مشخصات و کاربرد های مونو پروپیلن گلیکول

مونو پروپیلن گلیکول چیست؟

مونو پروپیلن گلیکول (Propylene Glycol)، که با نام‌های علمی پروپان-۱،۲-دیول یا ۱،۲-پروپاندیول شناخته می‌شود، یک ترکیب آلی سنتتیک می باشد که به عنوان یک دیول(دسته ای از ترکیبات آلی که دارای دو گروه هیدروکسیلی هستند) طبقه‌بندی می‌شود. این ماده مایعی غلیظ، بی‌رنگ، بدون بو و با مزه کمی شیرین می باشد. فرمول شیمیایی آن C₃H₈O₂ است و به دلیل دارا بودن دو گروه الکلی، خواص منحصربه‌فردی مانند حلالیت بالا در آب، استون و کلروفرم را دارد. پروپیلن گلایکول به طور گسترده در صنایع مختلف از جمله غذایی، دارویی، آرایشی و صنعتی استفاده می‌شود و تولید سالانه آن در جهان به بیش از ۲ میلیون تن می‌رسد که پیش‌بینی می‌شود تا سال ۲۰۳۵ به نزدیک ۴ میلیون تن افزایش پیدا کند. این ماده به دلیل جذب رطوبت (هیگروسکوپیک بودن) و پایداری شیمیایی، نقش مهمی در حفظ رطوبت محصولات ایفا می‌کند. در ایالات متحده، تولید سالانه بیش از ۴۵۰ تن است و تقاضای جهانی آن، به ویژه در بخش‌های ساختمانی، حمل‌ونقل، دارویی و غذایی رو به افزایش می باشد.

مونوپروپیلن در مقیاس انبوه تولید شده و معمولاً از آن در تولید پلی‌مرها استفاده می‌شود. کاربردهای دیگر آن در فرآوری مواد غذایی و به عنوان سیال انتقال حرارت در دمای پایین (مثل ضدیخ) است. استفاده از MPG در مواد غذایی به عنوان افزودنی، توسط سازمان غذا و داروی ایالات متحده (FDA) تایید شده است.
مصرف MPG در صنایع غذایی و آرایشی بهداشتی مورد تایید اتحادیه اروپا است. عدد E آن در مورد استفاده‌های خوراکی E1520 (به عنوان نم نگهدار و حلال طعم‌دهنده‌ها) و در مورد استفاده‌های آرایشی E405 (به عنوان امولسیون کننده) است.
گاهی به مونوپروپیلن گلیکول (آلفا) α-پروپیلن گلیکول نیز گفته می‌شود تا از (بتا) β-پروپیلن گلیکول (پروپان ۱و۳-دیول) افتراق داده شود.

پروپیلن گلایکول اولین بار در اواخر قرن نوزدهم کشف شد، اما کاربردهای صنعتی آن از سال ۱۹۳۰ میلادی گسترش پیدا کرد. امروزه، این ماده به عنوان یک جایگزین با سمیت کمتر برای اتیلن گلایکول شناخته می‌شود و در محصولاتی مانند ضد یخ، مواد غذایی و داروها به کار می‌رود. در این مقاله، به بررسی جامع ساختار شیمیایی، روش‌های تولید، کاربردها، ایمنی، اثرات زیست‌محیطی و مقررات مربوط به پروپیلن گلایکول می‌پردازیم.

ساختار شیمیایی و خواص فیزیکی

از نظر ساختاری، پروپیلن گلایکول بر پایه زنجیره سه‌کربنی پروپان است که گروه‌های هیدروکسیل (-OH) روی کربن‌های اول و دوم قرار گرفته‌اند. این ساختار آن را از ایزومر پروپان-۱،۳-دیول β) -پروپیلن گلایکول(متمایز می‌کند.

خواص فیزیکی پروپیلن گلایکول آن را برای کاربردهای گوناگونی مناسب می‌سازد. نقطه جوش آن حدود ۱۸۷.۶ تا ۱۸۸.۲ درجه سانتی‌گراد، نقطه ذوب -۵۹ تا -۶۰ درجه سانتی‌گراد و چگالی ۱.۰۳۶۱ گرم بر سانتی‌متر مکعب در ۲۰ درجه سانتی‌گراد است. فشار بخار پایین (۰.۰۸ تا ۰.۱۳ میلی‌متر جیوه در دمای اتاق) و ویسکوزیته ۰.۵۸۱ سانتی‌پواز در ۲۰ درجه سانتی‌گراد دارد. این ماده کاملاً محلول در آب است و در حلال‌های آلی مانند اتانول و بنزن نیز محلول می باشد.

پایداری شیمیایی بالایی پروپیلن گلایکول دارد؛ در ظروف بسته و دمای خنک پایدار می‌ماند، اما در دماهای بالا اکسید می‌شود و به ترکیباتی مانند پروپیون‌آلدهید، اسید لاکتیک، اسید پیروویک و اسید استیک تبدیل خواهد شد. این ماده غیرخورنده است و در مخازن فولاد ضدزنگ، آلومینیوم یا فولاد روکش‌دار ذخیره می شود. از نظر زیست‌شناختی، پروپیلن گلایکول به طور طبیعی در کاتابولیسم بی‌هوازی قندها در روده انسان تولید می‌شود و توسط آنزیم‌های وابسته به ویتامین B₁₂ به پروپیون‌آلدهید تجزیه می‌شود.

ویژگی و مشخصات مونوپروپیلن گلیکول

مونوپروپیلن گلیکول مایعی شفاف، بی‌رنگ و با خاصیت نم‌بینی (Hygroscopy) است. دارای یک کربن نامتقارن است؛ لذا دو انانتیومر دارد. MPG تجاری، مخلوطی راسمیک (حاوی هر دو انانتیومر) است. ایزومر خالص این ماده با هیدراته کردن ایزومر خالص پروپیلن اکسید به دست می‌آید.
ترکیب مونوپروپیلن گلیکول با آب، به دلیل اثر عدم انحلال حل‌شونده در حلال، باعث پایین آمدن نقطه‌ی انجماد آب می‌شود. به طور کلی، گلیکول‌ها موادی غیرخورنده با فراریت و سمیت بسیار کمی هستند. البته به جز اتیلن گلیکول (ماده‌ای کلیدی در ضدیخ‌ها) که برای انسان و بسیاری از حیوانات سمی است.
مونوپروپیلن گلیکول در سطح صنعتی و برای استفاده‌ی خوراکی از پروپیلن اکسید تهیه می‌شود. طبق آمار اعلام شده در سال ۱۹۹۰، تولید جهانی این ماده ۹۰۰ هزار تن در سال است.

کاربردهای مونوپروپیلن گلیکول

کاربرد مونوپروپیلن گلیکول در پلیمرها

۴۵ درصد تولیدات مونوپروپیلن گلیکول به عنوان ماده‌ی اولیه‌ی شیمیایی صرف تولید رزین پلی‌ استرهای سیرنشده می‌شود. پروپیلن گلیکول با مخلوطی از مالئیک انیدرید سیرشده و ایزوفتالیک اسید واکنش داده و یک کوپلیمر یا بسپار ناهمگن تولید می‌کند. ایجاد اتصالات عرضی بیشتر در این پلی‌مر جزئی سیرنشده، موجب تولید پلاستیک‌های ترموست (گرماسخت) می‌‌شود.
مشابه به این کاربرد، مونوپروپیلن گلیکول را با پروپیلن اکسید واکنش داده تا اولیگومر و پل‌مرهایی تولید شود که برای تولید پلی‌اورتان‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. چون در مقایسه با آب، MPG دیرتر تبخیر می‌شود، در رنگ‌های آکلریک ساختمانی برای به تاخیر انداختن خشک شدن رنگ کاربرد دارد.

کاربرد مونوپروپیلن گلیکول در مواد آرایشی بهداشتی

از MPG به عنوان نم نگهدار یا مرطوب کننده در ضدعفونی کننده‌های دست بر پایه‌ی الکل، برای جلوگیری از خشک شدن پوست استفاده می‌شود. در شامپوها، لوازم آرایشی و دستمال مرطوب مخصوص کودک نیز از پروپیلن گلیکول به عنوان مرطوب‌کننده استفاده می‌شود.
میزان استفاده از مونوپروپیلن گلیکول در تولید لوازم آرایشی به مرور زمان افزایش چشمگیری داشته است. مثلاً در ایالات متحده در سال ۱۹۹۴، ۵۶۷۶ محصول آرایشی از این ماده استفاده کرده بودند و این عدد در سال ۲۰۱۲ به ۹۰۹۴ رسید.

• حلال قوی: مواد فعال، اسانس ها، رنگ‌ها و سورفکتانت‌ها را به خوبی حل می‌کند و باعث پخش یکنواخت آن‌ها می شود.
• مرطوب‌کننده: رطوبت را جذب و حفظ می‌کند، از خشک شدن سریع محصول جلوگیری کرده و پایداری آن را افزایش می‌دهد.
• تنظیم‌کننده ویسکوزیته: غلظت مایع شوینده را تنظیم می‌کند تا جریان‌پذیری مناسب داشته باشد.
• تثبیت‌کننده: از جدا شدن فازها (جداسازی آب و مواد روغنی) جلوگیری می‌کند و عملکرد شوینده را در دماهای مختلف حفظ می‌کند.
• کمک به امولسیون: آب و روغن را بهتر مخلوط می‌کند و قدرت پاک‌کنندگی چربی و لکه را افزایش می‌دهد.

کاربردهای غذایی و دارویی

در غذا، به عنوان عامل ضد کیک، امولسیفایر، طعم‌دهنده، مرطوب‌کننده، تثبیت‌کننده، حلال، آنتی‌اکسیدان و غلیظ‌کننده عمل می‌کند. حداکثر مجاز: ۲% در غذاهای عمومی، ۵% در نوشیدنی‌های الکلی، ۹۷% در چاشنی‌ها می باشد. در کانادا، برای بستنی تا ۰.۳۵% مجاز می باشد. در محصولات پخته شده، دسرها، وعده‌های آماده، آب‌نبات، پاپ‌کورن، محصولات لبنی و آبجو (برای تثبیت کف) مورد استفاده قرار می گیرد.

در دارو، حلال برای فرمولاسیون‌های خوراکی، تزریقی و موضعی می باشد، مانند قرص‌های بنزودیازپین و قطره‌های چشمی مصنوعی. در سیگارهای الکترونیکی، ماده اصلی مایع الکترونیکی است و با گلیسیرین گیاهی ترکیب می‌شود. همچنین، در ضدعفونی‌کننده‌های دست به عنوان مرطوب‌کننده مورد استفاده واقع می‌شود

مونوپروپیلن گلیکول در داروسازی

مونوپروپیلن گلیکول به عنوان حلال در داروسازی استفاده می‌شود. در فرمولاسیون بسیاری از داروهای خوراکی، تزریقی و موضعی مانند دیازپام و لورازپام، که در آب نامحلول هستند، مورد استفاده قرار می‌گیرد. در تولید برخی از قطره‌های اشک مصنوعی نیز استفاده از این ماده گزارش شده است.

مونوپروپیلن گلیکول در ضدیخ و یخ‌زدایی

پروپیلن گلیکول همانند اتیلن گلیکول می‌تواند نقطه‌ی انجماد آب را کاهش دهد و در واقع خاصیت ضد یخی دارد. به همین جهت از این ماده در تولید مایع یخ‌زدای هواپیماها در فرودگاه‌ها استفاده می‌شود. چون پروپیلن گلیکول سمیت بسیار کمتری نسبت به اتیلن گلیکول دارد، به طور رایج در فرودگاه‌ها استفاده می‌شود. البته خاصیت یخ‌زدایی اتیلن گلیکول بیشتر است و هنوز بعضی از فرودگاه‌های دنیا از آن استفاده می‌کنند.
بخش اعظم مایع یخ‌زدای هواپیما به سطح هواپیما نمی‌چسبد و روی زمین می‌ریزد. معمولاً فرودگاه‌ها از سیستمی برای جمع‌آوری مایع اضافی استفاده می‌کنند تا MPG به زمین و آب‌ها سرایت نکند. چرا که تجزیه‌ی این ماده در طبیعت، اکسیژن زیادی نیاز دارد و ممکن است موجب خفگی موجودات آبزی شود.
مخلوط آب و پروپیلن گلیکول به عنوان ضد یخ را صورتی رنگ می‌کنند که نشان از غیرسمی بودن آن دارد. از مونوپروپیلن گلیکول برای تولید ضدیخ‌های دوستدار طبیعت به جای اتیلن گلیکول استفاده می‌شود. ضدیخ‌های ۶۰- درجه سانتی‌گراد با نسبت ۶ به ۴ و ضدیخ‌های ۴۵- درجه سانتی‌گراد به نسبت ۴ به ۶، حاوی پروپیلن گلیکول و آب هستند.

مونوپروپیلن گلیکول در درمان

در دامپزشکی از این ماده برای درمان هایپرکتونمی (توکسمی آبستنی) نشخوارکنندگان استفاده می‌شود. در نشخوارکننده‌گان باکتری‌هایی در دستگاه گوارش وجود دارند. این باکتری‌ها سلولز مصرفی حیوان را تخمیر و اسیدهای چرب تولید می‌کنند. با استفاده از این اسیدهای چرب در کبد نشخوارکننده، گلوکز ساخته می‌شود.
گاهی در بازه‌ای از دوران آبستنی جانور، مصرف انرژی جنین بیشتر از میزان انرژی دریافتی از غذای مادر می‌شود. در این حالت بدن جانور از چربی‌های بدن به عنوان منبع انرژی استفاده می‌کنند. یکی از محصولات جانبی تجزیه‌ی چربی‌ها در بدن، اجسام کتونی هستند. تجزیه زیاد چربی‌ها باعث تجمع اجسام کتونی و مسمومیت جانور می‌شود.
برای درمان این بیماری در جانوران غیر نشخوار کننده، از گلوگز استفاده می‌شود. اما در نشخوارکنندگان نمی‌توان از گلوکز استفاده کرد. چون گلوکز توسط باکتری‌های بخشی از دستگاه گوارش، یعنی سیرابی، تجزیه شده و چیزی برای جانور نمی‌ماند. مونوپروپیلن گلیکول برخلاف گلوکز به صورت جزئی در سیرابی متابولیزه می‌شود. مقادیر باقی‌مانده جذب خون جانور شده و از آن در کبد برای تولید گلوکز استفاده می‌شود.

روش‌های تولید

تولید صنعتی پروپیلن گلایکول عمدتاً از پروپیلن اکسید به دست می‌آید. فرآیند اصلی شامل هیدرولیز پروپیلن اکسید با آب است که در دمای ۲۰۰-۲۲۰ درجه سانتی‌گراد بدون کاتالیزور یا در ۱۵۰-۱۸۰ درجه سانتی‌گراد با کاتالیزورهایی مانند رزین تبادل یونی، اسید سولفوریک یا قلیا انجام می‌شود. محصول نهایی شامل ۲۰% پروپیلن گلایکول، ۱.۵% دی‌پروپیلن گلایکول و مقادیر کمی از پلی‌پروپیلن گلایکول‌های دیگر است. تصفیه بیشتر برای دستیابی به درجه صنعتی یا USP/JP/EP/BP (۹۹.۵% خلوص یا بیشتر) ضروری است.

روش‌های جایگزین شامل تولید از گلیسرول (محصول جانبی بیودیزل) است که معمولاً برای درجه صنعتی استفاده می‌شود، زیرا محصول نهایی ممکن است بو و طعم ناخوشایندی داشته باشد. در سال ۲۰۰۱، مهندسان شیمی رندی کورت‌رایت و جیمز دومسیک در دانشگاه ویسکانسین-مدیسون فرآیندی کاتالیزوری برای تبدیل اسید لاکتیک مبتنی بر ذرت به پروپیلن گلایکول ابداع کردند که وابستگی به مواد نفتی را کاهش می‌دهد و هزینه‌ها را پایین می‌آورد.

روش‌های بیولوژیکی نیز وجود دارد که در این روش پروپیلن گلایکول (PG) از طریق فرآیندهای تخمیری با استفاده از میکروارگانیسم‌های مهندسی‌شده یا طبیعی و از پیش‌سازهای زیستی تولید می‌شود. این نوع روش‌ها نسبت به مسیرهای پتروشیمیایی سنتی (هیدراتاسیون پروپیلن اکسید) پایدارتر و مبتنی بر منابع تجدیدپذیر هستند و انرژی کمتری مصرف می کنند.

تولید جهانی سالانه حدود ۲.۱۶ میلیون تن است و روش‌های بیولوژیکی در حال افزایش هستند تا پایداری بیشتری فراهم کنند.

استفاده ایمن از مونوپروپیلن گلیکول برای انسان

مصرف خوراکی مونوپروپیلن گلیکول

مسمومیت حاد ناشی از مصرف خوراکی مونوپروپیلن گلیکول بسیار نادر است و برای مشاهده‌ی علائم آسیب‌ یا مسمومیت باید مقادیر بسیار زیادی از آن مصرف شود. MPG در بدن انسان به پیرویک اسید، استیک اسید، لاکتیک اسید و پروپیون‌آلدهید متابولیزه می‌شود. پیرویک اسید یکی از موادی است که در فرآیند تجزیه‌ی گلوکز در بدن تولید شده و در مراحل دیگر تولید انرژی از آن استفاده می‌شود. استیک اسید در مواد غذایی وجود دارد و لاکتیک اسید نیز در بدن تولید می‌شود.
پروپیون‌آلدهید تنها ماده‌ای است که به طور بالقوه می‌تواند برای انسان سمی باشد. LD50 (دوزی از یک ماده که باعث مرگ ۵۰ درصد از نمونه‌ها می‌شود) این ماده در موش‌های آزمایشگاهی ۲۰ گرم بر کیلوگرم به صورت خوراکی بوده که نشان‌دهنده‌ی سمیت کم این ماده است.
مسمومیت حاد زمانی رخ می‌دهد که غلظت ماده در پلاسمای خون ۴ گرم بر لیتر باشد که نیازمند مصرف خوراکی یا تزریقی (به عنوان ناقل در ویتامین‌ها و داروهای تزریقی) بسیار زیاد در مدت زمانی کوتاه است. چون مسمومیت با مونوپروپیلن گلیکول تقریباً غیرممکن است و اثرات مخرب بلند مدت هم ندارد، از سوی FDA به عنوان افزودنی مجاز شناخته می‌شود. مثلاً یکی از کاربردهای آن در خوراکی‌های یخ‌زده مثل بستنی و دسرهای یخ است.

تماس مونوپروپیلن گلیکول با پوست، چشم و استنشاق

تماس طولانی مدت پوست با MPG معمولاً موجب ناراحتی پوست نمی‌شود. پروپیلن گلیکول رقیق نشده می‌تواند موجب ناراحتی چشم و التهاب موقت ملتهمه (قرمزی چشم) شود که بعد از برطرف شدن تماس از بین می‌رود.
تماس با بخار پروپیلن گلیکول می تواند موجب ناراحتی دستگاه تنفسی و چشم شود. مونوپروپیلن گلیکول به تازگی در سیگارهای الکترونیکی و وِیپ‌ها به عنوان ناقل نیکوتین مورد استفاده قرار گرفته است و خطر خاصی برای مصرف کننده ندارد. اثرات بلندمدت استنشاق از طریق دستگاه‌های ویپورایزر هنوز مشخص نیست. استنشاق پروپیلن گلیکول می‌تواند در بعضی از افراد موجب ناراحتی شود. لذا توصیه می‌شود که از آن در تولید دودها و بخارهایی مانند دستگاه‌های دودزای جشن‌ها استفاده نشود.
نتایج مطالعه‌ی انجام شده توسط دانشگاه کارلستاد سوئد در سال ۲۰۱۰، بیانگر این بود که غلظتی‌هایی از پروپیلن گلیکول و اترهای گلیکول در هوای بسته، به ویژه هوای اتاق خواب‌ها، با افزایش خطر بیماری‌های متعدد تنفسی و سیستم‌ ایمنی در کودکان مرتبط است. طبق نتایج این مطالعه، خطر ابتلا به بیماری‌هایی مانند آسم، تب یونجه، اگزما و آلرژی‌ها بین ۵۰ تا ۱۸۰ درصد در کودکان افزایش می‌یابد. البته نویسندگان این مقاله متهم اصلی را اترهای گلیکول می‌دانند، نه پروپیلن گلیکول.
شواهدی مبنی بر این که مونوپروپیلن گلیکول ماده‌ای سرطان‌زا یا جهش‌زا باشد وجود ندارد.

استفاده تزریقی از مونوپروپیلن گلیکول

پاسخ شدید به تزریق وریدی داروهای حاوی پروپیلن گلیکول (به عنوان ماده‌ای فرعی در دارو) در برخی افراد و بیشتر در مورد کسانی که دوزهای زیاد از دارو دریافت کرده‌اند، مشاهده شده است. پاسخ‌هایی شامل افت فشار خون، کاهش ضربان قلب، آریتمی قلبی، ایست قلبی، اسیدوز لاکتیک و همولیز (متلاشی شدن گلبول‌های قرمز) گزارش شده‌اند. درصد بالایی (۱۲ تا ۴۲ درصد) از پروپیلن گلیکول تزریق شده، به شکل دست نخورده توسط کلیه‌ها دفع می‌شوند. باقی‌مانده آن در کبد به شکل محلول در آب در آمده و دوباره از طریق ادرار دفع می‌شود. افزایش دوز مصرفی پروپیلن گلیکول، موجب کاهش فیلتراسیون گلومرولی (نرخ تراوش یک ماده از خون به ادرار در کلیه‌ها) می‌شود.

آلرژی به مصرف مونوپروپیلن گلیکول

بین ۰.۸ تا ۳.۵ درصد از جمعیت نسبت به مصرف مونوپروپیلن گلیکول حساس هستند که البته این حساسیت به میزان مصرف پروپیلن گلیکول بستگی دارد. یعنی در ۰.۸ درصد افراد، محلول آبی ۱۰٪ MPG و در ۳.۵ درصد افراد، محلول آبی ۳۰٪ MPG موجب حساسیت می‌شود. علائم واکنش آلرژیک به مونوپروپیلن گلیکول شامل پوست خشک ملتهب در ناحیه‌ی صورت یا نقطه‌های قرمز کوچک در سطح بدن است.
به دلیل استفاده‌ی فراوان پروپیلن گلیکول در محصولات مصرفی مختلف و ایجاد واکنش‌های آلرژیک، این ماده در سال ۲۰۱۸ توسط یکی از انجمن‌های پوستی آمریکا به عنوان «ماده‌ی حساسیت‌زای سال» معرفی شد.

مونوپروپیلن گلیکول به عنوان ماده‌ای در محیط زیست

مونوپروپیلن گلیکول به عنوان ماده‌ای که در حین تجزیه در آب‌های سطحی نیاز به سطوح بالایی از اکسیژن مورد نیاز بیوشیمیایی (BOD) دارد، شناخته شده است. این فرآیند می‌تواند تا حد زیادی بر زندگی جانداران آبزی و سطح اکسیژن مورد نیاز آن‌ها برای ادامه‌ی حیات، تاثیر بگذارد. مقدار مصرف اکسیژن آب توسط جمعیت باکتری‌هایی که باعث تجزیه‌ی پروپیلن گلیکول می‌شوند، بسیار زیاد است.
کاهش اکسیژن آب می‌تواند باعث از بین رفتن یا کاهش جمعیت جانداران کف‌زی آب‌های سطحی شده و در چرخه‌ی غذایی اختلالی جدی ایجاد کند

اثرات زیست‌محیطی

به سرعت در آب از طریق فرآیندهای بیولوژیکی تجزیه می‌شود و تحت تأثیر هیدرولیز، اکسیداسیون یا فرار نمی باشد. به راحتی در آب شیرین، دریا و خاک زیست‌تجزیه‌پذیر است و پایدار نیست. سمیت کم برای موجودات آبزی دارد.

خرید مونوپروپیلن گلیکول

شیمی بازار به عنوان مرکز خرید و فروش آنلاین مواد شیمیایی به معرفی فعالین این صنعت می‌پردازد. فروشندگان مونوپروپیلن گلیکول زیادی در شیمی بازار حضور دارند که می‌توانید مستقیم با آن‌ها ارتباط برقرار کرده و مذاکرات خرید خود را آغاز نمایید.

در صورتی‌که تولیدکننده مونوپروپیلن گلیکول، واردکننده و یا تامین‌کننده این ماده‌اید، می‌توانید نسبت به معرفی شرکت و مواد خود از امکانات شیمی بازار استفاده کرده و فعالیت خود را از طریق این پلتفرم در فضای کسب و کار دیجیتال بهتر و با هزینه‌ای مناسب‌تر توسعه دهید.

با امکاناتی همچون ایجاد پروفایل اختصاصی شرکت و درج آگهی فروش در شیمی بازار به آسانی ممکن خواهد بود.