آشنایی با مهم‌ترین مواد موجود در زنجیره ارزش صنعت پتروشیمی(ماده_شماره_6)

مقدمه و بیان مسئله

صنعت پتروشیمی یکی از حوزه‌های مهم صنعتی است که نقش بسیار مهمی در تأمین مواد اولیه، برای تولید محصولات شیمیایی و پلاستیکی دارد. این صنعت در ایران، با تأخیر ۵۰ساله به بهره‌برداری از نفت رسیده است و این وقفه در شروع و خودکفایی صنعت، سبب رنج کشور از دو مشکل خام‌فروشی و عدم توسعه متناسب صنعت پتروشیمی شده است. در حال حاضر بیشترین صادرات غیرنفتی ایران از طریق صنعت پتروشیمی است؛ بااین‌وجود هر تن محصول پتروشیمی به طور متوسط بین 300 تا 400 دلار ارزش دارد در حالی که این عدد در کشور عربستان 40 درصد و در کشورهای با دانش فنی بالا، مانند کره جنوبی و آلمان تا 600 درصد بیشتر است. از سوی دیگر ارزش مواد وارداتی پتروشیمی بیش از دو برابر محصولات صادراتی است. بنابراین توسعه دانش‌فنی ساخت مواد پتروشیمی در تکمیل زنجیره اصلی آن، یک گام اساسی در افزایش صادرات و درآمدزایی در این صنعت است. با این مقدمه در سلسله مقالات آتی به معرفی برخی محصولات پتروشیمی دارای ارزش افزوده مناسب و امکان پاسخ‌گویی به نیاز وارداتی کشور پرداخته خواهد شد. یکی از مواد و محصولات مهم در تکمیل زنجیره ارزش، ماده پلی استال است.

معرفی ماده پلی استال

پلی استال، پلی اکسی متیلن (Polyoxymethylene-POM)، یکی از پلاستیک‌های گرمانرم(Thermoplastic) مهندسی، مطابق ساختار نشان‌داده‌شده در شکل 1، است که از خواص و ویژگی‌های عالی برخوردار است. از اسامی دیگر این ماده می‌توان به هوستافورم (Hostaform)، دل‌رین (Delrin)، دراکون (Duracon)، سلکون (Celcon)، اولترافورم (Ultraform) اشاره کرد. پلی استال یک پلیمر بسیار کریستالی با عملکرد بالا، ضریب اصطکاک پایین، مقاومت سایشی، ثبات ابعادی، پایداری شیمیایی، جذب آب کم، خواص الکتریکی خوب و دارای خاصیت ارتجاعی(Elasticity) است. همچنین این ماده از استحکام بالایی برخوردار است؛ به همین علت شباهت بسیار زیادی به فلزات دارد. ویژگی‌های یاد شده، سبب استفاده گسترده از پلی استال در صنایع مختلف شده است. در جدول 1، به برخی از خواص فیزیکی و شیمیایی POM، اشاره شده است.

شکل 1 ساختار مولکولی پلی استال (POM)

خانواده پلی استال شامل گریدهای مختلفی است که برای برآوردن نیازها و کاربردهای خاص طراحی شده‌اند. گریدهای پلی استال از نظر ترکیب، خواص فیزیکی و ویژگی‌های فرایند، متفاوت هستند. برخی از گرید‌های مختلف تولیدی از پلی استال به همراه ویژگی آن‌ها، به شرح جدول 2 است.

جدول 1 خواص فیزیکی و شیمیایی پلی استال (POM)

جدول 2 انواع گریدهای پلی استال به همراه ویژگی آن‌ها

مطالعات بازار ماده پلی استال

در حال حاضر بازار جهانی پلی استال بیش از 4.3 میلیارد دلار و سرعت رشد این بازار 6.1 درصد است که نشان‌دهنده مصرفی بالای آن در سال‌های آتی است. در شکل 2، اندازه بازار جهانی پلی استال از سال 2024  تا سال 2029، نشان داده شده است. همچنین، تامین این ماده با قیمت جهانی هر تن بیش از 2300 دلار، کاملا از طریق واردات و هر تن با قیمت 2000 دلار صورت می‌پذیرد. برآوردهای اولیه، نشان‌دهنده واردات 11.3 میلیون دلاری (حدود 5.6 هزار تن در سال) این ماده در کشور است. قیمت بالا نسبت به هر تن، نشان‌دهنده ارزش مناسب توسعه دانش فنی این محصول است.

شکل 2 اندازه بازار جهانی پلی استال 2029-2024 به همراه رشد سالانه

شکل 3 ارزش واردات و صادرات پلی استال طی سال‌های 1385 تا 1398 (میلیون دلار)

روش تولید ماده پلی استال

پلی استال معمولاً در دو نوع همو پلیمر و کوپلیمر تولید و به بازار عرضه می‌گردد. همان‌طور که در شکل 4 مشخص است، هموپلیمرها یک واحد تکرارشونده و کوپلیمرها بیش از یک نوع واحد تکرارشونده در ساختار خود دارند. مواد اولیه تولید پلی استال شامل فرمالین یا فرمالدئید، اتیلن گلایکول، بوتانول و سایر مواد افزودنی می‌باشد. جهت تهیه این ماده، ابتدا باید فرمالدئید را تولید و یا خریداری کرد، تا به عنوان خوراک خط تولید استفاده گردد. برای تولید هموپلیمر پلی استال، ابتدا فرمالدئید را دهیدراته و سپس آن را توسط روش‌ها تجریه‌ی آنیونی، پلیمریزه می‌کنند. پلیمر بدست آمده توسط واکنش با استیک انیدرید ثبیت می‌گردد. در این واکنش، آب به عنوان محصول جانبی تولید می‌شود که باید از خط تولید خارج گردد. در تولید کوپلیمر پلی استال نیز باید فرمالدئید را به وسیله کاتالیست اسیدی به تری‌اکسان تبدیل کرد و سپس تری‌اکسان را توسط فرایند تقطیر و یا استخراج، از ناخالصی‌های هیدروژن‌دار و آب جدا کرد. پس از تولید، می‌توان گرانول‎های پلی استال را قالب‌گیری و به محصول دلخواه تبدیل کرد. از بزرگ‌ترین تولیدکنندگان پلی استال ‌می‌توان از شرکت‌های Celanese، DuPont و Daicel Chemical یاد کرد.

شکل 4 ساختار هموپلیمر و کوپلیمر پلی استال

شکل 5 فرایند تولید کوپلیمر پلی استال

کاربردهای ماده پلی استال

محصول پلی استال می‌تواند در بخش‌های مختلفی از صنعت شیمیایی و مواد کشور، باعث افزایش کیفیت و تولید محصولات جدید گردد. برخی از کاربردهای این ماده عبارت‌اند از:

• ساخت چرخ‌دنده، پیچ و فنرها
• تولید یاتاقان، محور، بوش‌ها و قرقره‌ها
• ساخت دستگیره
• تولید قطعات پمپ و هواکش
• ساخت تسمه‌نقاله
• تولید قطعات ماشین‌آلات صنعتی
• صنعت نساجی
• صنایع الکترونیک
• صنایع خودروسازی
• ساخت بست، نگهدارنده و خارها
• قطعات برف‌پاک‌کن
• تولید لولای درب باک بنزین و اهرم قفل
• ساخت بوش‌های پلاستیکی بین بلبرینگ‌ها
• ساخت لوازم‌خانگی، فندک و وسایل ورزشی
• ساخت محصولات اکسترودی مانند ورق‌ها، لوله‌ها، میله‌ها و تجهیزات پزشکی نظیر شیر قلب مصنوعی، پروتزهای پا و زانو

شکل 6 برخی از کاربردهای ماده پلی استال

در شکل 7 سهم بازار جهانی پلی استال، براساس کاربرد، از سال 2022 تا سال 2035 نشان داده شده است.

شکل 7 سهم بازار جهانی پلی استال 2032-2022

جمع‌بندی

باتوجه‌به میزان بالای واردات ماده پلی استال به کشور، ساخت یک واحد کوچک‌مقیاس دانش‌بنیان تولید این ماده، برای رفع نیاز داخلی در پارک‌های شیمیایی کافی و قابل‌توجیه است. بنابراین، در صورت کسب دانش فنی، تجاری‌سازی این محصول، با سرمایه‌گذاری متوسط امکان‌پذیر است. قیمت بالا 2300 دلاری در هر تن از این ماده نشان‌دهنده ارزش بالای آن برای کاهش واردات و حتی توسعه صادراتی این محصول است. از سوی دگر بازار بیش از 4.3 میلیارد دلاری و رشد سالانه 6.1 درصدی آن، جذابیت اقتصادی مناسبی را برای بررسی بیشتر توسعه این محصول ایجاد می‌کند.