Гликоль и область его применения
Изобрел вещество французский химик Шарль Вюрц, сделавший ряд открытий в сфере неорганической химии. В наши дни работа множества механизмов и видов оборудования функционирует с помощью составов, открытых ученым.
Гликоль был получен сложным методом на основе предварительных испытаний Уильямса и Бертло. В результате появился двухатомный спирт с отличными физическими свойствами: он отличался высокой температурой кипения, а замерзал при –65 градусах Цельсия. Промышленное производство гликоля началось в первой половине прошлого века с применения в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания, а также в холодильных установках.
Уникальность вещества заключается в низкой себестоимости изготовления. Его получают методом гидрации окиси этилена, поэтому он дешевый, но относится к токсичным материалам. Особенно опасна жидкость для здоровья человека, при ее попадании в организм возникают неизлечимые заболевания или летальный исход.
Использование в качестве теплоносителя
Гликоль в сравнении с водой оказывает меньшее коррозионное воздействие на металл. В промышленности его применяют с различными добавками. Без присадок охладительный контур быстро загрязняется, внутри появляются пробки, что ведет к поломкам оборудования. Самым распространенным является раствор гликоля (40 %) с антикоррозионными веществами — ингибиторами. Такая смесь отличается уникальной стойкостью к образованию ржавчины. Гликолевый раствор с дистиллированной водой и карбоновыми кислотами прослужит больше 10 лет, находясь в закрытом контуре отопительной или охлаждающей сети.
Купить качественный гликоль в качестве теплоносителя можно для исключения появления паровых пробок в системе и уменьшения явления кавитации. В процессе эксплуатации уменьшается эрозия радиатора и металла трубок, увеличивается рабочий ресурс оборудования.
Основные промышленные отрасли, где используется вещество:
Типы гликоля
Существует несколько основных видов материала, который востребован в качестве теплоносителя, — это этиленгликоль, монопропилен и пропиленгликоль. Первый тип растворяют водой и используют в отопительных контурах. Монопропилен применяют в изготовлении тормозных жидкостей, алкидных и полиэфирных смол, шампуней, кремов, паст и пр. Пропиленгликоль обладает более низкими теплофизическими свойствами, но безопасен для здоровья человека, поэтому рекомендован для использования в пищевой промышленности.
Гликоли
Гликоли – органическое соединение с двумя гидроксильными группами ОН. Альтернативное название – двухатомные спирты или диолы. Общая формула вещества – CnH2n(OH)2. Простейший представитель класса двухатомных спиртов – этиленгликоль, молекула которого имеет структурную формулу НО−СН2−СН2−ОН.
Первооткрыватель класса диолов – французский ученый Шарль Вюрц, который внес большой вклад в органическую химию.
Впервые гликоли синтезировали сложным методом ученые Уильямс и Берло. Результатом их исследований стало появление двухатомного спирта с высокими эксплуатационными характеристиками. Жидкость с высокой температурой кипения и низкой температурой кристаллизации нашла применение в промышленности. С момента открытия гликоли активно используются в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания, холодильных установках и климатическом оборудовании.
Физические и химические свойства гликолей
Низшие двухатомные спирты (этиленгликоль и пропиленгликоль) – это бесцветные прозрачные жидкости. Наличие полярных гидроксильных групп влияет на физические характеристики вещества – высокую плотность, вязкость и теплопроводность.
Пропилен- и этиленгликоль хорошо растворяются в воде и органических растворителях – карбоновых кислотах, кетонах, аминах, спиртах. Низшие гликоли используются в качестве растворителей для большинства органических соединений кроме высших предельных и ароматических углеводородов.
Химические свойства диолов схожи с одноатомными спиртами. При взаимодействии с металлами и их солями образуют алкоголяты, при соединении с кислотами – простые и сложные эфиры. Каждая полярная гидроксильная группа вступает в химическую реакцию независимо друг от друга, что приводит к образованию смеси продуктов.
Получение гликолей
Впервые этиленгликоль был получен путем окисления этилена. Этот способ до сих пор используется в промышленности. Кроме того, для получения двухатомных спиртов также применяют:
Применение гликолей в промышленности
Концентрированный водный раствор гликоля обладает сильной коррозионной активностью. Для защиты элементов инженерных сетей в промышленности гликоли применяются только с пакетом антикоррозионных присадок. Без этого охладительный или отопительный контур оборудования загрязняется продуктами коррозии. Образующиеся внутри пробки ведут к засорам, ухудшению эксплуатационных характеристик и поломкам оборудования.
Самая распространенная концентрация гликоля в водном растворе, при использовании в качестве теплоносителя – 40 %. Испытания показали, что водный раствор двухатомного спирта с добавлением карбоксилатных ингибиторов коррозии сохраняет свои эксплуатационные свойства до 10 лет и более лет.
Использование водных растворов диолов с пакетом противокоррозионных присадок в качестве теплоносителя исключает появление паровых пробок в отопительной системе, уменьшает кавитацию, снижает риск эрозии металла трубок и радиатора. В комплексе это значительно увеличивает эксплуатационный ресурс оборудования.
Водные растворы гликолей с различной концентрацией используются промышленности:
В качестве теплоносителя обычно применяются растворы этиленгликоля (ЭГ, МЭГ), и пропиленгликоля (ПГ).
Гликоли: нефтепродукты в косметике?
Поделиться:
С некоторых пор стало модно придирчиво изучать этикетку с точки зрения натуральности. Не дай бог в составе будет какая-то «синтетика». Однако даже самые натуральные средства могут быть неидеальными. Даже у самых зеленых брендов в числе компонентов бывают «нефтепродукты» — пропилен и бутиленгликоль.
При этом у наиболее принципиальных адептов «натуральности» сразу возникает вопрос: «Ну почему, почему надо все портить химией?». Нужно ли бойкотировать гликоли или все же можно «отступиться от принципов» — читайте в этой статье.
Для чего нужны гликоли
Гликоли — двухатомные спирты, в которых растворяется большинство веществ, а сами они растворяются в воде, что, согласитесь, очень удобно для создания любого вида средства: от мицеллярной воды до маски для волос.
Читайте также:
О косметике и нефти
Читайте также: Пропиленгликоль, бутиленгликоль, пентиленгликоль — вещества, которые чаще всего и успешнее всего используются в качестве экстрагентов для выделения полезных веществ из растительного сырья. А экстракты растений, как вы понимаете, — это «звезды» органической косметики. Всеми любимые полифенолы, антиоксиданты и любые биологически активные вещества из растений необходимо «вытащить», и лучше всего с этой задачей справляются этиловый спирт, глицерин и гликоли.
Однако предпочтение именно гликолям отдали не просто так:
Откуда нелюбовь к гликолям?
Гликоли — это совсем не новая вещь в косметологии, у них длительная история применения и они полностью изучены. Законодательно утверждены нормы введения, которых придерживаются все производители. Почему же потребители все еще стараются избегать таких компонентов?
Основная причина нелюбви — то, что эти ингредиенты производятся из нефти, а именно этого вообще никак не хотят любители «зеленой» косметики. Все мы привыкли связывать продукты нефтепереработки с загрязнением окружающей среды: все эти дымящие заводы, выбросы токсичных отходов в озера и реки, разливы нефти и пр. Такой ингредиент непременно окажет негативное влияние на кожу, ну не может же «спиртовой растворитель», элемент «незамерзайки» для автомобилей, быть полезным для нежной кожи лица. Только натуральное, только природное приносит пользу. В общем-то, логика понятна, но если оценить все трезвым взглядом, здесь не все так однозначно.
Миф 1. Всё из нефти
Нефть — это невозобновляемый ресурс, чтобы ее «создать», потребуются тысячи лет. Но на сегодняшний день это самое дешевое и доступное сырье, поэтому нефть используется везде, человечество пока еще сжигает ее в сумасшедших масштабах, она просто не успевает восстановиться. Тем не менее, благодаря усилиям экологов, в последние 10 лет отношение к нефти стало бережнее — там, где можно ее не использовать, ее не используют.
Замена нефти уже найдена. Собственно, нынешние гликоли получают из растительного сырья, его добывают из растительных масел, на данный момент из кукурузного. Также гликоли могут получать из глицерина, а его в свою очередь — из кокосовых орехов. Правда, сертификата «органик» такие гликоли все равно не получат, поскольку в процессе задействованы генетически модифицированные ферментированные E. coli бактерии. Но для потребителей важно природное сырье, и теперь, пожалуйста, — это оно и есть. Конечно, такое производство дороже, но зато не нефтепереработка.
Правда, есть один подвох. Например, для производства «натуральных» гликолей потребуется больше кукурузных полей и плантаций кокосовых пальм, под которые вырубят часть лесов. Действительно ли такая альтернатива лучше, вопрос философский.
Миф 2. Токсичность и раздражение
Некоторые говорят о том, что пропиленгликоль используется в антифризах, поэтому на лицо «это» наносить нельзя ни в коем случае. Однако пропиленгликоль для косметических целей очищен до 99,5–99,9 % (т. е. вредных примесей там нет вообще). Исследования зафиксировали, что гликоли вызывают раздражение кожи при дозировках 25 % и выше, таких концентраций в косметических продуктах вы не найдете никогда, типичный уровень будет ниже 5 %, что допустимо и безопасно.
Гликоли по косметическим стандартам не содержат канцерогенных, сенсибилизирующих веществ, даже при потреблении внутрь они не представляют серьезной опасности. Так, пропиленгликоль в организме быстро метаболизируется в пировиноградную, уксусную и молочную кислоту, а также пропиональдегид (не накапливается в организме). Даже с большой натяжкой его нельзя назвать токсичным.
Миф 3. Грязное производство
Давайте перестанем мыслить стереотипами. Промышленные процессы в наши дни — это чистое и эффективное производство, даже промежуточные химические вещества по экологическим стандартам должны быть безопасными и экологически чистыми. Гликоли очень быстро разлагаются в почвах и воде, не нарушая экосистем. Время, когда все токсичные отходы сбрасывали в окружающую среду, уже прошло, по крайней мере у основных игроков химической промышленности, таких как BASF и Dow Chemicals, существуют специальные резервуары, где хранятся и перерабатываются без вреда для экологии наиболее вредные элементы.
Нужно понять, что производство есть производство, и выпускает ли завод растительные экстракты с сертификатом «органик» или нефтехимический пропиленгликоль — в любом случае работают машины, а не феи с волшебными палочками. И эти машины требуют места, энергии, топлива, т. е. потребляют ресурсы.
Думаю, идею о том, что гликоли в креме — это монстры, которых стоит избегать всеми силами, стоит как минимум переосмыслить. Найти что-то очень плохое о гликолях довольно сложно, но люди часто настроены против любых ингредиентов, которые ассоциируются с «химией», и хотя иногда это имеет смысл, в случае гликолей такое предубеждение совершенно напрасно.
Формула этиленгликоля: как это вещество изменило нашу жизнь
Утро многих людей начинается похоже: выпиваем бутылку воды, заводим машину, чтобы поехать на работу, сидим в офисе, задумчиво глядя на стену с календарем, где уже отмечены даты отпуска. Но мало кто знает, что ничего этого бы не было, если бы не этиленгликоль (моноэтиленгликоль, или МЭГ), благодаря которому появилась пластиковая тара, антифриз и даже краска для стены. Рассказываем о незаменимых свойствах этиленгликоля и сферах его применения.
Рассказываем, что такое этиленгликоль
Многопрофильное вещество
Этиленгликоль – один из наиболее популярных видов нефтехимического сырья и компонент для многих промышленных продуктов. Это двухатомный спирт, который в очищенном виде выглядит, как бесцветная жидкость без запаха. Вещество достаточно токсично и отнесено к третьему классу опасности по международной классификации.
Но полвека с момента его открытия этиленгликоль фактически «пролежал на полке».
От нефти к «зеленым» технологиям. История создания этиленгликоля
История производства этиленгликоля началась в середине 19 века. Впервые это вещество в 1859 году синтезировал французский химик Шарль Адольф Вюрц. Вначале — из диацетата этиленгликоля, а в год спустя – гидратацией этиленоксида. Но потом еще полвека этиленгликоль не получал широкого распространения.
Наиболее масштабное производство этиленгликоля начала компания Carbide в 1937 году, используя технологию газофазного окисления этилена и этиленоксида. Монополия на такой способ производства сохранялась до 1953 года.
За счет низкой себестоимости и более конкурентного набора свойств к середине 20 века этиленгликоль полностью вытеснил глицерин из промышленного производства динамита, а также из состава охлаждающей жидкости, спрос на которую стремительно рос с развитием машиностроения.
Сейчас этиленгликоль производится в основном путем гидратации (присоединение молекул воды) оксида этилена. В одном из вариантов это происходит при давлении в 10 атмосфер и температуре около 180 градусов в присутствии кислотного катализатора. На выходе получается жидкость, содержащая до 90% чистого этиленгликоля.
Побочные продукты – диэтиленгликоль и триэтиленгликоль – также используются в промышленности, например, в дезинфекторах, системах охлаждения воздуха и при производстве пластификаторов.
Другой вариант синтеза МЭГ – гидратация этилена с участием серной или ортофосфорной кислот при давлении в 1 атмосферу и температуре 50-100 градусов.
На фоне прогнозируемого сокращения добычи углеводородов повышается интерес к экологичным методам выпуска этиленгликоля. Американская компания IPCI нашла новый способ производства многоатомных спиртов из сахаров любого происхождения и уже запустила по этой технологии завод на 10 тыс. тонн продукции в год в Китае.
Запустить заводы по производству этиленгликоля из растительного сырья в середине 2020-ых годов планируется и в Европе.
После отвязки цены на МЭГ от нефтяных котировок, рынок станет прозрачнее, а сферы применения этиленгликоля могут расшириться за счет разработки новых продуктов.
Пластик, антифриз и краски. Где используется этиленгликоль?
Основная часть МЭГ идет на производство полиэтилентерефталата (ПЭТ). Это одна из разновидностей полимеров, продукт поликонденсации этиленгликоля с терефталевой кислотой. ПЭТ применяется для получения синтетических волокон, пленок и пластиковых бутылок.
Именно со сферой ПЭТ связаны позитивные перспективы роста объемов потребления этиленгликоля. Популярность полиэтилентерефталата гарантируют разнообразные потребительские качества: продукция из ПЭТ выдерживает температуры от — 40 градусов до + 70 градусов, ударопрочна и практически не впитывает запахи.
Эксперты уверены, что потребление ПЭТ, а, следовательно, и этиленгликоля будет расти в ближайшие годы, несмотря на запланированное ужесточение в ЕС и некоторых других странах норм использования продукции из полиэтилентерефталата. Тем более что сроки внедрения новых требований существенно сдвинулись вправо из-за ситуации с коронавирусом, которая повысила спрос на одноразовую пластиковую посуду и тару.
Алексей Костин, генеральный директор Центра отраслевых исследований
Хотя ПЭТ незаменим во многих областях, этот продукт из первичного сырья будет замещать его рециркулированная версия из вторсырья. Степень влияния будет зависеть от регулирования в странах потребления ПЭТ, которые могут ввести обязательный норматив на r-PET в волокне или взять на себя какие-либо обязательства в области текстильного бизнеса. Например, установить пошлину на ввоз пряжи, тканей или даже одежды в зависимости от содержания в этих продуктах r-PET.
Еще один крупный сектор применения этиленгликоля в качестве сырья – изготовление охлаждающих жидкостей. Добавленный в воду МЭГ мешает ей замерзнуть в ледяной монолит, что является угрозой для двигателя, и помогает сформировать отдельные ледяные кристаллы, которые не препятствуют запуску мотора.
Благодаря низкой температуре замерзания в смеси с водой, этиленгликоль используются в противообледенительных жидкостях для авиации, которыми самолеты покрывают перед взлетом.
В качестве компонента антифриза МЭГ впервые стали использоваться еще в 1926 году, а более масштабное применение началось незадолго до Второй мировой войны в основном в военной технике.
На тот момент мало кто обращал внимание на главную проблему охлаждающих жидкостей с использованием этиленгликолей – коррозию металла двигателя от соприкосновения с ним.
Во многом это объяснялось тем, что детали были чугунные, а радиаторы – латунные. Но с внедрением автопроизводителями в 1960-ых годах более легких сплавов, в частности, алюминия, пришлось искать ответ на вопрос агрессивного воздействия МЭГ на детали автомобилей. Проблему решили ингибиторы коррозии, которые замедляли окисление этиленгликоля, оберегая двигатель.
Этиленгликоль широко используется при производстве красок как растворитель. В текстильном секторе он применяется для формирования тканей и скручивания нитей, а также как один из главных составляющих красителей для кожи.
Многообещающая динамика
Объемы производства этиленгликоля, которые уже сейчас в мире приближаются к 30 млн. тонн, постоянно увеличиваются.
В Китае к 2020 году их выпуск за последние пять лет вырос на треть, превысив 10 млн. тонн. Еще около 6 млн. тонн производит второй по величине экспортер – Саудовская Аравия.
По прогнозам экспертов, как минимум до 2025 года динамика роста спроса на МЭГ составит 5-6% в год. Россия пока не занимает существенной доли в мировом производстве. В 2020 году внутренние производители (СИБУР, Казаньоргсинтез и Нижнекамскнефтехим) выпустили менее 400 тыс. тонн этиленгликолей, что связано с низкими темпами увеличения спроса внутри страны и высокой конкуренцией на экспорте.
Благодаря возможности разностороннего применения, этиленгликоль стал незаменимым компонентом для многих промышленных отраслей. При этом экономическая эффективность его применения и перспективы дальнейшего развития в качестве экологичного сырья гарантируют МЭГ стабильный спрос еще долгие годы.
Гликоли: нельзя пить, но можно наносить на кожу?
В массовом сознании этиленгликоль и его сопродукты прочно ассоциируются с автомобильными антифризами и сырьем для производства различной продукции химпрома. Но мало кто знает, что гликоли также содержатся чуть ли не в каждом втором парфюмерно-косметическом и фармацевтическом средстве.
Именно гликоли обеспечивают необходимые увлажняющие качества и консистенцию косметических средств. Насколько обоснованы страхи, касающиеся их потенциально пагубного влияния на здоровье?
«Гликоли в составе косметики могут накапливаться в организме, вызывать аллергические реакции, неврологические заболевания и даже рак!» – приходилось читать или слышать такое? На самом деле никаких достаточных научных данных для таких утверждений нет.
Зачем в косметике гликоли?
Гликоли, прежде всего, пропиленгликоль, дипропиленгликоль, бутиленгликоль и полиэтиленгликоль, в косметике выполняют несколько полезных функций:
Гликоли позволяют эффективно увлажнять кожу, создавать сложные экстракты и отдушки, увеличивать срок годности готовых изделий и улучшать их свойства, например, устойчивость к замерзанию и загустению.
Гликоли добавляют в увлажняющие кремы, очищающие кожу лосьоны, помады, румяна, подводки для глаз, тени для век, маски для лица, туши для ресниц, гигиенические жидкости, средства для бритья и снятия макияжа, гели, дезодоранты, шампуни, краски для волос, ополаскиватели для рта и в мыло для рук.
Сложно найти категорию косметики и санитарно-гигиенических товаров и парфюмерии, где бы гликоли не применялись. В США они входят в состав более 14 000 наименований.
Гликоли: опасно или нет?
Одно из американских исследований действительно показало корреляцию между пропиленгликолем и повышенным уровнем отмирания клеток мозга. Но именно корреляцию – зависимость, которая может объясняться неучтенными факторами. Это не причинно-следственная связь. К тому же соответствующие выводы были сделаны на основе изучения подопытных животных, а не людей.
Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США считает пропиленгликоль в целом безопасным веществом, но признает риски воспаления кожи и глаз, высыпаний и аллергий в отдельных случаях индивидуальной непереносимости.
В этом смысле гликоли не слишком отличаются по степени канцерогенности и токсичности от любых других компонентов косметической и фармацевтической продукции.
За и против
Понятно, что как и практически любое синтетическое вещество гликоли не принесут человеческому организму никакой пользы, но и серьезным ущербом, если, конечно, не применять их не по назначению, не грозят.
Достоверно известно, что гликоли биоразлагаемы, не оседают в воде, не накапливаются в почве, выводятся из тканей и внутренних органов.
Более того, самый популярный в косметике пропиленгликоль одобрен во многих странах в качестве пищевой добавки (известен как E1520) и к тому же естественным образом перерабатывается в теле в молочную кислоту. Поэтому не стоит пугаться, увидев в описании состава того или иного косметического средства гликоли, — здоровью это не повредит.