Le propylène glycol constitue la base des e-liquides destinés aux cigarettes électroniques. La grande majorité des produits proposés sur le marché sont prêts à consommer. Néanmoins, les vapoteurs doivent mieux connaître les e-liquides, particulièrement son rôle. Afin de fournir des informations structurées et complètes, nous allons découvrir à travers cet article tout sur lui.
Les caractéristiques physico-chimiques de propylène glycol
Le propylène glycol se présente sous forme d’un liquide plutôt gluant lorsqu’il est en température ambiante. Il s’agit d’une solution neutre, car il est inodore, insipide et transparent. Concernant sa formule chimique, elle est de C3H8O2. Sa température d’ébullition se situe à 187 °C et sa température de fusion se trouve à -60 °C. Quant à sa densité, elle est de 1,036 kg/L lorsque sa température est de 20 °C.
Le propylène glycol consiste à une molécule polaire. La répartition de ces charges atomiques ne se fait pas de façon homogène. Ce liquide est soluble dans l’alcool et l’eau. Néanmoins, il ne l’est pas dans les huiles ni les solvants apolaires, tels que l’octane et l’hexane. Il dispose d’une polarité plutôt élevée, lui permettant d’être soluble dans un grand nombre de molécules aromatiques. Parmi ces dernières, on ne compte que le maltol et la vanilline, ce qui permet de les utiliser comme arôme. Toutefois, il ne convient pas aux arômes qui se composent d’une haute teneur en molécules apolaires, comme les terpènes (pinène ou limonène).
Comment fabrique-t-on le propylène glycol ?
En général, le propylène glycol provient de deux procédés, notamment la pétrochimie et la carbochimie. Plus précisément, il s’agit d’une synthèse par l’hydratation de l’oxyde de propylène dans une solution acide. Afin de réagir, la température de la solution doit atteindre les 200 °C et la pression est de 12 bars. Cette réaction permet d’obtenir une combinaison de glycol, propylène glycol, dipropylène glycol, tripropylène glycol. Grâce à la déshydratation par évaporation, on peut séparer chaque glycol afin de les purifier par distillation.
Il convient de préciser qu’actuellement, des travaux sont menés pour la synthèse par le biais de la voie biologique. Néanmoins, un propylène glycol bio constitue une extrapolation, puisqu’aucun n’existe encore en état naturel. Parfois, il peut provenir des ingrédients d’origine biologique.
Les domaines d’utilisation du propylène glycol
Le propylène glycol est utilisé par de nombreux secteurs industriels, en raison de ses caractéristiques physico-chimiques.
✔ Les secteurs cosmétiques et du tabac
Pour ces domaines, on choisit le propylène glycol en raison de ses propriétés antibactériennes et humectantes. Cela permet à la prévention de la déshydratation hâtive de leurs produits. Il aide davantage à capturer les particules d’eau environnantes, grâce à son pouvoir hygroscopique. Lors des études en 2009, il a été constaté qu’environ 30 000 produits hygiéniques contiennent du propylène glycol. Le taux de concentration varie d’un produit à l’autre. Parmi eux, on n’en cite que :
- Des mousses à raser
- Des gels douches
- Des dentifrices
- Des shampooings
- Des produits de maquillage
- Des crèmes
✔ Le secteur aéronautique
Le propylène glycol peut être combiné avec de l’éthylène glycol afin de produire un antigel. Ce dernier est introduit dans les circuits de chauffage ou de climatisation de divers appareils. Cependant, il convient de noter qu’on ne le doit pas confondre avec l’éthylène glycol, malgré sa composition dans l’antigel. C’est parce qu’il s’agit de deux molécules distinctes. Par rapport au propylène glycol, l’éthylène glycol se considère comme un produit extrêmement toxique pour l’organisme. D’ailleurs, on enregistre des cas d’empoisonnement mortel, provoqués par la consommation de l’éthylène glycol. Certains sont volontaires, tandis que d’autres non. En revanche, aucun cas grave n’a été constaté pour la consommation d’une forte concentration en propylène glycol.
✔ Des secteurs agroalimentaires
Dans ce domaine, le taux du propylène glycol utilisé est très faible, car il se sert en tant qu’émulsifiant (E1520). Parfois, il peut également être utilisé en tant que support pour certains colorants ou arômes.
✔ Le secteur pharmaceutique
Ce secteur utilise fréquemment du propylène glycol afin d’assurer le fonctionnement de certains actifs. On le trouve, par exemple, dans des sprays, buccaux et nasaux, et dans des solutions injectables par intraveineuse.
✔ Le secteur événementiel
Dans cette optique, le propylène glycol est utilisé comme un aérosol, permettant à la simulation d’une fumée naturelle.
Le secteur de la vape
Ici, on utilise le propylène glycol dans des e-liquides pour un support d’arôme et un diluant.
La synthèse du propylène glycol par l’organisme
La synthèse de chaque molécule par l’organisme s’effectue par plusieurs réactions chimiques à la suite de sa prise. L’objectif principal consiste à son utilisation ou à son élimination.
Les différentes méthodes de prise du propylène glycol sont l’injection, intraveineuse ou cutanée, l’inhalation et la gestion. Sa synthèse se manifeste essentiellement au niveau du foie et rarement des reins. Cela consiste à sa transformation en acide pyruvique et lactique. Il s’agit des composantes qui sont naturellement présentes dans l’organisme. Ils permettent de produire de l’énergie indispensable pour le corps (cycle de Krebs). La plupart du propylène glycol se métabolise ou s’expulse par le corps, entre 2 et 4 heures, à la suite de son absorption. Il s’agit d’un intervalle de temps moyen pour une personne en bonne santé. Entre 12 et 45 % du propylène glycol non métabolisé se rejette dans l’urine.
Remarque :
Il est essentiel de noter que le propylène glycol provient généralement de la pétrochimie. On l’utilise dans plusieurs secteurs industriels à cause de ses multiples propriétés chimiques ainsi que son innocuité. De nos jours, il devient omniprésent dans la vie quotidienne et dans les foyers. Même si on ne s’en rend pas compte, on le prend quotidiennement dans les dentifrices, les médicaments et les aliments.
La toxicologie du propylène glycol
Au sein du secteur scientifique, on ne constate aucun décès relatif à une surexposition au propylène glycol. Utilisé fréquemment comme un additif alimentaire, il se considère en tant que faiblement toxique. De toute manière, la FDA l’atteste et la classifie comme « une substance grasse ». Cet organisme notifie qu’aucun danger n’est à suspecter pour l’organisme, pendant la prise de PG, à l’égard de la quantité consommée.
Pour une mesure de précaution, l’OMS recommande la concentration maximale de 25 mg/kg, ingérée par jour. Pour un individu de 70 kg, la dose maximale est de 1,7 g de propylène glycol par jour. Nonobstant, des études ont montré l’absence d’un effet secondaire au-delà de cette limite.
Malgré tout, notons que la consommation d’une forte concentration de propylène glycol successivement, quotidiennement et durablement peut entraîner des désagréments. Cela risque de provoquer une acidose lactique ou une insuffisance rénale. En effet, la première est entraînée par l’excès d’acide lactique, produit de la synthèse dans l’organisme. Elle est susceptible d’induire un déséquilibre acido-basique de l’organisme. Une acidose lactique peut entraîner des symptômes non spécifiés. Elle se caractérise par des douleurs, abdominales ou thoraciques, des difficultés respiratoires ou des nausées. En outre, certains individus pourraient présenter des effets secondaires. Certains soins médicaux ou des pathologies hépatiques pourraient stimuler l’agglomération du PG. De toute manière, arrêter sa consommation favorise le rétablissement chez les cas testés. La surexposition fréquente peut également avoir un effet néfaste au niveau du système nerveux central.
De toute façon, il est important de noter que ses effets ne sont constatés que lors des études scientifiques. Cependant, les cas ont été contraints de consommer des concentrations excessives de propylène glycol. En effet, ils ont été soumis à dépasser largement la concentration recommandée, par rapport à celle du vapotage et des produits agroalimentaires. Un vapoteur, qui inhale 5 ml d’e-liquide à 50-50, ingère 2,5 g de propylène glycol par jour.
L’ingestion du propylène glycol par voie orale
Jusqu’à nos jours, il existe encore aucune étude, mentionnant la dose fatale de propylène glycol chez l’organisme. Parfois, lors de la surexposition non-fatale, on ne peut pas encore mettre en évidence sa toxicité dans le domaine clinique. Lors des études sur des animaux par gavage, on n’a constaté qu’une poignée d’effets secondaires, notamment une réduction d’activité.
Par ailleurs, la consommation d’une quantité extrême de propylène glycol pourrait entraîner le déséquilibre du système nerveux. Ce cas a été observé chez un sujet, ingérant 228 mg/kg/jour, pendant une période de 13 mois. En outre, la production excessive d’acide lactique entraînerait une acidose lactique. C’est en raison des effets de synthèse, lors d’une forte concentration et fréquente en PG. Lors d’un surdosage, on risque de rencontrer un déséquilibre osmotique ou une toxicité cardiaque. Ce premier est dû à la déshydratation cellulaire.
L’ingestion du propylène glycol par inhalation
Par cette voie, des études ont été effectuées sur des humains et des animaux, visant à détecter les impacts toxicologiques. Pour les animaux, deux études ont été réalisées, pendant lesquelles des rats et des primates ont inhalé des vapeurs de propylène glycol. Les tests ont été effectués quotidiennement durant de nombreux mois. À la fin de la période, les experts ont observé des effets secondaires moins importants. Parmi ces derniers, on reconnaît :
- Le gain ou la perte de poids
- La réduction de la concentration des globules blancs
- Le saignement du nez
Aucun organe n’a connu une altération, lors d’un examen post-mortel de ces animaux. Une telle expérience, mais beaucoup plus récente, approuve les mêmes constatations.
Par contre, il n’est pas fréquent de trouver des tests sur l’Homme. Néanmoins, une étude a été réalisée sur 93 patients, qui sont atteints des troubles respiratoires chroniques. Ils ont subi une inhalation d’un aérosol d’une solution de 40 % de propylène glycol. Par le biais des masques respiratoires, l’inhalation a duré 15 minutes. Après le test, les experts ont constaté un haut niveau de tolérance de l’aérosol chez tous les patients. De plus, ils n’ont observé aucun effet secondaire, tout au long du texte ainsi que durant les jours qui suivent. Ce qui est promoteur durant le test, c’est que l’usage de cette solution a un effet positif sur l’utilisation des médicaments bronchodilatateurs.
Lors de l’inhalation du propylène glycol, on peut constater qu’il ne présente aucune toxicité pour tous les organes, particulièrement les poumons. Le seul bémol observé consiste à l’irritation des voies respiratoires par la suite des surexpositions répétées. De toute manière, ce cas est uniquement constaté sur une partie de ces sujets, lors de la mise en évidence de sa nature subjective.
L’utilisation du propylène glycol par voie cutanée
Dans ce sens, on trouve le propylène glycol dans une grande variété de produits cosmétiques et pharmaceutiques. Cela concerne particulièrement les solutions à appliquer sur la peau. En effet, on peut recenser une multitude d’études sur ces impacts par la voie cutanée.
Dans des cas fréquents, les experts ont constaté une réaction cutanée, provoquée par le propylène glycol chez certains individus. Ils ont réalisé de nombreux tests de sensibilité ou d’irritation cutanée. Cependant, ils ont utilisé des déodorants qui contiennent une forte concentration en propylène glycol, qui peut atteindre les 86 %. Sur les différents sujets, une réaction irritante a été aperçue chez des cas minoritaires.
En outre, une autre étude sur 886 personnes a été menée, en les mettant en contact avec le propylène glycol pur. Seuls 16 % de ses sujets ont présenté des réactions irritantes. Il est à noter que la grande majorité de ces derniers disposent des peaux sensibles et fragilisées. Ce fait réduit autant la liaison entre l’exposition au propylène glycol et la réaction irritante. Pour eux, il peut s’agir d’une irritation qui semble être en liaison avec leur physiologie.
L’usage du propylène glycol par voie intraveineuse
On peut également rencontrer certains individus qui utilisent la voie intraveineuse pour la prise de propylène glycol. Parmi toutes les méthodes existantes, il s’agit d’un moyen qui est susceptible de présenter une surexposition au PG. La prise de 90 g de propylène glycol par jour pendant une longue durée risque d’entraîner une dysfonction rénale. En arrêtant le traitement, on constate une amélioration rapide de l’état des sujets. Néanmoins, il a été constaté que la prise d’une grande quantité de PG entraîne des effets secondaires, notamment le déséquilibre métabolique. En arrêtant également le traitement, le retour à la normale a été constaté entre 24 et 72 heures.
Remarque :
Même s’il n’existe que peu d’études en matière d’inhalation du PG sur l’Homme, plusieurs tests ont été effectués par d’autres méthodes. Durant les recherches, les doses utilisées par la voie intraveineuse, la voie cutanée et l’ingestion sont les plus significatives. On n’a constaté aucune conséquence significative sur les sujets. En ce qui concerne les effets secondaires constatés, ils sont liés à l’exposition excessive de propylène glycol. Il est essentiel de préciser qu’en utilisant un vaporisateur personnel, on ne risque pas d’atteindre le niveau létal de l’exposition.
Le rôle de propylène glycol en vape
Le propylène glycol consiste à un ingrédient dominant, qu’on utilise dans la plupart des e-liquides sur le marché. Il a été approuvé par les acteurs pharmaceutiques en tant qu’un véhicule des actifs bronchodilatateurs, tels que la ventoline. En réalité, il s’agit d’une base parfaite pour un e-liquide en raison de ses propriétés physico-chimiques.
Son principal atout, c’est qu’il peut être vaporisé à basse température. Lorsqu’il entre en état gazeux, il se transforme en des petites gouttelettes, grâce à la condensation. Cela lui permet de capturer certaines molécules voisines, notamment les molécules aromatiques, la nicotine et l’eau. C’est ce même phénomène qui engendre un aérosol, imitant la fumée de façon visuelle.
Les microparticules de propylène glycol, que l’aérosol se compose, permettent à la diffusion des autres molécules piégées. En raison de leur taille, les particules traversent les voies respiratoires, en garantissant l’absorption ainsi que la délivrance de la nicotine.
Un autre avantage consiste en sa faible viscosité, permettant d’optimiser considérablement le fonctionnement d’un vaporisateur. En effet, pendant la vape, la mèche risque de s’assécher localement. La lenteur de sa réhydratation risque d’entraîner la surchauffe, ce qui peut provoquer une sensation d’odeur et de saveur nauséabonde (dry hit). Grâce à la faible viscosité du propylène glycol, on peut prévenir l’assèchement de la mèche et l’apparition de dry hit.
En ce qui concerne ses propriétés chimiques, elles facilitent et optimisent la solubilité de la nicotine et les molécules aromatiques. Pendant la vaporisation, sa stabilité thermique évite la dégradation significative. C’est parce que les particules toxiques, générées par la dégradation, risquent de nuire à l’organisme. Malgré ce fait, sa quantité est significativement plus faible par rapport à celle engendrée par la fumée de tabac.
Lors d’un « throat hit », le rôle de propylène glycol est plutôt incertain. Il revient aux fumeurs de rechercher la contraction du larynx. Nonobstant, la nicotine joue également un rôle majeur dans l’apparition de ce phénomène. Il existe de nombreuses suppositions concernant le rôle du propylène glycol. Grâce à sa légère nature irritante, il peut stimuler la contraction. D’ailleurs, grâce à ses propriétés physico-chimiques, on peut obtenir une meilleure fluidité, ce qui facilite considérablement la vaporisation à basse température. Par rapport à la glycérine végétale, utilisée également dans le domaine de la vape, les résultats sont bien meilleurs. En utilisant la même méthode, plus la consommation en e-liquide augmente, plus la consommation en nicotine est importante. Cela peut stimuler l’irritation de la gorge, ce qui engendre alors le throat hit.
Comment utiliser de façon optimale le propylène glycol ?
En matière de limites, lorsqu’on utilise le PG comme constituant d’un e-liquide, on doit tenir compte de sa nature irritante. En effet, son inhalation peut présenter des inconvénients pour ceux qui en sont intolérants ou sensibles. Cela peut provoquer des sensations des gênes dans la gorge. De plus, l’irritation peut même atteindre les voies respiratoires, en provoquant une toux fréquente et violente. Dans une telle situation, le seul moyen est de se délivrer entièrement de la prise de PG. Cependant, on doit l’exclure de la constitution de l’e-liquide.
Il existe des personnes qui sont sensibles au PG, mais elles n’en sont pas intolérantes. De ce fait, il doit équilibrer sa concentration dans l’e-liquide. En raison de son caractère irritant, au-delà d’un certain seuil, chaque vapoteur doit procéder au test pour trouver la concentration optimale. Il doit tester tous les niveaux jusqu’à ce qu’il trouve le taux idéal.
En termes de matrice diluant « parfaite », il en existe aucune composition chimique. En réalité, cela varie en fonction de la physiologie de chaque vapoteur ainsi que son objectif principal des sensations à percevoir. Il peut alors tenir compte de :
- Délivrance de la nicotine
- Plaisir
- Sensibilité à l’irritation
- Risques
- Perception de la saveur
De toute manière, le point le plus essentiel est de trouver le dosage optimal, permettant de se délivrer du tabagisme.
Il convient de noter que la forte consommation en propylène glycol risque d’entraîner des troubles de déshydratation. C’est en raison de sa nature hygroscopique qui peut assécher les muqueuses, en provoquant une sensation de sécheresse dans la bouche. C’est la principale raison de s’hydrater parfaitement pendant et après le vapotage.
Pareillement, en considérant la métabolisation du propylène glycol, sa consommation excessive risque de stimuler la formation des courbatures ou des crampes. Ces dernières sont susceptibles de s’intensifier durant les efforts physiques.
Remarque :
Comme le PG sert souvent à diluer les arômes dans un e-liquide, leur usage requiert une concentration de propylène glycol non-négligeable. Elle peut aller à 20 % du volume. Les fabricants ne mentionnent pas souvent sa présence sur les étiquettes, car cela peut relever du secret de fabrication. Malgré cela, les vapoteurs sensibles au PG ont le droit à l’accès à ces informations. Pour cela, ils peuvent consulter les FDS de l’e-liquide ou demander des conseils au sein du fabricant.
D’autres possibilités à l’usage du propylène glycol
Si un vapoteur est intolérant au propylène glycol, il existe d’autres alternatives qu’il peut prendre en compte.
✔ Glycérine végétale
Appelée également glycérol, il s’agit du principal concurrent de propylène glycol, connu sous l’appellation de 1,2,3-propanetriol. Pendant la vape, la glycérine végétale se transforme en des vapeurs abondantes et denses. En matière de saveur, elle a un goût plutôt sucré, permettant de dissimuler la sensation des molécules aromatiques. Par rapport au propylène glycol, sa température d’ébullition est plus élevée, car elle peut atteindre jusqu’à 290 °C. En effet, sa concentration dans un e-liquide peut influer sur la température de vaporisation. D’ailleurs, cela risque de stimuler l’apparition des facteurs de dégradation. Par conséquent, tenir compte de l’émission de la vapeur constitue un enjeu-clé dans le domaine de la vape. Entre autres, cela consiste à un phénomène idéal à comprendre dans la mesure des conséquences.
En outre, la viscosité de la glycérine végétale est 30 fois supérieure à celle du PG. En conséquence, l’imprégnation de la mèche sera plus difficile par rapport au PG. Cela se traduit par l’augmentation du risque d’assèchement local. Afin de combler ce phénomène, on doit attendre l’imprégnation de l’e-liquide, en patientant des secondes entre chaque inhalation. Par ailleurs, une autre possibilité consiste à l’adaptation du matériel. Pour cela, on peut se servir des mèches et des résistances adéquates aux e-liquides visqueux, notamment des mèches en silice.
✔ 1,3-propanediol
Il s’agit d’un énantiomère du propylène glycol, car ils ont une formule brute similaire. Cela signifie qu’ils se constituent des mêmes atomes. Par contre, la différence se situe au niveau des structures moléculaires. Un grand nombre de vapoteurs appellent cette alternative le « végétol ». Ses propriétés physico-chimiques se situent entre celles du glycérol et celles de propylène glycol. En effet, sa température d’ébullition est de 215 °C (187 °C (PG) > 215 °C > 290 °C (VG)).
En tant qu’une molécule polaire, il est en mesure de solubiliser la quasi-totalité des ingrédients dans tout e-liquide. Il constitue alors un excellent véhicule tant pour délivrer la nicotine que pour percevoir les saveurs d’un e-liquide.
En matière de sa toxicité en inhalation, les études sont jusqu’à nos jours très rares. Pourtant, en 2005, une étude a constaté que l’inspiration de 1,8 g, pendant six heures/jour, durant 10 jours n’a aucun effet secondaire. Cette étude permet également de conclure que le végétol peut s’utiliser en inhalation. De plus, il dispose d’une stabilité thermique optimale. Sa dégradation thermique commence à partir de 201 °C. En matière d’aérosol, sa vaporisation est semblable à celle du PG.
Remarque :
Par rapport au végétol, le propylène glycol dispose des propriétés physico-chimiques, idéales pour un support de diffusion des composants. Cela concerne particulièrement les molécules aromatiques et la nicotine. Il permet la délivrance de la nicotine et à la stimulation de la contraction du larynx. Toutefois, il respecte grandement l’équilibre aromatique des e-liquides. Par contre, certains individus sont intolérants au PG, la meilleure solution consiste au remplacement par le végétol ou le glycérol. Toutefois, il n’existe aucune composition de matrice diluante, idéale ou universelle. Chaque vapoteur doit procéder au test afin de trouver la concentration parfaite et la base idéale.
Conclusion
Le PG consiste à une base utilisée dans des produits de consommation. Outre le nombre insuffisant des études sur son inhalation par l’Homme, d’autres recherches ont été menées sur les autres méthodes d’utilisation. Toutefois, la méthode par inhalation permet de minimiser sa consommation par rapport aux autres méthodes, particulièrement l’injection. Toutes les études réalisées ont affirmé que les effets secondaires sont minimes et non-irréversibles. En vape, son usage dans les e-liquides constitue un parfait support et permet de s’affranchir du tabagisme.
Quelle que soit la base utilisée dans la composition, il revient au vapoteur de déterminer ses exigences. Afin d’y parvenir, il doit tenir compte de son niveau de tolérance au PG, la qualité et l’intensité de la vapeur voulues. Pour d’autres, certaines des critères importants consistent au throat hit ou la perception des arômes utilisés.
La concentration de la base d’un e-liquide se considère alors en tant qu’un critère subjectif, qui doit convenir à chaque vapoteur. Pourtant, l’adaptation du matériel, en fonction de l’e-liquide, et du comportement est indispensable afin de prévenir la potentielle toxicité de la solution.
