JP5373826B2

JP5373826B2 - 海洋的および工業的応用のためにポリマーによる抗力低減の効率を高める方法

Info

Publication number: JP5373826B2
Application number: JP2010548683A
Authority: JP
Inventors: ケネスジェイムーア; トーマスディーライアン; クリストファーエムムーア; ティモシーエイヴォイス
Original assignee: コータナコーポレイション
Priority date: 2008-01-02
Filing date: 2008-01-02
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2028-01-02
Also published as: AU2008343715A1; EP2231791A1; WO2009085325A1; KR20100110845A; EP2231791B1; AU2008343715B2; RU2010126794A; KR101260713B1; RU2501823C2; CA2711097C; PL2231791T3; JP2011509884A; ES2425766T3; DK2231791T3; CA2711097A1

Description

（政府権益の声明）
本明細書に記載の発明は、該発明に対していかなる特許権使用料も支払うことなしに、米国政府によって、または米国政府のために、政府の目的に関して使用できる。

（技術分野）
抗力を低減する粘弾性被覆の潜在能力は、米国、フランス、日本、ウクライナおよびロシアにおける過去４０年にわたる研究および一連の特許の主題であった。該被覆は、単独で、または他の抗力低減技術と連結して使用することができる。このような被覆の性能は一定していなかった。すなわち、それらの被覆は、壊れやすく、重く、設置するのが高価であり、それらが欠乏すると抗力を増大させることがある。それらの被覆の費用および複雑さのため、その応用は、高価値の軍用船のためだけに考慮されてきた。さらに、該被覆は、海洋付着物にさらされ、該付着物は、それらの被覆の性能および船舶の性能を低下させる場合がある。いくつかの被覆は、海洋的または工業的応用の動力学に適合するために、電気、熱、または空気エネルギーを必要とする。海洋的および工業的環境の要求を受け入れやすい、効果的で、維持が容易で、かつ低コストの粘弾性被覆が必要とされている。

（発明の目的）
本発明の目的は、
（１）自発的に補修すること、および海洋／工業的環境のストレスに耐えることのできる、効果的に抗力を低減する粘弾性被覆システムを提供すること、
（２）周知の「Ｔｏｍｓ効果」［Ｔｏｍｓ，Ｂ．Ａ．の論文「ＳｏｍｅＯｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓｏｎｔｈｅＦｌｏｗｏｆＬｉｎｅａｒＰｏｌｙｍｅｒＳｏｌｕｔｉｏｎｓｔｈｒｏｕｇｈＳｔｒａｉｇｈｔＴｕｂｅｓａｔＬａｒｇｅＲｅｙｎｏｌｄｓＮｕｍｂｅｒｓ」，Ｐｒｏｃ．１^st Ｉｎｔｅｒｎ．Ｃｏｎｇｒ．Ｒｈｅｏｌ．，Ａｍｓｔｅｒｄａｍ，１１，１３５〜１４１，１９４８］などの摩擦抗力低減技術の抗力を高めるための方法を提供すること、
（３）船舶推進システムからの有害な排出物質および二酸化炭素排出をさらに低減することによって、ポリマーによる抗力低減の環境上有利な影響力を高めること、
（４）それ自体、摩擦抗力を１０％程度低減する、再生力のある異方性粘弾性被覆を提供すること、
（５）生物付着、および海洋環境中での稼動に付随する付随性「インサービス（ｉｎ−ｓｅｒｖｉｃｅ）」抗力を抑制するための手段を提供すること、
（６）高価な設備、ならびに維持および修理のためのドック入りを必要としない抗力低減被覆を提供すること、
（７）「エッジ効果」の低下を生じさせない被覆を提供すること、
（８）粘性下部層上に拡がり、それによって抗力を高める「動的」粗さ要素として作用する表面変形を生じさせない被覆を提供すること、
（９）その本質として、流れの方向に異方性である被覆を提供すること、
（１０）海を航行しながらまたは工業環境中で稼動しながら、容易に補充することのできる消耗性ポリマー被覆を提供すること、
（１１）流れ中へ噴射された繊維を用いて、およびリブレットと称される微細溝化表面を用いて立証されているような、乱流レベルを低下させる繊維またはブラシ様表面を形成する粘弾性表面を提供すること
である。

（背景技術）
海洋輸送機関のための非抵抗性（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ）被覆に対する関心は、ＭａｘＯ．Ｋｒａｍｅｒが、境界層中に層流領域を拡げることによって抗力を低減するための手段として非抵抗性被覆を研究した１９６０年代中頃にさかのぼる［１９６４年１２月１５日発行のＫｒａｍｅｒ，Ｍ．Ｏ．による米国特許第３１６１３８５号「ＭｅａｎｓａｎｄＭｅｔｈｏｄｆｏｒＳｔａｂｉｌｉｚｉｎｇＬａｍｉｎａｒＢｏｕｎｄａｒｙＬａｙｅｒＦｌｏｗ」；および１９７１年６月２２日発行のＫｒａｍｅｒ，Ｍａｘ，Ｏｔｔｏによる米国特許第３５８５９５３号「ＭｅａｎｓａｎｄＭｅｔｈｏｄｆｏｒＳｔａｂｉｌｉｚｉｎｇＬａｍｉｎａｒＢｏｕｎｄａｒｙＬａｙｅｒＦｌｏｗ」］。Ｋｒａｍｅｒは、イルカの皮膚をうまく模擬した表面被覆が、海洋船舶に関わる抗力の摩擦成分を低減する潜在能力を有することを示唆した。ロングビーチ港で、米国海軍海事技術本部（Ｕ．Ｓ．ＮａｖｙＯｆｆｉｃｅｏｆＮａｖａｌＲｅｓｅａｒｃｈ）の後援のもとに実演が成功裡に実施された［Ｋｒａｍｅｒ，Ｍ．Ｏ．の論文「ＢｏｕｎｄａｒｙＬａｙｅｒＣｏｎｔｒｏｌｂｙ ‘ＡｒｔｉｆｉｃｉａｌＤｏｌｐｈｉｎＣｏａｔｉｎｇ’」，ＮａｖａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｓＪｏｕｒｎａｌ８９（５）：４１〜４５，１９７７］。そのとき以来、米国の研究者によるその研究を再現するような成功はほとんどなかった。しかし、１９７０年代および１９８０年代を通して、被覆に基づく抗力低減の研究は、ソビエト海軍によって後援されて、主としてキエフ（ウクライナ）およびノヴォシビルスク（ロシア）で実施された。この研究は、キエフ（ウクライナ）の流体力学研究所（ｔｈｅＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＨｙｄｒｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ）のＬ．Ｆ．ＫｏｚｌｏｖおよびＶｉｃｔｏｒＶ．Ｂａｂｅｎｋｏによって先導され、一連のソビエト発明者証をもたらした［ソビエト発明者証１４１３２８６、１４８３５３８、１５９７８６６、１８０２６７２］。これらのソビエトの努力は、彼らが、層流領域を単に拡張するよりもむしろ境界層中の乱流レベルを低減することをも意図した点で、Ｋｒａｍｅｒの研究と異なる。いくつかの被覆は、ポリマー添加剤と統合されて、どちらか単独の技術に比べてより効果的である系を作り出した。初期の研究者の中でも、Ｂａｂｅｎｋｏらは、これらの粘弾性被覆の単独または他の技術との組合せの双方での潜在能力を認識していたはずである。キエフのチームは、Ｋｒａｍｅｒが彼のより初期の活動の詳細中で特定していなかった、成功した被覆の具体的特質を突きとめることができた。重要な特徴が流れ方向での異方性であることが、これらの被覆の設計から明らかになった。

米国で試験された粘弾性被覆のほとんどは成功せず、実際には、抗力を増したものもあった。Ｋｒａｍｅｒの後、米国の研究者の取組みは、ある範囲の入手可能な被覆材料を試みることであった。ＭａｙおよびＶｏｒｏｐａｙｅｖになって始めて、隣接乱流境界層のパラメーターを考慮して粘弾性被覆の特性を注意深く選択する努力がなされた［２００３年２月１１日発行のＭａｙ，Ｃ．Ｌ．らによる米国特許第６５１６６５２号「ＤｅｓｉｇｎｏｆＶｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃＣｏａｔｉｎｇｓｔｏＲｅｄｕｃｅＴｕｒｂｕｌｅｎｔＦｒｉｃｔｉｏｎＤｒａｇ」］。この取組みにより、「静的ダイバージェンス」、動力学的粗さ、および流れと反対方向に移動する被覆上でのうねりなどの、米国の研究者を困らせた好ましくない状態を回避できた［Ｈａｎｓｅｎ，Ｒ．Ｊ．およびＨｕｎｓｔｏｎ，Ｄ．Ｌ．の論文「Ｆｌｕｉｄ−ｐｒｏｐｅｒｔｙＥｆｆｅｃｔｓｏｎＦｌｏｗ−ｇｅｎｅｒａｔｅｄＷａｖｅｓｏｎａＣｏｍｐｌｉａｎｔＳｕｒｆａｃｅ」，Ｊ．ＦｌｕｉｄＭｅｃｈａｎｉｃｓ，ｖ．１３３，１６１〜１７７，１９８３］。ＭａｙおよびＶｏｒｏｐａｙｅｖは、被覆の材料特性を、表面に対して垂直な乱流境界層の脈動を吸着するように調和させるべきであること、および生じる応答は、流れ方向に９０°位相がずれるべきであることを教示した。その取組みに続いて、彼らは、粘弾性被覆が成功するのに必要ないくつかの特性を突きとめた。第１に、彼らは、被覆は流れ方向に異方性でなければならないというＢａｂｅｎｋｏの教示を繰り返した。第２に、ＭａｙおよびＶｏｒｏｐａｙｅｖは、また、被覆表面上で乱流を生じさせる何らかの変形は、粘性下部層の高さを超えてはならないと教示した。第３に、彼らは、不適切に形成された横方向被覆端は、被覆の有効性を低下させる、乱流で作り出される被覆中のうねりの反射（すなわち、エッジ効果）をもたらす可能性があることを教示した。第４に、彼らは、被覆密度は、被覆上を流れている流体の密度に近似しているべきであることを教示した。

適切に配置された場合でさえ、被覆は、壊れやすく、破裂し、それによってそれらの有効性を低下させることがある。一般に、被覆は、十分に複雑であり、高コストなのでそれらの応用は明らかに軍用潜水艦に限定される。被覆は、通常、１〜１０ｃｍ程度の厚さであり、それらの被覆を重くかつ設置するのを困難なものにする。これらの理由のため、商業的応用は、まだ実用可能になっていない。

商業的に利用可能であり、かつ抗力低減を［２００７年８月９日公開のＧｉｌｍａｎ，ＴｈｏｍａｓＨ．による米国特許出願公開第２００７／０１８４２７５号「ＭｅｔｈｏｄｓｏｆＡｐｐｌｙｉｎｇａＨｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃＣｏａｔｉｎｇｔｏａＳｕｂｓｔｒａｔｅ，ａｎｄＳｕｂｓｔｒａｔｅｓＨａｖｉｎｇａＨｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃＣｏａｔｉｎｇ」；および２００４年７型１日公開のＤｉｅｔｚ，ＴｉｍｏｔｈｙＭ．らによる米国特許出願公開第２００４／０１２６５４１号「ＤｒａｇＲｅｄｕｃｔｉｏｎＡｒｔｉｃｌｅａｎｄＭｅｔｈｏｄｏｆＵｓｅ」］、または海洋付着物を抑制する能力を［２００７年１１月８日公開のＨａｍｉｌｔｏｎ，ＷｉｌｌａｒｄＣｈａｌｓｏｎらによる米国特許出願公開第２００７／０２５８９４０号「ＨｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃＦｏｕｌｉｎｇ−ｒｅｌｅａｓｅＣｏａｔｉｎｇａｎｄＵｓｅｓＴｈｅｒｅｏｆ」］特許請求している他の範疇の被覆が存在するが、これらは粘弾性ではない。その他の被覆には、ＳＥＡ−ＳＬＩＤＥ（商標）などのボート用親水性底部被覆、および境界層中にポリマーを放出する水削磨性塗装被覆が含まれる［１９９６年１月３０日発行のＳｕｐｃｏｅらによる米国特許第５４８８０７６号］。また、接着剤で裏打ちされたビニルの微細溝化表面（リブレットと称される）は、なんの付着物もない場合、抗力を低減することが知られている。このような微細溝は、表面近傍の縦の流れ構造を規制し、安定化する。しかし、これらの被覆は、それぞれ、単一機能（例えば、生物付着の抑制、ポリマー放出、または表面構造の提供）のみを実行し、船殻が乾燥（すなわち、水の外）している時の特殊な表面塗布を必要とする。したがって、再塗布のために、船舶を運行から除外しなければならない（すなわち、乾ドック）。より最近では、摩擦抗力を低減するために、新たなナノテクノロジーを使用して乱流と相互作用する表面を作り出すいくつかの努力が存在するが［２００３年２月１８日発行のＫａｒｎｉａｄａｋｉｓ，ＧｅｏｒｇｅＥｍらによる米国特許第６５２０４５５号「ＭｅｔｈｏｄａｎｄＡｐｐａｒａｔｕｓｆｏｒＲｅｄｕｃｉｎｇＴｕｒｂｕｌｅｎｔＤｒａｇ」；１９９４年６月１４日発行のＮｏｓｅｎｃｈｕｃｋ，ＤａｎｉｅｌＭ．らによる米国特許第５３２０３０９号「ＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＤｅｖｉｃｅａｎｄＭｅｔｈｏｄｆｏｒＢｏｕｎｄａｒｙＬａｙｅｒＣｏｎｔｒｏｌ」；および１９９５年８月１日発行のＮｏｓｅｎｃｈｕｃｋ，ＤａｎｉｅｌＭ．らによる米国特許第５４３７４２１号「ＭｕｌｔｉｐｌｅＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＴｉｌｅｓｆｏｒＢｏｕｎｄａｒｙＬａｙｅｒＣｏｎｔｒｏｌ」］、これらのシステムは、複雑であり、高度な制御システムを必要とし、かなりのレベルのエネルギーを消費することがある。

それゆえ、水中を移動する船舶（およびパイプまたはダクトを通って移動する液体）の性能および稼動効率を増大させるように活用され得る、かつ大きな維持費用および／または乾ドックの必要性なしに塗布することのできる、単純で、環境対応型の、対費用効果の高い抗力低減用被覆が必要とされている。

実験的には、摩擦低減は、境界層の流れ中に添加剤を導入することによってより信頼性を持って達成されている。最も一般的な添加剤は、長鎖ポリマーの水性溶液である［Ｈｏｙｔ，Ｊ．Ｗ．およびＦａｂｕｌａ，Ａ．Ｇ．らの論文「ＦｒｉｃｔｉｏｎａｌＲｅｓｉｓｔａｎｃｅｉｎＴｏｗｉｎｇＴａｎｋｓ」，Ｐｒｏｃ．１０^th Ｉｎｔｅｒｎ．ＴｏｗｉｎｇＴａｎｋＣｏｎｆ．，Ｔｅｄｄｉｎｇｔｏｎ，１９６３；Ｈｏｙｔ，Ｊ．Ｗ．の論文「Ｆｌｕｉｄ−ＦｌｏｗＦｒｉｃｔｉｏｎＲｅｄｕｃｔｉｏｎ」，ＮＵＲＤＣ，Ｍａｙ５，１９６９；およびＤ．Ｍ．ＢｕｓｈｎｅｌｌおよびＪ．Ｎ．Ｈｅｆｎｅｒ編「ＶｉｓｃｏｕｓＤｒａｇＲｅｄｕｃｔｉｏｎｉｎＢｏｕｎｄａｒｙＬａｙｅｒｓ」，Ｖｏｌ．１２３，４１３〜４２９，１９９０中のＨｏｙｔ，Ｊ．Ｗ．の論文「ＤｒａｇＲｅｄｕｃｔｉｏｎｂｙＰｏｌｙｍｅｒｓａｎｄＳｕｒｆａｃｔａｎｔｓ」］。抗力低減用ポリマー溶液を選択、調製、および安定化するために、いくつかの技術が開発されている［１９８６年４月２９日発行のＢｏｃｋ，Ｊａｎらによる米国特許第４５８５８１０号「ＤｒａｇＲｅｄｕｃｔｉｏｎＡｇｅｎｔ」；２００３年１０月２日公開のＬａｂｕｄｅ，ＫａｔｒｉｎａＭ．らによる米国特許出願公開第２００３／０１８７１２３号「Ｄｒａｇ−ｒｅｄｕｃｉｎｇＰｏｌｙｍｅｒＳｕｓｐｅｎｓｉｏｎｓ」；２００３年４月３日公開のＪｏｈｎｓｔｏｎ，ＲａｙＬ．らによる米国特許出願公開第２００３／００６５０５５号「ＭｅｔｈｏｄｆｏｒＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＤｒａｇ−ｒｅｄｕｃｉｎｇＰｏｌｙｍｅｒＳｕｓｐｅｎｓｉｏｎｓ」；２００７年８月１４日発行のＭａｒｔｉｎ，ＴｈｏｍａｓＪ．らによる米国特許第７２５６２２４号「ＳｔａｂｉｌｉｚｅｄＰｏｌｙｍｅｒＤｒａｇＲｅｄｕｃｉｎｇＡｇｅｎｔＳｌｕｒｒｉｅｓ」；２００７年９月６日公開のＭａｒｔｉｎ，ＴｈｏｍａｓＪ．による米国特許出願公開第２００７／０２０５３９２号「ＳｔａｂｉｌｉｚｅｄａｎｄＦｒｅｅｚｅ−ｐｒｏｔｅｃｔｅｄＰｏｌｙｍｅｒＤｒａｇＲｅｄｕｃｉｎｇＡｇｅｎｔＳｕｓｐｅｎｓｉｏｎｓ」；および２００２年４月１８日公開のＢａｓｓｅｔｔ，ＤａｖｉｄＲｏｂｉｎｓｏｎらによる米国特許出願公開第２００２／００４５７０３号「ＰｒｏｃｅｓｓｅｓｆｏｒＰｒｅｐａｒｉｎｇＡｑｕｅｏｕｓＰｏｌｙｍｅｒＥｍｕｌｓｉｏｎｓ」］。抗力低減を高めるのとは反対に繊維を強化しかつ表面を密封することを目的にして、ポリマーの被覆特性を高めるためのその他の技術が開発されている［２００２年８月８日公開のＴｒｉｐｐｅ，Ｊ．Ｃ．らによる米国特許出願公開第２００２／０１０６４５４号「ＨｉｇｈＭｏｌｅｃｕｌａｒＷｅｉｇｈｔＰｏｌｙｍｅｒＡｄｄｉｔｉｖｅｆｏｒＣｏａｔｉｎｇａｎｄＰｒｏｔｅｃｔｉｖｅＰｒｏｄｕｃｔｓ」］。

その他の抗力低減用添加剤には、界面活性剤をベースにしたミセルを形成する溶液［Ｇｙｒ，Ａ．およびＢｅｗｅｒｓｄｏｒｆｆ，Ｈ．Ｗ．の著作「ＤｒａｇＲｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆＴｕｒｂｕｌｅｎｔＦｌｏｗｓｂｙＡｄｄｉｔｉｖｅｓ」，ＫｌｕｗｅｒＡｃａｄｅｍｉｃＰｕｂｌ．，（ＩＳＢＮ０−７９２３−３４８５−Ｘ），１９９５］；アスベストまたはナイロンなどの繊維状材料［Ｌｅｅ，Ｗ．Ｋ．らの論文「ＴｕｒｂｕｌｅｎｔＤｒａｇＲｅｄｕｃｔｉｏｎｉｎＰｏｌｙｍｅｒｉｃＳｏｌｕｔｉｏｎｓＣｏｎｔａｉｎｉｎｇＳｕｓｐｅｎｄｅｄＦｉｂｅｒｓ」，ＡＩＣｈＥＪ．，２０（１），１２８〜１３３，Ｊａｎｕａｒｙ１９７４；およびＳｈａｒｍａ，Ｒ．Ｓ．らの論文「ＤｒａｇＲｅｄｕｃｔｉｏｎｂｙＣｅｎｔｅｒ−ｌｉｎｅＩｎｊｅｃｔｉｏｎｏｆＦｉｂｅｒｓｉｎａＰｏｌｙｍｅｒｉｃＳｏｌｕｔｉｏｎ」，Ｃｈｅｍ．Ｅｎｇ．Ｊ．，１８、７３〜７９、１９７９］、および「マイクロバブル」と称される小さな気泡［Ｄ．Ｍ．ＢｕｓｈｎｅｌｌおよびＪ．Ｎ．Ｈｅｆｎｅｒ編「ＶｉｓｃｏｕｓＤｒａｇＲｅｄｕｃｔｉｏｎｉｎＢｏｕｎｄａｒｙＬａｙｅｒｓ」Ｖｏｌ．１２３，３５１〜４１０，１９９０中のＭｅｒｋｌｅ，Ｃ．Ｌ．およびＤｅｕｔｓｃｈ，Ｓ．の論文、「ＤｒａｇＲｅｄｕｃｔｉｏｎｉｎＬｉｑｕｉｄＢｏｕｎｄａｒｙＬａｙｅｒｓｂｙＧａｓＩｎｊｅｃｔｉｏｎ」］が含まれる。これらの技術のそれぞれは、実験室で成功裡に実証されたが、それらの実用性はいくつかの要因によって制約された。マイクロバブルの場合、その制約は、マイクロバブルが有効である境界層の壁近傍領域からマイクロバブルが離散すること、およびマイクロバブルが合着してより大きな泡になることに関連しており、それらは、抗力を低減する上で有効性が少ない。限られた設定のエジェクターの幾何学的形状を除いて、ポリマーおよびその他の添加剤は、それらが有効である領域から速やかに拡散することができ、その結果、壁近傍に有効なレベルの添加剤濃度を維持するために極めて大きな消費速度を必要とする。［Ｖｄｏｖｉｎ，Ａ．Ｖ．およびＳｍｏｌ’ｙａｋｏｖＡ．Ｖ．の論文「ＴｕｒｂｕｌｅｎｔＤｉｆｆｕｓｉｏｎｏｆＰｏｌｙｍｅｒｓｉｎａＢｏｕｎｄａｒｙＬａｙｅｒ」，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＴｅｃｈｎｉｃａｌＰｈｙｓｉｃｓ，２２（４），５２６〜５３１，１９８１］。また、ポリマーは、それらが適切に混合され、水和されることを確実にするために、予備混合され、スラリーとして運ばれる必要がある。伝統的な噴射技術で要求される極めて高い消費速度のため［例えば、Ｗｉｎｋｅｌ，Ｅ．Ｓ．らの論文「ＦｒｉｃｔｉｏｎＤｒａｇＲｅｄｕｃｔｉｏｎａｔＨｉｇｈＲｅｙｎｏｌｄｓＮｕｍｂｅｒｓｗｉｔｈＷａｌｌＩｎｊｅｃｔｅｄＰｏｌｙｍｅｒＳｏｌｕｔｉｏｎｓ」，２６ｔｈＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｆＮａｖａｌＨｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ，Ｒｏｍｅ，Ｉｔａｌｙ，２００６］、大容積のスラリーが、数時間で消費されると予想され、ポリマーの応用は、急速な爆発的速度が有用である可能性のある軍用船舶に限定されると思われる。

単独で使用された場合に摩擦抗力を低減することに加え、アスベストまたはナイロンなどの繊維の噴射は、また、ポリマー噴射による低減の性能を高める［Ｌｅｅ，Ｗ．Ｋ．らの論文「ＴｕｒｂｕｌｅｎｔＤｒａｇＲｅｄｕｃｔｉｏｎｉｎＰｏｌｙｍｅｒｉｃＳｏｌｕｔｉｏｎｓＣｏｎｔａｉｎｉｎｇＳｕｓｐｅｎｄｅｄＦｉｂｅｒｓ」，ＡＩＣｈＥＪ．，２０（１），１２８〜１３３，Ｊａｎ．１９７４；およびＳｈａｒｍａ，Ｒ．Ｓ．らの論文「ＤｒａｇＲｅｄｕｃｔｉｏｎｂｙＣｅｎｔｅｒ−ｌｉｎｅＩｎｊｅｃｔｉｏｎｏｆＦｉｂｅｒｓｉｎＰｏｌｙｍｅｒｉｃＳｏｌｕｔｉｏｎ」，Ｃｈｅｍ．Ｅｎｇ．Ｊ．，１８，７３〜７９，１９７９］。Ｌｅｅらは、単独で摩擦抗力の約１５％の低減をもたらす量の繊維を、単独で約３６％だけの皮膜摩擦の低減をもたらす量のポリマーと組み合わせると、６０％を超える摩擦低減をもたらしたことを報告した。Ｓｈａｒｍａらは、後に、ポリマーと繊維との組合せ系の高められた抗力低減性能の普遍性を確認した。その相乗作用を活用する機会は、繊維の海洋的および工業的応用に対する制約のために、捉えにくかった。このような繊維は、取り扱うことが有害であることが知られており、ほとんどは、長期汚染物であると考えられる。一方、マイクロバブルおよびポリマーは、破壊されて、前者については空気に、後者については二酸化炭素および水などの天然化合物になる。

各種の抗力低減技術の間の相乗作用には、その他にも例が存在する。例えば、ポリマー噴射とマイクロバブル噴射との適切な組合せは、繊維とポリマーとを用いる場合のように、個々の性能レベルの和に比べてより高いレベルの抗力低減を生じさせることができる［Ｓｅｍｅｎｏｖ，Ｂ．Ｎ．らの論文「ＣｏｍｂｉｎｅｄＥｆｆｅｃｔｏｆＳｍａｌｌＡｍｏｕｎｔｓｏｆＰｏｌｙｍｅｒｓＡｄｄｅｄｔｏａＦｌｏｗａｎｄｏｆＳｕｒｆａｃｅＰｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｎＴｕｒｂｕｌｅｎｔＦｒｉｃｔｉｏｎ」，ＳｅｒｉｙａＴｅｋｈｎｉｃｈｅｓｉｋｈＮａｕｋ：８９〜９４、１９８４；Ａｍｉｒｏｖ，Ａ．Ｉ．らの論文「ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｏｎＴｕｒｂｕｌｅｎｔＤｒａｇＲｅｄｕｃｔｉｏｎｂｙＪｏｉｎｔＵｓｅｏｆＣｏｍｐｌｉａｎｔＣｏａｔｉｎｇｓ，ＧａｓＭｉｃｒｏｂｕｂｂｌｅｓａｎｄＰｏｌｙｍｅｒＡｄｄｉｔｉｖｅｓ」，Ａｂｓｔｒ．９^th ＥｕｒｏｐｅａｎＤｒａｇＲｅｄｕｃｔｉｏｎＭｅｅｔｉｎｇ，Ｒａｖｅｌｌｏ−Ｎａｐｏｌｉ，１９９５；およびＤｅｕｔｓｃｈ，Ｓ．らの論文「ＣｏｍｂｉｎｅｄＰｏｌｙｍｅｒａｎｄＭｉｃｒｏｂｕｂｂｌｅＤｒａｇＲｅｄｕｃｔｉｏｎｏｎａＬａｒｇｅＦｌａｔＰｌａｔｅ」，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｌｕｉｄＭｅｃｈａｎｉｃｓ５５６：３０９〜３２７，２００６］。また、Ｋｏｚｌｏｖ、ＢａｂｅｎｋｏおよびＳｅｍｅｎｏｖは、個別的には機能が十分でない粘弾性被覆を用いた場合でさえ、ポリマー噴射の効率を、相当に高めることができることを報告した。同様に、リブレットとポリマー添加剤との組み合わされた作用は、個々の効果に比べてより大きいレベルの抗力低減をもたらすことが示されている［Ｋｏｕｒｙ，Ｅ．およびＶｉｒｋ，Ｐ．Ｓ．の論文「ＤｒａｇＲｅｄｕｃｔｉｏｎｂｙＰｏｌｙｍｅｒＳｏｌｕｔｉｏｎｓｉｎＲｉｂｌｅｔ−ＬｉｎｅｄＰｉｐｅｓ」，Ａｂｓｔｒａｃｔｓ８^th ＥｕｒｏｐｅａｎＤｒａｇＲｅｄｕｃｔｉｏｎＷｏｒｋｉｎｇＭｅｅｔｉｎｇ，Ｌａｕｓａｎｎｅ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ１９９３］。したがって、繊維の否定的環境効果、および抗力低減用粘弾性被覆の成長および維持に付随する困難を克服できるなら、これらの技術は、程々に摩擦抗力を低減する実際的方法を提供するばかりでなく、Ｔｏｍｓ効果（希薄ポリマー水溶液の噴射）と組み合わせて使用すると、統合させたシステムは、ポリマー噴射の独力と比べてより効果的かつより効率的であろう。

抗力低減に使用されるポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）などのポリマーは、表面と接触、または表面上を流れている間に、吸着絡み合い層を形成することが知られている［Ｂａｒｈａｍ，Ｐ．らの論文「Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ−ｅｎｔａｎｇｌｅｍｅｎｔＬａｙｅｒｓｉｎＦｌｏｗｉｎｇＨｉｇｈＭｏｌｅｃｕｌａｒＷｅｉｇｈｔＰｏｌｙｍｅｒＳｏｌｕｔｉｏｎｓＩＩＩ．ＳｏｌｕｔｉｏｎＣｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｎｄＳｏｌｖｅｎｔＰｏｗｅｒ」，Ｃｏｌｌｏｉｄ＆ＰｏｌｙｍｅｒＳｃｉｅｎｃｅ，２６４（６）：５１５〜５２１，１９８６；Ｈａｎｄ，Ｊ．Ｈ．およびＷｉｌｌｉａｍｓ，Ｍ．Ｃ．の論文「ＴｈｅＡｄｓｏｒｂｅｄ−ｅｎｔａｎｇｌｅｄＬａｙｅｒｉｎＤｒａｇＲｅｄｕｃｔｉｏｎ」，ＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ，２８：６３〜６８，１９７３；およびＫｏｗａｌｓｋｉ，Ｔ．の論文「ＴｕｒｂｕｌｅｎｃｅＳｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎａｎｄＶｉｓｃｏｕｓＤｒａｇＲｅｄｕｃｔｉｏｎｂｙＮｏｎ−ＮｅｗｔｏｎｉａｎＡｄｄｉｔｉｖｅｓ」，ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅＲｏｙａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎｏｆＮａｖａｌＡｒｃｈｉｔｅｃｔｓ，２０７〜２１９，１９６８］。吸着−絡み合い層の形成および成長を制御する因子には、層が形成される表面の化学的性質、ポリマー溶液濃度、ポリマーの分子量、溶媒力、温度、および表面上の流れの速度が含まれる。具体的には、分子量の増大、濃度の増大、より優れた溶媒、および流速の増大（例えば、より大きな船舶速度）に伴って、層は、より急速に形成され、かつより厚くなる傾向がある［Ｂａｒｈａｍ，Ｐ．Ｊ．の論文「ＡＱｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅＭｏｄｅｌｆｏｒｔｈｅＦｏｒｍａｔｉｏｎｏｆＡｄｓｏｒｐｔｉｏｎ−ｅｎｔａｎｇｌｅｍｅｎｔＬａｙｅｒｓ」，Ｃｏｌｌｏｉｄ＆ＰｏｌｙｍｅｒＳｃｉｅｎｃｅ，２６５（７）：５８４〜５９１，１９８７；およびＤｉｊｔ，Ｊ．Ｃ．らの論文「ＫｉｎｅｔｉｃｓｏｆＡｄｓｏｒｐｔｉｏｎａｎｄＤｅｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆＰｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅｏｎＳｉｌｉｃａｆｒｏｍＤｅｃａｌｉｎ」，Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ２７：３２０７〜３２１８，１９９４］。塩の水溶液は、ＰＥＯに対する良好な溶媒であるので、塩水環境では、むしろ層の拡大を期待することができる［ＪｏｎｅｓおよびＲｉｃｈａｒｄｓの著作「ＰｏｌｙｍｅｒｓａｔＳｕｒｆａｃｅｓａｎｄＩｎｔｅｒｆａｃｅｓ」，ＣａｍｂｒｉｄｇｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＰｒｅｓｓ，１９９９］。この現象は、コロイドおよびポリマー科学の分野で、特に、表面および界面でのポリマーの挙動が重要である研究および工業の領域で十分理解されている。Ｋｏｗａｌｓｋｉ（外側流に関する）およびＨａｎｄおよびＷｉｌｌｉａｍｓ（内側流に関する）による初期の報告は、抗力低減に関わる団体の鍵となる指導者によって、ほとんど直ぐに、少なくとも部分的に吟味された［Ｋｏｗａｌｓｋｉ，Ｔ．の論文「ＴｕｒｂｕｌｅｎｃｅＳｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎａｎｄＶｉｓｃｏｕｓＤｒａｇＲｅｄｕｃｔｉｏｎｂｙＮｏｎ−ＮｅｗｔｏｎｉａｎＡｄｄｉｔｉｖｅｓ」，ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅＲｏｙａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎｏｆＮａｖａｌＡｒｃｈｉｔｅｃｔｓ，２０７〜２１９，１９６８（Ｇ．Ｅ．Ｇａｄｄ，Ａ．Ｇ．Ｆａｂｕｌａ，Ｂ．ＬａｔｔｏおよびＣ．Ｈ．Ｓｈｅｎによる２１６〜２１９頁に添付の書面により考察を参照のこと）；およびＧｙｒ，Ａ．およびＭｕｅｌｌｅｒＡ．の論文「ＴｈｅＥｆｆｅｃｔｏｆＷａｌｌＡｂｓｏｒｐｔｉｏｎｏｎｔｈｅＴｏｍｓＥｆｆｅｃｔ」，ＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ２９：１０５７〜１０６０，１９７４］。外側流の場合に表面へのポリマー吸着を受容しないことは、いくつかの要因に帰すことができる。水流洞中でのスケールモデルまたは平板を用いた実験室試験の際に、試験実行は、短い持続時間、しばしば１分未満である。短い試験時間は、ポリマーのバックグラウンドレベルが、蓄積せず、かつ試験結果を偏向させないことを保証するためである。また、何らかのバックグラウンドの蓄積を抑制するため、洞は、短い試験時間の後に、しばしば溶液中のポリマーを「劣化させる」のに十分な濃度の塩素を用いて高速で実行される。したがって、吸着のための機会を制約することに加えて、添加される塩素および洞の高速フラッシュ洗浄の効果は、吸着過程を抑制する。Ｋｏｗａｌｓｋｉの研究の論評は、彼が再循環式というよりも開放式の試験設備を有したという事実を見落とした。したがって、流れは、入って来る流れを汚染する以前に噴射されたポリマーに関係なく連続的であることができた。Ｋｏｗａｌｓｋｉは、彼の試験を、彼の試験装置を「フラッシュ洗浄」することを意図的に試みないで長時間実施した。彼は、また、試験を開放水中の小さな船舶について実施した。第２に、決定的に重要なことであるが、Ｋｏｗａｌｓｋｉは、明らかに、極めて浅い角度（表面に対して５°）のエジェクタースロットを使用した最初の人であった。彼は、このような浅い噴射角が、噴射されたポリマーの表面からの拡散速度を著しく低減することを立証した。拡散速度を低減する上でのこのエジェクター形状の重要性は、後に、ＶｄｏｖｉｎおよびＳｍｏｌ’ｙａｋｏｖによって量化された（１９７８年および１９８１年）。後の洋上試験は、また、わずか２分〜５分の持続時間に制約された。２〜５分のこの時間制約は、極めて大容積のポリマースラリーを必要とする非効率的なエジェクターによって要求される大きな消費速度のためであった。スラリーのための通常濃度は、９９重量部の水に対してわずか１部のポリマーに相当する、１０，０００ｗｐｐｍ（重量１００万分率）である。したがって、少なからぬ条件を評価すべき場合には、わずか数分の試験のために必要とされるスラリーの容積が、個々の試験が短い持続時間でなければならないことを規定した。Ｍｏｏｒｅらによって行われた一連の洋上試験［２００６年９月１７〜２２日、イタリア、ローマでの第２６回海事流体力学シンポジウムで発表されたＭｏｏｒｅ，Ｋ．Ｊ．らの論文「ＤｅｓｉｇｎａｎｄＴｅｓｔｏｆａＰｏｌｙｍｅｒＤｒａｇＲｅｄｕｃｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｏｎＳｅａＦｌｙｅｒ」］は、海水を使用するオンデマンド式のポリマー調製（混合、および活性化すなわちポリマー分子の巻き解き）システムを採用した。このオンデマンド式システムは、Ｃｏｒｔａｎａ流体工学エジェクターと連結され、貯蔵容積および消費必要量を低減し、かくして、連続に近い試験を可能にする。それぞれの日の進路上で、個々の試験実行は、１０〜４５分間に延長され、ある日の進路上で複数の個別試験を行うことを可能にした。それゆえ、水流洞および以前の洋上試験と異なって、低い消費速度、接線噴射、および十分な時間が、吸着絡み合い層の確立に必要な条件を提供した。変化する接線剪断応力下でのポリマー溶液の流れは、吸着されたＰＥＯ層の変形を引き起こすことも知られている。Ｃｈｕｒａｅｖらは、吸着された層の流体力学的厚さが、３０ノットの船舶について予想される剪断応力値に対して２倍またはそれ以上にまで変化する場合があることを報告している。厚さの変化は、長時間を必要とする脱離（関連文献中で使用される用語）によるものではない。剪断応力下で、吸着層は、急速ではあるが可逆的に変形し、ＰＥＯ吸着層は、粘弾性体として挙動する［Ｃｈｕｒａｅｖ，Ｎ．Ｖ．らの論文「ＨｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓＴｈｉｃｋｎｅｓｓａｎｄＤｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆＡｄｓｏｒｂｅｄＬａｙｅｒｓｏｆＰｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅＯｘｉｄｅｓ」，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｌｌｏｉｄａｎｄＩｎｔｅｒｆａｃｅＳｃｉｅｎｃｅ１６９：３００〜３０５，１９９５］。変形過程は、吸着された層を圧縮および強化する効果を有する。それゆえ、我々は、層の粘弾性特性が剪断応力の調節機能として変化すことを期待することができる。すなわち、粘弾性特性は、船舶速度の調節により、変化の大きさおよび頻度の双方に関して変化する。また、気体のマイクロバブルを、ポリマー噴射および吸着絡み合い層の確立と組み合わせて使用する予定なら、マイクロバブルの存在は、層中への空気同伴をもたらす可能性がある。被覆が、まさに確立され、かつ被覆が形成されるにつれて気体のマイクロバブルが同伴されると、被覆の密度およびその粘弾性特性が修正される。同伴空気でもたらされる修正は、気体噴射開始の数分後に始まり、気体噴射停止後の１０分まで継続して、総合的な抗力低減性能を低下させることが観察された。しかし、より確立された被覆の場合、気体噴射の最中またはその後でのシステムの劣化は観察されなかった。したがって、船舶をある程度まで減速または停止することによって形成されている被覆に対する剪断応力を緩めると、同伴気体を放出することができ、速度に復帰すると、被覆は、低減された同伴物質を含まずに再び圧縮、強化される。

さらに、フーリエ変換赤外分光法を使用して、流れ場の存在下で、ポリマー鎖の骨格は、低剪断速度でさえも、流れの方向に配向するようになることが示された［Ｆｒａｎｔｚ，Ｐ．らの論文「ＯｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＡｄｓｏｒｂｅｄＰｏｌｙｍｅｒｉｎＲｅｓｐｏｎｓｅｔｏＳｈｅａｒＦｌｏｗ」，ＣｏｌｌｏｉｄｓａｎｄＳｕｒｆａｃｅｓＡ：ＰｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＡｓｐｅｃｔｓ８６：２９５〜２９８，１９９４］。したがって、吸着された粘弾性層の特性は、流れ場中で作り出されると、流れの方向に異方性である。一般に、多数の長い分子を、表面に拘束することができる。それらの分子は、溶液中に伸張し、物理的に吸着された「すそ（ｔｒａｉｎ）」および溶液中になびく長い「尻尾（ｔａｉｌ）」によって分離される大きな「ループ」を形成することができる。これらの尻尾は、時には、「ブラシ」と呼ばれ、それらが流れ場中になびくにつれて密になることができる。したがって流れが継続するにつれ、被覆は、自由流動分子の、ループおよび尻尾を有する以前に確立された分子との絡み合いによって成長することができる。

また、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）の表面が、タンパク質およびその他の生体分子の吸着に対して強力に抵抗性であることが知られている［Ｈａｒｒｉｓ，Ｊ．Ｍ．およびＺａｌｉｐｓｋｙ，Ｓ．（編者）の「Ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ）ＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＢｉｏｌｏｇｉｃａｌＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」，ＡＣＳＳｙｍｐ．Ｓｅｒ．６８０，ＡｍｅｒｉｃａｎＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，Ｄ．Ｃ．，１９９７］。ＰＥＯのフィルムは、医療用インプラント、バイオセンサー、および診断デバイス中でタンパク質吸着および細胞接着を低減するための表面保護材として使用される［Ｂｉｅｄｅｒｍａｎ，Ｈｙｎｅｋ（編者）の「ＰｌａｓｍａＰｏｌｙｍｅｒＦｉｌｍｓ，ＩｍｐｅｒｉａｌＣｏｌｌｅｇｅＰｒｅｓｓ，Ｌｏｎｄｏｎ，ｐｐ．２３７〜２３９，３３８〜３４０，ａｎｄ３５７〜３６１，２００４］。細胞接着を抑制して、抗力を生じさせ、かつ甲殻動物および棲管虫の大規模付着を発生させる微生スライムの形成を防止するＰＥＯフィルムの能力が、本発明者らによって観察された。

異方性粘弾性被覆を効率的かつ効果的に生じさせるためには、壁に沿ったおよび自由流（速度Ｕ_∞を有する）中の高分子量ポリマー溶液の濃度は、壁上での吸着絡み合いの高い確率を確実にするために十分に高くなければならない。噴射されるポリマーを壁に対して接線またはほとんど接線方向よりもむしろ流れ中に向ける噴射技術は、壁近傍領域からのポリマーの拡散を高める［Ｖｄｏｖｉｎ，Ａ．Ｖ．およびＳｍｏｌ’ｙａｋｏｖ，Ａ．Ｖ．の論文「ＤｉｆｆｕｓｉｏｎｏｆＰｏｌｙｍｅｒＳｏｌｕｔｉｏｎｓｉｎａＴｕｒｂｕｌｅｎｔＢｏｕｎｄａｒｙＬａｙｅｒ」，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＴｅｃｈｎｉｃａｌＰｈｙｓｉｃｓ１９（２），１９６〜２０１，１９７８：およびＶｄｏｖｉｎ，Ａ．Ｖ．およびＳｍｏｌ’ｙａｋｏｖ，Ａ．Ｖ．の論文「ＴｕｒｂｕｌｅｎｔＤｉｆｆｕｓｉｏｎｏｆＰｏｌｙｍｅｒｓｉｎａＢｏｕｎｄａｒｙＬａｙｅｒ」，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＴｅｃｈｎｉｃａｌＰｈｙｓｉｃｓ２２（４），５２６〜５３１，１９８１］。一方、噴射されるポリマーを、不安定性を導入しないで船舶壁（すなわち、船舶外殻）に沿って向けるエジェクターは、乱流拡散の抑制に寄与し、高濃度の噴射材料が壁の近傍に留まり、それによって、吸着−絡み合い層を確立するための潜在能力を高めることを確実にする。過去の直線スロット技術を使用して接線型エジェクターを製造する能力は、構造、空間、および構成上の難題を呈示した。しかし、このような浅い角度のエジェクター（流れ表面に対して約５°）は、極めて短寿命の（すなわち、分程度の）吸着された層を作り出すことが立証された［Ｋｏｗａｌｓｋｉ，Ｔ．の論文「ＴｕｒｂｕｌｅｎｃｅＳｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎａｎｄＶｉｓｃｏｕｓＤｒａｇＲｅｄｕｃｔｉｏｎｂｙＮｏｎ−ＮｅｗｔｏｎｉａｎＡｄｄｉｔｉｖｅｓ」，ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅＲｏｙａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎｏｆＮａｖａｌＡｒｃｈｉｔｅｃｔｓ２０７〜２１９，１９６８］。その試験の配置は、自由流の流体の再循環を含まないが、その連続補充を含んでいたので、観察される吸着は、噴射されたポリマーだけの結果であり、流れ場中での外界または「バックグラウンド」ポリマー濃度の長期蓄積の結果ではない。より最近、Ｃｏｒｔａｎａ社の流体工学エジェクターを用いた洋上試験は、運行中の船舶に、より長期的かつ運行上実際的な吸着絡み合い層を確立することの実現可能性を立証した［２００年３月１９日発行のＭｏｏｒｅ，Ｋ．Ｊ．らのよる米国特許第６３５７３７４号「ＭｅｔｈｏｄａｎｄＡｐｐａｒａｔｕｓｆｏｒＩｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅＥｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓａｎｄＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆＭｕｌｔｉｐｌｅＢｏｕｎｄａｒｙＬａｙｅｒＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓ」］。接線方向に噴射すること、および添加剤の噴射に伝統的に付随する局所的な乱流増加を回避することによって、この噴射技術は、境界層を横切る添加剤の急速拡散を遅延させる。

本発明者らは、わずか１，０００〜１，５００ｗｐｐｍの濃度Ｃ_iのＰＥＯＷＳＲ−３１０の接線方向噴射が、粘性下部層を通る流れの５〜１０倍の流速（すなわち、Ｑ_i＝５Ｑ_S〜１０Ｑ_S）で、吸着された層を数１０分程度で確立するのに十分であると判定した。いったん吸着された被覆が確立されると、消費速度（すなわち、濃度Ｃ_i×流速Ｑ_iの積）を、非被覆船殻での初期速度に比較して実質的（すなわち、１／２を超えて）に低減し、さらに同レベルの抗力低減を達成することができた。それゆえ、さらにより控えめな量の添加剤が、いまや、長期間の抗力低減を支援する。さらに、ポリマーなどの添加物をオンデマンド式で海水と混合する能力は、淡水中で混合されたスラリー形態の添加剤を運搬する必要性を排除し、ポリマーを塩水溶液中で混合、噴射することを可能にする［２００６年９月１７〜２２日、イタリア、ローマでの第２６回海事流体力学シンポジウムで発表されたＭｏｏｒｅ，Ｋ．Ｊ．らの論文「ＤｅｓｉｇｎａｎｄＴｅｓｔｏｆａＰｏｌｙｍｅｒＤｒａｇＲｅｄｕｃｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｏｎＳｅａＦｌｙｅｒ」］。

環境への影響に関して、所定の船舶について燃料節減重量に対するポリマー消費重量は、抗力低減量、船舶速度、および全抗力に対する摩擦抗力の割合に依存する。ポリマー消費速度は、適切なエジェクターを使用すると、速度に関して一次であり、燃料消費速度は、速度に関してほぼ三次であり、ポリマーによる抗力低減の利益は、船舶速度とともに増大する。大型複数船殻フェリーなどの３０〜３５ノットの間で運行する適切に設計された高速船舶の場合、節減燃料の消費ポリマーに対する比率は、１０：１程度にある。オクタンＣ₈Ｈ₁₈などの単純な燃料を燃やす場合、その燃料は、いくつかの有毒ガス、水、および当然ながら二酸化炭素（ＣＯ₂）を発生する。１ｋｇのオクタンを酸化すると、３ｋｇをわずかに超える二酸化炭素が発生する。ポリマーは、自然に分解して、水および二酸化炭素になる。海水中では、塩類が存在するため、分解過程は、わずか数１０分後に急速に進行することが観察されている。しかし、その過程は、酸化される各１ｋｇのポリマーと引き換えにわずか約２ｋｇの二酸化炭素が発生する。結果として、１ｋｇのオクタンの酸化は、１ｋｇのＰＥＯの酸化に比べて５０％を超えるより多くの二酸化炭素を発生すると予想することができる。削減される燃料重量の消費されるポリマー重量に対する比率は、１０程度にあるので、削減される燃料によってもたらされたであろうＣＯ₂排出は、約１／１５まで削減される（すなわち、ＣＯ₂排出は、そうでなければもたらされたであろう量の約９３％であろう）。したがって、船舶の全体的抗力は、３０％程度まで低減され、このことは、燃やされる燃料のざっと３０％の削減に相当し、かくして、ＣＯ₂排出の約２８％の削減が実現されるであろう。

（本発明の簡単な要約）
本発明は、極めて少ない、またはさらには間欠的なポリマー消費でもって低レベルの摩擦抗力低減を提供するか、あるいは伝統的なポリマー噴射システムに比較して相当に低減されたポリマー消費速度でもって高レベルの摩擦抗力低減を提供するかのどちらかを提供する目的のために、海洋または工業に関わる表面上に抗力を低減する粘弾性被覆を確立する方法である。該方法を、まず、一般的条件で説明する。最初に、水溶性かつ非イオン性である抗力低減用ポリマーは、淡水または海水などの良好な溶媒として特徴付けられる流体と混合されて、濃厚な（例えば、１，０００ｗｐｐｍ程度）ポリマー溶液を形成する（本明細書中で、濃厚溶液は、「第１流体」と称される）。適切に濃厚な第１流体は、次いで、第２流体として表面上を流れる第２流体の境界層中に、第２流体の境界層を横切るポリマーの急速拡散を回避するような方式で、接線方向に噴射される。第２流体の速度を制御して（例えば、船舶速度を変化させることによって）、噴射された多数のポリマー分子が、まず表面と次いで表面上の吸着された層と接触して所望の時間内に抗力低減用粘弾性被覆を確立することを確実にすることができる。第１流体の流れが表面を越えかつ表面に接触するにつれ、長鎖ポリマーは、表面上にフィルム様の被覆を確立する。ポリマーは、表面上を流れている間に表面上に堆積され、ポリマー分子は、それらの極端なアスペクト比のため、縦の配向を好み、その結果、生じるフィルムは、構造化され、流れ方向に異方性である。それは、また、望ましくない横の縁端が回避されるように表面に沿って連続的である。異方性であること、およびほぼ連続的な表面を有することに加え、生じる被覆の厚さ、その横方向の構造、およびその密度は、適切に配置された抗力低減用被覆に対する要件を満足する。さらに、ＰＥＯなどのポリマーが、ブラシ様構造を形成する場合、被覆は、ポリマー、繊維、およびリブレットからなる系として挙動する傾向がある。剪断応力を増すことによって、吸着された層を、圧縮または強化することができる。したがって、堆積過程の間中、剪断応力を変えるべきであり、例えば、船舶を減速して同伴気体を放出し、それによって、絡み合い吸着された層の密度および粘弾性特性を制御する。被覆および乱流場の性質のため、フィルム表面は、堆積（吸着）と除去（脱離）との周期的過程にある。噴射速度に応じて、ポリマーは、堆積状態に、堆積速度が除去速度にほぼ等しい平衡状態に、または除去状態にあることができる。ポリマー添加剤が、被覆、リブレット、または繊維と共に使用される場合のように、特定レベルの抗力低減を達成するために必要なポリマーの消費速度は、堅い表面上への短時間の噴射に要求される速度に比較して著しく低減される。フルスケールの洋上試験は、除去状態、すなわち、連続噴射のない、または低減された噴射の状態において、フィルムは、摩擦抗力を１０％程度低減することができる。

（詳細な説明）
本発明は、海洋または工業に関わる表面上に抗力を低減する粘弾性被覆を確立する方法に関する。該方法は、示した順序ではあるが、必ずしも連続した順序ではなく実施される次のステップ：すなわち、
（ａ）ポリマーを溶媒と混合して濃厚溶液とし、表面上を流れる第２流体とほぼ同一の密度を有する第１流体を作るステップ（表面上を流れている第２流体の摩擦抗力を低減することが望ましい）、
（ｂ）ステップ（ａ）で形成された第１流体を、表面上を流れている第２流体中に、第２流体が表面上を流れるにつれて第２流体の境界層の流体流れを横切る噴射された第１流体の拡散を高めないような方式で噴射するステップ（第１流体の噴射は、ポリマー被覆が表面に吸着され、かつポリマー被覆が、当初、時間と共より厚くなるような濃度および噴射速度でなされる）、および
（ｃ）ステップ（ａ）で形成された第１流体の第２流体中への噴射を中断すること、またはステップ（ａ）で形成された第１流体を第２流体中へポリマー被覆が時間と共により薄くなるような速度で噴射することの少なくとも１つを実施するステップ
を含む。

ステップ（ｂ）の間中、第１流体の濃度、第１流体の噴射速度、および第二流体の速度の中の１つまたは複数を、表面へのポリマーの吸着速度を制御して所望の時間でポリマー吸着絡み合い層を確立するように制御することができる。さらに、ステップ（ｂ）の間中、ポリマー吸着絡み合い層に対する剪断応力を、任意選択で、１または複数回緩めて、気体またはその他の材料の潜在的同伴を制御し、かつ生じるポリマー吸着絡み合い層を強化することができる。さらに、ポリマー吸着絡み合い層（複数可）に対する剪断応力を緩めた後に、第１流体を、表面からのポリマーの除去速度が、表面へのポリマーの堆積速度と釣り合う被覆の平衡状態を達成する速度で噴射することができる。しかし、被覆の平衡状態は、任意に短くすることができる（すなわち、それは、ほんの瞬間的でよい）。

上記（ａ）〜（ｃ）のステップを、所望の最小ポリマー被覆厚さが長時間にわたって維持されるように繰り返すことができる。

Claims

海洋または工業に関わる表面上に抗力低減粘弾性の抗力低減性ポリマーの被覆を確立することによって抗力低減性ポリマーの消費速度を低減するための方法であって、指示された順序ではあるが、必ずしも連続した順序ではない次のステップ：
（ａ）表面上を流れている第２流体の摩擦抗力を低減するように、抗力低減性ポリマーを溶媒と混合して濃厚溶液とし、表面上を流れる第２流体と同一の密度を有する第１流体を作るステップ、
（ｂ）ステップ（ａ）で形成された第１流体を、表面上を流れている第２流体中に、第２流体が表面上を流れる際に、第２流体の流体流れの境界層を横切る噴射された第１流体の拡散を高めないような方式で、第１流体の噴射は、前記抗力低減性ポリマーの被覆が表面に吸着され、かつ前記抗力低減性ポリマーの被覆が、当初、時間と共により厚くなるような濃度および噴射速度でなされるように接線方向に噴射するステップであって、
この場合、
第１流体の濃度Ｃ_i、
第１流体の噴射速度Ｑ_i、および
第２流体の自由流速度Ｕ_∞
の１つまたは複数を制御して前記抗力低減性ポリマーの被覆の前記表面上への吸着速度を制御するようになっているステップ、および
（ｃ）第１流体の噴射速度を、前記抗力低減性ポリマーの吸着絡み合い層が時間と共により薄くなるように低減するステップ
と、を含む方法。
ステップ（ｂ）の間中、気体またはその他の物質の潜在的同伴を制御し、かつ生じる前記抗力低減性ポリマーの吸着絡み合い層を強化するために、吸着された前記抗力低減性ポリマーの被覆に対する剪断応力を、第２流体の自由流速度Ｕ_∞を低減することによって１または複数回一時的に緩めることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
剪断応力を緩めた後に、第１流体が、表面からの前記抗力低減性ポリマーの除去速度が表面上への前記抗力低減性ポリマーの堆積速度と釣り合う、前記抗力低減性ポリマーの被覆の平衡状態を達成する濃度および速度で噴射される、請求項２に記載の方法。
前記抗力低減性ポリマーの被覆の平衡状態が瞬間的に存在するのみである、請求項３に記載の方法。
その（ａ）〜（ｃ）の前記ステップが、所望の最小の前記抗力低減性ポリマーの被覆厚さが、長時間にわたって維持されるように１または複数回繰り返される、請求項１に記載の方法。
前記抗力低減性ポリマーと混合された前記溶媒と前記表面上を流れる前記第２流体がいずれも海水である、請求項１ないし５のいずれか１つの請求項に記載の方法。