Glikol etylenowy – właściwości, zastosowania i zagrożenia

Budowa chemiczna i właściwości fizykochemiczne glikolu etylenowego

Struktura cząsteczki i ogólna charakterystyka

Glikol etylenowy, znany również jako 1,2-etanodiol, to organiczny związek chemiczny o wzorze sumarycznym C₂H₆O₂. Należy do grupy alkoholi dihydroksylowych, czyli alkoholi posiadających dwie grupy hydroksylowe (–OH) w cząsteczce. Struktura glikolu etylenowego jest bardzo prosta – składa się z dwóch atomów węgla, z których każdy jest połączony z jedną grupą hydroksylową, a pozostałe wiązania węglowe są nasycone atomami wodoru.

Taka budowa sprawia, że cząsteczka glikolu etylenowego jest bardzo polarna, a obie grupy –OH umożliwiają tworzenie silnych wiązań wodorowych, zarówno między cząsteczkami glikolu, jak i z cząsteczkami wody. To właśnie obecność dwóch grup hydroksylowych w tak małej cząsteczce powoduje, że glikol etylenowy jest higroskopijny, dobrze rozpuszczalny w wodzie i lepki.

Właściwości fizyczne

Glikol etylenowy to w temperaturze pokojowej bezbarwna, bezwonna ciecz o słodkawym smaku, co niestety jest jedną z przyczyn jego przypadkowego spożycia przez ludzi i zwierzęta. Jego podstawowe właściwości fizyczne to:

• temperatura topnienia: –12,9°C
• temperatura wrzenia: 197,6°C
• gęstość (20°C): 1,1132 g/cm³
• masa molowa: 62,07 g/mol
• lepkość (20°C): ok. 16 cP (czyli znacznie większa niż woda)
• punkt zapłonu: ok. 111°C
• temperatura samozapłonu: 398°C
• prężność pary: niska – glikol etylenowy bardzo słabo odparowuje w temperaturze pokojowej

Te właściwości sprawiają, że glikol etylenowy doskonale nadaje się do zastosowań, w których potrzebna jest stabilna ciecz o niskiej lotności, dobrej zdolności do przenoszenia ciepła i obniżania temperatury krzepnięcia.

Jest to substancja bardzo dobrze mieszalna z wodą, alkoholem etylowym, acetonem oraz glikolem propylenowym, natomiast praktycznie nierozpuszczalna w tłuszczach i olejach. Dzięki temu może być używana zarówno jako rozpuszczalnik polarny, jak i jako dodatek regulujący wilgotność i temperaturę.

Właściwości chemiczne

Z chemicznego punktu widzenia glikol etylenowy zachowuje się jak typowy alkohol dwuhydroksylowy. Obie grupy –OH mogą uczestniczyć w reakcjach charakterystycznych dla alkoholi:

• estryfikacji z kwasami karboksylowymi – tworzy estry wykorzystywane np. jako plastyfikatory,
• reakcji z kwasami nieorganicznymi, np. HNO₃, H₂SO₄, prowadzącymi do powstania azotanów i siarczanów glikolu,
• utleniania – w warunkach laboratoryjnych glikol etylenowy może zostać utleniony najpierw do aldehydu glikolowego, a następnie do kwasu szczawiowego (HOOC–COOH),
• polikondensacji – dzięki dwóm grupom hydroksylowym glikol etylenowy może reagować z kwasami dikarboksylowymi, tworząc poliestry, z których powstają m.in. włókna PET (poli(tereftalan etylenu)), powszechnie stosowane w butelkach i opakowaniach.

Glikol etylenowy jest substancją chemicznie stabilną w warunkach normalnych – nie ulega łatwo rozkładowi, nie jest reaktywny wobec tlenu w niskich temperaturach, nie koroduje metali w obecności inhibitorów. Jednak w warunkach ekstremalnych – pod wpływem silnych utleniaczy, wysokiej temperatury lub w kontakcie z powietrzem – może tworzyć nadtlenki, które są potencjalnie wybuchowe.

Zachowanie w różnych warunkach i zjawiska fizyczne

Jedną z najważniejszych cech glikolu etylenowego jest jego zdolność do obniżania temperatury zamarzania wody, co wynika z mechanizmu obniżenia ciśnienia pary roztworu (efekt koligatywny). W praktyce oznacza to, że dodatek glikolu etylenowego do wody pozwala na:

• obniżenie temperatury krzepnięcia do nawet –50°C,
• zwiększenie temperatury wrzenia roztworu,
• poprawę przewodnictwa cieplnego i lepkości cieczy chłodzącej,
• ochronę układów przed pęknięciem w wyniku zamarznięcia cieczy.

Zjawiska te są szczególnie istotne w zastosowaniach motoryzacyjnych i przemysłowych – m.in. w układach chłodzenia silników spalinowych, instalacjach klimatyzacji, kolektorach słonecznych i agregatach chłodniczych.

Dzięki wysokiemu ciepłu właściwemu i dobrej przewodności cieplnej, glikol etylenowy znajduje także zastosowanie w przenoszeniu ciepła w zamkniętych systemach – zarówno w chłodzeniu, jak i ogrzewaniu.

Jednakże w tych zastosowaniach bardzo istotne jest, by używać odpowiednio inhibowanych preparatów technicznych, ponieważ czysty glikol etylenowy może przyspieszać korozję metali i powstawanie osadów w instalacjach.

Higroskopijność i inne właściwości użytkowe

Glikol etylenowy wykazuje silne właściwości higroskopijne – chętnie pochłania wilgoć z otoczenia, co czyni go użytecznym w formułach kosmetycznych i farmaceutycznych jako:

• humektant (substancja nawilżająca),
• nośnik substancji czynnych,
• rozpuszczalnik dla trudno rozpuszczalnych składników.

Jego łagodna lepkość i zdolność do rozprzestrzeniania się sprawiają, że bywa także stosowany w preparatach do czyszczenia, odmrażania, polerowania oraz jako baza zapachowa.

Jednak te same właściwości, które czynią glikol etylenowy użytecznym w przemyśle, sprawiają, że jest niebezpieczny w przypadku niekontrolowanego spożycia – jego słodki smak i wysoka toksyczność powodują, że jest często przyczyną zatruć u dzieci i zwierząt domowych, zwłaszcza jeśli zostanie rozlany lub niewłaściwie przechowywany.

W kolejnej części przyjrzymy się zastosowaniom glikolu etylenowego w różnych gałęziach przemysłu, motoryzacji, chłodnictwie, a także jego obecności w codziennym życiu.

Zastosowania glikolu etylenowego w przemyśle i życiu codziennym

Glikol etylenowy jako składnik płynów chłodzących i przeciwzamarzających

Glikol etylenowy jest jednym z najczęściej stosowanych związków w systemach chłodniczych i grzewczych, głównie dzięki swojej zdolności do obniżania temperatury krzepnięcia i jednoczesnego zwiększania temperatury wrzenia wody. Te cechy sprawiają, że roztwory glikolu etylenowego są wykorzystywane w:

• płynach chłodniczych w silnikach spalinowych – stanowi bazę tzw. płynu do chłodnic, który chroni silnik przed przegrzaniem latem i zamarznięciem zimą,
• instalacjach HVAC (ogrzewanie, wentylacja, klimatyzacja) – wykorzystywany w układach wymiany ciepła w biurowcach, magazynach i obiektach przemysłowych,
• kolektorach słonecznych – w zamkniętych obiegach grzewczych, jako ciecz robocza, która może wytrzymać ekstremalne temperatury,
• systemach ochrony przeciwzamarzaniowej rur, instalacji wodnych i odwodnień,
• lotnictwie – stosowany w płynach odmrażających samoloty oraz jako składnik cieczy chroniących powierzchnie przed oszronieniem.

Dzięki swojej niskiej lotności i wysokiej wydajności cieplnej, glikol etylenowy pozwala na efektywną i długoterminową pracę układów, w których cyrkuluje ciecz chłodząca. Jego roztwory techniczne często zawierają inhibitory korozji, barwniki identyfikacyjne oraz dodatki biobójcze, co zapewnia lepszą ochronę instalacji.

Wykorzystanie w przemyśle tworzyw sztucznych, włókien i żywic

Jednym z kluczowych zastosowań glikolu etylenowego jest jego udział w produkcji tworzyw sztucznych, zwłaszcza poliestrów. W reakcji z kwasem tereftalowym lub jego pochodnymi glikol etylenowy tworzy:

• poli(tereftalan etylenu) (PET) – najpowszechniej stosowany materiał do produkcji butelek PET, opakowań do żywności, folii, tkanin poliestrowych i włókien syntetycznych.
• nasycone i niesycone żywice poliestrowe, wykorzystywane w lakiernictwie, produkcji kompozytów, żelkotów, laminatów.

W tym kontekście glikol etylenowy działa jako monomer, który bierze udział w reakcjach polikondensacji, nadając gotowym produktom pożądane właściwości, takie jak elastyczność, odporność chemiczna, gładkość powierzchni czy przezroczystość.

W przemyśle tekstylnym glikol etylenowy wykorzystuje się również jako środek nawilżający i wygładzający przędze, natomiast w przemyśle papierniczym – jako dodatek regulujący wilgotność i elastyczność papieru.

Zastosowanie w kosmetyce, farmacji i chemii gospodarczej

Chociaż glikol etylenowy jest substancją toksyczną i nie jest dopuszczony do stosowania wewnętrznego w lekach ani żywności, jego pochodne, a także glikole techniczne o wysokim stopniu czystości, znajdują zastosowanie w:

• kosmetykach pielęgnacyjnych – np. w balsamach do ciała, kremach, odżywkach do włosów jako nawilżacz (humektant) i nośnik substancji aktywnych,
• preparatach do dezynfekcji i higieny rąk,
• lekach stosowanych zewnętrznie, np. maściach, żelach i plastrach transdermalnych,
• środkach czystości – glikol etylenowy działa jako rozpuszczalnik tłuszczów i zabrudzeń, znajduje się w płynach do mycia szyb, odtłuszczaczach i preparatach do pielęgnacji samochodów.

W wyrobach tych dopuszczalne stężenie glikolu etylenowego jest ściśle regulowane, a coraz częściej zastępowany jest glikolem propylenowym, który ma podobne właściwości, ale znacznie niższą toksyczność.

Zastosowanie w chłodnictwie przemysłowym i technologii

W chłodnictwie glikol etylenowy pełni rolę czynnika pośredniego – transportuje ciepło między różnymi sekcjami układu. Stosowany jest m.in. w:

• chłodniach i zamrażalniach,
• magazynach spożywczych,
• laboratoriach i centrach danych,
• urządzeniach do mrożenia żywności i napojów.

Dzięki temu, że glikol etylenowy nie paruje i nie tworzy osadów, jest wygodny w eksploatacji. Musi być jednak regularnie kontrolowany pod względem pH, zawartości inhibitorów i obecności zanieczyszczeń, które mogłyby obniżyć jego skuteczność.

W przemyśle używa się również glikolu etylenowego do:

• regulowania temperatury reakcji chemicznych,
• stabilizacji emulsji,
• produkcji tuszów, farb, powłok lakierniczych,
• wytwarzania środowisk bezwodnych w niektórych procesach laboratoryjnych.

W kolejnej części artykułu przyjrzymy się zagrożeniom związanym z glikolem etylenowym, jego toksyczności oraz zasadom bezpiecznego obchodzenia się z tą substancją, zarówno w warunkach przemysłowych, jak i domowych.

Zagrożenia, przepisy i bezpieczne obchodzenie się z glikolem etylenowym

Toksyczność glikolu etylenowego i objawy zatrucia

Glikol etylenowy to związek silnie toksyczny dla ludzi i zwierząt, szczególnie po spożyciu, a także przy długotrwałym wdychaniu par lub kontakcie ze skórą i błonami śluzowymi. Choć na pierwszy rzut oka wydaje się nieszkodliwy – jest bezbarwny, bezwonny i ma słodkawy smak – właśnie te cechy czynią go wyjątkowo niebezpiecznym, zwłaszcza dla małych dzieci, zwierząt domowych i dzikich (np. ptaków, lisów, gryzoni).

Po spożyciu glikol etylenowy w organizmie ulega utlenieniu w wątrobie przez dehydrogenazę alkoholową do:

• glikolu aldehydowego,
• kwasu glikolowego,
• kwasu szczawiowego.

To właśnie metabolity, a nie sam glikol, odpowiadają za toksyczne działanie, prowadzące do:

• kwasicy metabolicznej,
• niewydolności nerek (uszkodzenia cewek nerkowych),
• uszkodzenia mózgu i układu nerwowego,
• śpiączki, a nawet śmierci, jeśli nie zostanie podjęta szybka interwencja.

Objawy zatrucia glikolem etylenowym mogą pojawić się już po 30 minutach i przebiegają trójfazowo:

1. Faza neurologiczna (0–12 h): senność, zawroty głowy, euforia, zaburzenia równowagi – przypomina zatrucie alkoholem.
2. Faza sercowo-płucna (12–24 h): wzmożona częstość oddechów, bóle w klatce piersiowej, przyspieszenie akcji serca.
3. Faza nerkowa (24–72 h): bezmocz lub skąpomocz, ból w okolicy lędźwiowej, obrzęki, w skrajnych przypadkach niewydolność wielonarządowa.

Leczenie zatrucia polega na podaniu etanolu (w warunkach szpitalnych – dożylnie), który konkuruje z glikolem etylenowym o enzym dehydrogenazę alkoholową. W zaawansowanych przypadkach konieczna jest hemodializa i intensywna terapia. W Polsce przypadki śmiertelnych zatruć glikolem etylenowym są rejestrowane niemal co roku, zwłaszcza zimą, gdy dochodzi do prób samobójczych lub spożycia płynów chłodniczych przez pomyłkę.

Normy przechowywania i transportu glikolu etylenowego

Ze względu na swój profil toksykologiczny, glikol etylenowy podlega ścisłym regulacjom dotyczącym przechowywania, transportu i oznakowania. W warunkach przemysłowych należy zachować szczególną ostrożność.

Zasady bezpiecznego obchodzenia się z glikolem etylenowym obejmują:

• przechowywanie w szczelnych, oznakowanych pojemnikach, wykonanych z materiałów odpornych na korozję (stal nierdzewna, PE-HD, PP),
• przechowywanie w suchych, chłodnych, dobrze wentylowanych pomieszczeniach, z dala od źródeł ognia i promieni słonecznych,
• stosowanie odzieży ochronnej – rękawic nitrylowych, okularów ochronnych, fartuchów chemoodpornych,
• stosowanie wentylacji miejscowej, szczególnie przy dużych zbiornikach lub napełnianiu systemów.

Transport glikolu etylenowego podlega przepisom ADR, ale w wielu przypadkach jest klasyfikowany jako towar niepodlegający rygorystycznym ograniczeniom (w zależności od stężenia i ilości). Mimo to przewóz powinien odbywać się z zachowaniem zasad bezpieczeństwa: odpowiednie opakowania, etykiety ostrzegawcze, karty charakterystyki MSDS.

W przypadku wycieku należy:

• ograniczyć dostęp osób postronnych,
• uszczelnić źródło wycieku,
• zebrać płyn sorbentem chemicznym,
• przekazać odpady do utylizacji zgodnie z przepisami o odpadach niebezpiecznych.

Glikol propylenowy i inne alternatywy

Ze względu na toksyczność glikolu etylenowego, w wielu zastosowaniach technicznych zaczęto coraz częściej sięgać po glikol propylenowy (C₃H₈O₂). Ma on podobne właściwości fizykochemiczne, ale jest nietoksyczny dla ludzi i dopuszczony do kontaktu z żywnością oraz kosmetykami.

Zamienniki te znajdują zastosowanie:

• w kosmetykach i lekach doustnych,
• w instalacjach chłodniczych w przemyśle spożywczym,
• w systemach grzewczych budynków mieszkalnych,
• w produkcji e-liquidów do e-papierosów.

Coraz większą popularnością cieszą się także ekologiczne mieszaniny oparte na glikolu butylenowym, glicerolu lub alkoholu etylowym, a także na biodegradowalnych polimerach, które są bezpieczniejsze dla środowiska i łatwiejsze do utylizacji.

W związku z rosnącą świadomością ekologiczną i prawną odpowiedzialnością producentów, można się spodziewać dalszego ograniczania stosowania glikolu etylenowego w gospodarstwach domowych i zastępowania go substancjami mniej toksycznymi i biodegradowalnymi.

Glikol etylenowy pozostaje jednak nieodzownym składnikiem wielu procesów przemysłowych – pod warunkiem, że jego użycie odbywa się świadomie, zgodnie z przepisami i z pełnym poszanowaniem zasad bezpieczeństwa pracy i ochrony środowiska. Jego potencjał, choć ogromny, wymaga odpowiedzialności na każdym etapie – od produkcji, przez eksploatację, aż po utylizację.

FAQ glikol etylenowy – najczęściej zadawane pytania

Co to jest glikol etylenowy?

Glikol etylenowy to bezbarwna, lepka ciecz o słodkawym smaku i wzorze chemicznym C₂H₆O₂, stosowana głównie jako składnik płynów chłodniczych.

Do czego używa się glikolu etylenowego?

Glikol etylenowy wykorzystywany jest w chłodnictwie, motoryzacji, produkcji poliestrów, tworzyw sztucznych, kosmetyków i farb.

Czy glikol etylenowy jest trujący?

Tak, glikol etylenowy jest silnie toksyczny dla ludzi i zwierząt – jego spożycie może prowadzić do uszkodzenia nerek, śpiączki, a nawet śmierci.

Jak przechowywać glikol etylenowy?

Glikol etylenowy należy przechowywać w szczelnych, oznakowanych pojemnikach z dala od źródeł ciepła i substancji utleniających, w dobrze wentylowanym miejscu.

Jakie są bezpieczniejsze zamienniki glikolu etylenowego?

Bezpieczniejszym i mniej toksycznym zamiennikiem jest glikol propylenowy, stosowany np. w kosmetykach i jako dodatek do żywności.