JP5705174B2 - 円形鋼管内面の防錆処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、送電用や通信用、気象観測用等の鉄塔、土木、建築、橋梁、機械、プラント鉄骨構造物等の鋼管構造体を構成する円形鋼管内面の防錆処理方法に関する。

送電鉄塔等の鋼管構造体の柱部材として円形鋼管が広く用いられている。送電鉄塔の場合、その一例を図１に示すように、柱部材は、支柱１と支柱同士を連結する腹材２とから構成されている。これら支柱あるいは腹材として用いられる円形鋼管の内外面には、鉄塔の製造当初にどぶ漬け亜鉛メッキによる防錆処理が施されている。

しかしながら、鋼管構造体は、長年の風雨に曝されるうちに表面の防錆能が低下して腐蝕が進行し、構造体の強度低下を招くおそれがある。このため、定期的にまたは適時に鋼管構造体に対して、補修のための防錆塗装を施すことが必要である。防錆塗装の効果を発揮させるためには、その塗装により形成される防錆塗膜は鋼管内面に密着した状態で施される必要がある。しかし、補修のための防錆塗装を施しても、屋外の厳しい温度・湿度環境条件下に曝される構造体の円形鋼管内部では、湿度が極めて高くなり、場合によっては結露が生じ、温度も高くなることがあるため、耐久性は十分なものではない。

鋼管構造体の支柱パイプの内部にコンクリートを充填することにより、結露を防止し、防錆効果を長期にわたって付与することも試みられている。しかしながら、鋼管構造体の腹材として用いられる円形鋼管の内部に、このような方法を採用した場合は、連結パイプの重量が大きくなりすぎ、構造体がその過大な重量に耐えられなくなるおそれがある。

上記の問題点を解決するため、例えば、特許文献１には、鋼管鉄塔等の鋼管内部を合成樹脂で充填する方法が提案されている。この方法は、鋼管鉄塔の鋼管内部空間に、押出機を挿入し、挿入した押出機によって合成樹脂を押し出しながら該押出機を徐々に引き上げていき、鋼管鉄塔の内部空間を底部から頂部まで押し出した合成樹脂で充填するというものである。しかしながら、押出機は、先端部にダイスが取り付けられた外径１００ｍｍ程度の円筒状のバレルと、バレルの先端部および後端部の外周面に取り付けられ鋼管内面に沿って移動する複数のガイドローラと、モータによって回転される押出スクリューと、加熱用ヒータ等とを備えた大がかりな装置である。したがって、このような押出機を内径が１００ｍｍ程度の円形鋼管に使用することは、事実上不可能である。

さらに、合成樹脂として発泡スチロール（ポリスチレンフォーム）を用いた場合、発泡スチロールには、自己接着性がなく、鋼管内面に密着させるためには別途接着剤を必要とするため、作業が煩雑となり作業性が極めて悪くなる。一方で、合成樹脂と円形鋼管内面との密着性が不良の場合は、円形鋼管表面と空気との接触を完全には防げないため、空気中の酸素や湿気により鋼管内面の酸化が徐々に進行することで、長期にわたる防錆効果が得られなくなる。さらに、断熱機能が不十分なため高湿度の環境下では結露を起こしやすく、錆の発生が促進されることとなる。

このように、従来の鋼管構造体の円形鋼管内面の防錆処理方法では、屋外の厳しい温度・湿度環境条件下では充分な防錆機能を有するとは言えず、長期にわたって良好な防錆能を発揮し得る防錆処理方法は見出されていないのが現状である。

特開２００７−１６２４０６号公報

本発明は、前記の事情に鑑みてなされたものであり、鉄塔あるいは土木、建築、橋梁、機械、プラント鉄骨構造物等の鋼管構造体を構成する円形鋼管の内面の防錆処理に好適で、作業性に優れ、円形鋼管の内面に長期にわたり良好な防錆能を維持し得る防錆処理方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明者等は鋭意検討の結果、硬質ポリウレタンフォームが他の断熱材料にはない自己接着性という優れた特長を有しており、接着剤を使わずとも、硬質ポリウレタンフォーム用組成物を円形鋼管の内部に直接発泡することにより、円形鋼管の内部に強く接着した断熱層を形成することが可能となることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は以下の通りである。

（１）円形鋼管内面の防錆処理方法であって、円形鋼管の内面に湿気硬化型ウレタン樹脂を主成分とする防錆塗料をコーティングした後、当該円形鋼管の内部に、硬質ポリウレタンフォーム用組成物を注入し発泡させることにより、前記円形鋼管の内部に存在する空気を鋼管外に排出し、円形鋼管内部を硬質ポリウレタンフォームで充填することを特徴とする円形鋼管内面の防錆処理方法、
（２）硬質ポリウレタンフォーム用組成物が、有機ポリイソシアネート、ポリオールおよび発泡剤を含有してなり、かつポリオールの水酸基価が１５０〜４５０ｍｇＫＯＨ／ｇである上記（１）に記載の円形鋼管内面の防錆処理方法、
（３）硬質ポリウレタンフォーム用組成物が、さらに防錆顔料を含有してなる上記（２）に記載の円形鋼管内面の防錆処理方法。

本発明によれば、鉄塔あるいは土木、建築、橋梁、機械、プラント鉄骨構造物等の鋼管構造体を構成する円形鋼管の内面の防錆処理を、接着剤を用いることなく行うことができ、長期にわたり良好な防錆能を維持することが可能となる。本発明の方法は、現場施工ができるので、既に設置された鋼管にも適用できる。腐食が始まっているものに適用した場合は、腐蝕の進行を止める、あるいは遅らせることができる。

送電鉄塔の説明図である。

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明で言う鋼管構造体を構成する円形鋼管は、ＪＩＳに規定されているものである。本発明の方法は、未洗浄の鋼管に対しても十分な効果を奏するが、鋼管内面に錆が付着している場合は、前処理としてブラストや酸洗を行っても良い。

次に、本発明の防錆処理方法について説明する。
本発明の防錆処理方法は、円形鋼管内面の防錆処理方法であって、前記円形鋼管の内部に、硬質ポリウレタンフォーム用組成物を注入し発泡させることにより、前記円形鋼管の内部に存在する空気を鋼管外に排出し、円形鋼管内部を硬質ポリウレタンフォームで充填することを特徴とする。

硬質ポリウレタンフォーム用組成物は、有機ポリイソシアネート、ポリオールおよび発泡剤、必要に応じて整泡剤、触媒、防錆顔料、その他添加剤（難燃剤、充填剤、可塑剤、安定剤、着色剤、酸化防止剤等）からなる。この硬質ポリウレタンフォーム用組成物を反応・発泡させることにより、硬質ポリウレタンフォームが得られる。

本発明で使用し得る有機ポリイソシアネートとしては、特に限定されるものではなく、硬質ポリウレタンフォームに用いられるものであればよい。具体的には、例えば、２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネートまたはこれらの混合物、ｍ−フェニレンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、ｐ−キシレンジイソシアネート、エチレンジイソシアネート、テトラメチレン−１，４−ジイソシアネート、ヘキサメチレン−１，６−ジイソシアネート、ジフェニルメタン−４，４´−ジイソシアネート、３，３´−ジメチル−ジフェニルメタン−４，４´−ジイソシアネート、粗製ジフェニルメタンジイソシアネート、３，３´−ジメチル−４，４´−ビフェニレンジイソシアネート、３，３´−ジクロル−４，４´−ビフェニレンジイソシアネート、１，５−ナフタレンジイソシアネート等、および、それらの変性物等が挙げられる。１種または２種以上を併用してもよい。

本発明で使用し得るポリオールとしては、硬質ポリウレタンフォームに用いられるものであればいずれでも用いることができ、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール等が挙げられ、これらの１種または２種以上を併用してもよい。ポリオールの水酸基価は、１５０〜４５０ｍｇＫＯＨ／ｇの範囲が好ましい。より好ましくは、２００〜４００ｍｇＫＯＨ／ｇである。この範囲のポリオールであると、得られた硬質ポリウレタンフォームが接着性に優れており、また、発泡セルが微細化されることでフォームの熱伝導率を低く保つことができる。

ポリエステルポリオールとしては、多価アルコールと脂肪族多価カルボン酸および／または芳香族多価カルボン酸とを反応して得られるポリエステルポリオールが挙げられる。
多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、１，３−プロピレングリコール、１，４−ブタンジオール等の水酸基を２個有するポリヒドロキシ化合物や、トリメチロールプロパン等の水酸基を３個有するポリヒドロキシ化合物や、ペンタエリスリトール等の水酸基を４個有するポリヒドロキシ化合物や、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＳ等の芳香族ポリヒドロキシ化合物、２−メチル−１，３−プロパンジオール、ネオペンチルグリコール等の側鎖にアルキル基を含有する多価アルコール、またはそれらの誘導体等が用いられる。
脂肪族多価カルボン酸としては、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、アゼライン酸、マレイン酸等の脂肪族ジカルボン酸；芳香族多価カルボン酸としては、オルトフタル酸及びその無水物、イソフタル酸、テレフタル酸、ジメチルフタレート等の芳香族ジカルボン酸及びその無水物やエステル、トリメリット酸等が用いられる。

ポリエーテルポリオールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の水酸基を２個以上、好ましくは２〜６個有する炭素数２〜８個のポリヒドロキシ化合物に、エチレンオキサイドやプロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド等のアルキレンオキサイドを付加重合させたものが用いられる。

有機ポリイソシアネートとポリオールの量比、すなわちＮＣＯ／ＯＨ比（モル比）は、特に限定されるものではなく、好ましくは０．８〜４．０、より好ましくは１．０〜３．０がよい。ＮＣＯ／ＯＨ比がこの範囲であると適度な密度のフォームが形成され、密着性と熱伝導性のバランスが良好となる。

触媒としては、硬質ポリウレタンフォームに用いられる触媒であれば、いずれも使用することができる。具体的には、例えば、トリメチルアミノエチルピペラジン、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン等のアミン系ウレタン化触媒等が挙げられる。触媒の使用量は適宜決定することができるが、通常、硬質ポリウレタンフォーム用組成物中のポリオール１００質量部に対して、好ましくは０．００１〜１０．０質量部である。

発泡剤としては水が使用される。他の発泡剤として、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）や塩化メチレン等のハロゲン化炭化水素、ペンタン等の低沸点炭化水素を含んでいてもよいが、環境上の理由からはオール水発泡が好ましい。水の使用量は、通常、硬質ポリウレタンフォーム用組成物中のポリオール１００質量部に対して、好ましくは１．０〜１０．０質量部である。水の使用量が１．０質量部以上であると、硬質ポリウレタンフォーム用組成物が流動性に優れるため作業性がよい。また、水の使用量が１０．０質量部以下であると、フォーム表面の脆化を抑制することができる。

整泡剤としては、硬質ポリウレタンフォーム製造用として効果のあるものを使用できる。例えば、シリコーン系の界面活性剤が使用される。整泡剤の使用量は、ポリオール１００質量部に対して、好ましくは０．１〜３質量部である。

本発明で用いる硬質ポリウレタンフォーム用組成物中には、防錆顔料を添加することが好ましい。防錆顔料としては、無結晶水防錆顔料が好ましく、無結晶水の防錆顔料であれば、特に制限なく使用することができる。防錆顔料としては、例えば、リン酸アルミニウム、縮合リン酸アルミニウム、リン酸亜鉛、亜リン酸亜鉛、亜リン酸カリウム、亜リン酸カルシウム、亜リン酸アルミニウム等の（亜）リン酸塩；モリブデン酸亜鉛やモリブデン酸カルシウム、モリブデン酸マンガン等のモリブデン酸塩等が挙げられる。防錆顔料の使用量は、ポリオール１００質量部に対して、通常５〜５０質量部、好ましくは５〜３０質量部である。

本発明の硬質ポリウレタンフォーム用組成物によりフォームを製造するには、上記有機ポリイソシアネート成分と、ポリオール成分と水、更には必要に応じて任意に添加される成分とを、所定の範囲で配合し、高速攪拌することによって混合発泡させればよい。混合発泡には、サーマルエアーレススプレー発泡機等を使用することができる。円形鋼管内部に硬質ポリウレタンフォームを製造するには、例えばサーマルエアーレススプレー発泡機のガンヘッドより吐出した混合液を、円形鋼管内部に注入する。円形鋼管の内部は、注入後発泡した硬質ポリウレタンフォームによって充填される。

本発明の防錆処理方法では、硬質ポリウレタンフォーム用組成物を注入する際に、円形鋼管内部に防錆塗料がコーティングされていることが好ましい。防錆塗料による防錆効果と、硬質ポリウレタンフォームを充填したことによる酸素や水分、熱の遮断効果と相俟って、より優れた防錆能が得られる。

防錆塗料は特に限定されるものではなく、公知の防錆塗料を用いることができる。特に、湿気硬化型樹脂を主成分とする塗料は、該湿気硬化型樹脂が鋼管内面の水分や大気中の水分により反応硬化し、鋼管と硬質ポリウレタンフォームとの密着性を高めるための結合剤となるため、好ましい塗料である。かかる機能を有するものであれば、従来から塗料用樹脂に使用されている各種湿気硬化型樹脂が使用可能であり、具体的には、例えば、ウレタン樹脂（ポリイソシアネートポリマー）系、エポキシ樹脂−ケチミン硬化系、アルキルシリケート樹脂系、アルキルアルコキシシラン樹脂系等の湿気硬化型樹脂が挙げられる。特に耐水性に優れた湿気硬化型ウレタン樹脂が好ましい。また、湿気硬化型ウレタン樹脂系の塗料は、硬質ポリウレタンフォームとの接着性に優れているため、硬質ポリウレタンフォームの自己接着性を低下させることがない。

湿気硬化型ウレタン樹脂としては、例えば、ポリオールとポリイソシアネートとを反応させて得られる遊離イソシアネート基を有するウレタンプレポリマーを好適に用いることができる。ポリオールとしては、ポリエーテルポリオール、ポリオレフィンポリオール等を用いることができる。ポリエーテルポリオールとしては、上記と同様、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の水酸基を２個以上、好ましくは２〜６個有する炭素数２〜８個のポリヒドロキシ化合物に、エチレンオキサイドやプロピレンオキサイド等のアルキレンオキサイドを付加重合させたものが用いられる。ポリオレフィンポリオールとしては、例えば、ブタジエンやイソプレン等のジエン系化合物に、エチレンオキサイドやプロピレンオキサイド等のアルキレンオキサイドを付加重合して得た、分子中に２〜４個の水酸基を持つポリジエンポリオールが用いられる。

ポリイソシアネートとしては、上記と同様、例えば、２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネート、ｍ−フェニレンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、ｐ−キシレンジイソシアネート、エチレンジイソシアネート、テトラメチレン−１，４−ジイソシアネート、ヘキサメチレン−１，６−ジイソシアネート、ジフェニルメタン−４，４´−ジイソシアネート、３，３´−ジメチル−ジフェニルメタン−４，４´−ジイソシアネート、３，３´−ジメチル−４，４´−ビフェニレンジイソシアネート等およびそれらの変性物等が挙げられる。１種または２種以上を併用してもよい。

湿気硬化型ウレタン樹脂は、従来公知の方法により、具体的には、例えば、ポリオールと過剰のポリイソシアネートを重合することにより製造されるものを使用できる。

防錆塗料は、上記の湿気硬化型ウレタン樹脂に、鋼材の腐食を防止するための防錆顔料、腐食イオン捕集剤（ハイドロタルサイトなど）、その他必要に応じて塗料用有機溶剤、消泡剤、分散剤、水分補足剤（脱水剤）等の各種添加剤を配合されたものでよい。

防錆顔料としては、従来から防食塗料に用いられているものが使用可能であり、上記の硬質ウレタンフォーム用組成物に用いる防錆顔料と同じでも異なっていても良いが、代表的には、上記の（亜）リン酸塩、モリブデン酸塩の他、ステンレス粉、亜鉛粉、アルミニウム粉、銅粉等の金属粉や雲母粉等が挙げられる。

塗料用有機溶剤としては、トルエン、キシレン等の炭化水素系溶剤；酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶剤；、メチルエチルケトン等のケトン系溶剤；メタノール等のアルコール系溶剤；エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ヘキシレングリコール等のグリコール系溶剤；これらグリコール系溶剤のメチルエーテル等のモノアルキルエーテルやジメチルエーテル等のジアルキルエーテル等が代表的なものとして挙げられる。

防錆塗料における各成分の配合割合は、特に限定されるものではなく、湿気硬化型樹脂１００質量部に対して、防錆顔料が１〜９５質量部、腐食イオン捕集剤が１〜９５質量部配合するのが適当である。

防錆塗料を円形鋼管の内面に塗布する場合は、回転ノズルを備えた塗装機等の手段により、鋼管の内面に塗布量（固形分換算）０．０３〜２．００ｋｇ／ｍ^２程度塗布し、乾燥させる。

以下、本発明を実施例および比較例を用いて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例にのみ限定されるものではない。また、文中の「部」、「％」は重量基準であるものとする。

（製造例１：防錆塗料の調製）
以下の表１に示す成分を混合分散し、防錆塗料を調製した。

注１）芳香族ポリイソシアネートプレポリマー；「スミジュールE21-1」（住化バイエルウレタン社製）
注２）「ベントン３４」（エレメンティス社製）
注３）亜鉛粉
注４）「ミオックスＡＳ」（ケルントナー・モンタン社製）
注５）「ソルベッソ１００」（エクソンモービル社製）
注６）「アディティブＴＩ」（住化バイエルウレタン社製）
注７）「アディティブＯＦ」（住化バイエルウレタン社製）

（試験例１）
ポリオール（水酸基価３１４ｍｇＫＯＨ／ｇ、粘度６７０ｍＰａ・ｓ／２５℃、水分３．６％、住化バイエルウレタン社製）（Ａ液）１２０ｇと、イソシアネート化合物（粘度１８０ｍＰａ・ｓ／２５℃、ＮＣＯ含量３１．５％、住化バイエルウレタン社製ＳＢＵイソシアネートＨ４８０）（Ｂ液）１７５ｇを、それぞれカップに計量し、２０±０．５℃に調整した。Ａ液／Ｂ液の配合比はＮＣＯ／ＯＨ＝２．０（当量比）となるよう決定した。なお、発泡評価は２回行い、平均値を採用した。

カップ内のＡ液にＢ液を添加し、約４０００ｒｐｍで１０秒間攪拌した。クリームタイム（反応混合物が白濁、クリーム状を呈し膨張を開始するまでの時間）を測定した後、ただちに、クラフト紙（４５ｃｍ×６０ｃｍ）を装着した木箱（３０ｃｍ×１５ｃｍ×高さ１５ｃｍ）に注入しフリー発泡させた。
この間、ゲルタイム（混合開始から反応混合物中に挿入した割り箸を引き抜く時反応混合物が糸を引くようになり始めるまでの時間）、タックフリータイム（反応混合物の表面を指触し、粘着性が消失するまでの時間）を測定した。
約６０分後、フリーフォームを切断しセル状態を確認した。その後フリーフォームのほぼ中央部分からフォーム密度用サンプルを切り出し、密度を測定した。
以上の結果を表２に示す。

表２の結果より、短時間で高密度のフォームが得られることが分った。

（実施例１）
硬質ポリウレタンフォームの発泡性と接着性を確認するため、透明アクリル管を用いて以下の実験を行った。なお、硬質ポリウレタンフォームの自己接着力は被着体の材質によって異なり、プラスチックよりも鉄板や亜鉛板の方が高いことが知られている。
試験例１で調整したＡ液とＢ液の配合物を、一方の端部をアクリル板で塞いだ内径１００ｍｍ、外径１１２ｍｍ、長さ１０００ｍｍの管の内部に、もう一方の端部から注入しフリー発泡させた。その結果、硬質ポリウレタンフォームは、隙間なく充填されることを確認できた。

（実施例２）
円形鋼管の内面に、製造例１で調製した防錆塗料を約０．８ｋｇ／ｍ^２塗布した。その後、この内部に、実施例１で用いたものと同じ硬質ポリウレタンフォーム用組成物をフリー発泡させた。その結果、実施例１と同様、硬質ポリウレタンフォームは、隙間なく充填されることを確認でき、さらに、防錆塗料と硬質ポリウレタンフォームが良好に接着していることを確認できた。

本発明に係る防錆処理方法は、送電鉄塔や電波塔等の鉄塔あるいは土木、建築、橋梁、機械、プラント鉄骨構造物等の鋼管構造体を構成する円形鋼管内面の防錆処理、特に既設鉄塔の腹材に対し、現場施工により防錆処理をすることができ、有用である。

１ 支柱
２ 腹材

Claims (3)

1. 円形鋼管内面の防錆処理方法であって、円形鋼管の内面に湿気硬化型ウレタン樹脂を主成分とする防錆塗料をコーティングした後、当該円形鋼管の内部に、硬質ポリウレタンフォーム用組成物を注入し発泡させることにより、前記円形鋼管の内部に存在する空気を鋼管外に排出し、円形鋼管内部を硬質ポリウレタンフォームで充填することを特徴とする円形鋼管内面の防錆処理方法。
2. 硬質ポリウレタンフォーム用組成物が、有機ポリイソシアネート、ポリオールおよび発泡剤を含有してなり、かつポリオールの水酸基価が１５０〜４５０ｍｇＫＯＨ／ｇである請求項１に記載の円形鋼管内面の防錆処理方法。
3. 硬質ポリウレタンフォーム用組成物が、さらに防錆顔料を含有してなる請求項２に記載の円形鋼管内面の防錆処理方法。
   

Images