Il cloruro di metilene è usato principalmente come solvente negli sverniciatori. Viene anche utilizzato come propellente per aerosol, solvente di lavorazione nella produzione di steroidi, antibiotici, vitamine e rivestimenti per compresse; come agente sgrassante; nella produzione di elettronica; e come agente schiumogeno di uretano. Il cloruro di metilene viene anche utilizzato nella pulizia dei metalli, come solvente nella produzione di resine di policarbonato e fibre di triacetato, nella lavorazione di film, formulazioni di inchiostri e come solvente di estrazione per oleoresine di spezie, caffeina e luppolo. Una volta era registrato per l'uso negli Stati Uniti come insetticida per la fumigazione di merci di fragole, agrumi e una varietà di cereali.
Il cloruro di metilene è stato utilizzato come agente espandente per schiume e come solvente per molte applicazioni, compreso il rivestimento di pellicole fotografiche, prodotti farmaceutici, formulazioni aerosol e in larga misura nelle formulazioni svernicianti. Viene utilizzato come solvente in numerosi processi di estrazione, dove è desiderabile la sua elevata volatilità. Ha un elevato potere solvente per esteri di cellulosa, grassi, oli, resine e gomma ed è più solubile in acqua della maggior parte degli altri solventi clorurati. Le formulazioni per la sverniciatura possono contenere altri solventi oltre a cloruro di metilene e si trovano spesso al di fuori del luogo di lavoro. Queste formulazioni spesso contengono altri ingredienti che ritardano l'evaporazione e nel processo aumentano la probabilità di irritazione della pelle.
Il cloruro di metilene è stato utilizzato come gas anestetico ma non è più utilizzato a causa dello stretto indice terapeutico.
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