کاربردهای مونو اتیلن گلایکول در صنایع مختلف

مونو اتیلن گلایکول یک ماده شیمیایی پرکاربرد در صنایع است که مانند آب بی‌رنگ و بی‌بو است اما طعم شیرینی دارد. کاربردهای مونو اتیلن گلایکول در صنایع گوناگون بسیار است و از این ماده در ساخت الیاف پلی استر، تولید ضد یخ و خنک کننده‌ها استفاده می‌شود. ما در این مقاله توضیح می‌دهیم که مونو اتیلن گلایکول چیست و چه ویژگی‌هایی دارد، چه کاربردهایی دارد و در هنگام استفاده از آن باید چه نکاتی رعایت شود.

مونو اتیلن گلایکول چیست؟

برای دانستن کاربردهای مونو اتیلن گلایکول باید ابتدا با این ماده آشنا شوید. مونو اتیلن گلایکول که با نام‌های دیگر MEG ،2-ethanediol یا 2- Dihydroxyethane شناخته می‌شود، یک ترکیب آلی با فرمول شیمیایی C2H6O2 است. این ماده، مایعی کمی چسبناک با ظاهری شفاف و بی‌رنگ است که طعمی شیرین دارد و عملا هیچ بویی ندارد. مونو اتیلن گلایکول با آب، انواع الکل و بسیاری دیگر از ترکیبات آلی دیگر مخلوط می‌شود. این ماده حلالی مهم با کاربردهای صنعتی متنوعی می‌باشد. از مهم‌ترین گلیکول‌های تجاری است که در ساخت الیاف پلی استر، پارچه، بطری، سیال انتقال دهنده حرارت، بازدارنده هیدرات در خطوط گاز و به عنوان خنک کننده کاربرد دارد این ترکیب قطبی از اجزای اصلی ضد یخ‌ها به حساب می‌آید.

خصوصیات مونو اتیلن گلایکول

مونو اتیلن گلایکول چگونه ساخته می‌شود؟

برای تبدیل اتیلن (اتن) به مونو اتیلن گلایکول، از اتیلن اکسید استفاده می‌شود. اکسید اتیلن از طریق اکسیداسیون تولید می‌شود و بعد از واکنش دادن با آب، مونو اتیلن گلایکول تولید می‌شود.

C2H4O + H2O → HOCH2CH2OH

این واکنش در دمای بالا با PH خنثی اتفاق می‌افتد یا اسیدها و بازها این واکنش را کاتالیز می‌کنند و به آن سرعت می‌بخشند. بهترین بازدهی این واکنش با PH اسیدی با مقدار زیادی آب به دست می‌آید. همچنین می‌توانیم مونو اتیلن گلایکول را از طریق هیدروژنه کردن دی‌متیل اگزالات به دست آوریم. این واکنش باید با حضور کاتالیزور مس یا با استفاده از اتوکسیلاسیون اتیلن انجام شود.

کاربردهای مونو اتیلن گلایکول

کاربردهای مونو اتیلن گلایکول در صنایع مختلف زیاد است. در زیر به برخی از این موارد اشاره می‌شود.

1. صنعت پلیمر

تقاضای جهانی برای ماده مونو اتیلن گلایکول بسیار زیاد است و انتظار می‌رود تا سال 2024 این تقاضا سالانه 6 درصد رشد داشته باشد. این افزایش تقاضا به دلیل افزایش تولید پلی اتیلن ترفتالات یا PET یا پلی استرها در آسیا و اقیانوسیه است. ساکنان آسیا و اقیانوسیه تقریبا 70 درصد از تولیدات مونو اتیلن گلایکول را مصرف می‌کنند و از کاربردهای مونو اتیلن گلایکول بهره می‌برند. PET با حرارت مونو اتیلن گلایکول با اسید ترفتالیک در یک واکنش استریفیکاسیون (استری شدن) تولید می‌شود. این ماده شیمیایی به بطری‌های پلاستیکی و ظروف مخصوص مایکروویو تبدیل می‌شود و حتی در صنعت نساجی و در تولید بعضی از نخ‌ها کاربرد دارد. تخمین زده شده است 70 تا 80 درصد کاربردهای مونو اتیلن گلایکول در فرایند تولید پلی استر استفاده می‌شود.

2. صنعت ضدیخ

این ماده در کاهش دمای نقطه انجماد آب نقش مهمی دارد و در ساخت ضد یخ، خنک کننده و ضدیخ هواپیما استفاده می‌شود. مونو اتیلن گلایکول در حدود منفی دوازده درجه سانتی‌گراد منجمد می‌شود و در هنگام مخلوط شدن با آب دمای انجماد آن را تا حدود 45- درجه سانتی‌گراد پایین می‌آورد. این در صورتی اتفاق می‌افتد که نسبت آب به اتیلن گلایکول 40 به 60 باشد.

3. آب‌زدایی

با افزایش فعالیت نفت و گاز در آب‌های عمیق و انتقال و جابه‌جایی نفت و گاز در خط لوله‌ها به منظور آب‌زدایی و جلوگیری از آب‌دار شدن محصول استفاده می‌شود و مانع از ایجاد گاز طبیعی آب‌دار می‌شود و مجددا پس از تصفیه قابل استفاده می‌باشد. این کار به جلوگیری از خوردگی کمک می‌کند.

4. دیگر کاربردهای مونو اتیلن گلایکول

1. صنعت الکترونیک: واسطه شیمیایی در تولید خازن.
2. صنعت چوب: درمان و پیشگیری از قارچ و پوسیدگی چوب.
3. به عنوان تثبیت کننده در برابر تشکیل ژل مصرف می‌شود.
4. مرطوب کننده صنعتی: در تولید الیاف، چسب ها، سلفون و واکس‌های مصنوعی.
5. ساخت رزین‌های آلکیدی: استفاده شده در رنگ، لعاب، لاک، امولسیون و جلادهنده.
6. در تولید استرهای رزینی به عنوان نرم کننده (چسب، لاک و مینا) نیز مصرف می‌شود.
7. صنعت خودرو: به عنوان افزودنی به سوخت، مایعات تبادل حرارتی، ترمز و هیدرولیک.
8. به عنوان نگهدارنده، برطرف کننده زنگ‌زدگی و ضدعفونی کننده استفاده می‌شود.
9. صنعت گاز: حذف بخار آب از گاز، خشک‌ کننده در خطوط لوله گاز برای جلوگیری از تشکیل کلترات.
10. به عنوان ماده‌ای در مایعات هیدرولیکی، جوهرهای چاپ و حلال‌های رنگ نیز استفاده می‌شود.
11. پاک کننده: در پاک کننده‌های صفحه نمایش برای وسایل الکترونیکی هنگام مخلوط شدن با ایزوپروپیل الکل.
12. پزشکی: ساخت واکسن، البته در واکسن تزریقی نهایی این ماده نیست. همچنین نگهدارنده برای نمونه‌های بیولوژیکی که از فرمالدهید ایمن‌تر است.

نحوه نگهداری از مونو اتیلن گلایکول

براساس استاندارد NFPA یا انجمن حفاظت از آتش‌سوزی، مقدار ناپایداری مونو اتیلن گلایکول صفر است. این امر نشان می‌دهد که مونو اتیلن گلایکول اغلب ماده‌ای پایدار است. نقطه اشتعال بالای این ماده حاکی از آن است که برای احتراق و اشتعال این ماده به گرمای قابل توجهی نیاز است. با این حال، در هنگام نگهداری از این ماده باید آن را به دور از حرارت، جرقه و شعله قرار داد. در صورت وقوع آتش‌سوزی باید از کف آتش‌نشانی مقاوم الکلی یا کپسول آب برای اطفای حریق استفاده کرد و از نشت مونو اتیلن گلایکول به منابع آبی یا فاضلاب جلوگیری کرد. محل انبار باید از تهویه قوی و مناسب برخوردار باشد.

خطرات مونو اتیلن گلایکول و رعایت ایمنی در هنگام کار با این ماده

 این ماده شیمیایی بسیار سمی است و یکی از اصلی‌ترین خطرات آن طعم شیرین آن است. این طعم شیرین باعث می‌شود خوردن این ماده لذت بخش باشد. به همین دلیل این ماده نباید در دسترس کودکان یا حیوانات قرار بگیرد. البته معمولا به محلول‌های ضد یخ طعم دهنده‌های تلخ اضافه می‌شود تا طعم شیرین این ماده را از بین ببرند و حیوانات و کودکان از خوردن این ماده خودداری کنند. قرار گرفتن در معرض بخار مونو اتیلن گلایکول باعث تحریک چشم می‌شود. بنابراین توصیه می‌شود هنگام کار با این ماده شیمیایی از عینک استفاده شود. در صورت تماس با چشم فورا آن را با آب فراوان بشویید و به پزشک مراجعه کنید. همچنین در هنگام کار با مونو اتیلن گلایکول باید از دستکش استفاده کرد. قرار گرفتن در معرض مقدار زیادی از بخار این ماده سبب تحریک و ناراحتی تنفسی می‌شود. فرد در صورت استنشاق بیش از حد بخار باید از محیط خارج شود و در فضای باز قرار بگیرد. تماس طولانی با مونو اتیلن گلیکول اثرات بسیار مخربی بر کلیه‌ها و کبد و سیستم عصبی افراد می‌گذارد.

سوالات متداول

• برای رقیق‌سازی مونو اتیلن گلایکول از چه آبی استفاده می‌شود؟

برای رقیق‌سازی این ماده همیشه از آب DM و یا RO استفاده کنید. با این حال در صورتی که از آب سخت استفاده می‌کنید حتما به منظور کنترل سختی و جلوگیری از تشکیل رسوب در سیستم به آن مقداری ارگانوفسفات اضافه نمایید.

• آیا مونو اتیلن گلایکول به تنهایی در ضدیخ‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد؟

خیر، در ترکیب ضد یخ‌ها از مهارکننده‌ها و مواد ضد خوردگی مختلفی علاوه بر مونو اتیلن گلایکول استفاده می‌شود چون اتیلن گلایکول در حضور اکسیژن می‌تواند تخریب شود. در طی این تخریب اسیدهای گلیکولیک، فرمیک، استیک و اگزالیک تولید می‌شود.این اسیدها با کاهش pH و رساندن آن به زیر 7 به سرعت سبب خوردگی فولاد و سایر فلزات می‌شوند. در نتیجه با به حداقل رساندن مقدار اکسیژن و کنترل pH با کمک مهارکننده‌ها و عوامل ضدخوردگی می‌توان از میزان آسیب این ماده کم نمود.

• چرا مونو اتیلن گلایکول نسبت به سایر ضدیخ‌ها ارجحیت دارد؟

یکی از مزایا استفاده از این ترکیب در ضد یخ‌ها خاصیت انتقال حرارت بهتر آن نسبت به سایر ترکیبات شیمیایی مورد استفاده مانند پروپیلن گلیکول است. علاوه بر این نسبت به پروپیلن گلیکول (PG) در دمای صفر از ویسکوزیته‌ی کمتری برخوردار است. ویسکوزیته‌ی بالای سایر مواد می‌تواند سبب صرف انرژی بالاتری شود و هزینه‌ها را افزایش دهد. مونو اتیلن گلایکول از نظر اقتصادی بسیار به صرفه است زیرا در صورت مخلوط شدن با آب، درصد كمتری از MEG در مقایسه با PG برای دستیابی به همان نقطه‌ی انجماد لازم است.

• حداقل غلظت مورد استفاده مونو اتیلن گلایکول در ترکیب با آب چقدر است؟

حداقل غلظت مورد استفاده برای این ترکیب 22 درصد می‌باشد. در این غلظت از یخ‌زدگی در دمای -10 درجه‌ی سانتی‌گراد جلوگیری می‌کند. با این حال معمولا اغلب مصرف کنندگان به ضد یخ‌هایی در دمای -2 درجه ی سانتی‌گراد نیاز پیدا می‌کنند که در نتیجه مقدار کمتری MEG مورد استفاده قرار می‌گیرد.

• اما چرا مینیموم غلظت برای این ماده 22 درصد پیشنهاد می‌شود؟

کاهش غلظت مونو اتیلن گلیکول زیر 22٪ غلظت بازدارنده را تا حدی کاهش می‌دهد، در نتیجه خواص ضدخوردگی و حفاظت بیولوژیکی کافی برای یک سیستم را فراهم نمی‌کند. در ضد یخ‌ها لازم است تا مقدار بازدارنده، عوامل ضد خوردگی و… با یکدیگر در تعادل باشند تا ضدیخ بیشترین بازدهی را از خود نشان دهد. طبق گزارشات مقدار بهینه‌ی مورد استفاده از EG حدود 22 الی 60 درصد گزارش شده است. علاوه‌ بر این استفاده از این ماده در غلظت‌های بالاتر از 20 درصد می‌تواند سبب جلوگیری از رشد باکتری‌ها و قارچ‌ها در سیستم‌های مورد استفاده شود. در غلظت‌های پایین نه تنها سبب جلوگیری از رشد باکتری‌ها نمی‌شوند بلکه به عنوان یک ماده‌ی مغذی عمل می‌کند و سبب رشد این میکروارگانیسم‌ها می‌شود. تنظیم pH و جلوگیری از تشکیل اسیدهای مذکور و حفاظت سیستم در برابر خوردگی از دیگر دلایل انتخاب غلظت 22 درصد به عنوان حداقل مقدار مورد استفاده از EGها در ضدیخ‌ها می‌باشد.

• فواید مونو اتیلن گلایکول چیست؟

این ماده خواصی شبیه به آب دارد که باعث می‌شود با ترکیبات زیادی قابل حل باشد، ماده‌ای در دسترس است و قیمت پایینی دارد، نقطه انجماد پایین و نقطه جوش بالایی دارد که در بسیاری از مصارف صنعتی کاربردی است، قابلیت حمل گرمای مناسبی داردو همچنین ماندگاری بالایی دارد.

• محدودیت استفاده از مونو اتیلن گلایکول چیست؟

این ماده بسیار قابل اشتعال است و سریعا آب را جذب می‌کند، در صورت نشتی از اتومبیل می‌تواند خطر احتراق در پی داشته باشد، دفع نامناسب این ماده خصوصا در فرودگاه ها می‌تواند به محیط زیست آسیب برساند، طعم شیرین آن به راحتی کودکان و حیوانات را جذب خود می‌کند که می‌تواند به سلامتی آسیب‌های جدی وارد کند.

جمع‌بندی

مونو اتیلن گلایکول در صنایعی مانند صنعت رنگ و رزین، الکترونیک، چوب و کاغذ و ... کاربردهای بسیاری دارد. ما در این مقاله مونو اتیلن گلایکول و ویژگی‌هایش را معرفی کردیم، اشاره کردیم که این ماده چگونه ساخته می‌شود و چگونه باید از آن نگهداری کرد. همچنین به کاربردهای مونو اتیلن گلایکول در صنایع مختلف پرداختیم.