超の時間がたたないと、臭いがしてこない。
ポリエチレン被覆鋼管で構成した１２ｍの配管に都市ガスを３Ｎｍ３／ｈｒ流し、付臭剤の臭いを確認した。
◎：ガスを流し始めて直ぐに臭いがしてくる。
〇：ガスを流し始めてから１０秒以内の時間は無臭があるが、その後臭いがしてくる。
△：ガスを流し始めてから１０秒超１分以内の時間は無臭があるが、その後臭いがしてくる。
×：ガスを流し始めてから１分超の時間がたたないと、臭いがしてこない。
（3）清掃作業性（溶接で生じたスラグやスパッタ等の清掃性）
ポリエチレン被覆鋼管の端部をアーク溶接により円周溶接して接合した後、その溶接部をスポンジピグで清掃し、溶接で生じたスラグやスパッタ等の清掃性（ピグの走行性を含む）を調べた。
◎：スポンジピグで全く支障なく清掃可能。
〇：スポンジピグで多少の引っ掛かりがある。
△：スポンジピグでは綺麗に汚れが取れない。
×：スポンジピグが引っ掛かり、ピグの走行に支障がある。
ポリエチレン被覆鋼管の端部をアーク溶接により円周溶接して接合した後、その溶接部をスポンジピグで清掃し、溶接で生じたスラグやスパッタ等の清掃性（ピグの走行性を含む）を調べた。
◎：スポンジピグで全く支障なく清掃可能。
〇：スポンジピグで多少の引っ掛かりがある。
△：スポンジピグでは綺麗に汚れが取れない。
×：スポンジピグが引っ掛かり、ピグの走行に支障がある。
A1 下層塗膜
A2 上層塗膜
a1，a2 塗料
A2 上層塗膜
a1，a2 塗料
Claims (12)
- 管外面に樹脂被覆層または塗膜を有し、管内面に塗膜を有する樹脂塗覆装鋼管であって、
管内面の塗膜は、アルキルシリケート重縮合反応物を５質量％以上、亜鉛末を３０質量％以上含有する下層塗膜（A1）と、アルキルシリケート重縮合反応物を５０質量％以上含有し、且つ亜鉛末を含有しないか、若しくは亜鉛末を下層塗膜（A1）よりも少ない含有量で含有する上層塗膜（A2）を有することを特徴とする樹脂塗覆装鋼管。 - 管内面の塗膜の表面粗さＲｚが１８μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の樹脂塗覆装鋼管。
- 上層塗膜（A2）が、平均粒径が５μｍ以上の粉体を含有しないことを特徴とする請求項１または２に記載の樹脂塗覆装鋼管。
- 下層塗膜（A1）と上層塗膜（A2）が、有機化合物を含有しない無機系塗膜であることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の樹脂塗覆装鋼管。
- 下層塗膜（A1）の膜厚と上層塗膜（A2）の膜厚が、各々５～８０μｍであることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の樹脂塗覆装鋼管。
- 管外面にポリエチレン被覆層を有することを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の樹脂塗覆装鋼管。
- 管外面に樹脂被覆層または塗膜を有し、管内面に塗膜を有する樹脂塗覆装鋼管の製造方法であって、
管内面を塗装するに際し、管内面に、塗料固形分中の割合でアルキルシリケートおよび／またはアルキルシリケートオリゴマーを５質量％以上、亜鉛末を３０質量％以上含有する下層塗膜用の塗料（a1）を塗装し、次いで、塗料固形分中の割合でアルキルシリケートおよび／またはアルキルシリケートオリゴマーを５０質量％以上含有し、且つ亜鉛末を含有しないか、若しくは亜鉛末を下層塗膜用の塗料（a1）よりも少ない含有量で含有する上層塗膜用の塗料（a2）を塗装することにより、管内面に下層塗膜（A1）と上層塗膜（A2）を有する塗膜を形成することを特徴とする樹脂塗覆装鋼管の製造方法。 - 管内面に下層塗膜（A1）と上層塗膜（A2）を有する表面粗さＲｚが１８μｍ以下の塗膜を形成することを特徴とする請求項７に記載の樹脂塗覆装鋼管の製造方法。
- 上層塗膜用の塗料（a2）が、平均粒径が５μｍ以上の粉体を含有しないことを特徴とする請求項７または８に記載の樹脂塗覆装鋼管の製造方法。
- 下層塗膜用の塗料（a1）と上層塗膜用の塗料（a2）が、塗膜となる塗料固形分として有機化合物を含有しない無機系塗料であることを特徴とする請求項７～９のいずれかに記載の樹脂塗覆装鋼管の製造方法。
- 下層塗膜（A1）の乾燥膜厚と上層塗膜（A2）の乾燥膜厚を、各々５～８０μｍとすることを特徴とする請求項７～１０のいずれかに記載の樹脂塗覆装鋼管の製造方法。
- 管外面にポリエチレン被覆層を形成することを特徴とする請求項７～１１のいずれかに記載の樹脂塗覆装鋼管の製造方法。
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| JP6295987B2 (ja) | 2015-03-20 | 2018-03-20 | Ｊｆｅスチール株式会社 | ガス用塗覆装鋼管 |
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-
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- 2021-04-26 JP JP2021074316A patent/JP7439790B2/ja active Active
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