Różnice między glikolem propylenowym i glikolem etylenowym

Glikol propylenowy (PG) i glikol etylenowy (EG) wyglądają niemal zamiennie. Obydwa są bezbarwnymi, lekko lepkimi cieczami o lekko słodkim smaku. Obydwa są w pełni mieszalne z wodą i działają jako rozpuszczalniki i środki obniżające-temperaturę zamarzania. Występują w wielu tych samych zastosowaniach: środki przeciw zamarzaniu, płyny odladzające,-systemy wymiany ciepła, synteza poliestrów.

Jedyną rzeczą, która naprawdę je różni, jest toksyczność. EG jest substancją ostrą toksycznością i potwierdzoną substancją toksyczną rozwojową zgodnie z propozycją kalifornijską 65. PG jest ogólnie uznawany przez FDA za bezpieczny (GRAS) do stosowania w żywności, z doustnym LD50 wynoszącym około 20 g/kg, co plasuje go w mniej więcej tej samej klasie toksyczności co sól kuchenna. Pamiętaj o tych dwóch faktach, a reszta porównania będzie pasować.

Chemia jest na tyle podobna, że ​​wybór prawie nigdy nie sprowadza się do wydajności. Chodzi głównie o to, gdzie materiał trafi i kto może mieć z nim kontakt. W tym artykule omówiono skład chemiczny, właściwości, zastosowania, profil bezpieczeństwa, warunki przechowywania i wpływ na środowisko każdego związku, obok siebie.

1. Tożsamość chemiczna w skrócie

Obydwa związki są sąsiadującymi diolami, co oznacza, że ​​dwie grupy hydroksylowe znajdują się na sąsiadujących atomach węgla. Ten szczegół strukturalny nadaje im podobne zachowanie w rozpuszczalniku. Różnice (jeden dodatkowy węgiel w PG plus asymetryczny alkohol drugorzędowy) powodują różnice we właściwościach fizycznych, metabolizmie i toksyczności, które zostaną omówione w dalszej części tego artykułu.

2. Właściwości fizyczne

Obydwa glikole mają większość wspólnych właściwości fizycznych, ponieważ ich architektury molekularne są bardzo podobne. Różnice, które mają jednak znaczenie, są rzeczywiste i wpływają na wiele decyzji dotyczących-przypadków użycia.

Praktyczny wniosek: EG ma lepszą lepkość, lepszą przewodność cieplną i niższy koszt na jednostkę-obniżenia punktu zamarzania. PG ma przewagę w zakresie pracy w niskich-temperaturach (poniżej -20 stopni) i we wszelkich zastosowaniach podlegających przepisom dotyczącym żywności lub farmacji.

3. Zachowanie chemiczne i reaktywność

Obydwa glikole zachowują się jak polarne rozpuszczalniki protonowe. Rozpuszczają szeroką gamę polarnych i średnio polarnych związków organicznych, przyjmują wiązania wodorowe i działają jako łagodne plastyfikatory. Dzielą także większość dalszej chemii:

• Estryfikacja kwasami karboksylowymi daje mono- i di-estry. Estry PG, zwłaszcza z kwasami tłuszczowymi, są powszechnymi emulgatorami-spożywczymi. Estryfikacja EG kwasem tereftalowym to sposób wytwarzania PET.
• Eteryfikacja alkoholami daje etery glikolowe (PGME, EGME i inne), stosowane jako rozpuszczalniki koalescencyjne w powłokach i farbach drukarskich.
• Podczas przechowywania należy unikać utleniania przez silne utleniacze (chromiany, kwas azotowy, nadchlorany).
• Rozkład termiczny powyżej około 300 stopni wytwarza łatwopalne opary i gryzący dym (aldehyd octowy, kwas octowy, CO).

Wspólne niezgodności: silne utleniacze, silne środki redukujące, izocyjaniany, kwas chlorosulfonowy, podchloryn sodu.

4. Aplikacje

4.1 Główne zastosowania glikolu propylenowego

1. Żywność (E-numer E1520). Substancja utrzymująca wilgoć w wypiekach, nośnik smaku w napojach, plastyfikator w gumie do żucia. Zatwierdzony przez FDA na podstawie 21 CFR 184.1666, przez EFSA i JECFA.
2. Farmaceutyki (klasa USP / EP). Substancja pomocnicza w preparatach doustnych, miejscowych i do wstrzykiwań, a także rozpuszczalnik nośnikowy dla nierozpuszczalnych w wodzie API. Sam PG jest aktywnym składnikiem niektórych leków (na przykład pojawia się jako rozcieńczalnik nitrogliceryny).
3. Kosmetyki i pielęgnacja ciała. Nawilżacze w balsamach, szamponach, dezodorantach; rozpuszczalnik do substancji zapachowych.
4. E-płyny do papierosów / e-papierosów. Dominująca baza do roztworów nikotynowych. Dobrze przenosi smak i zapewnia gładsze uderzenie w gardło niż glicerol.
5. Środki zapobiegające zamarzaniu i odladzające-kontakt z żywnością. Mleczarnie, browary, wodociągi, wszędzie tam, gdzie możliwy jest przypadkowy kontakt z człowiekiem.
6. Dym sceniczny i mgła teatralna. Odparowany w celu uzyskania aerozolu o niskim-drażnieniu, stosowany na koncertach, planach filmowych i szkoleniach-strzeleckich.
7. Nienasycone żywice poliestrowe. Element konstrukcyjny kompozytów morskich i budowlanych.
8. Karma dla zwierząt i pasza dla zwierząt. Zatrzymywanie wilgoci i smakowitość.

4.2 Główne zastosowania glikolu etylenowego

1. Płyn niezamarzający do samochodów i płyn chłodzący silnik. Mniej więcej połowa światowego zapotrzebowania na EG trafia właśnie tutaj. Zwykle mieszany w proporcji 50/50 z wodą i pakietem-inhibitorów korozji.
2. Włókno poliestrowe i żywica PET. Największa pojedyncza aplikacja, ponad 60% całkowitego zapotrzebowania. PET trafia do butelek, tekstyliów i folii opakowaniowych.
3. Przemysłowe-płyny do przenoszenia ciepła. HVAC, chłodzenie procesowe, pętle geotermalne, kolektory słoneczne, lodowiska.
4. Płyny odladzające. Pasy startowe lotnisk, samoloty, systemy drogowe. Często mieszany z PG w pobliżu terminali, aby zmniejszyć ryzyko toksyczności.
5. Płyny hydrauliczne i hamulcowe. Zwykle jako składnik-eteru glikolowego.
6. Półprodukt chemiczny. Kwas szczawiowy, etery glikolowe, morfolina, 1,4-dioksan.
7. Farby drukarskie, barwniki, chemikalia skórzane. Nośnik rozpuszczalnika.
8. Materiały wybuchowe i amunicja. Środek żelujący do nitrocelulozy.

4.3 Tam, gdzie wybór faktycznie ma znaczenie

Trzy nakładające się obszary to te, w których często zdarzają się błędy:

• Środki przeciw zamarzaniu i odladzacze. PG należy do stref-kontaktu z żywnością lub do stref wrażliwych ze względu na środowisko. EG jest domyślnym rozwiązaniem przemysłowym.
• Płyny do przenoszenia ciepła-. EG, gdy toksyczność jest kontrolowana, a koszty mają znaczenie. PG, gdy wycieki mogą przedostać się do żywności, wody pitnej lub przestrzeni publicznej.
• Żywice poliestrowe. EG dominuje nad PET. PG pojawia się tylko w specjalnych nienasyconych poliestrach.

5. Bezpieczeństwo i toksyczność

Toksykologia oddziela te dwa materiały. Nawet jeśli skład chemiczny mówi „wymienny”, profil bezpieczeństwa zwykle tak nie mówi.

5.1 Glikol propylenowy

Ostra toksyczność doustna (LD50, szczur): około 20 000 mg/kg. Sklasyfikowany jako „praktycznie-toksyczny”.

• Status FDA: GRAS dla żywności (21 CFR 184.1666).
• Los metaboliczny: metabolizowany przez dehydrogenazę alkoholową do kwasu mlekowego i kwasu pirogronowego, normalnych produktów pośrednich metabolizmu węglowodanów. Szybko wyjaśnione.
• Podrażnienie skóry i oczu: łagodne. Nie uczula w typowych stężeniach użytkowych.
• Wdychanie: niskie ryzyko. Wysokie stężenia aerozolu mogą lekko podrażniać drogi oddechowe.
• Zastosowanie terapeutyczne: składnik aktywny lub substancja pomocnicza w wielu zatwierdzonych przez FDA-lekach doustnych, miejscowych i do wstrzykiwań.
• Dotyczy-dawkowania powtarzanego: bardzo wysokie dawki, powyżej około 1 g/kg/dzień doustnie, mogą powodować kwasicę mleczanową u podatnych osób. Rzadkie i znacznie powyżej typowej ekspozycji przemysłowej.

5.2 Glikol etylenowy

• Ostra toksyczność doustna (LD50, szczur): około 4700 do 7712 mg/kg w zależności od badania.
• Dawka śmiertelna dla człowieka: szacunkowa 1,4 do 1,6 ml/kg masy ciała. Dla osoby dorosłej około 100 ml. Dla małego dziecka wystarczy około 10 ml.
• Szlak metaboliczny: utleniany przez dehydrogenazę alkoholową do aldehydu glikolowego, następnie do kwasu glikolowego, kwasu glioksylowego i na koniec kwasu szczawiowego. Szczawian wytrąca się w postaci kryształów szczawianu wapnia w kanalikach nerkowych i powoduje ostrą niewydolność nerek w ciągu 24 do 72 godzin od spożycia.
• Ostre objawy (30 minut do 12 godzin po spożyciu): nudności, wymioty, ból brzucha, niewyraźna mowa, ataksja, oczopląs, kwasica metaboliczna, hipokalcemia (na skutek wytrącania się szczawianu wapnia). Ciężkie przypadki prowadzą do drgawek, śpiączki i śmierci.
• Specyficzne antidotum: fomepizol (4-metylopirazol) lub etanol. Obydwa blokują dehydrogenazę alkoholową i zapobiegają tworzeniu się toksycznych metabolitów. Ciężkie przypadki również wymagają hemodializy.
• Absorpcja przez skórę: znaczna. EG łatwo przenika przez skórę. Długotrwały lub powtarzający się kontakt ze zanieczyszczoną odzieżą lub rękawiczkami może powodować toksyczność ogólnoustrojową.
• Limity narażenia przez drogi oddechowe: pułap OSHA 50 ppm (125 mg/m3). ACGIH TLV-TWA 25 ppm (frakcja parowa). NIOSH REL również 25 ppm.
• Słodki smak: główny czynnik ryzyka przypadkowego połknięcia przez dzieci, zwierzęta domowe i dzikie zwierzęta.
• Klasyfikacja GHS: Toksyczność ostra, kategoria 4 (doustnie, H302); Działanie toksyczne na narządy docelowe, narażenie powtarzane, kategoria 2 (H373).
• Toksyczność dla reprodukcji: od czerwca 2014 r. wymieniony w kalifornijskiej propozycji 65 jako substancja działająca toksycznie na rozwój.

5.3 Toksyczność w skrócie

6. Przechowywanie i obsługa

6.1 Glikol propylenowy

• Polecane pojemniki: stal nierdzewna (304/316), stal węglowa z wykładziną epoksydową, tworzywo HDPE, aluminium tylko krótkoterminowo.
• Temperatura przechowywania: praktyczny ideał to 10 do 35 stopni. PG przechładza się, dzięki czemu może pozostać płynny znacznie poniżej nominalnej temperatury zamarzania. Zamrażanie nie niszczy produktu, ale zwiększa objętość o około 1,5%, dlatego należy pozostawić ubytek.
• Ochrona przed wilgocią: krytyczna. PG jest higroskopijny i będzie pobierał wodę z wilgotnego powietrza, rozcieńczając stężenie i przesuwając temperaturę zamarzania. Przechowywać pojemniki szczelnie zamknięte. W przypadku przechowywania luzem warto zastosować osłonę azotową.
• Okres ważności: 24 miesiące w oryginalnie zamkniętym opakowaniu, 12 miesięcy po otwarciu.
• Niezgodności: silne utleniacze (nadchlorany, dichromiany, stężony kwas azotowy), mocne środki redukujące, izocyjaniany.
• ŚOI do rutynowego użytku: rękawice nitrylowe, okulary ochronne, fartuch laboratoryjny. Wystarczy standardowa higiena przemysłowa.

6.2 Glikol etylenowy

• Polecane pojemniki: stal nierdzewna, stal węglowa, beczki stalowe wykładane, HDPE. Unikaj gołego aluminium; EG z czasem reaguje z aluminium, zwłaszcza pod wpływem ciepła, i wytwarza gazowy wodór.
• Temperatura przechowywania: 10 do 40 stopni. Temperatura zamarzania wynosi -12,9 stopnia. Frozen EG zwiększa objętość o około 1,6%, dlatego należy pozostawić co najmniej 10% ubytku w beczkach przechowywanych w nieogrzewanych magazynach w zimnym klimacie.
• Ochrona przed wilgocią: mniej krytyczna niż w przypadku PG, ale nadal wymagana do utrzymania nienaruszonej czystości.
• Okres ważności: 24 miesiące zamknięte, 12 miesięcy po otwarciu.
• Niezgodności: silne utleniacze, mocne kwasy, podchloryn sodu, kwas chlorosulfonowy, oleum. Powoduje korozję zwykłej stali węglowej w wysokich temperaturach.
• ŚOI do rutynowej obsługi: rękawice nitrylowe lub neoprenowe o grubości co najmniej 8 milimetrów (EG przenika przez cienki nitryl), okulary przeciwbryzgowe, fartuch chemiczny, obuwie odporne na chemikalia-z zakrytymi palcami-. Ochrona dróg oddechowych w przypadku niewystarczającej wentylacji.
• Reakcja na rozlanie: nie stosować trocin ani innych palnych absorbentów.Zawierać obojętnym absorbentem, takim jak piasek, wermikulit lub perlit. Pozostałości zmyć dużą ilością wody i zabezpieczyć przed przedostaniem się do kanalizacji, wód powierzchniowych lub gruntowych.
• Zabezpieczenie wtórne: wymagane w przypadku przechowywania luzem zgodnie z większością przepisów środowiskowych (40 CFR 264.175 w USA, dyrektywa UE 96/82/WE).

7. Wpływ na środowisko

7.1 Biodegradowalność

PG łatwo ulega biodegradacji. Testy OECD 301B i 301F wykazują ponad 70% ewolucji BZT/CO₂ w ciągu 28 dni w warunkach tlenowych. Udokumentowano również biodegradację beztlenową.

EG również łatwo ulega biodegradacji. OECD 301B Ewolucja CO₂ osiąga 90% w ciągu 28 dni. Szlak degradacji (aldehyd glikolowy do kwasu glikolowego do CO₂) jest dobrze scharakteryzowany.

7.2 Toksyczność wodna

PG: LC50 dla Pimephales promelas (96 h) wynosi powyżej 46 500 mg/L, co uważa się za praktycznie nie-toksyczne dla ryb. EC50 dla Daphnia magna (48 h) wynosi powyżej 43 500 mg/L.

Np.: LC50 dla Pimephales promelas (96 h) waha się w badaniach od 18 000 do około 100 mg/l. To plasuje go w kategorii „nieostrej toksyczności” według standardowych kryteriów, ale połknięcie przez dzikie zwierzęta, zwierzęta domowe i ptaki nadal stanowi-na całym świecie problem. EC50 dla Daphnia magna (48 h) wynosi około 46 000 mg/L.

7.3 Bioakumulacja

Obydwa związki mają log Kow około -1,4 do -1,9, bardzo niską lipofilowość. Nie należy spodziewać się bioakumulacji w wodnych lub lądowych sieciach pokarmowych.

7.4 Ślad węglowy (od kołyski-do-bramy, orientacyjny)

Bio-klasy obu związków są dostępne na rynku od głównych dostawców. Zmniejszają ślad węglowy o 40 do 60%, ale kosztują około 1,5 do 2,5 razy więcej niż ich odpowiedniki petrochemiczne.

7.5 Stan prawny

8. Podsumowanie-obok siebie-

9. Jak wybrać pomiędzy PG a EG

Decyzja rzadko dotyczy wydajności. Obydwa glikole są doskonałymi rozpuszczalnikami i środkami obniżającymi- punkt zamarzania. Decyzja prawie zawsze dotyczy ograniczeń prawnych, bezpieczeństwa i końcowego-użytkowania.

• Jeśli płyn może mieć kontakt z żywnością, napojami, farmaceutykami, kosmetykami lub wodą pitną, wybierz PG. W tych zastosowaniach nie ma akceptowalnego substytutu glikolu propylenowego.
• Jeśli zastosowanie ma branża motoryzacyjna,-przenoszenie ciepła w przemyśle na dużą skalę lub synteza poliestrów, domyślnym rozwiązaniem ekonomicznym jest EG, z zastosowaniem odpowiednich technicznych środków kontroli toksyczności.
• Jeśli aplikacja dotyczy potencjalnego kontaktu z ludźmi, zwierzętami domowymi, dziką przyrodą lub obszarami wrażliwymi pod względem środowiskowym, PG jest właściwym wyborem, nawet przy wyższych kosztach.
• Jeśli zastosowanie ma charakter wyłącznie przemysłowy i jest-ze względu na koszty (na przykład-chłodzenie w obiegu zamkniętym w zakładach chemicznych), EG sprawdza się pod warunkiem odpowiedniego zabezpieczenia wtórnego i kontroli usuwania.
• Jeśli potrzebujesz temperatury zamarzania poniżej -20 stopni, wygrywa PG, ponieważ czysty EG zamarza w temperaturze -12,9 stopnia. Mieszanki wody EG mogą spadać niżej, ale wymagają dokładnej kontroli i weryfikacji proporcji.

10. Często zadawane pytania

Jaka jest główna różnica między glikolem propylenowym a glikolem etylenowym?

Toksyczność. PG to GRAS do kontaktu z żywnością, z doustnym LD50 wynoszącym około 20 000 mg/kg. EG jest ostro toksyczny, śmiertelna dawka dla człowieka wynosi około 1,4 ml/kg masy ciała, a w przypadku zatrucia wymagane jest specyficzne antidotum (fomepizol lub etanol).

Czy mogę używać glikolu etylenowego w systemie-dopuszczonym do kontaktu z żywnością?

Nie. EG nie jest dopuszczony do kontaktu z żywnością zgodnie z FDA 21 CFR, EFSA ani większością krajowych-przepisów bezpieczeństwa żywności. W każdym systemie mającym potencjalny kontakt z żywnością lub wodą pitną-powinna pojawiać się wyłącznie klasa PG, USP lub FCC.

Czy glikol propylenowy ulega biodegradacji?

Tak. PG łatwo ulega biodegradacji zarówno w warunkach tlenowych, jak i beztlenowych, osiągając ponad 70% usuwania BZT/CO₂ w ciągu 28 dni, zgodnie z testami OECD 301.

Dlaczego glikol etylenowy stosuje się w płynie niezamarzającym do samochodów, skoro jest tak toksyczny?

EG to najlepsze połączenie niskiego kosztu, niskiej lepkości, wysokiej temperatury wrzenia i dobrych-właściwości w zakresie przenoszenia ciepła. Systemy motoryzacyjne projektuje się jako obieg zamknięty, w którym należy prawidłowo usuwać odpady, ale rozlane ciecze i niewłaściwa utylizacja stwarzają ciągłe zagrożenie dla środowiska i bezpieczeństwa, co jest jednym z powodów, dla których PG jest coraz częściej stosowany w-obchodzeniu się z żywnością i zastosowaniach wrażliwych dla środowiska.

Czy można mieszać glikol propylenowy i glikol etylenowy?

Są chemicznie mieszalne, ale mieszanie ich nie jest dobrym pomysłem. Mieszanka nie kwalifikowałaby się do certyfikacji-dopuszczonej do kontaktu z żywnością, a toksyczność mieszanki jest zdominowana przez składnik EG. Nie ma powodu przemysłowego, aby je łączyć.

Który glikol ma niższą temperaturę zamarzania?

PG, bardzo. Temperatura zamarzania PG wynosi -59 stopni w porównaniu z -12,9 stopnia w przypadku czystego EG. Mieszanki wody EG mogą osiągać niższe temperatury zamarzania (do około -50 stopni przy około 60% EG), ale wymaga to dokładnej kontroli proporcji i weryfikacji punktu zamarzania.

Jakiego gatunku glikolu propylenowego powinienem używać do zastosowań spożywczych?

Klasa USP (Farmakopea Stanów Zjednoczonych) lub klasa FCC (Kodeks substancji chemicznych do żywności). Obydwa spełniają rygorystyczne limity dotyczące metali ciężkich, pozostałości rozpuszczalników i skażenia mikrobiologicznego.

Jakiego gatunku glikolu etylenowego należy używać do chłodziw przemysłowych?

Przemysłowy-MEG (o czystości co najmniej 99,5%) do-przemysłowych systemów przesyłania ciepła-z zamkniętą pętlą lub-klasa przeciw zamarzaniu EG z wstępnie-mieszanką-pakietu inhibitorów korozji do prac motoryzacyjnych.

Czy ten artykuł zastępuje kartę charakterystyki dostawcy?

Nie. Podane tutaj liczby pochodzą z publicznie dostępnych źródeł regulacyjnych i mają na celu ogólne porównanie, a nie-zastąpienie karty charakterystyki dostarczonej przez dostawcę. Zawsze sprawdzaj aktualną kartę charakterystyki konkretnego produktu i gatunku przed obsługą, przechowywaniem lub utylizacją któregokolwiek związku.

11. Wniosek

PG i EG są chemicznie podobnymi diolami, mają jednak różne zastosowania i nie należy ich traktować jako wymienne. PG jest powszechnie wybierany do zastosowań obejmujących potencjalny kontakt z człowiekiem lub środowiskiem, w tym do żywności, farmaceutyków, kosmetyków, systemów wody pitnej i odladzania. EG jest szeroko stosowany w środkach przeciw zamarzaniu, przy produkcji poliestrów i w przemysłowych-przenikach ciepła, gdzie jego toksyczność można kontrolować poprzez odpowiednie obchodzenie się z nim i środki bezpieczeństwa.

Wybór pomiędzy PG i EG zależy głównie od zastosowania, wymagań bezpieczeństwa, wymagań wydajnościowych i całkowitego kosztu. W zastosowaniach, w których głównym problemem jest toksyczność, preferowaną opcją jest PG. W zastosowaniach przemysłowych, gdzie najważniejsze są wydajność i koszt, często bardziej odpowiedni jest EG.