JPH08336931A - 金属箔を含むポリオレフィン被覆鋼材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】高温腐食環境下で長期間にわたり使用に耐える
耐陰極電解剥離性と耐水性に優れたポリオレフィン被覆
鋼材を提供する。 【構成】表面に、ポリオレフィン樹脂の被覆層３をもつ
鋼材であって、上記被覆層の中に金属箔Ｍが金属箔層と
して埋め込まれていることを特徴とするポリオレフィン
被覆鋼材。鋼表面とポリオレフィン樹脂の被覆層との間
に化成処理層１およびエポキシプライマ−層２を設けて
もよい。さらにポリオレフィン樹脂層は２層以上であっ
てもよい。 【効果】金属箔が水等の透過を遮断するので、安定に耐
食性を維持することができる。とくに重質油を加熱して
輸送するラインパイプ用鋼材として好適である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高温腐食環境下で長期
間使用に耐えるポリオレフィン被覆鋼材に関する。本発
明の鋼材は、例えば、重質油を低粘度化するために加熱
して輸送するラインパイプ用鋼材として好適である。

【０００２】

【従来の技術】海水の浸潤や氷塊の衝突などがくりかえ
される厳しい環境で使用される鋼材は、高耐食性と強度
を備えたポリオレフィン樹脂で被覆されることが多い。
図３は従来のポリオレフィン被覆鋼材の厚み方向断面を
模式的に示す図である。図示のように、通常は、まず鋼
材Ｓの表面に化成処理層１とエポキシプライマ−層２と
を施し、その上にポリオレフィン被覆層３を施す。この
ポリオレフィン被覆層３は接着層３−１と保護層３−２
からなる。このような４層の被覆を行った場合、通常の
使用条件では長期間にわたり高耐食性を維持するが、以
下に述べる使用条件では、耐剥離性が不足する。

【０００３】まず、電気防食を行うことにより剥離が促
進される。パイプラインの場合、数十年以上の長期にわ
たり補修なしで使用されるため、腐食対策としてポリオ
レフィン被覆と併用して電気防食がおこなわれる。とこ
ろが施工時等に被覆を貫通して鋼面にまで達する疵がつ
いた場合、疵部の鋼面が陰極となるので、鋼材は電気防
食によって防食されるが、防食に付随する電流によって
アルカリが生じる。このアルカリによってポリオレフィ
ン樹脂の剥離が促進される。いわゆる陰極電解剥離であ
る。

【０００４】つぎに、この問題が大きく取り上げられる
契機となった以下の使用条件の変化がある。近年、重質
油の輸送能率向上のために、重質油を加熱し低粘度化し
てラインパイプ中を輸送する方法が採用される傾向にあ
る。この方法の採用にともない、ラインパイプの外面を
被覆するポリオレフィン被覆の剥離が多発することとな
った。ここに、高温での耐陰極電解剥離性および耐水性
の向上がきわめて重要な課題となった。

【０００５】この対策として、先に述べた４層からなる
被覆に対して、いくつかの改良がなされてきた。特開平
３−２３４５２７号公報は化成処理層１の改良を示す。
シリカ系微粒子およびシランカップリング剤をふくむ、
部分的に還元されたリン酸および無水クロム酸混合液を
用いることにより、熱塩水の浸透をうけにくいクロメ−
ト処理層（化成処理層）が形成されるという。

【０００６】特開平３−１２６５５０号公報は、同じく
４層からなる被覆のうちのエポキシプライマ−層２にた
いする改良である。フェノ−ルノボラック型のグリシジ
ルエ−テルを含有するエポキシ樹脂、ジシアンジアミド
系硬化剤、イミダゾ−ル系硬化剤および無機顔料からな
るプライマ−材を用いることにより、熱塩水に対する耐
剥離性が向上するという。

【０００７】しかしながら、このような対策では、高温
での耐陰極電解剥離性は未だ不十分である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、下地処理層
に対してでなく、ポリオレフィン被覆層に改良を加える
ことによって、高温での耐陰極電解剥離性および耐水性
を飛躍的に向上させることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】ポリオレフィン樹脂は常
温ではきわめて小さな吸水性および透水性をもつので、
鋼材の被覆に適した樹脂として知られている。しかし、
高温になるにしたがいポリオレフィン被覆層の表面から
水またはイオンが微量ではあるが浸透する。本発明者ら
は、この水またはイオンが耐陰極電解剥離性を著しく低
下させることを確認した。そこで、図１および図２に示
すように、金属箔が埋め込まれたポリオレフィン被覆層
３を施したところ、高温での耐陰極電解剥離性が著しく
向上するという知見を得た。

【００１０】ここに本発明は下記のポリオレフィン被覆
鋼材を要旨とする（図１および２を参照）。

【００１１】表面にポリオレフィン樹脂の被覆層をもつ
鋼材であって、被覆層のうちに金属箔Ｍが金属箔層とし
て埋め込まれていることを特徴とするポリオレフィン被
覆鋼材。

【００１２】なお、化成処理層１およびエポキシプライ
マ−層２は必ずしも必要ない。しかし、これらの層を施
すことによりポリオレフィン被覆層３と鋼材Ｓとの接着
力が高くなるので、接着力を高くする場合にはこれらの
層を施す。また、ポリオレフィン被覆層３は図１に示す
金属箔が埋め込まれた接着層のみでもよいし、また図２
に示すように接着層３−１と保護層３−２とからなる場
合もある。いずれの場合も金属箔は接着層にのみ埋め込
まれる。

【００１３】

【作用】ポリオレフィン被覆層に埋め込まれた金属箔Ｍ
は水またはイオンの透過を遮断する。金属箔Ｍとして
は、水またはイオンの透過を遮断できるものであればよ
い。一般的であるのはアルミ箔であり、安価で好まし
い。膜厚は１０μｍ以上１０００μｍ以下の範囲が好ま
しい。膜厚が１０μｍ未満となると、施工時に破損等が
発生する危険性があり、１０００μｍを超えると、成形
性が低下するので好ましくない。また、金属箔の表面は
公知の表面処理が施されているものが使用でき、好適で
ある。表面処理としては、例えばアルミ箔の場合、Ｍ
ＢＶ法（Modifizierte Bauer Vogel：JIS H 0201-503）
またはＥＷ法（Erft Werk:JIS H 0201-504）等のアルカ
リ・クロム酸塩系処理、アロヂン法によるクロム酸塩
系処理、燐酸・クロム酸塩系処理、燐酸亜鉛系処
理、塗布型クロム酸塩系処理またはベ−マイト法
（JIS H 0201-502）による酸化被膜系処理がある。

【００１４】金属箔Ｍが埋め込まれたポリオレフィン被
覆層３の樹脂は、極性をもつポリオレフィン樹脂であれ
ばよい。極性をもたないと金属箔と樹脂の界面が十分接
着せず、空隙が発生し、成形性を阻害するからである。

【００１５】ここで極性をもつポリオレフィン樹脂を有
極性ポリオレフィン樹脂と定義する。有極性ポリオレフ
ィン樹脂の代表的なものは変性ポリオレフィン樹脂であ
り、これ以外の実用的ものは、現在、存在しない。保護
層に使用する通常のポリオレフィン樹脂は極性をもたな
い。

【００１６】変性ポリオレフィン樹脂は、ポリオレフィ
ン樹脂にアクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレ
イン酸等の不飽和カルボン酸またはこれらの無水物を加
えてできる。これらの混合物を押し出し機中でラジカル
発生剤の存在下で溶融混練して得られるものである。こ
のうち、無水マレイン酸変性ポリオレフィンは初期密着
力が大きくかつ長期の接着耐久性をもつので、ポリオレ
フィン被覆層３に用いるのに適している。

【００１７】金属箔層が埋め込まれたポリオレフィン被
覆層３において、金属箔に接する両側（あるいは、上
下）の樹脂は、異なった種類の有極性ポリオレフィン樹
脂であってもよく、また同じものでもよい。また、カ−
ボンブラックや着色顔料を添加することもでき、さらに
公知の紫外線吸収剤または酸化防止剤を添加することが
可能であり、むしろ好適である。また、金属箔に接する
両側の有極性ポリオレフィン樹脂のそれぞれの膜厚は特
に限定しないが、金属箔を除いた上下の有極性ポリオレ
フィン樹脂の総膜厚で２．０ｍｍ以下とするのが好まし
い。

【００１８】変性ポリオレフィン樹脂は極性をもつため
に接着力が強い。通常、その上にポリオレフィン保護層
を被覆するために接着層として用いられる。しかし、図
１に示すようにそのまま最外層を形成し、防食の機能を
果たすこともある。

【００１９】氷塊の衝突などが無視できない環境では、
図２に示すように、金属箔が埋め込まれたポリオレフィ
ン被覆層３−１を接着層として、その上にポリオレフィ
ン保護層３−２を施す被覆が好ましい。ポリオレフィン
保護層３−２は、低密度、中密度または高密度ポリエチ
レン等のいずれでもよい。また、少量の他のオレフィン
またはビニルモノマ−（例えば、プロピレン、酢酸ビニ
ル、またはアクリル酸エステル等）が共重合されていて
もよい。特にポリプロピレン被覆の場合、エチレン成分
を１０〜５０％含有しているポリプロピレンが好まし
い。その中でもエチレン成分をブロック共重合させたも
のがさらに好ましい。エチレンの共重合効果によりポリ
プロピレンの靭性が著しく改善されるからである。ポリ
オレフィン保護層４を被覆することによって、高い機械
的強度（例えば落重衝撃強度等）が得られ、運搬時や施
工時に生じる鋭利な固体との衝突にたいして被覆が保護
される。ポリオレフィン保護層４を構成する樹脂は極性
をもたないので金属箔を埋め込むことはできない。ポリ
オレフィン保護層の厚みは、特に限定されないが、強度
を確保するために０．５ｍｍ以上必要であり、経済的な
制約から５ｍｍ以下にすることが妥当である。

【００２０】以上に述べたように、本発明のポリオレフ
ィン被覆鋼材は必ずしも化成処理層およびエポキシプラ
イマ−層は必要ではない。使用環境が比較的低温（例え
ば６０℃以下）では、化成処理層およびエポキシプライ
マ−層を省くことが可能であり、従来と同等の性能を維
持しながら、製造コストを下げることが可能である。

【００２１】しかし、これら下地処理を施すことにより
ポリオレフィン被覆層と鋼材との密着力が増すので過酷
な環境で使用する場合には下地処理を施す。図１および
図２はその例を示すものである。下地処理を施す場合、
鋼材表面の清浄化処理は、公知のショットブラスト、グ
リッドブラストおよびサンドブラストなどの物理的手
段、または酸洗、アルカリ脱脂などの化学的手段により
行われる。

【００２２】化成処理層１はクロム酸系の処理による。
シリカ系塗布型クロメ−トが作業性にも優れ、一次密着
力も高いため好ましい。化成処理は有機還元剤を用いた
高還元クロメ−ト処理が施されたものでもよく、耐陰極
電解剥離性の向上にはむしろ好適である。これらクロメ
−ト処理層は、全クロム量として５０〜１０００ｍｇ／
ｍ² を含むことが好ましい。クロム付着量が５０ｍｇ／
ｍ² 未満では高温耐水性及び耐高温陰極電解剥離性が劣
り、一方、１０００ｍｇ／ｍ² を超えると、クロメ−ト
処理層が厚くなり、耐冷熱サイクル特性および一次密着
力が低下する。

【００２３】エポキシプライマ−層２は、公知のエポキ
シ樹脂および硬化剤を主成分とし、顔料を添加すること
もあるし、また添加しなくてもよい。代表的なエポキシ
樹脂として、ビスフェノ−ルＡまたはフェノ−ルノボラ
ックタイプ等が、また硬化剤として、アミン系硬化剤、
ジシアンジアミド系硬化剤またはイミダゾ−ル硬化剤が
挙げられる。二液硬化型プライマ−、または硬化剤をマ
イクロカプセル化した潜在硬化性一液型熱硬化プライマ
ーも使用できる。

【００２４】金属箔が埋め込まれたポリオレフィン樹脂
層３は、それが一体として別に製造されてもよいし、ま
た、鋼材表面を、まず有極性ポリオレフィン樹脂で被覆
し、ついで金属箔で覆い、さらにその上を有極性ポリオ
レフィン樹脂が被覆する手順を踏んでもよい。後者の場
合、一枚の金属箔で足りる場合は問題ないが、不足する
場合は、複数枚の金属箔で被覆する。このとき、接合部
は互いに接触することが必要であり、かつ最低５ｍｍ程
度の重複をさせることが望ましい。そうすることによっ
て水またはイオンの透過を実質的に遮断することができ
る。

【００２５】

【実施例１】直径６０９．６ｍｍの配管用ア−ク溶接炭
素鋼鋼管（ＪＩＳ Ｇ ３４５７）をグリッドブラスト
により除錆度Ｓａ３（ＩＳＯ ８５０１−１）に調整
後、移動速度３ｍ／ｍｉｎで搬送ロ−ルにより移動させ
ながら、誘導加熱装置により１５０℃に加熱した。表１
に示すように（ａ）無水マレイン酸変性ポリエチレン
（三井石油化学製、アドマ−ＮＥ０６０）、（ｂ）アル
ミ箔および（ｃ）無水マレイン酸変性ポリエチレン
（（ａ）と同じもの）を被覆し、外面ポリエチレン被覆
鋼管を得た。（ａ）および（ｃ）は被覆した時点ではい
ずれも融点以上の粘性の高い溶融状態のものを被覆し
た。

【００２６】被覆方法としては、（ａ）を従来から行わ
れているＴダイ方式の押し出し機によって螺旋状に被覆
し、（ａ）を被覆した直後に溶融状態の（ａ）の上にア
ルミ箔を螺旋状にラッピングし、さらに（ｃ）をＴダイ
方式の押し出し機によって被覆した。

【００２７】以下に示すいずれの実施例および比較例に
おいても、変性ポリオレフィン樹脂を被覆するときは同
様の方法により行った。（ａ）、（ｂ）および（ｃ）
は、図１の金属箔が埋め込まれたポリオレフィン被覆層
３を構成する。本例は、図１において化成処理層１およ
びエポキシプライマ−層２がなく、金属箔が埋め込まれ
たポリオレフィン被覆層３のみがある場合である。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【実施例２】直径６０９．６ｍｍの配管用炭素鋼鋼管
（ＪＩＳ Ｇ ３４５７）をグリッドブラストにより表
面を除錆度Ｓａ３（ＩＳＯ ８５０１−１）に調整後、
移動速度３ｍ／ｍｉｎで搬送ロ−ルにより移動しながら
６０℃に誘導加熱装置により加熱した。化成処理とし
て、全クロム付着量が２５０ｍｇ／ｍ² になるようにク
ロメ−ト処理を施した。クロメ−トは、（ａ）コスマ−
１００（関西ペイント製）を水で希釈したものを用い
た。その後、プライマ−として、（ｂ）二液型アミン硬
化エポキシプライマ−（日本ペイント製Ｎｏ６６プライ
マ−）を膜厚２０μｍになるように塗布し、誘導加熱装
置を用いて加熱硬化させた。このように下地処理を行っ
た鋼管に、表１に示すように（ｃ）無水マレイン酸変性
ポリエチレン（三井石油化学製、アドマ−ＮＥ０６０）
と（ｄ）アルミ箔および（ｅ）無水マレイン酸変性ポリ
エチレン（（ｃ）と同じもの）を被覆し、外面ポリエチ
レン被覆鋼管を得た。図１において、上記の（ａ）は化
成処理層１（クロメ−ト処理層）を、（ｂ）はエポキシ
プライマ−層２を、また（ｃ）、（ｄ）および（ｅ）は
金属箔Ｍが埋め込まれたポリオレフィン樹脂層３を構成
する。

【００３０】

【実施例３】直径６０９．６ｍｍの配管用炭素鋼鋼管
（ＪＩＳ Ｇ ３４５７）をグリッドブラストにより表
面を除錆度Ｓａ３（ＩＳＯ ８５０１−１）に調整後、
管移動速度３ｍ／ｍｉｎで搬送ロ−ルにより移動させな
がら、誘導加熱装置により１５０℃に加熱した。表１に
示すように（ａ）無水マレイン酸変性ポリエチレン（三
井石油化学製、アドマ−ＮＥ０６０）と（ｂ）アルミ箔
および（ｃ）無水マレイン酸変性ポリエチレン（（ｃ）
と同じもの）を介して（ｄ）ポリエチレン保護層（昭和
電工製、Ｓ４００２ＥＸ）を被覆し、外面ポリエチレン
被覆鋼管を得た。

【００３１】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は図２の金属
箔が埋め込まれたポリオレフィン樹脂層３−１を、また
（ｄ）はポリオレフィン保護層３−２を構成する。本例
は、図２において化成処理層１およびエポキシプライマ
−層２がなく、金属箔を埋め込んだポリオレフィン樹脂
層３−１およびポリオレフィン保護層３−２がある場合
である。

【００３２】

【実施例４】直径６０９．６ｍｍの配管用炭素鋼鋼管
（ＪＩＳ Ｇ ３４５７）をグリッドブラストにより表
面を除錆度Ｓａ３（ＩＳＯ ８５０１−１）に調整し、
移動速度３ｍ／ｍｉｎで搬送ロ−ルにより移動しなが
ら、６０℃に誘導加熱装置により加熱した。化成処理と
して、全クロム付着量が２５０ｍｇ／ｍ² になるように
クロメ−ト処理を施した。用いたクロメ−トは、（ａ）
コスマ−１００（関西ペイント製）を水で希釈したもの
を用いた。その後、プライマ−として、（ｂ）二液型ア
ミン硬化エポキシプライマ−（日本ペイント製Ｎｏ６６
プライマ−）を膜厚２０μｍになるように塗布し、誘導
加熱装置により加熱硬化させた。このように下地処理を
行った鋼管に、表１に示すように（ｃ）無水マレイン酸
変性ポリエチレン（三井石油化学製、アドマ−ＮＥ０６
０）と（ｄ）アルミ箔および（ｅ）無水マレイン酸変性
ポリエチレンを介して（ｆ）ポリエチレン樹脂（昭和電
工製Ｓ４００２ＥＸ）を保護層として被覆し、ポリエチ
レン被覆鋼管を得た。図２において、（ａ）は化成処理
層１（クロメ−ト処理層）を、（ｂ）はエポキシプライ
マ−層２を、（ｃ）、（ｄ）および（ｅ）は金属箔が埋
め込まれたポリオレフィン樹脂層３−１を、また（ｆ）
はポリオレフィン保護層３−２をそれぞれ構成する。

【００３３】比較すべきものとして、表１に示す比較例
１および２を作製した。直径６０９．６ｍｍの配管用炭
素鋼鋼管（ＪＩＳ Ｇ ３４５７）をグリッドブラスト
により表面を除錆度Ｓａ３（ＩＳＯ ８５０１−１）に
調整後、管移動速度３ｍ／ｍｉｎで搬送ロ−ルにより移
動しながら６０℃に誘導加熱装置により加熱した。化成
処理として、全クロム付着量が２５０ｍｇ／ｍ² になる
ようにクロメ−ト処理を施した。用いたクロメ−トは、
（ａ）コスマ−１００（関西ペイント製）を水で希釈し
たものを用いた。プライマ−として、（ｂ）二液型アミ
ン硬化エポキシプライマ−（日本ペイント製Ｎｏ６６プ
ライマ−）を膜厚２０μｍになるように塗布し、誘導加
熱装置により加熱硬化させた。このように下地処理を行
った鋼管に、表１に示すように（ｃ）無水マレイン酸変
性ポリエチレン（三井石油化学製、アドマ−ＮＥ０６
０）を介して（ｄ）ポリエチレン樹脂（昭和電工製、Ｓ
４００２ＥＸ）を被覆し、外面ポリエチレン被覆鋼管を
得た。これは図３において、（ａ）は化成処理層１（ク
ロメ−ト処理層）を、（ｂ）はエポキシプライマ−層２
を、（ｃ）はポリオレフィン樹脂層（接着層）３−１
を、また（ｄ）はポリオレフィン保護層３−２をそれぞ
れ構成する。

【００３４】上記の各種のポリエチレン被覆鋼管から試
験材を１５０ｍｍ×７０ｍｍに切りだし、機械的強度と
して落重衝撃強度（ＡＳＴＭ Ｇ１４）を測定した。

【００３５】また、被覆に直径５ｍｍの人工疵を鋼面に
達するまで設け、これを８０℃に保った３％ＮａＣｌ食
塩水に接液させ、飽和カロメル電極に対して−１．５Ｖ
の電位として６０日間保持した。人工疵からの剥離距離
を測定し、これを陰極剥離長さとして評価した。試験結
果を表１に併せて示す。

【００３６】実施例１に示すように、下地処理がなくポ
リオレフィン樹脂層３のみがある場合（図１において下
地処理がない場合）においても、優れた耐陰極電解剥離
性を発揮することがわかる。それに加えて鋼表面の清浄
化、クロメ−ト処理層１およびエポキシプライマ−層２
を施した場合（図１の場合）、一段と耐陰極電解剥離性
が優れることがわかる。さらに実施例３に示すように、
下地処理がなくポリオレフィン樹脂層３−１およびポリ
エチレン保護層３−２を施した場合（図２において下地
処理がない場合）、耐陰極電解剥離性が良好な上にさら
に機械的性質が優れることが分かる。実施例４の如く、
清浄化、化成処理層１（クロメ−ト処理層）およびエポ
キシプライマ−層２を施した後に、金属箔が埋め込まれ
たポリオレフィン樹脂層３−１およびポリオレフィン保
護層３−２を施すと（図２の場合）、良好な耐陰極電解
剥離性および機械的性質を兼備し、とりわけ耐陰極電解
剥離性が著しく優れる。

【００３７】一方、比較例１および２に示すように、金
属箔が無い場合は、陰極電解剥離長さは１５ｍｍ以上と
なる。

【００３８】

【発明の効果】本発明に係るポリオレフィン被覆鋼材
は、ポリオレフィン樹脂の中に埋め込まれた金属箔によ
り、高温で起きる水またはイオンのポリオレフィン樹脂
での透過を遮断する。その結果、化成処理層およびエポ
キシプライマ−層を施さなくても良好な高温耐陰極電解
剥離性が得られ、製造コストを下げることができる。ま
たこれら下地処理を施すことによってさらに優れた高温
耐陰極電解剥離性および耐水性を長期間にわたって維持
するポリオレフィン被覆鋼材の提供が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一例であるポリオレフィン被覆
鋼材の断面を模式的に表した図面である。

【図２】図２は本発明の一例であるポリオレフィン被覆
鋼材の断面を模式的に表した図面である。

【図３】図３は従来技術にみられるポリオレフィン被覆
鋼材の断面を模式的に表した図面である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表面にポリオレフィン樹脂の被覆層をもつ
   鋼材であって、被覆層の中に金属箔が金属箔層として埋
   め込まれていることを特徴とするポリオレフィン被覆鋼
   材。
2. 【請求項２】鋼表面とポリオレフィン樹脂の被覆層との
   間に化成処理層およびエポキシプライマ−層をもつ請求
   項１に記載のポリオレフィン被覆鋼材。