L'etilenglicol (EG) i el propilenglicol (PG) són diols àmpliament utilitzats en anticongelants, refrigerants i fluids de transferència de calor-, però difereixen significativament en toxicitat, estructura molecular, viscositat, rendiment del punt de congelació- i estat regulador. L'etilenglicol (CAS 107-21-1) generalment proporciona un millor rendiment a baixa-temperatura i transferència de calor, mentre que el propilenglicol (CAS 57-55-6) té un perfil de toxicitat molt més baix i es prefereix quan el contacte accidental humà o amb aliments és una preocupació. Per exemple, ASTM D3306 distingeix les formulacions de refrigerants d'etilenglicol i propilenglicol i especifica diferents requisits de punt de congelació per a refrigerants prediluïts al 50%.
Què són l'etilenglicol i el propilenglicol?
L'etilenglicol i el propilenglicol són diols relacionats químicament, però tenen estructures moleculars diferents i s'utilitzen de manera diferent en aplicacions industrials. Tots dos contenen dos grups hidroxil, que els donen una forta solubilitat en aigua i els fan útils per reduir el punt de congelació de l'aigua.
Etilenglicol, abreujat habitualment com EG o MEG, té el número CAS. 107-21-1, la fórmula molecular C₂H₆O₂ i el nom IUPAC etan-1,2-diol. És un líquid clar i incolor i s'utilitza àmpliament en anticongelants d'automòbils, refrigerants de motors, fluids de transferència de calor i producció de polièster.
El propilenglicol, comunament abreujat com a PG, té el número CAS . 57-55-6, la fórmula molecular C₃H₈O₂ i el nom IUPAC propà-1,2-diol. També és un líquid clar i incolor i s'utilitza àmpliament en fluids de transferència de calor, anticongelants, aplicacions alimentàries i farmacèutiques, cosmètics i productes de cura personal.
| Propietat | Etilenglicol (EG) | Propilenglicol (PG) |
|---|---|---|
| Nom comú | Etilenglicol / MEG | Propilenglicol / PG |
| Número CAS | 107-21-1 | 57-55-6 |
| Nom IUPAC | Eta-1,2-diol | Propà-1,2-diol |
| Fórmula molecular | C₂H₆O₂ | C₃H₈O₂ |
| Pes molecular | 62,07 g/mol | 76,10 g/mol |
| Aparença | Líquid clar i incolor | Líquid clar i incolor |
| Avantatge principal del refrigerant | Menor viscositat i fort rendiment a baixa{0}}temperatura | Menor toxicitat |
| Aplicacions típiques | Refrigerant d'automòbil, transferència de calor, PET i polièster | Alimentació, farmacèutica, HVAC, transferència de calor, anticongelant |
Comparació d'estructura molecular
La diferència estructural clau entre etilenglicol i propilenglicol és el grup metil addicional del propilenglicol. L'etilenglicol té l'estructura HO–CH₂–CH₂–OH, mentre que el propilenglicol té l'estructura CH₃–CH(OH)–CH₂OH.
Aquest grup addicional -CH₃ augmenta el pes molecular de PG de 62,07 g/mol per a EG a 76,10 g/mol i canvia el seu comportament físic. També contribueix a la diferència de viscositat i propietats tèrmiques entre els dos glicols.
| Característica estructural | Etilenglicol | Propilenglicol |
|---|---|---|
| Àtoms de carboni | 2 | 3 |
| Grups hidroxil | 2 | 2 |
| Principal diferència estructural | Sense substituent metil | Un grup metil |
| Fórmula | HO–CH₂–CH2–OH | CH₃–CH(OH)–CH2OH |
Per tant, l'estructura molecular és important quan es comparen anticongelants EG i PG, perquè la diferència no és només una qüestió de concentració o puresa. Els dos productes químics es comporten de manera diferent fins i tot quan s'utilitzen a la mateixa concentració de glicol.
Propietats físiques: etilenglicol vs propilenglicol
En general, l'etilenglicol té una viscositat més baixa i un punt d'ebullició més alt que el propilenglicol, mentre que el propilenglicol és més viscós i tendeix a proporcionar característiques de transferència de calor-una mica diferents. Aquestes diferències esdevenen especialment importants en sistemes de refrigeració-bucle tancat i transfer{3}}de calor.
| Propietat | Etilenglicol | Propilenglicol |
|---|---|---|
| Punt d'ebullició | ≈197–198 graus | ≈187–188 graus |
| Densitat a 20 graus | ≈1,11 g/cm³ | ≈1,04 g/cm³ |
| Pes molecular | 62,07 g/mol | 76,10 g/mol |
| Solubilitat en aigua | Totalment miscible | Totalment miscible |
| Punt de congelació del 50% del refrigerant | Uns -36,4 graus | Uns -31,0 graus |
Els valors del punt de congelació-anteriors són coherents amb els requisits de l'ASTM D3306 per als refrigerants de motor d'etilenglicol i propilenglicol prediluïts al 50%. L'estàndard especifica un punt de congelació màxim de -36,4 graus per al prediluït de etilenglicol tipus III i de -31,0 graus per al prediluït de propilenglicol de tipus IV.
Per què importa la viscositat en la transferència de calor?
La viscositat és important perquè una solució de glicol més viscosa requereix més esforç de bombeig i pot reduir el flux a través de l'equip de transferència de calor-. Les solucions de propilenglicol són generalment més viscoses que les solucions d'etilenglicol equivalents, especialment a temperatures més baixes.
En un sistema de transferència de calor-de circuit tancat-HVAC o industrial{1}}, una viscositat més alta pot augmentar la caiguda de pressió i els requisits de bombeig. També pot afectar els-coeficients de transferència de calor i la capacitat del fluid de circular per passos estrets.
Això no vol dir que PG no sigui apte per a la transferència de calor. Més aviat, els dissenyadors de sistemes han de tenir en compte la seva viscositat a l'hora de seleccionar bombes, diàmetres de canonades, intercanviadors de calor i concentració de glicol.
Toxicitat i seguretat: EG vs PG
El propilenglicol té un perfil de toxicitat substancialment més baix que l'etilenglicol, motiu pel qual es prefereix el PG en aplicacions on és més probable l'exposició accidental humana. Aquesta diferència és un dels factors més importants a l'hora de triar entre EG i PG.
Toxicitat del glicol d'etilè
L'etilenglicol és significativament més tòxic que el propilenglicol quan s'ingereix i pot causar intoxicació metabòlica greu. Després de la ingestió, l'etilenglicol es metabolitza en diversos compostos, inclosos l'àcid glicòlic i l'àcid oxàlic; L'àcid oxàlic pot contribuir a la formació de cristalls d'oxalat de calci i a lesions renals. L'ATSDR descriu aquesta via metabòlica en el seu perfil toxicològic per a l'etilenglicol.
Per tant, l'etilenglicol requereix una manipulació acurada i no s'ha de considerar segur per a aplicacions d'alimentació o ingestió accidental. Els refrigerants EG d'automòbils i industrials s'han d'emmagatzemar i manipular per evitar la ingestió accidental.
Perfil de -toxicitat inferior del propilenglicol
El propilenglicol té una toxicitat substancialment menor que l'etilenglicol i està permès per a usos alimentaris específics segons les regulacions de la FDA dels EUA. L'ATSDR assenyala que el propilenglicol té relativament pocs efectes tòxics en comparació amb l'etilenglicol i està designat com a substància GRAS per la FDA per als usos previstos aplicables.
La FDA enumera el propilenglicol sota la norma 21 CFR 184.1666 i la seva base de dades de substàncies-alimentàries identifica les regulacions alimentàries aplicables i la informació GRAS.
Tanmateix, "una toxicitat més baixa" no vol dir que tots els productes de propilenglicol siguin automàticament adequats per a ús alimentari, farmacèutic o{0}}per a la cura personal. El grau, la puresa, els additius, l'ús previst i les normatives aplicables són importants.
Estat normatiu i normes de la indústria
L'avantatge regulador del propilenglicol és més important en aplicacions on el glicol pot entrar en contacte accidental amb aliments, productes farmacèutics o persones. Les regulacions de la FDA reconeixen usos específics del propilenglicol en els aliments, mentre que els productes industrials de PG no s'han de descriure automàticament com a qualitat-alimentària.
Per als refrigerants de motor, ASTM D3306 és una especificació important perquè cobreix explícitament els refrigerants de motor de base amb etilenglicol i propilenglicol per a automòbils i servei-lleuger. La norma identifica els concentrats EG i PG i els tipus de refrigerants prediluïts i estableix requisits relacionats amb la congelació, l'ebullició, la corrosió i altres característiques de rendiment.
ASTM D4340 és un mètode de prova de corrosió en lloc d'una especificació general del producte refrigerant. Avalua la corrosió dels aliatges d'alumini fos en els refrigerants del motor en condicions de rebuig de calor-i es pot utilitzar com a part de l'avaluació del rendiment del refrigerant.
SAE J1034 és una altra referència històrica per als concentrats de refrigerants d'automòbils tipus etilè-glicol-. Els registres de SAE mostren que la revisió de 2000 es va cancel·lar, per la qual cosa no s'ha de presentar com un requisit de certificació universal actual sense comprovar l'especificació de la indústria o OEM aplicable.
Per a aplicacions de refrigerant, l'enfocament més útil és, per tant, identificar l'especificació ASTM, OEM, SAE o regional vigent aplicable en lloc de simplement afirmar que un glicol "compleix ASTM" sense identificar l'estàndard específic i els requisits de prova.
Aplicacions d'etilenglicol
Etilenglicols'utilitza àmpliament on són importants un fort rendiment anticongelant, una viscositat relativament baixa i una transferència de calor eficient. Les seves principals aplicacions inclouen sistemes de refrigeració d'automòbils, sistemes industrials de transferència de calor-, refrigeració i fabricació de polièster.
En aplicacions d'automoció, EG s'utilitza àmpliament com a glicol base en el refrigerant i anticongelant del motor. La seva viscositat relativament baixa en comparació amb el PG ajuda a mantenir una bona circulació, especialment a baixes temperatures.
L'etilenglicol també s'utilitza en sistemes industrials de bucle tancat-, inclosos els intercanviadors de calor i determinades aplicacions de refrigeració. La concentració de glicol requerida depèn de la temperatura mínima de funcionament i de la protecció contra la congelació requerida.
Fora de les aplicacions de transferència de calor-, EG és una matèria primera química important per produir fibres i pel·lícules de polietilè tereftalat (PET) i polièster. Això distingeix EG de PG perquè MEG té un paper important en la cadena de valor del polièster.
Aplicacions de propilenglicol
El propilenglicol es prefereix quan una toxicitat més baixa és més important que aconseguir la viscositat més baixa possible o el rendiment màxim a baixa-temperatura. S'utilitza àmpliament en el processament d'aliments, productes farmacèutics, cosmètics, sistemes de climatització i fluids de transferència de calor-.
A les instal·lacions d'aliments i begudes, es poden seleccionar fluids de transferència de calor basats en PG--per als sistemes de refrigeració secundaris on es té en compte el contacte accidental. El producte específic ha de ser adequat per a l'aplicació prevista i complir els requisits reglamentaris pertinents.
El PG també s'utilitza en formulacions farmacèutiques i productes de cura personal-per les seves propietats dissolvents i humectants. En sistemes de climatització i edificis, el PG es pot utilitzar en sistemes de calefacció i refrigeració de bucle tancat-en què la reducció de problemes de toxicitat és una prioritat.
El propilenglicol també s'utilitza en sistemes solars tèrmics i altres aplicacions de transferència de calor{0}. La seva viscositat més alta significa que el disseny del sistema pot necessitar tenir en compte els requisits de bombeig més grans en comparació amb EG.
Anticongelant EG vs PG: quin funciona millor?
En general, l'etilenglicol ofereix un millor rendiment a baixa-temperatura i una viscositat més baixa, mentre que el propilenglicol ofereix un perfil de toxicitat significativament més baix. Per tant, el millor anticongelant depèn de les condicions de funcionament i de les conseqüències de l'exposició accidental.
Per exemple, ASTM D3306 especifica un punt de congelació màxim de -36,4 graus per al 50% d'EG prediluït en comparació amb -31,0 graus per al 50% de PG prediluït. Això il·lustra la protecció contra la congelació més forta que s'obté generalment d'un refrigerant equivalent al 50% EG en les condicions de prova especificades.
La PG pot ser la millor opció en instal·lacions com ara plantes de processament d'aliments o zones on la gent podria entrar en contacte amb el fluid de transferència de calor-. L'EG pot ser preferit en aplicacions en què el rendiment de transferència de calor-, una viscositat més baixa i una protecció contra la temperatura més baixa- són les principals prioritats.
Es poden barrejar etilenglicol i propilenglicol?
L'etilenglicol i el propilenglicol es poden barrejar físicament perquè tots dos són glicols-miscibles amb aigua, però generalment no es recomana barrejar diferents refrigerants acabats sense confirmar la compatibilitat dels additius. El glicol en si és només una part d'una formulació de refrigerant; Els productes anticongelants comercials també contenen inhibidors de corrosió i altres additius.
Dos refrigerants basats en diferents glicols poden utilitzar diferents paquets d'inhibidors. Barrejar-los pot canviar la protecció contra la corrosió, el pH, l'alcalinitat de reserva i el rendiment-a llarg termini de la formulació.
Si cal canviar un sistema de refrigeració d'EG a PG o de PG a EG, l'enfocament més segur és seguir les instruccions del fabricant del refrigerant i, quan sigui necessari, drenar i rentar el líquid existent abans d'omplir-lo amb la nova formulació.
La distinció important és entre barrejar els glicols purs i barrejar productes anticongelants acabats. Aquest últim requereix una atenció especial al paquet d'additius i als requisits del fabricant de l'equip.
Com identificar etilè glicol i propilenglicol
La identificació fiable de l'etilenglicol i el propilenglicol s'ha de basar en proves analítiques o documentació verificada del producte en comptes del color, l'olor o l'aspecte. Tots dos productes químics són líquids clars i incolors i poden semblar molt semblants.
Es pot utilitzar un refractòmetre per estimar la concentració de glicol quan es disposa de les dades de calibració o conversió adequades. Les mesures de densitat també poden proporcionar informació útil, però la densitat sola pot no identificar definitivament un glicol desconegut, especialment quan hi ha additius o mescles.
Per a un refrigerant industrial desconegut, l'anàlisi de laboratori proporciona una identificació més fiable. La SDS, l'especificació o el certificat d'anàlisi del producte també poden establir si el glicol base és EG o PG quan la documentació és fiable.
Per què el color no és un mètode d'identificació fiable
El color del refrigerant no s'ha d'utilitzar per identificar etilenglicol o propilenglicol perquè els fabricants poden utilitzar diferents colorants per a diferents productes. Un refrigerant vermell, verd, blau, taronja o groc no estableix per si mateix si el glicol base és EG o PG.
De la mateixa manera, l'olor no és un mètode d'identificació química fiable.
Cremar un glicol desconegut per observar la flama tampoc és un mètode d'identificació adequat. No és ni una tècnica analítica fiable ni una manera segura de manejar una substància química desconeguda.
Consideracions de cost i selecció
L'etilenglicol és generalment menys car que el propilenglicol, tot i que els preus reals varien segons els costos de les matèries-primes, la puresa, la concentració, els additius i les condicions del mercat. Per tant, el cost per si sol no hauria de determinar l'elecció entre EG i PG.
La primera consideració ha de ser la temperatura de funcionament requerida. Si un sistema necessita una protecció forta contra la congelació a baixes temperatures, l'EG pot proporcionar un avantatge a una concentració comparable.
La segona consideració és el risc d'exposició. Quan és possible el contacte accidental amb persones o aliments, sovint es prefereix el PG pel seu perfil de toxicitat més baix i l'acceptació normativa per a usos específics.
La tercera consideració és el rendiment del sistema. La viscositat més alta del PG pot afectar la mida de la bomba, la caiguda de pressió i el rendiment de la transferència de calor-, especialment a baixes temperatures. Per tant, EG pot ser avantatjós en sistemes on l'eficiència de bombeig i la transferència de calor són importants.
També s'han de distingir el refrigerant concentrat i premesclat. Un concentrat de glicol s'ha de diluir amb aigua d'acord amb la protecció contra la congelació requerida i les instruccions del producte, mentre que un refrigerant premesclat ja està formulat a una concentració especificada.
Consideracions ambientals i de biodegradabilitat
Tant l'etilenglicol com el propilenglicol són biodegradables en condicions ambientals adequades, però la biodegradabilitat no vol dir que cap substància pugui ser alliberada al medi ambient sense controls. La seva degradació pot consumir oxigen dissolt a l'aigua, de manera que les grans emissions poden crear un problema de demanda d'oxigen-fins i tot quan els mateixos compostos són biodegradables.
L'impacte ambiental d'un refrigerant de glicol també depèn de la concentració, els additius, la contaminació i l'entorn receptor. Per tant, el refrigerant usat s'ha de recollir i gestionar d'acord amb els-requisits de gestió de residus aplicables.
Preguntes freqüents
El propilenglicol és més segur que l'etilenglicol?
El propilenglicol té un perfil de toxicitat substancialment més baix que l'etilenglicol i generalment es considera l'opció més segura quan l'exposició accidental és una preocupació. Les regulacions de la FDA també reconeixen els usos alimentaris específics del propilenglicol. Tanmateix, la seguretat depèn del grau, la formulació, la via d'exposició i l'ús previst.
Per què s'utilitza etilenglicol en anticongelants de cotxes en lloc de propilenglicol?
L'etilenglicol s'utilitza àmpliament en anticongelants d'automòbils perquè proporciona una forta protecció contra la congelació i una viscositat relativament baixa, que admet una circulació eficient del refrigerant. El propilenglicol també es pot utilitzar en el refrigerant del motor; ASTM D3306 cobreix explícitament els refrigerants de motor basats en EG- i PG-.
Pots diferenciar l'etilenglicol i el propilenglicol pel color?
No, el color no pot distingir de manera fiable l'etilenglicol del propilenglicol. Els fabricants de refrigerants poden utilitzar diferents colorants, de manera que el color no s'ha de tractar com un mètode d'identificació química.
Quina és la diferència de punt de congelació entre les solucions 50% EG i 50% PG?
Un refrigerant EG prediluït al 50% generalment proporciona un punt de congelació més baix que un refrigerant PG al 50%. ASTM D3306 especifica un punt de congelació màxim de -36,4 graus per al tipus III 50% o superior EG prediluït i -31,0 graus per al tipus IV PG prediluït sota les condicions especificades de l'estàndard.
El propilenglicol té la certificació{0}}alimentària?
El propilenglicol està reconegut per la FDA per a usos alimentaris específics segons 21 CFR 184.1666, però no tots els productes de propilenglicol són automàticament de qualitat alimentària. L'estat de qualitat-alimentària depèn de l'especificació del producte, la puresa, els controls de fabricació i l'ús previst.
Es poden barrejar anticongelants etilenglicol i propilenglicol en el mateix sistema?
En general, no es recomana barrejar productes anticongelants acabats basats en EG- i PG-, tret que els fabricants confirmin la compatibilitat. La principal preocupació no són només les molècules de glicol, sinó els diferents paquets d'inhibidors de corrosió-i additius utilitzats en els refrigerants acabats.
Etilè glicol vs propilenglicol: quin hauríeu de triar?
Trieu etilenglicol quan el rendiment a baixa-temperatura, una viscositat més baixa i una transferència de calor eficient són les principals prioritats; escolliu propilenglicol quan la toxicitat i la reducció de l'exposició siguin més importants. Cap del glicol és universalment millor perquè l'elecció correcta depèn de l'aplicació.
Per a sistemes de bucle tancat-automoció i industrial amb exposició controlada, l'etilenglicol pot ser una opció eficaç per les seves propietats tèrmiques i de flux. Per a instal·lacions de processament-d'aliments, entorns farmacèutics, determinats sistemes de climatització i altres aplicacions on l'exposició accidental és una preocupació, el propilenglicol pot ser més adequat.
L'elecció final s'ha de basar en el punt de congelació requerit, la temperatura d'operació, la viscositat, els requisits de transferència de calor-, les consideracions de toxicitat, els materials de l'equip, la formulació del refrigerant i els estàndards de la indústria aplicables en lloc de triar simplement el glicol amb el preu més baix.
Conclusió
La principal diferència entre etilenglicol i propilenglicol és l'equilibri entre el rendiment tèrmic i la toxicitat. En general, l'etilenglicol ofereix una viscositat més baixa i un rendiment més fort a baixa-temperatura, cosa que el fa molt utilitzat en sistemes de refrigeració d'automoció i industrials.
El propilenglicol té un perfil de toxicitat substancialment més baix i s'utilitza més sovint quan l'exposició humana, el contacte amb aliments, aplicacions farmacèutiques o consideracions ambientals són importants.
Ambdós glicols són fluids anticongelants efectius i transfereixen la calor-quan es formulen correctament i s'utilitzen a la concentració correcta. L'elecció correcta depèn de la temperatura de funcionament, la protecció contra la congelació necessària, el disseny del sistema, el risc d'exposició i els estàndards aplicables.
