花王株式会社と北海道大学の村田憲一郎助教らの研究グループは、木綿表面の特殊な水「結合水」を最先端の手法を用いて直接観察することに世界で初めて成功。濡れた木綿が自然乾燥後に硬くなるのは、木綿表面の結合水が単繊維同士を接着剤のようにつなぎとめていたためであることを実証した。

 木綿のタオルを衣料用柔軟剤なしで洗濯して自然乾燥すると糊付けしたように硬くなるが、これは日常生活でしばしば目にする。これについて花王は、物質に結合した結合水という水に注目。2011年に、この特殊な水が毛管接着(狭い固体表面間での液体介在による接着現象)によって単繊維同士をつなぎとめる(架橋する)ことで、硬さが発現するというモデルを提案した。しかし、そのメカニズムについては不明点が多かった。

 そこで今回、北海道大学の村田助教の協力・指導のもと、直接的・微視的(分子レベル)な視点からこのモデルの実証を目的として研究を行った。その結果、物質表面を原子レベルの精度で観察できる原子間力顕微鏡(AFM)を用いることにより、木綿表面には結合水が存在し、粘度のある結合水が単繊維同士の毛管接着に関与することが示された。また、赤外線を使用した最先端の表面分析手法であるAFM赤外分光分析(AFM-IR)による観察から、木綿表面の結合水が2つの異なる状態で存在することが分かり、それぞれ空気との界面・木綿との界面の結合水に対応していると考えられた。

 今回の研究成果によって花王が提案したモデルが実証された。これにより、衣料用柔軟剤の効果発現の仕組みに関して新たな視点が得られ、近年議論が盛んな物質表面の水の構造・機能を理解する手掛か
りとなるとしている。

参考:【北海道大学】木綿表面の特殊な水・結合水の直接観察に成功~水で濡らした木綿製品が自然乾燥後に硬くなるメカニズムの研究~(PDF)

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北海道大学

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