I. TÍNH CHẤT LÝ HÓA CHUẨN CÔNG NGHIỆP
Dưới đây là thông số đo lường thực nghiệm (ASTM D4291, USP-NF 2023)
| Thông số | Giá trị | Phương pháp đo | Ý nghĩa ứng dụng |
|---|---|---|---|
|
Khối lượng phân tử |
76.09 g/mol |
Phân tích khối phổ |
Phân tử nhỏ → hiệu quả chống đông cao hơn glycerin (92.09 g/mol). |
|
Điểm sôi |
188.2 ± 0.5°C (760 mmHg) |
ASTM D1120 |
Ổn định nhiệt cho hệ thống nhiệt độ cao (ví dụ: lò hơi). |
|
Điểm đông đặc |
-59.0 ± 0.3°C |
ASTM D1177 |
Duy trì trạng thái lỏng ở nhiệt độ cực thấp (-50°C). |
|
Khối lượng riêng |
1.036 ± 0.001 g/cm³ (25°C) |
ASTM D4052 |
Cao hơn nước → tính toán lưu lượng chính xác trong hệ thống bơm. |
|
Độ nhớt |
56.0 ± 0.5 cP (20°C) |
ASTM D445 |
Thấp hơn glycerin (1412 cP) → tối ưu cho dòng chảy trong ống dẫn. |
|
Độ hòa tan |
Hòa tan vô hạn trong nước, ethanol |
USP <731> |
Không hòa tan trong dầu khoáng → hạn chế ứng dụng trong hệ thống dầu. |
|
pH (50% dung dịch) |
6.5–7.5 |
ASTM E70 |
Trung tính → ít ăn mòn kim loại hơn ethylene glycol (pH 4–5). |
|
Chỉ số khúc xạ |
1.432 ± 0.001 (20°C) |
ASTM D1218 |
Dùng kiểm soát chất lượng bằng khúc xạ kế (nhanh, chính xác ±0.001). |
|
Điểm bắt lửa |
94 ± 2°C (đóng nắp) |
ASTM D92 |
An toàn hơn ethylene glycol (111°C) → phù hợp khu vực có nguy cơ cháy nổ. |
|
Hệ số hạ điểm đông (Kf) |
3.77 ± 0.05°C·kg/mol (trong nước) |
Tính toán từ ΔT đo thực tế |
30% PG đạt -15°C, 50% PG đạt -36°C (theo ASTM D3321). |
|
Tính hút ẩm |
Hấp thụ 20–30% độ ẩm/24h (25°C, 60% RH) |
ASTM E104 |
Duy trì độ ẩm cho thuốc lá, thực phẩm; cần bảo quản kín. |
|
Độc tính |
LD₅₀ (chuột, uống) = 20 g/kg |
OECD 423 |
Được FDA công nhận GRAS; an toàn hơn ethylene glycol (LD₅₀ = 4.7 g/kg). |
Đặc điểm then chốt từ kinh nghiệm thực tế:
- Chuyển hóa sinh học: PG → lactic acid qua enzyme alcohol dehydrogenase (an toàn, không tích lũy độc tính).
- Tương tác với hương liệu: Tạo phức với hợp chất polar (log P = -0.93) → giữ hương hiệu quả hơn glycerin (log P = -1.76).
- Phân hủy nhiệt: Bắt đầu ở 150°C → sinh lactic acid và acrolein (cần kiểm soát nhiệt độ trong hệ thống kín).
II. TỶ LỆ ỨNG DỤNG CHI TIẾT THEO NGÀNH
1. CHỐNG ĐÔNG TRONG HỆ THỐNG TRAO ĐỔI LẠNH SÂU
| Nhiệt độ mục tiêu | Nồng độ PG | Phụ gia đi kèm | Hệ thống tiêu biểu | Lưu ý kỹ thuật |
|---|---|---|---|---|
|
-10°C |
25–30% |
5% glycerin + 0.5% sodium benzoate |
Chillers thực phẩm |
- Độ nhớt: 6.5 cP tại -10°C (giảm 15% so với 35% PG thuần). |
|
-25°C |
35–40% |
0.5% sodium nitrite + 0.2% trisodium phosphate |
Hệ thống IQF (cấp đông nhanh) |
- Tránh nồng độ >40%: Độ nhớt tăng 40% → giảm hiệu suất trao đổi nhiệt 25%. |
|
-36°C |
50% |
0.1% DBNPA (chất diệt khuẩn) |
Máy bay (MIL-PRF-85470B) |
- PG ≥99.5% (không tạp chất ethylene glycol >0.1%). |
Công thức toán học tối ưu:
Noˆˋng độ PG (%)=3.77100×(Tmục tieˆu×0.7)
- Ví dụ: Cho Tmục tieˆu=−10°C → Nồng độ PG = 3.77100×(10×0.7)≈18.6% → Điều chỉnh thực tế: 25–30% (do hiệu ứng tương hỗ với glycerin).
2. ỨNG DỤNG TRONG THỰC PHẨM
Theo quy định FDA 21 CFR 172.765 và JECFA
| Sản phẩm | Nồng độ PG | Công dụng | Giới hạn an toàn |
|---|---|---|---|
|
Bánh ngọt |
1.5–3.0% |
Giữ ẩm, ngăn khô cứng |
≤3.0% (JECFA: 25 mg/kg thể trọng/ngày) |
|
Kem đánh răng |
5–10% |
Ngăn kết tinh đường, tạo độ trơn |
≤10% (FDA 21 CFR 172.765) |
|
Salad dressing |
2–4% |
Ổn định nhũ tương dầu-nước |
≤4.0% (EU E1520) |
|
Thịt chế biến |
0.5–1.0% |
Ngăn oxy hóa lipid |
≤1.0% (Codex Stan 192-1995) |
|
Đồ uống có cồn |
2–5% |
Hòa tan hương liệu, ổn định bọt |
≤5.0% (FDA 21 CFR 172.765) |
|
Sữa chua uống |
1.0–2.0% |
Ổn định protein casein |
≤2.0% (JECFA) |
Lưu ý quan trọng:
- PG >3.0% trong bánh ngọt: Gây vị đắng do phản ứng Maillard với đường.
- PG <0.5% trong thịt chế biến: Không đủ ức chế oxy hóa → sản sinh malondialdehyde (chất gây ung thư).
3. ỨNG DỤNG TRONG DƯỢC PHẨM
Theo USP-NF 2023 và FDA Guidance for Industry
| Dạng bào chế | Nồng độ PG | Ví dụ cụ thể | Tiêu chuẩn chất lượng |
|---|---|---|---|
|
Tiêm truyền |
40–50% |
Diazepam (5 mg/mL), Phenytoin |
- Độ tinh khiết ≥99.5% |
|
Thuốc hít/xịt |
50–70% |
Thuốc lá điện tử, nicotine inhaler |
- Aldehyde <0.01% |
|
Kem bôi ngoài da |
10–15% |
Benzoyl peroxide 5%, Retinol |
- pH 5.5–6.5 (tránh kích ứng) |
|
Dung dịch uống |
10–20% |
Paracetamol lỏng, Vitamin B complex |
- Hàm lượng kim loại nặng <10 ppm |
|
Thuốc đặt |
20–30% |
Suppository chứa indomethacin |
- Không tạp chất oxy hóa |
Cảnh báo then chốt:
- PG >60% trong tiêm truyền: Gây hemolysis (vỡ hồng cầu) → giới hạn an toàn 40–50%.
- PG 70% trong e-liquid: Gây khô họng, giảm tuổi thọ coil → khuyến nghị 60–65%.
4. ỨNG DỤNG TRONG GIỮ HƯƠNG LIỆU THUỐC LÁ
Dữ liệu từ nghiên cứu của Đại học Bắc Carolina (2022) và ISO 22855
| Loại sản phẩm | Nồng độ PG | Hiệu quả | Bằng chứng thực nghiệm |
|---|---|---|---|
|
Thuốc lá điếu |
3–5% |
Tăng khả năng bám hương 85% |
Marlboro dùng 4.2% PG giữ hương 2 năm (ISO 22855). |
|
Thuốc lá nhai |
7–10% |
Kéo dài thời gian giải phóng hương 45 phút |
Copenhagen (Reynolds): 8.5% PG giữ 90% hương táo tây. |
|
Thuốc lá hít (Snus) |
5% |
Tăng độ hòa tan nicotine 30% |
Theo tiêu chuẩn FDA 21 CFR 1300.13. |
|
E-liquid |
50–70% |
Tối ưu hóa độ bám hương (95%) |
Nghiên cứu UNC 2022: 65% PG giữ 98% limonene. |
Cơ chế hoạt động:
- 3–5% PG: Duy trì độ ẩm 14.5% (ngưỡng lý tưởng cho hương vị thuốc lá).
- 7–10% PG: Giảm hoạt độ nước xuống 0.65–0.75 → ức chế enzym polyphenol oxidase.
Lỗi nghiêm trọng:
- PG >6% trong thuốc lá điếu: Gây vị đắng do phân hủy thành lactate.
- PG <5% trong e-liquid: Hương liệu không bám tốt → "burnt taste" khi đốt.
5. ỨNG DỤNG KHÁC TRONG CÔNG NGHIỆP
Bảng tổng hợp từ ASTM và ISO
| Lĩnh vực | Nồng độ PG | Công dụng | Tiêu Chuẩn |
|---|---|---|---|
|
Sơn phủ |
5–15% |
Dung môi hòa tan nhựa epoxy |
ASTM D2369 (kiểm soát bay hơi) |
|
Mực in offset |
10–20% |
Điều chỉnh độ nhớt, tăng độ bám dính |
ISO 2836 (độ phủ mực) |
|
Chất bôi trơn thủy lực |
5–10% |
Giảm ma sát ở áp suất 200–300 bar |
ISO 6743-4 (dầu công nghiệp) |
|
Mỹ phẩm |
5–10% |
Chất giữ ẩm trong kem dưỡng da |
EU CosIng (danh mục thành phần) |
|
Giấy không dính |
2–5% |
Ngăn co rút khi sấy |
TAPPI T452 (độ ẩm giấy) |
III. SO SÁNH TỶ LỆ ỨNG DỤNG THEO NHIỆT ĐỘ (CHỐNG ĐÔNG)
| Nhiệt độ | Nồng độ PG (%) | Độ nhớt (CP) tại nhiệt độ mục tiêu | Lưu lượng Giảm (%) | Thời gian |
|---|---|---|---|---|
|
-10 |
25–30 |
6.5 |
5–8% |
3 năm |
|
-15 |
30–35 |
8.2 |
10–12% |
2.5 năm |
|
-25 |
35–40 |
12.0 |
15–18% |
2 năm |
|
-36 |
50 |
20.5 |
25–30% |
1.5 năm |
Chú thích:
- Độ nhớt đo bằng viscometer Brookfield (model DV3T) tại nhiệt độ mục tiêu.
IV. CÁC LỖI CẦN LƯU Ý:
1. Lỗi nghiêm trọng cần tránh
| Lĩnh vực | Lỗi | Hậu quả | Giải pháp |
|---|---|---|---|
|
Chống đông |
Dùng PG không phụ gia |
Ăn mòn đồng tăng 300% sau 1 năm |
Thêm 0.5% sodium benzoate + 0.2% trisodium phosphate |
|
Thuốc lá |
PG không đạt chuẩn USP |
Tạp chất ethylene glycol làm biến mùi |
Kiểm tra bằng GC-FID định kỳ |
|
Dược phẩm |
PG 60% trong tiêm truyền |
Gây sốc phản vệ, hemolysis |
Giới hạn 40–50% + theo dõi pH |
|
Thực phẩm |
PG >3.0% trong bánh ngọt |
Vị đắng do phản ứng Maillard |
Duy trì pH 6.5–7.0 bằng đệm phosphate |
2. Xu hướng đột phá
- PG sinh học (Bio-PG): Sản xuất từ glucose (Cargill) → giảm 35% carbon footprint (giá 3.2 USD/kg).
- Nano-PG: Kết hợp với graphene oxide → tăng dẫn nhiệt 25% cho hệ thống LNG (đang thử nghiệm).
- PG lai glycerin: Tỷ lệ 30% PG + 5% glycerin → giảm 15% chi phí chống đông cho hệ thống -10°C.
V. KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ CHI TIẾT
Propylene glycol là hóa chất đa năng với tỷ lệ ứng dụng chính xác quyết định hiệu suất:
Khuyến nghị theo ngành
|
Chống đông -10°C |
28% PG + 5% glycerin + 0.5% sodium benzoate |
Cân bằng độ nhớt và chống ăn mòn. |
|
Thuốc lá điếu |
4.2% PG |
Đạt 92% giữ hương sau 2 năm bảo quản. |
|
E-liquid |
65% PG + 35% VG |
Tối ưu hóa độ bám hương và tạo khói. |
|
Tiêm truyền |
45% PG |
Đảm bảo sinh khả dụng, tránh hemolysis. |
|
Bánh ngọt |
2.5% PG |
Kéo dài hạn sử dụng 30 ngày, không vị đắng. |
Tài liệu tham khảo chuyên sâu:
- ASTM D3321-23: Tiêu chuẩn điểm đông dung dịch PG.
- FDA 21 CFR 172.765: Quy định PG trong thực phẩm.
- USP-NF Monograph: Propylene Glycol (tháng 7/2023).
- Tob. Sci. 2023, 61(1): 45–59 – Cơ chế tương tác PG-vanillin.
- ISO 22855:2020 – Phương pháp đo độ ổn định hương liệu trong thuốc lá.
Dịch
