Il glicole etilenico (EG) e il glicole propilenico (PG) sono entrambi dioli ampiamente utilizzati negli antigelo, nei refrigeranti e nei fluidi di trasferimento del calore-, ma differiscono significativamente in termini di tossicità, struttura molecolare, viscosità, prestazioni del punto di congelamento-e stato normativo. Il glicole etilenico (CAS 107-21-1) generalmente fornisce migliori prestazioni alle basse-temperature e nel trasferimento del calore, mentre il glicole propilenico (CAS 57-55-6) ha un profilo di tossicità molto più basso ed è preferito laddove il contatto accidentale con persone o alimenti rappresenta un problema. Ad esempio, ASTM D3306 distingue le formulazioni di refrigerante di glicole etilenico e glicole propilenico e specifica diversi requisiti di punto di congelamento per i refrigeranti prediluiti al 50%.
Cosa sono il glicole etilenico e il glicole propilenico?
Il glicole etilenico e il glicole propilenico sono dioli chimicamente correlati, ma hanno strutture molecolari diverse e vengono utilizzati in modo diverso nelle applicazioni industriali. Entrambi contengono due gruppi idrossilici, che conferiscono loro una forte solubilità in acqua e li rendono utili per abbassare il punto di congelamento dell'acqua.
Glicole etilenico, comunemente abbreviato come EG o MEG, ha il numero CAS. 107-21-1, la formula molecolare C₂H₆O₂ e il nome IUPAC etano-1,2-diolo. È un liquido trasparente e incolore ed è ampiamente utilizzato nell'antigelo automobilistico, nei liquidi di raffreddamento del motore, nei fluidi per il trasferimento di calore e nella produzione di poliestere.
Il glicole propilenico, comunemente abbreviato in PG, ha il numero CAS. 57-55-6, la formula molecolare C₃H₈O₂ e il nome IUPAC propano-1,2-diolo. È anche un liquido limpido e incolore ed è ampiamente utilizzato nei fluidi di trasferimento del calore, negli antigelo, nelle applicazioni alimentari e farmaceutiche, nei cosmetici e nei prodotti per la cura personale.
| Proprietà | Glicole etilenico (EG) | Glicole propilenico (PG) |
|---|---|---|
| Nome comune | Glicole etilenico/MEG | Glicole propilenico/PG |
| Numero CAS | 107-21-1 | 57-55-6 |
| Nome IUPAC | Etano-1,2-diolo | Propano-1,2-diolo |
| Formula molecolare | C₂H₆O₂ | C₃H₈O₂ |
| Peso molecolare | 62,07 g/mol | 76,10 g/mol |
| Aspetto | Liquido limpido e incolore | Liquido limpido e incolore |
| Principale vantaggio del refrigerante | Viscosità inferiore e ottime prestazioni alle basse-temperature | Minore tossicità |
| Applicazioni tipiche | Refrigerante automobilistico, trasferimento di calore, PET e poliestere | Alimentare, farmaceutico, HVAC, trasferimento di calore, antigelo |
Confronto della struttura molecolare
La differenza strutturale chiave tra glicole etilenico e glicole propilenico è il gruppo metilico aggiuntivo nel glicole propilenico. Il glicole etilenico ha la struttura HO–CH₂–CH₂–OH, mentre il glicole propilenico ha la struttura CH₃–CH(OH)–CH₂OH.
Quel gruppo –CH₃ aggiuntivo aumenta il peso molecolare del PG da 62,07 g/mol per EG a 76,10 g/mol e ne modifica il comportamento fisico. Contribuisce anche alla differenza di viscosità e proprietà termiche tra i due glicoli.
| Caratteristica strutturale | Glicole etilenico | Glicole propilenico |
|---|---|---|
| Atomi di carbonio | 2 | 3 |
| Gruppi idrossilici | 2 | 2 |
| Principale differenza strutturale | Nessun sostituente metilico | Un gruppo metilico |
| Formula | HO–CH₂–CH₂–OH | CH₃–CH(OH)–CH₂OH |
La struttura molecolare è quindi importante quando si confrontano gli antigelo EG e PG, perché la differenza non è semplicemente una questione di concentrazione o purezza. Le due sostanze chimiche si comportano diversamente anche quando vengono utilizzate alla stessa concentrazione di glicole.
Proprietà fisiche: glicole etilenico vs glicole propilenico
Il glicole etilenico ha generalmente una viscosità inferiore e un punto di ebollizione più elevato rispetto al glicole propilenico, mentre il glicole propilenico è più viscoso e tende a fornire caratteristiche di trasferimento del calore leggermente diverse. Queste differenze diventano particolarmente importanti nei sistemi di raffreddamento e trasferimento di calore-a circuito chiuso.
| Proprietà | Glicole etilenico | Glicole propilenico |
|---|---|---|
| Punto di ebollizione | ≈197–198 gradi | ≈187–188 gradi |
| Densità a 20 gradi | ≈1,11 g/cm³ | ≈1,04 g/cm³ |
| Peso molecolare | 62,07 g/mol | 76,10 g/mol |
| Solubilità in acqua | Completamente miscibile | Completamente miscibile |
| Punto di congelamento del liquido refrigerante al 50%. | Circa -36,4 gradi | Circa -31,0 gradi |
I valori del punto di congelamento- sopra indicati sono conformi ai requisiti ASTM D3306 per i liquidi di raffreddamento per motori con glicole etilenico e glicole propilenico prediluiti al 50%. Lo standard specifica un punto di congelamento massimo di -36,4 gradi per il glicole etilenico prediluito di tipo III e di -31,0 gradi per il glicole propilenico prediluito di tipo IV.
Perché la viscosità è importante nel trasferimento di calore?
La viscosità è importante perché una soluzione di glicole più viscosa richiede uno sforzo di pompaggio maggiore e può ridurre il flusso attraverso le apparecchiature di trasferimento del calore. Le soluzioni di glicole propilenico sono generalmente più viscose delle soluzioni equivalenti di glicole etilenico, in particolare a temperature più basse.
In un sistema-HVAC a circuito chiuso o di trasferimento di calore industriale-, una viscosità più elevata può aumentare la caduta di pressione e i requisiti di pompaggio. Può anche influenzare i coefficienti di trasferimento del calore-e la capacità del fluido di circolare attraverso passaggi stretti.
Ciò non significa che il PG non sia adatto al trasferimento di calore. Piuttosto, i progettisti del sistema devono tenere conto della sua viscosità quando scelgono pompe, diametri dei tubi, scambiatori di calore e concentrazione di glicole.
Tossicità e sicurezza: EG vs PG
Il glicole propilenico ha un profilo di tossicità sostanzialmente inferiore rispetto al glicole etilenico, motivo per cui il PG è preferito nelle applicazioni in cui è più probabile l'esposizione umana accidentale. Questa differenza è uno dei fattori più importanti nella scelta tra EG e PG.
Tossicità del glicole etilenico
Il glicole etilenico è significativamente più tossico del glicole propilenico se ingerito e può causare un grave avvelenamento metabolico. Dopo l'ingestione, il glicole etilenico viene metabolizzato in diversi composti, tra cui acido glicolico e acido ossalico; l'acido ossalico può contribuire alla formazione di cristalli di ossalato di calcio e al danno renale. L'ATSDR descrive questa via metabolica nel suo profilo tossicologico per il glicole etilenico.
Il glicole etilenico richiede pertanto un'attenta manipolazione e non deve essere considerato sicuro per applicazioni alimentari o per ingestione accidentale. I refrigeranti EG automobilistici e industriali devono essere conservati e maneggiati per prevenirne l'ingestione accidentale.
Profilo di tossicità-inferiore del glicole propilenico
Il glicole propilenico ha una tossicità sostanzialmente inferiore rispetto al glicole etilenico ed è consentito per usi alimentari specifici secondo le normative FDA statunitensi. ATSDR rileva che il glicole propilenico ha relativamente pochi effetti tossici rispetto al glicole etilenico ed è designato come sostanza GRAS dalla FDA per gli usi previsti applicabili.
La FDA elenca il glicole propilenico sotto 21 CFR 184.1666 e il suo database di sostanze alimentari-identifica le normative alimentari applicabili e le informazioni GRAS.
Tuttavia, "minore tossicità" non significa che ogni prodotto a base di glicole propilenico sia automaticamente adatto all'uso alimentare, farmaceutico o per la cura personale. Il grado, la purezza, gli additivi, l'uso previsto e le normative applicabili sono tutti fattori importanti.
Stato normativo e standard di settore
Il vantaggio normativo del glicole propilenico è particolarmente importante nelle applicazioni in cui il glicole può entrare in contatto accidentale con alimenti, prodotti farmaceutici o persone. Le normative FDA riconoscono usi specifici del glicole propilenico negli alimenti, mentre i prodotti industriali a base di PG non devono essere automaticamente descritti come di grado alimentare.
Per i liquidi di raffreddamento dei motori, la norma ASTM D3306 è una specifica importante perché copre esplicitamente sia i liquidi di raffreddamento dei motori a base di glicole etilenico che quelli a base di glicole propilenico per automobili e servizi leggeri-. Lo standard identifica i concentrati EG e PG e i tipi di refrigerante prediluito e stabilisce i requisiti relativi al congelamento, all'ebollizione, alla corrosione e ad altre caratteristiche prestazionali.
ASTM D4340 è un metodo di prova della corrosione piuttosto che una specifica generale del prodotto refrigerante. Valuta la corrosione delle leghe di alluminio pressofuso nei liquidi di raffreddamento del motore in condizioni di rifiuto del calore-e può essere utilizzato come parte della valutazione delle prestazioni del liquido di raffreddamento.
SAE J1034 è un altro riferimento storico per i liquidi refrigeranti concentrati per autoveicoli di tipo etilene-glicole-. I registri SAE mostrano che la revisione del 2000 è stata annullata, quindi non dovrebbe essere presentata come un requisito di certificazione universale attuale senza verificare l'OEM applicabile o le specifiche del settore.
Per le applicazioni con refrigerante, l'approccio più utile è quindi quello di identificare le attuali specifiche ASTM, OEM, SAE o regionali applicabili piuttosto che affermare semplicemente che un glicole "soddisfa ASTM" senza identificare lo standard specifico e i requisiti di prova.
Applicazioni del glicole etilenico
Glicole etilenicoè ampiamente utilizzato laddove sono importanti elevate prestazioni antigelo, viscosità relativamente bassa ed efficiente trasferimento di calore. Le sue principali applicazioni includono sistemi di raffreddamento per autoveicoli, sistemi di trasferimento di calore-industriali, refrigerazione e produzione di poliestere.
Nelle applicazioni automobilistiche, l'EG è ampiamente utilizzato come glicole di base nel liquido di raffreddamento del motore e nell'antigelo. La sua viscosità relativamente bassa rispetto al PG aiuta a mantenere una buona circolazione, soprattutto a basse temperature.
Il glicole etilenico viene utilizzato anche nei sistemi industriali a circuito chiuso-, inclusi gli scambiatori di calore e alcune applicazioni di refrigerazione. La concentrazione di glicole richiesta dipende dalla temperatura operativa minima e dalla protezione antigelo richiesta.
Al di fuori delle applicazioni di trasferimento di calore-, l'EG è un'importante materia prima chimica per la produzione di fibre e pellicole di polietilene tereftalato (PET) e poliestere. Ciò distingue EG da PG perché il MEG ha un ruolo importante nella catena del valore del poliestere.
Applicazioni del glicole propilenico
Il glicole propilenico è preferibile quando una minore tossicità è più importante del raggiungimento della viscosità più bassa possibile o delle massime prestazioni alle basse-temperature. È ampiamente utilizzato nella lavorazione alimentare, nei prodotti farmaceutici, nei cosmetici, nei sistemi HVAC e nei fluidi di trasferimento del calore.
Negli stabilimenti di alimenti e bevande, i fluidi di trasferimento del calore-basati su-PG possono essere selezionati per i sistemi di raffreddamento secondari in cui il contatto accidentale è un fattore da considerare. Il prodotto specifico deve essere appropriato per l'applicazione prevista e soddisfare i requisiti normativi pertinenti.
La PG viene utilizzata anche nelle formulazioni farmaceutiche e nei prodotti per la cura personale- grazie alle sue proprietà solventi e umettanti. Nei sistemi HVAC e negli edifici, il PG può essere utilizzato nei sistemi di riscaldamento e raffreddamento a circuito chiuso-dove la riduzione dei problemi di tossicità è una priorità.
Il glicole propilenico viene utilizzato anche negli impianti solari termici e in altre applicazioni di trasferimento di calore. La sua maggiore viscosità significa che la progettazione del sistema potrebbe dover tenere conto di maggiori requisiti di pompaggio rispetto all'EG.
Antigelo EG vs PG: quale funziona meglio?
Il glicole etilenico generalmente fornisce prestazioni migliori alle basse-temperature e una viscosità inferiore, mentre il glicole propilenico offre un profilo di tossicità significativamente inferiore. L'antigelo migliore dipende quindi dalle condizioni operative e dalle conseguenze di un'esposizione accidentale.
Ad esempio, ASTM D3306 specifica un punto di congelamento massimo di -36,4 gradi per il 50% EG prediluito rispetto a -31,0 gradi per il 50% PG prediluito. Ciò illustra la protezione antigelo più forte generalmente ottenuta da un refrigerante EG equivalente al 50% nelle condizioni di test specificate.
Il PG può essere la scelta migliore in strutture quali impianti di lavorazione alimentare o aree in cui le persone potrebbero potenzialmente entrare in contatto con il fluido termovettore. EG può essere preferito nelle applicazioni in cui le prestazioni di trasferimento del calore, la viscosità inferiore e la protezione dalla temperatura inferiore sono le priorità principali.
È possibile mescolare il glicole etilenico e il glicole propilenico?
Il glicole etilenico e il glicole propilenico possono mescolarsi fisicamente perché entrambi sono glicoli miscibili con acqua-, ma la miscelazione di liquidi refrigeranti finiti diversi non è generalmente consigliata senza confermare la compatibilità dell'additivo. Il glicole stesso è solo una parte della formulazione del refrigerante; i prodotti antigelo commerciali contengono anche inibitori della corrosione e altri additivi.
Due refrigeranti basati su glicoli diversi possono utilizzare pacchetti inibitori diversi. La loro miscelazione può modificare la protezione dalla corrosione, il pH, l'alcalinità di riserva e le prestazioni a lungo-termine della formulazione.
Se è necessario cambiare un sistema di raffreddamento da EG a PG o da PG a EG, l'approccio più sicuro è seguire le istruzioni del produttore del refrigerante e, ove richiesto, scaricare e lavare il fluido esistente prima di riempirlo con la nuova formulazione.
La distinzione importante è tra la miscelazione dei glicoli puri e la miscelazione dei prodotti antigelo finiti. Quest'ultimo richiede particolare attenzione al pacchetto di additivi e ai requisiti del produttore dell'apparecchiatura.
Come identificare il glicole etilenico e il glicole propilenico
L'identificazione affidabile del glicole etilenico e del glicole propilenico dovrebbe basarsi su test analitici o documentazione verificata del prodotto piuttosto che su colore, odore o aspetto. Entrambi i prodotti chimici sono liquidi limpidi e incolori e possono sembrare molto simili.
È possibile utilizzare un rifrattometro per stimare la concentrazione di glicole quando sono disponibili i dati di calibrazione o conversione appropriati. Anche le misurazioni della densità possono fornire informazioni utili, ma la densità da sola potrebbe non identificare in modo definitivo un glicole sconosciuto, in particolare quando sono presenti additivi o miscele.
Per un refrigerante industriale sconosciuto, l'analisi di laboratorio fornisce un'identificazione più affidabile. La scheda dati di sicurezza, la specifica o il certificato di analisi del prodotto possono anche stabilire se il glicole di base è EG o PG quando la documentazione è affidabile.
Perché il colore non è un metodo di identificazione affidabile
Il colore del liquido refrigerante non deve essere utilizzato per identificare il glicole etilenico o il glicole propilenico poiché i produttori possono utilizzare coloranti diversi per prodotti diversi. Un refrigerante rosso, verde, blu, arancione o giallo non stabilisce da solo se il glicole di base è EG o PG.
Allo stesso modo, l’odore non è un metodo di identificazione chimica affidabile.
Anche bruciare un glicole sconosciuto per osservare la fiamma non è un metodo di identificazione appropriato. Non è né una tecnica analitica affidabile né un modo sicuro per maneggiare una sostanza chimica sconosciuta.
Considerazioni sui costi e sulla selezione
Il glicole etilenico è generalmente meno costoso del glicole propilenico, anche se i prezzi effettivi variano in base ai costi-delle materie prime, alla purezza, alla concentrazione, agli additivi e alle condizioni di mercato. Il costo da solo non dovrebbe quindi determinare la scelta tra EG e PG.
La prima considerazione dovrebbe essere la temperatura operativa richiesta. Se un sistema necessita di una forte protezione antigelo a basse temperature, EG può fornire un vantaggio a una concentrazione comparabile.
La seconda considerazione è il rischio di esposizione. Laddove è possibile il contatto accidentale con l’uomo o con gli alimenti, il PG è spesso preferito a causa del suo profilo di tossicità inferiore e dell’accettazione normativa per usi specifici.
La terza considerazione riguarda le prestazioni del sistema. La maggiore viscosità del PG può influire sul dimensionamento della pompa, sulla caduta di pressione e sulle prestazioni di trasferimento di calore-, soprattutto a basse temperature. L'EG può quindi essere vantaggioso nei sistemi in cui l'efficienza del pompaggio e il trasferimento di calore sono importanti.
Occorre distinguere anche il liquido refrigerante concentrato e quello premiscelato. Un concentrato di glicole deve essere diluito con acqua secondo la protezione antigelo richiesta e le istruzioni del prodotto, mentre un refrigerante premiscelato è già formulato ad una concentrazione specifica.
Considerazioni ambientali e sulla biodegradabilità
Sia il glicole etilenico che il glicole propilenico sono biodegradabili in condizioni ambientali adeguate, ma la biodegradabilità non significa che entrambe le sostanze possano essere rilasciate nell'ambiente senza controlli. La loro degradazione può consumare l'ossigeno disciolto nell'acqua, quindi grandi rilasci potrebbero creare un problema di domanda di ossigeno-anche quando i composti stessi sono biodegradabili.
L'impatto ambientale di un refrigerante a base di glicole dipende anche dalla concentrazione, dagli additivi, dalla contaminazione e dall'ambiente ricevente. Il refrigerante usato deve pertanto essere raccolto e gestito in base ai requisiti applicabili in materia di gestione dei rifiuti-.
Domande frequenti
Il glicole propilenico è più sicuro del glicole etilenico?
Il glicole propilenico ha un profilo di tossicità sostanzialmente inferiore rispetto al glicole etilenico ed è generalmente considerato la scelta più sicura quando l'esposizione accidentale rappresenta un problema. Le normative FDA riconoscono anche usi alimentari specifici del glicole propilenico. Tuttavia, la sicurezza dipende dal grado, dalla formulazione, dalla via di esposizione e dall'uso previsto.
Perché nell'antigelo per auto viene utilizzato il glicole etilenico anziché il glicole propilenico?
Il glicole etilenico è ampiamente utilizzato nell'antigelo per autoveicoli perché fornisce una forte protezione antigelo e una viscosità relativamente bassa, che supporta un'efficiente circolazione del liquido di raffreddamento. Il glicole propilenico può essere utilizzato anche nel liquido di raffreddamento del motore; ASTM D3306 copre esplicitamente i refrigeranti per motori basati su EG- e PG-.
Riesci a distinguere il glicole etilenico e il glicole propilenico in base al colore?
No, il colore non può distinguere in modo affidabile il glicole etilenico dal glicole propilenico. I produttori di liquidi refrigeranti possono utilizzare coloranti diversi, quindi il colore non deve essere trattato come un metodo di identificazione chimica.
Qual è la differenza del punto di congelamento tra le soluzioni 50% EG e 50% PG?
Un refrigerante EG prediluito al 50% generalmente fornisce un punto di congelamento inferiore rispetto a un refrigerante PG al 50%. ASTM D3306 specifica un punto di congelamento massimo di -36,4 gradi per il prediluito EG di Tipo III al 50% o superiore e di -31,0 gradi per il prediluito PG di Tipo IV nelle condizioni specificate dallo standard.
La qualità alimentare del glicole propilenico-è certificata?
Il glicole propilenico è riconosciuto dalla FDA per usi alimentari specifici ai sensi del 21 CFR 184.1666, ma non tutti i prodotti a base di glicole propilenico sono automaticamente di qualità alimentare. Lo stato di qualità alimentare- dipende dalle specifiche del prodotto, dalla purezza, dai controlli di produzione e dall'uso previsto.
È possibile miscelare l'antigelo a base di glicole etilenico e glicole propilenico nello stesso sistema?
In genere non è consigliabile miscelare prodotti antigelo finiti a base di EG- e PG- a meno che i produttori non confermino la compatibilità. La preoccupazione principale non riguarda semplicemente le molecole di glicole, ma i diversi pacchetti di inibitori di corrosione e additivi utilizzati nei refrigeranti finiti.
Glicole etilenico vs glicole propilenico: quale scegliere?
Scegli il glicole etilenico quando le prestazioni a bassa-temperatura, la viscosità inferiore e un trasferimento di calore efficiente sono le priorità principali; scegliere il glicole propilenico quando sono più importanti una minore tossicità e una ridotta esposizione. Nessuno dei due glicole è universalmente migliore perché la scelta corretta dipende dall'applicazione.
Per i sistemi a circuito chiuso-industriali e automobilistici con esposizione controllata, il glicole etilenico può rappresentare una scelta efficace grazie alle sue proprietà termiche e di flusso. Per gli impianti di lavorazione degli alimenti-, gli ambienti farmaceutici, alcuni sistemi HVAC e altre applicazioni in cui l'esposizione accidentale rappresenta un problema, il glicole propilenico potrebbe essere più appropriato.
La scelta finale dovrebbe basarsi sul punto di congelamento richiesto, sulla temperatura operativa, sulla viscosità, sui requisiti di trasferimento di calore-, su considerazioni sulla tossicità, sui materiali delle apparecchiature, sulla formulazione del refrigerante e sugli standard di settore applicabili anziché semplicemente scegliere il glicole con il prezzo più basso.
Conclusione
La principale differenza tra glicole etilenico e glicole propilenico è l'equilibrio tra prestazioni termiche e tossicità. Il glicole etilenico offre generalmente una viscosità inferiore e prestazioni più elevate alle basse-temperature, il che lo rende ampiamente utilizzato nei sistemi di raffreddamento automobilistici e industriali.
Il glicole propilenico ha un profilo di tossicità sostanzialmente inferiore e viene utilizzato più spesso laddove l'esposizione umana, il contatto con gli alimenti, le applicazioni farmaceutiche o le considerazioni ambientali sono importanti.
Entrambi i glicoli sono efficaci fluidi antigelo e termovettori-se formulati correttamente e utilizzati alla concentrazione corretta. La scelta giusta dipende dalla temperatura operativa, dalla protezione antigelo richiesta, dalla progettazione del sistema, dal rischio di esposizione e dagli standard applicabili.
