مصرف اسید استیک در صنایع شیمیایی

مقدمه

اسید استیک (CH₃COOH) که بیشتر با بوی ترش و تندش و نام جوهر سرکه شناخته می شود، یکی از مواد پایه و پرکاربرد در دنیای صنعت به حساب می آید. این ماده شیمیایی ساده، نقش مهمی در بسیاری از فرایندهای تولیدی دارد و حضورش در کارخانه های مختلف کاملا محسوس است.

در صنایع شیمیایی، اسید استیک کاربردهای متنوعی دارد و در بخش های مختلفی استفاده می شود؛ از تولید پلاستیک ها و الیاف مصنوعی گرفته تا ساخت حلال ها، چسب ها و حتی بعضی افزودنی های غذایی. حجم بالای مصرف باعث شده سالانه حدود ۲۰ میلیون تن از این ماده در جهان تولید شود تا نیاز صنایع گوناگون تامین گردد.

این اسید آلی، ماده اولیه بسیاری از محصولات مهم صنعتی است. موادی مثل وینیل استات برای چسب ها، اسید ترفتالیک خالص در تولید پلاستیک های پلی استری و انواع استرهای استات که در رنگ ها و پوشش ها به کار می روند، همگی به اسید استیک وابسته هستند. همین ویژگی باعث شده در بازار داخلی هم خرید اسید استیک شازند به دلیل کیفیت یکنواخت و دامنه مصرف بالا، همیشه با تقاضای قابل توجهی همراه باشد.

توان واکنش پذیری مناسب و سازگاری بالا با فرایندهای مختلف، اسید استیک را به یکی از مواد ضروری در صنایع امروزی تبدیل کرده است؛ ماده ای که بدون آن، بخش زیادی از تولیدات صنعتی به شکل فعلی امکان پذیر نخواهد بود.

تولید صنعتی اسید استیک

امروزه بخش عمده اسید استیک مورد نیاز صنایع از مسیر کربونیلاسیون متانول تولید می شود. در این فرآیند، متانول که معمولا از منابعی مانند گاز طبیعی یا زغال سنگ و از طریق گاز سنتز به دست می آید، در حضور کاتالیزور با منوکسید کربن واکنش می دهد و اسید استیک حاصل می شود. این روش از اواخر قرن بیستم به شکل صنعتی رواج پیدا کرد و به دلیل راندمان بالا و هزینه مناسب، به سرعت جایگاه اصلی تولید جهانی را به خود اختصاص داد.

در کنار این مسیر غالب، روش های دیگری نیز برای تولید اسید استیک وجود دارد؛ از جمله اکسیداسیون استالدهید یا نفتای سبک و همچنین تخمیر زیستی اتانول که بیشتر در تولید سرکه کاربرد دارد. با این حال سهم این روش ها در مقایسه با کربونیلاسیون متانول محدود است و بیشتر نقش مکمل دارند، به ویژه در کاربردهای خاص مانند مصرف اسید استیک در صنایع غذایی که حساسیت های کیفی و استانداردهای متفاوتی دارد.

گسترش فناوری کربونیلاسیون متانول امکان تولید اسید استیک در مقیاس بسیار بزرگ، در حد چندین میلیون تن در سال، را فراهم کرده است. بسیاری از شرکت های بزرگ شیمیایی واحدهای اختصاصی تولید این ماده را راه اندازی کرده اند که اغلب در کنار واحدهای پایین دستی مصرف کننده اسید استیک قرار دارند. دسترسی به متانول ارزان قیمت و پیشرفت مداوم کاتالیزورها نیز باعث شده ظرفیت تولید به شکل پیوسته افزایش یابد.

در مجموع، رشد عرضه اسید استیک همزمان با افزایش تقاضا در شاخه های مختلف صنایع شیمیایی پیش رفته است. همین توازن میان تولید و مصرف باعث شده این ماده اولیه مهم به طور پایدار و در حجم کافی در اختیار بازارهای صنعتی قرار بگیرد و نقش کلیدی خود را در زنجیره های تولید حفظ کند.

کاربرد های کلیدی و عوامل تقاضا

اسید استیک در فرایندهای شیمیایی گوناگونی استفاده می شود، اما بخش عمده مصرف جهانی آن به چند کاربرد مشخص محدود است. مهم ترین مصرف این ماده به تولید مونومر وینیل استات اختصاص دارد که به تنهایی حدود یک سوم کل اسید استیک مصرفی جهان را جذب می کند و نقش اصلی را در بازار این ماده ایفا می کند.

پس از آن، تولید اسید ترفتالیک خالص برای ساخت پلاستیک ها و الیاف پلی استری جایگاه مهمی دارد. این کاربرد به ویژه در کشورهای آسیایی که صنایع نساجی و بسته بندی آن ها با سرعت بالایی در حال توسعه است، سهم قابل توجهی از مصرف اسید استیک را به خود اختصاص داده است.

بخش دیگری از اسید استیک به تولید حلال های استری مانند اتیل استات و بوتیل استات اختصاص می یابد. این حلال ها به دلیل استفاده گسترده در رنگ ها، پوشش های صنعتی، چسب ها و جوهرها، نقش پررنگی در تقاضای بازار دارند و یکی از پایه های اصلی مصرف به شمار می روند.

در کنار این موارد، انیدرید استیک که مستقیما از اسید استیک تولید می شود، در ساخت استات سلولز و طیف متنوعی از مواد شیمیایی کاربرد دارد. همچنین بخشی از این ماده صرف تولید اسید مونوکلرواستیک و سایر ترکیبات تخصصی می شود. حتی صنایع غذایی نیز برای تهیه سرکه و بعضی نگهدارنده ها به اسید استیک وابسته هستند. در مجموع، هرگونه رشد در صنایعی مانند چسب، پلاستیک و منسوجات، به طور مستقیم باعث افزایش مصرف اسید استیک در بازار جهانی می شود.

جدول زیر کاربرد های اصلی صنعتی اسید استیک، سهم تقریبی هر کدام در مصرف و صنایع وابسته را نشان می دهد:

کاربرد / مشتق	صنعت مصرف کننده عمده	درصد تقریبی مصرف اسید استیک	نکات کلیدی	روند تقاضا
مونومر وینیل استات (VAM)	صنایع چسب و رنگ (رزین های PVA ، EVA)	~۳۰٪	بزرگترین مصرف کننده اسید استیک در جهان	در حال رشد
اسید ترفتالیک خالص (PTA)	پلاستیک ها و الیاف پلی استر (PET)	~۲۰٪	حلال در تولید PET (بیشتر بازیافتی)	تقاضای بالا در آسیا
اتیل استات	حلال در جوهر ، پوشش ها ، چسب ها	~۱۵٪	تولید از استریفیکاسیون اتانول با اسید استیک	رشد پایدار
نرمال بوتیل استات	حلال در رنگ ها و لاک ها	~۵٪	حلالیت خوب و سرعت تبخیر متوسط ، مناسب پوشش های رنگ	ثابت
انیدرید استیک	استات سلولز ، صنایع دارویی	~۱۰٪	تولید شده از اسید استیک ، مصرف در الیاف و آسپرین	رشد ملایم
اسید مونوکلرواستیک (MCA)	آفت کش ها ، CMC (غلیظ کننده) ، رنگ ها	~۵٪	اسید استیک کلردار ، ماده واسطه همه کاره	ثابت
سایر استر های استات	حلال های ویژه و عطرسازی	<۳٪	شامل ایزوپروپیل و ایزوامیل استات (مصارف خاص)	رشد محدود
مصارف غذایی (سرکه)	صنعت غذا (سرکه و افزودنی ها)	متغیر (کم)	تخمیر یا رقیق سازی برای مصرف خوراکی	ثابت

مونومر وینیل استات (VAM) مصرف کننده عمده اسید استیک

مونومر وینیل استات که با نام Vinyl Acetate Monomer یا به اختصار VAM شناخته می شود، یکی از مهم ترین فرآورده های به دست آمده از اسید استیک به شمار می رود و در مقیاس جهانی بزرگترین سهم مصرف این اسید را دارد. جایگاه ویژه VAM باعث شده نقش تعیین کننده ای در بازار اسید استیک ایفا کند.

این ماده از واکنش اسید استیک با اتیلن و اکسیژن، در حضور کاتالیزور مناسب تولید می شود که در نهایت وینیل استات و مقدار مشخصی آب به دست می آید. فرایندی که به دلیل بازده بالا، سال هاست در صنعت به صورت گسترده مورد استفاده قرار می گیرد.

مونومر وینیل استات ماده اولیه ساخت پلیمرهایی مانند پلی وینیل استات و پلی وینیل الکل است. این پلیمرها کاربرد وسیعی در تولید انواع چسب، رنگ، پوشش های صنعتی و فیلم های پلیمری دارند و در زندگی روزمره به شکل های مختلف دیده می شوند.

علاوه بر این، VAM در تولید کوپلیمر EVA یا اتیلن–وینیل استات نیز استفاده می شود؛ ماده ای که در فیلم های بسته بندی و پوشش های محافظ پنل های خورشیدی نقش مهمی دارد. همین تنوع کاربرد باعث شده مصرف اسید استیک در این بخش بسیار بالا باشد، به طوری که حدود سه دهم از کل اسید استیک تولیدی جهان صرف تولید VAM می شود.

تقاضا برای مونومر وینیل استات ارتباط مستقیمی با رشد صنایعی مانند ساختمان سازی، بسته بندی و خودروسازی دارد، زیرا این حوزه ها به محصولات چسب دار، رنگ ها و درزگیرها وابستگی زیادی دارند. با گسترش این صنایع، نیاز به VAM نیز حفظ شده است، به ویژه در منطقه آسیا-اقیانوسیه که فعالیت های تولیدی در سطح بالایی قرار دارد.

در چین، به دلیل دسترسی گسترده به استیلن ارزان حاصل از زغال سنگ، برخی واحدها از مسیر جایگزین تولید استفاده می کنند و اسید استیک را با استیلن وارد واکنش می کنند. در مجموع، مونومر وینیل استات همچنان مهم ترین محرک مصرف اسید استیک در جهان محسوب می شود و نشان می دهد این اسید تا چه اندازه در تولید محصولات روزمره ای مانند چسب ها، رنگ های لاتکس و نوارهای چسب نقش اساسی دارد.

اسید ترفتالیک خالص (PTA) تولید پلی استر

اسید ترفتالیک خالص که با نام PTA شناخته می شود، یکی از محصولاتی است که ارتباط نزدیکی با مصرف اسید استیک دارد و این وابستگی مستقیما به صنعت پلی استر برمی گردد. PTA ماده اولیه اصلی برای تولید پلی اتیلن ترفتالات یا PET است؛ پلاستیکی که در ساخت بطری ها، بسته بندی های مواد غذایی و الیاف پلی استری کاربرد گسترده ای دارد.

در متداول ترین روش تولید PTA، پارا زایلن در محیطی حاوی اسید استیک و در حضور هوا اکسید می شود تا اسید ترفتالیک به دست آید. در این فرایند، اسید استیک نقش حلال و بستر واکنش را ایفا می کند. اگرچه بخش عمده این اسید پس از پایان واکنش بازیابی و دوباره استفاده می شود، اما در هر چرخه مقدار اندکی از آن مصرف یا از دست می رود و نیاز به جایگزینی با اسید استیک تازه وجود دارد.

با توجه به اینکه واحدهای تولید PTA در مقیاس بسیار بزرگ فعالیت می کنند و ظرفیت آن ها به میلیون ها تن در سال می رسد، همین مقدار کم اسید استیک تازه برای هر تن محصول، در مجموع به تقاضای قابل توجهی منجر می شود. به همین دلیل، تولید PTA سهم بالایی از مصرف اسید استیک را به خود اختصاص داده است، به ویژه در منطقه آسیا که صنایع الیاف پلی استری و بسته بندی PET با سرعت زیادی گسترش یافته اند.

کشورهایی مانند چین، هند و کره جنوبی با ایجاد ظرفیت های عظیم تولید PTA، نیاز متناظری به اسید استیک در بازار ایجاد کرده اند. در مقیاس جهانی، حدود یک پنجم مصرف اسید استیک به این بخش اختصاص دارد. افزایش تقاضا برای الیاف مصنوعی در صنعت پوشاک و استفاده گسترده تر از بطری های PET در بسته بندی نوشیدنی ها، همزمان با رشد جمعیت، این روند را تقویت کرده است.

از تولید منسوجات گرفته تا بطری های پلاستیکی، نقش اسید استیک به عنوان حلال پشتیبان در فرایند تولید PTA برای شکل گیری زنجیره بزرگ تامین پلی استر حیاتی است. تا زمانی که نیاز جهانی به مواد پلی استری بالا باقی بماند، تولید PTA و مصرف وابسته اسید استیک نیز همچنان در سطح قابل توجهی ادامه خواهد داشت.

اتیل استات و بوتیل استات حلال های استاتی

اسید استیک یکی از مواد پایه مهم در تولید حلال های پرکاربردی مثل اتیل استات و نرمال بوتیل استات به شمار می رود. این دو ترکیب استری به خاطر توان حل کنندگی مناسب و تبخیر کنترل شده، جایگاه ویژه ای در صنایع مختلف پیدا کرده اند و به شکل گسترده در حوزه هایی مانند رنگ و پوشش، چاپ، تولید مرکب، لاک، ورنی و انواع چسب استفاده می شوند.

اتیل استات از واکنش اسید استیک با اتانول و در حضور یک کاتالیزور اسیدی ساخته می شود. این حلال به دلیل تبخیر سریع و بوی نسبتا ملایم و میوه ای، گزینه ای رایج در ساخت چسب ها، لاک پاک کن های بدون استون، فرمولاسیون جوهر های چاپ و بسیاری از کاربرد های عمومی صنعتی است و به عنوان یک حلال چندمنظوره شناخته می شود.

در مقابل، نرمال بوتیل استات که از ترکیب اسید استیک با نرمال بوتانول به دست می آید، سرعت تبخیر کمتری نسبت به اتیل استات دارد. همین ویژگی باعث شده در صنعت رنگ، به ویژه پوشش های خودرویی، مورد توجه قرار بگیرد؛ زیرا قدرت حل کنندگی خوب آن به بهبود پخش، جریان یکنواخت و افزایش جلای نهایی رنگ در فرمولاسیون لاک ها کمک می کند.

در مجموع، اتیل استات و بوتیل استات سهم قابل توجهی از مصرف جهانی اسید استیک را به خود اختصاص می دهند که حدود ۱۵ تا ۲۰ درصد برآورد می شود. میزان تقاضای این حلال ها معمولا با شرایط صنایع خودروسازی، ساخت و ساز و بسته بندی تغییر می کند، چون این بخش ها مصرف کنندگان اصلی رنگ و پوشش هستند. در سال های اخیر، رشد سریع صنعت و توسعه زیرساخت ها در آسیا، به ویژه چین و هند، مصرف این حلال ها را افزایش داده است. همچنین سمیت کمتر و قابلیت تجزیه پذیری زیستی مناسب، باعث شده نسبت به برخی حلال های دیگر ترجیح داده شوند. به همین دلیل، تولید حلال های استاتی همچنان یکی از مسیر های مهم مصرف اسید استیک محسوب می شود و با ادامه گسترش بازار های نوظهور، انتظار می رود این بخش با رشدی ملایم همراه باشد.

انیدرید استیک و کاربرد های آن

انیدرید استیک یکی از مشتقات مهم اسید استیک به حساب می آید که در صنعت شیمی نقش یک واکنش گر پرکاربرد را دارد. این ماده از پیوند شیمیایی دو مولکول اسید استیک و با جدا شدن یک مولکول آب به دست می آید؛ در گذشته این فرایند معمولا از طریق آب زدایی در دما های بالا و با واسطه تولید کتن انجام می شد. انیدرید استیک مایعی شفاف و بی رنگ با بویی تند است و به دلیل قدرت بالای استیله کنندگی شناخته می شود.

یکی از نخستین و مهم ترین موارد مصرف انیدرید استیک، تولید استات سلولز است. این ماده در ساخت فیلم های عکاسی، قاب عینک، الیاف نساجی مانند ریون استات و همچنین فیلتر سیگار کاربرد دارد. در واقع، تولید الیاف استات سلولزی برای فیلتر سیگار طی دهه ها سهم بزرگ و نسبتا ثابتی از مصرف جهانی انیدرید استیک را به خود اختصاص داده است.

کاربرد قابل توجه دیگر این ترکیب در صنعت داروسازی دیده می شود. به عنوان نمونه، انیدرید استیک برای انجام واکنش استیلاسیون اسید سالیسیلیک و تولید اسید استیل سالیسیلیک یا همان آسپرین استفاده می شود. علاوه بر آن، در فرایند ساخت پاراستامول (استامینوفن) و برخی دیگر از دارو ها که نیاز به افزودن گروه استیل دارند، این ماده نقش کلیدی ایفا می کند.

فراتر از داروسازی، انیدرید استیک در سنتز رنگ ها، مواد معطر و حتی بعضی مواد منفجره نیز کاربرد دارد؛ برای مثال در تهیه برخی ترکیبات پراکسیدی از آن استفاده می شود. به طور کلی حدود ۱۰ درصد از تولید جهانی اسید استیک صرف ساخت انیدرید استیک می گردد. تقاضای این ماده معمولا ثبات نسبی دارد و بیشتر به بازار هایی مانند صنایع دارویی، مصرف سیگار و تولید مواد اولیه صنعتی وابسته است. با این حال، داد و ستد بین المللی انیدرید استیک به شدت تحت نظارت قرار دارد، زیرا امکان سوء استفاده از آن در فعالیت های غیرقانونی، به ویژه در فرایند تولید هروئین از مرفین، وجود دارد. در مجموع، انیدرید استیک همچنان یکی از مشتقات مهم اسید استیک محسوب می شود که از دارو های روزمره تا مواد پلیمری تخصصی، کاربرد های متنوعی دارد.

اسید مونوکلرواستیک (MCA) – ماده واسطه همه کاره

اسید مونوکلرواستیک که با نام اسید کلرواستیک هم شناخته می شود، یکی از مشتقات کلردار اسید استیک است و در صنعت شیمی به عنوان یک ماده واسطه کاربرد های فراوانی دارد. این ترکیب از واکنش کلر با اسید استیک، معمولا در حضور کاتالیزور، به دست می آید؛ در این فرایند یکی از اتم های هیدروژن در ساختار اسید استیک با کلر جایگزین می شود. اسید مونوکلرواستیک به نوعی نقش یک ماده پایه را برای تولید محصولات مختلف ایفا می کند.

یکی از مهم ترین موارد مصرف این ماده، تولید کربوکسی متیل سلولز یا CMC است. CMC به عنوان یک غلیظ کننده و پایدارکننده شناخته می شود و در صنایعی مانند مواد غذایی، حفاری نفت، شوینده ها و پوشش های کاغذ کاربرد دارد. این ترکیب از واکنش اسید مونوکلرواستیک با سلولز تولید می شود و به دلیل عملکرد مناسب، جایگاه ویژه ای در این صنایع پیدا کرده است.

اسید مونوکلرواستیک همچنین پیش ماده مهمی در ساخت برخی آفت کش ها محسوب می شود. برای نمونه، علف کش شناخته شده ۲٬۴-دی که برای کنترل علف های هرز استفاده می شود، از این ماده سنتز می گردد. به همین شکل، گلیفوسیت که ماده موثر بسیاری از علف کش های عمومی است، از مسیر های شیمیایی مرتبط با MCA تولید می شود. در صنعت رنگ نیز این ترکیب در ساخت رنگ نیلی یا ایندیگو و تعدادی دیگر از رنگدانه ها نقش دارد.

علاوه بر این موارد، اسید مونوکلرواستیک در تولید اسید آمینه گلیسین از طریق واکنش با آمونیاک و در بسیاری از سنتز های آلی دیگر به کار می رود. هرچند هر یک از این کاربرد ها به تنهایی دامنه محدودی دارند، اما مجموع آن ها باعث شده حدود ۵ درصد از اسید استیک تولیدی جهان به ساخت این ماده اختصاص یابد. میزان تقاضا برای اسید مونوکلرواستیک معمولا همراه با رشد صنایع مصرف کننده آن مانند افزودنی های غذایی، محصولات مراقبت شخصی، کشاورزی و نساجی تغییر می کند؛ صنایعی که اغلب بازار هایی باثبات یا با رشد ملایم دارند. از نظر ایمنی، جابجایی این ماده نیازمند دقت بالاست، زیرا ترکیبی خورنده و سمی به شمار می رود. با این حال، ارزش بالای آن به عنوان یک ماده واسطه باعث شده اسید استیک از این مسیر نیز به تولید بسیاری از مواد شیمیایی تخصصی راه پیدا کند.

کاربرد های دارویی اسید استیک

صنعت داروسازی و حوزه مراقبت های بهداشتی به شکل های گوناگون به اسید استیک وابسته هستند؛ گاهی به صورت مستقیم و گاهی هم به عنوان ماده اولیه برای ساخت ترکیبات مهم. هرچند مقدار مصرف اسید استیک در این بخش نسبت به صنایع بزرگ شیمیایی کمتر است، اما نقش آن بسیار پررنگ است، چون دارو های تولیدی ارزش بالایی دارند.

یکی از شناخته شده ترین نمونه ها، استفاده از اسید استیک در ساخت آسپرین است. در این فرایند، انیدرید استیک برای تبدیل اسید سالیسیلیک به اسید استیل سالیسیلیک به کار می رود؛ روشی که بیش از صد سال قدمت دارد و هنوز هم در تولید انبوه آسپرین استفاده می شود. به همین شکل، استامینوفن نیز با کمک انیدرید استیک و انجام واکنش استیلاسیون تولید می گردد.

علاوه بر این دارو های معروف، اسید استیک در مراحل ساخت بسیاری از مواد دارویی دیگر نقش دارد؛ گاهی به عنوان حلال، گاهی برای تنظیم pH و گاهی برای تغییر ساختار مولکولی. خود اسید استیک خالص نیز در آزمایشگاه ها برای سنتز، آنالیز یا تخلیص مواد استفاده می شود. در پزشکی، محلول های رقیق آن خاصیت ضد میکروبی ملایمی دارند و در مواردی مانند درمان عفونت گوش به کار می روند. با وجود سهم کم در مصرف کلی، اهمیت اسید استیک در تولید دارو های حیاتی انکارناپذیر است.

روند های بازار و عوامل رشد

بازار اسید استیک تحت تأثیر چند عامل مهم قرار دارد که مسیر مصرف آن را در صنایع شیمیایی تعیین می کنند. یکی از مهم ترین محرک ها، رشد تقاضا برای پلاستیک PET و الیاف مصنوعی است؛ موادی که با افزایش شهرنشینی، رشد جمعیت و گسترش مصرف پوشاک و بسته بندی، سهم بیشتری از بازار را به خود اختصاص داده اند و به طور مستقیم نیاز به اسید استیک را بالا می برند.

از سوی دیگر، مصرف گسترده چسب ها، رنگ ها، پوشش ها و درزگیر ها در نقاط مختلف جهان، به ویژه در پروژه های ساخت و ساز و توسعه زیرساخت، نقش پررنگی در افزایش مصرف مشتقات اسید استیک دارد. این روند در مناطق در حال توسعه مانند آسیا، خاورمیانه و آفریقا سرعت بیشتری گرفته و اثر آن به صورت غیرمستقیم در بازار اسید استیک دیده می شود.

عامل مهم دیگر، جابجایی مراکز تولید به سمت آسیا است؛ جایی که دسترسی به خوراک ارزان تر و نزدیکی به بازار مصرف، هزینه ها را کاهش داده است. این موضوع گاهی باعث مازاد عرضه و افت قیمت می شود و در نتیجه استفاده از اسید استیک در کاربرد های حساس به هزینه افزایش می یابد.

پیشرفت فناوری، بهبود کاتالیزور ها و نوسانات اقتصادی نیز بر این بازار اثر می گذارند. با وجود این تغییرات، تقاضای جهانی اسید استیک طی سال های اخیر رشدی ملایم و نسبتا پایدار داشته و انتظار می رود این روند در آینده نیز ادامه پیدا کند.

نقش صنایع مدرن در شکل دهی به مصرف جهانی اسید استیک