Propylène glycol

Le propylène glycol (PG) ou propane-1,2-diol, appelé aussi 1,2-dihydroxypropane ou méthyl glycol, est un diol de formule chimique CH₃–CHOH–CH₂OH ayant de nombreux usages industriels ou agropharmaceutiques, à faible dose comme additif alimentaire (E1520) et depuis peu dans les cigarettes électroniques (liquide à vapoter).

Propylène glycol

Énantiomères (R)-(–) à gauche et (S)-(+) à droite.

Identification

Nom UICPA

Propane-1,2-diol

Synonymes

propane-1,2-diol
1,2-dihydroxypropane
méthyl glycol

N^o CAS

57-55-6 (racémique)
4254-15-3 (S+)
4254-14-2 (R-)

N^o ECHA

100.000.307

N^o CE

200-338-0

N^o E

Apparence

liquide incolore, inodore, hygroscopique, visqueux[1].

Propriétés chimiques

Formule

C₃H₈O₂ [Isomères]

Masse molaire[2]

76,094 4 ± 0,003 6 g/mol
C 47,35 %, H 10,6 %, O 42,05 %,

pKa

14,8 (25 °C)[3]

Moment dipolaire

2,25 D [4]

Diamètre moléculaire

0,533 nm [4]

Propriétés physiques

T° fusion

−59 °C[1]

T° ébullition

188,2 °C[1]

Solubilité

Soluble dans l'éther[3].
Insoluble dans les huiles

Paramètre de solubilité δ

25,8 J^1/2·cm^-3/2 (≤20 °C)[4]

Miscibilité

Miscible à l'eau[3], l'acétone[3], le chloroforme[3], l'alcool.

Masse volumique

1,036 g·cm^-3 (25 °C)[3]

équation[5] : $\rho =1.0923/0.26106^{(1+(1-T/626)^{0.20459})}$
Masse volumique du liquide en kmol·m^-3 et température en kelvins, de 213,15 à 626 K.
Valeurs calculées :
1,03258 g·cm^-3 à 25 °C.

T (K)	T (°C)	ρ (kmol·m^-3)	ρ (g·cm^-3)
213,15	−60	14,363	1,09295
240,67	−32,48	14,11684	1,07422
254,44	−18,72	13,99015	1,06458
268,2	−4,95	13,86086	1,05474
281,96	8,81	13,72881	1,04469
295,72	22,57	13,59381	1,03442
309,48	36,33	13,45565	1,02391
323,24	50,09	13,3141	1,01314
337,01	63,86	13,16892	1,00209
350,77	77,62	13,0198	0,99074
364,53	91,38	12,86642	0,97907
378,29	105,14	12,7084	0,96705
392,05	118,9	12,54531	0,95464
405,81	132,66	12,37665	0,9418
419,58	146,43	12,20183	0,9285

T (K)	T (°C)	ρ (kmol·m^-3)	ρ (g·cm^-3)
433,34	160,19	12,02015	0,91467
447,1	173,95	11,83079	0,90026
460,86	187,71	11,63273	0,88519
474,62	201,47	11,42474	0,86937
488,38	215,23	11,20526	0,85266
502,15	229	10,97233	0,83494
515,91	242,76	10,72334	0,81599
529,67	256,52	10,45478	0,79556
543,43	270,28	10,16173	0,77326
557,19	284,04	9,83689	0,74854
570,95	297,8	9,46869	0,72052
584,72	311,57	9,03684	0,68766
598,48	325,33	8,49953	0,64677
612,24	339,09	7,73927	0,58892
626	352,85	4,184	0,31838

T° d'auto-inflammation

371 °C[1]

Point d’éclair

99 °C (coupelle fermée); 107 °C (coupelle ouverte)[1]

Limites d’explosivité dans l’air

2,6–12,6 %vol[1]

Pression de vapeur saturante

à 20 °C : 10,6 Pa[1]

équation[5] : $P_{vs}=exp(212.8+{\frac {-15420}{T}}+(-28.109)\times ln(T)+(2.1564E-5)\times T^{2})$
Pression en pascals et température en kelvins, de 213,15 à 626 K.
Valeurs calculées :
17,19 Pa à 25 °C.

T (K)	T (°C)	P (Pa)
213,15	−60	0
240,67	−32,48	0,02
254,44	−18,72	0,12
268,2	−4,95	0,72
281,96	8,81	3,46
295,72	22,57	13,71
309,48	36,33	46,43
323,24	50,09	137,54
337,01	63,86	363,56
350,77	77,62	871,47
364,53	91,38	1 920,49
378,29	105,14	3 936,33
392,05	118,9	7 578,19
405,81	132,66	13 819,5
419,58	146,43	24 044,43

T (K)	T (°C)	P (Pa)
433,34	160,19	40 164,83
447,1	173,95	64 764,8
460,86	187,71	101 284,32
474,62	201,47	154 257,21
488,38	215,23	229 624,8
502,15	229	335 153,43
515,91	242,76	480 993,96
529,67	256,52	680 434,53
543,43	270,28	950 916,52
557,19	284,04	1 315 409,76
570,95	297,8	1 804 279,39
584,72	311,57	2 457 829,05
598,48	325,33	3 329 778,09
612,24	339,09	4 492 035,3
626	352,85	6 041 300

Viscosité dynamique

0,581 poise (20 °C)[3]

Thermochimie

C_p

équation[5] : $C_{P}=(5.8080E4)+(445.20)\times T$
Capacité thermique du liquide en J·kmol^-1·K^-1 et température en kelvins, de 213,15 à 460,75 K.
Valeurs calculées :
190,816 J·mol^-1·K^-1 à 25 °C.

T (K)	T (°C)	C_p $({\tfrac {J}{kmol\times K}})$	C_p $({\tfrac {J}{kg\times K}})$
213,15	−60	152 970	2 010
229	−44,15	160 031	2 103
237	−36,15	163 592	2 150
246	−27,15	167 599	2 202
254	−19,15	171 161	2 249
262	−11,15	174 722	2 296
270	−3,15	178 284	2 343
279	5,85	182 291	2 396
287	13,85	185 852	2 442
295	21,85	189 414	2 489
303	29,85	192 976	2 536
312	38,85	196 982	2 589
320	46,85	200 544	2 635
328	54,85	204 106	2 682
336	62,85	207 667	2 729

T (K)	T (°C)	C_p $({\tfrac {J}{kmol\times K}})$	C_p $({\tfrac {J}{kg\times K}})$
345	71,85	211 674	2 782
353	79,85	215 236	2 829
361	87,85	218 797	2 875
369	95,85	222 359	2 922
378	104,85	226 366	2 975
386	112,85	229 927	3 022
394	120,85	233 489	3 068
402	128,85	237 050	3 115
411	137,85	241 057	3 168
419	145,85	244 619	3 215
427	153,85	248 180	3 261
435	161,85	251 742	3 308
444	170,85	255 749	3 361
452	178,85	259 310	3 408
460,75	187,6	263 210	3 459

équation[6] : $C_{P}=(14.404)+(3.2565E-1)\times T+(-7.8741E-5)\times T^{2}+(-1.2420E-7)\times T^{3}+(7.4776E-11)\times T^{4}$
Capacité thermique du gaz en J·mol^-1·K^-1 et température en kelvins, de 298 à 1 000 K.
Valeurs calculées :
101,796 J·mol^-1·K^-1 à 25 °C.

T (K)	T (°C)	C_p $({\tfrac {J}{kmol\times K}})$	C_p $({\tfrac {J}{kg\times K}})$
298	24,85	101 758	1 337
344	70,85	113 101	1 486
368	94,85	118 762	1 561
391	117,85	124 019	1 630
415	141,85	129 329	1 700
438	164,85	134 249	1 764
461	187,85	139 004	1 827
485	211,85	143 791	1 890
508	234,85	148 212	1 948
532	258,85	152 653	2 006
555	281,85	156 748	2 060
578	304,85	160 686	2 112
602	328,85	164 634	2 164
625	351,85	168 265	2 211
649	375,85	171 900	2 259

T (K)	T (°C)	C_p $({\tfrac {J}{kmol\times K}})$	C_p $({\tfrac {J}{kg\times K}})$
672	398,85	175 241	2 303
695	421,85	178 449	2 345
719	445,85	181 660	2 387
742	468,85	184 612	2 426
766	492,85	187 572	2 465
789	515,85	190 299	2 501
812	538,85	192 927	2 535
836	562,85	195 573	2 570
859	585,85	198 026	2 602
883	609,85	200 510	2 635
906	632,85	202 827	2 665
929	655,85	205 093	2 695
953	679,85	207 416	2 726
976	702,85	209 613	2 755
1 000	726,85	211 889	2 785

Propriétés optiques

Indice de réfraction

{\textit {n}}_{D}^{25}

1,4314 [4]

Précautions

Produit non contrôlé

Xi

Phrases S : 24/25,

Écotoxicologie

DL₅₀

10 à 30 g·kg^-1[8]

Autre

S'enflamme au contact de KMnO₄ après 40 secondes.

LogP

-0,92[1]

Données pharmacocinétiques

Métabolisme

Oxydé dans le foie en acide lactique puis acide pyruvique[8]

Demi-vie d’élim.

4 heures[8]

Composés apparentés

Isomère(s)

Propane-1,3-diol

Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Le propylène-glycol est obtenu à partir de la réaction de l'oxyde de propylène avec l'eau pour former du monopropylène glycol (MPG), les réactions ultérieures produisant des di-(DPG), tri-(TPG) et autres propylène-glycols.

Stéréochimie

L'atome de carbone 2 est asymétrique. Le propane-1,2-diol est donc chiral et se présente sous la forme d'une paire d'énantiomères, l'énantiomère R étant lévogyre tandis que le S est dextrogyre. Le propylène glycol est le plus souvent sous la forme d'un racémique.

Production

La société PKN Orlen produit du propylène glycol à partir de glycérol issu de la production de biogazole dans son usine de Trzebinia en Pologne[9].

Utilisations

Le propylène glycol est utilisé principalement dans la fabrication de résines de polyesters insaturés[10]

C'est une molécule abondamment utilisée, notamment dans les domaines suivants :

L'industrie alimentaire l'utilise à faibles doses comme émulsifiant (E1520), dans les plats préparés (sauces et assaisonnements) et/ou comme solvant de certains arômes dans certains arômes liquides.

Dans les cigarettes électroniques, en tant que liquide de remplissage dans lequel sont éventuellement ajoutés glycérol, arômes et nicotine, afin de produire un aérosol simulant la fumée du tabac.

L'industrie pharmaceutique et les médecins l'utilisent également : il compte par exemple pour 40 % de la composition d'un médicament à base de phénytoïne (Dilantin).

L'Industrie cosmétique en fait un humectant anti-moisissure dans certains cosmétiques, tout comme l'industrie du tabac. Il remplace souvent la glycérine comme excipient, et parfois abusivement présenté comme hydratant (tout comme la glycérine, qui ne peut que freiner une éventuelle déshydratation par la peau).

L'industrie textile le mobilise pour la fabrication de certaines fibres (polyester).

Les éleveurs de ruminants le donnent oralement aux bestiaux comme composé dont une partie sera modifiée en propionates par le microbiote du rumen. Ce propionate et le propylène glycol restant sont des précurseurs de la néoglucogenèse hépatique, d’où leur intérêt pour éviter l'acétonémie en début de lactation.

L'industrie du spectacle (discothèque, théâtre, cinéma, plateaux de TV) l'utilise pour alimenter les machines à fumées : son évaporation permet de produire un aérosol réputé non toxique[11] et permettant des effets spéciaux (fausses vapeurs, brumes artificielles, matérialisation des rayons laser ou lumineux...), a priori sans danger pour les acteurs ou les spectateurs.

L'industrie aéronautique, l'aviation civile ou militaire l'utilisent en aspersion sur les ailes des avions afin d'y réduire la formation de glace : le givre est à l'origine d'environ 10 % des accidents d'avions[12]). Et l'industrie des systèmes de climatisation/chauffage l'utilise parfois comme antigel non-corrosif et améliorant les transferts de chaleur[13] dans les circuits et applications sensibles (ex. : compresseurs de gaz de pompes à chaleur, capteurs solaires, chambres froides alimentaires…) où il remplace l'éthylène glycol, moins coûteux mais toxique pour l'Homme et l'environnement.

Il permet de produire des solutions de nanoparticules sans qu'elles ne s'agglomèrent[14] (avec un risque toxicologique et écotoxicologique alors renforcé par une bioassimilabilité plus importante de ces nanoparticules).

Toxicologie

Voie orale

Le propylène-glycol est principalement absorbé par voie digestive. Il est oxydé dans le foie en acide lactique, puis en acide pyruvique, qui est utilisé par le corps humain comme source d'énergie. Chez l'être humain il est éliminé du sang avec une demi-vie de deux heures et de l'organisme avec une demi-vie de quatre heures [8].

Des volontaires ont été exposés à environ 309 mg/m³ pendant une minute. Une légère obstruction significative des voies respiratoires (diminution 2 % VEMS/CVF) a été observée[10].

À la suite de l'ingestion de très fortes doses de propylène glycol chez l'homme et l'animal, des effets hématologique, hyperosmotique, cardiovasculaire et des effets sur le système nerveux central ont été rapportés. Une forte concentration sanguine de propylène glycol peut amener de l'acidose métabolique et des changements hyperosmotiques dans le sang[10].

Les cas d'intoxication au propylène glycol sont plus généralement liés à une administration intraveineuse ou à l'ingestion accidentelle de grandes quantités par des enfants[15]^,[16].

L'inhalation de 321 ppm de propylène glycol pendant 90 jours chez le rat cause un épaississement de l'épithélium respiratoire et un grossissement des cellules caliciformes. Une diminution du compte des globules blancs a également été observée chez le rat femelle tandis que l'exposition à 707 ppm cause une diminution de la concentration moyenne d'hémoglobine et du compte des globules blancs. Aucun changement dose-réponse des globules rouges n'a été observé chez le rat mâle[10].

Voie cutanée

Le contact prolongé avec la peau n'est pas ou peu irritant[17]. On constate une irritation modérée en cas de contact cutané occlusif ou de projection de produit non-dilué [8]. Il existe toutefois des cas d'allergie[18] ou d’eczéma de contact (par exemple lors de l'utilisation de crèmes dermiques utilisées pour traiter l'herpès labial[19]). Il est fortement irritant pour les yeux. De manière générale, il est recommandé d'éviter le contact du produit avec la peau ou les yeux.

Voie respiratoire

Lors d'une étude par inhalation d'aérosol contenant 10 % de propylène glycol (dans l'eau déionisée) chez l'homme (diamètre moyen en masse de l'aérosol : 4,8 à 5,4 µm, pendant 1 h), il y a eu moins de 5 % du brouillard qui est pénétré dans l'organisme[10].

Des effets hématologique, hyperosmotique, cardiovasculaire et des effets sur le système nerveux central ont été rapportés. Une forte concentration sanguine de propylène glycol peut amener de l'acidose métabolique et des changements hyperosmotiques dans le sang[10].

Effets génotoxiques

Tous les tests réalisés in vitro et in vivo se sont révélés négatifs[8]^,[20].

Effets cancérigènes

Les données disponibles ne montrent pas d'effet cancérogène chez le rat et la souris[8]^,[20].

Effets sur le système reproducteur

Le propylène-glycol n’agit ni sur la fertilité ni sur le développement des animaux[8].

Toxicité indirecte

Comme tout solvant, le propylène glycol peut présenter une toxicité indirecte, étant capable de solubiliser un grand nombre de produits potentiellement toxiques issus de la chimie organique[21]. En tant que surfactant ou solvant, sa capacité à augmenter la toxicité de certains pesticides tels que le diuron, l'atrazine et l'aminotriazole est discutée[22].

Intoxication

Elle peut être due à une ingestion accidentelle, mais aussi par l'injection, à fortes doses, de certains médicaments, dont le propylène glycol constitue le diluant[23].

Dose létale et concentration létale

la dose létale a été établie chez l'animal[10].


Rat (Orale) :	21,7 g/kg
Souris (Orale) :	24,8 g/kg
Cochon d'Inde (Orale) :	18,3 g/kg
Lapin (Orale) :	19,3 g/kg

A fortes doses, la molécule peut provoquer une insuffisance rénale, une insuffisance hépatique. Au niveau biologique, il existe une acidose lactique, une hyperosmolarité. Le traitement repose sur l'hémodialyse[24].

Notes et références

PROPYLENEGLYCOL, Fiches internationales de sécurité chimique .
Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
« PROPYLENE GLYCOL », sur Hazardous Substances Data Bank (consulté le 3 février 2010).
(en) Yitzhak Marcus, The Properties of Solvents, vol. 4, England, John Wiley & Sons Ltd, 1999, 239 p. (ISBN 978-0-471-98369-9, LCCN 98018212).
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(en) Carl L. Yaws, Handbook of Thermodynamic Diagrams : Organic Compounds C8 to C28, vol. 1, Huston, Texas, Gulf Pub. Co., 1996, 396 p. (ISBN 978-0-88415-857-8, LCCN 96036328).
« Propylène glycol » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009.
Fiche toxicologique FT 226 de l'Institut national de recherche et de sécurité (INRS), 1994.
(en) Alex Scott, « Orlen opens biopropylene glycol plant in Poland » , sur Chemical & Engineering News, 21 novembre 2021 (consulté le 9 décembre 2021).
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Voir aussi

Articles connexes

Liens externes

Bibliographie

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