Cos’è il glicole propilenico?
Il glicole propilenico è un liquido viscoso e incolore, quasi inodore, ma dal sapore leggermente dolce. È un diolo con formula chimica C3H8O2.
Le proprietà fisico-chimiche del glicole propilenico sono simili a quelle del glicole etilenico. La sua prima descrizione registrata risale a Wurtz nel 1859.
La produzione su scala industriale di 1,2-propandiolo da ossido di propilene e acqua è iniziata negli anni ’30 ed è ancora in uso oggi. Il processo produce contemporaneamente di- e tripropilenglicole.
La capacità produttiva mondiale di 1,2-propandiolo supera i 2,56 milioni di tonnellate all’anno.
Il 1,2-propandiolo ha numerose applicazioni, tra cui l’uso in poliesteri insaturi per compositi termoindurenti, chimica alimentare, apparecchiature per la lavorazione alimentare, cosmetici, prodotti farmaceutici, nonché antighiaccio e componenti antigelo per autoveicoli.
Sommario
1. Produzione di glicole propilenico
1.1. Produzione di glicole propilenico mediante idrolisi dell’ossido di propilene
Il processo dominante per la produzione industriale di 1,2-propandiolo prevede l’idrolisi diretta dell’ossido di propilene in presenza di acqua.
È noto che questo processo genera glicole dipropilenico e glicole tripropilenico mediante l’aggiunta sequenziale di ossido di propilene a 1,2-propandiolo.
Pertanto, la separazione di tutti e tre i prodotti viene effettuata tramite distillazione.
Il processo di produzione di 1,2-propandiolo viene avviato combinando ossido di propilene e acqua a un rapporto molare di 1:15, a una temperatura iniziale di 125 °C e una pressione di circa 2 MPa. La temperatura dell’effluente del reattore aumenta fino a circa 190 °C a causa della reazione esotermica.
La miscela risultante di 1,2-propandiolo, glicole dipropilenico e glicole tripropilenico è approssimativamente nel rapporto di 100:10:1, rispettivamente, con questo rapporto ottenuto al rapporto di acqua a ossido di cui sopra.
L’aumento del rapporto acqua-ossido può portare a rapporti di glicole propilenico più elevati; tuttavia, ciò si traduce in tassi di riciclo più elevati, minore produttività e maggiori costi energetici.
La miscela acqua-glicole viene estratta dalla zona del reattore a circa 200 °C e viene sottoposta a rimozione dell’acqua in colonne di disidratazione. 1,2-propandiolo ad alta purezza, dipropilenglicole e tripropilenglicole vengono separati tramite tre successive distillazioni sotto vuoto.
Il residuo comprende una combinazione di glicoli superiori che hanno applicazioni commerciali limitate.
Questo processo genera scarti molto bassi a causa della bassa tossicità di 1,2-propandiolo, dipropilenglicole e tripropilenglicole, che comporta rischi ambientali minimi. Tutti questi composti sono facilmente biodegradabili.
a) Reattore; b) Evaporatore (tipicamente 2-4 colonne); c) Colonna di distillazione del 1,2-propandiolo; d) Colonna di distillazione del glicole dipropilenico; e) Colonna di distillazione del glicole tripropilenico
1.2. Produzione di glicole propilenico mediante idrogenolisi del glicerolo a 1,2-propandiolo
Il glicerolo, un sottoprodotto della transesterificazione degli oli vegetali per la produzione di biodiesel, è un interessante materiale di partenza per la sintesi di 1,3-propandiolo e 1,2-propandiolo.
Circa 10 kg di glicerolo grezzo con una concentrazione del 50-55% possono essere ottenuti dalla produzione di 100 kg di biodiesel.
Catalizzatori metallici e idrogeno vengono utilizzati per idrogenare il glicerolo a 1,2-propandiolo, che è disponibile in commercio come gradi industriali e U.S.P.
Questa reazione avviene in due fasi attraverso un intermedio acetolo. La prima fase comporta la conversione del glicerolo in acetolo in presenza di un catalizzatore metallico. Nella seconda fase, l’acetolo viene idrogenato a 1,2-propandiolo utilizzando un catalizzatore simile.
La scelta del catalizzatore e le sue proprietà influenzano la selettività della reazione. Il cromite di rame si è rivelato il catalizzatore più efficace.
1.3. Percorsi alternativi
È stato condotto uno studio completo sul processo di acetossidazione del propene che porta alla produzione di acetati di glicole seguiti da idrolisi del glicole. Si dice che questo metodo offra un’alternativa conveniente al percorso dell’ossido di propilene, sebbene con costi di investimento di capitale fisso significativamente più elevati.
Inoltre, è stata segnalata l’idrossilazione diretta del propene per produrre 1,2-propandiolo, che impiega l’uso di catalizzatori di ossigeno e osmio.
2. Reazioni chimiche del glicole propilenico
Le proprietà chimiche del 1,2-propandiolo sono determinate principalmente dai suoi gruppi idrossilici e le sue reazioni sono caratteristiche degli alcoli.
A temperature elevate, il 1,2-propandiolo si condensa con acidi carbossilici per produrre esteri e acqua. Reagisce anche facilmente con isocianati e cloruri acidi per produrre rispettivamente carbammati ed esteri.
Le reazioni di policondensazione del 1,2-propandiolo con diacidi danno luogo alla formazione di poliesteri. In particolare, i poliesteri insaturi vengono prodotti in quantità significative facendo reagire il 1,2-propandiolo con anidride maleica e altri componenti diacidi.
Il 1,2-propandiolo reagisce con l’ossido di propilene per generare dipropilene glicole, tripropilene glicole e polioli polietere. Gli eteri di polipropilene glicole derivati da questa reazione servono come fondamentali elementi costitutivi industriali per schiume poliuretaniche ed elastomeri.
Grazie alla sua struttura 1,2-diolo, il 1,2-propandiolo può subire varie intriganti reazioni di ciclizzazione. Con aldeidi e chetoni, possono essere prodotti rispettivamente acetali e chetali ciclici.
Quando sottoposto a temperature elevate e catalizzatori acidi, il 1,2-propandiolo può subire disidratazione per produrre eteri ciclici. Questi prodotti di disidratazione sono in genere presenti a bassi livelli nei flussi di sottoprodotti acquosi delle reazioni di policondensazione che coinvolgono il 1,2-propandiolo.
3. Utilizzi del glicole propilenico
Il 1,2-propandiolo trova la sua applicazione più ampia nella produzione di resine poliestere insature. Queste resine si ottengono facendo reagire il 1,2-propandiolo con diacidi carbossilici saturi e insaturi, come l’anidride maleica e l’acido isoftalico.
Le resine risultanti vengono sciolte in stirene o in un altro monomero polimerizzabile e combinate con riempitivi, vetro tritato, iniziatori di polimerizzazione perossidica e altri additivi per formare un composito termoindurente reticolato che viene utilizzato nelle plastiche per autoveicoli, nelle costruzioni e nelle imbarcazioni in fibra di vetro.
Questa applicazione rappresenta circa il 45% della produzione totale di 1,2-propandiolo.
La FDA ha designato il 1,2-propandiolo come Generally Regarded As Safe (GRAS), il che ha portato al suo ampio utilizzo nell’industria alimentare e farmaceutica.
Serve come umettante, solvente e conservante nei prodotti alimentari e per animali domestici.
Il 1,2-propandiolo è utilizzato come lubrificante per macchinari, solvente nella lavorazione alimentare, negli involucri per alimenti e come agente antigelo nell’acqua di raffreddamento dei macchinari.
Agisce anche come emolliente, agente ammorbidente, umettante e vettore in cosmetici, prodotti per la cura della pelle e prodotti medicinali per bestiame.
Grazie alle sue comprovate prestazioni, bassa tossicità, biodegradabilità e accettazione ambientale, il 1,2-propandiolo è utilizzato nei fluidi antighiaccio e antighiaccio per aeromobili, offrendo una protezione dal gelo paragonabile a quella del glicole etilenico, che è il componente principale delle soluzioni antigelo per autoveicoli.
Infatti, il 1,2-propandiolo ha sostituito il glicole etilenico più tossico nelle composizioni antigelo per autoveicoli.
Viene anche utilizzato come lubrificante in combinazione con glicoli di- e tripropilene, come umettante per il tabacco e come solvente per le sigarette elettroniche.
Il 1,2-propandiolo è impiegato in molte vernici al lattice come protettore da gelo e scongelamento e per controllare l’evaporazione in ambienti caldi e secchi.
Può reagire con acidi grassi o acidi carbossilici a catena lunga per produrre lubrificanti esteri, emulsionanti e plastificanti.
Inoltre, il 1,2-propandiolo è un precursore di numerosi polioli polietere utilizzati nella produzione di schiuma uretanica, elastomeri, adesivi e sigillanti.
Riferimento
Propanediols, Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a22_163.pub2
