Liquid Repellantcoatings Inspired by the Secretion Function of Slug's Skin

Abstract

1 ．はじめに 固体表面に付着した液滴，粘液，固形物，生物等は，基材 の意匠性や視認性の低下，歩留まりの悪化，摩擦・流体抵抗 の増加，腐食や微生物繁殖の起点となり，多くの問題が生じ る。例えば，タッチパネルデバイスに付着した指紋，皮脂， 化粧品等は，視認性の低下を招くため，これらの付着抑制に 優れたコーティング剤の開発が盛んに行われている。また， アメリカの研究グループの試算 によると，包装容器等に付 着した残留物の重量は数 % から 25% 程度あり，大きな経済 損失をもたらしている。さらに，航空機に付着した雪氷は重 大事故を誘引することから，大量の防除雪氷液の散布が必須 となり，運航コストの増加や環境汚染が懸念されている 。 このように，省資源・省エネルギー，安全・安心の観点からも， 撥液・難付着性に優れた機能表面の開発が求められている。 このような撥液・難付着性に関する研究開発は，古くは単 分子膜に関する研究に遡り，最近では生物体表の特異的な微 細構造を模倣した研究に注目が集まっている。例えば，固体 表面にハスの葉表面のような微細構造を付与し，液滴の静的 接触角 （θ S ） を大きく （＞ 150° ） することにより，液滴をコロ コロと滑落させることを可能にする超撥液表面に関する研究 が盛んである 。しかしながら，これらの人工的な撥液表面 は，機械的・化学的な損傷により表面機能が半永久的に失わ れてしまい，耐久性・持続性が乏しい。2011 年頃より，生 物体表の特異的な微細構造のみならず，動的挙動を模倣し， 耐久性・持続性に優れた撥液・難付着性表面に関する研究が 報告されている。例えば，米国，Harvard 大学の研究グルー プは，ウツボカズラの捕虫機構を模倣することで，Slippery Liquid Infused Porous Surface（SLIPS TM ） と呼ばれる凹凸構造が 潤滑液で湿潤された機能表面を開発した 。これまでにない 革新的な概念に基づき開発された SLIPS TM は，優れた撥液性 のみならず，耐久性，持続性，自己修復性を示すため，これ まで困難とされてきた粘性物質，エマルション，氷雪の付着 抑制への応用が期待されている。 本稿では，固体表面に付着した物質 （液体，固体） の易除去 性を撥液・難付着性と定義し （θ S 値の大小は問わない） ，こ れまでに報告されている国内外の撥液・難付着性表面の特長 と最近の研究開発動向を概説するとともに，我々が開発した ナメクジの表面清浄機能に着想を得た新規撥液材料である自 己潤滑性ゲル （SLUG：Self-Lubricating Gel） について紹介する。 2 ．撥液・難付着性表面の分類 最近報告された撥液・難付着性表面に関する総説において， Wong らは固体表面と付着液 （物） との関係を図 1 のようにま とめている 。撥液・難付着性を示す固体表面は （1） 平滑表 面 （図 1a） ， （2） 凹凸表面 （図 1c） ， （3） 潤滑表面 （図 1d） に大別 することができる。本稿では，これらの表面状態が報告され た 時 間 的 経 緯 を 考 慮 し， そ れ ぞ れ の 表 面 を， 第 1 世 代 （図 1a） ，第 2 世代 （図 1c） ，第 3 世代 （図 1d） の撥液・難付着 性表面と呼ぶことにする。現在，研究開発の主流となってい ナメクジの分泌機能を模倣した撥液材料（SLUG）の開発 浦田 千尋 a ，佐藤 知哉 a ，穂積 篤 a a