پروپیلن گلیکول (PG) یکی از مهم ترین مواد شیمیایی صنعتی است که به عنوان حلال، ضد یخ غیرسمی، مرطوب کننده و ماده اولیه در صنایع غذایی، دارویی و آرایشی استفاده می شود. با توجه به نوسانات قیمت نفت و نیاز به روش های پایدار، شناخت روش تولید پروپیلن گلیکول ضروری است.
پروپیلن گلیکول (C₃H₈O₂) یک دی ال غیرسمی و چندمنظوره است که سالانه بیش از 2.16 میلیون تن در جهان تولید می شود. پروپیلن گلیکول نه تنها در ضد یخ های خودرو و محصولات آرایشی کاربرد دارد، بلکه در غذاها به عنوان E1520 نیز ایمن است. با افزایش تقاضای جهانی (رشد 2-5 درصدی سالانه)، روش های تولید پروپیلن گلیکول باید کارآمد، اقتصادی و محیط زیستی باشند.
این روش ها بیش از 90% تولید جهانی را پوشش می دهند و بر پایه پروپیلن اکسید (PO) هستند. PO ابتدا از پروپیلن (C₃H₆) تولید شده و سپس هیدرولیز می شود. پنج فناوری اصلی PO عبارتند از:
این روش قدیمی ترین و رایج ترین است و توسط شرکت هایی مانند Dow Chemical استفاده می شود. پروپیلن با کلر و آب واکنش داده و PO تشکیل می شود، سپس PO با آب هیدرولیز می گردد.
واکنش کلروهیدرین: پروپیلن + Cl₂ + H₂O → کلروهیدرین پروپیلن → PO + HCl (دما: 50-60°C، کاتالیست: بدون).
هیدرولیز PO: PO + H₂O → PG (دما: 150-180°C، کاتالیست: رزین تبادل یونی یا اسید سولفوریک، بازده: 90-95%).
خالص سازی: تقطیر برای جداسازی PG (99.5% خلوص) از دی پروپیلن گلیکول (DPG).
بیشتر بخوانید: پروپیلن گلیکول در عطرسازی
شامل زیرفرآیندهایی مانند آنترا کینون (Anthraquinone) توسط BASF و Dow، و تیز-بوتیل الکل (tert-Butyl Alcohol) توسط LyondellBasell است. هیدروژن پراکسید یا هیدروپراکسیدهای آلی با پروپیلن واکنش می دهند.
اکسیداسیون: پروپیلن + H₂O₂ → PO (دما: 90-120°C، کاتالیست: تیتانیوم سیللیکالیت).
هیدرولیز و خالص سازی: مشابه کلروهیدرین.
بیشتر بخوانید: پروپیلن گلیکول در داروسازی
توسط LyondellBasell و Shell استفاده می شود. PO و استایرن همزمان تولید می شوند.
اکسیداسیون مشترک: ایزوبوتیل بنزن + O₂ → هیدروپراکسید → PO + استایرن.
هیدرولیز: PO → PG.
تولید کننده پروپیلن گلیکول Sumitomo Chemicals. مشابه فرآیند فنول-استون، اما برای PO.
کومن + O₂ → کومن هیدروپراکسید → PO + فنول/استون.
بیشتر بخوانید: تفاوت گلیسیرین و پروپیلن گلیکول
| روش | شرکت های اصلی | بازده PO (%) | آلودگی اصلی | هزینه تقریبی (دلار/تن PG) | کاربرد صنعتی |
| کلروهیدرین | Dow Chemical | 90-95 | HCl,Cl₂ | 1500-1800 | صنعتی/غذایی |
| آنترا کینون | BASF, Dow | 95-98 | کم | 1600-2000 | صنعتی |
| تیز-بوتیل الکل | LyondellBasell | 92-96 | TBHP | 1700-1900 | صنعتی |
| استایرن مونومر | Shell, LyondellBasell | 90-94 | استایرن | 1600-1900 | صنعتی |
| کومن هیدروپراکسید | Sumitomo | 93-97 | فنول/استون | 1800-2200 | صنعتی |
با افزایش تولید بیودیزل، گلیسیرین ارزان (100-200 دلار/تن) به عنوان خوراک سبز برجسته شده است. این روش ها پایدارترند و CO₂ کمتری تولید می کنند.
بیشتر بخوانید: تفاوت پروپیلن گلیکول و اتیلن گلیکول
رایج ترین مسیر زیستی، تجاری شده توسط شرکت هایی مانند UOP و Davy Process. گلیسرول (از بیودیزل) با هیدروژن واکنش می دهد.
پیشتصفیه: خالص سازی گلیسرول خام (حذف الکل/نمک، 90% خلوص).
هیدروژنولیز: C₃H₈O₃ + H₂ → PG + H₂O (دما: 180-250°C، فشار: 10-30 بار، کاتالیست: Cu-Cr یا Ni، بازده: 90-95%). مسیر دو مرحله: دهیدراتاسیون به acetol، سپس هیدروژناسیون.
خالص سازی: تقطیر واکنشی برای جداسازی PG (99.8% خلوص).
بیشتر بخوانید: مونو پروپیلن گلیکول خوراکی
از تخمیر ذرت یا نیشکر، توسط دانشگاه ویسکانسین توسعه یافته.
تخمیر: گلوکز → لاکتیک اسید (LA، بازده: 90%).
کاهش: LA → PG (کاتالیست: Ru، دما: 200°C، هیدروژن).
از قندها با میکروارگانیسم های مهندسی شده (مانند E. coli).
فرآیند بیولوژیکی: گلوکز → PG (بازده: 80-90%، دما: 30-40°C).
خالص سازی: فیلتراسیون و تقطیر.
بیشتر بخوانید: پروپیلن گلیکول در الکل و شوینده ها
کاهش قندها به دی ال ها.
مراحل کلیدی: سوربیتول → PG (هیدروژناسیون کاتالیستی).
| روش | خوراک اصلی | بازده PG (%) | GHG (kgCO₂/kg) | (دلار/تن) MSP | TRL (سطح آمادگی فناوری) |
| هیدروژنولیز گلیسرول | گلیسرول | 90-95 | 1.5-2.0 | 1900.2000 | (تجاری) 9 |
| از اسید لاکتیک | ذرت/نیشکر | 85-90 | 1.24 | 1991 | (نیمهتجاری) 7-8 |
| تخمیر مستقیم | قندها | 80-90 | <1.0 | 2200-2500 | (آزمایشگاهی) 5-6 |
| از سوربیتول | سوربیتول | 85-92 | 1.5 | 2100 | (پایلوت) 6 |
TRL بر اساس 2024، MSP: حداقل قیمت فروش.
چالش ها: هزینه هیدروژن در روش های زیستی، آلودگی در سنتی ها.
آینده: ادغام هیدروژن سبز و فرآیندهای مدولار (مانند thyssenkrupp).
بیشتر بخوانید: مزایای پروپیلن گلیکول برای مو
پروپیلن گلیکول (PG) به عنوان یک ماده ایمن (GRAS) توسط FDA شناخته شده و در بیش از 4000 محصول غذایی، دارویی و آرایشی استفاده می شود. با این حال، عوارض جانبی نادر اما قابل توجهی در شرایط خاص (مصرف بالا، حساسیت فردی، یا استفاده نادرست) گزارش شده است.
پروپیلن گلیکول شایع ترین علت درماتیت تماسی تحریکی و درماتیت تماسی آلرژیک در محصولات موضعی است (شیوع: 1–2% در تست پچ).
علائم: قرمزی، سوزش، خارش، خشکی پوست
محل شایع: صورت، دست، نواحی حساس
مکانیسم: جذب آب از لایه شاخی پوست → اختلال در سد پوستی
شدت: خفیف تا متوسط، برگشت پذیر
علائم: اگزما، کهیر، تاول، تورم
مکانیسم: واکنش تأخیری نوع IV (حساسیت سلولی)
شیوع: 0.8–3.5% در تست پچ (NACDG, 2022)
محصولات پرخطر: کرم ها، لوسیون ها، دئودورانت ها
در دوزهای بالا (>25 گرم/روز) یا در بیماران کلیوی/کبدی، PG می تواند تجمع یابد.
مکانیسم: متابولیسم PG → لاکتیک اسید → کاهش pH خون
علائم: تنفس سریع، گیجی، کما
گروه پرخطر: نوزادان، بیماران IV با PG بالا (مثل لورازپام)
مکانیسم: اسیدوز → آسیب توبولی → AKI
شاخص: افزایش کراتینین، ادرار اسیدی
در ویپ (e-cigarette) و اسپری ها، پروپیلن گلیکول می تواند باعث تحریک تنفسی شود.
علائم: سرفه، گلودرد، تنگی نفس
مکانیسم: جذب رطوبت در مخاط → التهاب
گروه پرخطر: بیماران آسماتیک
کودکان به دلیل وزن کم و متابولیسم ناکامل، حساس ترند.
علائم: تشنج، آپنه، برادی کاردی، کلاپس
محصول پرخطر: شربت های دارویی (مثل ویتامین D)
گونه: موش، خرگوش
دوز: >10 گرم/کیلو/روز
یافته: آسیب کبدی، کلیوی، کاهش وزن
جدول خلاصه عوارض بر اساس شدت و شیوع
| شدت | عارضه | شیوع | گروه پرخطر |
| شایع | درماتیت تماسی تحریکی | 1-2% | کاربران موضعی |
| متوسط | درماتیت آلرژیک | 0.8–3.5% | تست پچ مثبت |
| نادر | اسیدوز متابولیک | <0.01% | IV بالا، نوزاد |
| نادر | تشنج | <0.001% | دوز بسیار بالا |
| وابسته به دوز | تحریک تنفسی | 5–10% ویپ | آسماتیک |
سوالات متداول
1 . رایج ترین روش تولید پروپیلن گلیکول چیست؟
هیدرولیز پروپیلن اکسید (PO) از فرآیند کلروهیدرین یا هیدروپراکسید (بیش از 90% تولید جهانی).
2. آیا روش زیستی برای تولید PG وجود دارد؟
بله، هیدروژنولیز گلیسرول (از بیودیزل) – ارزان، سبز و تجاری شده.
3. خوراک اصلی روش های سنتی تولید پروپیلن گلیکول چیست؟
پروپیلن (از نفت یا گاز طبیعی).
4. کدام روش تولید PG کمترین آلودگی را دارد؟
هیدروژنولیز گلیسرول با هیدروژن سبز (GHG < 1.5 kgCO₂/kg).
5. آیا PG قابل بازیافت است؟
بله، از طریق تقطیر واکنشی در فرآیندهای زیستی.
6. آیا پروپیلن گلیکول سمی است؟
در دوز معمول خیر (FDA: GRAS)، اما در دوز بالا (>25 گرم/روز) می تواند اسیدوز ایجاد کند.
7. شایع ترین عارضه پوستی PG چیست؟
درماتیت تماسی تحریکی (1–2% کاربران محصولات موضعی).
8. آیا ویپ با PG خطرناک است؟
در افراد حساس: تحریک تنفسی، سرفه، آسم.
9. آیا کودکان می توانند PG مصرف کنند؟
فقط در دوز پایین و تحت نظر پزشک – خطر تشنج در نوزادان با دوز بالا.
10. آیا PG سرطان زا است؟
خیر – هیچ شواهد معتبری (IARC, EPA) وجود ندارد.
