黃淇釩

鄧琪倩

羅嘉洛

謝文鴻

方煦蕙

2009-10香港科學青苗獎(中學組)

殿軍

東華三院盧幹庭紀念中學

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CD 膠片，廢不廢？ 引言：

電子廢物

從大型家用電器如電冰箱、空調到手機、個人 CD、電子電腦，電子廢物包含

一系列範圍廣泛且不斷增加的電子產品。電子廢物問題已經是嚴峻的危機，

有兩個主要特徵：首先電子廢物是有害的，在處理時會造成嚴重污染。其次

電子廢物正以驚人的速度增長，由於極容易過時淘汰，所以當電子工業不願

意承擔廢物處理的成本。

CD 光碟在日常生活中極為普遍，其本身含有聚碳酸酯(Polycarbonate)。用家

一般都會選擇用後丟棄，且每年丟棄的數量非常之大，故此我們選擇了循環

再用 CD 內的材料。

目的：

(i) 將 CD 碎片加入 2-甲基丙烯酸甲酯(methyl 2-methylpropenoate)，在經聚合

作 用 希 望 形 成 一 種 新 的 聚 合 物 合 金（Polymer alloy） 或 聚 合 物 混 合 物

（Polymer mixture），籍此測試它性質的改變。

(ii) 加入碳黑(carbon black)，籍此測試它的導電性。

(iii) 利用 CD 能把光反射的原理，製成太陽能加熱器 (solar heater)。

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第一部份：合成新的聚合物及測試其性質

(a) 實驗步驟

(1) 首先回收即將丟棄的 CD 膠片。

(2) 將即將丟棄的 CD 放入裝有 750 毫升，5 M 氫氧化鈉(NaOH)溶液的

燒杯中，加熱至 70 0C 並放置 4 小時，目的是為了去除 CD 表面的

鋁制層。

2 Al + 6 NaOH → 2 Na3AlO3 + 3 H2

(3) 沖水並洗淨可以得到透明的 CD 片。

3

(4) CD 片可以用剪刀輕易剪成碎片。

(5) 在一試管中，稱 0.1 g 的 CD 碎片，再加入最少量

的二氯甲烷(dichloromethane)，放置 1 小時待所有

碎片溶解。再讓溶劑揮發掉。

(6) 然 後 在 同 一 試 管 中 加 入 4.0 g 的 2- 甲 基 丙 烯 酸 甲 酯 (methyl

2-methylpropenoate) ， 再 加 入 少 量 的 過 氧 化 物 引 發 劑

(di(dodecanoyl)peroxide initiator)。

(7) 將 裝 有 反 應 混 合 物 的 試 管 放 入 Ultrasonic

Cleaner，加熱震動 2 小時，溫度保持在 60 0C，希

望 CD 內的聚碳酸酯鏈(polycarbonate chain)能夠和

2-甲 基 丙 烯 酸 甲 酯 (methyl 2-methylpropenoate)均

勻混合。

(8) 2 小時後，在溫度保持在 60 0C 的情況下，靜止放置試管 5 小時，以

便發生聚合反應(polymerization)。

(9) 5 小時後，拿出並敲碎試管，便可得到新的聚合物。

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(b) 測試能源消耗

我們利用萬用電錶量度使用 Ultrasonic Cleaner 7 小時的耗電量。結果顯

示一次實驗用電 0.4 度，所需電費 $ 0.36.

Ultrasonic Cleaner

使用前 2 小時後 5 小時後

電錶讀數 00036.2 00036.3 0.0036.5

用電度數 / 00036.3 – 0036.2 = 0.1 度 00036.5 – 0036.2 = 0.3 度

7 小時用電度數 0.1 + 0.3 = 0.4 度

電 費 （以每度 90￠計算） 0.4 x 90￠ = $ 0.36

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(c) 實驗結果

表一：

混合成份 (Composition of Polymer) 新聚合物 聚合物的顏色

CD 碎片 2-甲基丙烯酸甲酯 (methyl 2-methylpropenoate)

碳黑 (Carbon Black)

A (對照) 透明 / 4.0 g /

B 乳白色 0.1 g 4.0 g /

C 乳白色 0.25 g 4.0 g /

G 不能形成 0.50 g 4.0 g /

樣本 A：為純淨的聚甲基丙烯酸甲酯(Poly(methyl methacrylate) – PMMA)

樣本 B：4.0 g PMMA + 0.1 g CD (polycarbonate)

樣本 C：4.0 g PMMA + 0.25 g CD (polycarbonate)

樣本 G：新的聚合物混合物無法成功形成

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將樣本 A, B, C 拿去做應力測試(mechanical test)，結果如下：

新聚合物 直徑

Diameter / mm

長度

Length / mm

抗張 / 拉強度

Tensile strength / (N / mm2)

PMMA 48

(文献值 literature value)

A (Pure PMMA)

6.2 42 43

B 4.6 31 56

C 4.7 30 25

新聚合物 直徑

Diameter / mm

長度

Length / mm

拉伸強度

Elongation at break

PMMA 2 - 10 %

(文献值 literature value)

A (Pure PMMA)

6.2 42 14 %

B 4.6 31 22 %

C 4.7 30 6 %

新聚合物 直徑

Diameter / mm

撞擊強度

Impact strength / ( J / mm2)

A (Pure PMMA)

3.0 0.0214

B 3.3 0.0100

C 4.7 0.0065

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討論一

由圖表中發現樣本 B (含有 4.0 g PMMA 和 0.1 g CD) 所組成的新聚合物

的抗張 / 拉強度 (Tensile strength)，為 56 N / mm2 ，較純 PMMA 的 43 N

/ mm2 為佳。其拉伸強度 (Elongation at break) 為 22 %，也較純 PMMA 的 14

% 為佳。

當聚合物內的 CD 成分上升，例如樣本 C (含有 4.0 g PMMA 和 0.25 g CD)

所組成的新聚合物，其抗張 / 拉強度 (Tensile strength)，則下降至 25 N

/ mm2

雖然樣本 B 的撞擊強度 (Impact strength) 為 0.0100 J / mm2，並非十分理

想，但較純 PMMA 的 0.0214 J / mm2 也相差不遠。

結果顯示，CD(polycarbonate) 的含量成分會影響到組成新的聚合物的物

理性質。

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表二：

混合成份 新聚合物 聚合物的顏色

CD 碎片 2-甲基丙烯酸甲酯 (methyl 2-methylpropenoate)

碳黑 (Carbon Black)

D 黑色 0.1 g 4.0 g 0.10 g

E 黑色 0.1 g 4.0 g 0.25 g

F 黑色 0.1 g 4.0 g 0.50 g

H 不能形成 0.1 g 4.0 g > 0.50 g

樣本 D：4.0 g PMMA + 0.1 g CD (polycarbonate) + 0.10 g 碳黑(carbon black)

樣本 E：4.0 g PMMA + 0.1 g CD (polycarbonate) + 0.25 g 碳黑(carbon black)

樣本 F：4.0 g PMMA + 0.1 g CD (polycarbonate) + 0.50 g 碳黑(carbon black)

樣本 H：新的聚合物混合物無法成功形成

討論二

我們嘗試加入不同成分的碳黑 (carbon black) 製備成樣本 D, E 和 F，期

望找出新聚合物導電時所需碳黑 (carbon black) 的成分。

可惜就算加到 0.50 g 碳黑，樣本 F 仍像一個絕緣體 (insulator)，電阻值

(resistance) 大於 1 x 1014 ohm.

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討論三

我們還發現如果在實驗步驟(5)，不將溶劑揮發掉，所形成的聚合物 X 會浮在

水面上，且有一定硬度，見下圖。

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第二部份：製做太陽能加熱器 (Solar Heater)

(a) 實驗步驟

(1) 收集棄用 CD，並剪成小長方塊備用。

(2) 用紙板製成一個盒子如圖 1 所示。切 AB（停止在 B）和 DC（在 C

停止)。

(3) 在面板 1 和 2 加一折疊紙板，而面板 3（見圖 2）是 60 和 90 度之間

的角度。

(4) 於面板 1, 2, 3, 4 上用棄用 CD 覆蓋。

(5) 於面板 4 的支柱可用於調整面板 4（圖 3）。 近面板 4 單切口用於鎖

定此面板關閉的存儲位置。

圖 1 圖 2 圖 3

(6) 為每個燒杯注入 100 mL 的

水。

(7) 置於太陽下 1 小時。

(8) 每 5 分鐘觀察有太陽加熱器

和直接擺放在地上的燒杯中

的水溫變化。

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(b) 實驗結果

表三：

時間 / min 溫度 / oC

A （太陽能加熱器） B （對照）

0 28 28

5 30 28

10 32 28

15 33 29

20 35 29

25 37 29

30 38 29

35 39 30

40 40 30

45 40 30

水在太陽能加熱器和燒杯中上升的變化

26

28

30

32

34

36

38

40

42

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

時間 / min

溫度

/ o

C

A （太陽加熱器）

B （對照）

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總結

現時，不少國家，包括香港都未能有效處理 CD 電子廢物，加上大都用完即

棄，而且廢物對地球生態和人類健康構成嚴重威脅。

有見及此，我們首先利用 CD 能把光反射的原理，製出一個 CD 太陽能加熱

器中，100 mL 水在加熱器中能在 35 分鐘內上升 13 oC（見上表三）。

然後，我們成功合成一種新的聚合物，並發現混合 (4.0 g PMMA和 0.1 g CD)

所組成的新聚合物 (樣本B) 的抗張 / 拉強度 (Tensile strength)，有 56 N /

mm2，且整個過程只需 $ 0.36 的電費。

可惜就算加入 0.50 g 碳黑，樣本仍無法導電，電阻值 (resistance) 大於 1 x 1014

ohm.

我們嘗試廢物利用，但研究的路還很漫長，希望在喚醒公眾關注電子廢物的

同時，能夠在對新型物料的研發上提供一些參考。

鳴謝：香港理工大學應用物理學系 WONG Yuen Wah 教授提供應力測試

參考：

孫紹燦。塑膠使用手冊。浙江科學技術出版社。2000

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評語

參賽同學嘗試就身邊的電子廢物─CD 作科學探究，選材不錯。建議

書包括三項有關 CD 循環再用的研究：探究新的聚合物的特性、加入

碳黑後的導電性及利用 CD 製成太陽能加熱器。有關的實驗及製作步

驟皆表達清晰，學生亦能夠利用實驗結果作出合乎科學邏輯的分析及

結論。

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