گلیکول اترها مایعاتی بی‌رنگ با بوی کم هستند. دارای دو گروه عاملی الکلی و اتری هستند و از رایج‌ترین حلال‌های آبی در صنعت پتروشیمی هستند. از اواسط دهه 1990، گلیکول اترها در فرانسه تحت بررسی دقیق دانشمندان و نیز در کانون توجه رسانه‌های ملی قرار گرفتند. سوء تفاهم‌ها و درک ضعیف از علم منجر به بروز سردرگمی، گزارش نادرست و پیشنهادات غیر واقعی می‌شود.
گلیکول اترها از جمله موادی هستند که بسیار مورد مطالعه قرار گرفته‌اند و بیشتر آن‌ها می‌توانند با اطمینان برای کاربردهای مصرفی و صنعتی استفاده شوند. تعداد کمی از آن‌ها به عنوان مواد سمی طبقه‌بندی می‌شوند و احتیاط در مصرف آن‌ها لازم است.
این مقاله به سه موضوع اصلی زیر می‌پردازد:
- مزایای منحصر به فردی که گلیکول اترها ارائه می‌دهند و اهمیت آن‌ها در بازار حلال‌ها
- نحوه تغییر الگوی مصرف
- کاربرد اترهای گلیکول در زمینه‌های مصرفی و صنعتی
تولید گلیکول اترها:
تولیدکنندگان گلیکول اترها در ایالات متحده توسط هیئت‌های اتر گلیکول (GEP) از شورای شیمی آمریکا (ACC) و در اروپا توسط گروه کاری گلیکول اتر (GEWG) از گروه تولیدکنندگان حلال‌های اکسیژنه به عنوان نماینده هستند و اهداف زیر را دارند:
- توسعه یک رویکرد هماهنگ در مورد مسائل بهداشتی، ایمنی، زیست‌محیطی و مسائل فنی
- ارائه راهنمایی به صنایع در رابطه با مسئولیت مراقبت و نظارت محصول
- نظارت بر تدوین مقررات بر مبنای ملی و بین‌المللی
- ارائه پیشنهاداتی برای پروژه‌هایی در زمینه‌های سم‌شناسی و زیست‌محیطی، به ویژه برای پر کردن خلا موجود در دانش فعلی
- پیوند با انجمن‌های صنعتی و ارگان‌های علمی علاقه‌مند به این محصولات
- پیوند با نهادهای علمی اروپایی و ملی درگیر در حمایت از سلامت، محیط زیست و کارگران
- تسهیل در اجرای قوانین مربوط به حلال‌ها در بین تولیدکنندگان و کاربران پایین دست برای اطمینان از استفاده ایمن از این محصولات
نقش گلیکول اترها به عنوان حلال:
حلال‌ها موادی اساسی هستند که در تولید تعداد زیادی از محصولات مورد استفاده قرار می‌گیرند. بیشتر محصولات در دنیای مدرن با کمک حلال‌ها در یک یا چند مرحله پردازش شده‌اند.
از حلال‌ها در موارد زیر استفاده می‌کنند:
- انحلال
- تعلیق
- عصاره‌گیری
- خشک‌کردن و سنتز
ویژگی‌های حلال‌ها
- قدرت حلالیت
- میزان تبخیر
- رنگ
- بو
- ویسکوزیته
- حلالیت
- PH و کشش سطحی
هر حلال را می‌توان با خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آن تعریف کرد. یک مجموعه از خصوصیات، منجر به ویژگی‌های خاص عملکردی خواهند شد. به عنوان مثال، حلال‌های هیدروکربن به روغن‌ها تمایل دارند و از کربن و هیدروژن و یک مولکول قطبی ساخته شده‌اند. آن‌ها به طورکلی زنجیره‌های خطی یا شاخه‌ای آلیفاتیک یا حلقه‌های آروماتیک یا آلیسیکلیک (حلقه‌ای-آلیفاتیک) را شامل می‌شوند.
حلال‌های اکسیژنه شامل اکسیژن اضافی دیگری به شکل الکل‌ها، استر، اترها و یا کتون‌ها هستند، قطبیت را به مولکول‌ها القا می‌کنند و از این رو ویژگی‌های مختلفی را ارائه می‌دهند. گروه عاملی، قطبیت، پارامترهای فیزیکی و شیمیایی منجر به بروز ترکیبی از ویژگی‌ها می‌شوند که خصوصیات سم‌شناسی را نیز تعیین می‌کنند. این ویژگی‌ها نیز برای هر نوع حلال خاص است.
در گذشته، حلال‌ها بیشتر با توجه به ویژگی‌های فنی و تکنیکی انتخاب می‌شدند و توجه کمی به اثرات آن‌ها روی سلامت و محیط زیست می‌شد. افزایش آگاهی در حیطه سلامت و محیط زیست باعث تغییر معیارهای انتخاب حلال‌ها شده است.
ساختار گلیکول اترها:
گلیکول اترها به دلیل ساختار آمفیفیلیک، توانایی اتصال به آب و روغن را دارند. قسمت انتهایی آن به آب متصل می‌شود (قسمت آب‌دوست) و یک انتهای آن به روغن‌ها متصل می‌شود (قسمت چربی‌دوست). گلیکول اترها از دهه 1930 شناخته شده‌اند، اما از دهه 1970 به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته‌اند. آن‌ها عمدتاً در پوشش‌های سطحی بخصوص در فرمولاسیون‌های مبتنی بر آب مورد استفاده قرار می‌گیرند كه فقط به مقدار کمی از آن برای رسیدن به اثرات مورد نظر نیاز است. آن‌ها زیست‌تخریب‌پذیر هستند، توانایی تبخیر و اشتعال کمتری نسبت به حلال‌های رایج دارند.
گلیکول اترها از ترکیب اتیلن یا پروپیلن اکسید با الکل ساخته می‌شوند. انتخاب الکل همراه با این واقعیت است که چندین بخش اکسیدی می‌تواند منجر به بروز تعداد بسیار زیادی از پیوندها و ترکیبات شود. این ترکیبات خانواده‌های مختلف اترهای گلیکول را ایجاد می‌کنند. در یک خانواده، واکنش‌های پی در پی با همان الکل و همان اکسید، اترهای مونو، دی یا تری گلیکول ایجاد می‌کند. این ثابت می‌کند که چرا بیش از 40 اتر گلیکول مختلف وجود دارد، اگرچه همه آن‌ها از نظر تجاری مهم نیستند. این خانواده‌ها در شکل زیر نشان داده شده‌اند.
تولید با استفاده از یک الکل و یک اکسید منجر به بروز واکنش‌های متعدد می‌شود. بدین ترتیب، بطور خودکار خانواده‌ای از گلیکول اترها تولید می‌شود. تولید یکی از اعضای این خانواده به تنهایی و بدون تولید همه آن‌ها امکان‌پذیر نیست. گلیکول اترها با واکنش بین اکسید و الکل تحت فشار و دمای معین و در حضور کاتالیزور تولید می‌شوند. خانواده گلیکول اترها در تقطیر مداوم از هم جدا می‌شوند که در شکل زیر به صورت نمودار نشان داده شده است.
خانواده گلیکول اترها:
هر گلیکول اتر یک مولکول متفاوت است بنابراین خصوصیات فنی، عملکرد و مشخصات سمیت مختلف دارد، اگرچه در یک خانواده معین گرایشات و تمایلات متفاوتی دیده می‌شود. جزئیات بیشتر مربوط به هر خانواده در ادامه آورده شده است.
- سری E (الکل + اتیلن اکسید)
- خانواده متیل (متانول + اتیلن اکسید)
میزان استفاده سالانه این محصولات از 140.000 تن در سال در دهه 1970 به 40.000 تن در سال 2000 کاهش یافته است. مونو اتیلن گلیکول متیل اتر (EGME، که در گروه ترکیبات سمی طبقه‌بندی می‌شود) در درجه اول در فرآیندها به عنوان یک حلال واسطه استفاده می‌شود. حلال دی‌اتیلن گلیکول متیل اتر (DEGME که در گروه ترکیبات مضر طبقه‌بندی می‌شود) اکنون در درجه اول به عنوان یک افزودنی ضدیخ برای سوخت جت مورد استفاده قرار می‌گیرد. در نهایت تری‌اتیلن گلیکول متیل اتر TEGME در مایعات هیدرولیک استفاده می‌شود.
- خانواده اتیل (اتانول + اتیلن اکسید)
میزان مصرف سالانه این محصولات هم از 90.000 تن در دهه 1970 به 12.000 تن در سال 2000 کاهش یافته است. اتیلن گلیکول اتیل اتر EGEE (در گروه ترکیبات سمی طبقه‌بندی می‌شود) تقریباً اکنون فقط در زمینه داروسازی به عنوان یک حلال عصاره‌گیری به عنوان واسطه یا به عنوان افزودنی در پلیمریزاسیون استفاده می‌شود. دی‌اتیلن گلیکول اتیل اتر DEGEE (در گروه خطرناک‌ها طبقه‌بندی نمی‌شود) در پوشش‌های اختصاصی و در مواد با وزن مولکولی بالاتر در مایعات هیدرولیکی استفاده می‌شود.
EGME و EGEE مقدار 18.000 تن در اروپا موجودی دارند که این مقدار کمتر از 5٪ مقدار کل اترهای گلیکول موجود در بازار است. هزاران تن در فرانسه، تقریباً به طور انحصاری در زمینه ساخت داروها و واسطه‌ها، فروخته می‌شود. آن‌ها هرگز در کالاهای مصرفی مورد استفاده قرار نمی‌گیرند و محدود به کاربردهای صنعتی هستند.
- خانواده بوتیل (بوتانول + اتیلن اکسید)
استفاده از سری بوتیل از دهه 1970 از 145.000 تن در سال به 175.000 تن در سال 2002 افزایش یافته است. عمدتاً در رنگ‌های با پایه آب استفاده می‌شوند و به دلیل جایگزینی محصولات مبتنی بر حلال‌های رایج به دلایل زیست‌محیطی و بهداشتی، شاهد رشد پایدار بوده‌اند.
همچنین در جوهر، لاک‌ها و مواد شوینده و انواع کاربردهای جزئی استفاده می‌شوند. مجدداً، مولکول‌های با وزن مولکولی بالاتر نیز در مایعات هیدرولیک کاربرد دارند. تغییر در بازار گلیکول اترها در شکل زیر نشان داده شده است.
- سری P (الکل + پروپیلن اکسید)
استفاده از پروپیلن گلیکول متیل اتر PGME، از 5.000 تن در دهه 1970 به 195.000 تن رسیده که افزایش چشم‌گیری داشته است. این به این دلیل است که از آن به عنوان جایگزینی برای اترهای اتیلن گلیکول سمی یعنی EGME و EGEE به ویژه در کاربردهای مصرفی استفاده شده است. ترکیبی از اتانول یا پروپانول و پروپیلن اکسید کمتر دیده می‌شود اگرچه پروپیلن گلیکول اتیل و اترهای پروپیل و بوتیل شامل PGEE ،PGPE و PGBE در جوهرها و مواد شوینده استفاده می‌شوند.
|
کاربردهای گلیکول اترها |
|
| DPGME- PGME(A)- DEGEE- DEGBE(A)- EGBE(A) | لاک‌ها، رنگ‌ها، جوهر، چسب‌ها و رنگ‌دانه‌ها |
| PGBE- PGME(A)- DEGBE- EGBE- DEGME- DPGME | شوینده‌ها |
| DPGME- TPGME- EGPhE- DEGBE | مواد آرایشی |
| PGME- DEGEE- EGEE | واسطه‌ها/سنتزی |
| TEGBE- DEGBE | روغن تراش و برش |
| EGME- DEGBE- EGEE- EGBE | مواد شیمیایی زراعی |
| DEGME | سوخت جت |
خطر سرطان‌زایی:
خوشبختانه هیچ اطلاعاتی در مورد اثرات سرطان‌زایی گلیکول اترها در انسان در دسترس نیست. یک مطالعه حیوانی، عدم افزایش شیوع تومور در موش‌هایی که در معرض 2-اتوکسی اتانول از طریق گاواژ قرار گرفته بودند (قرار دادن مواد شیمیایی در معده) را گزارش نمود.
یک مطالعه حیوانی دیگر، فئوکروموسیتوما در غدد آدرنال موش‌های ماده، همانژیوسارکوم کبد در موش‌های نر و پاپیلوم یا کارسینوم سلول سنگ‌فرشی پیش‌معده در موش‌های ماده که به صورت استنشاقی در معرض 2-بوتوکسی اتانول قرار گرفتند را گزارش داد. سازمان حفاظت از محیط زیست ایالات متحده آمریکا (EPA)، اترهای گلیکول را در گروه ترکیبات سرطان‌زا طبقه‌بندی نکرده است.
