کاربرد مونو اتیلن گلایکول در صنایع: از ضدیخ تا پلیمرها

کاربرد مونو اتیلن گلایکول به عنوان یکی از مواد شیمیایی مهم و پرمصرف، در صنایع مختلف بسیار گسترده و حیاتی است. این ماده، علاوه بر نقش کلیدی در تولید ضدیخ‌ها و خنک‌کننده‌ها، جایگاه ویژه‌ای در صنعت پلیمر دارد و در تولید الیاف پلی‌استر و پلاستیک‌ها به عنوان ماده اولیه استفاده می‌شود. همچنین، مونو اتیلن گلایکول در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی، به عنوان جاذب رطوبت و عامل ضدخوردگی، نقش مهمی در افزایش بهره‌وری و حفاظت از تجهیزات دارد. در این مقاله، به بررسی جنبه‌های مختلف کاربرد این ماده و نقش آن در بهبود فرآیندهای صنعتی پرداخته خواهد شد.

فهرست مطالبی که در این مقاله می خوانیم :

• مونو اتیلن گلیکول چیست؟
• خواص تکنیکال مونو اتیلن گلیکول
• مونو اتیلن گلیکول چگونه تولید می شود؟
• مونو اتیلن گلیکول چگونه ذخیره و توزیع می شود؟
• خطرات سلامت مونو اتیلن گلیکول
• کاربرد مونو اتیلن گلایکول / مهمترین موارد استفاده از MEG
• اشکال مختلف اتیلن گلیکول
• انواع محصولات آرایشی و بهداشتی با استفاده از اتیلن گلیکول
• عوارض جانبی مونو اتیلن گلایکول
• کاربرد MEG در پیشگیری از هیدرات های گازی
• کاربرد MEG در فرمولاسیون کشاورزی و آفت کش ها
• ساعت صنایع غذایی
• سایر کاربردهای مونو اتیلن گلیکول در صنعت
• کاربرد مونو اتیلن گلایکول در صنعت نفت و گاز
• اهمیت تصفیه MEG در خطوط لوله گاز
• روندها، پیشرفت ها و چشم اندازهای بازار مونواتیلن گلیکول

مونو اتیلن گلیکول چیست؟

مونو اتیلن گلیکول (با نام های دیگر MEG، EG، 1،2-اتان دیول یا 1،2-دی هیدروکسی اتان نیز شناخته می شود). یک ترکیب آلی با فرمول C2H6O2 است. این مایع کمی چسبناک با ظاهری شفاف و بی رنگ و طعمی شیرین است که عملاً هیچ بویی منتشر نمی کند. با آب، الکل ها و بسیاری از ترکیبات آلی دیگر قابل اختلاط است و عمدتاً در صنعت برای ساخت الیاف پلی استر و به عنوان جزئی در تولید ضد یخ، خنک کننده ها، ضد یخ هواپیما و یخ زدا استفاده می شود.

خواص تکنیکال مونو اتیلن گلیکول:

مونو اتیلن گلیکول چگونه تولید می شود؟

اکسید اتیلن به عنوان  واسطه برای تبدیل اتیلن (اتن) به اتیلن گلیکول استفاده می شود. اکسید اتیلن از طریق اکسیداسیون به دست می آید و سپس با آب واکنش داده و مونو اتیلن گلیکول با دی و تری اتیلن گلیکول به عنوان محصولات مشترک تولید می شود:

 C2H4O + H2O → HOCH2CH2OH

این واکنش را اسیدها و بازها می توانند کاتالیز کنند یا در PH خنثی در دمای بالا رخ می دهد. بازدهی تا 90% را می توان با PH اسیدی یا خنثی با مقدار زیادی آب بدست آورد. مونو اتیلن گلیکول همچنین از طریق هیدروژنه کردن دی متیل اگزالات در حضور کاتالیزور مس یا از طریق استوکسیلاسیون اتیلن ساخته می شود.

مونو اتیلن گلیکول چگونه ذخیره و توزیع می شود؟

بر اساس NFPA 704، مونو اتیلن گلیکول معمولاً پایدار است. بخارات مونو اتیلن گلیکول از هوا سنگین تر است و به مناطق اطراف می رود. با توجه به نقطه اشتعال بالای 111.11 درجه سانتی گراد، این ماده شیمیایی دارای درجه اشتعال 1 است که نشان می دهد برای احتراق به گرمای اولیه قابل توجهی نیاز دارد. با این حال، در انبارداری، MEG باید دور از حرارت، جرقه و شعله  نگهداری شود. در صورت وقوع آتش سوزی، باید از فوم مقاوم در برابر الکل یا اسپری آب برای مبارزه با آتش سوزی با تمرکز بر جلوگیری از نشت مواد به منابع آب یا فاضلاب استفاده شود.

خطرات سلامت مونو اتیلن گلیکول:

این ماده شیمیایی هنگام مصرف سمیت بالایی دارد و خطر اصلی آن ناشی از طعم شیرین است که مصرف بیشتر را تشویق می کند. این عامل باعث افزایش خطر برای حیوانات و کودکان می شود. مصرف این ماده در صورت عدم درمان با اکسید شدن اتیلن گلیکول در بدن به اسید گلیکولیک و سپس به ماده شیمیایی سمی یعنی اسید اگزالیک که کشنده است،تبدیل می شود.

• مصرف MEG بر سیستم عصبی مرکزی و قلب تاثیر می گذارد و می تواند باعث نارسایی حاد کلیه شود.قرار گرفتن چشم در معرض بخارات مونو اتیلن گلیکول می تواند باعث تحریک شود، بنابراین توصیه می شود هنگام کار با مواد شیمیایی از عینک استفاده شود. قرار گرفتن در معرض اتیلن گلیکول به شکل مایع، پتانسیل ایجاد آسیب جدی به چشم را دارد. در صورت تماس با چشم، فوراً با آب فراوان بشویید و به پزشک مراجعه کنید.
• قرار گرفتن در معرض پوست با MEG نیز می تواند باعث تحریک شود و بنابراین باید از دستکش استفاده کرد. اگر پوست آلوده شد، تمام لباس‌های خیس باید برداشته شود و پوست با آب شسته شود. قرار گرفتن در معرض سطوح بالای اتیلن گلیکول استنشاقی می تواند باعث تحریک و ناراحتی تنفسی غیرقابل تحمل و سرفه شود. در صورت استنشاق بیش از حد، فرد باید از محیط خارج شود، هوای تازه تنفس کند و به دنبال مراقبت های پزشکی باشد.

از اکتبر 2022، سازمان بهداشت جهانی (WHO) شش هشدار جهانی برای محصولات پزشکی برای داروهای بدون نسخه آلوده به DEG/EG صادر کرده است. اولین محصولات پزشکی نامرغوب در گامبیا شناسایی شد و مشکلات بیشتری در مناطق WHO در جنوب شرق آسیا، اروپا، غرب اقیانوس آرام و شرق مدیترانه مطرح شد. تخمین زده می شود که حداقل 300 مرگ و میر در کودکان در سراسر جهان رخ داده است.

دی اتیلن گلیکول (DEG) و اتیلن گلیکول (EG) مواد سمی هستند که به عنوان حلال های صنعتی استفاده می شوند که حتی در مقادیر کم نیز می توانند کشنده باشند، مخصوصا برای کودکان. کروماتوگرافی گازی یک تکنیک تحلیلی مناسب و پرکاربرد برای آزمایش محصولات دارویی برای DEG و EG است. با این حال، بسیاری از آزمایشگاه های ملی کنترل کیفیت در کشورهای دور افتاده و کم منابع به این تکنیک دسترسی ندارند. برای این آزمایشگاه‌ها، یک رویکرد دو سطحی ایجاد شده است که در آن ابتدا نمونه‌های مشکوک از نظر عدم انطباق با استفاده از روش کروماتوگرافی لایه نازک نیمه کمی (TLC) غربالگری می‌شوند. سپس آلودگی های مشکوک با کروماتوگرافی گازی در آزمایشگاه ها یا مراکز منطقه ای همکار تایید می شوند. WHO اجرای حداقل روش TLC را در هر آزمایشگاه ملی کنترل کیفیت (NQCL) توصیه می کند. غربالگری با کروماتوگرافی لایه نازک NQCL را قادر می سازد تا به طور موثر داروهای موجود در کشورهای خود را نظارت کند و محصولات آلوده ای را که خطر بالایی برای بیماران دارند به سرعت شناسایی کند. با استفاده از این شواهد، مقامات نظارتی و مجری قانون قادر خواهند بود به داروهای مشکوک غیر استاندارد و تقلبی به سرعت پاسخ دهند. این رویکرد دو سطحی در نسخه بعدی فارماکوپه بین المللی گنجانده خواهد شد.

کاربرد مونو اتیلن گلایکول / مهمترین موارد استفاده از MEG

مونو اتیلن گلیکول بیشتر به عنوان پیش ماده پلیمری استفاده می شود، اما همچنین در ضد یخ و همچنین در صنایع مختلف استفاده می شود.

• کاربرد مونو اتیلن گلایکول در پیش ساز پلیمری:

تقاضای جهانی زیادی برای مونو اتیلن گلیکول در صنعت پلاستیک وجود دارد، زیرا یک عنصر حیاتی در تولید الیاف پلی استر، فیلم ها و رزین ها است که یکی از آنها پلی اتیلن ترفتالات (PET) است. PET با حرارت دادن اتیلن گلیکول با اسید ترفتالیک در یک واکنش استریفیکاسیون ایجاد می شود. این ماده شیمیایی سپس به بطری های پلاستیکی، ظروف قابل مایکروویو تبدیل می شود و حتی در صنعت نساجی استفاده می شود. تخمین زده می شود که 70-80٪ از کل MEG مصرفی به عنوان یک واسطه شیمیایی در این فرآیندهای تولید پلی استر استفاده می شود.

• کاربرد مونو اتیلن گلایکول در تولید ضدیخ :

اولین کاربرد صنعتی مونو اتیلن گلیکول در کاربردهای ضد یخ است که به دلیل توانایی آن در کاهش دمای انجماد آب، جزئی در ساخت ضدیخ، خنک‌کننده‌ها، ضدیخ‌کننده‌های هواپیما و یخ‌کن‌ها است. در حالی که اتیلن گلیکول خالص در 12.9- درجه سانتیگراد منجمد می شود، هنگامی که با آب مخلوط می شود می تواند تا حد زیادی با 60٪ اتیلن گلیکول و 40٪ آب به حدود 45- درجه سانتیگراد کاهش یابد. طعم دهنده های تلخ معمولاً به MEG مورد استفاده در ضد یخ اضافه می شوند تا طعم شیرین را از بین ببرد زیرا که ممکن است کودکان و حیوانات را به مصرف این ماده شیمیایی تشویق کند. عوامل ضد یخ و خنک کننده ها در کاربردهای مختلف صنعتی، به ویژه در سیستم هایی که نیاز به کنترل دما دارند، مانند موتورها و نیروگاه ها ضروری هستند. در این سیستم ها، خنک کننده ها که اغلب از آب و مواد ضد یخ مانند MEG تشکیل شده اند، برای انتقال گرما از اجزای حیاتی به گردش در می آیند. گنجاندن مواد ضد یخ در این خنک کننده ها به کاهش نقطه انجماد و افزایش نقطه جوش مایعات کمک می کند و تضمین می کند که سیستم های خنک کننده حتی در شرایط دمایی شدید به طور موثر عمل می کنند.

• تفاوت بین خنک کننده ها و مواد ضد یخ:

در حالی که خنک کننده ها و عوامل ضد یخ اغلب به جای یکدیگر استفاده می شوند، آنها اهداف مشخصی را در سیستم های خنک کننده انجام می دهند. خنک کننده ها سیالاتی هستند که گرما را جذب و دفع می کنند، در حالی که مواد ضد یخ موادی هستند که به خنک کننده ها اضافه می شوند تا خواص حرارتی آنها را ، به ویژه برای جلوگیری از یخ زدگی و کاهش خطر جوش اصلاح کند. MEG به عنوان یک عامل ضد یخ کلیدی، نه تنها به حفظ محدوده دمایی مطلوب خنک کننده ها کمک می کند، بلکه کارایی کلی سیستم های خنک کننده را نیز افزایش می دهد. MEG به دلیل عملکرد برتر در دماهای شدید متمایز است.

مواد ضد یخ رایج عبارتند از:

1. کلرید کلسیم: اغلب در سیستم های تبرید صنعتی استفاده می شود.
2. متانول: یک عامل ضد یخ رایج در کاربردهای با غلظت کم می باشد.
3. اتانول: به دلیل خواص مبتنی بر الکل در سیستم های خنک کننده خاص استفاده می شود.
4. پروپیلن گلیکول: برای کاربردهایی که سمیت کم ضروری است ،ترجیح داده می شود.

علیرغم وجود این جایگزین ها، MEG به دلیل خواص متعادل پایداری حرارتی، هزینه کم و راندمان بالا، انتخاب ارجح در بسیاری از صنایع است. بطور کلی بخواهیم نقش MEG در صنایع مختلف به عنوان خنک کننده را بررسی کنیم، شامل:

1. صنعت خودرو: خنک کننده های مبتنی بر MEG در موتور خودروها برای جلوگیری از گرمای بیش از حد و یخ زدگی استفاده می شود و عملکرد بهینه موتور را در شرایط آب و هوایی مختلف تضمین می کند.
2. صنعت پتروشیمی: MEG در فرآیندهای کم آبی گاز استفاده می شود، جایی که از تشکیل هیدرات در خطوط لوله جلوگیری می کند.
3. نیروگاه ها: خنک کننده های MEG برای حفظ دمای توربین ها و ژنراتورها ضروری هستند و در نتیجه کارایی و طول عمر آنها را افزایش می دهند.
4. سیستم های HVAC: MEG در سیستم های گرمایش، تهویه مطبوع برای تنظیم دما و بهبود بهره وری انرژی استفاده می شود.

• کاربرد مونو اتیلن گلایکول در تولید مرطوب کننده و حلال :

مونو اتیلن گلیکول در صنایع آرایشی و بهداشتی و دارویی به عنوان مرطوب کننده به دلیل خاصیت رطوبت سنجی (جذب آب) استفاده می شود. این به حفظ تعادل رطوبت پوست در کرم ها، لوسیون ها، شامپوها و سایر محصولات مراقبت از پوست کمک می کند. همچنین در فرمولاسیون های شیمیایی مختلف مانند رنگ، جوهر و پوشش ها به عنوان حلال یافت می شود. در قلمرو لوازم آرایشی، که در آن نوآوری و کارآیی حاکم است، اتیلن گلیکول به عنوان یک عنصر اصلی است. این مقاله به بررسی نقش چندوجهی اتیلن گلیکول در لوازم آرایشی می‌پردازد و کاربردها، مزایا و پیامدهای آن را هم برای مصرف‌کنندگان و هم برای صنعت به طور کلی روشن می‌کند. اتیلن گلیکول، به عنوان یک عنصر همه کاره در فرمولاسیون های آرایشی عمل می کند و به دلیل خواص منحصر به فرد آن، در محصولات آرایشی مختلف، از مراقبت از پوست گرفته تا مراقبت از مو، مورد استفاده قرار می گیرد.

اشکال مختلف اتیلن گلیکول :

• مونواتیلن گلیکول (MEG) :

شکل اولیه مورد استفاده در لوازم آرایشی. خواص حلال باعث افزایش پایداری محصول می شود.

• دی اتیلن گلیکول (DEG) :

فرم ثانویه با خواص حلال مشابه. گاهی اوقات در فرمولاسیون های خاص استفاده می شود.

• تری اتیلن گلیکول (TEG) :

 در لوازم آرایشی کمتر رایج است. کاربردهای محدود به دلیل مسائل ویسکوزیته.

انواع محصولات آرایشی و بهداشتی با استفاده از اتیلن گلیکول:

• مراقبت از پوست:

 لوسیون ها، کرم ها و سرم ها.

خواص مرطوب کننده به رطوبت رسانی کمک می کند.

• مراقبت از مو:

شامپوها، نرم کننده ها و محصولات حالت دهنده.

گسترش پذیری بافت محصول را افزایش می دهد.

• لوازم آرایشی رنگی :

فونداسیون، کانسیلر و محصولات لب.

کاربرد صاف و سایش طولانی مدت را تضمین می کند.

عوارض جانبی مونو اتین گلایکول :

• تحریک پوست :

 نادر، اما در افراد با حساسیت ممکن است.

رقیق سازی ، واکنش های نامطلوب را کاهش می دهد.

• سوزش چشم :

تماس با چشم ممکن است باعث ناراحتی شود.

در صورت تماس با آب کاملاً بشویید.

• آلرژی :

حساسیت های قبلی ممکن است خطر را افزایش دهد.

تست پچ برای افراد حساس توصیه می شود.

• استفاده بیش از حد :

استفاده بیش از حد ممکن است عوارض جانبی را تشدید کند.

رعایت دستورالعمل های استفاده توصیه شده بسیار مهم است.

به طور خلاصه، اتیلن گلیکول به عنوان یک جزء ارزشمند در صنعت لوازم آرایشی ظاهر می شود که به عملکرد محصول و رضایت مصرف کننده کمک می کند.

کاربرد مونو اتیلن گلایکول در پیشگیری از هیدرات های گازی :

برای جلوگیری از تشکیل هیدرات های گازی در تولید گاز طبیعی استفاده می شود. هیدرات های گازی می توانند باعث انسداد خطوط لوله شوند که بر فرآیندهای تولید تأثیر منفی می گذارد. مونو اتیلن گلیکول از این انسدادها جلوگیری می کند و به فرآیندهای تولید اجازه می دهد تا با خیال راحت و کارآمد ادامه پیدا کنند.

کاربرد مونو اتیلن گلایکول در فرمولاسیون کشاورزی و آفت کش ها :

در بخش کشاورزی به عنوان حلال و ماده حامل در فرمولاسیون آفت کش ها و علف کش ها استفاده می شود. این کار باعث افزایش اثر آفت کش ها می شود و به گیاهان کمک می کند تا از آفات محافظت کنند و به طور موثر رشد کنند.

ساعت صنایع غذایی :

در صنایع غذایی از آن در برخی از کمک های فرآوری و افزودنی ها استفاده می شود. با این حال، استفاده از مونو اتیلن گلیکول درجه مواد غذایی تحت مقررات و کنترل های سختگیرانه انجام می شود. اتیلن گلیکول در صورت بلعیدن می تواند سمی باشد و بسیاری از حالات برای جلوگیری از بلعیدن، نیاز به افزودن یک عامل تلخ به ضد یخ دارند. FDA اتیلن گلیکول 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.

سایر کاربرد مونو اتیلن گلایکول در صنعت :

مونو اتیلن گلیکول همچنین در ساخت رزین های آلکیدی استفاده می شود که برای تشکیل فیلم در رنگ ها، لعاب ها و لاک ها استفاده می شود. در صنعت گاز، اتیلن گلیکول برای حذف بخار آب از گاز قبل از پردازش بیشتر استفاده می شود. در اینجا، همچنین به عنوان یک خشک کننده در خطوط لوله گاز برای جلوگیری از تشکیل clathrates استفاده می شود. برای صنعت الکترونیک، MEG به عنوان یک واسطه شیمیایی در تولید خازن استفاده می شود. یا برای درمان و پیشگیری از قارچ و پوسیدگی چوب می توان از مونو اتیلن گلیکول استفاده کرد، مخصوصاً برای نمایشگاه ها و موزه ها مفید است. در زمینه پزشکی، اتیلن گلیکول را می توان در تولید واکسن استفاده کرد، اگرچه در واکسن تزریقی نهایی وجود ندارد. این یک عنصر جزئی در انواع پاک کننده ها است، از جمله پاک کننده های صفحه نمایش برای وسایل الکترونیکی که با ایزوپروپیل الکل جفت می شود.

کاربرد مونو اتیلن گلایکول در صنعت نفت و گاز :

خطوط لوله گاز طبیعی که در اعماق زیر سطح دریا مدفون شده اند با شرایط شدیدی مانند دمای انجماد، آب نمک و خوردگی مواجه هستند. برای اطمینان از حمل و نقل صاف و کارآمد گاز، مونو اتیلن گلیکول (MEG) به گاز طبیعی اضافه می شود. یک جنبه نوآورانه این فرآیند شامل استفاده از یک سانتریفیوژ جداکننده برای خالص سازی MEG است که امکان استفاده مجدد از آن را بدون از دست دادن کارایی آن به طور مداوم فراهم می کند.

اهمیت تصفیه MEG در خطوط لوله گاز :

مونو اتیلن گلیکول (MEG) نقش مهمی در صنعت نفت و گاز، به ویژه در خطوط لوله گاز زیر دریا ایفا می کند. این ماده مهمی است که چندین عملکرد از جمله ضد یخ و تثبیت کننده pH را انجام می دهد. با جلوگیری از تشکیل یخ و هیدرات، MEG تضمین می کند که خطوط لوله شفاف و کاربردی باقی می مانند. این ترکیب همه کاره قبل از انتقال از طریق خطوط لوله به گاز طبیعی اضافه می شود. ویژگی های آن به جذب آب کمک می کند و در عین حال به عنوان یک عامل ضد خوردگی برای محافظت مداوم از زیرساخت ها عمل می کند. MEG به طور موثر آب نمک را جذب می کند، کریستال های نمک را جمع می کند و بهترین ذرات خوردگی را جذب می کند و در نتیجه محافظت در برابر خوردگی را افزایش می دهد.

از آنجایی که MEG همراه با گاز، میعانات و آب به کارخانه‌های فرآوری خشکی یا فراساحلی منتقل می‌شود، توانایی آن برای بازسازی و استفاده مجدد به مقرون به صرفه بودن و کارایی آن می‌افزاید. با این حال، آلودگی MEG به تدریج در طول فرآیند حمل و نقل افزایش می یابد، و تصفیه منظم MEG آلوده در تصفیه خانه های گاز مناسب را از اهمیت ویژه ای برخوردار می کند. این تضمین می کند که MEG به انجام عملکردهای حفاظتی خود به طور مؤثر ادامه می دهد، یکپارچگی خطوط لوله گاز زیر دریا را حفظ می کند و به قابلیت اطمینان کلی سیستم حمل و نقل گاز کمک می کند.

روندها، پیشرفت ها و چشم اندازهای بازار مونواتیلن گلیکول :

• PET عمده ترین بازار پایین دستی مونواتیلن گلیکول (MEG) است که بیش از 2/3 کل تقاضا را به خود اختصاص می دهد.
• تولید MEG از اروپا و ایالات متحده به کشورهای آسیا و اقیانوسیه منتقل شده است.
• تولیدکنندگان عمده MEG خاورمیانه، چین، هند هستند و انتظار می رود ظرفیت بیشتری در آنجا اضافه شود.

انتظار می رود نرخ رشد تقاضای جهانی مونواتیلن گلیکول 5-6% باشد. بازار عمدتاً توسط منطقه آسیا و اقیانوسیه هدایت می شود، پیش بینی می شود بازار چین سالانه ~ 6٪ رشد کند.

• افزایش تولید بسته بندی PET و الیاف پلی استر از عوامل اصلی افزایش تقاضای جهانی MEG خواهد بود.

گزارش بازار نه تنها شامل یک نمای کلی از بازار است، بلکه مجموعه ای غنی از جداول و شکل ها را نیز ارائه می دهد، بنابراین نگاهی نزدیک به بازارهای کشور، منطقه و جهان برای محصول ارائه می دهد. همچنین شامل یک پیش‌بینی ده ساله است که نشان می‌دهد چگونه بازار محصول قرار است توسعه یابد. تقاضای جهانی برای مونو اتیلن اتیلن گلیکول (MEG) با ارزش بازار 25 میلیارد دلاری قوی است و انتظار می رود در سال 2025 سالانه رشد کند. این به ویژه به دلیل افزایش تولید پلی اتن ترفتالات (PET) و تقاضا برای پلی استرها در آسیا و اقیانوسیه است. تقاضا در چین قوی‌ترین است، جایی که تقریباً 70 درصد از تولید MEG جهان مصرف می‌شود.

گرداورنده: دلارام هاشم زاده طوسی