Co to jest glikol i do czego służy?

Spotykasz w opisach produktów hasło „glikol” i nie wiesz, co to właściwie jest? Z tego tekstu dowiesz się, czym są różne rodzaje glikoli, jak działają i do czego służą w przemyśle, kosmetykach i żywności. Poznasz też różnice w bezpieczeństwie ich stosowania.

Co to jest glikol?

W chemii słowem glikol określa się grupę alkoholi, które w swojej cząsteczce mają dwie grupy hydroksylowe –OH. Dzięki temu zachowują się inaczej niż zwykłe alkohole jednowodorotlenowe. Są zwykle bezbarwnymi, gęstymi cieczami o lekko słodkawym smaku i bardzo dobrej mieszalności z wodą.

Najczęściej spotykane w praktyce są cztery związki: glikol etylenowy (1,2‑etanodiol), glikol propylenowy (1,2‑propanodiol), glikol dietylenowy (DEG) oraz glikol monoetylenowy (MEG). Każdy z nich ma nieco inną budowę, a więc także odmienne zastosowania i inny poziom toksyczności dla człowieka i środowiska.

Jakie są główne rodzaje glikolu?

Podział glikoli można przeprowadzić na dwa sposoby. Po pierwsze według rodzaju związku chemicznego, po drugie według ich pochodzenia – rafineryjnego, roślinnego lub regeneracyjnego. Taki podział pomaga dobrać surowiec do konkretnych instalacji chłodniczych, receptur kosmetycznych czy zastosowań spożywczych.

W przemyśle technicznym i spożywczym szczególnie liczy się czystość surowca oraz fakt, czy dany glikol jest toksyczny czy uznawany za bezpieczny. Inne wymagania stawia się glikolowi stosowanemu w instalacji centralnego ogrzewania, a inne temu, który ma kontakt z żywnością lub skórą.

Podział według rodzaju związku

Najczęściej wymienia się cztery podstawowe rodzaje glikoli stosowanych na dużą skalę. Różnią się one nie tylko właściwościami fizycznymi, lecz także typowymi obszarami użycia, od chłodnictwa po kosmetykę i farmację.

Do głównych związków należą: glikol etylenowy, glikol propylenowy, glikol dietylenowy oraz glikol monoetylenowy. Wiele wyrobów przemysłowych zawiera mieszanki tych substancji, dobrane tak, by uzyskać konkretne parametry, na przykład określoną temperaturę zamarzania.

Podział według pochodzenia

Źródło pochodzenia ma duże znaczenie zarówno dla ceny, jak i jakości glikolu. Produkty wysokiej czystości lepiej sprawdzają się w wrażliwych instalacjach i nowoczesnych technologiach, natomiast surowce z regeneracji trafiają zwykle do prostych układów chłodniczych.

W obrocie spotyka się glikole o pochodzeniu rafiner yjnym, roślinnym oraz regeneracyjnym. Warto zwracać uwagę na tę informację w specyfikacjach technicznych, zwłaszcza gdy instalacja ma pracować wiele lat bez awarii.

• glikol rafineryjny – powstaje jako produkt uboczny w rafineriach paliw, ma wysoką czystość i stabilne parametry,
• glikol roślinny – głównie glikol propylenowy uzyskiwany z fermentacji cukru kukurydzianego lub rzepaku,
• glikol regeneracyjny – otrzymywany z regeneracji przepalonych roztworów zawierających glikole, zwykle gorszej jakości,
• bioglikol – nazwa używana często dla glikolu propylenowego pochodzenia roślinnego.

Czym charakteryzuje się glikol etylenowy?

Glikol etylenowy (CH₂OH–CH₂OH), znany jako 1,2‑etanodiol, to lepka, bezbarwna ciecz dobrze mieszająca się z wodą. Rozpuszcza się także w aldehydach, ketonach i kwasie octowym, natomiast nie łączy się z czterochlorkiem węgla. Jego produkcja poprzez hydratację tlenku etylenu, a potem rektyfikację, jest stosunkowo tania, co obniża koszt wielu technologii.

Związek ten ma około 50% pojemności cieplnej wody, a w niskich temperaturach może krystalizować. Z tego powodu w niektórych zastosowaniach przegrywa z glikolem propylenowym, choć nadal pozostaje jednym z najważniejszych czynników chłodniczych w przemyśle i motoryzacji.

Zastosowanie glikolu etylenowego

Najbardziej znane zastosowanie tego glikolu to płyny niezamarzające w układach chłodzenia silników samochodowych. Mieszanka z wodą zabezpiecza układ przed zamarzaniem zimą i przegrzaniem latem, a przy tym ma korzystne właściwości antykorozyjne po dodaniu odpowiednich inhibitorów.

Poza motoryzacją glikol etylenowy pracuje jako czynnik chłodniczy w przemysłowych instalacjach chłodzenia, systemach grzewczych, wentylacyjnych, sprężarkach oraz w klimatyzacji. Duża część światowej produkcji trafia też do wytwarzania włókien poliestrowych, folii opakowaniowych i butelek z politereftalanu etylenu. Produkty z jego udziałem dobrze nadają się do recyklingu, co ma znaczenie ekonomiczne.

Szkodliwość glikolu etylenowego

Choć pod względem technicznym glikol etylenowy jest bardzo przydatny, dla człowieka stanowi poważnie toksyczną substancję. Organizm wchłania go przez przewód pokarmowy, drogi oddechowe, a także przez skórę. Po spożyciu najpierw pojawiają się objawy podobne do upojenia alkoholowego, po kilku lub kilkunastu godzinach dochodzi do kwasicy metabolicznej, zaburzeń pracy nerek i ośrodkowego układu nerwowego.

Centrum Kontroli Chorób w USA szacuje śmiertelną dawkę na około 1400–1600 mg/kg masy ciała. Opary podgrzanego glikolu mogą wywołać bóle głowy, senność i w cięższych przypadkach utratę przytomności, a małe stężenia drażnią błony śluzowe nosa i gardła. Z tego powodu nie wolno go stosować tam, gdzie istnieje ryzyko kontaktu z żywnością lub wodą pitną.

Glikol etylenowy nigdy nie powinien trafiać do instalacji, w których możliwy jest kontakt z wodą pitną lub produktami spożywczymi.

Czym jest glikol propylenowy?

Glikol propylenowy (C₃H₈O₂), czyli 1,2‑propanodiol, to bezbarwna, oleista ciecz o lekko słodkim smaku i wysokiej lepkości. Jego cząsteczki są chemicznie obojętne, co oznacza, że nie wchodzą łatwo w reakcje z innymi składnikami mieszaniny. Jest substancją higroskopijną, chętnie pochłania wodę z otoczenia.

Bardzo dobrze rozpuszcza się w wodzie, acetonie i chloroformie, a przy tym świetnie rozpuszcza liczne żywice, barwniki i olejki eteryczne. Na skalę przemysłową otrzymuje się go przez uwodnienie tlenku propylenu, zarówno katalityczne, jak i bez katalizatora, ale coraz częściej także z odpadów i surowców roślinnych. W tym drugim przypadku mówi się o bioglikolu.

Zastosowanie glikolu propylenowego

W przeciwieństwie do etylenowego, ten glikol jest dopuszczony do kontaktu z żywnością i skórą. W przemyśle spożywczym występuje jako dodatek E 1520, gdzie pełni rolę rozpuszczalnika, nośnika aromatów oraz środka utrzymującego wilgotność. Dzięki niemu produkty typu instant nie sklejają się, pianki i płatki kokosowe nie wysychają, a wiele napojów zachowuje dobrą klarowność.

W kosmetykach stosuje się go jako składnik kremów, balsamów, żeli do mycia, szamponów, dezodorantów, żeli do golenia, a nawet preparatów dla dzieci. Działa nawilżająco, zmiękcza naskórek i poprawia przenikanie składników aktywnych w głąb skóry. W farmacji jest popularnym rozczyn ników leków, w którym rozprowadza się substancje czynne w roztworach doustnych i preparatach miejscowych.

• w żywności – poprawia teksturę, smak i wygląd, przedłuża trwałość,
• w kosmetykach – nawilża skórę i włosy, zwiększa wchłanianie składników aktywnych,
• w farmacji – jest nośnikiem substancji leczniczych w syropach i maściach,
• w technice – pracuje w płynach chłodniczych, płynach hamulcowych, lakierach i farbach.

Glikol propylenowy w pielęgnacji

W dermokosmetykach glikol propylenowy pełni kilka ważnych funkcji jednocześnie. Z jednej strony jest humektantem, czyli pomaga utrzymać wilgoć w naskórku, z drugiej działa jak tak zwany promotor przenikania, wspierając wnikanie witamin i innych substancji aktywnych w głębsze warstwy skóry.

Dzięki swojej zdolności rozpuszczania ekstraktów roślinnych często występuje jako nośnik wyciągów ziołowych. Ułatwia też równomierne rozprowadzanie kremu lub balsamu na skórze, co poprawia komfort stosowania. W produktach do włosów zmiękcza i nawilża włosy, a w szamponach i wcierkach pomaga w transporcie składników wzmacniających cebulki.

Czy glikol propylenowy jest bezpieczny?

Glikol propylenowy od lat uchodzi za związek o niskiej toksyczności. Amerykańska FDA wpisała go na listę GRAS, czyli substancji dodawanych do żywności powszechnie uznawanych za bezpieczne. Komitet ekspertów FAO/WHO przyjął dopuszczalną dzienną dawkę doustną na poziomie około 25 mg/kg masy ciała, co odpowiada 1,5 g dla osoby o wadze 60 kg.

Panel ekspertów Cosmetic Ingredient Review potwierdził, że glikol propylenowy jest bezpieczny nawet przy stężeniu do 50% w kosmetyku. Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności (EFSA) również nie stwierdził właściwości rakotwórczych, mutagennych ani reprotoksycznych. Opisywane w internecie doniesienia o rzekomej rakotwórczości należą do tak zwanych mitów kosmetycznych.

Żadna z dużych organizacji zdrowotnych, takich jak WHO czy IARC, nie klasyfikuje glikolu propylenowego jako substancji rakotwórczej.

Czym różni się glikol dietylenowy i monoetylenowy?

Poza dwoma najbardziej znanymi przedstawicielami istnieją także glikol dietylenowy (DEG) oraz glikol monoetylenowy (MEG). Wciąż są to ważne surowce przemysłowe, ale wymagają większej ostrożności przy kontakcie z człowiekiem. Ich obecność zauważysz zwłaszcza w materiałach budowlanych, żywicach i niektórych specjalistycznych płynach chłodzących.

W praktyce inżynierskiej dobór konkretnego glikolu zależy od wymaganej temperatury pracy, lepkości, punktu krzepnięcia, a także od tego, czy instalacja ma kontakt z użytkownikiem. W wielu systemach technicznych MEG i DEG pracują w zamkniętych obiegach, co ogranicza ryzyko narażenia ludzi.

Glikol dietylenowy

Glikol dietylenowy jest bezbarwną, przejrzystą cieczą o lekko słodkim smaku i stosunkowo niskiej lepkości. Silnie wiąże wodę, co sprawia, że przydaje się jako rozpuszczalnik dla wielu substancji nierozpuszczalnych w wodzie. Szeroko stosuje się go do wytwarzania żywic, w przemyśle meblarskim i budowlanym, a także w płynach chłodzących i odmrażających.

Połknięty glikol dietylenowy jest jednak niebezpieczny dla zdrowia. Może wywołać senność, zaburzenia przewodu pokarmowego, osłabienie mięśni, a przy większych dawkach poważne uszkodzenie nerek i wątroby, prowadzące nawet do zgonu. Dlatego nie ma zgody na jego świadome stosowanie w żywności czy kosmetykach.

Glikol monoetylenowy

Glikol monoetylenowy to bezbarwna, syropowata ciecz o słodkawym posmaku, dobrze mieszalna z wodą i alkoholami. Jest istotnym składnikiem do produkcji włókien oraz folii poliestrowych, a także mieszanek chłodniczych stosowanych w silnikach. Trafia do wyrobów tekstylnych, odzieży, polarów, dywanów oraz opakowań kontaktujących się z żywnością.

Kontakt skóry z MEG może wywołać lekkie podrażnienie. Spożycie większych ilości niesie znaczne ryzyko – od nudności i wymiotów, przez kwasicę metaboliczną i zaburzenia krążenia, aż po ciężkie uszkodzenie nerek i niewydolność oddechową. Dlatego w instalacjach, gdzie możliwy jest kontakt z człowiekiem, częściej wybiera się glikol propylenowy.

Jak dobrać glikol do zastosowania?

Wybór pomiędzy różnymi glikolami nie sprowadza się tylko do ceny koncentratu. W praktyce liczą się też parametry techniczne, toksyczność, pochodzenie surowca i wymagania branży – inne w przemyśle spożywczym, a inne w układach chłodniczych na halach produkcyjnych.

Wiele firm bierze pod uwagę także odporność roztworu na niskie temperatury. Na rynku standardem są glikole do –15, –20, –25 i –35°C, oferowane jako koncentraty lub gotowe roztwory w baniakach 20, 30, 120, 220 czy 1000 litrów. Koncentraty rozcieńcza się zwykle wodą destylowaną, aby uzyskać pożądaną temperaturę krzepnięcia.

• w instalacjach technicznych bez kontaktu z żywnością – często stosuje się tańszy glikol etylenowy,
• w przemyśle spożywczym, kosmetycznym i farmaceutycznym – wybiera się glikol propylenowy jako substancję ekologiczną,
• w prostych instalacjach o niskich wymaganiach jakościowych – czasem używa się tańszych glikoli regeneracyjnych,
• w systemach wymagających bardzo wysokiej czystości – preferuje się produkty rafineryjne lub pochodzenia roślinnego.

Ceny odzwierciedlają zarówno jakość, jak i parametry pracy. Koncentrat glikolu propylenowego w baniaku 20 l z odpornością do –35°C zwykle kosztuje mniej niż 200 zł, a wersja do –15°C bywa znacznie tańsza. Glikol etylenowy o zbliżonych parametrach jest zazwyczaj jeszcze tańszy, co kusi w dużych instalacjach technicznych, ale przy każdej decyzji trzeba mieć z tyłu głowy informacje o toksyczności konkretnego związku.

Do instalacji mogących mieć kontakt z żywnością lub wodą pitną wybieraj glikol propylenowy, a techniczne zastosowania bez kontaktu z człowiekiem pozostaw glikolowi etylenowemu i pozostałym rodzajom.