JPH08268380A

JPH08268380A - 固液界面の気体膜形成方法

Info

Publication number: JPH08268380A
Application number: JP7076483A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Nobunaga; 尚志延永; Yoichi Sugiyama; 洋一杉山; Naoki Matsubara; 直樹松原
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1995-03-31
Filing date: 1995-03-31
Publication date: 1996-10-15

Abstract

(57)【要約】【目的】液体と接触する表面の防汚、腐食防止、流
体の摩擦低減を図る方法を提供する。【構成】少なくとも接液時に固液界面に気体の薄い
膜を形成する性能を有する固体表面３と、気体供給装置
４より構成され、この気体供給装置４から前記固体表面
３に気体を供給して固体表面３と液体との界面に気体膜
を形成する固液界面の気体膜形成方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、防汚、防食、流体摩擦
抵抗低減等の固体と液体の接触に関わる分野に利用でき
る固液界面の気体膜形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、液体との接触による固体表面の防
食性、防水性、耐酸・アルカリ性、耐薬品性等を得る技
術としては、一般には化学的に安定なフッ素樹脂やシリ
コーン樹脂をガラスや金属等の固体表面にコーティング
する方法が良く用いられている。このようにして得られ
た表面の水との接触角は８５゜〜１１５゜程度であり、
通常の固体表面に比べると疎水性が高く、防食性もあ
る。また、バージ等の浮体構造物または水中鋼管杭等の
定置される構造物接水表面には水中生物が付着したり、
または腐食が生ずる等の問題があり、この問題を解決す
る手段としては防汚、防食塗料を塗布することが知られ
ている。

【０００３】一方、一般に船舶のような没水表面、すな
わち水と接する固体表面を有する構造物は船舶の移動に
伴ってその表面に沿った水に流れが生じ、その流速は没
水表面でゼロとなる。この没水表面の近傍での速度勾配
は流体の粘性に依存し、その際の剪断抵抗が流体摩擦抵
抗となる。この流体摩擦抵抗は、例えば船舶においては
極めて大きなものである。即ち、船舶が航行する際に受
ける抵抗は前記した流体摩擦抵抗の他に、造波抵抗、形
状抵抗や空気抵抗等があるが、流体摩擦抵抗は大型船の
場合全抵抗の６０〜７０％も占めている。

【０００４】この船舶の流体摩擦抵抗の低減を図る方法
とし船底に突起物を設けて枠状の空気室を形成し、この
空気室内に空気を供給して船底表面に空気層を形成する
方法あるいは空気を船体表面に噴出し、船体表面を多数
の気泡で覆ういわゆるマイクロバブル法等が提案されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし前述の従来技術
の内、フッ素樹脂やシリコーン樹脂による防食は経時的
に特性が劣化し、長期的には初期特性を維持することが
できず、また液体の付着を完全に防止することはできな
いという問題を有する。また、防汚、防食塗料による防
食は塗膜の維持管理が面倒なばかりでなく、塗膜中の有
害物質が溶出し、公害問題が発生する恐れがあった。さ
らには、上記従来技術は共に、液体との接触を起因とす
る表面の汚染、腐食等を防止することは基本的にできな
いという問題点を有する。

【０００６】一方、船舶の流体摩擦抵抗の低減を図る方
法の内、空気室による船底表面に空気層を形成する方法
においては船舶が航行すると空気室内に保有されている
空気が流出し、この空気の補給に大きな動力が必要にな
るという問題がある。また、マイクロバブル法において
は船側や船底に設けたノズルより大量の空気を補給しな
いと摩擦抵抗が減少しないことから大型のコンプレッサ
を設置しなければならず、設備費の増大と共にこれを駆
動するために大きな動力が必要となる。即ち、供給され
た空気は気泡となって船側や船底に沿って流れて流体摩
擦抵抗を低減させるが、下流側に行くにしたがって複数
の気泡が合体を繰り返しながら次第に大きな気泡となる
ため船体を覆う気泡の面積が減少し、流体摩擦抵抗低減
効果が小さくなるという問題がある。したがって船体全
体で大きな流体摩擦抵抗低減を得るためには大量の空気
を供給する必要があり、効果的な流体摩擦抵抗低減を図
ることができないという問題があり、そのためいずれも
実用に供することができないものであった。

【０００７】そこで本発明はこのような問題点を解決す
るもので、その目的とするところは、固液界面に気体膜
を形成させることにより、液体との接触を起因とする表
面の汚染、腐食等を防止したり、また少ない動力でもっ
て大幅な流体摩擦抵抗の低減を図るという従来にない概
念の固液界面の気体膜形成方法を提供するところにあ
り、また前述の問題解決ばかりではなく固体と液体の接
触に関わる様々な分野の新たな技術の創造に寄与すると
ころにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の固液界面の気体
膜形成方法は、少なくとも接液時に固液界面に気体膜形
成能を有する固体表面と、気体供給装置より構成され、
前記気体供給装置から前記固体表面に気体を供給して前
記固体表面と液体との界面に気体膜を形成することを特
徴とする。

【０００９】また、前記固体表面が、少なくともＩ値が
３０以上でかつ平均粒径が１０μｍ以下の粉体粒子と、
水との接触角が９０゜以上の樹脂とで微細凹凸構造を有
する形で被覆されている。また、前記粉体粒子が表面に
低表面張力化を施した疎水性粉体粒子、またはＰＴＦＥ
粒子の中から選ばれた１種または２種以上からなる。

【００１０】さらに、前記樹脂がフッ素樹脂、シリコー
ン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂の
中から選ばれた１種または２種以上からなること。ま
た、本発明の固液界面の気体膜形成方法は、前記微細凹
凸構造の表面粗さが０．３μｍ以上３０μｍ以下となる
ように構成される。

【００１１】

【作用】本発明の上記構成によれば、粉体粒子及び樹
脂共に低表面張力の構成材料を用い、さらに固体表面が
これら粉体粒子と樹脂とで微細凹凸構造を有した状態で
覆われている。その結果、表面と液体との接触面積が著
しく小さくなり、液体と接触した時に、この凹凸部に気
体、通常は空中において予め付着していた空気（以下、
一次気体あるいは気体が空気の場合は一次空気と称す）
が封じ込まれ保持された状態となる。この表面に液体を
のせると液体は凸部の上に持ち上げられ、液体の表面張
力作用でころころと水銀のように転がる。そして液体中
においては表面に一次空気を保持し、この空気が表面で
膜状になって、いわゆる空気膜の状態で存在し、表面が
空気膜により銀色に見える。この空気膜は簡単には剥離
することがなく、さらにこの表面に外部から気体、例え
ば空気（以下、二次気体あるいは気体が空気の場合は二
次空気と称す）を供給するとこの二次空気は液体と空気
との表面エネルギーを減少させようとするために、既に
存在していた一次空気と合体する。そしてこの空気膜
は、逆に外乱を受けて固体表面に形成されている空気膜
から気泡として分離しようとしても気泡を引き留める吸
引力が作用する。その結果、空気膜が表面からほとんど
剥離することなく付着した状態となり、極めて少ない動
力により少量の二次空気を供給するのみでその空気膜を
保持、維持することができ、この空気膜が液体と表面と
の直接の接触を妨げるので流体摩擦抵抗を低減したり、
防汚や防食等を図ることができる。さらに、固体表面−
空気−水系のみならず、他の固体表面−気体−液体系に
も適応できる。

【００１２】

【実施例】図１乃至図５を参照して本発明による固
液界面の気体膜形成方法の実施例を詳細に説明する。（実施例１）図１は、桟橋の没水表面に海中生物が付着
するのを防止する目的で、本発明の固液界面の気体膜形
成方法を適用した例を示す模式図である。

【００１３】桟橋（海中構造物）１の海底２に植立され
た脚部３の下部にリング状に空気供給装置４を設け、こ
の空気供給装置４から空気Ｇを多数の小孔から供給する
ように構成している。ここで、脚部３表面には気体膜形
成能を有する表面で構成されている。この気体膜形成能
を有する表面は図２に示されるように基材である脚部３
の表面に粉体粒子１１と樹脂１２からなる塗膜層１３が
形成される。具体的にはこの粉体粒子１１が少なくとも
塗膜層１３の表面に突出し、微細な凹凸部が形成される
ようになっている。

【００１４】ここで本発明で用いた〔Ｉ値〕について説
明する。本発明におけるＩ値とは、少なくとも空気と２
−プロパノール水溶液との界面に存在した状態から前記
２−プロパノール水溶液中に沈み始める時の２−プロパ
ノールの重量値を言う。通常、表面に水酸基等を持った
親水性の粉体粒子を水上にのせると、粉体粒子は濡れ、
水中を浮遊し、やがて沈降する。一方、表面の水酸基等
をマスクし疎水化した粉体粒子を水上にのせると、粉体
粒子は完全に気液界面に存在し、すなわち、水に浮くよ
うになる。

【００１５】これらの現象は粉体粒子表面と水との表面
張力差によるもので、水以外に種々の表面張力の液体と
粉体粒子を同様に評価すれば、粉体粒子の表面疎水度の
強さを表す指標となる。本発明では、特に２−プロパノ
ール水溶液を用いて、粉体粒子の表面疎水度の強さを示
す指標とし、２−プロパノール水溶液上に粉体粒子をの
せた時、粉体粒子が空気と２−プロパノール水溶液との
界面に存在した状態から２−プロパノール水溶液中に沈
み始める時の２−プロパノールの重量％値を〔Ｉ値〕と
した。

【００１６】この値が大きいほど粉体粒子の表面疎水度
は強く、低表面張力であることを示している。本発明の
粉体粒子のＩ値が３０以上としたのは、これより小さい
とこの粉体粒子で形成した表面は十分な気体膜形成能が
得られず、また耐久性も劣るからである。また粉体粒子
の平均粒径が１０μｍ以下としたのは、これより大きい
と表面に凹凸構造を形成した時、気体膜形成能が低く、
また気体膜形成能の経時的耐久性に劣るからである。粒
径の下限は特に限定されるものではないが、表面に凹凸
構造を形成した時、凹凸が小さく表面構造が平滑になり
すぎると液体との接触面積が大きくなり、気体を保持す
る空間が少なくなってしまい、気体膜形成能が劣る。

【００１７】本発明の樹脂が水との接触角で９０゜以上
としたのは、これより小さいと、この樹脂で形成した表
面は十分な気体膜形成能が得られず、また耐久性も劣る
からである。本発明で使用できる粉体粒子は、基本的に
はＩ値が３０以上でかつ平均粒径が１０μｍ以下の粉体
粒子であれば良く、具体的には大きく分けて２つある。

【００１８】１つは、粒子表面を低表面張力に表面処理
した粒子がある。粉体粒子の原料としては、粒子表面を
低表面張力に表面処理できるものであれば良く、シリ
カ、アルミナ、チタニア等の無機系粒子、ポリメタクリ
ル酸メチル等の有機系粒子が挙げられる。粉体粒子の低
表面張力化のための表面処理剤としては、例えば、パー
フルオロアルキルシラン、パーフルオロアルキルシラザ
ン、パーフルオロアルキル基含有オルガノシロキサン、
ポリヘキサフルオロプロピレンオキシド、パーフルオロ
ポリエーテルといったフッ素含有表面処理剤であり、少
なくともこれらのフッ素含有表面処理剤の群から選ばれ
た一種または二種以上で粉体粒子表面を処理すれば良
い。ただし、表面処理剤により粉体粒子表面の親水部を
完全にかつ強固に被覆する必要があり、粉体粒子と表面
処理剤とのマッチングを取る必要がある。粉体粒子表面
の表面処理方法及び処理に関する条件は特に限定される
ものではなく、使用する粉体粒子や表面処理剤の種類、
材料特性等により適宜行えば良い。

【００１９】さらに、粉体粒子表面の完全疎水化を施す
目的から、粉体粒子表面をフッ素含有表面処理剤で多段
階処理したり、粉体粒子表面の一部をフッ素含有表面処
理剤以外の炭化水素系表面処理剤を用いたり、粒子表面
を低表面張力に表面処理した後、さらにＦ₂ガス等を用
いてフッ素化しても良い。ここで、低表面張力化のため
の表面処理剤としてフッ素含有表面処理剤としたのは、
フッ素を含有しない炭化水素系の表面処理剤だけだと、
化学的安定性が劣る上に、粉体粒子表面が十分に低表面
張力化できないためである。したがって、十分に低表面
張力化できない粉体粒子、例えば炭化水素系シランで表
面処理したＩ値２０の粉体粒子で形成した表面は気体保
持能が低く、また耐久性も劣り、好ましくない。

【００２０】２つ目は、粒子表面を低表面張力に表面処
理するまでもなく、粉体粒子自体が既にＩ値が３０以上
である粒子で、これにはＰＴＦＥ粒子が相当する。勿
論、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）粒子表面
をさらに表面処理して使用しても問題はない。粉体粒子
形状は液体との接触面積を少なくし、粉体粒子自体にも
気体保持能を持たせ、表面は微細な凹凸部１１ａを有す
るものが好ましく、多孔性に富んだものや比表面積の大
きなものが好ましい。

【００２１】ＰＴＦＥ粒子は、通常、表面は非常に滑ら
かで表面に微細な凹凸部１１ａを有していない。このた
めＰＴＦＥ粒子表面自体に気体保持能を有することが難
しく、液体との接触面積が大きくなる傾向にある。後述
するが、粉体粒子自体の形状としては幾何学的複雑さの
度合いを増す方が好ましく、できれば形状的により不定
形のＰＴＦＥ粒子を使用するか、表面に微細な凹凸部１
１ａを有する粉体粒子と複合して使用するのが好まし
い。

【００２２】本発明の気体膜形成能を有する表面の形成
方法は、基本的には少なくとも低表面張力化された粉体
粒子と樹脂を用いて、基材表面に微細凹凸構造を有する
形で形成できる方法であれば良く、基材表面に塗料層を
形成し、少なくともこの塗料層の表面に粉体粒子を突出
させるような形成方法であればいかなる方法でも良い。
具体的には例えば次の２つの形成方法がある。

【００２３】低表面張力化された粉体粒子と樹脂を
混合分散させた塗料を基材表面に塗布する。予め、樹脂を基材表面に塗布し、この樹脂上に有機
溶剤に混合分散させた粉体粒子を塗布するか、あるいは
粉体粒子を粉体吹き付けする。また、ここで樹脂として
は、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂、エポ
キシ樹脂、ウレタン樹脂等が使用できるが、表面張力を
高くする要因のある親水性の顔料等の使用は極力避け、
できればクリアータイプのものが好ましい。また、でき
れば樹脂自体の疎水性が高く、低吸水性、耐薬品性のも
のが好ましい。

【００２４】さらに、必要な膜強度、密着性は確保しつ
つも表面の微細凹凸を樹脂で極力ふさがないようにし
て、気体保持空間を確保する方が液体の付着はし難く、
耐久性も増す傾向にある。すなわち、樹脂はあくまでも
粉体粒子で微細凹凸を形成するためのバインダに徹する
必要がある。本発明の気体膜形成能を有する表面の構造
は、少なくとも低表面張力化された粉体粒子とバインダ
である樹脂とで覆われている微細表面凹凸構造からな
る。粒子表面自体低表面張力である上に、粉体粒子と樹
脂とで微細な凹凸部を形成することにより、液体との接
触面積を少なくするとともに、接液時、より多くの気体
をこの凹凸部で保持させるためである。

【００２５】本発明の微細凹凸構造の表面粗さが０．３
μｍ以上３０μｍ以下であるのは、以下の理由による。
粉体粒子同志で形成される微細凹凸部をバインダである
樹脂で潰し、表面粗さが０．３μｍ以下となり、表面構
造が平滑化すると、液体との接触面積が大きくなり、気
体を保持する空間が少なくなってしまう。また、使用す
る粉体粒子の形状、粒径によっては、表面構造が平滑化
し、同じく表面粗さが０．３μｍ以下となると十分に気
体保持性を持たせる凹凸が形成されない。

【００２６】一方、微細凹凸構造の表面粗さが３０μｍ
以上となると、気体膜形成能の経時的耐久性が劣る。さ
らに、本発明の気体膜形成能を有する表面を後掲の実施
例２に示す流体摩擦抵抗低減に適用する場合、微細凹凸
構造の表面粗さが３０μｍ以上となると、流体摩擦抵抗
が増加してしまう。したがって、微細凹凸構造の形成に
は、表面粗さが３０μｍ以下で気体保持空間をできるだ
け大きく確保しつつ表面凹凸形状の幾何学的複雑さの度
合いを増す方が好ましいことを意味している。設計思想
的にはフラクタル的で、その次数が大きい、すなわち表
面の形状が複雑である方が好ましい。気体保持空間は大
きく確保しつつ表面凹凸形状の幾何学的複雑さの度合い
を増す方法としては本実施例の他に、例えば大きな粉体
粒子の周りに小さな粉体粒子を被覆させた複合粉体粒子
を用いても良い。これには前述したが複合粉体粒子の一
部としてＰＴＦＥ粒子を使用することもできる。

【００２７】このように構成された気体膜形成能を有す
る表面を脚部３に持つ桟橋１において、コンプレッサ
５、制御バルブ６、流量計７とパイプ８を経由して前記
空気供給装置４と接続し、制御装置９で制御しながら圧
力空気を空気供給装置４のノズルから脚部３の周囲に供
給してその表面に薄い空気膜を形成することにより海中
生物や海藻が脚部３の表面に接触することができず、長
期にわたって防汚効果を奏することができる。（試験例）前記固液界面の気体膜形成方法の効果を確認
するために次の試験を行った。粉体粒子として平均粒径
２μｍ，比表面積３００ｍ²／ｇの多孔性シリカ粒子を
用い、このシリカ粒子表面をパーフルオロアルキルシラ
ンであるＣＦ₃（ＣＦ₂） ₇ＣＨ₂ＣＨ₂Ｓｉ（０Ｃ₂Ｈ₅）₃
で表面処理し、Ｉ値が４０であるシリカ粒子と水との接
触角が１１０゜のシリコーン樹脂を用いて微細凹凸構造
を有する形で基材表面を覆うことにより試験片を形成し
た。

【００２８】形成方法としては、まずクリアータイプの
シリコーン樹脂のコーティング剤に対し、低表面張力の
シリカ粒子をコーティング剤中の固形分に対して、３０
重量％添加して、十分撹拌、分散させた。次にこれを試
験片表面に塗布し、乾燥硬化させ、表面粗さが１６μｍ
となる微細凹凸構造を有する気体膜形成能を有する表面
を形成させた。

【００２９】このようにして形成された気体膜形成能を
有する表面に種々の液体を接触させた時の気体膜形成の
有無を評価した。評価方法としては、本試験例の表
面、板状のＰＴＦＥ樹脂表面、シリコーン樹脂コー
ティング剤を塗布して形成した表面の３種類の表面を有
する試験片を準備し、これを水、酸、アルカリ、有機溶
剤等各種の液体中に浸漬して、表面に気体膜として一次
空気による空気膜が形成されるかどうか観察した。

【００３０】これらの結果を表１に示す。表１が示すと
おり、本試験例の表面には供試液体の内、２−プロパノ
ール以外のすべての液体中で空気膜が形成され、表面が
反射により銀色を呈していることが確認された。この空
気膜は簡単には剥離することがなく、この表面に二次空
気を供給するとこの二次空気は既に存在していた表面の
一次空気と合体し、さらに供給二次空気が表面の空気保
持能以上供給されると、その一部が気泡となって表面か
ら剥離し、浮上することが確認された。またこの表面に
液滴を滴下させると、同じく供試液体の内、２−プロパ
ノール以外のすべての液体が表面上をころころと水銀の
ように転がるのが観察された。

【００３１】一方、板状のＰＴＦＥ樹脂表面およびシリ
コーン樹脂コーティング剤を塗布して形成した表面のい
ずれの表面にも供試液体中で空気膜は形成されなかっ
た。またこの表面に空気を供給しても直ちに気泡となっ
て浮上するだけで表面に空気が取り込まれるようなこと
はなかった。さらに液滴を滴下させても表面をころころ
転がるようなことはなかった。

【００３２】尚、本試験例で供試した液体以外にも空気
膜が形成できる液体があれば、液体の付着を防止するこ
とが可能となり、特に限定されるものではない。また、
ここでは気体として空気を用いたが、基本的には気体膜
が形成できるものであれば良く、例えば、ヘリウム、ア
ルゴン、混合ガス等の気体を用いることもでき、使用目
的に合わせて選択することができる。（実施例２）本実施例は、船舶の流体摩擦抵抗を低減す
る目的で、本発明の固液界面の気体膜形成方法を適用し
た例である。

【００３３】図３は、本実施例で使用した模型船の概略
図であり、図４は図３におけるＹ部の拡大図である。図
３において船体２０とは別置きされたコンプレッサ２２
で圧縮された空気ａをバルブ２３とパイプ２４を経由
し、さらに流量計２５で流量を監視しながらさらにパイ
プ２６により船体２０の底部に導いた。空気ａは船体２
０の底部２０ａにおいて分岐管２７で多数のバルブに分
岐され、各バルブはそれぞれバルブ２８を介して図４に
示されるように、スリットノズル２９から供試表面とし
て気体膜形成能（ここでは空気膜形成能）を有する表面
２１に沿って供給するようになっている。尚、スリット
ノズル２９の吹き出し方向は船体２０の進行方向の上流
から下流に向くようにする。

【００３４】そして全長７．２７６ｍ、型幅１．２８
ｍ、型深０．６ｍの模型船の船体２０の船底部２０ａの
内、船首から１．４５ｍに位置する幅１２００ｍｍ、長
さ３５００ｍｍの範囲で空気膜形成能を有する表面２１
を形成した。また、図３及び図４に示すように、空気膜
形成能を有する表面２１の前縁にスリットノズル２９を
設置した。

【００３５】次に本実施例で使用した空気膜形成能を有
する表面２１の形成方法について説明する。まず、船底
部２０ａの供試表面にショッププライマーを塗装し、そ
の上に水との接触角が１１０゜のクリアータイプのシリ
コーン樹脂を塗装した。次に、実施例１と同じ粉体粒
子、すなわち表面をパーフルオロアルキルシランである
ＣＦ₃（ＣＦ₂）₇ＣＨ₂ＣＨ₂Ｓｉ（０Ｃ₂Ｈ₅）₃で表面処
理し、Ｉ値が４０であるシリカ粒子をｍ−キシレンヘキ
サフルオライド溶剤に対して１０重量％添加し、十分撹
拌、分散させた後、この分散液をシリコーン樹脂表面に
塗布し、溶剤を揮発乾燥させ、表面に微細凹凸構造を有
する空気膜形成能を有する表面２１を形成させた。尚、
空気膜形成能を有する表面２１以外の船底は現在一般的
に使用されている自己研磨型船底塗料を塗装した。

【００３６】船体２０の吃水はバラストロード状態の２
００ｍｍとした。そしてこの状態で供試船体２０の没水
面積Ｓは９．８１ｍ²、空気膜形成能を有する表面２１
の面積Ｓｔは４．２０ｍ²で面積比Ｓｔ／Ｓは０．４２
８であった。船体抵抗試験では長さ２２０ｍ、幅１４
ｍ、深さ６．５ｍの曳航水槽を用い、船体２０を曳引車
にセットして、各船速に対して所定流量の空気をスリッ
トノズル２９により船首から船尾方向へ供給しながら船
体２０の抵抗を抵抗動力計を用いて測定した。

【００３７】種々の船速の粘性抵抗基準の抵抗低減量
（以下、ＤＲ量と称す）と空気膜形成能を有する表面部
分の摩擦抵抗低減量（以下、ＤＲ’量と称す）を表２に
示す。ここでＤＲ量およびＤＲ’量は次の式で示され
る。ＤＲ＝−（Ｃｔ−Ｃｔ₀）／Ｃｖ₀×１００％ＤＲ’＝（１＋Ｋ）・ＤＲ／（Ｓｔ／Ｓ）式中、Ｃｔ：供試船体の全抵抗係数、Ｃｖ：供試船体の
粘性抵抗係数、添字０：空気膜形成能を持たない表面の
試験の場合、Ｋ：形状影響係数でＫ＝０．２２２をそれ
ぞれ意味する。

【００３８】表２からわかるとおり、今回の測定船速す
べてにおいて２０．５〜２８．１％のＤＲ量が得られ
た。また、船速Ｕ＝２ｍ／ｓの場合のＤＲ量と、平均空
気膜厚を示す指標である空気量レベルとの関係を図５に
示す。空気量レベルとは、表面で保持される空気膜厚と
供給される空気とで形成される空気膜が船速と同一の速
度で一様に流れると仮定して計算した場合の平均空気膜
厚を示す指標で、船速Ｕ＝２ｍ／ｓの場合、実際の空気
供給量Ｑａは表３で示されるとおりである。

【００３９】図５から明らかなように、少量の空気の供
給によって摩擦抵抗の低減効果が現れ、平均空気膜厚が
０．４８ｍｍ（空気量レベル１０）までは空気量を増加
させるとともにＤＲ量％が高まるが、それ以上ではＤＲ
量％はほぼ一定となる傾向を示している。本実施例の場
合、空気量レベル２０でＤＲ最大値として２４．７％が
得られている。

【００４０】一方、スリットノズル２９より噴出する空
気流れを観察すると供給された空気ａは空気膜形成能を
有する表面２１に沿って付着した状態で広がりながら膜
状になって船尾側に流れることが確認された。比較のた
めに空気膜形成能を有する表面の代わりに通常の船底塗
料を用いた場合、スリットノズル２９から供給された空
気はスリットノズル２９下流近傍で空気だまりとなった
後、気泡状または塊状となり下流に向かって流れること
が確認された。

【００４１】このように固液界面に空気膜が形成される
と、流体力学から明らかなように固体表面と水とが直接
に接触しなくなり、流体摩擦抵抗の低減に大きな効果を
発揮することができた。

【００４２】

【００４３】

【００４４】

【００４５】

【発明の効果】以上述べてきたように本発明によれば、
塗装方式といった至って汎用な形成方法により、基材表
面に低表面張力化された粉体粒子と樹脂とで微細凹凸構
造を形成させると、接液時に、凹凸部に一次気体が蓄え
られるようになり、いわゆる気体膜形成能を有する表面
となる。

【００４６】この表面に液体をのせると液体は凸部の上
に持ち上げられ、ころころと水銀のように転がる。そし
て液体中においては表面に一次気体を保持し、この気体
が表面で膜状になって、いわゆる気体膜の状態で存在
し、表面が気体膜により銀色に見えるようになり、この
気体膜は簡単には剥離することはない。この表面に外部
の気体供給装置から二次気体を供給するとこの気体は液
体と気体との表面エネルギーを減少させようとするため
に、既に存在していた一次気体と合体し、極めて少ない
動力により少量の二次気体を供給するのみでその気体膜
を保持、維持することができる。そしてこの気体膜によ
り液体と表面が接触するのを妨げることが可能となる。
これにより、桟橋やケーソンのように定置される構造物
表面への海中生物の付着や汚れの付着防止、流体摩擦抵
抗低減等その適用範囲は極めて広い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の固液界面の気体膜形成方法を桟橋の防
汚・防食方法として適用した一実施例を示す模式図であ
る。

【図２】本発明の固液界面の気体膜形成方法の固体表面
の一実施例を示す模式的断面図である。

【図３】本発明で使用した模型船の概略図である。

【図４】図３のＹ部の拡大断面図である。

【図５】空気量レベルとＤＲ量との関係を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

１桟橋２海底３脚部
４空気供給装置５コンプレッサ６制御バルブ
７流量計８パイプ９制御装置Ｇ空気１１粉体粒子１１ａ粉体粒子表面の微細凹
凸部１２樹脂１３塗膜層２０船
体２０ａ船底部２１供試表面２
２コンプレッサ２３バルブ２４パイプ２５
流量計２６パイプ２７分岐管２８
バルブ２９スリットノズルａ空気

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも接液時に固液界面に気体膜形
成能を有する固体表面と、気体供給装置より構成され、
前記気体供給装置から前記固体表面に気体を供給して前
記固体表面と液体との界面に気体膜を形成することを特
徴とする固液界面の気体膜形成方法。
【請求項２】少なくとも空気と２−プロパノール水溶
液との界面に存在した状態から前記２−プロパノール水
溶液中に沈み始める時の２−プロパノールの重量％値が
３０以上で、かつ平均粒径が１０μｍ以下の粉体粒子
と、水との接触角が９０゜以上の樹脂とで微細凹凸構造
を有する形で被覆されていることを特徴とする請求項１
記載の固液界面の気体膜形成能を有する固体表面。
【請求項３】表面に低表面張力化を施した疎水性粉体
粒子、またはポリテトラフルオロエチレン粒子の中から
選ばれた１種または２種以上からなる請求項２記載の粉
体粒子。
【請求項４】フッ素樹脂、シリコーン樹脂、アクリル
樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂の中から選ばれた１
種または２種以上からなる請求項２記載の樹脂。
【請求項５】表面粗さが０．３μｍ以上３０μｍ以下
である請求項２記載の微細凹凸構造。