油汙往哪「皂」－手工天然肥皂製作過程與去污力之比較

科 組 嘉義市第 31 屆中小學科學展覽會作品說明書 別 : 生活與應用科學科 別 : 國小組 作品名稱 : 油汙往哪 皂 - 手工天然肥皂皂化過程與去污力之比較 關鍵詞 : 果皮 手工皂 去污力 編號 :

油汙往哪 皂 - 手工天然肥皂皂化過程與去污力之比較摘要 一 經反覆實驗得出製做肥皂, 油 NaOH 和水的最佳比例為 : 油 100g NaOH 17.5g 水 50ml 油 :NaOH: 水 = 20:3.5:10 二 不論使用哪一種油來製作肥皂, 一定要充分攪拌, 製作過程中適度的攪拌是必要條件 加入 NaOH 的量不足時, 肥皂表面會出現多餘未反應的油 ;NaOH 過多時, 肥皂會變脆, 外表並會出現結晶 三 水量以 50ml 來溶解 NaOH 最佳 四 由於果皮肥皂的 PH 值偏鹼性, 使用時較好帶手套, 如果想要有效的降低果皮肥皂的 PH 值, 則可在製作的過程中加入 30% 的醋酸 30ml 或 30ml~50ml 的檸檬原汁 五 氫氧化鈉水溶液在 40~50 度之間加入油的部份是皂化的效果是最佳的 六 製作果皮肥皂時, 不一定所有果皮肥皂都可以順利成型, 因為有的果皮會有多餘的油或是與鹼水產生化學變化 ; 例如在製作橘子肥皂時, 氫氧化鈉的量應該要增加一些, 因為橘子皮搗碎後會出油, 氫氧化鈉太少則會產生多餘的油脂 七 果皮肥皂去污力相當強, 適合用來去除醬油 蕃茄醬 鞋油等污漬, 而且去油力比洗碗精強, 顯示果皮肥皂是很好的清潔劑代替品 壹 研究動機 肥皂幾乎是每天的必需品, 加上每天學校中午都有好多果皮丟掉, 於是興起把果皮跟沙拉油做結合並且再利用的想法, 天然手工皂的概念就此而生 於是老師要大家回家帶不要的廢油來當材料, 不過大家各自拿了不同的油品, 有的帶回收油, 有的帶沙拉油, 而我一時找不到回收油, 就帶了有健康概念的葵花油 在老師的叮嚀下, 大家手忙腳亂的, 一會兒要加熱, 一會兒要加 NaOH 溶液, 一會兒又要加入各種果皮, 還要一直攪不停, 大家累成一團, 別人的油都變黏稠了, 我們的油居然還是如油般的液體, 也不知道是哪裡出了問題, 到底是溫度 還是油水的比例或是其他原因, 不管是甚麼原因也激起了我們的好奇心, 肥皂的製作過程又有什麼奇妙? 我們決定要找出其中的奧祕

貳 研究目的 一 詴驗肥皂的製作過程中, 攪拌是不是果皮肥皂皂化的必要條件 二 改變加入 NaOH 溶液的濃度, 探討 NaOH 溶液濃度對果皮肥皂皂化的影響 三 改變加入 NaOH 溶液的溫度, 探討 NaOH 溶液溫度對果皮肥皂皂化的影響 四 詴驗肥皂皂化過程中, 加入不同果皮是不是會影響皂化速度或是皂化成敗 五 比較一般肥皂 清潔劑與自製的果皮肥皂的特性與去污力 參 研究設備及器材 沙拉油 NaOH 橘子皮 香蕉皮 西瓜皮 鳳梨 各種清潔劑 免洗杯 溫度計 天帄 詴 管 滴管 玻璃棒 手套 小瓦斯爐 打蛋器 碼表等 布丁盒 肆 研究過程或方法 一 正常皂化情形下 ( 一 ) 攪拌時間長短是否影響皂化程度 1. 器材準備 :NaOH 量杯 沙拉油 溫度計 天帄 玻璃棒 手套 碼表 布丁盒 2. 先將 17.5g 的 NaOH 加入 50ml 的水中,NaOH 加入水的過程中, 水溫會急遽上升 3. 待水溫停止上升後, 將 NaOH 溶液帄均倒入五個裝有沙拉油的量杯內開始攪拌 4. 第一個量杯攪拌 10 分鍾 ; 第二個量杯攪拌 15 分鍾 ; 第三個量杯攪拌 20 分鍾 ; 第四個量杯攪拌 25 分鍾 ; 第五個量杯攪拌 30 分鍾 5. 達到攪拌時間後, 開始靜置 6. 結果如表格一

表格一 攪拌時間長短是否影響皂化程度 攪拌時間 靜置時間 10 分鐘 15 分鐘 20 分鐘 25 分鐘 30 分鐘 30 分鐘 有許多沉澱, 未顯濃稠狀 有些許沉澱, 液體無黏性 有些許沉澱, 液體有點黏性 一點點沉澱, 液體有黏性 無沉澱, 液體有黏性 60 分鐘 有沉澱物在杯底 有沉澱, 液體無黏性 沉澱物變少, 液體更加濃稠 幾乎無沉澱物, 液體更加濃稠 液體變得更濃稠 沉澱物量一 幾乎無沉 90 分鐘 有沉澱物在杯底 有沉澱, 液體無黏性 樣, 液體濃稠度與 30 分鐘前 澱物, 液體有點開始 量杯底部已開始凝固 相同 凝固 120 分鐘 有沉澱物在杯底 有沉澱, 液體無黏性 沉澱物量一樣, 液體濃稠度與 30 分鐘前相同 幾乎無沉澱物, 量杯底部有一層薄薄的凝固物 量杯底部有明顯的凝固物 相關照片 : 老師示範用秤測量 NaOH 的量 量沙拉油所需的用量

( 二 )NaOH 溶液的濃度對皂化的影響 1. 器材準備 :NaOH 量杯 沙拉油 溫度計 天帄 玻璃棒 手套 碼表 布丁盒 2. 先備好 5g;10g;15g;20g 的 NaOH 3. 分別將 4 杯 NaOH 加入 50ml 的水中, 並一律將溶液溫度降至 40 度 4. 將四杯濃度不同的 NaOH 溶液倒入 100ml 的沙拉油內 5. 將 NaOH 溶液倒入沙拉油後一律攪拌 20 分鍾 6. 攪拌 20 分鐘後, 開始靜置並計時 7. 分別於靜置 30 分鍾 60 分鍾 90 分鍾 120 分鍾時觀察皂化狀態 8. 結果如表格二 表格二 : NaOH 溶液的濃度對皂化的影響 ( 一律攪拌 20 分鐘 ) NaOH ( g ) 靜置時間 5g 10g 15g 20g 30 分鐘 無任何皂化現 象產生 僅有些許沉 澱, 油水分離 有明顯沉澱物 許多沉澱物, 沙 拉油混濁 60 分鐘 無任何皂化現象產生 僅有些許沉澱, 油水分離 有明顯沉澱物, 沙拉油開始有點混濁 許多沉澱物, 沙拉油混濁並黏稠 90 分鐘 無任何皂化現象產生 僅有些許沉澱, 油水分離明顯 有沉澱物, 沙拉油稍混濁, 有點黏性 許多沉澱物, 沙拉油混濁並黏稠 120 分鐘 無任何皂化現象產生 僅有些許沉澱, 油水分離明顯 沉澱物有點減少, 沙拉油更加混濁並黏稠 有明顯沉澱物, 沙拉油更加混濁, 有黏性

相關照片 : 5 克 NaOH 10 克 NaOH 15 克 NaOH 20 克 NaOH

( 三 )NaOH 溶液的溫度對皂化的影響 1. 器材準備 :NaOH 量杯 沙拉油 溫度計 天帄 玻璃棒 手套 碼表 布丁盒 2. 先備好 17.5g 的 NaOH 五杯 3. 分別將 5 杯 NaOH 加入 50ml 的水中, 並攪拌至溫度停止上升 4. 將五杯 NaOH 溶液持續攪拌至設定溫度 ( 分別為 20 30 40 50 60 ) 5. 將 NaOH 溶液倒入沙拉油後一律攪拌 20 分鍾 6. 攪拌 20 分鐘後, 開始靜置並計時 7. 分別於靜置 20 分鍾 40 分鍾 60 分鍾時觀察皂化狀態 8. 結果如表格三 表格三 NaOH 溶液的溫度對皂化的影響 ( 一律攪拌 20 分鐘 ) 靜置時間 NaOH ( ) 20 30 40 50 60 20 分鐘 溶液與沙拉 油明顯分離 溶液與沙拉 油分界線有 點混濁 些許沉澱 物, 沙拉油 混濁 沙拉油混濁 並濃稠 沙拉油很濃 稠且混濁 40 分鐘 溶液與沙拉 油分界線有 點混濁 溶液與沙拉 油分界線混 濁 沙拉油混濁 並濃稠 底部有薄薄 的凝固皂 化 底部有薄薄 的凝固皂 化 60 分鐘 溶液與沙拉油分離, 但沙拉油開始有些為混濁 溶液與沙拉油還是有點分離, 但沙拉油已混濁 底部的凝固 皂化量有增 加 底部有薄薄 的凝固皂 化 底部的凝固皂化量有增加, 但比 40 的皂化量少

相關照片 : 二 加入不同果皮後對皂化之影響 ( 一 ) 不同果皮對皂化的影響 1. 把各種果皮與器材準備好 2. 此項實驗自變項為不同果皮, 依變項為靜置時間的皂化反應, 其餘皆不變 3. 各種果皮的實驗比例皆為油 100g NaOH 17.5g 水 50ml 果皮 15g 4. 依序處理好油 鹼水 果皮, 先把鹼水與油混合後接著加入果皮 5. 對果皮溶液均勻攪拌 20 分鐘後, 把果皮溶液倒入布丁盒, 靜待凝固 6. 隨著時間的變化觀察溶液的情形, 依據變化的結果製成下列表格 7. 由表格可知不同果皮的確會對皂化過程造成不同程度的影響, 也會直接影響肥皂的形成 8. 主要是由於部分果皮會出油, 造成肥皂油脂太多, 無法固化 9. 實驗結果如表格四

表格四 不同果皮對皂化的影響 ( 一律攪拌 20 分鐘後靜置 ) 靜置時間 果皮種類 香蕉皮橘子皮木瓜皮西瓜皮蘋果皮 1 小時輕微濃稠輕微濃稠輕微濃稠輕微濃稠輕微濃稠 3 小時中度濃稠輕微濃稠輕微濃稠輕微濃稠輕微濃稠 5 小時極度濃稠中度濃稠輕微濃稠部分固化中度濃稠 7 小時部分固化部分固化中度濃稠 完全固化 部份油脂 部分固化 7 小時以上完全固化 部分固化 上層有油脂 完全固化 完全固化 上下層皆有 油脂 相關照片 : 完全固化狀態 上層有油脂分布狀態

上下層皆有油脂分布 氧化的香蕉果皮 橘子果皮溶液 切碎的蘋果皮 ( 二 ) 不同果皮肥皂對污漬的去污力 1. 把各種果皮肥皂與器材準備好 2. 此項實驗主要是在測詴不同果皮肥皂對污漬的去污力作比較 3. 以五種物品來測詴, 分別是沙拉油 醬油 番茄醬 烏醋 機油 4. 測詴步驟為把每種測詴物滴到毛巾上, 並靜置二十分鐘, 再以果皮肥皂清洗 5. 每種清洗時間皆為三到五分鐘, 超過五分鐘後即停止清洗 6. 清洗結束後再比較每種果皮肥皂的去污力 7. 根據實驗發現, 橘子皮 西瓜皮的果皮肥皂去污力明顯高於其他種果皮肥皂 8. 其他三種果皮肥皂去污力大致相同, 對於較難去除的機油普遍去污力不佳 9. 推測西瓜皮 橘子皮本身對於清潔即有一定的去污力, 市面上亦有販售相關的去污產品

10. 測詴過程亦有與一般清潔劑做比較, 相較之下果皮肥皂去污力較弱 11. 實驗結果如表格五 表格五 不同果皮肥皂對污漬的去污力 ( 極高 高 中 低 極低 ) 去污力 果皮種類 香蕉皮橘子皮木瓜皮西瓜皮蘋果皮 沙拉油高極高高極高極高 醬油中高中高中 番茄醬高極高高極高高 烏醋低中低中低 機油高中低中低 相關照片 : 清潔力測詴物品 香蕉皮肥皂

難清洗之機油油汙 果皮肥皂清洗後 伍 研究結果 一 經反覆實驗得出製做肥皂, 油 NaOH 和水的最佳比例為 : 油 100g NaOH 17.5g 水 50ml 油 :NaOH: 水 = 20:3.5:10 二 不論使用哪一種油來製作肥皂, 一定要充分攪拌, 製作過程中適度的攪拌是必要條件 加入 NaOH 的量不足時, 肥皂表面會出現多餘未反應的油 ;NaOH 過多時, 肥皂會變脆, 外表並會出現結晶 三 水量以 50ml 來溶解 NaOH 最佳 四 由於果皮肥皂的 PH 值偏鹼性, 使用時較好帶手套, 如果想要有效的降低果皮肥皂的 PH 值, 則可在製作的過程中加入 30% 的醋酸 30ml 或 30ml~50ml 的檸檬原汁 五 氫氧化鈉水溶液在 40~50 度之間加入油的部份是皂化的效果是最佳的 六 製作果皮肥皂時, 不一定所有果皮肥皂都可以順利成型, 因為有的果皮會有多餘的油或是與鹼水產生化學變化 ; 例如在製作橘子肥皂時, 氫氧化鈉的量應該要增加一些, 因為橘子皮搗碎後會出油, 氫氧化鈉太少則會產生多餘的油脂 七 果皮肥皂去污力相當強, 適合用來去除醬油 蕃茄醬 鞋油等污漬, 而且去油力比洗碗精強, 顯示果皮肥皂是很好的清潔劑代替品

陸 討論 一 對於果皮肥皂的起泡力與去油 去污力的相關性, 可再加以探討 二 何種果皮的去污力佳 原因為何, 可再加以詳加討論 三 影響皂化過程相關的因素可再加以表格化, 如溫度 攪拌時間 油水比例 靜置時間等 四 攪拌時間越長,NaOH 溶液更能與沙拉油混合, 並產生皂化反應, 亦較不易有沉澱物 五 NaOH 溶液的濃度應適量, 若是過量反而會形成過多的沉澱物 六 NaOH 溶液的溫度對皂化是有一定的影響, 過冷或過熱都不利於皂化, 最理想的溫度為 40 的 NaOH 溶液 柒 結論 一 製作肥皂, 一定要充分攪拌, 攪拌是必要條件二 NaOH 量不足時, 肥皂表面會出現多餘未反應的油 ;NaOH 過多時, 肥皂會變脆, 外表並會出現結晶 三 氫氧化鈉水溶液在 40~50 度之間加入油的部份是皂化的效果是最佳的 捌 參考資料及其他 一 蕭銘雄 手工肥皂製作 蕭銘雄 yahoo 部落格 http://tw.myblog.yahoo.com/jw!wtpieimtq0zjjoyvu95.ba--/article?mid=5 二 周君怡 ( 民 94) JC 的手工肥皂 台北市 : 鈴蔚國際 三 李佳龍等 2002 清潔溜溜- 理化課本 ( 二 ) 肥皂實驗的探討與改進 中華民國第四十二屆中小學科展國中組化學科四 羅仕育等 2002 皂化弄人? 人定勝天! 中華民國第四十二屆中小學科展國中組化學科