1

中 華 民 國 第 51 屆 中 小 學 科 學 展 覽 會 作 品 說 明 書 科 別 : 化 學 科 組 別 : 高 級 中 學 組 作 品 名 稱 : 柳 丁 擱 來 亂 替 代 去 光 水 之 有 害 化 學 成 分 關 鍵 詞 : 去 光 水 精 油 萃 取 乙 酸 乙 酯 編 號 :

摘 要 市 售 的 去 光 水 成 分 大 多 由 揮 發 性 有 機 溶 劑 (VOC): 丙 酮 及 甲 醇, 以 二 比 一 之 比 例 混 合 而 成 為 了 降 低 市 售 的 去 光 水 對 人 體 的 危 害, 我 們 想 以 較 天 然 的 物 質 來 替 代 去 光 水 裡 長 期 使 用 會 造 成 人 體 傷 害 的 化 學 成 分 比 較 一 般 常 見 VOC 結 果 發 現, 揮 發 速 率 最 快 的 為 丙 酮, 其 次 是 甲 醇 ; 而 對 於 指 甲 油 的 溶 解 力, 也 是 以 丙 酮 為 最 佳 因 此 作 為 一 般 去 光 水 之 成 分 我 們 發 現 從 天 然 水 果 中 長 時 間 發 酵 而 成 的 酒 精 及 醋 酸, 再 進 一 步 合 成 的 乙 酸 乙 酯, 是 可 用 來 替 代 一 般 市 售 去 光 水 的 好 溶 劑 而 在 實 驗 中, 我 們 也 發 現 乙 酸 乙 酯 對 指 甲 油 的 溶 解 力 和 丙 酮 差 不 多, 揮 發 速 率 雖 不 及 丙 酮 和 甲 醇, 但 和 其 他 VOC 相 比 較, 算 是 揮 發 性 較 快 的 壹 研 究 動 機 市 售 指 甲 油 去 光 水 零 零 總 總 少 說 也 有 幾 十 種 ; 但 這 些 運 用 化 學 方 法 調 配 出 的 東 西, 其 毒 性 經 我 們 長 期 地 使 用 累 積, 對 人 體 的 傷 害 實 在 不 能 小 覷 因 此 有 鑒 於 這 些 問 題, 促 使 我 們 想 研 發 改 良 其 去 光 水 之 成 分 ; 以 傷 害 最 小 較 天 然 之 成 分 來 取 代, 改 善 我 們 除 了 愛 美, 還 須 兼 顧 健 康 的 心 理 貳 目 的 探 討 是 否 能 以 較 天 然 成 分 來 替 代 去 光 水 中 化 學 物 質, 以 達 去 污 效 果 : 一 常 見 的 揮 發 性 有 機 溶 劑 (VOC) 之 比 較 ( 一 ) 揮 發 速 率 ( 二 ) 對 指 甲 油 的 溶 解 力 二 萃 取 柳 丁 精 油 ( 一 ) 乾 餾 法 ( 二 ) 溶 劑 萃 取 法 三 乙 酸 乙 酯 之 測 試 ( 一 ) 揮 發 速 率 ( 二 ) 對 指 甲 油 的 溶 解 力 四 混 合 比 較 1

參 研 究 設 備 與 器 材 一 常 見 的 VOC ( 甲 苯 甲 醇 乙 醇 丙 醇 丙 酮 松 香 水 香 蕉 水 ) 二 蛤 蜊 殼 三 三 樑 天 秤 四 指 甲 油 五 棉 花 棒 六 柳 丁 七 缽 八 乙 醚 九 培 養 皿 十 燒 杯 十 一 量 筒 十 二 剪 刀 十 三 PC 電 腦 ( 含 Excel) 十 四 通 風 櫥 ( 圖 一 ) 通 風 櫥 ( 圖 二 ) 常 見 VOC ( 圖 三 ) 三 樑 天 秤 ( 圖 四 ) 缽 2

肆 研 究 方 法 一 常 見 的 揮 發 性 有 機 溶 劑 (VOC) 之 比 較 ( 一 ) 揮 發 速 率 取 一 般 常 見 的 VOC( 甲 苯 甲 醇 乙 醇 丙 醇 丙 酮 松 香 水 香 蕉 水 ) 各 10ml 於 量 筒 中, 再 將 VOC 置 於 條 件 相 同 之 開 放 空 間 來 比 較 其 揮 發 速 率 ( 圖 五 ), 並 分 別 記 錄 經 過 一 天 五 天 六 天 其 容 量 蒸 發 變 化 量 ( 圖 五 ) 置 於 條 件 相 同 之 開 放 空 間 的 量 筒 ( 二 ) 對 指 甲 油 溶 解 力 將 蛤 蠣 殼 的 表 面 汙 垢 洗 刷 乾 淨, 接 著 以 天 秤 測 量 蛤 蠣 殼 重 量, 控 制 指 甲 油 塗 上 的 量 為 0.1g( 圖 二 ) 之 後 再 以 不 同 的 VOC, 用 棉 花 棒 沾 濕, 擦 拭 於 塗 上 指 甲 油 的 蛤 蜊 殼, 直 到 完 全 將 蛤 蜊 殼 上 的 指 甲 油 完 全 溶 解, 再 以 支 數 來 比 較 不 同 VOC 之 溶 解 力 ( 圖 六 ) 洗 刷 前 的 蛤 蜊 殼 ( 圖 七 ) 精 洗 刷 後 的 蛤 蜊 殼 ( 圖 八 ) 控 制 塗 在 蛤 蜊 殼 上 指 甲 油 的 量 為 0.1g 3

二 萃 取 柳 丁 植 物 精 油 ( 一 ) 乾 餾 法 將 鋁 箔 紙 包 覆 著 柳 丁 皮, 以 隔 絕 外 界 空 氣, 再 以 酒 精 燈 燃 燒 之, 待 乾 餾 出 水 分 焦 油 以 及 柳 丁 精 油, 再 以 燒 杯 接 覆 收 集 之 ( 二 ) 溶 劑 萃 取 法 將 整 顆 柳 丁 搗 碎 ( 圖 九 ), 再 倒 入 有 機 溶 劑, 以 溶 解 柳 丁 泥 中 的 精 油 於 有 機 溶 劑 裡, 再 過 濾 倒 出 於 蒸 發 皿 中, 置 放 於 抽 風 櫥 中 ; 由 於 有 機 溶 機 的 沸 點 較 精 油 來 的 低 很 多, 因 此, 待 有 機 溶 機 完 全 蒸 發 後, 所 殘 留 於 蒸 發 皿 底 中 的 就 是 柳 丁 精 油 而 我 們 所 採 用 的 有 機 溶 劑 為 沸 點 低 的 乙 醚 及 碳 數 較 高 的 甲 苯 ( 圖 十 ) ( 圖 九 ) ( 圖 十 ) 用 剪 刀 將 整 顆 柳 丁 剪 成 柳 丁 泥 浸 泡 於 甲 苯 的 柳 丁 泥 三 乙 酸 乙 酯 之 測 試 ( 一 ) 揮 發 速 率 取 乙 酸 乙 酯 10ml 於 量 筒 中, 再 將 乙 酸 乙 酯 置 於 與 上 述 實 驗 條 件 相 同 之 開 放 空 間 來 比 較 其 揮 發 速 率, 並 分 別 記 錄 經 過 一 天 五 天 六 天 其 容 量 蒸 發 變 化 量 再 取 揮 發 性 有 機 溶 劑 (VOC) 揮 發 速 率 前 三 名 與 乙 酸 乙 酯 做 比 較 ( 二 ) 對 指 甲 油 的 溶 解 力 將 蛤 蠣 殼 的 表 面 汙 垢 洗 刷 乾 淨, 接 著 以 天 秤 測 量 蛤 蠣 殼 重 量, 控 制 指 甲 油 塗 上 的 量 為 0.1g 之 後 再 以 乙 酸 乙 酯, 用 棉 花 棒 沾 濕, 擦 拭 於 塗 上 指 甲 油 的 蛤 蜊 殼, 直 到 完 全 將 蛤 蜊 殼 上 的 指 甲 油 完 全 溶 解, 並 記 錄 使 用 的 棉 花 棒 支 數 再 取 揮 發 性 有 機 溶 劑 (VOC) 對 指 甲 油 溶 解 力 前 三 名 與 乙 酸 乙 酯 做 比 較 四 混 合 比 較 各 取 揮 發 速 率 與 對 指 甲 油 溶 解 力 前 三 名 的 揮 發 性 有 機 溶 劑 (VOC) 乙 酸 乙 酯 以 及 植 物 精 油, 分 別 以 一 比 一 一 比 二 二 比 一 之 比 例 混 和 調 配, 在 個 別 測 試 其 對 指 甲 油 的 溶 解 效 果 4

伍 研 究 結 果 一 常 見 的 揮 發 性 有 機 溶 劑 (VOC) 之 比 較 ( 一 ) 揮 發 速 率 常 見 揮 發 性 有 機 溶 劑 (VOC) 揮 發 速 率 12 總 10 容 量 8 6 m 4 l 2 0 ( ) 第 一 天 第 二 天 第 六 天 第 七 天 天 數 ( 天 ) 松 香 水 香 蕉 水 甲 醇 乙 醇 丙 酮 丙 醇 甲 苯 ( 圖 十 一 ) 常 見 揮 發 性 有 機 溶 劑 (VOC) 的 揮 發 速 率 比 較 由 上 圖 ( 圖 十 一 ) 可 知 這 些 常 見 的 揮 發 性 有 機 溶 劑 的 揮 發 速 率 由 快 至 慢 分 別 為 : 丙 酮 > 甲 醇 > 香 蕉 水 > 乙 酸 乙 酯 > 松 香 水 > 乙 醇 > 甲 苯 > 丙 醇 揮 發 效 率 最 快 的 是 丙 酮, 接 著 為 甲 醇 和 香 蕉 水 ; 而 揮 發 速 率 最 慢 者 為 丙 醇 ( 二 ) 對 指 甲 油 的 溶 解 力 由 實 驗 結 果 清 楚 可 知, 對 指 甲 油 溶 解 力 最 好 的 是 丙 酮, 其 次 為 香 蕉 水 ; 而 松 香 水 雖 常 用 來 清 洗 油 漆 乾 掉 的 汙 漬 ( 圖 十 二 ) 但 松 香 水 對 於 指 甲 油 的 溶 解 卻 幾 乎 等 於 零 常 見 揮 發 性 有 機 溶 劑 (VOC) 對 指 甲 油 的 溶 解 力 需 5 使 ( 用 4 棉 3 支 ) 花 2 棒 1 數 0 量 香 蕉 水 甲 醇 乙 醇 丙 酮 丙 醇 甲 苯 乙 酯 酸 乙 香 蕉 水 甲 醇 乙 醇 丙 酮 丙 醇 甲 苯 乙 酸 乙 酯 VOC 種 類 ( 圖 十 二 ) 常 見 揮 發 性 有 機 溶 劑 (VOC) 對 指 甲 油 的 溶 解 力 比 較 5

二 萃 取 柳 丁 精 油 ( 一 ) 乾 餾 法 柳 丁 經 過 乾 餾, 會 乾 餾 出 精 油 焦 油 水 分 以 及 其 餘 雜 質, 但 只 要 其 成 分 一 從 鋁 箔 紙 內 流 出, 很 快 地 就 會 和 酒 精 燈 火 焰 產 生 燃 燒 反 應 ; 且 乾 餾 出 的 精 油 量 極 少, 純 度 不 佳, 因 此 乾 餾 法 並 不 適 用 ( 圖 十 三 ) ( 圖 十 三 ) 乾 餾 後 的 柳 丁 ( 二 ) 溶 劑 萃 取 法 乙 醚 的 含 碳 數 少, 揮 發 速 率 很 快, 置 於 開 放 空 間 內,500c.c. 的 溶 劑 只 需 要 一 天 就 能 完 全 蒸 發, 不 過 蒸 發 完 所 留 下 的 精 油 量 很 少, 只 有 薄 薄 的 一 層 還 在 培 養 皿 底, 因 此 不 易 取 得 而 甲 苯 含 碳 數 較 高, 柳 丁 泥 中 的 精 油 較 能 溶 解 於 甲 苯 裡, 待 蒸 發 後 所 取 出 的 精 油, 也 不 是 很 多, 且 也 因 為 甲 苯 的 含 碳 數 高, 所 以 所 需 的 蒸 發 時 間 也 相 較 乙 醚 來 的 久,500c.c. 的 溶 劑 需 要 五 天 才 能 完 全 蒸 發 ( 圖 十 四 圖 十 五 ) ( 圖 十 四 ) 蒸 發 前 的 有 機 溶 液 ( 圖 十 五 ) 蒸 發 完 所 留 下 的 精 油 我 們 以 上 所 使 用 的 乾 餾 法 以 及 溶 劑 萃 取 法, 對 於 精 油 萃 取 的 效 果 並 不 是 很 好, 所 萃 取 出 的 精 油 量 不 純 且 量 少, 因 此 都 不 太 適 用 6

三 乙 酸 乙 酯 之 測 試 ( 一 ) 乙 酸 乙 酯 的 揮 發 速 率 ( 表 一 ) 乙 酸 乙 酯 的 揮 發 速 率 經 過 一 天 經 過 五 天 經 過 六 天 揮 發 速 率 0.8(ml) 1.6(ml) 0.3(ml) VOC 揮 發 速 率 前 三 名 與 乙 酸 乙 酯 之 揮 發 性 比 較 10 總 容 8 量 ( 6 m l ) 4 2 香 蕉 水 甲 醇 丙 酮 乙 酸 乙 酯 0 第 一 天 第 二 天 第 六 天 第 七 天 天 數 ( 天 ) ( 圖 十 六 ) 常 見 揮 發 性 有 機 溶 劑 (VOC) 揮 發 速 率 前 三 名 與 乙 酸 乙 酯 之 揮 發 性 比 較 比 較 之, 發 現 丙 酮 依 然 是 揮 發 速 率 最 快 的, 雖 然 乙 酸 乙 酯 的 揮 發 速 率 不 及 丙 酮 甲 醇 和 香 蕉 水, 但 與 其 他 揮 發 性 有 機 溶 劑 (VOC) 相 較 之 下, 算 是 揮 發 速 率 較 快 的 ( 表 一 圖 十 六 ) 7

( 二 ) 對 指 甲 油 的 溶 解 力 VOC 對 指 甲 油 溶 解 力 前 三 名 與 乙 酸 乙 酯 之 溶 解 力 比 較 2 需 使 ( 1.5 用 棉 支 ) 1 花 棒 0.5 數 量 0 香 蕉 水 丙 酮 甲 苯 乙 酸 乙 酯 有 機 溶 劑 種 類 香 蕉 水 丙 酮 甲 苯 乙 酸 乙 酯 ( 圖 十 七 ) 常 見 揮 發 性 有 機 溶 劑 (VOC) 對 指 甲 油 溶 解 力 前 三 名 與 乙 酸 乙 酯 之 溶 解 力 比 較 比 較 發 現, 乙 酸 乙 酯 和 丙 酮 對 指 甲 油 的 溶 解 力 相 當 ( 圖 十 七 ), 都 是 實 驗 中 所 有 有 機 溶 液 中, 對 指 甲 油 的 溶 解 最 為 容 易 的 四 混 合 比 較 ( 表 二 ) 有 機 溶 劑 混 合 對 指 甲 油 溶 解 力 的 比 較 丙 酮 + 乙 酸 乙 酯 丙 酮 + 乙 酸 乙 酯 丙 酮 + 乙 酸 乙 酯 (1:1) (1:2) (2:1) 須 使 用 棉 花 棒 數 量 ( 支 ) 1( 支 ) 0.67( 支 ) 0.67( 支 ) ( 表 三 ) 有 機 溶 劑 混 合 對 指 甲 油 溶 解 力 的 比 較 香 蕉 水 + 乙 酸 乙 酯 丙 酮 + 甲 苯 丙 酮 + 甲 醇 (2:1) (1:1) (2:1) 須 使 用 棉 花 棒 數 量 ( 支 ) 0.67( 支 ) 0.83( 支 ) 1( 支 ) 8

由 上 述 二 表 ( 表 二 )( 表 三 ) 可 得 知, 由 丙 酮 + 乙 酸 乙 酯 (1:2 2:1) 和 香 蕉 水 + 乙 酸 乙 酯 (2:1) 的 混 合 對 指 甲 油 的 溶 解 力 效 果 最 好, 其 次 是 丙 酮 加 甲 苯 (1:1) 而 市 售 的 去 光 水 主 要 成 分 為 丙 醇 加 甲 醇 以 二 比 一 的 比 例 去 調 配 出, 但 實 驗 出 來 的 效 果 卻 沒 有 比 其 他 五 種 混 合 結 果 效 果 來 的 好 ; 且 在 這 六 種 搭 配 混 合 中, 有 四 種 都 和 乙 酸 乙 酯 搭 配 調 和, 因 此 乙 酸 乙 酯 為 很 有 影 響 的 有 機 溶 劑, 可 用 來 代 替 市 售 的 去 光 水 內 的 丙 酮 或 甲 醇 ( 圖 十 八 ) 混 合 比 較 實 驗 ( 圖 十 九 ) 實 驗 過 後 的 蛤 蜊 殼 堆 陸 討 論 我 們 首 先 嘗 試 乾 餾 法, 發 現 缺 點 很 多, 收 集 難 度 高 且 量 少, 乾 餾 出 的 精 油 會 跟 焦 油 及 水 分 混 合 在 一 起, 只 要 一 從 鋁 箔 紙 被 乾 餾 出 來, 很 快 就 被 酒 精 燈 燃 燒 殆 盡, 此 種 方 法 並 不 適 用 於 此 接 著 我 們 改 使 用 溶 劑 萃 取 法, 過 程 中, 我 們 發 現 其 效 果 也 不 是 很 好, 萃 取 出 的 量 不 是 很 多, 質 量 也 不 純, 推 測 原 因 可 能 是 使 用 的 柳 丁 數 量 不 夠, 或 是 水 果 裡 內 含 的 精 油 也 不 夠 多, 亦 或 是 因 為 溶 劑 無 法 確 切 地 把 植 物 精 油 成 分 溶 解 出 來, 種 種 不 確 切 因 素 導 致 成 效 不 佳 而 經 我 們 的 查 詢, 二 氧 化 碳 萃 取 法 則 是 目 前 最 新 萃 取 精 油 的 方 式 之 一, 全 程 使 用 低 溫 萃 取, 因 此 不 會 破 壞 到 精 油 本 身 的 分 子 結 構, 比 起 蒸 餾 以 及 溶 劑 萃 取 法 更 能 取 得 更 多 的 精 油, 不 過 使 用 的 儀 器 十 分 昂 貴, 因 此 方 法 也 還 未 普 及 而 冷 壓 法, 是 專 門 來 萃 取 柑 橘 類 精 質 的 方 式, 可 區 分 為 三 種 : 人 工 海 綿 法 手 工 釘 刺 法 及 機 械 冷 壓 法 簡 單 來 說, 海 綿 法 是 去 除 柑 橘 中 間 的 果 肉 後, 將 果 皮 浸 泡 於 溫 水 風 乾, 置 於 兩 片 包 覆 海 綿 的 木 板 中 壓 榨, 果 皮 油 囊 破 裂 後 精 油 便 會 流 出 並 充 滿 海 綿, 取 出 精 油 後 過 濾 即 可 手 工 釘 刺 法 則 是 把 柑 橘 整 顆 丟 入 有 刺 的 漏 斗 型 容 器 旋 轉, 過 濾, 使 其 精 質 流 出 機 械 冷 壓 法, 主 要 是 使 用 離 心 器 來 分 離 精 質 和 細 胞 間 9

質 的 混 合 物 ( 參 考 自 伊 聖 詩 芳 療 生 活 館 http://www.escents.com.tw/default.php?option=com_about&menu=1) 在 接 下 來 的 實 驗, 我 們 期 望 能 夠 運 用 其 他 天 然 資 源 來 改 善 其 缺 點, 如 使 用 精 油 加 入 去 光 水 來 改 良 氣 味 不 好 的 廣 泛 問 題, 其 精 油 則 希 望 是 從 水 果 例 如 柑 橘 中 所 萃 取 使 用 萃 取 的 方 法 主 要 是 溶 劑 萃 取 法, 將 最 終 產 物 凝 香 體, 放 入 酒 精 溶 劑 低 溫 拌 煮, 最 後 留 下 的 精 油 可 避 免 化 學 物 質 殘 留 的 問 題, 對 人 體 是 相 當 安 全 的, 符 合 我 們 所 期 望 的 天 然 不 傷 人 體 又 不 刺 鼻 的 目 的, 希 望 以 此 改 善 普 羅 大 眾 對 於 去 光 水 的 刻 板 印 象 柒 結 論 一 常 見 的 揮 發 性 有 機 溶 劑 (VOC) 之 比 較 ( 一 ) 揮 發 效 率 最 快 的 是 丙 酮, 接 著 為 甲 醇 和 香 蕉 水 ; 而 揮 發 速 率 最 慢 者 為 丙 醇 ( 二 ) 對 指 甲 油 的 溶 解 力 最 好 的 的 也 是 丙 酮, 之 後 為 香 蕉 水 及 甲 苯 ; 但 松 香 水 對 於 指 甲 油 的 溶 解 卻 幾 乎 等 於 零 二 萃 取 柳 丁 精 油 ( 一 ) 乾 餾 法 萃 取 出 的 精 油 量 少 不 純, 且 不 易 收 集 ( 二 ) 溶 劑 萃 取 法 乙 醚 揮 發 速 率 快, 甲 苯 較 能 溶 解 柳 丁 泥 中 的 精 質 ; 但 兩 者 所 萃 取 出 的 精 質 都 不 多 三 乙 酸 乙 酯 之 測 試 ( 一 ) 丙 酮 依 然 是 揮 發 速 率 最 快 的, 其 次 為 乙 酸 乙 酯 ( 二 ) 乙 酸 乙 酯 和 丙 酮 對 指 甲 油 的 溶 解 力 相 當 四 混 合 比 較 混 合 後 對 指 甲 油 溶 解 效 果 最 好 的 有 三 組 : 丙 酮 + 乙 酸 乙 酯 (1:2 2:1) 和 香 蕉 水 + 乙 酸 乙 酯 (2:1) 10

以 上 實 驗 發 現, 可 用 天 然 水 果 及 酒 精 發 酵 而 得 之 乙 酸 乙 酯 為 最 適 合 最 作 為 替 代 之 材 料 捌 參 考 文 獻 一 垣 原 高 志 ( 1991 ) 化 妝 品 的 實 際 知 識 台 南 復 文 書 局 二 張 麗 卿 ( 1998 ) 化 妝 品 檢 驗 實 務 匯 華 出 版 公 司 三 羅 怡 情 ( 2005 ) 化 妝 品 成 份 辭 典 聯 經 出 版 公 司 四 彭 金 玉 詹 馥 妤 ( 2006 ) 化 妝 品 配 方 設 計 與 實 務 新 文 京 出 版 公 司 五 趙 坤 山 張 效 銘 ( 2006 ) 化 妝 品 化 學 五 南 出 版 社 六 嚴 嘉 蕙 ( 2006 ) 化 妝 品 概 論 新 文 京 出 版 公 司 七 台 大 皮 膚 科 部 ( 2006 ) 實 用 皮 膚 醫 學 金 名 出 版 公 司 八 化 妝 品 保 養 品 醫 學 美 容 動 態 http://cosmetic.view.tw/ 九 景 氣 循 環 產 業 / 塑 化 https://dj.cathayrichone.com.tw/z/glossary/glcat_8.asp.htm 十 伊 聖 詩 芳 療 生 活 館 http://www.escents.com.tw/default.php?option=com_about&menu=1 11