Етиленгліколь або пропіленгліколь – цей вибір часто ставить у глухий кут навіть досвідчених інженерів, які встановлюють тепловий насос, кондиціонуючу систему або чилер. Між тим, відмінності в токсичності цих речовин настільки значні, що можуть визначити долю цілого проекту. Наукові дослідження переконливо доводять: пропіленгліколь отримав статус GRAS (Generally Recognized As Safe), у той час як етиленгліколь класифікується як високотоксична речовина.
Відповідно, відповідь на це питання лежить у площині не стільки технічних характеристик, скільки в фундаментальних принципах безпеки. Фізико-хімічні властивості обох речовин обумовлені їх здатністю утворювати водневі зв’язки, що й визначає їх антифризні якості.
Як мудро зауважила Марія Кюрі (1867-1934): «Я відношуся до тих, хто думає, що наука володіє великою красою. Учений у своїй лабораторії не тільки технік: він також дитина, поміщена перед природними явищами, які вражають його, як казка»
Содержание
Гліколі в техніці та побуті: навіщо потрібні пропіленгліколь і етиленгліколь
Відмінність етиленгліколю від пропіленгліколю в першу чергу визначається походженням і призначенням цих речовин. Етиленгліколь, що синтезується з етилену, домінує в автомобільній індустрії завдяки відмінним теплофізичним характеристикам.
Пропіленгліколь зайняв нішу в галузях, де важлива безпека. Дослідження показують, що його LD50 (летальна доза для 50% популяції) становить понад 20 г/кг маси тіла – це в 20 разів безпечніше етиленгліколю. Недивно, що харчова промисловість у розвинених країнах, наприклад США, використовує саме пропіленгліколь як консервант і стабілізатор.
У фармацевтиці пропіленгліколь служить розчинником для активних інгредієнтів, забезпечуючи їх біодоступність без токсичного впливу на організм. Авіаційна галузь перейшла на пропіленгліколь для протиобледенільних систем після ряду інцидентів з токсичними альтернативами.
Читайте також чи можна змішувати пропіленгліколь з водою
Таблиця застосування гліколів
Сфера застосування | Мета використання | Вигода | Практичні рекомендації |
Автомобільні системи | Захист від замерзання | Надійність при -40°C | Використовувати етиленгліколь 40-50% |
Побутове опалення | Антифриз для котлів | Безпека експлуатації | Вибирати пропіленгліколь 30-40% |
Харчова промисловість | Охолодження обладнання | Харчова безпека | Тільки пропіленгліколь |
Фармацевтика | Розчинник | Біосумісність | Використовувати USP-grade |
Системи кондиціонування | Теплоперенос | Енергоефективність | Концентрація за клімату |
Промислове охолодження | Стабільна робота | Економічна вигода | Регулярний моніторинг |
Хімічні властивості та поведінка пропіленгліколю і етиленгліколю
Етиленгліколь або пропіленгліколь – різниця в одну метильну групу кардинально змінює їх біологічну долю. Етиленгліколь (HOCH₂CH₂OH) метаболізується алкогольдегідрогеназою до гліколевого альдегіду, потім до щавлевої кислоти – саме вона викликає ниркову недостатність і, у багатьох випадках, летальний кінець.
Пропіленгліколь (CH₃CH(OH)CH₂OH) йде іншим метаболічним шляхом. Він перетворюється на піровиноградну кислоту – природний компонент циклу Кребса, що бере участь в енергетичному обміні клітин. Близько 45% виводиться нирками без змін, решта безпечно утилізується організмом.
Молекулярна динаміка цих речовин пояснює відмінності у фізичних властивостях. Етиленгліколь має більш симетричну структуру, що забезпечує кращу текучість при низьких температурах. Пропіленгліколь через метильну групу володіє більшою в’язкістю.
Термічна стабільність обох речовин порівнянна – розкладання починається при температурах вище 200°C. Але продукти розкладання етиленгліколю більш токсичні й включають формальдегід і мурашину кислоту.
Як гліколі взаємодіють з обладнанням і навколишнім середовищем
Що краще етиленгліколь або пропіленгліколь з точки зору сумісності з матеріалами? Дослідження NIST показують, що обидві речовини сумісні з вуглецевою сталлю, нержавіючою сталлю та мідними сплавами при використанні відповідних інгібіторів корозії.
Етиленгліколь більш агресивний до еластомерів – є ризик набухання гумових ущільнень на 15-20% більше порівняно з пропіленгліколем. Це може призвести до передчасної заміни ущільнень у системах опалення та охолодження.
Читайте також для чого використовується етиленгліколь
Екологічні дослідження EPA демонструють кардинальні відмінності в поведінці цих речовин у навколишньому середовищі. Етиленгліколь має період напіврозпаду в ґрунті 7-25 днів, але його токсичність для водних організмів надзвичайно висока – LC50 для риб становить всього 8-18 г/л.
Пропіленгліколь повністю біорозкладається за 20-30 днів, не утворюючи токсичних метаболітів. Його LC50 для риб перевищує 40 г/л, що в 2-5 разів безпечніше етиленгліколю.
Небезпека при потраплянні всередину: токсичність і допустимі дозування
Відмінність етиленгліколю від пропіленгліколю в токсичності підтверджена численними клінічними дослідженнями. Мінімальна летальна доза етиленгліколю для людини становить 1,4-1,6 г/кг маси тіла – це приблизно 100 мл для дорослої людини.
Читайте також чому етиленгліколь токсичний для людини
Пропіленгліколь, згідно з дослідженнями FDA, має виключно низьку токсичність. LD50 становить 20-30 г/кг маси тіла. Безпечна добова доза встановлена на рівні 25 мг/кг ваги тіла, що дозволяє використовувати його в харчових продуктах.
Дослідження показують, що навіть при перевищенні безпечної дози в 5-10 разів пропіленгліколь викликає лише легкий розлад шлунка та головний біль, не загрожуючи життю.
Використання в системах опалення та охолодження: що вибрати
Що краще – етиленгліколь або пропіленгліколь для інженерних систем? Американський інститут ASHRAE рекомендує пропіленгліколь для систем, де можливий контакт з питною водою або харчовими продуктами. Етиленгліколь залишається затребуваним для автомобільної техніки та закритих промислових систем.
Економічний аналіз показує, що при однаковій ефективності теплопередачі вартість пропіленгліколю на 60-80% вища етиленгліколю. Але витрати на безпеку, медичне страхування персоналу та екологічні штрафи можуть перевищувати економію від використання дешевшого етиленгліколю.
Рекомендуємо прочитати: пропіленгліколь і його використання в опаленні
Коли варто використовувати пропіленгліколь, а коли – етиленгліколь
Відмінність етиленгліколю від пропіленгліколю визначає стратегію їх застосування. Пропіленгліколь – вибір для харчової промисловості, фармацевтики, систем опалення житлових будівель і всіх випадків, де безпека людини пріоритетніша за економію. Його використання виправдане також в екологічно чутливих зонах і місцях з високим ризиком витоків.
Етиленгліколь зберігає позиції в автомобільній промисловості, великих промислових установках і системах, де досвідчений персонал може забезпечити безпечне поводження. При температурах нижче -35°C його переваги в теплопередачі проявляються особливо сильно.
Як сказав Луї Пастер (1822-1895): «Я непохитно вірю, що наука і мир переможуть над невіглаством і війною, що народи зійдуться один з одним не для руйнування, а для будівництва, і що майбутнє належить тим, хто зробить більше для стражденного людства».
