DEG là gì? Tính chất, ứng dụng, phương pháp sản

Diethylene glycol (DEG) là một hợp chất hóa học có công thức hóa học là C₄H₁₀O₃, thuộc nhóm glycol. Nó là một chất lỏng trong suốt, không màu, không mùi và có vị ngọt nhẹ khi pha loãng nhưng lại trở nên hơi đắng khi ở dạng tinh khiết. DEG có các tính chất vật lý và hóa học đặc biệt, từ khả năng hòa tan cao trong nước cho đến nhiệt độ sôi cao. Chúng thường được sử dụng để làm chất giữ ẩm, chất chống đông, dung môi cho nhiều ứng dụng khác nhau. Chính vì vậy, việc hiểu rõ về DEG là gì không chỉ giúp ngành công nghiệp phát triển mà còn tạo điều kiện cho việc sử dụng an toàn và hiệu quả hơn.

Giải đáp (diethylene glycol) DEG là gì?

Diethylene glycol (DEG) là một hợp chất hữu cơ thuộc nhóm glycol. Nó là một chất lỏng không màu, không mùi, có vị ngọt nhẹ và có khả năng hút ẩm rất tốt.

Công thức hóa học và cấu trúc phân tử

Công thức hóa học của Diethylene glycol là C₄H₁₀O₃, được cấu thành từ hai phân tử ethylene glycol kết hợp với nhau thông qua một liên kết ether. Cấu trúc phân tử có thể viết một cách chi tiết như sau: HO-CH₂-CH₂-O-CH₂-CH₂-OH

Công thức hóa học và cấu trúc phân tử của DEG

Giải thích cấu trúc:

Mạch chính: DEG có một mạch carbon chính gồm 4 nguyên tử carbon liên kết với nhau theo thứ tự thẳng.

Nhóm hydroxyl: Tại hai đầu mạch carbon, mỗi nguyên tử carbon cuối cùng đều liên kết với một nhóm hydroxyl (-OH). Đây chính là nhóm chức đặc trưng của các ancol.

Cầu oxy: Giữa hai nhóm ethylen glycol (-CH₂-CH₂-OH) là một nguyên tử oxy, tạo thành một cấu trúc ether.

Đặc điểm cấu trúc:

Tính phân cực: Nhóm hydroxyl (-OH) làm cho phân tử DEG có tính phân cực, giúp nó hòa tan tốt trong nước và các dung môi phân cực khác.

Khả năng tạo liên kết hydro: Nhóm hydroxyl có khả năng tạo liên kết hydro với các phân tử nước và các phân tử Diethylene glycol khác, góp phần vào tính chất hút ẩm và độ nhớt của chất này.

Cấu trúc linh hoạt: Cấu trúc của Diethylene glycol tương đối linh hoạt, cho phép phân tử dễ dàng uốn cong và thích nghi với môi trường xung quanh.

Tính chất vật lý

Diethylene glycol có nhiều tính chất vật lý nổi bật mà nhiều nhà sản xuất, kỹ sư và nhà nghiên cứu đều đánh giá cao. Dưới đây là một số đặc điểm chính về tính chất vật lý của Diethylene glycol:

1. Trạng thái: Ở điều kiện thường, DEG là chất lỏng không màu, không mùi.

2. Mật độ: DEG có mật độ cao hơn nước, khoảng 1.1184 g/cm³ ở 20°C.

3. Độ nhớt: DEG có độ nhớt cao hơn nước, tạo cảm giác hơi nhớt khi chạm vào.

4. Khả năng hòa tan:

Trong nước: DEG hòa tan hoàn toàn trong nước ở nhiệt độ phòng, tạo thành dung dịch đồng nhất.

Trong các dung môi hữu cơ: DEG cũng hòa tan tốt trong nhiều dung môi hữu cơ khác như rượu, ether, acetone và ethylene glycol.

5. Điểm sôi: Điểm sôi của DEG khá cao, khoảng 242-247°C, cho thấy khả năng chịu nhiệt tốt.

6. Điểm đông đặc: Điểm đông đặc của DEG tương đối thấp, khoảng -9°C, cho phép sử dụng DEG trong điều kiện nhiệt độ thấp.

7. Khả năng hút ẩm: DEG có khả năng hút ẩm rất mạnh, dễ dàng hấp thụ hơi nước từ không khí.

8. Tính ổn định nhiệt: DEG tương đối ổn định ở nhiệt độ thường và không dễ bị phân hủy.

Tính chất hóa học

Diethylene glycol là một hợp chất hữu cơ có nhiều tính chất hóa học đặc trưng, chủ yếu do sự hiện diện của hai nhóm hydroxyl (-OH) trong phân tử. Những tính chất này đã tạo điều kiện cho DEG có nhiều ứng dụng trong công nghiệp. Các tính chất hóa học đặc trưng của DEG:

DEG có một số tính chất hóa học đặc trưng

1. Tính axit yếu của nhóm hydroxyl:

Các nhóm hydroxyl trong DEG có tính axit yếu, có thể tham gia vào các phản ứng trung hòa với các bazơ mạnh tạo thành muối và nước.

Tuy nhiên, tính axit này không mạnh bằng các axit vô cơ.

2. Phản ứng este hóa:

Các nhóm hydroxyl của DEG có thể phản ứng với các axit hữu cơ hoặc vô cơ để tạo thành este. Phản ứng này thường được xúc tác bởi axit sulfuric. Các este của DEG được sử dụng rộng rãi làm chất dẻo, chất bôi trơn, và dung môi.

3. Phản ứng ether hóa:

DEG có thể phản ứng với các hợp chất alkyl halide để tạo thành các ether. Các ether của DEG được sử dụng làm dung môi và chất ổn định.

4. Phản ứng với các kim loại kiềm:

DEG có thể phản ứng với các kim loại kiềm như natri hoặc kali để tạo thành các muối hữu cơ và giải phóng khí hydro.

5. Khả năng tạo liên kết hydro:

Nhóm hydroxyl trong DEG có khả năng tạo liên kết hydro với các phân tử nước và các phân tử DEG khác, góp phần vào tính chất hút ẩm và độ nhớt của chất này.

6. Tính ổn định nhiệt:

DEG tương đối ổn định ở nhiệt độ thường và không dễ bị phân hủy. Tuy nhiên, ở nhiệt độ cao, DEG có thể phân hủy thành các sản phẩm khác như formaldehyde, ethylene oxide.

Ứng dụng của DEG (diethylene glycol) trong ngành công nghiệp

Diethylene glycol DEG được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp nhờ vào những đặc tính nổi bật của nó. Những ứng dụng chính bao gồm:

Ứng dụng của DEG (diethylene glycol) trong ngành công nghiệp

Chất giữ ẩm và keo dán: DEG được dùng như một chất dẻo và giữ ẩm cho các sản phẩm như keo dán, hồ dán, lớp phủ, giúp tăng độ bám dính và độ bền của sản phẩm. Điều này giúp cho sản phẩm có độ chắc chắn và khả năng kháng nước tốt hơn.

Chất bôi trơn: Trong sản xuất thủy tinh và làm chất trợ mài, DEG cung cấp độ bóng và giảm ma sát trong quá trình gia công. Điều này không chỉ giúp cải thiện năng suất mà còn kéo dài tuổi thọ của thiết bị.

Dung môi công nghiệp: Nhờ khả năng hòa tan tốt, DEG được sử dụng trong ngành mực in, sơn và thuốc nhuộm, giúp tạo ra các sản phẩm màu chất lượng cao với độ bền màu tốt. Nó cũng hòa tan được với nhiều loại chất vô cơ, làm tăng tính ổn định của sản phẩm.

Chất trung gian trong sản xuất hóa chất: DEG được dùng để sản xuất các chất hóa dẻo, sơn sấy, keo dán, polyester polyol cho foam urethane, làm nguyên liệu cho nhiều hợp chất hữu cơ khác. Việc sử dụng DEG góp phần cải thiện tính đàn hồi và thời gian khô cho các sản phẩm này.

An toàn khi sử dụng DEG

Khi sử dụng diethylene glycol, an toàn là một trong những yếu tố hàng đầu cần lưu ý. Dưới đây là một số điểm quan trọng để đảm bảo an toàn trong quá trình sử dụng DEG:

Bảo quản: DEG nên được lưu trữ ở nơi khô ráo, thoáng mát, cách xa nguồn nhiệt và tránh tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng mặt trời. Nhiệt độ bảo quản không nên vượt quá 25 độ Celsius và cần có bao bì bền chắc để tránh rò rỉ và hư hỏng.

Phương pháp sử dụng: Sử dụng DEG trong không gian thông thoáng và mang đầy đủ trang thiết bị bảo hộ như găng tay, kính bảo hộ và khẩu trang. Trước khi sử dụng, cần đọc kỹ hướng dẫn sử dụng và an toàn từ nhà sản xuất.

Nguy cơ sức khỏe: Mặc dù DEG không độc hại khi sử dụng trong môi trường công nghiệp, nhưng có thể gây kích ứng nếu tiếp xúc với da hoặc hít phải hơi của nó. Do đó, người sử dụng cần thận trọng để tránh ngộ độc hoặc phản ứng phụ khi sử dụng.

Đào tạo và hướng dẫn: Tất cả nhân viên cần được đào tạo về cách xử lý Diethylene glycol một cách an toàn. Việc này tiêu biểu cho một cách tiếp cận chủ động nhằm giảm thiểu rủi ro cho sức khỏe và an toàn trong môi trường làm việc.

Sự khác biệt giữa diethylene glycol và ethylene glycol

Diethylene glycol (DEG) và ethylene glycol (EG) dù có những điểm tương đồng nhưng cũng có những khác biệt nổi bật. Dưới đây là một vài điểm so sánh nổi bật giữa hai loại hợp chất này:

Cấu trúc hóa học: Ethylene glycol có công thức hóa học là C2H6O2, là một rượu đơn giản, trong khi diethylene glycol có công thức C₄H₁₀O₃, được hình thành từ hai phân tử ethylene glycol kết hợp lại với nhau thông qua một liên kết ether. Điều này khiến cho DEG có khối lượng phân tử lớn hơn và cấu trúc phức tạp hơn.

Tính chất vật lý: Ethylene glycol là chất lỏng không màu, có vị ngọt, với điểm nóng chảy khoảng -12.9 °C và điểm sôi khoảng 197.3 °C. Ngược lại, diethylene glycol có nhiệt độ đông đặc khoảng -10.45 °C và điểm sôi cao hơn, khoảng 245 °C, cho thấy tính ổn định của DEG trong các điều kiện nhiệt độ cao hơn.

Ứng dụng: Cả hai hợp chất đều được sử dụng trong công nghiệp, nhưng ethylene glycol chủ yếu phục vụ trong sản xuất chất làm mát cho động cơ và nhựa, trong khi diethylene glycol được dùng nhiều hơn trong các ứng dụng yêu cầu dung môi có nhiệt độ sôi cao hơn và khả năng giữ ẩm, chẳng hạn như trong chế tạo sơn và chất làm mềm.

Nguy cơ và tác động của diethylene glycol đến sức khỏe

Diethylene glycol (DEG) có thể gây ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe nếu không được sử dụng đúng cách. Một số nguy cơ liên quan đến việc tiếp xúc với DEG bao gồm:

DEG có độc tính trung bình nhưng vẫn có thể gây ra một số tác động xấu tới sức khỏe

Độc tính: Diethylene glycol có độc tính trung bình. Việc tiêu thụ hoặc tiếp xúc với nó có thể dẫn đến hàng loạt vấn đề sức khỏe, bao gồm ảnh hưởng đến hệ thần kinh, thận và gan. Các triệu chứng ngộ độc có thể bao gồm buồn nôn, nôn mửa và đau bụng, trong những trường hợp nghiêm trọng, có thể dẫn đến hôn mê.

Nguy cơ sức khỏe khác: Tiếp xúc với diethylene glycol qua da hoặc hít phải hơi có thể gây kích ứng da, mắt và đường hô hấp. Dưới tác động lâu dài, điều này có thể dẫn đến các rối loạn mãn tính hơn.

Căn cứ nghiên cứu: Nhiều nghiên cứu đã chỉ rõ tác động tiêu cực của DEG trong một số trường hợp cụ thể. Chẳng hạn, chất này được ghi nhận có những hành động dược lý có thể ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất trong cơ thể, làm tăng nguy cơ mắc các bệnh lý tiềm ẩn.

Các phương pháp sản xuất DEG là gì?

DEG thường được sản xuất như một sản phẩm phụ trong quá trình sản xuất ethylene glycol (EG). Tuy nhiên, có một số phương pháp khác nhau để sản xuất DEG, tùy thuộc vào quy mô sản xuất và yêu cầu về độ tinh khiết của sản phẩm.

1. Phương pháp sản xuất từ ethylene oxide (EO)

Đây là phương pháp sản xuất phổ biến nhất, trong đó ethylene oxide phản ứng với nước để tạo thành các glycol đa chức, bao gồm cả ethylene glycol, diethylene glycol và triethylene glycol.

2. Phương pháp sản xuất từ ethylene glycol

Quá trình trùng hợp: Ethylene glycol tự trùng hợp dưới tác dụng của nhiệt độ và chất xúc tác để tạo thành các polyme glycol, trong đó DEG là một trong những sản phẩm chính.

Ưu điểm: Phương pháp này đơn giản và không yêu cầu nguyên liệu đầu vào khác ngoài ethylene glycol.

Nhược điểm: Hiệu suất phản ứng thấp, cần nhiều năng lượng và tạo ra nhiều sản phẩm phụ.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản xuất DEG

Chất xúc tác: Loại và nồng độ của chất xúc tác ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng, sự chọn lọc sản phẩm và tuổi thọ của xúc tác.

Nhiệt độ và áp suất: Nhiệt độ và áp suất phản ứng ảnh hưởng đến cân bằng hóa học và tốc độ phản ứng.

Tỷ lệ mol các chất tham gia: Tỷ lệ mol giữa ethylene oxide và nước ảnh hưởng đến thành phần sản phẩm cuối cùng.

Các yếu tố cần cân nhắc khi lựa chọn phương pháp sản xuất

Quy mô sản xuất: Đối với sản xuất quy mô lớn, phương pháp sản xuất từ ethylene oxide thường được ưu tiên hơn.

Độ tinh khiết của sản phẩm: Nếu yêu cầu độ tinh khiết cao, cần sử dụng các phương pháp tách và tinh chế hiệu quả.

Chi phí sản xuất: Chi phí nguyên liệu, năng lượng và thiết bị là các yếu tố quan trọng cần cân nhắc.

Môi trường: Các phương pháp sản xuất cần đảm bảo thân thiện với môi trường, giảm thiểu lượng chất thải và khí thải.

Các loại sản phẩm chứa DEG trên thị trường

DEG được sử dụng rộng rãi trong nhiều sản phẩm và lĩnh vực trên thị trường. Một số sản phẩm tiêu biểu có chứa Diethylene glycol bao gồm:

Sản phẩm nhựa: Diethylene glycol thường được dùng trong sản xuất nhựa polyurethane, chất hóa dẻo và polyester, giúp cải thiện tính chất của vật liệu như độ bền và tính linh hoạt.

Mỹ phẩm và sản phẩm chăm sóc cá nhân: Diethylene glycol được sử dụng trong kem dưỡng da, chất khử mùi và các sản phẩm khác để giữ ẩm và cải thiện độ ổn định của sản phẩm. Nó thường là thành phần cần thiết trong nhiều sản phẩm chăm sóc sắc đẹp.

Hóa chất công nghiệp: Là dung môi cho các hợp chất như nitrocellulose, nhựa, thuốc nhuộm và một số hóa chất khác. Tính chất hòa tan tốt của DEG đã mở rộng khả năng ứng dụng của nó trong sản xuất hóa chất.

Sản phẩm bảo quản và tác nhân hút ẩm: Diethylene glycol được dùng để giữ ẩm cho mực in, keo dán và một số loại sơn phủ. Điều này không chỉ góp phần bảo quản chất lượng mà còn kéo dài thời gian sử dụng sản phẩm.

Chất liệu trong các sản phẩm công nghiệp: Bao gồm các loại dầu phanh, chất bôi trơn và dung dịch sương mù. Tính chất hóa học và vật lý độc đáo của DEG đã làm cho nó trở thành nguyên liệu không thể thiếu trong nhiều ngành công nghiệp.

Diethylene glycol là một hợp chất hóa học không thể thiếu trong nhiều ngành công nghiệp nhờ vào tính chất vật lý và hóa học đặc biệt của nó. Từ khả năng hòa tan tốt đến khả năng giữ ẩm, DEG đã chứng minh được giá trị của mình trong sản xuất nhựa, sơn, mỹ phẩm và nhiều sản phẩm khác. Tuy nhiên, với những ứng dụng cũng đi kèm với nguy cơ độc tính có thể xảy ra, việc sử dụng DEG cần phải được kiểm soát và thực hiện đúng quy trình an toàn.

Đông Á hi vọng rằng việc hiểu biết rõ về DEG là gì, ứng dụng và nguy cơ liên quan đến Diethylene glycol sẽ giúp người sử dụng áp dụng hiệu quả và an toàn hơn trong môi trường công nghiệp.

Nguyễn Lân Dũng

Giáo sưNguyễn Lân Dũnglà nhà khoa học hàng đầu Việt Nam trong lĩnh vực vi sinh vật học (wiki), với hơn nửa thế kỷ cống hiến cho giáo dục và nghiên cứu. Ông là con trai Nhà giáo Nhân dân Nguyễn Lân, thuộc gia đình nổi tiếng hiếu học. Giáo sư giữ nhiều vai trò quan trọng như Chủ tịch Hội các ngành Sinh học Việt Nam, Đại biểu Quốc hội và đã được phong tặng danh hiệu Nhà giáo Nhân dân năm 2010.