模仿金槍魚的船身塗料 年省千萬日圓燃料費

--本文由日經BP社提供

據說大型金槍魚在海洋中的遊速能夠達到80km/h。金槍魚的體型的確屬於遊速快的流線形，但除此之外，應該還有其他能減少水的摩擦阻力的訣竅。有一款產品的問世正是源於這一思路。那就是日本立邦船舶塗料開發的防污船底塗料「LF-Sea」。

在大海中暢遊的金槍魚
金槍魚的速度據說高達80km/h。而且身體表面沒有魚鱗，而是覆蓋著粘膜。

祕密在於表面的粘膜

不停高速游動的金槍魚身上沒有魚鱗，其身體表面覆蓋著黏滑的粘膜。雖然詳情還不得而知，但有看法認為，在這種粘膜的作用下，處於湍流狀態的邊界層的摩擦阻力會減弱。其實，已經有研究表明，在液體中添加極少量的高分子之後，湍流的液體摩擦阻力將會減弱，在金槍魚的身體表面或許也屬於同樣的現象。

「因為從事的是船底塗料開發，我經常思考能不能從魚和海洋生物中獲得開發產品的靈感」，日本立邦船舶塗料技術本部執行董事山盛直樹把目光瞄準了金槍魚。船舶在航行時，接觸海水的船底表面摩擦佔了全部阻力的50～80％。按照山盛的想法，船舶如果能實現粘膜與海水的液液接觸，而不是固體（船底）與海水直接接觸，應該能減小阻力。

為此，山盛採用了在船底塗料中摻入親水性高而且具有黏性的水凝膠，由此降低與水的摩擦的方法。水凝膠中橋聯的高分子能夠形成3D網眼構造，在網眼中存水。在日常生活之中，海帶濃湯和洋菜也屬於這一類。

如此一來，既不損害船底塗料防止藤壺等水生生物附著的根本目的，又能夠減弱海水摩擦阻力的LF-Sea便應運而生。經確認，採用該塗料的輪渡能夠節約燃耗3.4％左右。雖然只有區區3.4％，換算成燃料成本也能夠節約1000萬--2000萬日元左右。因此，自從2008年投產以來，已經獲得了600多艘船隻的採用。

圖2：噴塗了LF-Sea的汽車運輸船和樣品鋼板
紅色部分塗布了船底塗料（a）。從噴塗樣品上可以看到表面上存在凹凸（b）

反覆嘗試開發材料

在開發初期，在塗料中摻入水凝膠能夠降低摩擦阻力的效果很快得到了確認。但防止水生物附著船底的塗料原本的功能卻未能得到實現。船底塗料是通過緩慢溶出生物厭惡的防污劑防止水生生物附著（現在的防污劑主要是亞氧化銅。）。但摻入水凝膠後，防污劑將與水凝膠一同溶出到了海水中，無法充分維持仿製水生物附著的效果。結果反而本末倒置。

於是，山盛通過反覆嘗試，對水凝膠的成分和配比進行了調整。通過與大阪大學名譽教授鈴木敏夫、該校研究所工學研究科地球綜合工學專業教授戶田保幸、神戶大學研究所海事化學研究科副教授矢野吉治合作研究，在著手開發大約3年後，發現了LF-Sea的關鍵材料水凝膠。

因為涉及企業機密，水凝膠的具體成分沒有透露，從已知的資訊推測，新開發的水凝膠黏性比當初使用的以藻酸為主體的水凝膠要低，吸收水分後不易膨脹，而且親水性高。塗膜的厚度約為100μm，與過去的船底塗料一樣具有半年左右的防污效果。

其實，LF-Sea的減阻原理並不完全清楚。按照最初的設想，其原理是像金槍魚一樣，由水凝膠層覆蓋整個塗膜表面，借此減弱水流的阻力，但實際情況似乎並非如此。現在，山盛等人推測的原理如下。

船底的鋼板表面原本就非常粗糙，再加上高壓噴塗高黏度塗料，塗膜上存在著微細的凹凸。在航行時，表面凹部發生的微小漩渦是形成阻力的原因之一。

LF-Sea在浸泡海水後，塗膜中的水凝膠會吸收表面的海水，形成邊界層（分水層）。在航行時，受到水流的作用，凸部的邊界層會被削掉，但凹部會留下吸收的海水。這些海水填平了凹部，使得船體表面變得光滑，從而減弱了水流的阻力。

LF-Sea的減阻效果
塗膜中的水凝膠在塗膜的凹部存水，使塗膜表面變得光滑。水流因此得以穩定，使阻力減弱。

過去也曾經有過減弱摩擦阻力的船底塗料「SPC」。這種塗料是利用水流沖刷掉塗膜的凸部，使塗膜變得光滑，從而減弱阻力的，LF-Sea也同樣如此。LFSea在SPC的基礎之上，讓凹部還擁有分水層，因此表面粗糙度更小，能夠得到更大的減阻效果。

目標是減少10％的燃耗

遠洋船的二氧化碳減排要求越來越嚴格。為此，日本政府正在開展技術開發事業「船舶CO2減排技術開發支援事業」。目標是把遠洋船的二氧化碳排放量減少30％。也就是說，燃效必須提高30％。船底塗料是重要的手段之一，為了使燃效提高10％，目前正在開發新的低阻型船底塗料「A-LFSea」。

現在使用的水凝膠源於生物，而A-LF-Sea將採用化學合成的高保水材料。「水凝膠層更厚的話，阻力應該更小」。按照計劃，開發將爭取在2012年度內結束，在今後進行實驗。（記者：吉田 勝，《日經製造》）