Kerneinfo – Propylenglykol

Monopropylenglykol, almindeligvis omtalt som propylenglykol, men også omtalt som propan-1,2-diol, MPG, PG og fødevaresikker glykol. Propylenglykol har i mange år været den foretrukne glykol til brug i fødevare- og drikkevareforarbejdningssystemer, eller hvor der er krav om en klassificering som non-toksisk. F.eks. hvor specifikatoren eller slutbrugeren ønsker at eliminere enhver risiko for utilsigtet forgiftning, som det kan forekomme med blandinger af vand og etylenglykol.

Propylenglykol fremstilles kommercielt gennem en kemisk reaktion mellem propylenoxid og en katalysator. Den globale kapacitet overstiger 1,5 millioner tons om året.

Propylenglykol - vigtigste anvendelser

  • Vandbaserede varmeoverføringsvæsker, som kræver en frostvæskefunktion.
  • Sekundære kølemidler (flydende) i store kølesystemer, hvor det primære kølemiddel (gas) og tilhørende anlæg er placeret centralt.
  • Kølerglykol er en alternativ betegnelse for sekundært kølemiddel, men sidstnævnte kategori omfatter også saltlage, alkoholer og ikke-vandige væsker.
  • Vandløse og vandbaserede motorfrostvæskeformuleringer.
  • Som kemisk råmateriale til fremstilling af polyesterharpikser.
  • Afisningsvæske til fly og landingsbaner.
  • Fugtbevarende middel til at opretholde fugt (vand) niveauer i tobak og nogle fødevarer.

Propylenglykol – egenskaber

  • Klar vandhvid, let sød, en smule viskøs væske. Ren propylenglykol koger ved 198 °C og fryser ved -51 °C, når den blandes med vand
  • Hygroskopisk og blandbar med vand i alle proportioner.
  • Let bionedbrydelig og bioakkumulerer ikke.
  • Koncentrationer over 25 % v/v i vand giver en biostatisk funktion.

Propylenglykol er undertiden klassificeret som farmakologisk kvalitet eller egnet til brug i farmaceutiske produkter. F.eks. USP, EP og JP. En anden generisk klassifikation, der anvendes i USA, er GRAS (Generally Considered As Safe), som ofte transponeres til at betyde "fødevarekvalitet". Der er dog ingen europæiske lande, der har godkendt propylenglykol til brug som fødevaretilsætningsstof, og derfor kan betegnelsen "fødevarekvalitet" betragtes som noget falsk.

Ren propylenglykol har en LD50 på >20.000 mg/kg legemsvægt, hvilket positionerer det som "relativt harmløst" i henhold til Hodge & Sterners toksicitetsskala. I sammenligning ville et lille barn, der vejer 30 kg, skulle indtage ca. 600 ml ren propylenglykol, før barnet bliver alvorlig syg. I.E.-toksicitet er en relativ betegnelse.

Propylenglykol har en meget lavere kapacitet til effektiv varmeoverføring sammenlignet med etylenglykolbaserede blandinger. Den er også meget mere tyktflydende ved lave temperaturer og er dermed en større udfordring at pumpe.

For nylig er en vegetabilsk baseret propylenglykol blevet kommercielt tilgængelig, men er ikke altid økonomisk rentabel. Propan-1,3-diol har meget lignende varmeoverførings- og pumpeegenskaber som propan-1,2-diol, men har en bedre miljøprofil.

Mindste anbefalede mængder propylenglykol

for at minimere biologisk kontaminering.

Spørgsmålet om den anbefalede minimumskoncentration af propylenglykol, som bør anvendes i en opløsning af vand, stilles ofte. Hydratech anbefaler et minimum på 25-30 % v/v, hvilket giver en frostbeskyttelse på under -10 °C, men ofte kræver operatøren kun frostbeskyttelse til for eksempel -2 °C, hvilket ville kræve betydeligt mindre volumenmængde propylenglykol.

Der er flere grunde til den anbefalede minimumskoncentration. 

1) Kontrol af korrosion, kalkdannelse/-afskalning samt biologisk kontrol. Hydratech propylenglykolbaserede varmeoverføringsvæsker er formuleret til at fungere i både køle- og varmesystemer i et bredt område af koncentrationer. For at give beskyttelse over en længere periode skal den oprindelige blanding også have den rette balance mellem inhibitorer vedrørende korrosion og kalkdannelse/-afskalning samt biologiske inhibitorer for at opretholde korrekt korrosionskontrol ved forskellige koncentrationer. Inhibitorerne i CoolFlow NTP er formuleret til at give den bedst mulige ydeevne og fluidlevetid ved propylenglykolniveauer mellem 25 og 60 % v/v. Reduktion af propylenglykolkoncentrationen under 25 % reducerer inhibitorkoncentrationerne til et niveau, der muligvis ikke giver tilstrækkelig beskyttelse mod korrosion og kalkdannelse/-afskalning samt biologisk beskyttelse for et system.

2) Øget pH-buffering mod syrenedbrydning. Både etylen- og propylenglykol nedbrydes ved udsættelse for høje temperaturer. Med en højere koncentration af væske er der også en større koncentration af inhibitor til stede i opløsningen. Den højere koncentration af inhibitorer giver øget pH-buffering for at modvirke sure biprodukter, der kan dannes på grund af propylenglykolnedbrydning.

3) Væskens biologiske integritet. Den tredje grund til at bruge mindst 25 % propylenglykol i systemet vedrører muligheden for bakterievækst. Med koncentrationer på eller over 20 % inhiberer både etylen- og propylenglykol væksten og spredningen af de fleste mikrober og svampe. Den reducerede overfladespænding i glykolopløsningen forstyrrer bakteriens cellevægge, hvilket resulterer i et miljø, der ikke understøtter bakterievækst. Ved meget lave glykolkoncentrationer, for eksempel under 1 %, fungerer både etylen- og propylenglykol som næringsstof for bakterier. Ved disse koncentrationer vil bakterier nedbryde propylenglykolen, hvilket forårsager hurtig stigning i bakteriel kontaminering. Ved niveauer over 1 % og under 20 % kan nogle bakterier overleve med begrænset vækst, især ved moderate temperaturer.

Tilstedeværelsen af bakterier indebærer ikke altid bakterievækst. Opløsninger med 25 % glykol eller mere er biostatiske, ikke biocide. Hvis en kilde til bakterier indføres i opløsninger af propylenglykol, kan væsken derfor vise tilstedeværelsen af bakterier. Af denne grund anbefaler Hydratech rengøring af nye installationer før opstart og periodisk test af systemvæsken for at kontrollere, om der er biologisk aktivitet – se SureFlow Fluid Maintenance Program for yderligere vejledning. For yderligere at minimere risikoen for kontaminering fra ekstern kontaminering omfatter alle Hydratech-formuleringer både kortsigtede og langsigtede biocider.

Sundheds-, sikkerheds- og miljøoplysninger om propylenglykol

1. OECD-vurdering af screeningsinformationsdatasæt (SIDS) for propylenglykol

Kemisk navn  Propylenglykol (1,2-dihydroxypropan)   CAS-nr. 57-55-6
Strukturformel  CH3-CHOH-CH2OH
Anbefalinger  Kemikaliet har i øjeblikket lav prioritet for videre undersøgelser.

Resumé af konklusioner

Human Health
propylenglykol er ikke akut toksisk. De laveste orale LD50-værdier ligger mellem 18 og 23,9 gram (5 forskellige arter), og den rapporterede dermale LD50 er 20,8 gram. Propylenglykol er i det væsentlige ikke-irriterende for huden og let irriterende for øjnene. Talrige undersøgelser understøtter, at propylenglykol ikke er en hudsensibilisator. Gentagne eksponeringer af rotter for propylenglykol i drikkevand eller foder resulterede ikke i negative virkninger ved niveauer på op til 10 % i vand (anslået til ca. 10 g/kg legemsvægt/dag) eller 5 % i foder (dosis rapporteret som 2,5 g/kg legemsvægt/dag) i op til 2 år. Hos katte viste to undersøgelser af en varighed på mindst 90 dage, at der blev observeret en artsspecifik virkning af forhøjede Heinz-legemer (NOAEL = 80 mg/kg legemsvægt/dag; LOAEL = 443 mg/kg legemsvægt pr. dag) med andre hæmatologiske virkninger (fald i antal erytrocytter og erytrocytoverlevelse) rapporteret ved højere doser (6-12 % under diæt eller 3,7-10,1 g/kat/dag). Propylenglykol forårsagede ikke føtal- eller udviklingstoksicitet hos rotter, mus, kaniner eller hamstere (NOAEL'er varierer fra 1,2 til 1,6 g/kg legemsvægt/dag hos fire arter). Der blev ikke fundet nogen reproduktionseffekter, når propylenglykol blev givet i op til 5 % i drikkevandet (rapporteret som 10,1 g/kg legemsvægt/dag) hos mus. Propylenglykol var ikke et genetisk, toksisk stof som påvist ved en række in vivo-undersøgelser (mikronukleus, dominant letal, kromosomafvigelse) og in vitro-undersøgelser (bakterie- og pattedyrceller og kulturer). Der blev ikke fundet nogen stigning i tumorer i alle undersøgte væv, når propylenglykol blev givet i kosten til rotter (2,5 g/kg legemsvægt/dag i 2 år) eller påført huden på hunrotter (100 % propylenglykol; total dosis ikke rapporteret; 14 måneder) eller mus (musedosis estimeret til ca. 2 g/kg legemsvægt pr. uge; levetid). Disse data understøtter manglende karcinogenicitet for propylenglykol.

Miljø [Also refer to Environmental Fate information in section 2) below] Propylenglykol er ikke flygtig, men er blandbart med vand. Luftmålingsdata er ikke tilgængelige, men koncentrationerne af propylenglykol i atmosfæren forventes at være ekstremt lave på grund af dets lave damptryk og høje vandopløselighed. Den er let bionedbrydelig i vand eller jord. Fire undersøgelser rapporterede >60 % biologisk nedbrydning i vand på 10 dage. Propylenglykol forventes ikke at bioakkumulere med en beregnet BCF på 18.000 mg/l. Propylenglykol er derfor ikke akut toksisk for vandorganismer undtagen ved meget høje koncentrationer. Ved anvendelse af en vurderingsfaktor på 100 og Ceriodaphnia-data (48 timers EC 50 = 18.340 mg/l) er PNEC 183 mg/l.

Eksponering
Propylenglykolproduktionskapaciteten i USA var 1312 millioner pund (596 kiloton) i 1998. Den indenlandske efterspørgsel var 1050 millioner pund (477 kilotons). Propylenglykol anvendes som ingrediens i kosmetik i koncentrationer på 50 %. Cirka 4000 kosmetiske produkter indeholdt propylenglykol i 1994. Anvendelser af propylenglykol med procentdel af efterspørgslen er: Umættede polyesterharpikser 26 %; Frostvæske og afisningsvæsker 22 %; Fødevarer, lægemidler og kosmetik anvendelser 18 %; Flydende rengøringsmidler 11 %; Funktionelle væsker (blæk, specialfrostvæske, afisningsmidler) 4 %; Foder til kæledyr, 3 %; Maling og belægninger 5 %; Tobak 3 %; Diverse, herunder blødgøringsmiddel 8 %.

Log ind for at få adgang til komplet pdf af OECD SID for propylenglykol.

2. Propylenglykols miljømæssige skæbne

2.1 I jord
Jordbundsfaktorer, der påvirker propylenglykols skæbne og adfærd i det terrestriske miljø, er pH-værdi, organisk materiale, lerindhold, kationudvekslingskapacitet, beluftning og tekstur. De vigtigste processer, der bestemmer mobiliteten og fordelingen af propylenglykol i det terrestriske miljø, er opdeling i overflade- og grundvand givet den høje vandopløselighed samt hurtig biologisk nedbrydning og fotolyse. Fordampning fra og sorption i jord er skæbneprocesser med kun mindre betydning.

Propylenglykol anslås at have en halveringstid i jorden lig med eller mindre end den i vand (fra 1 til 5 dage) på grund af biologisk nedbrydning. Nedbrydningshastigheder vil dog variere med jordegenskaber, temperatur og andre miljøforhold. ATSDR (1997) estimerede halveringstiden for propylenglykol i vand til at være 1 til 4 dage under aerobe forhold, og 3 til 5 dage under anaerobe forhold under forudsætning af førsteordens kinetik. Halveringstiden i jord forventes at være lig med eller lidt mindre end for vand. Jordtemperaturen har potentielt stor indflydelse på propylenglykols biologiske nedbrydningshastigheder. Klecka et al. (1993) evaluerede virkningerne i mikrokosmos af substratkoncentration og temperatur på de mikrobielt medierede tabshastigheder for fem forskellige ADF'er, som omfattede etylenglykol, propylenglykol og di-etylenglykol. Jorden var en sandet lerjord med 2,8 % organisk kulstofindhold. Høje niveauer af glykoler var ikke inhiberende for biologisk nedbrydning, og alle tre glykoler nedbrydes hurtigt i jord med startkoncentrationer fra 390 til 5.300 mg/kg (jorden blev opsamlet fra et område ved siden af en landingsbane i en international lufthavn).

Fuldstændig biologisk nedbrydning for jord med lavere initialkoncentrationer (>400 ppm propylenglykol) fandt sted efter ca. 11 dage. En jord med en startkoncentration på ca. 3.300 ppm (w:w) propylenglykol viste imidlertid et tab ved 8 °C på ca. 76 % over en 111 dages periode (og efterlod en resterende koncentration på ca. 800 ppm). Den indledende nedbrydning syntes at følge nulordens kinetik, dvs. tabshastigheden var uafhængig af den oprindelige startkoncentration ved niveauer over 100 ppm w:w. Gennemsnitlige nedbrydningshastigheder lå i området 66 til 93 mg/kg jord/dag ved 25 °C; 20 til 27 mg/kg jord/dag ved 8 °C; og kun 2,3 til 4,5 mg/kg jord/dag ved -2 °C. Miljøtemperatur er derfor en vigtig faktor, der påvirker hastigheden af biologisk nedbrydning. Der blev ikke fundet nogen oplysninger om koncentrationer af propylenglykol i jord fra en mark.

2.2 I vand
Propylenglykol er meget opløselig i vand og metaboliseres let af mikrober og højere organismer, når det først er frigivet i miljøet. Den biologiske nedbrydningsproces kræver ilt, og derfor kan koncentrationer af opløst ilt (DO) i modtagende vand påvirkes negativt efter en stor frigivelse af propylenglykol. Korrosionsinhibitoradditiver kan også forårsage skadelige virkninger på de bionedbrydende mikroorganismer og derved bremse nedbrydningsprocessen. Forskningsresultater vedrørende en propylenglykolbaseret varmeoverføringsvæske indeholdende tolytriazol i vand havde en nedbrydningshastighed cirka tre gange lavere (langsommere) end for ren propylenglykol. Bielefeldt et al. (2002) undersøgte sekundære virkninger af propylenglykolintroduktion til jord på grundvandsflow ved hjælp af 15 cm mættede sandsøjler. Hurtig biologisk nedbrydning af propylenglykol viste sig at være ledsaget af et fald i den mættede, hydrauliske ledningsevne med en til tre størrelsesordener sandsynligvis som et resultat af opbygning af bakteriel biomasse omkring jordpartikler.

2.3 I luft
Forventes propylenglykol ikke let at fordampe til luft fra vand på grund af dets høje opløselighed og lave damptryk. Hvis propylenglykol frigives til atmosfæren under høje temperaturer, bør den eksistere næsten udelukkende i dampfasen og gennemgå hurtig fotokemisk oxidation. Halveringstiden for denne reaktion er blevet anslået til at være 20-32 timer.