學 校 名 稱 : 台 北 市 立 第 一 女 子 高 級 中 學 作 者 姓 名 : 蔡 孟 儒 黃 天 恆 鄭 羽 恬 朱 怡 慈 指 導 老 師 : 周 芳 妃

科 別 : 化 學 科 組 別 : 高 中 組 作 品 名 稱 : 芳 香 酒 精 帶 著 走 -- 探 討 促 凝 劑 對 酒 精 凝 膠 之 影 響 關 鍵 詞 : 酒 精 凝 膠 促 凝 劑 編 號 :040215

學 校 名 稱 : 台 北 市 立 第 一 女 子 高 級 中 學 作 者 姓 名 : 蔡 孟 儒 黃 天 恆 鄭 羽 恬 朱 怡 慈 指 導 老 師 : 周 芳 妃

摘 要 本 研 究 研 發 燃 燒 時 能 釋 放 香 味 但 不 產 生 黑 煙 之 芳 香 酒 精 凝 膠, 也 進 一 步 探 討 促 凝 劑 對 於 芳 香 酒 精 凝 膠 所 能 維 持 凝 膠 時 間 之 影 響 本 研 究 以 酸 鹼 中 和 法 ( 冰 醋 酸 + 氫 氧 化 鈣 ) 配 製 酒 精 凝 膠, 找 出 酒 精 與 水 的 最 佳 體 積 比 為 5.7:1, 而 氫 氧 化 鈣 在 0.5-0.6g 與 0.8-1.0g 時, 凝 膠 有 較 好 的 維 持 時 間 選 用 添 加 杏 仁 油 香 蕉 油 橘 子 油 與 茉 莉 花 精 油 : 氫 氧 化 鈣 0.5g 以 上 時, 除 香 蕉 油 外, 其 他 精 油 都 有 延 長 凝 膠 維 持 時 間 的 效 果 選 用 多 元 醇 作 為 酒 精 凝 膠 之 促 凝 劑, 找 到 酒 精 凝 膠 維 持 時 間 達 3~5 倍 者 有 四 組 :(1) 杏 仁 油 + 葡 萄 糖 (2) 橘 子 油 + 乙 二 醇 (3) 橘 子 油 + 葡 萄 糖 (4) 茉 莉 花 精 油 + 葡 萄 糖 探 討 溶 劑 整 體 極 性 影 響 酒 精 形 成 凝 膠 之 實 驗 設 計, 包 括 測 量 添 加 物 之 醋 酸 鉀 酒 精 溶 液 導 電 度 與 測 量 促 凝 劑 酒 精 溶 液 的 黏 度 壹 研 究 動 機 近 來 市 面 上 流 行 許 多 燃 燒 時 會 放 出 舒 服 香 氣 的 芳 香 精 油 蠟 燭, 但 此 類 蠟 燭 商 品 燃 燒 時 容 易 產 生 黑 煙, 而 讓 使 用 者 的 舒 適 感 覺 大 打 折 扣, 也 會 擔 心 這 些 黑 煙 有 害 身 體 健 康 由 於 酒 精 燃 燒 時 不 容 易 產 生 黑 煙, 且 也 有 市 售 酒 精 凝 膠 以 增 加 攜 帶 酒 精 的 安 全 性 這 使 我 們 聯 想 到 製 作 攜 帶 安 全 的 芳 香 酒 精 凝 膠, 使 它 不 僅 兼 具 芳 香 燃 料 的 優 點, 而 且 更 具 有 環 保 不 傷 身 的 功 能 截 至 目 前 為 止, 市 面 上 都 未 曾 出 現 過 這 種 商 品 為 了 使 酒 精 凝 膠 長 期 儲 存 時 仍 能 維 持 凝 膠 狀 態, 所 以 我 們 進 一 步 尋 找 燃 燒 時 也 不 會 造 成 黑 煙 的 物 質, 以 作 為 酒 精 凝 膠 的 促 凝 劑 添 加 物 1

貳 研 究 目 的 ( 一 ) 研 發 以 簡 易 方 法 製 造 出 燃 燒 不 產 生 黑 煙 之 酒 精 凝 膠 ( 二 ) 研 發 燃 燒 時 可 釋 放 香 味 到 空 氣 中 的 之 酒 精 凝 膠 配 方 ( 三 ) 探 討 促 凝 劑 對 於 芳 香 酒 精 凝 膠 維 持 時 間 之 影 響 參 文 獻 探 討 ( 一 ) 酒 精 凝 膠 的 製 作 原 理 溶 液 的 種 類 依 據 溶 質 粒 子 大 小 可 分 為 真 溶 液 與 膠 體 溶 液 [1], 膠 體 溶 液 又 稱 為 分 散 系, 依 據 [2-4] 分 散 系 的 流 動 性, 又 可 分 為 溶 膠 (sol) 和 凝 膠 (gel) 兩 大 類 由 參 考 資 料 中 找 到 製 造 酒 精 凝 膠 多 直 接 以 醋 酸 鈣 配 製 飽 和 醋 酸 鈣 溶 液, 或 以 酸 鹼 中 和 法 ( 冰 醋 酸 + 氫 氧 化 鈣 ) 配 製 冰 醋 酸 和 氫 氧 化 鈣 反 應 產 生 醋 酸 鈣, 而 此 物 質 在 溶 液 中 會 因 溶 劑 的 溶 合 作 用 (solvation) 解 離 出 陰 離 子 與 陽 離 子, 但 陰 陽 離 子 也 會 互 相 吸 引 結 合 成 微 粒 醋 酸 鈣 的 酒 精 凝 膠 中, 醋 酸 鈣 的 微 粒 也 有 酒 精 分 子 溶 合, 經 由 酒 精 分 子 間 作 用 力 互 相 牽 引, 可 形 成 混 合 均 勻 之 酒 精 凝 膠 但 此 酒 精 凝 膠 在 一 定 時 間 後 會 逐 漸 有 老 化 作 用 ; 也 就 是 醋 酸 鈣 微 粒 彼 此 間 碰 撞 而 脫 離 酒 精 分 子 溶 合, 許 多 醋 酸 鈣 微 粒 電 荷 相 吸 漸 漸 結 合 而 使 顆 粒 漸 漸 越 來 越 大, 同 時 酒 精 凝 膠 也 開 始 有 融 化 的 跡 象, 最 後 產 生 醋 酸 鈣 沉 澱, 酒 精 也 恢 復 為 流 體 ( 二 ) 常 見 的 芳 香 精 油 精 油 可 自 植 物 不 同 的 組 織 提 煉 [5-6], 有 些 是 從 植 物 種 子, 例 如 甜 杏 仁 油 ; 有 些 是 從 果 實 的 果 肉, 例 如 香 蕉 油 ; 有 些 是 從 果 皮, 例 如 橘 子 油 ; 有 些 來 自 花 瓣, 例 如 茉 莉 花 精 油 常 2

見 各 種 芳 香 而 不 貴 的 精 油 成 分 :(1) 甜 杏 仁 油 (Sweet Almond)--- 由 杏 樹 果 實 壓 榨 而 來, 富 含 礦 物 質, 醣 物 (glucosides) 和 維 生 素 D E 及 蛋 白 質 (2) 醋 酸 戊 酯 (Amyl acetate)--- 又 稱 乙 酸 戊 酯, 俗 稱 香 蕉 油 醋 酸 戊 酯 是 總 名 稱, 嚴 格 說 來 有 醋 酸 正 戊 酯 醋 酸 異 戊 酯 等 市 上 的 戊 酯 一 般 多 為 同 分 異 構 物 的 混 合 物 (3) 橘 子 油 (Orange oil)--- 橘 子 皮 中 含 有 許 多 檸 檬 油 精 (limonene,c10h16) 與 果 膠 (pectin), 也 包 含 一 些 直 鏈 烷 類 直 鏈 醇 類 及 一 些 酮 類 與 酸 類 等 (4) 茉 莉 花 精 油 (Jasmone oil)--- 茉 莉 鮮 花 含 揮 發 油 0.2 0.3%, 油 中 主 要 含 茉 莉 酮 (Jasmone, C11H16O, 或 稱 為 素 馨 酮 ) 卡 醇 (enzyl alcohol,c7h8o) 及 其 酯 類 芳 樟 醇 (Linalool,C10H18O) 等 O Limonene,C10H16 Jasmone,C11H16O ( 三 ) 黏 度 (viscosity) 流 體 在 流 動 時, 內 部 液 層 間 所 產 生 的 阻 力 當 流 動 流 體 內 部 的 鄰 接 處 所 形 成 的 兩 液 層 間 有 速 度 差 時, 根 據 兩 者 所 產 生 的 摩 擦 力, 發 生 黏 性 溫 度 升 高, 黏 度 降 低 ; 壓 力 升 高, 黏 度 增 加 毛 細 管 黏 度 計 ( 奧 士 華 黏 度 計 Ostwald viscometer) 測 定 黏 度 (μ) 原 理 是 測 定 定 壓 時 一 定 體 積 的 流 體 以 在 毛 細 管 中 通 過 的 時 間 (t) 計 算 黏 度 比 : (μ/μ')=(d t/d t') μ: 樣 品 黏 度 μ': 標 準 液 黏 度 t: 樣 品 流 下 的 秒 數 t' : 標 準 液 流 下 的 秒 數 3

( 四 ) 導 電 度 與 電 阻 值 (Conductivity and Resistivity) 導 電 度 與 電 阻 值 均 用 來 表 示 物 質 的 導 電 性, 導 電 度 與 電 阻 值 兩 者 二 者 互 為 倒 數 電 阻 是 材 料 兩 端 電 位 差 除 以 電 流 大 小, 而 導 電 度 是 電 流 大 小 除 以 材 料 兩 端 電 位 差 單 位 長 度 的 導 電 度 的 單 位 是 microsiemens/cm 或 micronmhos/cm 常 見 物 質 與 半 導 性 材 料 的 導 電 度 如 下 圖 : 肆 研 究 設 備 及 器 材 ( 一 ) 器 材 1. 燒 杯 (50 ml)(100 ml)(1000ml) 2. 量 筒 (10 ml)(25 ml)(50ml) 3. 塑 膠 滴 管 (3 ml) 4. 刮 勺 5. 攪 拌 匙 6. 溫 度 計 7. 恆 溫 槽 8. 計 時 器 ( 碼 表 ) 9. 電 子 天 秤 10. 導 電 度 計 (GOOD-301 型 ) 11. 奧 士 華 黏 度 計 ( 二 ) 藥 品 1. 乙 醇 C 2 H 5 OH 2. 乙 二 醇 C 2 H 4 (OH) 2 3. 丙 三 醇 C 3 H 5 (OH) 3 4. 葡 萄 糖 C 6 H 12 O 6 5. 氫 氧 化 鈣 Ca(OH) 2 6. 冰 醋 酸 CH 3 COOH 7. 酚 酉 太 指 示 劑 8. 廣 用 指 示 劑 9. 食 用 級 杏 仁 油 10. 食 用 級 香 蕉 油 11. 食 用 級 橘 子 油 12. 食 用 級 茉 莉 花 精 油 4

13. 氯 化 鉀 KCl 14. 醋 酸 鉀 CH 3 COOK 伍 研 究 步 驟 ( 一 ) 探 討 水 量 與 溫 度 對 酒 精 凝 膠 性 質 的 影 響 1. 固 定 酒 精 和 氫 氧 化 鈣 的 比 例, 改 變 水 量 (1) 在 燒 杯 內 加 入 0.6 克 的 氫 氧 化 鈣, 再 加 入 適 量 的 水 (2) 加 入 酚 酉 太, 使 溶 液 呈 粉 紅 色 (3) 漸 漸 滴 入 冰 醋 酸 直 到 酚 酉 太 褪 色 (4) 將 定 量 的 酒 精 沖 入 溶 液 中 (5) 觀 察 並 紀 錄 產 生 酒 精 凝 膠 狀 態 所 需 時 間 與 其 維 持 時 間 (6) 取 一 小 部 分 的 凝 膠, 觀 察 其 燃 燒 狀 況 2. 縮 小 酒 精 和 水 的 比 例 範 圍, 重 複 步 驟 ( 一 ) 之 1 3. 以 5 20 35 進 行 步 驟 ( 一 ) 之 2 找 出 酒 精 與 水 量 的 最 佳 比 例 實 驗 ( 二 ) 探 討 醋 酸 與 氫 氧 化 鈣 含 量 對 酒 精 凝 膠 性 質 的 影 響 1. 利 用 步 驟 ( 一 ) 最 佳 比 例 (3.5mL 水 20mL 酒 精 0.5mL 冰 醋 酸 ), 改 變 氫 氧 化 鈣 質 量, 測 量 酒 精 凝 膠 性 質 2. 重 複 步 驟 ( 二 ) 之 1, 其 中 冰 醋 酸 改 為 加 入 1.0 ml ( 三 ) 探 討 添 加 芳 香 精 油 對 酒 精 凝 膠 性 質 的 影 響 1. 以 燃 燒 時 能 聞 到 香 氣 為 標 準, 找 出 芳 香 精 油 適 當 添 加 量 2. 重 複 步 驟 ( 二 ) 之 1, 其 酒 精 中 依 次 先 加 入 2.0mL 杏 仁 油 2.0mL 香 蕉 油 1.0mL 橘 子 油 1.0mL 茉 莉 花 精 油, 測 量 酒 精 凝 膠 性 質 5

( 四 ) 探 討 添 加 多 元 醇 作 為 酒 精 凝 膠 之 促 凝 劑 功 能 1. 重 複 最 佳 比 例 (3.5mL 水 20mL 酒 精 0.5mL 冰 醋 酸 ), 依 次 在 酒 精 中 先 加 入 0~1.0mL 乙 二 醇 丙 三 醇 葡 萄 糖 ( 五 ) 探 討 同 時 添 加 精 油 和 多 元 醇 對 酒 精 凝 膠 的 影 響 1. 重 複 最 佳 比 例 (3.5mL 水 20mL 酒 精 0.5mL 冰 醋 酸 ), 其 酒 精 中 先 加 入 2.0mL 杏 仁 油 和 適 量 多 元 醇 2. 重 複 步 驟 ( 五 ) 之 1, 依 次 將 芳 香 精 油 改 為 2.0mL 香 蕉 油 1.0mL 橘 子 油 1.0mL 茉 莉 花 精 油 ( 六 ) 探 討 溶 劑 整 體 極 性 影 響 酒 精 形 成 凝 膠 之 實 驗 設 計 1. 以 醋 酸 鉀 為 電 解 質, 測 量 醋 酸 鉀 酒 精 溶 液 導 電 度 (1) 用 0.1M 氯 化 鉀 標 準 液 校 正 導 電 度 計 (2) 取 適 量 芳 香 精 油 (2.0mL 杏 仁 油 2.0mL 香 蕉 油 1.0mL 橘 子 油 1.0mL 茉 莉 花 精 油 ), 加 入 酒 精, 使 酒 精 溶 液 總 體 積 為 20mL (3) 取 0~0.5mL 促 凝 劑, 加 入 酒 精, 使 酒 精 溶 液 總 體 積 為 20mL (4) 取 3.5mL 的 0.010M 醋 酸 鉀 水 溶 液 (CH 3 COOK 0.98g, 溶 液 體 積 1000mL), 與 20mL 添 加 物 的 酒 精 溶 液 混 合, 測 量 溶 液 導 電 度 2. 測 量 促 凝 劑 酒 精 溶 液 的 黏 度 (1) 取 酒 精 20mL, 在 酒 精 內 加 入 3mL 的 促 凝 劑 ( 乙 二 醇 丙 三 醇 葡 萄 糖 ) (2) 將 攪 拌 均 勻 的 溶 液 吸 入 奧 士 華 黏 度 計 的 毛 細 管 內 (3) 定 溫 下, 測 量 2mL 的 溶 液 流 過 奧 士 華 黏 度 計 毛 細 管 需 要 的 時 間 6

陸 研 究 結 果 ( 一 ) 探 討 水 量 與 溫 度 對 酒 精 凝 膠 性 質 的 影 響 1. 固 定 酒 精 和 氫 氧 化 鈣 的 比 例, 改 變 水 量 氫 氧 化 鈣 0.6g, 恆 溫 槽 水 溫 20 2. 縮 小 酒 精 和 水 的 比 例 範 圍, 重 複 步 驟 ( 一 ) 之 1 氫 氧 化 鈣 0.6g, 恆 溫 槽 水 溫 20 圖 1: 水 量 對 酒 精 凝 膠 性 質 的 影 響 7

酒 精 和 水 的 最 佳 體 積 比 例 為 20:3.5 ( 即 為 5.7:1) 3. 以 5 20 35 進 行 步 驟 ( 一 ) 之 2 找 出 酒 精 與 水 量 的 最 佳 比 例 實 驗 氫 氧 化 鈣 0.6g, 冰 醋 酸 0.5mL, 水 量 3.5mL, 酒 精 20mL 溫 度 ( ) 凝 膠 平 均 維 持 時 間 5 半 個 月 以 上 20 1.87hr 35 馬 上 開 始 融 化 選 取 20 溫 度 進 行 下 列 各 項 研 究 變 因 ( 二 ) 探 討 醋 酸 與 氫 氧 化 鈣 含 量 對 酒 精 凝 膠 性 質 的 影 響 酒 精 20mL, 水 3.5mL, 冰 醋 酸 0.5mL/1.0mL, 恆 溫 槽 水 溫 20 8

圖 2: 醋 酸 與 氫 氧 化 鈣 對 酒 精 凝 膠 維 持 時 間 的 影 響 註 : 改 為 加 入 1.0 ml 冰 醋 酸 的 產 物 後 來 會 變 成 軟 軟 的 果 凍 狀 物 質, 經 過 24 小 時 之 後, 果 凍 狀 物 質 不 會 溶 化 流 出 酒 精 選 擇 氫 氧 化 鈣 在 0.5-0.6g ( 三 ) 探 討 添 加 芳 香 精 油 對 酒 精 凝 膠 性 質 的 影 響 酒 精 20mL, 水 3.5mL, 冰 醋 酸 0.5mL, 恆 溫 槽 水 溫 20 2.0mL 杏 仁 油 2.0mL 香 蕉 油 1.0mL 橘 子 油 1.0mL 茉 莉 花 精 油 圖 3: 添 加 芳 香 精 油 對 酒 精 凝 膠 性 質 的 影 響 9

氫 氧 化 鈣 0.5g 以 上 時, 除 香 蕉 油 之 外, 其 他 加 入 精 油 都 有 延 長 凝 膠 維 持 時 間 的 促 凝 效 果 ( 四 ) 探 討 添 加 多 元 醇 作 為 酒 精 凝 膠 之 促 凝 劑 功 能 酒 精 20mL, 水 3.5mL, 冰 醋 酸 0.5mL, 氫 氧 化 鈣 0.6g, 恆 溫 槽 水 溫 20 葡 萄 糖 水 溶 液 :50mL 水 +20g 葡 萄 糖 圖 4: 添 加 多 元 醇 作 為 酒 精 凝 膠 之 促 凝 劑 功 能 (1) 最 佳 效 果 是 添 加 葡 萄 糖 可 以 將 凝 膠 維 持 時 間 延 長 從 1-2 小 時 達 到 5 小 時 (2) 添 加 乙 二 醇 或 葡 萄 糖 在 0.1-0.5mL 時 對 凝 膠 維 持 時 間 可 達 2 倍 以 上 的 幫 助 (3) 添 加 丙 三 醇 卻 沒 有 這 樣 的 功 能 (4) 添 加 三 種 多 元 醇 均 可 達 到 增 加 硬 度 之 功 用 ( 五 ) 探 討 同 時 添 加 多 元 醇 以 及 芳 香 精 油 對 酒 精 凝 膠 的 影 響 氫 氧 化 鈣 0.5g, 酒 精 20mL, 水 3.5mL, 冰 醋 酸 0.5mL, 恆 溫 槽 水 溫 20 10

圖 5-1: 同 時 添 加 2.0mL 杏 仁 油 和 多 元 醇 對 酒 精 凝 膠 維 持 時 間 的 影 響 圖 5-2: 同 時 添 加 2.0mL 香 蕉 油 和 多 元 醇 對 酒 精 凝 膠 維 持 時 間 的 影 響 11

圖 5-3: 同 時 添 加 1.0mL 橘 子 油 和 多 元 醇 對 酒 精 凝 膠 維 持 時 間 的 影 響 圖 5-4: 同 時 添 加 1.0mL 茉 莉 花 精 油 和 多 元 醇 對 酒 精 凝 膠 維 持 時 間 的 影 響 酒 精 凝 膠 維 持 時 間 達 五 小 時 以 上 者 : (1) 杏 仁 油 + 葡 萄 糖 (2) 橘 子 油 + 乙 二 醇 (3) 橘 子 油 + 葡 萄 糖 (4) 茉 莉 花 精 油 + 葡 萄 糖 12

( 六 ) 探 討 溶 劑 整 體 極 性 影 響 酒 精 形 成 凝 膠 之 實 驗 設 計 1. 以 醋 酸 鉀 為 電 解 質, 測 量 醋 酸 鉀 酒 精 溶 液 導 電 度 (1) 測 量 添 加 芳 香 精 油 的 醋 酸 鉀 酒 精 溶 液 導 電 度 3.5mL 的 0.010M 醋 酸 鉀 水 溶 液 +20mL 的 芳 香 精 油 酒 精 溶 液, 室 溫 20 (2) 測 量 添 加 促 凝 劑 的 醋 酸 鉀 酒 精 溶 液 導 電 度 3.5mL 的 0.10M 醋 酸 鉀 水 溶 液 +20mL 的 促 凝 劑 酒 精 溶 液, 室 溫 20 (3) 計 算 導 電 度 比 : (C/C') C: 樣 品 導 電 度 C': 醋 酸 鉀 純 酒 精 導 電 度 =490μS / cm 13

圖 6-1: 測 量 添 加 芳 香 精 油 的 醋 酸 鉀 酒 精 溶 液 導 電 度 比 圖 6-2: 添 加 促 凝 劑 的 醋 酸 鉀 酒 精 溶 液 導 電 度 比 3.5mL 的 0.10M 醋 酸 鉀 水 溶 液 +20mL 的 促 凝 劑 酒 精 溶 液, 室 溫 20 (1) 杏 仁 油 與 橘 子 油 提 高 醋 酸 鉀 酒 精 溶 液 導 電 性 1.5~1.6 倍, 但 香 蕉 油 與 茉 莉 花 精 油 卻 下 降 (2) 三 種 促 凝 劑 造 成 醋 酸 鉀 酒 精 溶 液 的 導 電 性 全 部 下 降, 但 0.2~0.3mL 葡 萄 糖 對 導 電 度 下 降 的 影 響 最 少 14

2. 測 量 促 凝 劑 酒 精 溶 液 的 黏 度 酒 精 20mL, 各 種 促 凝 劑 3mL, 室 溫 20 計 算 黏 度 比 : (μ/μ')=(d t/d t') μ: 樣 品 黏 度 μ': 純 酒 精 黏 度 t: 樣 品 流 下 的 秒 數 t' : 純 酒 精 流 下 的 秒 數 圖 6-3: 測 量 促 凝 劑 酒 精 溶 液 的 黏 度 比 三 種 促 凝 劑 均 可 使 酒 精 溶 液 的 黏 度 提 高 1.3~1.5 倍 15

柒 討 論 ( 一 ) 探 討 水 量 與 溫 度 對 酒 精 凝 膠 性 質 的 影 響 在 本 研 究 中, 一 開 始 花 了 近 兩 個 月 的 時 間, 嘗 試 調 製 配 方 順 序 溫 度 混 合 的 方 法 等 等, 才 找 出 酒 精 和 水 的 最 佳 比 例 與 製 作 流 程, 使 結 果 有 良 好 的 再 現 性 水 量 不 可 太 少 或 太 多, 否 則 會 造 成 酒 精 凝 膠 維 持 時 間 變 短, 甚 至 無 法 凝 固 而 且 酒 精 比 例 不 夠, 也 造 成 凝 膠 不 能 燃 燒 的 現 象 最 後 由 圖 1 結 果, 找 出 水 與 酒 精 的 最 佳 體 積 比 為 5.7:1 酒 精 凝 膠 的 製 作 與 儲 存 溫 度 對 凝 膠 的 維 持 時 間 影 響 很 大 將 凝 膠 放 在 冰 箱 冷 藏 室 中, 可 保 存 一 個 月 以 上 將 凝 膠 放 在 35 恆 溫 水 浴 中, 凝 膠 馬 上 就 開 始 融 化 而 流 出 酒 精 將 凝 膠 放 在 20 中, 凝 膠 的 維 持 時 間 可 因 配 方 不 同 而 達 十 多 分 鐘 到 數 小 時 等, 因 此 本 研 究 選 取 20 溫 度 進 行 各 項 變 因 的 研 究 ( 二 ) 探 討 醋 酸 與 氫 氧 化 鈣 含 量 對 酒 精 凝 膠 性 質 的 影 響 由 圖 2 得 知, 氫 氧 化 鈣 在 0.5-0.6g 與 0.8-1.0g 時, 凝 膠 有 較 好 的 維 持 時 間 這 現 象 說 明 了 凝 膠 分 散 系 的 穩 定 性 與 陰 陽 離 子 的 濃 度 密 切 有 關 但 氫 氧 化 鈣 0.8-1.0g 時 的 凝 膠 顏 色 較 不 透 明, 外 觀 不 漂 亮 且 燃 燒 效 果 比 氫 氧 化 鈣 0.5-0.6g 時 為 差 氫 氧 化 鈣 在 0.5-0.6g 時, 增 加 醋 酸 的 含 量 也 可 以 提 高 凝 膠 維 持 時 間 因 醋 酸 分 子 的 極 性 比 酒 精 分 子 高, 這 現 象 說 明 了 凝 膠 分 散 系 的 穩 定 性 也 與 溶 劑 的 整 體 極 性 密 切 有 關 ( 三 ) 探 討 添 加 芳 香 精 油 對 酒 精 凝 膠 性 質 的 影 響 在 研 究 各 種 精 油 來 製 造 芳 香 酒 精 凝 膠 時, 由 於 加 入 醋 酸 與 各 種 精 油 到 酒 精 凝 膠 時, 會 使 溶 劑 整 體 極 性 發 生 改 變, 因 此 陰 陽 離 子 的 濃 度 效 應 需 重 新 研 究, 所 以 將 實 驗 設 計 的 定 量 條 件 為 水 量 酒 精 含 量 醋 酸 含 量 與 精 油 含 量, 改 變 的 變 因 為 氫 氧 化 鈣 質 量 由 圖 3 得 知, 氫 氧 化 鈣 0.5g 以 上 時, 除 了 香 蕉 油 之 外, 其 他 加 入 精 油 都 有 延 長 凝 膠 維 持 時 間 的 促 凝 效 果 另 一 方 面, 除 橘 子 精 油 外, 在 加 入 精 油 後 的 固 態 酒 精 會 變 得 比 無 香 精 酒 精 凝 膠 還 軟 這 說 明 溶 劑 整 體 極 性 不 僅 改 變 了 凝 膠 維 持 時 間, 也 對 凝 膠 的 軟 硬 程 度 有 影 響 ( 四 ) 探 討 添 加 多 元 醇 作 為 酒 精 凝 膠 之 促 凝 劑 功 能 酒 精 分 子 間 作 用 力 主 要 為 氫 鍵, 所 以 研 究 尋 找 適 當 促 凝 劑 時, 選 用 容 易 取 得 且 便 宜 的 多 元 醇 作 為 添 加 物 由 圖 4 得 知, 適 量 的 多 元 醇 對 酒 精 凝 膠 的 穩 定 性 有 很 大 的 幫 助, 最 佳 的 效 果 是 添 加 葡 萄 糖 可 以 將 凝 膠 維 持 時 間 延 長 從 1-2 小 時 達 到 5 小 時 添 加 乙 二 醇 或 葡 萄 糖 在 0.1-0.5mL 時 對 凝 膠 維 持 時 間 可 達 2 倍 以 上 的 幫 助, 但 是 丙 三 醇 卻 沒 有 這 樣 的 功 能 這 現 象 發 現 凝 膠 系 統 的 穩 定 性 並 不 只 有 分 子 結 構 中 的 OH 數 目, 而 應 還 有 其 他 的 因 素, 包 括 分 子 形 狀 或 烷 基 部 分 的 凡 得 瓦 力 等 因 素 但 大 體 來 說, 這 三 種 多 元 醇 都 增 加 酒 精 凝 膠 硬 度 的 作 用 ( 五 ) 探 討 以 多 元 醇 為 促 凝 劑 對 加 入 芳 香 精 油 的 酒 精 凝 膠 的 影 響 在 添 加 精 油 的 酒 精 凝 膠 內 同 時 加 入 多 元 醇, 從 圖 5-1~5-4 中 發 現, 同 時 加 入 芳 香 精 油 和 丙 三 醇 並 沒 有 延 長 酒 精 凝 膠 維 持 時 間, 但 能 明 顯 增 加 酒 精 凝 膠 的 硬 度 添 加 乙 二 醇 0.1~0.2mL 可 將 含 杏 仁 油 的 酒 精 凝 膠 延 長 1~2 小 時 的 維 持 時 間, 而 加 入 0.1~0.2mL 的 葡 萄 糖 水 溶 液 則 可 比 原 來 多 3~4 個 小 時 的 維 持 時 間 ( 且 約 為 無 添 加 物 酒 精 凝 膠 的 3 倍 ) 香 蕉 油 的 酒 精 內 添 加 0.1~0.3mL 的 乙 二 醇 或 是 0.1mL 的 葡 萄 糖 水 溶 液, 能 平 均 將 酒 精 凝 膠 的 時 間 延 長 1 小 時, 雖 然 效 果 沒 有 添 加 杏 仁 油 時 的 酒 精 凝 膠 顯 著, 但 都 達 到 了 延 長 時 間 的 效 果 多 元 醇 和 橘 子 精 油 的 酒 精 凝 膠 有 最 好 的 維 持 時 間, 添 加 0.2mL 的 乙 二 醇, 可 將 本 來 維 持 的 3 小 時 延 長 到 8 小 時 多 ( 且 約 為 無 添 加 物 酒 精 凝 膠 的 5 倍 ) 加 入 0.1~0.2mL 的 葡 萄 糖 水 溶 液 也 可 將 酒 精 凝 膠 維 持 時 16

間 延 長 約 為 無 添 加 物 酒 精 凝 膠 的 3.5 倍 乙 二 醇 和 丙 三 醇 對 添 加 茉 莉 花 精 油 的 酒 精 凝 膠 都 沒 什 麼 作 用, 但 是 葡 萄 糖 水 溶 液 則 能 延 長 2~3 小 時 的 維 持 時 間 ( 且 約 為 無 添 加 物 酒 精 凝 膠 的 3 倍 ) 酒 精 凝 膠 維 持 時 間 達 五 小 時 以 上 者 有 四 組 :(1) 杏 仁 油 + 葡 萄 糖 (2) 橘 子 油 + 乙 二 醇 (3) 橘 子 油 + 葡 萄 糖 (4) 茉 莉 花 精 油 + 葡 萄 糖 ( 六 ) 探 討 溶 劑 整 體 極 性 影 響 酒 精 形 成 凝 膠 之 實 驗 設 計 醋 酸 鈣 與 醋 酸 鉀 均 為 離 子 化 合 物, 醋 酸 鈣 的 酒 精 凝 膠 的 作 用 機 制 包 括 了 離 子 晶 體 微 粒 電 荷 相 吸 的 效 應 溶 劑 分 子 對 陰 陽 離 子 的 溶 合 效 應 與 溶 劑 極 性 分 子 彼 此 間 的 分 子 作 用 力 互 相 競 爭, 推 測 它 們 彼 此 作 用 力 的 分 子 模 型 如 下 圖 7 所 示 圖 7 離 子 晶 體 的 酒 精 凝 膠 分 子 模 型 17

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溶 劑 的 整 體 極 性 與 溶 劑 極 性 分 子 彼 此 間 的 分 子 作 用 力 有 關, 溶 劑 的 整 體 極 性 也 會 對 添 加 物 之 酒 精 溶 液 的 黏 度 與 鹽 類 導 電 度 有 影 響 試 過 醋 酸 鈉 醋 酸 鉀 酒 石 酸 鉀 等 一 些 電 解 質 之 後, 找 到 醋 酸 鉀 可 以 在 酒 精 中 有 很 好 的 溶 解 度 一 開 始 測 量 醋 酸 鉀 酒 精 溶 液 導 電 度 時, 因 醋 酸 鉀 濃 度 太 高 了, 使 電 場 效 應 下 離 子 遷 移 作 用 (migration) 效 應 遠 高 於 溶 劑 極 性 對 離 子 遷 移 作 用, 所 以 有 添 加 物 與 無 添 加 物 的 醋 酸 鈣 酒 精 溶 液 導 電 度 沒 有 很 明 顯 的 差 別 後 來 一 直 降 低 醋 酸 鉀 濃 度 之 後, 終 於 測 量 出 導 電 度 有 明 顯 不 同 由 圖 6-1 到 6-3 看 出, 杏 仁 油 與 橘 子 油 提 高 醋 酸 鉀 酒 精 溶 液 導 電 性 1.5~1.6 倍, 但 香 蕉 油 與 茉 莉 花 精 油 卻 下 降 而 三 種 促 凝 劑 造 成 醋 酸 鉀 酒 精 溶 液 的 導 電 性 全 部 下 降, 但 0.2~0.3mL 葡 萄 糖 對 導 電 度 下 降 的 影 響 最 少 三 種 促 凝 劑 均 可 使 酒 精 溶 液 的 黏 度 提 高 1.3~1.5 倍 由 圖 6-1 到 6-3, 定 義 促 凝 劑 因 子 如 下 : 再 定 義 極 性 因 子 並 繪 圖 : 極 性 因 子 = 促 凝 劑 因 子 添 加 芳 香 精 油 導 電 度 比 圖 8: 極 性 因 子 與 添 加 物 的 關 係 19

在 圖 8 中, 將 添 加 促 凝 劑 0~0.5mL 時 的 極 性 因 子 接 近 1 者 以 折 線 圖 形 連 結, 清 楚 看 出 符 合 者 有 兩 組 :(1) 橘 子 油 + 葡 萄 糖 (2) 杏 仁 油 + 葡 萄 糖 對 照 由 實 驗 測 出 酒 精 凝 膠 維 持 時 間 達 五 小 時 以 上 的 四 組, 可 以 確 定 ( 杏 仁 油 + 葡 萄 糖 ) 與 ( 橘 子 油 + 葡 萄 糖 ) 的 酒 精 凝 膠 維 持 時 間 和 極 性 因 子 有 關, 但 是 乙 二 醇 與 丙 三 醇 的 結 果 就 很 不 一 樣 本 研 究 尚 在 進 行 測 量 添 加 芳 香 精 油 的 酒 精 溶 液 粘 度, 後 續 有 機 會 找 到 更 完 整 的 的 極 性 因 子 計 算 模 式 綜 合 圖 8 與 圖 6-1~6-3 的 關 係, 導 電 度 越 大, 酒 精 內 的 正 負 離 子 吸 引 力 越 小, 越 容 易 包 圍 醋 酸 鈣 分 子, 使 得 凝 膠 不 易 老 化 ; 而 黏 度 越 大, 酒 精 分 子 間 越 容 易 聚 集, 因 此 加 速 了 凝 膠 的 老 化 作 用 20

捌 結 論 ( 一 ) 探 討 水 量 與 溫 度 對 酒 精 凝 膠 性 質 的 影 響, 發 現 酒 精 與 水 的 最 佳 體 積 比 為 5.7:1, 且 溫 度 愈 低, 凝 膠 的 維 持 時 間 愈 久 酒 精 凝 膠 燃 燒 時 火 焰 呈 藍 色, 而 且 不 會 產 生 黑 煙 或 是 任 何 聲 音, 最 後 殘 留 物 則 為 灰 白 色 固 體 ( 二 ) 探 討 醋 酸 與 氫 氧 化 鈣 含 量 對 酒 精 凝 膠 性 質 的 影 響, 發 現 氫 氧 化 鈣 在 0.5-0.6g 與 0.8-1.0g 時, 凝 膠 有 較 好 的 維 持 時 間 另 一 方 面, 增 加 醋 酸 的 含 量 也 提 高 了 凝 膠 維 持 時 間 ( 三 ) 探 討 添 加 芳 香 精 油 對 酒 精 凝 膠 性 質 的 影 響, 選 用 四 種 精 油 : 甜 杏 仁 油 香 蕉 油 橘 子 油 與 茉 莉 花 精 油 當 氫 氧 化 鈣 0.5g 以 上 時, 除 了 香 蕉 油 之 外, 其 他 加 入 精 油 都 有 延 長 凝 膠 維 持 時 間 的 促 凝 效 果 另 一 方 面, 除 橘 子 精 油 外, 在 加 入 精 油 後 的 固 態 酒 精 會 變 得 比 無 香 精 酒 精 凝 膠 還 軟 ( 四 ) 探 討 添 加 多 元 醇 作 為 酒 精 凝 膠 之 促 凝 劑 功 能, 最 佳 的 效 果 是 添 加 葡 萄 糖 可 以 將 凝 膠 維 持 時 間 延 長 從 1-2 小 時 達 到 5 小 時 添 加 乙 二 醇 或 葡 萄 糖 在 0.1-0.5mL 時 對 凝 膠 維 持 時 間 可 達 2 倍 以 上 的 幫 助, 雖 然 丙 三 醇 沒 有 這 樣 的 功 能, 且 三 者 增 加 芳 香 酒 精 凝 膠 硬 度 上 有 極 大 的 幫 助 ( 五 ) 探 討 以 多 元 醇 為 促 凝 劑 對 加 入 芳 香 精 油 的 酒 精 凝 膠 的 影 響, 發 現 同 時 加 入 芳 香 精 油 和 丙 三 醇 的 酒 精 凝 膠 並 沒 有 延 長 維 持 時 間 的 作 用, 但 仍 能 明 顯 增 加 酒 精 凝 膠 的 硬 度 加 入 杏 仁 油 茉 莉 花 精 油 或 橘 子 油 後, 再 加 葡 萄 糖, 皆 可 使 最 佳 維 持 時 間 約 為 無 添 加 物 酒 精 凝 膠 的 3.0~3.5 倍 但 添 加 乙 二 醇 和 橘 子 精 油, 最 佳 維 持 時 間 更 高 達 5 倍 ( 六 ) 探 討 溶 劑 整 體 極 性 影 響 酒 精 形 成 凝 膠 之 實 驗 設 計, 以 測 量 醋 酸 鉀 酒 精 溶 液 的 導 電 度 與 酒 精 溶 液 黏 度 作 為 整 體 極 性 的 指 標 因 素 利 用 低 濃 度 醋 酸 鉀 酒 精 溶 液, 可 以 測 量 出 添 加 物 對 導 電 度 之 影 響 杏 仁 油 與 橘 子 油 提 高 醋 酸 鉀 酒 精 溶 液 導 電 性 1.5~1.6 倍, 但 香 蕉 油 與 茉 莉 花 精 油 卻 下 降 而 三 種 促 凝 劑 造 成 醋 酸 鉀 酒 精 溶 液 的 導 電 性 全 部 下 降, 但 0.2~0.3mL 葡 萄 糖 對 導 電 度 下 降 的 影 響 最 少 三 種 促 凝 劑 均 可 使 酒 精 溶 液 的 粘 度 提 高 1.3~1.5 倍 ( 杏 仁 油 + 葡 萄 糖 ) 與 ( 橘 子 油 + 葡 萄 糖 ) 的 酒 精 凝 膠 維 持 時 間 可 以 確 定 和 導 電 度 與 黏 度 有 關 玖 未 來 展 望 本 研 究 尚 在 進 行 測 量 添 加 芳 香 精 油 的 酒 精 溶 液 粘 度, 後 續 有 機 會 找 到 更 完 整 的 的 極 性 因 子 計 算 模 式 拾 參 考 資 料 ( 一 )< 高 二 物 質 科 學 化 學 篇 > 上 冊 : 南 一 版 第 六 章 溶 液,89 學 年 度 ; 龍 騰 版 第 三 章 溶 液,91 學 年 度 ( 二 )< 酒 精 固 體 燃 料 的 製 作 與 研 究 >, 第 三 十 九 屆 中 小 學 科 學 展 覽 會 優 勝 作 品, 高 中 組 化 學 科 ( 三 ) 曾 國 輝,< 化 學 >, 上 冊, 藝 軒 出 版 社 ( 四 ) 熱 納 巴 竇 著, 郭 兆 林 周 念 縈 譯,< 固 特 異 的 軟 物 質 >, 天 下 文 化 21

( 五 ) 林 敬 二 楊 美 惠 楊 寶 旺 廖 德 章 薛 敬 和 主 編,< 英 中 日 化 學 大 字 典 >, 高 立 圖 書 公 司 ( 六 ) 參 考 網 頁 : (1) http://www.aroma100.com.tw/pinfo/baseoil/sweet.htm (2) http://www.dfmg.com.tw/dasp/dfaux-1/v29.htm (3) http://www.hulu.com.tw/flo/ 茉 莉 花.htm (4) http://web.cc.ntnu.edu.tw/~48942204/analysis-2.htm 拾 壹 誌 謝 感 謝 指 導 老 師, 使 得 我 們 這 次 的 實 驗 能 如 此 成 功, 除 此 之 外, 還 要 謝 謝 一 直 支 持 我 們 的 家 長 學 校 實 驗 室 的 阿 姨 不 斷 鼓 勵 我 們 的 同 學, 以 及 在 所 有 實 驗 過 程 中 幫 助 過 我 們 的 人 22

評 語 1 能 改 變 多 種 變 數 去 觀 察 及 測 試 凝 膠 的 安 定 性, 研 究 精 神 十 足 2 報 告 書 寫 層 次 分 明, 十 分 用 心 3 應 再 加 強 凝 膠 熱 安 定 性 研 究, 才 能 具 有 實 用 性 4 應 思 考 是 否 可 以 用 科 學 方 法 去 測 定 凝 膠 的 老 化 23