متیلن کلراید شاندونگ

معرفی شیمیایی و خواص عمومی متیلن کلراید

متیلن کلراید با نام مستعار دی‌کلرومتان (DCM) و با فرمول شیمیایی CH2Cl2 یک هیدروکربن کلردار به صورت مایع بی رنگ، فرار، غیرقابل اشتعال و با بوی شیرین است. هنگام گرم شدن بخارات سمی‌از خود ساطع می‌کند که در صورت استنشاق، باعث آسیب به سیستم عصبی می‌شود و گلو و بینی را تحریک می‌کند. علی رغم این‌ که این ماده در آب امتزاج‌پذیری پایینی دارد (2 گرم در 100 میلی‌لیتر آب در دمای 20 درجه)، اما به دلیل قطبیت کم آن، با بسیاری از حلال‌ های آلی مانند اتانول، اترها، فنل‌ها، آلدئیدها و کتون‌ها قابل امتزاج است . همچنین، نرخ تبخیر آن 27.5 mL/day است (مایع مرجع بوتیل استات برابر 1 است).  

روش‌های تولید متیلن کلراید

به طور کلی تولید متیلن کلراید به روش سنتزی از محصولات شیمیایی انجام می‌شود. با این حال در سال‌ های اخیر مطالعات برای تولید بیولوژیکی این ماده افزایش یافته است.

روش سنتزی

به طور معمول، متیلن کلراید با دو فرآیند به دست می‌آید:

1. واکنش مستقیم متان با کلر در دمای بالا (400-500 درجه سانتی گراد) یا دماهای پایین و در حضور کاتالیست. در این فرآیند، سایر هیدروکربن‌های کلردار مانند متیل کلراید، کلروفرم و کربن تتراکلراید، به عنوان محصولات جانبی تولید می‌شوند.
2. ابتدا از واکنش کلراید هیدروژن و متانول برای تولید متیل کلراید استفاده می‌شود. سپس متیل کلراید اضافی با کلر مخلوط شده و واکنش سبب تولید متیلن کلراید می‌شود، که در کنار آن کلروفرم و کربن تتراکلراید به عنوان محصولات مشترک تولید می‌شوند .

طبق گزارش‌ ها، گریدهای تجاری متیلن کلراید تقریباً همیشه حاوی پایدارکننده هستند که در محدوده 0.0001 تا 1 درصد گزارش شده‌اند. پایدار‌کننده‌ها شامل سیکلوهگزان، پروپیلن اکسید (برای کاربردهای چربی‌زدایی و آئروسل)، متانول، اتانول، تیمول، هیدروکینون، فنل‌ها و آمین‌ها (به عنوان مثال، بوتیل آمین) هستند. آمیلن‌ ها نیز به عنوان پرکاربردترین تثبیت کننده‌ها در متیلن کلرایدهای گرید آزمایشگاهی گزارش شده‌اند .

روش بیولوژیکی

تولید متیلن کلراید برپایه زیستی، به دلیل پایداری بالاتر و سازگاری با محیط زیست فرصت‌های قابل‌توجهی را فراهم کرده است. حلالِ تولید شده از منابع بیولوژیکی مانند گیاهان، ضایعات کشاورزی، جلبک‌ها و غیره، ایمنی بالاتر و در کنار آن آلودگی کمتری را به همراه دارد. شرکت‌ها در حال سرمایه گذاری در توسعه فرآیندهای تجاری قابل دوام برای تولید متیلن کلراید زیستی هستند تا اثر زیست محیطی محصول را کاهش دهند .

ویژگی‌های فنی متیلن کلراید

متیلن کلراید به تنهایی به عنوان حلال فرآیندهای شیمیایی و یا به عنوان یک حلال تطبیق پذیر جهت اختلاط با سایر مواد شیمیایی برای فرمولاسیون‌های مختلف استفاده می‌شود. این ماده ترکیبی عالی از خواص شیمیایی و فیزیکی، از جمله قدرت حلالیت بالا، غیر قابل اشتعال و نقطه جوش پایین است که در کنار قیمت مناسب آن نسبت به سایر حلال‌ها مانند DMF، منجر به استفاده از آن در طیف گسترده‌ای از کاربردها و صنایع شده است. متیلن کلراید دارای جرم مولکولی 84.93 گرم بر مول، نقطه ذوب 96.7- درجه سانتیگراد، نقطه جوش 39.6 درجه سانتیگراد و چگالی 1.33 گرم بر سانتی‌متر مربع است. این حلال در شرایط استفاده معمولی نقطه اشتعال ندارد و می‌توان از آن برای کاهش اشتعال سایر مواد استفاده کرد و احتمال آتش سوزی یا انفجار در کارخانه را کاهش داد .

کاربردهای متیلن کلراید

متیلن کلراید در صنایع مختلف رنگ و رزین، چسب، فوم‌های پلی‌‌یورتان، پلاستیک‌ها، مواد غذایی و دارویی استفاده می‌‌شود که در ادامه به تفکیک شرح داده می‌‌شود.

صنایع رنگ

شاید رایج‌ترین کاربرد متیلن کلراید، به عنوان ماده اصلی در فرمولاسیون رنگبرهای صنعتی برای جدا کردن و پاک کردن انواع رنگ‌ها از سطوح مختلف باشد. حلالیت شدید و اندازه مولکولی کوچک آن سبب می‌‌شود تا به لایه‌های رنگ نفوذ کند که باعث متورم شدن آن‌‌ها (حتی تا 10 برابر حجم اولیه خود) می‌‌شود. این افزایش حجم سبب ایجاد فشارها یا کرنش‌های داخلی شده و چسبندگی رنگ به سطح زیرین را ضعیف می‌کند و به حلال اجازه می‌دهد تا پیوند بین پوشش و زیرآیند را کاملاً بشکند. لذا منجر به ایجاد تاول، چین و چروک، پوسته شدن، جمع‌شدگی و در نهایت جدا شدن لایه رنگ از زیرلایه می‌شود. همچنین در مواجهه با برخی از رنگ‌ها سبب حل کردن و تخریب کامل رنگ می‌گردد. علاوه بر این، از این ماده به عنوان حلال در ساخت رنگ‌های مختلف و همچنین صنایع تولید کفپوش استفاده می‌‌شود .

صنایع چسب‌‌ و اسپری‌های آئروسل

متیلن کلراید یک محصول با ثبات بالا برای کاربرد در بسته‌های آئروسل و فرمولاسیون چسب است. این ماده در آئروسل‌ها به عنوان حلال قوی، کاهش دهنده اشتعال‌پذیری و فشار بخار و نیز رقیق‌کننده ویسکوزیته استفاده می‌‌شود. فرار بودن آن منجر به استفاده به عنوان پیشرانه اسپری آئروسل شده است. همچنین، متیلن کلراید یک حلال مهم در فرمولاسیون چسب‌‌هایی است که در آن قدرت انحلال قوی، اشتعال‌پذیری کم و زمان خشک شدن سریع آن ضروری است .

صنایع غذایی و دارویی

در صنایع غذایی و دارویی از گرید خاصی از متیلن کلراید استفاده می‌‌شود که یک گرید با پایداری کم و خلوص بالاتر است و به عنوان یک عصاره‌گیر در بازیابی و خالص‌سازی طیف گسترده‌ای از مواد استفاده می‌شود. حلالیت کافئین در متیلن کلراید 140 mg/mL است که بیش از 6 برابر بیش‌‌تر از حلالیت آن در آب است . به‌‌ دلیل حلالیت قوی و پایداری بالای متیلن کلراید، در استخراج مواد حساس به حرارت طبیعی مانند چربی‌‌ها، کره، کافئین، کاکائو، رازک و استخراج محصولات طبیعی فعال دارویی استفاده می‌‌شود . متیلن کلراید به عنوان یک واکنشگر مؤثر و حلال تبلور مجدد در استخراج چندین ترکیب دارویی و در تولید بسیاری از آنتی‌بیوتیک‌ها و ویتامین‌ها استفاده می‌‌شود. این ماده شیمیایی همچنین به عنوان حامل برای پوشش قرص دارویی استفاده شده است .

صنایع فوم‌سازی

متیلن کلراید به طور گسترده‌‌‌‌ای برای جایگزینی فلوئوروکربن‌ها به عنوان یک عامل کمکی ایجاد فوم در تولید فوم‌های پلی‌یورتان انعطاف‌پذیر برای صنایع مبلمان و خودرو استفاده می‌شود. تبخیر حلال در حین تولید پلی‌یورتان، لایه‌های فوم را منبسط می‌کند و چگالی آن را کاهش می‌‌دهد بدون اینکه آن را سفت یا سخت کند. همچنین وجود عامل کمکی ایجاد فوم، به کنترل دمای واکنش کمک می‌‌کند که در صورت عدم استفاده می‌‌تواند به اندازه کافی بالا بیاید و داخل فوم را بسوزاند .

صنایع خودرو

در سال‌‌های اخیر با افزایش تولید خودرو در جهان، صنعت خودرو منجر به رشد بازار متیلن کلراید شده است. در فرآیند پیش‌آماده‌سازی و اصلاح سطح قبل از رنگ آمیزی، تمیزکردن قطعات یک فرآیند ضروری در بسیاری از صنایع از جمله صنایع خودرو است. این حلال، کارایی بالایی برای از بین بردن روغن، گریس و سایر آلاینده‌‌ها از بیشتر سطوح دارد. با توجه به نقطه جوش نسبتاً پایین این حلال (40.1 درجه سلسیوس)، از آن در چربی زدایی سطوح حساس به دما یا جاهایی که نیاز به جابجایی فوری است، استفاده می‌‌شود .

صنایع کفش

به دلیل حلالیت عالی متیلن کلراید، از آن به عنوان یک حلال صنعتی به منظور اطمینان از پاکسازی تجهیزات صنایع مختلف از آلاینده‌ها از جمله در صنایع تولید زیره کفش، جهت شست شوی نازل‌‌های دستگاه تزریق از ترکیبات پلی یورتانی استفاده می‌‌شود .

صنایع پلاستیک

جهت اتصال پلی‌‌کربنات‌ها به خودشان یا سایر پلاستیک‌‌ها می‌‌توان از روش حلالی با حضور متیلن کلراید استفاده کرد. متیلن کلراید یک حلال خوب برای پلی‌‌کربنات است که سریعاً تبخیر می‌‌شود و برای چسباندن قطعات کوچک به یکدیگر در مناطق آب و هوایی معتدل، توصیه می‌‌شود. مخلوطی از 60 درصد متیلن کلراید و 40 درصد اتیلن کلراید کندتر خشک می‌شود و رایج‌ترین حلال مورد استفاده برای قطعات پلی کربنات با فشار اتصال 200 psi است. درحالی‌که در مناطق آب و هوای گرم، توصیه می‌‌شود از اتیلن کلراید به تنهایی استفاده شود، زیرا نقطه جوش بالاتری دارد. سایر حلال‌ها می‌توانند باعث ترک خوردگی شدید در پلی‌‌کربنات شوند .

صنایع الکترونیک

متیلن کلراید به طور گسترده در صنعت الکترونیک برای تولید بُردهای الکترونیکی استفاده می‌‌شود. قبل از اینکه لایه مقاوم به نور به بُرد اضافه شود، از متیلن کلراید برای چربی زدایی سطح فویل زیرلایه استفاده می‌‌شود. همچنین در مراحله بعد، برای جدا کردن لایه مقاوم به نور از بُرد، استفاده می‌‌شود .

صنایع فیلم عکاسی

فرآیند دیگری که از خواص انعطاف پذیر متیلن کلراید بهره می‌‌برد، ساخت فیلم‌‌های عکاسی است. تری استات سلولز (CTA) به عنوان پایه ایمن و پایدار در عکاسی استفاده می‌شود. استات سلولز تولید شده از واکنش سلولز با اسید استیک، در متیلن کلراید حل می‌شود که در نهایت با توجه به نقطه جوش نسبتاً پایین این حلال، شروع به تبخیر می‌‌کند و در نهایت فیبر تری استات خالص باقی می‌‌ماند .

صنایع کشاورزی

متیلن کلراید به عنوان یک حلال در فرآیند تولید چندین آفت‌کش و حشره‌کش استفاده می‌شود. با رشد جمعیت جهانی، تقاضا برای مواد شیمیایی کشاورزی برای بهبود بهره‌وری کشاورزی در حال افزایش است. به همین دلیل، انتظار می‌رود مصرف این ماده در صنعت مواد شیمیایی کشاورزی در آینده نزدیک افزایش یابد .

اطلاعات بازار متیلن کلراید

انتظار می‌رود بازار متیلن کلراید براساس نرخ رشد سالانه (CAGR) 4.6% در طول دوره پیش بینی، از 1.25 میلیارد دلار در سال 2023، به 1.7 میلیارد دلار آمریکا تا سال 2030 برسد. بازار متیلن کلراید از نظر کاربرد در صنعت به دسته‌های پاک‌­کننده رنگ، داروسازی، فرآیندهای شیمیایی، تولید فوم و تمیزکننده فلزات تقسیم می‌شود. بخش پاک‌­کننده رنگ بیش‌­ترین سهم از بازار جهانی متیلن کلراید را در سال 2023 به خود اختصاص داد. رشد این بخش به دلیل استفاده زیاد از پاک‌کننده رنگ بر پایه متیلن کلراید در صنایع مختلف است و دلیل آن، اثر سریع آن­ در پاک‌کنندگی و سهولت استفاده از این حلال است .

محرک­‌های بازار متیلن کلراید

رشد صنعت ساخت و ساز

صنعت ساخت و ساز، یکی از هدایت­‌کنندگان بازار متیلن کلراید است. این محصول به طور گسترده‌­ای به عنوان یک حلال در فرمولاسیون­‌های مختلف مواد شیمیایی ساختمانی از جمله پوشش­‌ها، چسب­‌ها و پاک‌­کننده­‌های رنگ استفاده می‌­شود. صنعت ساخت و ساز جهانی به طور پیوسته به‌­دلیل رشد جمعیت، شهرنشینی و توسعه زیرساخت‌­ها به ویژه در اقتصادهای نوظهور، در حال رشد است. بنابراین، رشد صنعت ساختمان سبب افزایش مصرف رنگ­‌ها و پوشش­‌ها و در نتیجه افزایش تقاضا برای متیلن کلراید می‌­شود.

رشد صنعت خودرو

متیلن کلراید به طور گسترده در تمیز کردن فلزات در صنعت خودرو استفاده می­‌شود، زیرا به طور مؤثر چربی را از سطوح فلزی قبل از رنگ­‌آمیزی، پاک می­‌کند. با افزایش تولید خودرو در سطح جهان، مصرف متیلن کلراید برای تمیز کردن فلزات در خودروسازی در حال افزایش است. به عنوان مثال، پیش بینی‌­های سازمان ملل نشان می‌­دهد که تولید جهانی خودرو تا سال 2030، 85 درصد و تا سال2050، 115 درصد نسبت به سال 2016 افزایش خواهد یافت. این روند صعودی، مصرف پاک کننده‌­های رنگ، تینرها و سایر مواد شیمیایی آماده سازی سطح که حاوی متیلن کلراید است را به طور قابل توجهی افزایش می­‌دهد.

افزایش تقاضای فوم­‌های پلی­‌یورتان

متیلن کلراید یکی از مواد ایجاد فوم در تولید فوم­‌های پلی­‌یورتان است که در صنایعی مانند خودروسازی، ساخت و ساز، الکترونیک و غیره کاربرد دارند. به­‌علت مقرون به‌­صرفه بودن این ماده، با افزایش مصرف فوم پلی­‌یورتان در صنایع مختلف به ویژه در مناطق در حال توسعه، تقاضا برای این حلال در حال افزایش است .

بررسی منطقه‌­ای بازار متیلن کلراید

شکل 2، سهم بازار متیلن کلراید براساس مناطق مختلف جهان را در سال 2023، نشان می‌­دهد که تحلیل سهم هرکدام از مناطق به صورت زیر است.

آسیا و اقیانوسیه

انتظار می­‌رود بازار آسیا و اقیانوسیه بزرگترین بازار برای متیلن کلراید باشد که بیش از 41.2 درصد از سهم بازار را در سال 2023 به خود اختصاص داده است. رشد بازار در آسیا و اقیانوسیه به دلیل صنعتی شدن سریع و فعالیت­‌های ساختمانی رو به رشد در اقتصادهای نوظهور مانند چین و هند است.

آمریکای شمالی

انتظار می­‌رود آمریکای شمالی دومین بازار بزرگ برای متیلن کلراید در طول دوره پیش بینی باشد همان­‌گونه که بیش از 28.7 درصد از سهم بازار را در سال 2023 به خود اختصاص داده. رشد بازار در آمریکای شمالی به دلیل صنعت باسابقه ساخت و ساز و خودروسازی است.

خاورمیانه و آفریقا

انتظار می‌­رود بازار خاورمیانه و آفریقا با CAGR بیش از 6.5 درصد در طول دوره پیش بینی، سریع ترین بازار در حال رشد برای متیلن کلراید باشد. رشد بازار در خاورمیانه و آفریقا به دلیل گسترش صنایع نفت و گاز و فرآیندهای شیمیایی در منطقه است .

تهدید­های بازار متیلن کلراید

تغییر به سمت استفاده از حلال‌های سبز و زیستی

تغییر رو به رشدی به سمت استفاده از حلال‌های سبز و پایه زیستی مانند استون، اتیل استات، ­دی اکسید کربن فوق بحرانی و موارد دیگر وجود دارد که تهدیدی برای حلال‌های معمولی از جمله متیلن کلراید هستند. مقررات پیرامون انتشار ترکیبات آلی فرار و افزایش نگرانی‌های زیست‌محیطی عوامل کلیدی هستند که گرایش به سمت حلال‌های سبز را در صنایعی مانند رنگ‌ها و پوشش‌ها، داروسازی و غیره هدایت می‌کنند. این موضوع می­‌تواند رشد بازار متیلن کلراید را در دراز مدت مهار کند. به عنوان مثال، طبق گزارش­‌های اخیر Dumond Chemicals، که یکی از بزرگترین تولیدکنندگان محصولات پاک­‌کننده رنگ در آمریکای شمالی است، تا سال 2022 به طور کامل متیلن کلراید را با حلال­‌های زیستی در تمام محصولات پاک­‌کننده خود جایگزین کرده است.

پیشرفت‌ها در فناوری عامل ایجاد فوم

عوامل ایجاد فومِ سازگار با محیط زیست مانند methyl formate، دی اکسید کربن مایع، methylal و متیل استات در اکثر صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرند. به دلیل تأثیر این مواد در کاهش گرمایش جهان و تخریب لایه اُزن، تولیدکنندگان فوم‌­های پلی­‌یورتان به سمت این جایگزین‌ها می‌روند. این موضوع می­‌تواند رشد تقاضا برای متیلن کلراید به عنوان یک عامل ایجاد فوم را مختل کند. به عنوان مثال، طبق داده‌های ارائه شده توسط Honeywell، حجم فروش عامل ایجاد فوم hydrofluoroolefin در آمریکای شمالی بین سال‌های 2019 تا 2021 بیش از 50 درصد افزایش داشته است. زیرا مشتریان از متیلن کلراید و سایر مواد مخرب لایه ازن فاصله گرفته‌­اند.

روند رو به رشد بازیافت حلال‌­ها

به دلیل افزایش نگرانی­‌های زیست محیطی و نوسانات قیمت خوراک، بازیافت حلال­‌ها روند افزایشی داشته است. بازیافت متیلن کلراید نیز به دلیل مزایایی مانند کاهش در مصرف منابع و تولید ضایعات، در حال افزایش است. شرکت­‌های شیمیایی با ارائه دهندگان فناوری بازیافت، جهت جمع آوری و خالص­‌سازی متیلن کلرایدهای مصرف شده و به­‌منظور استفاده­ی مجدد از آن­‌ها، همکاری می‌کنند که انتظار می‌رود این روند در آینده نزدیک، افزایش یابد.

توسعه حلال­‌های جایگزین

تولیدکنندگان در حال توسعه حلال‌های غیرکلرینه جایگزین برای کاربردهایی هستند که نگرانی‌های مربوط به سمیت استفاده از متیلن کلراید را محدود می­‌کند. حلال‌هایی مانند استون، dibasic esters و N-methylpyrrolidone به عنوان جایگزین‌های ایمن­تر در فرآیندهای دارویی و سایر کاربردهای حساس ارزیابی می‌­شوند. تجاری سازی این جایگزین‌ها می‌­تواند رشد متیلن کلراید را در کاربردهای خاص محدود کند.

نوسان‌­های قیمت نفت خام

نوسان­‌های قیمت نفت خام بر اقتصاد تولیدِ متیلن کلراید تأثیر می­‌گذارد، که یکی از موانع رشد بازار است. نوسان قیمت نفت منجر به بی ثباتی عرضه بنزن (ماده خام حاصل از پالایش نفت خام) و نوسانات هزینه می­‌شود. این به نوبه خود هزینه‌­های تولید را برای تولید کنندگان این حلال افزایش می­‌دهد و در نتیجه بر رشد کلی بازار تأثیر می­‌گذارد .