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 مواد اولیه دارویی و غذایی با روش های پایدار، شناخت روش تولید پروپیلن گلیکول ضروری است.
انواع روش های تولید پروپیلن گلیکول:
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
جدول مقایسه روش های تولید PO (برای PG)
| 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).
جدول مقایسه روش های زیستی
| 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.
تولید پروپیلن گلیکول (PG) در حال حاضر با چند چالش جدی روبرو است. مهم ترین آنها وابستگی سنگین صنعت به پروپیلن اکساید فسیلی است که از پروپیلن پتروشیمی به دست می آید؛ بنابراین نوسانات شدید قیمت نفت خام، تنش های ژئوپلیتیکی (مثل تحریم ها یا جنگ اوکراین) و سیاست های کربن زدایی اتحادیه اروپا و چین مستقیماً هزینه تولید را بالا می برند.
چالش دوم، فشار روزافزون مقررات زیست محیطی و تقاضای بازار برای گریدهای USP/صنعتی سبز است؛ مشتریان بزرگ صنایع غذایی، دارویی و آرایشی بهداشتی (مثل Unilever و P&G) تا 2030 تعهد داده اند که فقط PG با ردپای کربن پایین یا bio-based بخرند.
چالش سوم نیز رقابت شدید از سمت تولیدکنندگان چینی است که با یارانه انرژی و هزینه پایین نیروی کار، قیمت گرید صنعتی را گاهی تا 30٪ ارزان تر عرضه می کنند و حاشیه سود تولیدکنندگان اروپایی و آمریکایی را به شدت فشرده کرده اند.
آینده تولید اما به سمت مسیرهای سبز و تنوع منابع پیش می رود. تا سال 2030 انتظار می رود سهم پروپیلن گلیکول بیوبِیسد (از گلیسرین تجدیدپذیر یا مستقیماً از قندها و سلولز از طریق تخمیر و هیدروژنولیز) از کمتر از 5٪ فعلی به بیش از 25-30٪ برسد؛ شرکت هایی مثل Archer Daniels Midland، Cargill و حالا حتی SK Chem کره جنوبی ظرفیت های چند صد هزار تنی جدید اعلام کرده اند.
همزمان، فناوری های نوظهور بازیافت CO₂ به پروپیلن و سپس به پروپیلن گلیکول (Carbon Capture to Chemicals) و همچنین هیدراتاسیون مستقیم پروپیلن با کاتالیست های جدید که مصرف آب و انرژی را تا 40٪ کاهش می دهند، در مرحله تجاری سازی هستند.
در نتیجه، تا اواسط دهه 2030 احتمالاً شاهد شکاف قیمتی چشمگیر بین PG فسیلی و سبز خواهیم بود، اما با کاهش هزینه های بیوتکنولوژی و اجبار قانون گذاری، گرید سبز به گزینه غالب بازارهای پیشرفته تبدیل خواهد شد و تولیدکنندگان سنتی یا باید فناوری خود را ارتقا دهند یا سهم بازار خود را از دست بدهند.
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.
عوارض پوستی و آلرژیک (Dermal & Allergic Reactions):
پروپیلن گلیکول شایع ترین علت درماتیت تماسی تحریکی و درماتیت تماسی آلرژیک در محصولات موضعی است (شیوع: 1–2% در تست پچ).
درماتیت تماسی تحریکی (Irritant Contact Dermatitis):
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
درماتیت تماسی آلرژیک (Allergic Contact Dermatitis):
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.
اسیدوز متابولیک (Metabolic Acidosis):
مکانیسم: متابولیسم PG → لاکتیک اسید → کاهش pH خون
علائم: تنفس سریع، گیجی، کما
گروه پرخطر: نوزادان، بیماران IV با PG بالا (مثل لورازپام)
آسیب کلیوی (Renal Toxicity):
مکانیسم: اسیدوز → آسیب توبولی → AKI
شاخص: افزایش کراتینین، ادرار اسیدی
عوارض عصبی (Neurotoxicity):
در ویپ (e-cigarette) و اسپری ها، پروپیلن گلیکول می تواند باعث تحریک تنفسی شود.
تحریک راه های تنفسی (Respiratory Irritation):
علائم: سرفه، گلودرد، تنگی نفس
مکانیسم: جذب رطوبت در مخاط → التهاب
آسم و برونکواسپاسم (Asthma & Bronchospasm):
گروه پرخطر: بیماران آسماتیک
کودکان به دلیل وزن کم و متابولیسم ناکامل، حساس ترند.
سندرم پروپیلن گلیکول در نوزادان (PG Toxicity Syndrome):
علائم: تشنج، آپنه، برادی کاردی، کلاپس
محصول پرخطر: شربت های دارویی (مثل ویتامین D)
عوارض در حیوانات و آزمایشگاهی (Animal & Lab Studies):
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.
