دی اتیلن گلیکول چیست؟ کاربرد، مزایا و معایب
دی اتیلن گلیکول (DEG) یک ترکیب آلی است که به صورت گسترده به عنوان یک حلال واکنشی و در ساخت پلاستیک و سایر محصولات استفاده می شود. تهیه دی اتیلن گلیکول مستلزم هیدرولیز جزئی اکسید اتیلن است که مقادیر متفاوتی از DEG و سایر گلیکول ها را تولید می کند.
دی اتیلن گلیکول یک ماده بسیار سمی است به همین دلیل ایالات متحد اجازه استفاده از مقدار کمی از آن را به عنوان یک افزودنی غذایی در مواد غذایی آماده می دهد.
این ترکیب همچنین با نام‌های DEG، ۲،۲-اکسی دی اتانول و گلیکول اتر دی گلیکول شناخته می شود. دی اتیل گلیکول مایعی شفاف، بی رنگ و بی بو با فرمول C4H10O3 است که در آب و بسیاری از ترکیبات آلی محلول است و خاصیت جاذب رطوبت دارد که آن را به یک ماده شیمیایی صنعتی مفید تبدیل می کند. برای کسب اطلاعات بیشتر در رابطه با این ترکیب شیمیایی در ادامه مقاله با ما در نشریه جهان شیمی فیزیک همراه باشید.
روش تولید دی اتیلن گلیکول
دی اتیلن گلیکول قبلا به وسیله هیدرولیز اکسید اتیلن (EO) و توسط اتیلن کلروهیدرین تولید می شد اما در حال حاضر این روش با یک مسیر اکسیداسیون مستقیم جایگزین شده است.
در این واکنش شیمیایی اکسید اتیلن ابتدا با اکسیداسیون اتیلن با حضور اکسیژن یا هوا و یک کاتالیزور مانند اکسید نقره تولید می شود. در مرحله بعد با هیدرولیز اکسید اتیلن تحت فشار آب یک مخلوط اتیلن گلایکول خام ایجاد می شود که شامل دی اتیلن گلیکول، مونواتیلن گلیکول و تری اتیلن گلیکول به عنوان محصولات مشترک است.
مخلوط آب و گلیکول به اواپراتورها فرستاده می شود که در آنجا آب بازیافت می شود. برای جداسازی مونواتیلن گلیکول از دی اتیلن و تری اتیلن گلیکول از تقطیر جزء به جزء تحت خلاء استفاده می شود.
در یک فرآیند کاتالیزوری دیگر از یک کاتالیزور مبتنی بر فسفر برای تبدیل اکسید اتیلن به مونواتیلن گلیکول (MEG) استفاده می شود که محصول جانبی آن بسیار کم است.
تولید کنندگان دی اتیلن گلیکول
یک فناوری ترکیبی EO/MEG به عنوان فرآیند یکپارچه امگا ادعا می کند که دارای گزینش پذیری بیش از ۹۹ درصد در مقایسه با ۹۰ درصد برای فرآیندهای معمولی و غیر کاتالیزوری است. ادعا می شود که این روش که به دلیل حذف تجهیزات تصفیه و جابجایی محصولات جانبی، هزینه سرمایه کمتری دارد در نتیجه هزینه‌های عملیاتی نیز کاهش می یابد زیرا هزینه های آب و تصفیه آب بسیار کمتر می شود. اولین کارخانه ای که از فرآیند امگا استفاده می کند، واحد ۴۰۰۰۰۰ تنی Lotte Daesan در کره است که در می ۲۰۰۸ راه اندازی شد.
در چین، گروه شیمیایی زغال سنگ هنان و صنعت شیمیایی Tongliao Jinmei به طور مشترک در حال توسعه فرآیند زغال سنگ به MEG هستند. این فناوری جدید MEG یک انحراف کامل از مسیر متداول مبتنی بر اتیلن است. اعتقاد بر این است که آماده سازی اولیه دی متیل اگزالات از طریق اکسیداسیون CO با متیل نیتریت و سپس هیدروژنولیز دی متیل اگزالات به MEG است. در مرحله آخر، متانول آزاد شده و بازیافت می شود تا متیل نیتریت اضافی با واکنش با اکسید نیتریک و اکسیژن تولید شود.
ساختار اتیلن گلیکول
- ساده ترین عضو خانواده ترکیبات آلی گلیکول.
- مایع شفاف سفید مایل به آب، کمی شیرین و کمی چسبناک.
- اتیلن گلیکول تمیز در دمای ۱۹۸ درجه سانتی گراد می جوشد و در ۵۲- درجه سانتی گراد وقتی با ۲۸ درصد آب مخلوط می شود یخ می زند.
- جذب رطوبت و قابل اختلاط با آب در تمام نسبت ها.
- به آسانی زیست تخریب پذیر است و زیست انباشته نمی شود.
- غلظت بالای ۲۲% v/v در آب یک عملکرد بیوستاتیک را ارائه می دهد.
مزایای کلیدی دی اتیلن گلیکول
بهترین میزان انتقال حرارت را در بین همه گلیکول ها دارد و اغلب به همین دلیل بیشتر از پروپیلن گلیکول مورد استفاده قرار می گیرد.
ویسکوزیته آن بطور قابل توجهی کمتر از پروپیلن گلیکول، به ویژه در دماهای زیر صفر دارد. سیالات با ویسکوزیته بالاتر به انرژی پمپاژ بیشتری نیاز دارند و بنابراین هزینه بیشتری برای کار کردن نیاز دارند.
در مقایسه با پروپیلن گلیکول، درصد کمتری از اتیلن گلیکول در هنگام مخلوط شدن با آب برای دستیابی به همان حفاظت در نقطه انجماد مورد نیاز است.
در حجم های بسیار بزرگ تر از پروپیلن و سایر گلیکول ها تولید می‌شود و همچنین هزینه تولید معمولا پایین تر و در دسترس بودن آن نیز قابل اطمینان است.
معایب دی اتیلن گلیکول
معایب اصلی مرتبط با اتیلن گلیکول سمی بودن آن برای انسان و حیوانات است. در حالی که اکثریت قریب به اتفاق برگه های اطلاعات ایمنی اتیلن گلیکول را (فقط) «مضر» اعلام می‌کنند، شواهد زیادی وجود دارد که تایید می کند مقادیر نسبتا کم آن نیز می‌تواند، کشنده باشد. در ایالات متحده موضوع مسمومیت با اتیلن گلیکول اخیرا در سنای ایالات متحده مورد بحث قرار گرفته است.
تا سال ۲۰۱۰ پروپیلن گلیکول نیز به عنوان یک ماده غیر سمی طبقه بندی می شد که دیگر این طور نیست. این ترکیب تمایل طبیعی به تجزیه در حضور اکسیژن دارد. در طی تجزیه چندین اسید توسط محصولات تشکیل می شود که شامل اسیدهای گلیکولیک، فرمیک، استیک و اگزالیک است. این اسیدها به سرعت فولاد کربنی و سایر فلزات را دچار خوردگی می کنند مگر اینکه اقدامات مناسب برای جلوگیری از آن انجام شود.
به طور مشخص تنها راه حل به حداقل رساندن دسترسی به اکسیژن، بافر pH توسط محصولات و پیشگیری از خوردگی فعال از طریق بازدارنده ها است.
به دلیل سمی بودن دی اتیلن گلیکول، مصرف آن در غذا یا دارو ممنوع است. اما به دلیل حلالیت آن، برخی سازندگان دارو به طور نامناسبی آن را جایگزین مواد غیر سمی مانند گلیسیرین در داروهایی مانند شربت های سرفه و استامینوفن کرده اند. در طول سال‌ها، بیش از ده ها مورد از مسمومیت های گسترده انسان با نرخ بالای مرگ و میر ناشی از مصرف داروهای آلوده وجود داشته است.
نارسایی حاد کلیه علت شماره یک مرگ در موارد مسمومیت است و بین ۸ تا ۲۴ ساعت پس از قرار گرفتن در معرض دوزهای کشنده DEG شروع می شود. بر اساس مقاله ای که توسط ویلیام ام اسنلینگز و همکارانش نوشته شد اگر افراد تحت درمان قرار نگیرند، علائم طی دو تا هفت روز به نارسایی چند عضوی تبدیل می شود.
عوارض جانبی مسمومیت با DEG عبارتند از:
- درد شکم
- آسیب حاد کلیه
- تغییر وضعیت روانی
- بیماری و آسیب مغزی
- نارسایی قلبی – تنفسی
- کما
- تشنج
- مرگ
- خواب آلودگی
- ادرار بیش از حد (پلی یوری) و به دنبال آن برون ده ادرار کم (الیگوری)
- هپاتیت
- افزایش سطح کراتینین خون
- نارسایی چند عضوی
- حالت تهوع
- پانکراتیت
- استفراغ
دی اتیلن گلیکول چگونه ذخیره و توزیع می شود
این ترکیب را می توان در فولاد ضد زنگ، آلومینیوم یا ظرف های آستردار، تانک یا کامیون های تانک ذخیره کرد. برای حمل و نقل در جاده، راه آهن، هوایی یا دریایی مقرراتی تنظیم نشده است اما به عنوان یک ماده سمی و مضر طبقه بندی می شود و در صورت بلعیدن می تواند کشنده باشد.
کاربرد دی اتیلن گلیکول
این ترکیب کاربردهای مختلفی در صنعت دارد. صنعت تنباکو از خواص رطوبت گیری آن استفاده می کند و از آن به عنوان مرطوب کننده در تولید تنباکو استفاده می کند. همین خاصیت آن را در تصفیه کاغذ، چوب پنبه، چسب و سلفون نیز مفید می‌سازد و به عنوان یک ترکیب رطوبت گیر در صنعت گاز طبیعی استفاده می شود تا آب را از خطوط لوله گاز خارج کند.
واسطه شیمیایی
دی اتیلن گلیکول همچنین به عنوان یک واسطه شیمیایی در ساخت رزین های پلی استر غیر اشباع، نرم کننده ها، رزین های آکریلات و متااکریلات و یورتان ها استفاده می شود. در ایالات متحده و اروپای غربی ۵۱٪ از DEG به این روش مصرف می شود.
با این حال، در ژاپن بیشتر به عنوان کمک آسیاب سیمان استفاده می شود. همچنین می توان از آن در استخراج حلال نفتی استفاده کرد و در جوهر چاپ و ترکیبات اتصال خشک دیوار یافت می شود.
این ترکیب در حال حاضر در برخی از کاربردها توسط تری اتیلن گلیکول جایگزین شده است زیرا سمیت کمتر تری اتیلن گلیکول آن را برای تولید کنندگان جذاب تر کرده است.
کاربرد صنعتی
دی اتیلن گلیکول یک ترکیب صنعتی مفید است که در بسیاری از محصولات مصرفی نیز یافت می شود. به عنوان مثال می توان به ضد یخ، مایعات ترمز هیدرولیک، برخی جوهرهای لنت تمبر، خودکارهای توپی، حلال ها، رنگ ها، پلاستیک ها، فیلم ها و لوازم آرایشی اشاره کرد. همچنین می تواند یک ماده دارویی باشد. این ترکیب به عنوان حلال در رنگرزی و چاپ پارچه و به عنوان خشک کننده نیز کاربرد دارد.
محصولات مراقبت شخصی
این ترکیب در فرمولاسیون کرم های پوست، لوسیون ها و دئودورانت ها استفاده می شود.
عوارض و اثرات جانبی دی اتیلن گلیکول
دی اتیلن گلیکول طعم شیرینی دارد و اغلب به صورت تصادفی یا عمدی خورده می شود. این ماده در بدن به ترکیبات سمی تجزیه می شود. دی اتیلن گلیکول و محصولات جانبی سمی آن ابتدا سیستم عصبی مرکزی (CNS)، سپس قلب و در نهایت کلیه ها را تحت تأثیر قرار می دهند. مصرف مقدار زیادی از آن می تواند باعث مرگ شود.
روش های قرار گرفتن در معرض
اتیلن گلیکول می تواند به صورت اسپری مایع (آئروسل)، بخار یا مه در هوای داخل خانه و محیط بیرون آزاد شود. می تواند آب و غذا را آلوده کند. اگر اتیلن گلیکول به صورت اسپری مایع (آئروسل) یا غبار آزاد شود، ممکن است محصولات کشاورزی را آلوده کند. ولی بخار آن بعید است که محصولات کشاورزی را آلوده کند.
سمیت سیستمیک اتیلن گلیکول می تواند از طریق بلع رخ دهد. تنفس بخارات آن ممکن است چشم ها و ریه ها را تحریک کند اما بعید است که باعث سمیت سیستمیک شود. این ترکیب از طریق پوست جذب نمی شود، بنابراین سمیت سیستمیک آن بعید است. قرار گرفتن در معرض آن از طریق چشم ممکن است منجر به اثرات نامطلوب بهداشتی موضعی شود، اما بعید است که منجر به سمیت سیستمیک شود.
خطرات شیمیایی دی اتیلن گلیکول
این ماده با اکسیدان ها و اسیدهای قوی واکنش می دهد. این ترکیب قابل احتراق است و باید با استفاده از ماده ای مناسب آن را خاموش کنید. فوم الکلی، مواد شیمیایی خشک یا دی اکسید کربن مواد مناسبی هستند. آب روان حاصل را از فاضلاب و منابع آب دور نگه دارید.
بخارات دی اتیل گلیکول سنگین تر از هوا هستند و در مناطق با تهویه ضعیف، کم ارتفاع یا محدود (مانند فاضلاب، زیرزمین و مخازن) جمع می شوند. مقادیر خطرناک آن می تواند به سرعت در مناطق محصور، با تهویه ضعیف یا کم ارتفاع ایجاد شود.
هنگام کار کردن با این ترکیبات لباس و تجهیزات محافظ سطح A بپوشید، از ماسک تنفسی استفاده کنید. از دستکش مقاوم در برابر مواد شیمیایی استفاده کنید.
از چکمه های مقاوم در برابر مواد شیمیایی که قسمت های پنجه و ساق پا را کاملا پوشانده باشد، استفاده کنید.تمام منابع احتراق را دور کنید و به مواد ریخته شده دست نزنید و فاصله خود را حفظ کنید. منطقه خطر را ایزوله کنید و از ورود پرسنل محافظت نشده جلوگیری کنید. منطقه را تهویه کنید و از تنفس بخار خودداری کنید.
تشخیص و آنالیز دی اتیل گلیکول
برخی از آزمایشگاه ها وجود دی اتیلن گلیکول را در محصولات مصرفی، مواد تشکیل دهنده و مواد اولیه تشخیص می دهند. دی اتیلن گلیکول (DEG) به عنوان جایگزینی برای گلیسیرین (گلیسیرین) در خمیر دندان (خمیر دندان)، شربت سرفه و سایر محصولات مصرفی تولید شده و به عنوان مارک های دارای برچسب خصوصی یا محصولات تقلبی به بازارهای مصرف جهانی صادر می شود.
آزمایشگاه ها محصولات و مواد خام را از نظر وجود DEG و سایر ترکیبات شیمیایی غربال می کنند تا مقادیر کم آن را دریابی کنند. بررسی خمیر دندان از نظر وجود دی اتیلن گلیکول و ماده مرتبط با سمیت مشابه مانند اتیلن گلیکول در سطوح ۵۰۰ میکروگرم بر گرم و بالاتر با استفاده از کروماتوگرافی گازی/ طیف سنجی جرمی انجام می شود. نمونه ها با استفاده از مخلوط استونیتریل/ آب استخراج می شوند. سپس عصاره برای حذف جامدات سانتریفیوژ می شود و بخشی از مایع رویی روی یک ستون GC قطبی آنالیز می شود.
فروش دی اتیلن گلیکول
بخش نرم کننده سهم عمده ای را در بازار دی اتیلن گلیکول در سال ۲۰۲۰ به خود اختصاص داد. DEG به طور گسترده در صنعت پلاستیک به عنوان ماده خام در تولید نرم کننده برای کاغذ، چوب پنبه، اسفنج های مصنوعی و PVC قابل انعطاف استفاده می شود.
پی وی سی انعطاف پذیر عمدتا در لوله، کفپوش، پوشش دیوار، دستمال، فیلم چسب، آستر استخر، سیم های اکسترود شده، خودرو، منسوجات با پوشش چرم مصنوعی و دستگاه های پزشکی کاربرد دارد.
قیمت دی اتیلن گلیکول
افزایش تقاضا برای مواد PVC سبک وزن در صنایع مختلف مصرف نهایی و افزایش طول عمر در مقایسه با PVC معمولی، تقاضا برای PVC انعطاف پذیر را افزایش می دهد. علاوه بر این، جمعیت رو به رشد و افزایش استاندارد زندگی نیز باعث افزایش تقاضا برای مواد PVC انعطاف پذیر در کاربردهای مختلف ساخت و ساز و خودرو می شود. بنابراین افزایش مصرف PVC انعطاف پذیر باعث افزایش تقاضا برای این ترکیب و تاحدودی افزایش قیمت آن شده است.
صادرات دی اتیلن گلیکول
دی اتیلن گلیکول یک ترکیب پرکاربرد است که در داخل کشور نیز تولید می شود و به سایر کشورها صادر می شود. انواع وادارتی این ترکیب نیز در داخل کشور مصارف مختلفی دارد.
