آشنایی با مهم‌ترین مواد موجود در زنجیره ارزش صنعت پتروشیمی(ماده_شماره_9)

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 بوتیلن ترفتالات است.

معرفی ماده پلی بوتیلن ترفتالات

پلی بوتیلن ترفتالات ( Polybutylene terephthalate-PBT)، یک پلیمر مهندسی گرمانرم و نیمه بلورین است و ساختاری مطابق با شکل 1 دارد. این پلیمر دومین پلی استر پر کاربرد پس از پلی اتیلن ترفتالات(Polybutylene terephthalate-PET) که از خواص مکانیکی و الکتریکی فوق‌العاده‌ای برخوردار است. PBT به طور ذاتی مقاومت معمولی در برابر اشعه فرابنفش (UV) دارد و برای افزایش پایداری آن در برابر نور خورشید، بایستی افزودنی‌های ویژه‌ای به آن اضافه شوند. این ماده به کمک افزودنی‌های خاص، امکان تولید در گریدهای ضد اشتعال را دارد و با اضافه شدن الیاف شیشه به آن، پایداری حرارتی آن تا دمای ۲۰۰ درجه سانتی گراد افزایش می‌یابد. در جدول 1، مشخصات فنی و شیمیایی پلی بوتیلن ترفتالات ذکر شده است.

شکل 1 ساختار مولکولی ماده پلی بوتیلن ترفتالات (PBT)

پلی بوتیلن ترفتالات، طیف گسترده‌ای از گریدها با ویسکوزیته‌های مختلف را شامل می‌شود که در فرایند قالب‌گیری تزریقی و اکستروژن بسیار عالی عمل می‌کنند. این گریدها شامل موارد ذیل هستند:

• تقویت‌شده
• پرشده
• مقاوم در برابر ضربه
• بازدارنده شعله

جدول 1 خواص فیزیکی و مکانیکی پلی بوتیلن ترفتالات (PBT)

مطالعات بازار ماده پلی بوتیلن ترفتالات

در حال حاضر بازار جهانی ماده پلی بوتیلن ترفتالات، بیش از 3.2 میلیارد دلار و سرعت رشد این بازار حدود 6.5 درصد است که نشان‌دهنده مصرفی بالای آن در سال‌های آتی است. در شکل 2، اندازه بازار جهانی پلی بوتیلن ترفتالات از سال 2024  تا سال 2029، نشان داده شده است. همچنین، تامین این ماده با قیمت جهانی هر تن بیش از 3200 دلار، کاملا از طریق واردات و هر تن با قیمت 3200 دلار صورت می‌پذیرد. برآوردهای اولیه، نشان‌دهنده واردات 2.8 میلیون دلاری (حدود 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 ماده پلی بوتیلن ترفتالات 2029-2024 به همراه رشد سالانه

روش تولید ماده پلی بوتیلن ترفتالات

پلی بوتیلن ترفتالات به دو روش تولید می‌شود. روش اول با استری شدن( Esterification) (واکنش بین یک اسید یک الکل) بوتان‌دی‌ال (Butanedio-BDO) و دومی با تبادل استری(Transesterification) با دی متیل ترفتالات ( Dimethyl terephthalate-DMT) است. این دو روش به شکل تعادلی است و سرعت تشکیل آن با سرعت حذف آب و متانول ارتباط مستقیم دارد. سرعت تبادل در روش تبادل استری نسبت به روش استری شدن بالاتر است.

مراحل تولید به روش تبادل استری به این صورت است که ابتدا DMT با BDO واکنش می‌دهد. در خروجی این واکنش، پلیمرهایی با خلوص متفاوت تشکیل می‌شود. سپس، پیش پلیمریزاسیون(Prepolymerization) در یک راکتور دیسکی شکل افقی انجام می‌شود. شکل افقی آن باعث سهولت در نفوذ و خروج BDO، در نهایت سبب تولید پلیمرهایی با وزن مولکولی بالاتر می‌شود. در مرحله آخر به منظور بلورینه شدن پلیمر آن را به شکل چیپسی در می‌آورند و آن را مورد حرارت قرار می‌دهند. در ادامه این فرایند پلیمر بین دمای ذوب و دمای انتقال شیشه قرار می‌گیرد و از جریان گازهای خنثی عبور می‌کند و پلیمری با بالاترین مقاومت از آن خارج می‌گردد.

از بزرگ‌ترین تولیدکنندگان پلی بوتیلن ترفتالات می‌توان به شرکت‌های BASF، Bluestar، Dupont، Lanxess، Mitsubishi، Sabic و Polyram اشاره کرد.

کاربردهای ماده پلی بوتیلن ترفتالات

پلی بوتیلن ترفتالات، به دلیل داشتن خواص و گریدهای گسترده و علاوه‌برآن مقاومت در برابر حرارت و قابلیت شکل‌پذیری آسان در صنایع مختلفی کاربرد دارد. برخی از کاربردهای این ماده عبارت‌اند از:

• صنایع خودروسازی (تولید قطعاتی مانند سیستم استارت، برف پاک کن، سپر و غیره)
• لوازم خانگی (سشوار، اتو، تستر، آسیاب برقی وجارو برقی)
• صنایع الکترونیک (ساخت و تولید رابط، قطعات تلفن، دوشاخه برق، عایق کابل‌ها، لامپ‌های کم مصرف، کابل فیبر نوری و غیره)
• تولید درب و پنجره ساختمان
• ساخت قطعات جت اسکی و برد اسکی
• صنایع الیاف و پوشاک
• پزشکی
• بهترین جایگزین برای PVC
• تولید بدنه پروژکتورها
• صنعت بسته‌بندی مواد غذایی
• ساخت صفحه کلید لپ تاپ یا کامپیوتر

شکل 3 برخی از کاربردهای ماده پلی بوتیلن ترفتالات

در شکل 4 سهم بازار جهانی ماده پلی بوتیلن ترفتالات، براساس کاربرد، از سال 2022 تا سال 2030 نشان داده شده است.

شکل 4 سهم بازار جهانی ماده پلی بوتیلن ترفتالات 2030-2022

جمع‌بندی

باتوجه‌به میزان بالای واردات ماده پلی بوتیلن ترفتالات 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 3200 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 3.2 میلیارد دلاری و رشد سالانه 6.5 درصدی آن، جذابیت اقتصادی مناسبی را برای بررسی بیشتر توسعه این محصول ایجاد می‌کند.