Eigenschaften und Anwendung von Ethylenglykol

Physikochemische Eigenschaften von Ethylenglykol

Ethylenglykol mit der Formel CH₂OH₂, auch bekannt als 1,2-Ethandiol, ist eine beliebte organische Verbindung. Das Sicherheitsdatenblatt für Ethylenglykol, aber auch für andere Stoffe, ist die primäre Informationsquelle über deren physikalische und chemische Eigenschaften. Ethylenglykol ist der Hauptbestandteil von Frostschutzmitteln in HVAC- und Automobilsystemen. Die Formel von Glykol weist deutlich auf seine Zugehörigkeit zu der chemischen Gruppe der Dihydroxyalkohole, auch bekannt als Diole, hin. Somit ist Glykol als Alkohol eine farblose Flüssigkeit mit hoher Viskosität und süßem Geschmack. Neben seiner hervorragenden Mischbarkeit mit Wasser ist es auch sehr gut löslich in Aldehyden, Ketonen und Essigsäure, löst sich aber überhaupt nicht in Tetrachlorkohlenstoff. Es ist relativ günstig in der Herstellung. Sein Nachteil ist die Kristallisation bei niedrigen Temperaturen und eine geringere (im Vergleich zu Propylenglykol) Wärmeaufnahmefähigkeit (ca. 50 % der Wärmekapazität von Wasser).

Ethylenglykol hat einen hohen Siedepunkt (197 ᵒC) bei einem geringen Molekulargewicht. Dies liegt an der starken Assoziation von Molekülen in der flüssigen Phase, verursacht durch die Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen. In seiner reinen Form gefriert Ethylenglykol bei etwa -13 °C, aber das Gemisch Ethylenglykol: Wasser kann bei viel niedrigeren Temperaturen flüssig bleiben. Beispielsweise kann eine Mischung aus 40 % Wasser und 60 % Glykol Temperaturen bis etwa -37 °C standhalten. Zu beachten ist, dass sich Ethylenglykol mit Wasser in einem unbegrenzten Verhältnis mischt. Dies ist auf das Vorhandensein von zwei Hydroxylgruppen in der Struktur zurückzuführen.

Beim Stöbern in der Literatur oder den Angeboten der Hersteller kann man auf den Begriff Monoethylenglykol, kurz MEG, stoßen. Denken Sie jedoch daran, dass Monoethylenglykol und Ethylenglykol die gleiche Substanz sind.

Ethylenglykol – Gewinnung

Ethylenglycol im industriellen Maßstab wird durch die Hydrolyse von Ethylenoxid hergestellt, das bei der Oxidation von Ethylen erhalten wird.

Herstellung von Ethylenoxid

In der ersten Phase der Ethylenglykolherstellung werden Ethylen und Sauerstoff in einen Mehrkanalreaktor eingebracht. Die Reaktion findet im gasförmigen Zustand in Gegenwart von Silber als Aluminiumoxid-Katalysator statt. Die Reaktion ist stark exotherm und setzt große Wärmemengen frei.

Herstellung und Reinigung von Ethylenglykol

Ethylenoxid reagiert mit CO₂ zu Ethylencarbonat, das dann zu Ethylenglykol hydrolysiert wird. Beide Reaktionen werden in flüssigem Zustand unter Anwendung von homogenen Säurekatalysatoren durchgeführt. Der CO₂-Strom aus früheren Reaktionsschritten wird in den Reaktor mit Ethylencarbonat zurückgeführt. Das Ethylenglykol wird dann in zwei Destillationskolonnen gereinigt, in denen Wasser aus dem Produkt entfernt wird. Der Katalysator wird abgetrennt und in einem geschlossenen Kreislauf zu den Reaktoren zurückgeführt.

Ethylenglykol und Propylenglykol – grundlegende Unterschiede

Einer der Hauptunterschiede zwischen Ethylenglykol und Propylenglykol ist der Toxizitätsgrad. Ethylenglykol ist giftig und Propylenglykol nicht. Bei Anwendungen, bei denen Toxizität keine Rolle spielt, ist Ethylenglykol oft die beste Wahl als Wärmeträger. Ethylenglykol sollte nicht verwendet werden, wenn es verschluckt werden oder versehentlich mit Lebensmitteln oder Trinkwasser in Kontakt kommen kann. Es sollte auch nicht in Heiz- oder Kühlsystemen in Räumlichkeiten wie Lebensmittelverarbeitungsbetrieben oder anderen Einrichtungen verwendet werden, in denen für den Verzehr bestimmte Produkte hergestellt werden. Wenn eine geringe Toxizität erforderlich ist, wird üblicherweise Propylenglykol wegen seiner geringen akuten Toxizität bei oraler Verabreichung verwendet.

Beide Arten von Glykolen unterscheiden sich in ihren physikalischen Eigenschaften. Auch ihre chemischen Eigenschaften sind unterschiedlich. Ethylenglykol wird häufig dort eingesetzt, wo Leistung wichtig ist und kein direkter Kontakt mit Menschen oder Tieren besteht. Ethylenglykol hat hervorragende Wärmeübertragungseigenschaften und bietet einen sehr guten Frostschutz. Die niedrige Viskosität von Glykol trägt zu hervorragenden Wärmeübertragungseigenschaften bei und die Transporteigenschaften übertreffen die von Propylenglykol bei niedrigeren Temperaturen. Da Propylenglykol jedoch eine höhere spezifische Wärme hat, muss mehr Ethylenglykol umgewälzt werden, um die gleiche Energiemenge wie Propylenglykol zu übertragen. Propylenglykollösungen haben unter den gleichen Bedingungen eine höhere Viskosität und eine höhere Erstarrungstemperatur als Ethylenglykol. Vor allem ist Propylenglycol bei niedrigeren Temperaturen thermisch weniger effizient als Ethylenglycol.

Ethylenglykol – Anwendung

Aufgrund der breiten Anwendung in der Automobilindustrie lohnt es sich, sich zu fragen: Was ist Ethylenglykol und welche Anwendungen und Eigenschaften hat es? Ethylenglykol wird in vielen industriellen und gewerblichen Anwendungen breite angewendet. Dieses Produkt kommt auch in einer Reihe beliebter Haushaltsprodukte wie Waschmitteln, Kosmetika, Farben und Lösungsmitteln für Kunststoffe vor.

Andere Anwendungen, in denen wir Glykol finden können, sind:

• Herstellung von Glasfasern für Produkte wie Wasserscooter, Badewannen und Bowlingkugeln.
• Herstellung von Tinte für Kugelschreiber und anderen Arten von Tinte. Ethylenglykol erhöht die Viskosität der Tinte und verringert die Wahrscheinlichkeit ihrer Verdunstung.
• flüssige Wärmeträger wie Industriekühlmittel für Gaskompressoren, Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen sowie Eisbahnen. Ethylenglykol verleiht industriellen Kühlmitteln entsprechende Eigenschaften, die ihnen helfen, durch Kühlsysteme zu fließen und extremen Temperaturen standzuhalten.

Ethylenglykol in Kühlflüssigkeiten

Aufgrund seiner Eigenschaften ist Ethylenglykol (neben Propylenglykol) ein beliebter Bestandteil von Kühlmitteln für Verbrennungsmotoren. Die Hauptaufgabe des Kühlmittels besteht darin, die Wärmeenergie des Motors wirksam zu absorbieren und über den Kühler an die Umgebung abzugeben. Die Kühlflüssigkeit verhindert somit das Einfrieren des Motors im Winter und dient gleichzeitig als Kühlmittel bei hohen Temperaturen im Sommer. Neben der Wärmeableitung aus dem Motor muss das Kühlmittel eine Reihe nicht minder wichtiger Funktionen erfüllen, wie z.B.:

• Frostschutz – Ethylenglykol als Bestandteil von Frostschutzmitteln führt zu verbesserten Wärmeübertragungseigenschaften, einschließlich niedrigerer dynamischer Viskosität und höherer Wärmeleitfähigkeit
• Schutz vor Kavitation – das Kühlmittel bildet eine wirksame Schutzschicht gegen Gefrieren, Kochen und Kavitation und verhindert die Bildung von Kavitationslöchern
• Korrosionsschutz verschiedener Elemente des Motors und des gesamten Kühlsystems – dies kann durch den Gehalt an synergistischen Korrosionsinhibitoren erreicht werden, welche Metalle schützen, die üblicherweise in dieser Art von Systemen verwendet werden. Dies trägt zu einer langen Lebensdauer und einem hohen thermischen Wirkungsgrad bei
• Schutz vor der Bildung und Ablagerung von Verunreinigungen im System

Ethylenglykol als Bestandteil von Frostschutzmitteln hat verbesserte Wärmeübertragungseigenschaften, einschließlich niedrigerer dynamischer Viskosität und höherer Wärmeleitfähigkeit. Flüssigkeiten auf Ethylenglykolbasis können erfolgreich in Anlagen aus Metallen und deren Legierungen wie Kupfer, Messing, Stahl, Gusseisen oder Aluminium eingesetzt werden. In solchen Kühlsystemen können problemlos alle gängigen Dichtungen eingesetzt werden.

Zukunft der Kühlmittel

Faktoren wie die steigende Nachfrage nach Fahrzeugen mit hoher Leistung und der verstärkte Einsatz von hochwertigen Hightech-Additiven ergänzen die Entwicklung des globalen Kfz-Frostschutzmittelmarktes. Schwankungen der Rohstoffpreise (Rohöl) und die wachsende Nachfrage nach batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen hemmen jedoch die Entwicklung dieses Sektors ein wenig. Die Verfügbarkeit neuer, umweltfreundlicher, biotechnologischer Kälte- und Frostschutzmittel wird sicherlich die Entwicklung des Automobil-Frostschutzmittelmarktes in naher Zukunft ergänzen und die Qualität der derzeit verwendeten erhöhen.

Die PCC-Gruppe bietet Ethylenglykol (CAS 9005-07-6) an. Das verfügbare Ethylenglykol dient als Emulgator und Schmieröl, insbesondere in der Automobilindustrie. Es ist eine hervorragende Komponente für die Herstellung von Kühlflüssigkeiten mit besonderen Anforderungen.

Schädlichkeit von Ethylenglykol

Ethylenglykol ist für den Menschen giftig und verursacht eine Reihe von physiologischen Problemen bis hin zum Tod (das Zentrum für Krankheitsüberwachung geht von einer tödlichen Dosis von 1400 bis 1600 mg/kg aus). Im menschlichen Körper wird es über die Haut (dermaler Weg), die Atemwege und den Magen-Darm-Trakt aufgenommen. Daher sollte Ethylenglykol nicht in Anwendungen eingesetzt werden, bei denen eine Kontamination des Trinkwassers möglich ist. Es sollte auch nicht in Heiz- oder Kühlsystemen in Räumlichkeiten wie Lebensmittelverarbeitungsbetrieben oder anderen Einrichtungen verwendet werden, in denen für den Verzehr bestimmte Produkte hergestellt werden.

Die Dämpfe von Ethylenglykol können zu Bewusstlosigkeit führen und verursachen in geringen Konzentrationen Reizungen der Nase und des Rachens. Viel schwerwiegender sind die Auswirkungen der Einnahme von Ethylenglykol. Seine Toxizität beruht hauptsächlich auf der Akkumulation toxischer Metaboliten. Ethylenglykol hat eine starke Wirkung auf das zentrale Nervensystem (ZNS). Es hat eine akute Wirkung ähnlich der von Ethanol. Diese Wirkung auf das Zentralnervensystem überwiegt in den ersten Stunden nach der Exposition. Die nicht diagnostizierte oder unbehandelte Einnahme von Ethylenglykol kann zu schweren Körperverletzungen bis hin zum Tod führen.

Ethylenglykol – Häufig gestellte Fragen

1. Kann Ethylenglykol mit Propylenglykol gemischt werden?

Die Antwort auf diese Frage sucht jeder Autobesitzer, der sich fragt, ob es möglich ist, Kühlmittel auf Basis verschiedener Glykole zu mischen. Es sollte nicht getan werden. Bei Ethylenglykol und Propylenglykol besteht der Hauptunterschied in der Dichte dieser Substanzen. In der Praxis ist es schwierig, die Frostbeständigkeit der Flüssigkeit zu messen, was im Winter zu Problemen führen kann.

2. Wie unterscheidet man Ethylenglykol von Propylenglykol?

Zur Unterscheidung dieser beiden Glykole steht ein Verfahren zur Verfügung. Es nutzt Unterschiede in den physikalischen Eigenschaften, der Reindichte und dem Lichtbrechungsindex zwischen Ethylen- und Propylenglykol. Letzteres ist ein sehr hilfreicher Parameter, um festzustellen, mit welcher Verbindung wir es zu tun haben. Einige Tropfen der Substanz werden auf das Prisma eines speziellen Geräts, des sog. Refraktometers, aufgebracht und der Lichtbrechungsindex zur Identifizierung abgelesen.

3. Wie unterscheidet sich Ethylenglykol von Glycerin?

Beide Verbindungen gehören zur selben chemischen Gruppe, den Alkoholen. Sie unterscheiden sich in der Menge der –OH-Hydroxylgruppen im Molekül. Glycerin ist ein Derivat von Propan (Propantriol), während Ethylenglykol ein Derivat von Ethan (Ethandiol) ist. In wässrigen Lösungen senken sie die Erstarrungstemperatur und erhöhen auch den Siedepunkt. Steht man vor der Wahl zwischen Glycerin und Ethylenglykol, so sollte man sich für die Anwendung des ersteren entscheiden, da es sicherer ist. Auch die negativen Auswirkungen auf die Umwelt sind geringer.

4. Wo kann Ethylenglykol gekauft werden?

Ethylenglykol können Sie problemlos in Chemiegeschäften oder im chemischen Großhandel kaufen. Der Preis dieser Substanz bewegt sich in einer relativ breiten Spanne. Es lohnt sich, darauf zu achten, dass die gekauften Waren von höchster Qualität sind. Die PCC-Gruppe verfügt auch über Ethylenglykol in ihrem Reagenziensortiment (CAS-Nummer 9005-07-6).

5. Ethylenglykolvergiftung – Symptome?

Eine Ethylenglykolvergiftung ähnelt sehr oft der Alkoholvergiftung. Es kommt zu Ataxie, Schläfrigkeit, Kurzatmigkeit, erhöhtem Blutdruck und in einigen Fällen zu Krämpfen. Eine Ethylenglykolvergiftung darf nicht unterschätzt werden. Nach 24 Stunden treten die ersten Symptome der Niereninsuffizienz auf. Eine Vergiftung führt zu Kreislaufversagen und sogar zu schwerwiegenden Schäden am zentralen Nervensystem.

6. Wie unterscheidet man Ethylenglykol von Glukose?

Wir können diese beiden Verbindungen unterscheiden, indem wir den beliebten Trommer-Test durchführen. Glukose gehört zu den sog. Aldosen, die wiederum als Aldehyde klassifiziert werden. Aldehyde ergeben einen positiven Trommer-Test, im Gegensatz zu Diolen (z. B. Ethylenglykol), die dies nicht tun. Der gesamte Versuch basiert auf der Reduktion (mit der Testsubstanz) von blau gefärbtem Kupfer(II)-hydroxid CuOH₂ zu ziegelfarbenem Kupfer(I)-oxid Cu₂O in alkalischem Milieu.