Часто на специализированных форумах можно встретить вопрос: есть ли разница между этиленгликолем и моноэтиленгликолем (МЭГ)? Специалисты уверенно утверждают, что это одно и то же вещество, обладающие аналогичными физическими свойствами и рабочими характеристиками при использовании в качестве антифриза. А вот разница между моно- и диэтиленгликолем действительно присутствует.
Диэтиленгликоль (в литературе встречается название дигликоль или ДЭГ) обладает лучшей растворимостью, более высокой вязкостью и температурой кипения, а также меньшей летучестью. Температура замерзания у ДЭГ чуть выше, чем у моноэтиленгликоля, но это не сказывается на сфере применения и способностях проводить тепло.
Важно заметить, что дигликоль отлично растворяется в воде и смешивается с многими органическими соединениями – пропиленгликолем, одноатомными спиртами (этанол), карбитолами, целлозольвами, фенолом, ацетоном, пиридином, фурфуролом. Растворимость остается высокой в широком диапазоне рабочих температур. ДЭГ не взаимодействует с растительными и минеральными маслами и не растворяется в них.
Сфера применения
На практике водные растворы диэтиленгликоля используются в качестве антифриза реже, чем привычная нам моноэтиленгликолевая смесь. Это объясняется не физическими характеристиками вещества (они не различаются столь существенно), а различными объемами производства и доступностью на рынке. Теплоноситель на основе пропиленгликоля или этиленгликоля более доступен, да и стоимость его производства не так высока.
Помимо инженерных систем дигликоль широко используется как селективный растворитель при экстракции нефтепродуктов и ароматических углеводородов – бензола, толуола, ксилола. Он отлично растворяет перечисленные вещества и не оказывает влияние на нафтеновые и парафиновые углеводороды. За счет лучшей растворимости в воде растворитель на основе ДЭГ гораздо эффективнее, что позволяет получать на химическом производстве готовый продукт различной степени чистоты.
Еще одно направление использования – удаление водяного пара из прокачиваемого по трубопроводным системам газа. Решение этой задачи позволяет минимизировать риск образования конденсата и ледяных пробок внутри труб. Кроме того, диэтиленгликоль позволяет эффективно очищать газ от посторонних примесей – диоксида углерода и сероводорода.
Дигликоль незаменим при производстве некоторых полимерных материалов – термостойких и огнестойких полиуретанов, ненасыщенных полиэфирных смол, устойчивых к воздействию щелочи алкидных смол, модифицирующих компонентов. Это синтез активаторов полимеризации, стабилизаторов, пластификаторов, антиоксидантов, отвердителей эпоксидных смол.
Технология изготовления и безопасность
Сегодня в химической промышленности распространены две технологии получения диэтиленгликоля: совместный синтез с МЭГ и получение непосредственно из этиленгликоля.
- Первый метод осуществляется по реакции гидратации окиси этилена. На выходе образуется как привычный этиленгликоль, так и дигликоль. Если варьировать соотношение исходных реагентов, можно получать различный выход продуктов реакции. К примеру, если в реакции участвует вода и окись этилена в соотношении 17 к 1, то доля ДЭГ на выходе составляет не более 10 %. Если уменьшить мольную концентрацию воды до 14 к 1, то выход диэтиленгликоля увеличивается до 20 %. Именно эта пропорция считается самой эффективной, потому что дальнейшее уменьшение концентрации воды не ведет увеличения доли ДЭГ в готовом продукте, а ведет к образованию побочных высокомолекулярных гликолей. Технология хороша тем, что после отделения от иных гликолей МЭГ может использоваться заново в следующих циклах органического синтеза.
- Вторая технология производства основана на реакции окиси этилена и МЭГ. Процесс делится на несколько стадий, что гарантирует высокий выход требуемого продукта. Доля высокомолекулярных гликолей в смеси минимальна.
Что касается мер предосторожности, то токсичность дигликоля ниже, чем у привычных нам соединений на основе МЭГ. Это существенно расширяет сферу применения теплоносителей, имеющих в составе диэтиленгликоль. Пары не представляют опасности даже при вдыхании, токсичен лишь прием вещества внутрь. Отработанная в инженерных системах водная смесь утилизируется или очищается ионно-обменными смолами.
Моющие средства
| Этиленгликоль | |
|---|---|
 | |
 | |
| Общие | |
| Систематическое наименование | этандиол-1,2 |
| Традиционные названия | гликоль, этиленгликоль, 1,2-диоксиэтан, 1,2-этандиол |
| Хим. формула | C2H6O2 |
| Рац. формула | C2H4(OH)2 |
| Физические свойства | |
| Состояние | бесцветная жидкость |
| Молярная масса | 62,068 г/моль |
| Плотность | 1,113 г/см³ |
| Термические свойства | |
| Т. плав. | −12,9 °C |
| Т. кип. | 197,3 °C |
| Т. всп. | 111 °C |
| Пр. взрв. | 3,2 ± 0,1 об.% [1] |
| Давление пара | 0,06 ± 0,01 мм рт.ст. [1] |
| Химические свойства | |
| pKa | 15,1 ± 0,1 [2] |
| Оптические свойства | |
| Показатель преломления | 1,4318 |
| Классификация | |
| Рег. номер CAS | 107-21-1 |
| PubChem | 174 |
| Рег. номер EINECS | 203-473-3 |
| SMILES | |
| RTECS | KW2975000 |
| ChEBI | 30742 |
| ChemSpider | 13835235 |
| Безопасность | |
| ПДК | 5 мг/м 3 |
| ЛД50 | 4700 мг/кг (крысы, перорально) |
| Токсичность |
|
| Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного. | |
Этиленглико́ль (гликоль, 1,2-диоксиэтан, этандиол-1,2), HO—CH2—CH2—OH — кислородсодержащее органическое соединение, двухатомный спирт, простейший представитель полиолов (многоатомных спиртов). В очищенном виде представляет собой прозрачную бесцветную жидкость слегка маслянистой консистенции. Не имеет запаха и обладает сладковатым вкусом. Токсичен. Попадание этиленгликоля или его растворов в организм человека может привести к необратимым изменениям в организме и к летальному исходу. [3]
Содержание
История открытий и производства
Этиленгликоль впервые был получен в 1859 году французским химиком Вюрцем из диацетата этиленгликоля омылением гидроксидом калия и в 1860-м гидратацией этиленоксида. Он не находил широкого применения до Первой мировой войны, когда в Германии его стали получать из дихлорэтана для использования в качестве замены глицерина при производстве взрывчатых веществ. В США полупромышленное производство начато в 1917 году через этиленхлоргидрин. Первое крупномасштабное производство начато с возведением завода в 1925 году около Саут Чарлстона (Западная Вирджиния, США) компанией «Carbide and Carbon Chemicals Co.» (англ.). К 1929 году этиленгликоль использовался практически всеми производителями динамита.
В 1937 компания Carbide начала первое крупномасштабное производство, основанное на газофазном окислении этилена до этиленоксида. Монополия компании Carbide на данный процесс продолжалась до 1953 года.
Получение
В промышленности этиленгликоль получают путём гидратации оксида этилена при 10 атм и 190‒200 °С или при 1 атм и 50‒100 °С в присутствии 0,1‒0,5% серной или ортофосфорной кислоты, достигая 90% выхода. Побочными продуктами при этом являются диэтиленгликоль, триэтиленгликоль и незначительное количество высших полимергомологов этиленгликоля.
Применение
Благодаря своей дешевизне этиленгликоль нашёл широкое применение в технике.
- Как компонент автомобильных антифризов и тормозных жидкостей, что составляет 60% его потребления. Смесь 60% этиленгликоля и 40% воды замерзает при −49 °С. Коррозионно активен, поэтому применяется с ингибиторами коррозии;
- Используется как теплоноситель с содержанием не более 50% в системах отопления (частные дома в основном)
- В качестве теплоносителя в виде раствора в автомобилях, в системах жидкостного охлаждения компьютеров;
- В производстве целлофана, полиуретанов и ряда других полимеров. Это второе основное применение;
- Как растворитель красящих веществ;
- В органическом синтезе:
- в качестве высокотемпературного растворителя.
- для защиты карбонильной группы путём получения 1,3-диоксолана. Обработкой вещества с карбонильной группой в бензоле или толуоле этиленгликолем в присутствии кислого катализатора (толуолсульфоновой кислоты, BF3•Et2O и др.) и азеотропной отгонкой на насадке Дина-Старка образующейся воды. Например, защита карбонильной группы изофорона
1,3-диоксоланы могут быть получены также при реакции этиленгликоля с карбонильными соединениями в присутствии триметилхлорсилана [4] или комплекса диметилсульфат-ДМФА [5] 1,3-диоксалана устойчивы к действию нуклеофилов и оснований. Легко регенерируют исходное карбонильное соединение в присутствии кислоты и воды.
- Как компонент противоводокристаллизационной жидкости «И».
- В качестве криопротектора.
- Для поглощения воды, для предотвращения образования гидрата метана (ингибитор гидратообразования), который забивает трубопроводы при добыче газа в открытом море. На наземных станциях его регенерируют путём осушения и удаления солей.
- Этиленгликоль является исходным сырьём для производства взрывчатого веществанитрогликоля.
Этиленгликоль также применяется:
- при производстве конденсаторов
- при производстве 1,4-диоксана
- как теплоноситель в системах чиллер-фанкойл
- в качестве компонента крема для обуви (1‒2 %)
- в составе для мытья стёкол вместе с изопропиловым спиртом
- при криоконсервировании биологических объектов (в крионике) в качестве криопротектора.
- при производстве полиэтилентерефталата, пластика популярных ПЭТ-бутылок.
Очистка и осушение
Осушается молекулярным ситом 4А, полуводным сульфатом кальция, сульфатом натрия, Mg+I2, фракционной перегонкой под пониженным давлением, азеотропной отгонкой с бензолом. Чистота полученного продукта легко определяется по плотности.
Таблица плотности водных растворов этиленгликоля, 20°С
| Концентрация % | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 | 55 | 60 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Плотность, г/мл | 1,050 | 1,058 | 1,067 | 1,074 | 1,082 | 1,090 | 1,098 |
Меры безопасности
Этиленгликоль — горючее вещество. Температура вспышки паров 120 °C. Температура самовоспламенения 380 °C. Температурные пределы воспламенения паров в воздухе, °С: нижний — 112, верхний — 124. Пределы воспламенения паров в воздухе от нижнего до верхнего, 3,8‒6,4% (по объему).
Этиленгликоль умеренно токсичен [6] [7] . По степени воздействия на организм относится к веществам 3-го класса опасности.
Летальная доза при однократном пероральном употреблении составляет 100‒300 мл этиленгликоля (1,5‒5 мл/кг массы тела) [8] . Имеет относительно низкую летучесть при нормальной температуре, пары обладают не столь высокой токсичностью и представляют опасность лишь при хроническом вдыхании. Определённую опасность представляют туманы, однако при их вдыхании об опасности сигнализируют раздражение и кашель. Противоядием при отравлении этиленгликолем являются этанол и 4-метилпиразол [9] .
В организме метаболизируется путём окисления до альдегида гликолевой кислоты и далее до гликолевой кислоты, которая затем распадается до муравьиной кислоты и диоксида углерода. Также он частично окисляется до щавелевой кислоты, которая вызывает повреждения почечной ткани. Этиленгликоль и его метаболиты выводятся из организма с мочой [10] .