از خواص و کاربرد پلی اتیلن گلایکول چه می دانید؟

مواد شیمیایی کاربرد بسیار زیادی در زندگی ما دارند. از آن‌ها می‌توان برای ساخت دارو یا محصولات مختلف استفاده کرد. علاوه بر تولید محصول می‌توان از مواد شیمیایی برای کارهای مختلفی مثل ضدعفونی کردن وسایل و خیلی از کارهای دیگر استفاده کرد. یکی از مواد شیمیایی پرکاربرد که در صنایع مختلف از آن استفادهٔ زیادی می‌شود، پلی اتیلن گلیکول است. ما در این مقاله برای آشنایی شما با خواص و کاربرد پلی اتیلن گلیکول این ماده را معرفی کرده‌ایم.

خواص و کاربردهای پلی اتیلن گلیکول

پلی اتیلن گلیکول (Polyethylene glycol) که به اختصار PEG خوانده می‌شود. یک ترکیب مشتق شده از نفت است که از اتیلن گلیکول (اتان-1،2-دیول)، ماده اصلی در ضدیخ ساخته می‌شود.، یک ترکیب مصنوعی و سازگار با محیط زیست است که در صنایع مختلف به خصوص در صنعت پزشکی کاربردهای زیادی دارد. ساختار این ماده H−(O−CH2−CH2)n−OH است. این ماده را با نام‌های دیگری مانند پلی اتیلن اکسید یا پلی اکسی اتیلن نیز می‌شناسند. پلی اتیلن گلایکول ماده‌ای غیر سمی، بی‌بو، بی‌رنگ و بی‌اثر و غیر فرار است. همچنین خیلی آسان در حلال‌هایی مانند آب، بنزن، تتراکلرید کربن و کلروفرم حل می‌شود. پلی اتیلن گلایکول‌ها جزو خانواده پلیمرهای خطی هستند. فرمول کلی پلی اتیلن گلایکول C2nH4n+2On+1 است که n میانگین تعداد گروه‌های اتیلن اکسید می‌باشد. بنا به جرم مولکولی، می‌توانند در شرایط استاندارد به دو صورت مایع یا جامد موجود باشند.

تولید پلی اتیلن گلیکول

پلی اتیلن گلیکول، از واکنش افزایشی گاز اتیلن اکساید با مونو اتیلن گلایکول یا دی اتیلن گلایکول تشکیل می‌شود. طول زنجیره‌های پلیمری به میزان و نسبت واکنش دهنده‌ها بستگی دارد.

HOCH2CH2OH + n(CH2CH2O) → HO(CH2CH2O)n+1H

با توجه به نوع کاتالیزور استفاده شده مکانیسم واکنش پلیمریزاسیون می‌تواند آنیونی یا کاتیونی باشد.

کاربردهای پلی اتیلن گلیکول

در ابتدا بهتر است که با خواص و کاربرد پلی اتیلن گلایکول آشنا شوید. به طور کلی بیشترین کاربرد این ماده به دو صنعت شیمی و پزشکی بر می‌گردد.

1. کاربرد پلی اتیلن گلیکول در پزشکی

1. این ماده به دلیل غیر سمی بودن، حلالیت بالا و کاربردهای دارویی و سازگاری با محیط زیست کاربردهای بسیار زیادی در صنعت پزشکی دارد. اولین و رایج‌ترین نوع استفاده از این ماده در صنعت پزشکی مربوط به ملین‌هاست. این ماده می‌تواند فشار اسمزی (Osmotic pressure) ایجاد کند. فشار اسمزی آب را به سمت مواد زائد می‌کشد و اثری ملین مانند ایجاد می‌کند.
2. علاوه بر استفاده در ملین، از این ماده برای شست و شوی کامل روده و آماده‌سازی آن برای بررسی یا جراحی نیز استفاده می‌شود. این ماده در بسیاری از کرم‌های دارویی و حلال‌های پزشکی به کار گرفته می‌شود.
3. پپتیدها (Peptides)، پروتئین‌ها و الگونوکلئوتیدها (oligonucleotides) با استفاده از این ماده تولید و برای درمان‌های دارویی استفاده می‌شوند. یکی‌دیگر از خواص و کاربرد پلی اتیلن گلایکول، استفاده در درمان‌های دارویی است. این ماده می‌تواند با جفت شدن خود با مولکول هدف برای بهینه‌سازی خواص فارماکوکینتیک که نوعی درمان دارویی است به کار گرفته شود.
4. پلی اتیلن گلایکول ماده‌ای غیر فعال در دارو‌هاست. فرایند تحویل دارو به این ماده وابستگی زیادی دارد؛ زیرا ترکیبات موجود در این ماده آنتی‌بادی دارد که می‌تواند به تحویل بهتر دارو کمک کند. همچنین این ماده پوششی برای نانوذرات است.
5. یکی دیگر از خواص و کاربرد پلی اتیلن گلایکول این است که از هیدروژل‌های موجود در این ماده برای مهندسی بافت استفاده می‌شود؛ برای اینکه هیدروژل‌ها حالت پلیمری دارند.
6. علاوه بر این موارد، از این ماده برای سنجش‌های آزمایشگاهی استفاده می‌شود. بسیاری از آزمایشگاه‌ها از این ماده برای شبیه‌سازی شرایط سلولی استفاده می‌شود. این کار به دانشمندان اجازه می‌دهد تا تحقیقات خود را در زمینهٔ سلول‌ها بهتر انجام دهند.
7. کاربرد بعدی این ماده در صنعت پزشکی به ژن درمانی بر می‌گردد. از این ماده می‌توان برای پوشاندن ناقل‌ها مثل ویروس استفاده کرد. این ماده در بانک‌های خون برای تقویت برجستگی آنتی‌بادی‌ها و آنتی‌ژن‌ها استفاده می‌شود.

2. کاربرد پلی اتیلن گلیکول در صنایع شیمیایی

درست مانند صنعت پزشکی، پلی اتیلن گلایکول در صنایع شیمیایی نیز کاربردهای بسیار زیادی دارد. این ماده به دلیل خواص خود یک اتصال دهنده است؛ زیرا می‌تواند جداسازی ذرات را بهبود ببخشد و از کلوخه شدن آن‌ها جلوگیری کند. این ماده می‌تواند کاربردهای محافظتی داشته باشد. برای مثال دانشمندان برای حفظ کشتی جنگی تاریخی واسا در استکهلم روی این کشتی پلی اتیلن گلایکول می‌ریختند. این ماده از تاب برداشتن و خراب شدن چوب‌ها جلوگیری می‌کند. زیرا این ماده می‌تواند به جای آب در چوب جایگزین شود و زمانی که چوب خشک می‌شود، از تغییر شکل آن جلوگیری کند.

یک مورد استفادهٔ دیگر از این ماده نیز به حفظ مواد سفالی بر می‌گردد. دانشمندان چینی از پلی اتیلن گلایکول برای بازسازی و حفظ لشگر سفالین که یکی از مهمترین آثار و یافته‌های باستان شناسی در سال‌های اخیر است استفاده کرده‌اند. دانشمندان با استفاده از این ماده روی سفال توانستند مقاومت سفال را نسبت به شرایط محیطی افزایش دهند و آن‌ها را بازسازی کنند. از آن در تولید شیشه‌های میکروسکوپ استفاده‌های فراوانی می‌شود. جلوگیری از چسبیدن پروتئین در مطالعات فلورسانس تک‌مولکولی به شیشه از مزایای مصرف پلی اتیلن گلیکول است.  دیگر کاربرد PEG به عنوان افزودنی در پوشش‌های انواع سطوح در انواع محیط‌های آبی و غیرآبی است. برای کروماتوگرافی گاز به عنوان فاز قطبی ثابت مورد استفاده قرار گرفته و مایعی با ضریب انتقال گرمایی بالا در تست الکترونیکی است. 

این ماده در کشاورزی هم کاربرد زیادی دارد. این ماده دارای مولکول‌های آب‌دوست است. از این ماده برای اعمال و شبیه‌سازی تنش خشکی استفاده می‌شود. کاربرد PEG با افزایش پتانسیل اسمزی محلول از جذب آب توسط ریشه گیاه ممانعت کرده و در نهایت به بروز تنش خشکی می‌انجامد. ترکیب فوق به دلیل جرم مولکولی بالا، جذب گیاه نشده و تنها پتانسیل اسمزی آب را منفی‌تر می‌کند. بدین ترتیب شرایط تنش برای گیاه ایجاد می‌‌گردد. البته پلی‌اتیلن گلیکول نوعی پلیمر است که با وزن‌های مولکولی مختلفی تولید می‌شود که هر کدام کاربرد متفاوت‌تری را خواهد داشت.

پلی اتیلن گلیکول سمیت خیلی کمی دارد و به همین دلیل است که به راحتی می‌توان از آن در بسیاری از محصولات استفاده کرد. این پلیمر به عنوان یک پوشش لغزنده برای بسیاری از سطوح و محیط‌های آبی و غیرآبی کاربرد دارد.

3. دیگر کاربرد پلی اتیلن گلیکول

• • به عنوان حامل رنگ
  • در فرمولاسیون روغن‌های چاپ
  • در فرمولاسیون حشره‌کش‌های آلی
  • به عنوان روان‌کننده و جاذب رطوبت
  • در گلوله‌های پینت بال از آن استفاده می‌شود.
  • از پلی اتیلن گلیکول در کروماتوگرافی گازی نیز استفاده می‌شود.
  • پلی اتیلن گلیکول برای بسیاری از کرم‌های دست استفاده می‌شود.
  • پلی اتیلن گلیکول در آزمایش‌های طیف‌سنجی جرمی استفاده می‌شود.
  • در صنعت آرایشی و بهداشتی برای تولید کرم، لوسیون، انواع پودر و ژل
  • پلی اتیلن گلایکول‌های مایع به عنوان براق کننده در صنعت آبکاری مصرف می‌شوند.
  • به عنوان ماده اولیه در صنعت رنگ و رزین از انواع جامد پلی اتیلن گلیکول استفاده می‌شود.
  • پلی اتیلن گلیکول به عنوان عاملی برای جلوگیری از کف‌کردن مواد غذایی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.
  • از آن در خمیردندان استفاده می‌شود. PEG باعث می‌شود که مواد داخل خمیردندان به شکلی یکنواخت در آن پخش شوند.

همان‌طور که در توضیحات خواص و کاربردهای پلی اتیلن گلایکول متوجه شدید، این ماده بی‌بو، بی‌رنگ و غیر سمی است؛ به همین دلیل سازمان غذا و دارو (FDA) این ماده را ایمن تشخیص داده است و می‌توان از آن در پوشش‌های مختلف استفاده کرد.

نحوهٔ انتخاب پلی اتیلن گلیکول مناسب

از دیگر خواص و کاربرد پلی اتیلن گلایکول، تک عملکردی یا دو عملکردی بودن این ماده است. مدل‌های تک عملکردی معمولاً برای پوشش نانو ذرات به کار گرفته می‌شوند؛ اما مدل‌های دو عملکردی برای اتصال عرضی هیدروژل‌ها هستند.

انواع پلی اتیلن گلیکول

انواع پلی اتیلن گلیکول در بازار عرضه می‌گردند. این انواع در خواص و کاربرد با یکدیگر تفاوت‌هایی دارند. البته میزان این اختلاف‌ها ناچیز است. توجه شود که همین اختلاف‌های کوچک‌تر گریدهای داروسازی و غذایی امری بسیار مهم محسوب می‌شود.

1. پلی اتیلن گلیکول20000

یک ترکیب جامد با میانگین وزن مولکولی 20000 است. این ترکیب از مواد غیر سمی، و معمولا به صورت خمیری است. افزایش میزان وزن مولکولی بر میزان انحلال دارو موثر است. یعنی هرچه وزن مولکولی بیشتر باشد میزان انحلال نیز بیشتر خواهد بود. این ماده سازگاری بسیار بالایی با آب‌سخت دارد و غیر فرار است. کاربرد آن در انواع نرم‌کننده، ضد الکتریسیته در نساجی و جوش‌های لحیم کاری، عامل ضد گرد و غبار در محصولات کشاورزی، در پاک‌کننده و شوینده‌ها، در مرطوب‌کننده‌های آرایشی بهداشتی، محصولات بسته‌بندی، پیشگیری از چسبندگی در قالب‌گیری و… دیده می‌شود.

2. پلی‌ اتیلن گلیکول 12000

 یک پلیمر بی‌رنگ و خمیری شکل با میانگین وزن مولکولی 12000 است. این نوع حلالیت زیادی در آب دارد و نقطه‌ی ذوب آن بین 57-640 درجه سانتی‌گراد است. کاربرد آن به عنوان یک پایدارکننده بسیار عالی صورت می‌پذیرد. این ماده در حلال‌های آلی، آب و هیدروکربن‌های آروماتیک محلول بوده و در هیدروکربن‌های آلیفاتیک کم محلول است. از این رو در مواد شوینده پارچه و لباس، تمیز کردن سطوح سخت و.. کاربرد این نوع دیده می‌شود. در آزمایش خون می‌توان از آن به عنوان تقویت‌کننده برای شناسایی آنتی‌ژن‌ها و آنتی‌بادی‌ها استفاده نمود. همچنین به عنوان ماده توزیع کننده عمل می‌کند، در خمیردندان‌ها برای اصلاح پروتئین‌های درمانی و پپتیدها برای افزایش حلالیت آن‌ها استفاده می‌شود. در کروماتوگرافی گازی، می‌تواند به عنوان فاز ثابت قطبی عمل کند. 

3. پلی‌ اتیلن گلیکول 8000

 این ماده رنگ سفید تا شیری رنگ دارد به صورت پوسته‌های جامد و یا پودری است. وزن مولکولی بالای آن موجب شده تا از آن به عنوان حلال در داروهای خوراکی، موضعی و تزریقی استفاده شود. این ماده برای تنظیم ویسکوزیته ترکیبات نیز کاربرد دارد. پایداری این ماده زیاد است و از رشد میکروبی حتی در محلول‌های آبی نیز ممانعت می‌کند.

4. پلی اتیلن گلیکول6000

دارای وزن مولکولی 5000 تا 7000 گرم بوده و نقطه ذوب آن در محدوده 58-63 درجه سانتی‌گراد است. به راحتی در آب حل می‌شود و ساختار لایه‌ای این نوع موجب شده تا از آن به عنوان چسب و روان‌کننده خشک استفاده شود. این ترکیب اشتعال‌پذیر است و دارای نقطه اشتعال 270 درجه سانتی‌گراد و دمای احتراق 420 درجه سانتی‌گراد است. مقدار pH آن در دمای 20 درجه سانتی‌گراد در حلال آب در محدوده 5-7 است. در ساخت کپسول‌ها و قرص‌ها برای داروهای خاص می‌توان از خواص این ماده بهره گرفت. کاربرد در صابون‌ها، ماده ضد گرد و غبار در پودر تالک، عامل پلاستیک کننده در سنتز رزین و… از دیگر کاربردهای این ماده بشمار می‌آید. این ترکیب یک پلیمر اتیلن اکسید با وزن مولکولی بالا و ترکیبی از پلیمرها با درجات مختلف پلیمریزاسون بوده و به صورت بی‌اثر، غیریونی است. محلول در گلیکول‌های با وزن کمتر به جای موم پارافین برای مومیایی کردن نمونه‌های بافت شناسی و سایر نمونه‌های پزشکی استفاده می‌شود.

5. پلی‌ اتیلن گلیکول 4000

جامدی مومی و حلال در آب است و محلول 5% آن شفاف و بدون رنگ است. این پلیمر در محصولاتی مانند شامپوهای سر و بدن، مواد آرایشی و مراقبت از پوست، دئودورانت‌ها و… کاربرد دارد.

6. پلی‌ اتیلن گلیکول 2000

 وزن مولکولی این ترکیب 1800 گرم بر مول و چگالی 21/1 گرم بر مترمکعب است. این ترکیب پودری سفید رنگ با نقطه ذوب آن 5/57 درجه سانتی‌گراد، دمای احتراق آن 420 درجه سانتی‌گراد و نقطه اشتعال 6/138 درجه سانتی‌گراد است. میزان pH این ترکیب در دمای 20 درجه سانتی‌گراد و در حلال آب در محدوده 4-7 است. همچنین ویسکوزیته آن در محلول 50% در محدوده 46-55 میلی‌متر مربع بر ثانیه است. در کارهای تحقیقاتی مانند سنتزهای شیمیایی، پژوهش‌های بیوشیمیایی و… نیز از کاربرد این ماده استفاده می‌شود. این نوع برای کارهای آزمایشگاهی مناسب بوده، اما استفاده از آن در محصولات حیوانی و انسانی توصیه نمی‌شود.

7. پلی‌ اتیلن گلیکول 1000

 این ترکیب با وزن مولکولی 1000 بیشتر در صنعت مواد و لوازم آرایشی بهداشتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ترکیب یک ماده خمیری با نقطه ذوب پایین است. این ترکیب با داشتن ویژگی‌هایی همچون حلالیت عالی در آب، میزان آب خیلی کم، سازگار بودن در آب‌سخت، غیر فرار و زیست تخریب‌پذیری خیلی خوب بسیار مورد توجه هستند. نقطه ذوب ان در محدوده 33-40 درجه سانتی‌گراد، نقطه جوش آن بالاتر از 200 درجه سانتی‌گراد است. کاربرد این ماده به عنوان حامل داروها صورت می‌پذیرد. این کاربرد در واقع از مهمترین خواص و کاربردپلی اتیلن گلیکول بشمار می‌آید. این ترکیب اشتعال‌پذیر بوده و نقطه اشتعال آن 240 درجه سانتی‌گراد و دمای احتراق آن 420 درجه سانتی‌گراد است. در دمای 20 درجه چگالی آن 2/1 گرم بر مترمکعب است و حلالیت آن 750 گرم بر لیتر است.

8. پلی‌ اتیلن گلیکول 200،600،800

یک مایع بی‌رنگ، غیر فرار و جاذب آب است. این ترکیب در آب و حلال‌های آلی مثل استون، الکل، بنزن و گلیکول‌های دیگر حل می‌شود. این انواع را می‌توان به عنوان ضدکف، روان‌کننده و اصلاح‌کننده ویسکوزیته در محصولات تولیدی به کار برد. برای حفظ تازگی و شادابی در میوه‌های تازه به عنوان پوشش‌دهنده از خواص این ماده استفاده می‌شود. به علت پایین بودن وزن مولکولی آن و ویژگی‌های خاص آن، کاربرد گسترده‌ای دارد. پلی اتیلن گلیکول 200 در فرمولاسیون رزین‌ها، چسب‌ها، به عنوان ماده ضد استاتیک، به عنوان حدواسط‌های شیمیایی، کشاورزی، داروسازی و … نیز کاربرد ویژه دارند. به طور کلی ترکیبات با وزن مولکولی پایین ساختارها و کاربردهای یکسانی دارند.

سوالات متداول

• آیا PEG40 همان روغن کرچک است؟

خیر- این دو ماده با یکدیگر متفاوت هستند . توجه نمایید که peg 40 یکی از مشتقات روغن کرچک است و نام کامل آن روغن کرچک هیدروژنه دارد.

• آیا قرار گرفتن طولانی مدت در معرض مواد حاوی این ماده خطرناک است؟

به طور کلی این ماده جزو مواد شیمیایی بی‌خطر دسته‌بندی می‌شود و به ندرت اثر جانبی برای آن گزارش شده است، با این وجود در استفاده‌های دارویی برای بیمارانی که دارای مشکلات روده از قبیل انسداد هستند ممکن است با عوارض خطرناکی همراه باشد. همچنین قرار گیری در معرض این ماده در بخش‌های مختلف صنعت ممکن است گاها سبب تهوع، استفراغ، بروز خونریزی روده و درد معده و… شود. به جز عوارض گوارشی، مصرف‌کننده پلی اتیلن گلیکول ممکن است دچار عوارض هماتولوژی و انکولوژی مانند خونریزی مقعدی نیز شود.

نتیجه‌گیری

پلی اتیلن گلایکول یکی از ماده‌های پلیمری است که به صورت مصنوعی در آزمایشگاه درست می‌شود. این ماده آب دوست و سازگار با محیط‌زیست است. امروزه از این ماده در صنایع بسیار مخلتفی مثل صنعت پزشکی و صنعت شیمی استفاده می‌شود. این ماده به دلیل غیر سمی بودن مورد تأیید سازمان غذا و دارو (FDA) قرار گرفته است و از آن حتی در داروها نیز استفاده می‌شود. ما در این مقاله برای آشنایی بیشتر شما با خواص و کاربرد پلی اتیلن گلایکول درمورد ویژگی‌ها و کاربردهای این ماده در صنایع مختلف مثل پزشکی و شیمی توضیح دادیم.