JP2022168683A - 樹脂塗覆装鋼管およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
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。
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。
[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。
[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。
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。
[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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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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