洗剤いらずの安全な洗浄技術「ウルトラファインバブル」の可能性 画像 洗剤いらずの安全な洗浄技術「ウルトラファインバブル」の可能性

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 洗剤未使用の洗浄技術としてウルトラファインバブルが注目されている。基本的な組成として空気と水からなるウルトラファインバブル水は安全で環境にやさしい新材料として期待できる。しかし、ウルトラファインバブルに関する科学的な理解が不十分であるため、実用化技術開発と並行して科学的現象解明が進められている。ウルトラファインバブル水による壁面洗浄技術の研究開発について紹介する。

 ウルトラファインバブルはかつてナノバブルと呼ばれていたが、国際標準化機構(ISO)によって1マイクロメートルより小さな泡の名称として定義された。

 図1に示したように身近で見られるミリバブルや白濁するマイクロバブルと異なり、ウルトラファインバブルは水中では無色透明である。また他の泡は水中で浮上していずれは水面で破裂するか溶解して消滅するが、ウルトラファインバブルは浮上せずブラウン運動によって拡散するのみである。

 ウルトラファインバブルは現在数種の生成法で製造されており、ウルトラファインバブルの用途によってガスと液および製法を適切に選択する必要がある。また肉眼で不可視であるため、レーザー光利用によるウルトラファインバブルに特化したサイズ分布や数密度(サンプル液ミリリットル当たりの個数)の測定法が開発され、評価指標として利用されている。

密封・輸送が可能
 ウルトラファインバブル水は、静置した密栓容器内に封入したときの数密度を数カ月以上にわたって安定に維持できる。常温または冷蔵庫内温度では差は見られないが、強い流動や振動、沸騰や凍結により減少する。

 これはウルトラファインバブル水がある穏やかな環境なら輸送や運搬に対する耐久性を持つことを示している。さらにウルトラファインバブル水の溶媒液添加による希釈も確認されているので、高数密度ウルトラファインバブル水を輸送し、現地で必要な数密度に希釈して使用が可能である。

 ウルトラファインバブル水は、高速道路サービスエリアのトイレ洗浄、橋に付着した塩分の除去、樹脂加工品の仕上げ洗浄など、さまざまな洗浄応用が実用段階に入っている。ウルトラファインバブル水は洗剤のように化学薬品を含まないため、すすぎが不要となりプロセスが単純化され、さらに洗浄廃水は環境にやさしい。

 ウルトラファインバブル水による壁面に付着した塩の洗浄のメカニズム解明および評価を検討した。ウルトラファインバブル水は一様な流速で斜面上のガラス板に付着させた固体食塩を洗浄しながら通過する。

 付着塩の洗浄率は電気伝導度センサーによる洗浄廃液中の塩濃度変化から正確に測定された。比較のためウルトラファインバブルを含まない水(ウルトラファインバブルフリー水)についても測定した。

 図2に付着塩とウルトラファインバブル水との接触による洗浄率の進行を示した。ガラス平板に物理的に付着した塩(A)は、ウルトラファインバブル水に接触して付着塩表面が徐々に溶解(B)する。

 次に付着塩の一部が次々に欠けるように剥離(C)して下流に流され、最後に平板上に残存した付着塩がウルトラファインバブル水で溶解(D)されて洗浄が完了するメカニズムであると高速度ビデオ撮影画像解析から明らかにされた。


まだ理論的解明が終わっていない
 ウルトラファインバブル水はウルトラファインバブルフリー水に比べ、付着物の剥離開始を速め、洗浄速度が促進させた。極めて微細なウルトラファインバブル群は付着塩とガラス面との接触境界面に浸透して付着塩とガラス平板との物理的な付着力を弱め、水流による剪断力(せんだんりょく)も手伝って剥離を促進した。最近の研究では水中のウルトラファインバブル数密度の増加とともに洗浄速度が向上している。

 ウルトラファインバブル水による洗浄技術はさらに食品工業、半導体産業、臨床医療、水産業、農業、化粧品などでも進められている。一方でウルトラファインバブルは生成や長期安定存在メカニズムに諸説あり、まだ理論的解明が完了していない。

 ウルトラファインバブルの産業応用をさらに確実に進めるためにはファインバブルに関する基礎研究や現象解析に取り組む科学者が分野横断的に結集し迅速な情報交換が必要であり、ファインバブルサイエンスへの入門者向け基礎教育も必要である。そこで2015年4月にファインバブル学会連合([http://www.fb-union.org/{http://www.fb-union.org/}])が発足した。

地方に産業創出へ動く
 また、ファインバブル産業の健全な発展を導く規格創成、確かな製品として市場から信頼を得るための認証技術の確立などを目的として、2012年に一般社団法人ファインバブル産業会([http://www.fbia.or.jp/{http://www.fbia.or.jp/}])が創設され、地方発のファインバブル関連産業創出および地域創生を目指して2015年にファインバブル地方創生協議会も設立され、現在9県が参加している。

 国際的にはISOのファインバブル専門技術委員会で日本を幹事国としてISO制定作業が行われている。

 ファインバブル技術はいまだ発展途上であり、研究者、企業および研究資金ともにまだまだ不足している。先端的研究成果ならびに評価の信頼性向上のためには、ウルトラファインバブルのサイズと数密度以外の諸物性に関する計測技術がいまだ不十分であり、今後の計測技術開発の進展が期待される。

洗剤いらず、安全な洗浄技術「ウルトラファインバブル」の可能性

《ニュースイッチ by 日刊工業新聞》

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