اتیلن گلایکول چیست و از کاربرد و ویژگی های آن چه می دانید؟

اتیلن گلایکول یک ترکیب شیمیایی است که عمدتاً در تولیدات صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد و به عنوان ۱،۲-اتان دیول نیز شناخته می شود. اتیلن گلیکول یک مایع بی بو، بی رنگ و چسبناک است که طعم شیرینی دارد و مونو اتیلن گلیکول نیز نامیده می شود.

این ترکیب اولین بار در سال ۱۸۵۶ توسط آدولف ورتز شیمیدان فرانسوی آلزاسی کشف شد و به همین دلیل مجسمه ای از او در استراسبورگ وجود دارد. او از طرفداران بزرگ نظریه اتمی بود.

او ۱،۲-دی یدواتان (به طور غیرمستقیم از اتن مشتق شده است) را در یک واکنش استریفیکاسیون با اتانوات نقره (استات) و سپس هیدرولیز با هیدروکسید پتاسیم به اتیلن گلیکول تبدیل کرد. در ادامه مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک توضیحات بیشتری در این رابطه ارائه می گردد لطفا همراه ما باشید.

نام دیگر اتیلن گلایکول و مشخصات آن

نام های رایج این ترکیب شامل مونواتیلن گلیکول، ۱،۲-اتان دیول و اتیلن گلیکول است

اتیلن گلیکول در دمای اتاق ویسکوز است و در تمام نسبت ها در آب قابل اختلاط است.

• فرمول C ۲H6O2
• نقطه ذوب: ۱۲۰ درجه سانتی گراد
• دمای خود اشتعالی: ۴۰۴ درجه سانتی گراد
• نقطه ذوب: -۱۳ درجه سانتی گراد
• نقطه جوش: ۱۹۷.۶ درجه سانتی گراد
• محدوده اشتعال پذیری (حجم): ۳.۲ الی ۱۵.۳

امروزه در تولیدات تجاری بیشتر تمایل به استفاده از فرآیندهایی هست که شامل هیدراتاسیون اکسید اتیلن است، یک ماده شیمیایی که به راحتی در دسترس است و از اتن به دست می آید. اتن که به نوبه خود از طریق کراکینگ آلکان ها به دست می آید. این روند به کشفی برمی گردد که ورتز در سال ۱۸۵۹ گزارش داده است.

روش های تولید اتیلن گلایکول

از طریق اکسید اتیلن

این ترکیب از اکسید اتیلن به عنوان واسطه تولید می شود. اکسید اتیلن با آب واکنش می دهد و اتیلن گلیکول را مطابق معادله شیمیایی  زیر تولید می کند:

 

C2H4O + H2O → HO–CH2CH2 –OH

این واکنش می تواند توسط اسیدها یا بازها کاتالیز شود یا می تواند در pH خنثی در دمای بالا انجام شود. بیشترین بازده آن در pH اسیدی یا خنثی با مقدار زیادی آب به دست می آید. تحت این شرایط می توان اتیلن گلیکول ۹۰ درصد را به دست آورد.

در طی این فرآیند برخی از محصولات جانبی تشکیل می شوند که شامل دی اتیلن گلیکول (DEG) و تری اتیلن گلیکول (TEG) است که از طریق تقطیر جداسازی می شوند.

عمده ترین کاربردهای این ترکیب شیمیایی به عنوان ضد یخ است که بیش از ۵۰ درصد از مصارف تجاری آن را به خود اختصاص می دهد و به عنوان ماده خام در تولید الیاف پلی استر و پلاستیک استفاده می شود،عمدتا PET که ۴۰ درصد از کل مصرف آن را تشکیل می دهد. از آنجایی که این ماده به صورت ارزان در دسترس است، کاربردهای خاص زیادی دارد.

از طریق اتیلن

این ترکیب با هیدروکسیلاسیون اتیلن نیز تولید می شود. هنگامی که اتیلن با معرف بایر (محلول قلیایی رقیق سرد پرمنگنات پتاسیم) مخلوط می شود هیدروکسیلاسیون در هر دو اتم کربن انجام می شود.

از طریق استرهای اگزالیک

استرهای اگزالیک طی کاهش با سدیم و الکل این ترکیب را تشکیل می دهند.

ساختار شیمیایی اتیلن گلایکول

ساختار شیمیایی یک مولکول شامل آرایش اتم ها و پیوندهای شیمیایی است که اتم ها را در کنار هم نگه می دارد. مولکول اتیلن گلیکول در مجموع شامل ۹ پیوند است، ۳ پیوند غیر هیدروژنی، ۱ پیوند قابل چرخش، ۲ گروه هیدروکسیل و ۲ الکل اولیه.

ساختار شیمیایی دوبعدی آن را فرمول اسکلتی نیز می ‌نامند که نماد استاندارد برای مولکول‌ های آلی است. اتم ‌های کربن در ساختار شیمیایی این ماده به طور ضمنی در گوشه یا گوشه‌ها قرار دارند و اتم‌ های هیدروژن متصل به اتم‌ های کربن نشان داده نمی‌شوند – هر اتم کربن به اندازه کافی با اتم‌ های هیدروژن در ارتباط است تا اتم کربن را با آن تامین کند.

ساختار شیمیایی سه بعدی این ترکیب بر اساس مدل توپ و چوب است که هم موقعیت سه بعدی اتم ها و هم پیوندهای بین آنها را نشان می دهد. بنابراین شعاع کره‌ها از طول میله ‌ها کوچک ‌تر است تا دید واضح‌ تری از اتم‌ ها و پیوندها در سراسر مدل ساختار شیمیایی ارائه شود.

اتیلن گلیکول به شدت در معرض خوردگی است. بیشتر خوردگی ها به دلیل تجزیه به اسیدهای آلی (مانند اسید گلیکولیک) در دماهای بالاتر است. احتمال می رود که خوردگی آلیاژ آلومینیوم در حضور این ماده در نتیجه حمله اسیدی باشد.

ناخالصی های موجود در اتیلن گلیکول نیز فرآیند خوردگی را تسریع می کند. فرآیند خوردگی منجر به گرفتگی لوله ها، پمپ ها و شیرالات می شود که باعث کاهش راندمان سیستم می شود. مشکلات خوردگی با افزودن بازدارنده ها به حداقل می رسد یا از بین می رود.

کاربرد اتیلن گلایکول

ضد یخ

رایج ترین کاربرد این ترکیب در فرمولاسیون ضد یخ است. به این صورت که می تواند با پیوندهای هیدروژنی موجود در آب تداخل کند و اتصال مولکول های آب را به یکدیگر دشوار کند. این کار از تشکیل کریستال های یخ جلوگیری می کند و به نوبه خود نقطه انجماد آب را کاهش می دهد. به همین دلیل است که درفصل زمستان ضد یخ از یخ زدن خودروی شما جلوگیری می کند.

این ویژگی ها همچنین آن را به مایع یخ زدایی ایده ال برای شیشه جلو ماشین ها و حتی هواپیما تبدیل می کند. توانایی آن در پایین آوردن نقطه انجماد آب نیز در مخلوط های درون شیشه برای نگهداری نمونه مفید است و همچنین می تواند به منجمد کردن یک نمونه بیولوژیکی کمک کند تا آن را برای مدت طولانی تری حفظ کند.

در حالی که این ترکیب یک عامل ضد یخ بسیار موثر است اما در صورت مصرف بسیار سمی است. طعم شیرین آن خطرناک است زیرا باعث می شود حیوانات خانگی یا بچه ها به صورت تصادفی آن را بخورند. به همین دلیل محلول های ضد یخ جدید غیرسمی معرفی شدند در این نوع ضد یخ از پروپیلن گلیکول استفاده می شود.

تولید پلیمر

این ماده همچنین کاربرد عمده ای در ساخت پلیمرها یعنی پلی اتیلن ترفتالات (PET) دارد. این ترکیب نقش مهمی در تولید پلی اتیلن گلیکول PEG دارد وقتی که با اکسید اتیلن واکنش می دهد. هنگامی که این واکنش کاتالیز شود اتیلن گلیکول پلیمریزه و انواع محصولات PEG تولید می شود. برای تولید PET، اتیلن گلیکول با اسید ترفتالیک در حضور کاتالیزورهای شیمیایی گرم می شود که نتیجه نهایی PET است.

PET یکی از رایج ترین پلاستیک ها است که در انواع کیسه های مواد غذایی و بطری های پلاستیکی گرفته تا پتوهای فضایی و سیلندرهای گاز استفاده می شود. معمولا از ظروف پلاستیکی برای نگهداری مواد شیمیایی استفاده می شود. دلیل استفاده از آنها این است که خواص متنوع آنها باعث سازگاری با طیف وسیعی از اسیدها و بازها می شود.

خشک کننده

خواص رطوبت گیری این ماده و همچنین نقطه جوش بالا این ماده را به یک عامل خشک کننده ایده ال تبدیل می کند. در صنعت گاز طبیعی آب گیری گلیکول (glycol dehydration) سیستمی است که قبل از استفاده تجاری از یک ماده خشک کننده مایع مانند اتیلن گلیکول برای حذف بخار آب از گاز طبیعی استفاده می کنند.

این فرایند مهم است زیرا هنگامی که گاز از یک مخزن زیر زمینی تولید می شود گاز طبیعی کاملا با بخار آب اشباع می شود این مسئله می تواند مشکلات زیادی را در صورت عدم حذف بخار آب ایجاد کند بنابراین استفاده از گلیکول دهیدراته بسیار مهم است.

در این فرایند از گلیکول های مختلف استفاده می شود. در حالی که تری اتیلن گلیکول معمولا برای آبگیری گاز استفاده می شود، در واحد های تبرید برای کاهش دمای هیدرات استفاده می شود.

سایر کاربردهای اتیلن گلایکول

این ماده شیمیایی کاربردهای متنوعی دارد که در بسیاری از صنایع نقش کلیدی دارد. اتیلن گلیکول همچنین در موارد زیر استفاده می شود:

فایبر گلاس

این ترکیب در ساخت فایبرگلاس مورد استفاده قرار می گیرد که در مواردی مانند جت اسکی، توپ های بولینگ، مخازن ذخیره سازی و وان حمام استفاده می شود.

تیمار چوب

این ماده شیمیایی برای محافظت و پیشگیری از پوسیدگی یا قارچ در چوب استفاده می شود. این مزیت به ویژه برای موزه هایی که در آن اشیا چوبی و نیمه پوسیده نمایش داده می شود، مفید است.

ساخت جوهر

این ترکیب به افزایش ویسکوزیته و کاهش فراریت جوهر کمک می کند.

مواد منفجره

اتیلن گلیکول دی نیترات برای تولید دینامیت استفاده می شود که می تواند در هوای سرد نیز مورد استفاده قرار می گیرد و این کار را با کاهش انجماد نیتروگلیسیرین انجام می دهد.

در چه مواردی نباید از اتیلن گلایکول استفاده کرد؟

• کاربردهای آئروسل مانند مه سالن، اسپری کتانی، اسپری فلفل، ضدعفونی کننده هوا
• سوخت هایی که برای گرم کردن غذاها استفاده می شود و ضد یخ برای استفاده در معابر و عابر پیاده
• برای تولید یخ زدا یا محصولات ضد یخ برای استفاده در هواپیما یا باند فرودگاه

اتیلن گلیکول ضد یخ

این ترکیب با شبکه پیوند هیدروژنی در آب خالص تداخل دارد. آب در دمای ۰ درجه سانتی گراد و اتیلن گلیکول خالص در دمای ۱۲- درجه سانتی گراد منجمد می شود، اما مخلوطی از این دو در دمای بسیار پایین تر یخ می زند – کمترین دما به ۵۵- درجه سانتی گراد در مخلوط های حاوی ۷۰٪ اتیلن گلیکول می رسد.

این بدان معنی است که اگر چنین مخلوطی در سیستم خنک کننده خودرو استفاده شود، حتی در دمای بسیار سرد زمستانی نیز این مخلوط جامد نخواهد شد. این خاصیت همچنین در یخ زدایی مایع روی شیشه جلو یا سطوح بیرونی هواپیما کاربرد دارد.

مخلوط اتیلن گلیکول و آب

مخلوط اتیلن گلیکول و آب را در صنایع شیمیایی به عنوان کنسانتره و محلول گلیکول می شناسند که کاربردهای متعددی دارد. این مخلوط به دلیل نقطه انجماد پایین معمولا به عنوان ضد یخ مورد استفاده قرار می گیرد.

اتیلن گلیکول صنعتی

اتیلن گلیکول صنعتی یکی از گریدهای این ترکیب شیمیایی پرکاربرد است که در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد.

انواع اتیلن گلیکول

مونو اتیلن گلایکول (MEG)، دی اتیلن گلایکول (DEG) و تری اتیلن گلایکول (TEG) انواعی از این ماده شیمیایی هسنند که هریک کاربردها و ویژگی های مختلفی در صنایع دارند.

پلی اتیلن گلیکول

پلی اتیلن گلیکول ترکیبی با فرمول کلی C2nH4n+2On+1 است که در فرمولاسیون محصولات آرایشی- بهداشتی، روغن ها، حامل های رنگ، براق کننده ها، نرم کننده ها و غیره کاربرد دارد.

اتیلن گلیکول الکل است؟

این ماده یک ترکیب آلی پرکاربرد است که در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار می گیرد. شناخته شده ترین کاربرد این ماده به عنوان ضد یخ خودروها است.

ایمنی و خطرات اتیلن گلیکول

هنگام استفاده از ضدیخ خودرو ممکن است فرد از طریق تماس با پوست در معرض اتیلن گلیکول قرار گیرد. به گفته مرکز کنترل بیماری ایالات متحده (CDC) تماس پوست با مقدار بسیار کمی  بر سلامتی شما تاثیر نمی گذارد.

سازمان غذا و داروی ایالات متحده (FDA) این ترکیب را به عنوان یک افزودنی غیرمستقیم غذایی برای استفاده به عنوان جزئی از چسب های مورد استفاده در بسته بندی مواد غذایی تایید کرده است.

مصرف این ترکیب می تواند باعث بیماری جدی شود. اولین علامت مصرف خوراکی آن شبیه احساس ناشی از نوشیدن الکل (اتانول) است. به گفته CDC علائم دیگر ممکن است شامل تهوع، استفراغ، تشنج، بی‌حالی یا بی‌ هوشی باشد. اگر مشکوک به مسمومیت احتمالی هستید، به پزشک مراجعه کنید.

استنشاق در دمای اتاق به دلیل فراریت کم این ماده شیمیایی بعید است اما می تواند زمانی رخ دهد که مایع حرارت داده شود یا در هوا اسپری شود. اتیلن گلیکول برای غشاهای مخاطی یا پوست تحریک کننده خفیف است و به آرامی و بسیار ضعیف از طریق پوست جذب می شود.

این ترکیب به سرعت پس از بلع جذب می شود که خطرناکترین راه قرار گرفتن در معرض آن است. مصرف خوراکی این ماده منجر به مسمومیت سیستمیک می شود که با اثرات CNS شروع می شود، به دنبال آن اثرات قلبی ریوی و در نهایت نارسایی کلیه ایجاد می شود.

نارسایی کلیه شامل اسیدوز و هیپوکلسمی ممکن است به دنبال مصرف این ماده رخ دهد. همچنین اگر مقادیر مصرف آن زیاد باشد باعث آسیب کلیوی، مغز، کبد و عروق خونی می شود که می تواند کشنده باشد.

مصرف اتیلن گلایکول چگونه باعث مسمومیت می شود

با مصرف اخوراکی این ماده کبد توسط آنزیم الکل دهیدروژناز، اتیلن گلیکول را ابتدا به گلیکوآلدئید و سپس به مولکول های سمی دیگر تبدیل می کند. در نهایت به عنوان اگزالات کلسیم نامحلول وارد مجرای ادراری می شود که در کلیه ها رسوب می کند و به آنها آسیب می رساند و منجر به نارسایی کلیه می شود. اسید متانوئیک (فرمیک) نیز تولید می شود که می تواند باعث نابینایی شود.

درمان سنتی مسمومیت  شامل استفاده از اتانول است که برای منحرف کردن آنزیم (به عنوان یک سوبسترای رقابتی الکل دهیدروژناز) و همودیالیز که متابولیت های سمی را از خون حذف می کند، رقابت می کند.

یک مهارکننده جدید الکل دهیدروژناز، فومپیزول (با نام تجاری آنتی ‌زول است) که در سال ۱۹۹۷ برای درمان مسمومیت در بیماران در رده سنی ۱۲ سال تایید شد. همچنین با موفقیت برای کودکان کوچک تر نیز استفاده شده است.