説明

難燃性樹脂組成物及び樹脂被覆金属管

【課題】 本発明は、ガスなどの流体を運ぶための金属管の表面に2層構造の樹脂被覆層を設け、高温耐油性、難燃性、特に耐外傷性に優れた金属管を提供するものである。
【解決手段】 かゝる本発明は、金属管の外周に内層と外層の2層からなる樹脂被覆層を設け、内層が、EEA、又はEVAから選ばれる少なくとも1つのポリオレフィン系樹脂70〜90質量部とポリプロピレン系樹脂10〜30質量部とからなるベース樹脂100質量部に対して、難燃剤の金属水酸化物10〜50質量部を添加した難燃性樹脂組成物であり、外層がポリプロピレン系樹脂である樹脂被覆金属管にあり、これにより、良好な特性が得られる。特に、ガス管などの場合、高い温耐油性、適度の可撓性、優れた難燃性、高い耐外傷性、優れたシースカット性、シース引抜性などが得られる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ガスなどの気体や液体などの流体を運ぶための金属管の表面に保護用樹脂として被覆する難燃性樹脂組成物、及び樹脂被覆金属管に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、ガス管などの金属管では、保護用の樹脂被覆として、塩化ビニル樹脂(PVC)やポリオレフィン樹脂が使用されている。
【0003】
ところが、PVCの場合には、樹脂中に含まれる塩素原子により、火災などの際に有毒ガスを排出するという問題があった。もちろん、設備の廃棄による金属管の焼却処理時においても、有毒ガスが排出するという問題があった。また、PVCでは安定剤として鉛系のものを使用することが多いため、設備の廃棄に際して、埋め立て処理しても、地中に鉛が溶出して土壌汚染を招くなどの危険もあった。
【0004】
この点、ポリオレフィン樹脂材料の場合、樹脂中に塩素原子がないことから、火災や焼却処理時において、有毒ガスが発生する恐れはないものの、高温油などに晒されると、損傷するという問題があった。
【0005】
そこで、本出願人は、ポリオレフィン樹脂、特に柔軟性の高い、エチレン−エチルアクリレート共重合体(EEA)やエチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)に着目し、これらの樹脂材料をベース樹脂として、難燃剤の水酸化マグネシウムや炭酸カルシウムを適量添加する一方、ガス管などの高温耐油性(155℃の食用油に10秒間浸漬してシースに割れや裂けなどの欠陥が生じないという耐油性能)に対応するため、ベース樹脂に対して、熱可塑性架橋樹脂(アイオノマーやRC樹脂など)を添加したものを提案してある(特許文献1)。
【特許文献1】特開2004−137462号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところが、本発明者等のその後の研究によると、EEAやEVAに対して、熱可塑性架橋樹脂を添加した場合、良好な高温耐油性が得られると共に、適度の可撓性(柔軟性)、優れた難燃性が得られ、また、耐外傷性、被覆のシースを容易にかつ綺麗に切断できるシースカット性、切断したシースを簡単に引き抜きことができるシース引抜性においても、優れた結果が得られるものの、耐外傷性については、より一層優れたものへ改善すべき必要があることが分った。つまり、樹脂被覆金属管、例えば、樹脂被覆されたガス管の場合、屋内にガス管を引き込む際、施設のコンクリートや木材などの建築部材に擦れることが多いため、被覆部分が損傷し易く、より高い耐外傷性が必要となるからである。
【0007】
そこで、本発明者等は、金属管の外周に内外の2層からなる樹脂被覆層を設けることを着想し、内層を、EEA又はEVAから選ばれる少なくとも1つのポリオレフィン系樹脂70〜90質量部とポリプロピレン系樹脂10〜30質量部とからなるベース樹脂100質量部に対して、難燃剤の金属水酸化物10〜50質量部を添加した難燃性樹脂組成物とし、外層を、ポリプロピレン系樹脂としたところ、良好な結果が得られることを見い出した。つまり、内層側にあっては、主成分である、EEA又はEVAにより、良好な柔軟性、シースカット性、シース引抜性が得られる一方、外層側にあっては、強度の大きいポリプロピレン系樹脂からなるため、大きな耐外傷性が確保されるのである。
【0008】
本発明は、この点に鑑みてなされたもので、基本的には、金属管の外周に内外の2層からなる樹脂被覆層を設けるものとし、その一つは、内層側に被覆される難燃性樹脂組成物を提供するものであり、もう一つは、金属管の外周に内外の2層からなる樹脂被覆層を設けた樹脂被覆金属管を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
請求項1記載の本発明は、エチレン−エチルアクリレート共重合体、又はエチレン−酢酸ビニル共重合体から選ばれる少なくとも1つのポリオレフィン系樹脂70〜90質量部とポリプロピレン系樹脂10〜30質量部とからなるベース樹脂100質量部に対して、難燃剤の金属水酸化物10〜50質量部を添加したことを特徴とする難燃性樹脂組成物にある。
【0010】
請求項2記載の本発明は、前記難燃性樹脂組成物に表面滑性作用を有する滑剤0.5〜3質量部を添加したことを特徴とする請求項1記載の難燃性樹脂組成物にある。
【0011】
請求項3記載の本発明は、金属管の外周に内層と外層の2層からなる樹脂被覆層を設け、前記内層が前記請求項1又は2記載の難燃性樹脂組成物であり、前記外層がポリプロピレン系樹脂であることを特徴とする樹脂被覆金属管にある。
【0012】
請求項4記載の本発明は、前記ポリプロピレン系樹脂が脆化温度が−30℃以下であることを特徴とする請求項3記載の樹脂被覆金属管にある。
【0013】
請求項5記載の本発明は、前記金属管が可撓性金属管であることを特徴とする請求項3又は4記載の樹脂被覆金属管にある。
【0014】
請求項6記載の本発明は、前記金属管がガス管であることを特徴とする請求項3、4又は5記載の樹脂被覆金属管にある。
【発明の効果】
【0015】
本発明の難燃性樹脂組成物によると、柔軟性の高い樹脂であるEEAやEVA(70〜90質量部)に対して、強度の大きいポリプロピレン系樹脂(10〜30質量部)を適量添加して、高い耐外傷性のベース樹脂を得る一方、これに難燃剤を添加してあるため、金属管の外周に内外の2層からなる樹脂被覆層を設ける際、その内層用の最適の難燃性樹脂組成物が得られる。
【0016】
本発明の樹脂被覆金属管によると、金属管の外周に内外の2層からなる樹脂被覆層を設けることとし、内層側が、請求項1記載の難燃性樹脂組成物であるため、優れた高温耐油性、耐外傷性、所望の難燃性、適度の可撓性が得られ、かつ、優れたシースカット性、シース引抜性が得られる一方、外層側が、強度の大きいポリプロピレン系樹脂からなるため、大きな耐外傷性が得られる。特に金属管がガス管の場合、屋内にガス管を引き込む際、コンクリートや木材などの建築部材に擦れても、高い耐外傷性により損傷に耐え得る。
また、配管の作業時、優れたシースカット性によりシースには容易にシースカッタで切れ込みを入れることができ、さらに、このカットした部分の被覆も、優れたシース引抜性により手で容易に取り去ることができる。つまり、端末の施工や中間の接続作業のし易いガス管が得られる。勿論、内層側がノンハロゲンの難燃性であるため、燃焼時に腐食性ガスやダイオキシン類のガスが発生することもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
図1は通常のパイプ状の管からなる本発明に係る樹脂被覆金属管である。図1中、1はステンレス鋼などからなる金属管、2はこの金属管1の外周に被覆された内外の2層2a、2bからなる樹脂被覆層(シース)である。また、図2〜図3はコルゲート状の管からなる可撓性を有する本発明に係る樹脂被覆金属管である。図2〜図3中、11はステンレス鋼などからなるコルゲート状の金属管、12はこの金属管11の外周に被覆された内外の2層12a、12bからなる樹脂被覆層(シース)である。この可撓性の樹脂被覆金属管の場合には、図3に示すように、内面に金属管11の波形の方向とは直交する方向(周方向)に波形となっており、金属管11と樹脂被覆層12との間には、波形の隙間が形成されている。
【0018】
上記いずれの金属管においても、樹脂被覆層2、12の内層2a、12aは、エチレン−エチルアクリレート共重合体(EEA)、又はエチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)から選ばれる少なくとも1つのポリオレフィン系樹脂70〜90質量部とポリプロピレン(PP)系樹脂10〜30質量部とからなるベース樹脂100質量部に対して、難燃剤の金属水酸化物10〜50質量部を添加した難燃性樹脂組成物からなり、樹脂被覆層2、12の内層2b、12bは、ポリプロピレン系樹脂からなる。
【0019】
本発明で用いるEEAとしては、エチルアクリレート含有量が5〜30質量%で、メルトフローレイト(MFR、温度190℃、荷重2.2Kg、時間10分)が0.1〜5.0のものの使用が好ましい。また、EVAとしては、酢酸ビニル含有量が5〜40質量%で、メルトフローレイト(MFR、温度190℃、荷重2.2Kg、時間10分)が0.1〜5.0のものの使用が好ましい。さらに、ポリプロピレン系樹脂としては、特に限定されず、ホモPP、ランダムPP、ブロックPPなどが使用できる。これはEEAやEVAと混合されて使用されるもので、EEAやEVA自体が耐寒性などの特性にも優れているため、メルトフローレイト(MFR、温度190℃、荷重2.2Kg、時間10分)が0.1〜5.0のものであれば、すべて使用可能である。例えば、市販品としては、ブロックPPに対して適量のポリエチレン(PE)を重合させたもの(WS234、三井化学社製)などの使用が望ましい。
【0020】
これらのEEAとEVAは、少なくともその1つとポリプロピレン系樹脂とが混合されてベース樹脂をなす。より具体的には、EEAとEVAとから選ばれる少なくとも1つのポリオレフィン系樹脂70〜90質量部に対して、ポリプロピレン系樹脂10〜30質量部を混合する。この強度の大きいポリプロピレン系樹脂の混合により、ベース樹脂の強度の補強が得られる。ここで、ポリプロピレン系樹脂の添加量を10〜30質量部としたのは、10質量部未満では、所望の耐外傷性が得られず、また、30質量部を超えるようになると、硬くなり過ぎて、柔軟性が失われるようになるからである。
【0021】
つまり、EEAやEVAは柔軟性に富む樹脂材料であるため、その割合が多いほど、大きな可撓性が得られる一方、その軟化温度が低いことから、ベース樹脂全体の軟化温度も低下し、耐熱性が低下する要因となる。これに対して、ポリプロピレン系樹脂は強度が大きく、硬い樹脂あることから、この添加により、ベース樹脂全体の軟化温度が上がり、耐熱性の向上、特に耐外傷性のより一層の向上が期待できるのである。
【0022】
ベース樹脂に添加する難燃剤は、特に限定されないが、難燃効果が高く、ノンハロゲンの難燃剤である金属水酸化物、例えば、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムなどの使用が望ましい。この難燃剤はそのまま添加してもよいが、好ましくはポリマー中での凝集が少なくなり、より均一に分散させるため、疎水性を向上させる表面処理を施したものを使用するとよい。この表面処理としては、例えばポリオルガノシロキサン、エポキシシラン、ビニルシラン、アミノシラン、メルカプトシランなどのシランカップリング剤や、ステアリン酸、オレイン酸などの脂肪酸、さらには、イソプロピルイソステアロイルチタネートなどのチタンカップリング剤が挙げられる。その添加量としては、ベース樹脂100質量部に対して、1〜10質量%程度が望ましい。
【0023】
難燃剤である金属水酸化物のベース樹脂100質量部に対する添加量は、10〜50質量部とする。その理由は、10質量部未満では、樹脂組成物の十分な難燃性が得られず、逆に50質量部を超えるようになると、樹脂組成物の機械的特性が低下するようになるからである。
【0024】
これらの難燃剤の他に難燃助剤を添加することもできる。難燃助剤の添加により、難燃剤の添加量を低減させて、樹脂組成物の比重を下げると共に、機械的特性の低下を抑えることもできる。このような難燃助剤としては、例えば、シリコーンパウダー、シリコーンゴムなどのシリコーン化合物、トリクレジルホスフェート、トリフェニルホスフェート、ポリリン酸アンモニウムなどのリン系化合物、硼酸亜鉛、ヒドロキシ錫亜鉛、錫酸亜鉛などの亜鉛化合物、メラミンシアヌレート、メラミン、メラムなどの窒素含有有機化合物、フォスファゼンなどのリン、窒素含有化合物、赤リン、カーボンブラック、N,N’−m−フェニレンジマレイミドなどのマレイミド化合物などを挙げることができる。そして、添加量は、ベース樹脂100質量部に対して、10質量部程度を上限として添加すればよい。
【0025】
このようにして得られる本発明の難燃性樹脂組成物には、必要により、表面滑性作用を有する滑剤を添加するとよい。この滑剤としては、ステアリン酸、ステアリン酸アミド、オレイン酸アミド、エルカ酸アミド、シリコーンオイル、ポリエチレンワックス、EVAワックス、金属石鹸、パラフィン油などが挙げられる。そして、その添加量は、ベース樹脂100質量部に対して、0.5〜3質量部程度とするとよい。
【0026】
さらに、本発明では、この難燃性樹脂組成物に紫外線吸収剤、老化防止剤、着色剤、帯電防止剤、防カビ剤、防蟻剤、防鼠剤、タルクなどの無機充填剤などの種々の添加剤を適宜必要に応じて添加することができる。
【0027】
このような配合範囲内にある本発明の難燃性樹脂組成物によると、特性のバランスがよく、良好な耐熱性、耐外傷性、高温耐油性と共に適度の可撓性が得られる。さらに、被覆のシースを容易にかつ綺麗に切断できるシースカット性、通常の外気温(20℃程度)や低温(−5℃程度)にあっても、切断したシースを簡単に引き抜きことができるシース引抜性においても、良好な結果が得られる。
【0028】
このような配合からなる本発明の難燃性樹脂組成物は、例えば、上記図1〜図3の金属管1、11に樹脂被覆層2、12の内層2a、12a側として、周知の押出被覆法により押出被覆される。この内層2a、12aは、難燃性樹脂組成物からなるテープを作成し、これを金属管1、11に巻き付けて被覆してもよい。或いは、難燃性樹脂組成物からなるチューブを作成し、これを金属管1、11に被せ、加熱して被覆してもよい。このようにして得らる樹脂被覆層の表面硬度は、ショアD硬度(JIS−6760)で50以下、より好ましくは30〜50となるように調整するとよい。この範囲とすることで、耐外傷性と柔軟性との互いに相反する特性のパランスをとることができる。
【0029】
この内層2a、12a側の外周には、外層2b、12b側として、ポリプロピレン(PP)系樹脂を、例えば、周知の押出被覆法により押出被覆させる。これにより、本発明の樹脂被覆金属管が得られる。この外層は、難燃剤なども添加されていない、硬く、強度の大きいポリプロピレン系樹脂からなるため、より一層大きな耐外傷性が得られる。なお、この外層2b、12bは、ポリプロピレン系樹脂からなるテープを作成し、これを上記内層の外周に巻き付けて被覆してもよい。或いは、ポリプロピレン系樹脂からなるチューブを作成し、これを金属管1、11の内層の外周に被せ、加熱して被覆してもよい。
【0030】
このポリプロピレン系樹脂としては、特に限定されず、ホモPP、ランダムPP、ブロックPPなどが使用できる。特に、この樹脂は外層側であるため、脆化温度が−30℃以下のものの使用が望ましい。その理由は屋外で使用された場合、曲げたところが割れてしまう恐れがあるからである。また、この樹脂には、必要により表面に所望の表示などを印刷できるように、表面印刷性を向上させるため、少量の無機充填材(フィラー)を添加することができる。このようにして得らる外層の表面硬度は、ショアD硬度(JIS−6760)で70以下、より好ましくは55〜65となる。この範囲とすることで、大きな耐外傷性が確保される。例えば、市販品としては、上記内層側のものと同様である、ブロックPPに対して適量のポリエチレン(PE)を重合させたもの(WS234、三井化学社製)などの使用が望ましい。
【0031】
さらに、本発明では、このポリプロピレン系樹脂に紫外線吸収剤、老化防止剤、着色剤、帯電防止剤、防カビ剤、防蟻剤、防鼠剤、タルクなどの無機充填剤などの種々の添加剤を適宜必要に応じて添加することができる。
【0032】
また、本発明において、金属管には、曲り管や接続継手も含まれるものとする。さらに、その形状も、上記図1〜図3の場合に限定されるものではない。
【0033】
〈実施例・比較例〉
表1〜表3に示した配合条件で、本発明の要件を満たす樹脂被覆金属管(実施例1〜12)と、本発明の要件を欠く樹脂被覆金属管(比較例1〜7)を、サンプルとして製造した。具体的には、図2に示すような、直径30.8mm(25A型)のステンレス鋼(SUS304)フレキシブル管を試作し、これに、先ず、上記要件からなる樹脂組成物の内層を被覆させた。なお、フレキシブル管が波付き管であるため、内層の肉厚部(凸部)の厚さは0.55mm、肉薄部(凹部)の厚さは0.4mmである。次に、内層の外周に外層を被覆させた。なお、外層の厚さは0.2mmである。これらの内外の層は、いずれも押出機による押出成形により行った。
【0034】
ここで、用いたEEAはエチルアクリレート含有量が15質量%、メルトフローレイト(MFR)が0.5g/10minのものである。また、EVAは酢酸ビニル含有量が20質量%、MFRが2.5g/10minのものである。内層用及び外層用のポリプロピレン(PP)はメルトフローレイト(MFR)が5.0、密度=0.91、破断強度=29、破断伸び=>500、硬度(ロックウエル)=85、脆化温度=−30℃、体積抵抗=2×1017、ストレスクラック=>1000のもの(WS234、三井化学社製)である。難燃剤の水酸化マグネシウムはX−22−1894(信越シリコーン社製)である。滑剤はエルカ酸アミド(日本油脂社製)である。紫外線吸収剤はチヌビン111FDL(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)である。老化防止剤はイルガノックス1010(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)である。
【0035】
そして、これらの各金属管について、以下の方法により、高温耐油性、シースカット性、シース引抜性(20℃と−5℃)、難燃性、及び耐外傷性を調べ、その結果を、同表1〜表3に併記した。なお、各表中の配合材料の数値は質量部数を示す。
【0036】
〈高温耐油性〉
各金属管を、直径60mmの円筒に沿わせて180°曲げ、この状態で155℃の大豆油に10秒間浸漬した。これを10回試行し、その全長に渡って樹脂被覆層(シース)の裂け、亀裂などのないものを合格とし、一部でも裂け、亀裂などのあったものを不合格とした。
【0037】
〈シースカット性〉
市販のシートカッターを用い、管の端末から10cmのところを1回転してシースを円周方向にカットしたとき、シースがよじれることなく綺麗に二つに分かれているものを良好(合格)とし、シースの切れ込みが不十分で繋がっているものやシースのカット面がよじれているものは不良(不合格)とした。
【0038】
〈シース引抜性〉
上記のように、シートカッターで切断されたシースを、周囲温度20℃と−5℃において、手で引き抜く試験を行った。そして、容易に引き抜ける場合を良好(表中「易」で表示)とし、引き抜けが可能な場合を良(表中「可」で表示)とし、引き抜けが困難な場合を不良(表中「難」で表示)とし、逆に、シースが滑り過ぎて30cmも容易に抜ける場合も不良(表中「過」で表示)とした。つまり、ガスなどの金属管において、滑り過ぎても、布設や接続などの作業が困難となるからである。
【0039】
〈難燃性〉
各金属管を垂直に立て、これにバーナを45°の角度に傾けて、火炎を5秒間接炎した後、離して15秒以上燃え続けなければ合格とし、15秒を超えて燃え続けなける場合を不合格とした。
【0040】
〈耐外傷性〉
各金属管に対して、図4に示すような装置(狭所通管試験装置)を用いて引抜き試験を行った。この装置では、厚さ12mmで、内径36mmの穴を有するコンパネが3枚、450mmの間隔で設置され、これらの穴にサンプルの金属管を通して引き抜いた。
このとき、装置の穴の内径36mmに対して、金属管の外径が大きいと、両者間の隙間が小さくなるため、金属管の被覆外周が引っ掛かり易くなる。今回は、より一層改善された耐外傷性を確認するため、上記したように、金属管の外径を30.8mm(25A型)とし、内径36mmの穴との隙間を小さく、より厳しい条件で試験した。また、2番目のコンパネの穴の高さは左右のコンパネの穴より上下方向に150mm高くしてある(偏心量150mm)。なお、金属管の長さは3m、引抜き速度は1m/secで、1サンプルに付き、3回の試験を行った。そして、この引抜きにより、シースに外傷、割れ、裂けがなければ合格とし、外傷、割れ、裂けがあれば不合格とした。
【0041】
【表1】

【0042】
【表2】

【0043】
【表3】

【0044】
上記表1〜表2から、本発明の条件を満たす2層構造の樹脂被覆を設けた金属管(実施例1〜12)では、高温耐油性、シースカット性、シース引抜性、難燃性、耐外傷性のすべてにおいて、問題のないことが分かる。
【0045】
これに対して、表3から、本発明の要件を欠く2層構造の樹脂被覆を設けた金属管(比較例1〜7)では、いずれかの点で問題があることが分かる。
つまり、比較例1〜2、5〜6ではベース樹脂の条件を欠くため問題があることが分る。特に比較例5の場合、PPが多過ぎる(40質量部)と低温時にシースが収縮するため、シース引抜性(−5℃)が大きく悪化することが分かる。比較例3は難燃剤の水酸化マグネシウムが少ない場合(5質量部)で、難燃性が不合格となることが分る。逆に比較例4は難燃剤の水酸化マグネシウムが多い場合(60質量部)で、難燃性の過剰添加により高温耐油性が低下することが分る。比較例7の場合、滑剤の添加量が多過ぎるため(3.5質量部)、シース引抜性(20℃)が大きくなり過ぎて問題があることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【0046】
【図1】本発明に係る樹脂被覆金属管の一例を示した縦断面図である。
【図2】本発明に係る樹脂被覆金属管の他の例を示した縦断側面図である。
【図3】図2のI−I線縦断面図である。
【図4】耐外傷性を判定するための装置(狭所通管試験装置)の概略説明図である。
【符号の説明】
【0047】
1・・・金属管、2・・・樹脂被覆層、2a・・・内層、2b・・・外層、11・・・金属管、12・・・樹脂被覆層、12a・・・内層、12b・・・外層


【特許請求の範囲】
【請求項1】
エチレン−エチルアクリレート共重合体、又はエチレン−酢酸ビニル共重合体から選ばれる少なくとも1つのポリオレフィン系樹脂70〜90質量部とポリプロピレン系樹脂10〜30質量部とからなるベース樹脂100質量部に対して、難燃剤の金属水酸化物10〜50質量部を添加したことを特徴とする難燃性樹脂組成物。
【請求項2】
前記難燃性樹脂組成物に表面滑性作用を有する滑剤0.5〜3質量部を添加したことを特徴とする請求項1記載の難燃性樹脂組成物。
【請求項3】
金属管の外周に内層と外層の2層からなる樹脂被覆層を設け、前記内層が前記請求項1又は2記載の難燃性樹脂組成物であり、前記外層がポリプロピレン系樹脂であることを特徴とする樹脂被覆金属管
【請求項4】
前記ポリプロピレン系樹脂が脆化温度が−30℃以下であることを特徴とする請求項3記載の樹脂被覆金属管。
【請求項5】
前記金属管が可撓性金属管であることを特徴とする請求項3又は4記載の樹脂被覆金属管。
【請求項6】
前記金属管がガス管であることを特徴とする請求項3、4又は5記載の樹脂被覆金属管。


【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2006−335780(P2006−335780A)
【公開日】平成18年12月14日(2006.12.14)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−158429(P2005−158429)
【出願日】平成17年5月31日(2005.5.31)
【出願人】(000005186)株式会社フジクラ (4,463)
【Fターム(参考)】