Trihydrát oxidu hlinitého v barvách a nátěrech

Předpokládá se, že poptávka po trihydrátu oxidu hlinitého používaném v barvách a nátěrových hmotách bude v předpokládaném období hnací silou růstu trhu, a to z důvodu rostoucího stavebního a automobilového průmyslu a přísných předpisů o požární bezpečnosti, které tuto poptávku po trihydrátu oxidu hlinitého podporují.

Trihydrát oxidu hlinitého má nízkou akutní toxicitu a biologickou dostupnost; chronické užívání však může vést k hyperkalcemii (Poisindex 1998).

Rozpustnost

Trihydrát oxidu hlinitého je bílý prášek s nízkou rozpustností ve vodě i ethanolu, ale s amfoterními vlastnostmi, což znamená, že se váže s kyselinami i zásadami. Dobře se rozpouští ve zředěné kyselině sírové a chlorovodíkové, zatímco v kyselině dusičné zůstává nerozpustný; díky své teplotě tání je vhodný pro vysokoteplotní aplikace, jako je keramika a smalty, zatímco při výrobě kovového hliníku a jako nehořlavé plnivo v polymerních kompozitech se hojně využívá.

Odhaduje se, že celosvětový trh s trihydrátem oxidu hlinitého dosáhne do roku 2019 více než 100 milionů tun a poroste průměrným složeným ročním tempem růstu přibližně 7%. Je rozdělen na aplikace, typy výrobků, průmyslová odvětví a koncové aplikace, přičemž největší podíl na trhu mají koncové aplikace plastů, a to díky rostoucí spotřebě ve stavebnictví, automobilovém průmyslu a v odvětví elektrotechniky a elektroniky - z velké části kvůli požadavkům na snižování emisí uhlíku, které vedou k nahrazování kovových součástí plastovými v automobilových komponentech.

Trihydrát oxidu hlinitého je mimořádně užitečná látka s četnými aplikacemi, od pigmentů pro inkoust a plnidlo papíru, přes adsorpci, maziva a žáruvzdorné materiály, výrobu kovového oxidu hlinitého až po analytické činidlo. Vyrábí se rozpouštěním bauxitu v hydroxidu sodném Bayerovým postupem a následným oddělením od pevných látek zahříváním; tento energeticky náročný postup však vyvolává obavy o životní prostředí.

Inhalační expozice trihydrátu oxidu hlinitého byla spojena s respiračními onemocněními u pracovníků, kteří s ním manipulovali (Ueda et al., 1958; Edling, 1961). Po inhalační expozici jemně mletému pyrofosfátovému prachu a jiným formám hliníku byla rovněž hlášena plicní fibróza (Park et al. 1996 citováno v ATSDR 1999).

Trihydrát sráženého oxidu hlinitého byl v roce 2019 lídrem na trhu a tvořil více než 40% celosvětového trhu s trihydrátem oxidu hlinitého. Oproti mletému trihydrátu oxidu hlinitého nabízí řadu výhod, včetně nižší viskozity v polyesterových SMC aplikacích a lepších vlastností zpomalujících hoření. Kromě toho může být pořízení vysráženého trihydrátu hlinitého méně nákladné, protože jeho fyzikálně absorbovaná vlhkost se při zahřívání odpařuje ve srovnání s rozkládajícími se částicemi trihydrátu hlinitého; díky tomu je tato forma vhodná pro aplikace vyžadující rychlé vytvrzení se zvýšenou odolností proti nárazu a rychlou dobou vytvrzení.

Toxicita

Trihydrát hliníku se používá při výrobě sloučenin hliníku, jako je kalcinovaný oxid hlinitý, polychlorid hlinitý, síran hlinitý, dusičnan hlinitý a zeolit. Kromě toho slouží jako materiál zpomalující hoření a prostředek potlačující kouř a také jako tepelně izolační materiál. Evropská unie antimon zakázala. Kadmium představuje účinnou alternativu, která nabízí vynikající protipožární vlastnosti a je kompatibilní s mnoha organickými rozpouštědly. ATH lze snadno přidávat do polyuretanových, latexových a neoprenových pěnových systémů, vinylových obkladů stěn a podlahových krytin a pryžových izolací vodičů a kabelů jako bílý prášek s vynikající tepelnou vodivostí a schopností potlačovat plameny. Rozpustný ve vodě, alkoholu a ropných produktech; lze smýt mýdlovou vodou nebo kyselými roztoky; velmi stabilní při vysokých teplotách a odolný proti oděru.

Rozemletý hliník se může vylučovat močí, přičemž se absorbuje méně než 10% (Gorsky et al. 1979), většina je zpracována jaterním metabolismem a vyloučena jaterní sekrecí (Kaehny et al. 1977). Naproti tomu trihydrát oxidu hlinitého se rychle vstřebává ze střeva do moči prostřednictvím rychlé absorpce ze zdroje (Lansdown 1973 citovaný ATSDR 1999), přičemž dochází pouze k minimální systémové absorpci (ATSDR 1999). Biologická dostupnost závisí jak na formě podání, tak na přítomnosti komplexotvorných látek, jako je citrát vápenatý, který zvyšuje absorpci tvorbou komplexu (např.). Citrát vápenatý může zvyšovat absorpci vytvářením vstřebatelných komplexů, které výrazně zvyšují rychlost absorpce, a tím výrazně zvyšují biologickou dostupnost; citrát vápenatý podávaný v potravě zvyšuje absorpci prostřednictvím tvorby komplexů.

Ačkoli jsou k dispozici údaje o chronické karcinogenitě jiných sloučenin hliníku, neposkytují dostatečné údaje pro posouzení expozice člověka dermální nebo inhalační expozici trihydrátu hliníku. Proto byl zvolen index nebezpečnosti orální cestou v hodnotě jedna.

Členové podvýboru určili, že trihydrát oxidu hlinitého pravděpodobně nepředstavuje významné riziko, které by nebylo spojeno s rakovinou, cestou dermální expozice, a to na základě jeho propustnosti pro vodu, nejvyšší očekávané aplikační dávky 7,5 mg/cm2, rovnice 1 z kapitoly 3 a hodnot RfD pro dermální expozici stanovených v kapitole 3. Na základě toho dospěli k závěru 1,5 mg/kg/den.

Biologická dostupnost

Trihydrát oxidu hlinitého (Al3O4) je inertní bílý prášek nebo granule s vynikající tepelnou stabilitou a nízkým obsahem vody, díky čemuž je vhodný pro použití jako adhezivní materiál v různých průmyslových odvětvích. Azbest lze použít jako zpomalovač hoření, tlumič ohně a kouře v plastech, gumě, textilu, izolaci vodičů a kabelů, vinylových obkladech stěn a podlah a epoxidových systémech; kromě toho může sloužit také jako bělicí činidlo v papírenském průmyslu. Výroba materiálu zpomalujícího hoření a potlačujícího kouř probíhá Bayerovým procesem rozkladu bauxitu, při němž se odstraňuje konstituční voda o teplotě nad 180 °C, která ochlazuje jeho povrch a blokuje vstup kyslíku, čímž tento materiál získává své vlastnosti zpomalující hoření a potlačující kouř. Materiály zpomalující hoření lze použít místo antimonu pro vinyl jako nízko kouřovou netoxickou náhradu a také jako základní surovinu ve výrobcích, jako jsou systémy polyuretanové pěny, kabelové izolace a termoplasty.

Třídy trihydrátu oxidu hlinitého odolné proti otěru se široce používají jako plniva a rozšiřující látky v nátěrových hmotách, lepidlech, tmelu a plastech pro zvýšení pevnosti, trvanlivosti a vzhledu. Trihydrát oxidu hlinitého je také nedílnou součástí pevných povrchových materiálů používaných v deskách a koupelnových zařízeních; jeho čistota a podmínky srážení určují jeho morfologii - blokové částice s nižší viskozitou mohou ustoupit nižší viskozitě, zatímco deskovitá zrna viskozitu zvyšují.

Vdechování a požití trihydrátu hlinitého může mít škodlivé účinky na zdraví. Agentura pro registraci toxických látek a nemocí (Agency for Toxic Substances and Disease Registry) stanovila ve své analýze minimální úrovně rizika pro středně dlouhou dobu trvání perorální minimální úroveň rizika (MRL) ve výši 2,0 mg hliníku/kg denně; dále stanovila minimální úroveň rizika pro plíce (LMRL) ve výši 15 mg/m3 hliníkového prachu jako prahovou hodnotu kombinace MRL/LMRL.

Zvýšená spotřeba plastů v automobilovém a stavebním průmyslu podporuje růst globálního trhu s trihydrátem oxidu hlinitého. Předpisy zaměřené na snížení hmotnosti vozidel za účelem zlepšení palivové účinnosti a emisí uhlíku dále podpořily používání plastů jako alternativního materiálu ke kovu.

Trh lze rozdělit podle konečného použití na plasty, stavebnictví, barvy a nátěry a ostatní aplikace. Největší podíl na tomto trhu mají v současné době plasty, následované segmenty stavebnictví a nátěrové hmoty. Očekává se, že plasty zaznamenají nejrychlejší růst díky rostoucímu povědomí spotřebitelů a předpisům, které nařizují snižování hmotnosti karoserií automobilů.

Bezpečnost

Roční výroba trihydrátu oxidu hlinitého (ATH) se používá převážně jako zpomalovač hoření. Po zabudování do molekul polymerů vytváří ATH chemickou bariéru, která zpomaluje šíření požáru tím, že uvolňuje vodní páru, která se zředí do atmosféry a pomáhá omezit hoření a zastavit jeho šíření. Kromě toho je tato látka často součástí kaučuků, aby se zlepšily fyzikální vlastnosti.

Trihydrát hliníku se nemusí v těle vstřebávat tak snadno vzhledem k omezeným údajům o rozpustnosti; tyto informace však nelze extrapolovat kvantitativně na biologickou dostupnost, protože mohou existovat neznámé vlivy, jako je strava, které ovlivňují absorpci.

Při vnitřním užití se trihydrát hliníku (ATH) vylučuje stolicí, aniž by se systémově vstřebával. Ačkoli při vdechování ve formě jemných prachových částic není dráždivý, dlouhodobá expozice může způsobit podráždění dýchacích cest a je třeba se jí vyhnout, aby nedošlo k nepříznivým zdravotním následkům.

Vzhledem k nízké toxicitě nepředstavuje trihydrát oxidu hlinitého významné nebezpečí pro životní prostředí. Neznečišťuje sice půdu ani vodní zdroje, ale při nesprávném postupu manipulace a likvidace se může uvolňovat nadměrné množství prachových částic, které mohou dráždit oči, nos a krk.

Díky své tepelné stabilitě je trihydrát oxidu hlinitého vhodný pro aplikace, které vyžadují vyšší teploty, včetně použití jako antacidum k vyrovnávání pH žaludečního obsahu. Výroba probíhá Bayerovým procesem, při němž se bauxit rozpouští v hydroxidu sodném za zvýšených teplot.

Agentura pro registraci toxických látek a nemocí stanovila pro trihydrát oxidu hlinitého perorální referenční dávku (RfD) 1,5 mg hliníku/kg denně. Tato RfD byla vypočtena za předpokladu, že dítě je vystaveno trihydrátu hlinitého sáním 50 cm2 látky jím potažené po dobu dvou let a jedné hodiny denně, po dobu dvou let a jedné hodiny/den. Riziko rakoviny dutiny ústní bylo odhadnuto pomocí kombinace odhadů rizika fibrosarkomu kůže, rakoviny plic a rakoviny tlustého střeva u potkanů a myší vystavených trihydrátu hliníku. Tyto odhady byly poté vynásobeny složeným faktorem nejistoty 300 (10 pro mezidruhovou extrapolaci a 10 pro vnitrodruhovou variabilitu; viz tabulka 6-3 v oddíle Kvantitativní hodnocení toxicity). Index nebezpečnosti rakoviny získaný tímto postupem byl poté vydělen RfD, aby se získaly hodnoty RfC pro orální podání.