綠色化學:天然環保強力清潔劑 / 洪鼎惟、李品志、呂柏融

星期二 , 10, 3 月 2020 Leave a comment

綠色化學:天然環保強力清潔劑

洪鼎惟*、李品志、呂柏融

高雄市立高雄高級工業職業學校化工科

*dwhong@ksvs.kh.edu.tw

n   簡介   

    生活周遭參雜著許多既擾人又頑固的汙垢,但目前市面上許多強效的清潔劑,常使用過多的人工化學成分以達到快速的去汙效果,這些清潔劑在使用之後可能對於地球環境有傷害,因此本組研究重點在於如何能夠製造一款對環境友善及對人體無害,並能有效清除污垢的清潔劑。在研發的過程中,更希望利用人類使用後的廢棄物來製造清潔劑,達到綠色化學再生、物盡與低毒的功效。

    在普通化學第七章水的單元中,我們發現台灣的水質大多為硬水,業者為了使民眾在清洗時有大量的泡沫,增加了許多人工的化學物質,但卻也製造了更多的環境問題;在普通化學第十八章有機化學中,我們認識了需多的有機化合物及其作用,因此我們希望可以將所學的有機化學知識應用於實驗探究過程,並使用分析化學第六章的定量分析中所教的pH計與基礎化工第三章的液體的性質中所學的表面張力測定儀進行我們的實驗。

    本次實驗研究目的:製造成分天然、無人工化學添加、清潔、抗菌雙效合一、環保無毒不傷手的清潔劑

n  器材與藥品

一、器材:

設備、器材名稱 規格 數量
高效能微波萃取機   1台
杜努強表面張力計   1台
抽氣過濾裝置   1組
精秤天平   1台
pH計   1台
燒杯 500 mL 3個
燒杯 250 mL 10個
燒杯 150 mL 10個
玻棒   數支

二、藥品:

藥品名稱 規格 數量
茶籽粉   500 克
酒精 75% 500 mL
榨過汁的檸檬   約2公斤

 

 n  研究方法與步驟

一、配製茶籽酒精溶液

    利用精秤天平秤取3.00g茶籽粉 (如圖1所示),再將茶籽粉溶於75%酒精,並稀釋至90 mL(如圖2所示),利用抽氣過濾法 (如圖3所示),將未溶解的茶籽粉過濾,其濾液為本實驗所使用的茶籽酒精(如圖4所示)

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           1 秤取3.00克茶籽粉               2 茶籽粉溶解於酒精

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  3 進行抽氣過濾                                                              4 茶籽酒精

二、萃取檸檬精油

    先取榨過汁的檸檬約500克,剪成約2×2公分大小,放入萃取瓶(如圖5所示),利用高效能微波萃取機(如圖6所示),進行萃取,時程約45分鐘後可得10 mL的檸檬精油(如圖7所示)50 mL的檸檬露,本實驗僅使用檸檬精油,捨棄檸檬露。

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5 將檸檬皮切成小塊                     

     

 

                                                                                                     6 高效能微波萃取機                         

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7 檸檬精油

 

三、調配適當比例

    我們將製得的茶籽酒精與檸檬精油調製成不同茶籽酒精與檸檬精油比例(如圖8所示),整理如表3所示,其中A為純茶籽酒精,B為純檸檬精油。

3 不同比例的樣品成分

編號 A B 1 2 3 4 5
茶籽酒精 5 mL 0 mL 5 mL 5 mL 5 mL 5 mL 5 mL
檸檬精油 0 mL 5 mL 5 mL 10 mL 15 mL 20 mL 25 mL


8 不同比例清潔劑

五、清潔劑性質檢測

    除了去汙能力實測之外,我們認為清潔劑應該具有與膚質接近的pH值,如此才可使我們在使用上無後顧之憂,因此我們利用pH(如圖10所示)量測不同比例的清潔劑。

    此外,清潔物體也與表面張力有關,ㄧ般而言,表面張力愈小,清潔劑的攤平性、滲透性及濕潤性愈好,因此清潔的效果也愈好,因此我們利用基礎化工所學的表面張力測試方法,以杜努強表面張力計 (如圖11所示)測定自製清潔劑及水的表面張力。

 

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 圖10 pH                                  11 杜努強表面張力計

四、測試不同比例清潔劑對不同汙垢的清潔能力

將配製好不同比例的清潔劑,分別對於以下常見的汙垢進行清潔能力測試。測試方法為先以純茶籽粉酒精(A)進行測試,再依序以1→2→3→4→5→B進行測試,當汙垢完全清除乾淨後,就不再進行後續清潔劑的測試,本研究測試的汙垢如下:

六、產品設計與包裝

    除了產品的實際用途之外,本產品也針對各種不同汙垢的處理方式,進行商品的設計與包裝,希望可以設計出適合各種汙垢的產品設計。

n  實驗結果與討論

一、不同比例清潔劑對不同汙垢的清潔能力

    針對七種不同的汙垢,每種汙垢皆使用我們自製的七種不同比例清潔劑進行測試,其研究結果分述如下:

(一)   電梯門上的汙垢:此汙垢主要是黏膠所導致,在清潔前明顯門上有不規則的殘膠痕跡,經由七種不同比例清潔劑測試後,第四種的清潔劑 (5 mL茶籽酒精+20 mL檸檬精油)的效果最好,如圖12所示:

12 電梯門上殘膠清潔前後比較圖

(二)   塑膠桌面上的立可白汙垢:桌面上塗滿不雅的立可白,是學生在學校遇到最困擾的課題之一,桌上常有立可白卻無法去除。經由七種不同比例清潔劑測試後,第1種的清潔劑 (5 mL茶籽酒精+5 mL檸檬精油)的效果最好,如圖13所示:

13塑膠桌面上立可白清潔前後比較圖

(三)   塑膠桌面上的奇異筆:桌面上除了立可白之外,也容易出現奇異筆所寫的不雅字句,而坊間幾乎沒有任何產品可以輕易清除奇異筆。經由七種不同比例清潔劑測試後,第1種的清潔劑 (5 mL茶籽酒精+5 mL檸檬精油)的效果最好,如圖14所示:

14塑膠桌面上的奇異筆清潔前後比較圖

(四)   咖啡垢或茶垢:當使用馬克杯喝咖啡或茶,長久下來,馬克杯常會積有咖啡垢或茶垢。最惱人的是這些汙垢很難直接清洗,清潔效果也欠佳,但是使用本產品僅需滴入數滴清潔劑,放置數分鐘後,再以清水直接清洗,即可將咖啡垢或茶垢清除乾淨。經由七種不同比例清潔劑測試後,第1種的清潔劑 (5 mL茶籽酒精+5 mL檸檬精油)的效果最好,如圖15所示:

 

15馬克杯底的咖啡垢清潔前後比較圖

(五)   浴室的汙垢(橡膠材質)大掃除時,最令人困擾的髒汙就是浴室橡膠材質上常沾有很多的髒汙,卻又無法單純用水沖洗乾淨,常需使用強效的清潔劑,但這些強效的清潔劑一但碰到身體,總會使皮膚感到不舒服,經由七種不同比例清潔劑測試後,第5種的清潔劑 (5 mL茶籽酒精+25 mL檸檬精油)的效果最好,且經實際測試後,接觸自製的清潔劑並不會對人體的皮膚感到不適,實驗結果如圖16所示:

 

16浴室的汙垢(橡膠材質)清潔前後比較圖

(六)   指甲油:指甲油雖然不是汙垢,且在市面上,去光水已經是卸除指甲油的產品,但經查過資料後發現,去光水包含許多有機溶劑,主要成分是丙酮,丙酮對人體有害。因此我們希望可以使用自製清潔劑來取代去光水,經由七種不同比例清潔劑測試後,第2種的清潔劑 (5 mL茶籽酒精+10 mL檸檬精油)的效果最好(如圖17所示)

 17指甲油清潔前後比較圖

(七)   汽機車油漬:在停車場常見的汙垢就是汽機車的油漬,這些油漬除了破壞美觀之外,最大的隱憂是這些油漬容易使人滑倒,特別是老人家萬一因此摔倒,所造成的後遺症更是令人困擾,因此我們希望可以使用本產品來去除汽機車油漬,經由七種不同比例清潔劑測試後,第五種的清潔劑 (5 mL茶籽酒精+25 mL檸檬精油)的效果最好,如圖18所示:

18汽機車油漬清潔前後比較圖

(八)   綜合比較:我們將七種不同汙垢的最佳化條件整理如下表4,可以發現不同種的汙垢均有合適的自製清潔劑。

4本產品最佳比例綜合比較

編號 A B 1 2 3 4 5
電梯門上的汙垢            
塑膠桌面上的立可白            
塑膠桌面上的奇異筆            
咖啡垢或茶垢            
浴室的汙垢            
指甲油            
汽機車油漬            

二、不同比例清潔劑pH值比較

    由實驗結果可以發現,單純的檸檬精油pH值偏低,因此若單獨使用檸檬精油對於皮膚的傷害較大,而茶籽酒精的pH值很接近中性,當兩者以適當的比例混和時,pH值介於4.64~6.05之間,所得趨勢與預期相符,檸檬精油含量愈高的pH值愈低,但多在人體膚質的接受範圍,因此在使用上的限制較少,不需要特別使用手套做為防護。

正常皮膚表面的pH值約為5.07.0之間,屬於偏弱酸的情況,因此本產品的清潔劑若能介於這個範圍之間,將不會傷害皮膚也不容易產生刺激感。在室溫下,各種清潔劑測試其pH值如表5所示:

5 不同清潔劑的pH

編號 A B 1 2 3 4 5
pH值 6.70 4.19 6.05 5.67 5.52 4.86 4.64

 

三、不同比例清潔劑表面張力比較

    純水的表面張力為69 dyne/cm,而我們自製的七種清潔劑的表面張力都介於25~30 dyne/cm之間,與水相較均有明顯的下降,也顯示出自製的清潔劑具有良好的清潔效果。

    本組利用杜努強表面張力計量測自製的清潔劑,表面張力愈小的清潔劑其清潔效果愈好。除了實測之外,利用儀器量測表面張力亦可證實自製清潔劑的功效。在室溫下,經由杜努強表面張力計量測結果如表6所示:

6不同清潔劑的表面張力

編號 A B 1 2 3 4 5 純水
表面張力 (dyne/cm) 25.0 30.0 27.0 29.5 29.0 26.5 29.0 69.0

 

四、不同比例清潔劑對不同汙垢的清潔能力

    茶籽粉是由油茶樹或一般茶樹的種子製成,是一種天然草本洗劑,富含茶皂素(15~18%的茶皂素),其去油污能力非常強,通常可用來清洗蔬菜也可清洗身體,具有好沖洗並且對手部不傷害的優點。

    檸檬皮中富含檸烯,其結構如圖19所示,檸烯用以做為清潔用品中之有機溶劑,以取代礦物油,或做為天然的芳香、抗菌劑、驅蟲劑使用。一般的檸檬精油是用有機溶劑萃取檸檬皮的精油,但過程中使用有機溶劑,所以會產生有機溶劑殘留的疑慮。本組利用高效能微波萃取機萃取的精油,不添加任何的溶劑,甚至連水都不需要,因此所得的精油純度高且不含任何有機溶劑,兼具實用及環保之功效。

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19 檸烯結構式

    由實驗結果可以發現,最容易的汙垢,例如:立可白、奇異筆及咖啡垢,都是以第一種的效果最佳;較難清除的汙垢,例如:浴室的汙垢及汽機車油漬則是以第五種的效果最好。由此可知,檸檬精油的含量愈多,愈能有效清除難解的髒污,但總結一般家庭常見的汙垢,都能在本研究自製的清潔劑中完全被消除。

n  參加心得

很榮幸可以參與綠色化學創意競賽,在進行實驗的過程中,我們從思考題目到實際進行實驗,這過程中花了很多的時間、汗水,也讓我們能夠體會到研究是件多麼不容易的事情,過程中無數次的失敗及再嘗試。當然過程中也得感謝我們的指導老師及科裡每位師長的協助,讓我們的成果在最後得以展現。本研究主要是利用廢棄的果皮製造出可以具有強效清潔效果的清潔劑,這樣的想法也是以前在課本上沒有學到的,以前總是覺得果皮是個很麻煩的垃圾,沒想到經過適當的處理竟然可以變成這麼好的清潔劑。此外,我們的研究成果也符合綠色化學十二原則,我們使用對人體健康和環境幾乎沒有影響的果皮及茶籽粉;利用高效能微波萃取機使我們得到精油萃取液不須添加額外的有機溶劑,也因此在使用後也不會造成對環境的污染,也希望藉由我們的研究能會地球更盡一份心力!

n  安全注意及廢棄物處理

一、注意清潔劑的使用對象,請勿使用濃度高的來清潔肌膚或是較脆弱的表面。

二、調配的濃度高可使用鹼性溶液酸鹼中和至中性再倒掉。

n  參考文獻

1.          蔡永昌(2010)。普通化學III。新北市:台科大圖書股份有限公司。

2.          蔡永昌(2015)。基礎化工I。新北市:全華圖書股份有限公司。

3.          謝澤民 (2011)。普通化學實驗 I。新北市:台科大圖書股份有限公司。

4.          蔡榮哲(2005)。柑橘類果皮加工利用。台灣柑橘產業發展研討會專刊,249-25

5.          陳秀容 (2007)。從頭洗到腳,茶籽粉妙用一級棒。女性電子報,第233期。

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