اسید استیک

اسید استیک acetic acid که دارای نام سیستماتیک اسید اتانوئیک می باشد یک ترکیب ارگانیک و بدون رنگ است که در شرایط عادی به صورت مایع بوده و در فارسی با نام های جوهر سرکه یا جوهر انگور نیز شناخته می شود.

ارزش بازار بین المللی این ترکیب در سال 2019 حدود 8.9 میلیارد دلار تخمین زده شده بود و پیش بینی می شود این ارزش در سال های آینده با رشد 5.2 درصدی روبرو باشد.

[lwptoc]

ما در این متن سعی خواهیم کرد شما را بازار جهانی، خرید، فروش، و استفاده از این ترکیب اسیدی آشنا کنیم و به بررسی مشخصات فیزیکی و شیمیایی و نیز سایر کاربردهای آن در صنعت بپردازیم.

اسید استیک چیست یا اسید اتانوئیک (جوهر سرکه یا جوهر انگور)

این ترکیب دومین اسید کربوکسیلیک ساده پس از اسید فرمیک است که برای بسیاری از ما شناخته شده است. از این اسید در بسیاری از صنایع شیمیایی به خصوص در تولید استات سلولز به منظور ساخت محصولاتی مانند پلی وینیل استات و برای ساخت چسب، انواع الیاف، فیبرها و … استفاده می شود.

از این ترکیب در صنایع غذایی نیز به عنوان یک ماده افزودنی استفاده می شود. کد استفاده از آن در فرمولاسوین محصولات غذایی E260 می باشد که شاید تا به حال بر روی لیبل محصولات غذایی آن را دیده باشید.

در علم بیوشیمی نیز از این محصول استفاده می شود و ترکیبات گروه استیل acetyl از مشتقات استیک اسید هستند. این ترکیب هم چنین در فرایند متابولیسم در بدن همه موجودات زنده و در سوزاندن کربوهیدرات ها و چربی ها نقش ارزنده ای ایفا می کند.

اسید استیک مهم ترین بخش سرکه های خانگی می باشد و شاید با استشمام ان به خوبی بوی متمایز آن را تشخیص بدهید. اگر چه استیک اسید را یک اسید ضعیف محسوب می کنند، اما در غلظت های بالا می تواند دارای خاصیت خورندگی بوده و باعث اسیب به پوست شود.

بازار خرید و فروش اسید استیک

هر ساله برای بروارده کردن نیازهای صنایع به خرید اسید استیک در مقیاس بین المللی نیاز به تولید بیش از 6 میلیون متریک تن metric tons از این محصول است.

از این میزان حدود 1.5 میلیون متریک تن از طریق بازیافت recycling تولید می شود و باقی مانده آن یعنی حدود 5 میلیون تن از آن نیز از متانول تولید خواهد شد. لازم به ذکر است که سرکه خانگی در واقع یک اسید استیک رقیق شده است که از تخمیر و اکسیداسیون اتانول به دست می آید.

حال که با حجم تولید آن آشنا شدید، بهتر است بدانید که ارزش بازار بین المللی این محصول در سال 2019 نزدیک به 9 میلیارد دلار براورد شده است و پیش بینی می شود هر ساله در بازه زمانی بین سال های 2020 و 2027 میلادی رشد 5.2 درصدی را تجربه کند.

تقاضای بیشتر برای محصولاتی مانند وینیل استات مونومر VAM در دنیا یک عامل کلیدی در رشد تقاضا در بازار است. زیرا که VAM حجم عمده استیک اسید تولید شده در بازار را به مصرف می رساند.

این ترکیب که از واکنش استیک اسید با اتیلن و اکسیژن در حضور کاتالیست ها مانند پالادیوم تولید می شود در بسیاری از صنایع تولیدی کاربرد دارد.

حجم زیادی از وینیل استات مونومر تولیدی در رنگسازی و فرمولاسیون محصولات مورد استفاده برای اندود کردن و لعاب کاری به کار می رود. برای این کاربردها VAM پس از پلیمریزه شدن به فرم پلی وینیل استات یا پلیمرهای دیگر در خواهد آمد که ماده اولیه کلیدی در رنگسازی محسوب می شوند.

بازار اسید استیک در ایالا متحده امریکا

در نمودار بالا می توانید رشد بازار مصرف این محصول را در کشور ایالات متحده آمریکا مشاهده کنید. همان طور که می بینید این نمودار ستونی رشد قابل ملاحظه را در تقاضا برای این محصول نشان می دهد. به گونه ای که پیش بینی شده است که در سال 2027 میلادی ارزش بازار این محصول به حدود دو برابر ارزش آن در سال 2016 میلادی برسد.

بخش عمده محصول مورد استفاده در ایالات متحده برای استفاده برای تولید VAM ها مورد استفاده قرار می گیرد که در بخش قبل به طور مفصل مورد بررسی قرار گرفت.

اما در کنار VAM ها، از اسید استیک در صنایع تولید PTA نیز استفاده می شود. از جمله کاربردهای دیگر استیک اسید در  تولید اتانول و استیک انهیدرید می باشد که هر یک از این سگمنت ها با رنگ متمایزی در هر ستون قابل مشاهده هستند.

این اسید در هر دو بخش خانگی و صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد. در بخش خانگی بیشتر به صورت رقیق شده به عنوان مثال در سرکه استفاده می شود. اما در بخش صنعتی کاربردهای گسترده تری در تولید محصولات مختلف مانند استات سلولز دارد. البته در تولید مواد غذایی و تنظیم میزان اسیدیته مواد خوراکی نیز به وفور استفاده می شود.

نکته ای در مورد کاربردهای اسید استیک

• از نظر حجمی، کاربرد این اسید برای تولید مونومر وینیل استات بیشترین حجم بازار این محصول را در اختیار گرفته و حدود 35.5 درصد اسید استیک تولید شده در این بخش مصرف شده است.

شرکت های بزرگ تولید کننده اسید استیک

شرکت انگلیسی بریتیش پترولیوم British petroleum و مجتمع تولیدی Celanese بزرگ ترین تولید کننده های استیک اسید در دنیا هستند.

این محصول به طور تجاری با تخمیر باکتری ها و روش های سنتز مواد اولیه دیگر به دست می آید. با این وجود، روش های بیولوژیکی نیز برای تولید آن مورد استفاده قرار می گیرد و نزدیک به 10 درصد اسید استیک تولید شده از این روش ها تولید و به بازار عرضه می شود.

کمپانی Celanese و چند شرکت چند ملیتی دیگر در حال تلاش برای استفاده از پروسه های تکنولوژی محوری هستند که خط تولید این اسید را برای در دست گرفتن بخش بزرگ تری از بازار (با تولید محصولات با فرمولاسیون مناسب تر) تغییر خواهد داد.

فرایندها و پروسه های زیادی تا به حال برای دست یافتن به روش تولیدی پر بازده در این شرکت های تولیدی مورد استفاده قرار گرفته است که تعدادی از آن ها در زیر برای شما لیست شده اند:

• متانول کربوکسیلیشن methanol carboxylation
• اکسیداسیون اتیلن ethylene oxidation
• تخمیر اکسیداتیو Oxidative fermentation
• تخمیر انائروبیک Anaerobic fermentation

لازم به ذکر است که این اسید توسط سازمان ECHA در اروپا جزو محصولات خطرناک برای سلامت انسان دسته بندی شده است و می تواند باعث آسیب به چشم، سوختگی پوست و مشکلات جدی دیگر (در صورت دارا بودن غلظت بالا) شود.

در ایالات متحده این اسید برای استفاده به عنوان یک ماده افزودنی در غذاها ایمن محسوب شده و مجوز استفاده از آن توسط EPA داده شده است.

بزرگ ترین بازار خرید و فروش اسید استیک و قیمت های آن

کشورهای آسیای شرقی با در دست داشتن حدود 62 درصد بازار استیک اسید در سال 2019 بیشترین سهم را از ارزش مبادلات تجاری آن در اختیار داشتند. دلیل آن نیز استفاده از این اسید در فرمولاسیون پلیمرها می باشد.

هر یک از کشورهای زیر در آسیا به ترتیب بیشترین میزان از این سهم را در سال 2019 داشته اند:

• چین
• ژاپن
• هند

از یک دهه گذشته تا به حال تعدادی از کشورهای آسیایی مانند چین مکانی برای فعالیت شرکت های چند ملیتی بوده اند که باعث افزایش سهم قاره آسیا از ارزش مبادلات بازار خرید و فروش اسید استیک شده است.

اگر چه در چند سال گذشته بین ایالات متحده و چین نزاع هایی در زمینه تجاری وجود داشته است، اما قیمت پلیمرها و پلاستیک در این منطقه به خصوص در چین، ژاپن و هند تقریبا ثابت بوده است و تقاضا برای خرید این محصولات در اکثر این کشورها روندی افزایشی داشته است.

در نمودار بالا می توانید سهم هر یک از بازارهای منطقه ای در دنیا را از این بازار مشاهده کنید. همان طور که می بینید بخش آسیا پاسیفیک بیشترین سهم را از ارزش بازار را در اختیار دارد و در عوض آمریکای مرکزی و آمریکای لاتین و نیز کشورهای قرار گرفته در خاور میانه و آفریقا سهم اندکی را در اختیار دارند.

بازار اسید استیک در اروپا و آمریکا

با توجه به نمودار بالا می توان گفت که اروپا نیز از مصرف کننده های عمده این محصول است. کشورهای قرار گرفته در اروپا پیشرفت های زیادی را در صنایع غذایی و تولید نوشیدنی ها داشته اند.

اما نیاز به بسته بندی این محصولات، به دنبال خود افزایش نیاز به اسید استیک را در بازار این کشورها به همراه داشته است.

کشورهای زیر در اروپا بیشترین سهم را در بازار استیک اسید به خود اختصاص داده اند:

• آلمان
• فرانسه
• ایتالیا
• انگلیس

در منطقه امریکای شمالی دلیل اصلی افزایش تقاضا برای این ترکیب، نیاز به اتانول در بسیاری از صنایع در کشورهای کانادا و ایالات متحده بوده است. برای بروارده کردن این نیازها بیش از 90 درصد این محصول در این کشورها از دانه های ذرت به دست می آید و همان طور که در ادامه خواهیم گفت اغلب برای افزایش توازن مثبت انرژی به عنوان سوخت به کار می رود.

• بخش خودروسازی در ایالات متحده به سمت استفاده از گاز E85 حرکت کرده است که به طور نوعی از سوخت ترکیبی که شامل 15 درصد گازوئیل و 85 درصد اتانول است استفاده می کند. این امر به معنی نیاز بیشتر به اتانول در این کشور است که به دنبال خود نیاز بیشتر به استیک اسید را برای استفاده در این صنایع به همراه داشته است.

ساختار و ویژگی های اسید استیک یا همان اتانوئیک اسید

استیک اسید Acetic acid که با نام اتانوئیک اسید نیز شناخته می شود دارای فرمول مولکولی CH3COOH می باشد (البته فرمول های ساختاری دیگری نیز برای این ترکیب وجود دارد).

جالب است بدانید که حدود 4 درصد از سرکه را این اسید تشکیل داده است. این محصول اگر چه در این غلظت ها آسیب چندانی در پی ندارد. اما در غلظت های بالا می تواند به انسان آسیب برساند.

این اسید به دلیل دارا بودن COOH در زنجیره مولکولی خود به عنوان یک کربوکسیل شناخته می شود و می تواند با یونیزه شدن به یک یون منفی CH3CO2 و یک یون مثبت هیدروژن تبدیل شود. به دلیل جدا شدن یون مثبت هیدروژن است که این ترکیب را اسیدی می دانند.

این اسید در حالت جامد از زنجیره های مولکولی تشکیل شده که در آن هر مولکول با پیوند بین هیدروژن ها به مولکول دیگری متصل شده است. در حالت گاز می توان شاهد تشکیل دیمرها بود. دیمرها Dimers در حالت مایع نیز دیده می شوند.

اسید استیک مایع مانند آب و اتانول خاصیت حلال بودن دارد و نه تنها می تواند ترکیبات قطبی مانند نمک های غیر ارگانیک و شکر را در خود حل کند. که می تواند ترکیبات غیرقطبی مانند چربی ها را نیز حل نماید.

می توان آن را با حلال های دیگر مانند آب، کلروفرم و هگزان نیز مخلوط کرد. برای همین ویژگی ها است که از آن در بسیاری از صنایع به عنوان حلال استفاده می شود.

مشخصات فیزیکی و شیمیایی اسید استیک و ترکیب های آن

فرمول مولکولی این ترکیب را به طور ساده می توان با توجه به دارا بودن دو اتم کربن، چهار اتم هیدروژن و دو اتم اکسیژن به صورت C2H4O2 نمایش داد.

در شرایط عادی این ترکیب به صورت مایع و شفاف می باشد. بوی آن شبیه بوی سرکه است و چگالی آن در حالت های مایع و جامد با هم تفاوت دارد. این چگالی در حالت مایع برابر با حدود 1 گرم بر سانتی متر مکعب می باشد که در صورت منجمد شدن به حدود 1.27 گرم بر سانتی متر مکعب در حالت جامد خواهد رسید.

نقطه ذوب این ترکیب در دمای 16 تا 17 درجه سانتی گراد می باشد (61 تا 62 درجه فارنهایت). نقطه جوش اسید استیک نیز در دمای 118 تا 119 درجه سانتی گراد است (244 تا 246 درجه فارنهایت).