Τριϋδρική αλουμίνα σε χρώματα και επιστρώσεις

Η ζήτηση για τριυδρική αλουμίνα που χρησιμοποιείται σε χρώματα και επιχρίσματα προβλέπεται να οδηγήσει στην ανάπτυξη της αγοράς κατά την περίοδο πρόβλεψης, λόγω της αύξησης των κατασκευών και της αυτοκινητοβιομηχανίας, καθώς και των αυστηρών κανονισμών πυρασφάλειας που οδηγούν σε αυτή τη ζήτηση για τριυδρική αλουμίνα.

Η τριϋδρική αλουμίνα έχει χαμηλή οξεία τοξικότητα και βιοδιαθεσιμότητα- ωστόσο, η χρόνια χρήση μπορεί να οδηγήσει σε υπερασβεστιαιμία (Poisindex 1998).

Διαλυτότητα

Η τριϋδρική αλουμίνα είναι μια λευκή σκόνη με χαμηλή διαλυτότητα τόσο στο νερό όσο και στην αιθανόλη, αλλά με αμφοτερική ιδιότητα, που σημαίνει ότι δεσμεύεται τόσο με οξέα όσο και με αλκάλια. Το αραιό θειικό οξύ και το υδροχλωρικό οξύ τη διαλύουν καλά, ενώ παραμένει αδιάλυτη στο νιτρικό οξύ- το σημείο τήξης της την καθιστά κατάλληλη για εφαρμογές υψηλών θερμοκρασιών, όπως κεραμικά και σμάλτα, ενώ η παραγωγή μετάλλων αλουμινίου, καθώς και ως επιβραδυντικό φλόγας πληρωτικό υλικό σε πολυμερή σύνθετα υλικά τη χρησιμοποιούν ευρέως.

Η παγκόσμια αγορά τριϋδρικής αλουμίνας εκτιμάται ότι θα ξεπεράσει τους 100 εκατομμύρια τόνους έως το 2019 και θα αυξηθεί με μέσο ετήσιο σύνθετο ρυθμό ανάπτυξης περίπου 7%. Χωρίζεται σε εφαρμογές, τύπους προϊόντων, βιομηχανίες τελικής χρήσης και εφαρμογές τελικής χρήσης, με τις πλαστικές τελικές χρήσεις να κατέχουν το μεγαλύτερο μερίδιο αγοράς λόγω της αυξανόμενης κατανάλωσης στους τομείς των κατασκευών, της αυτοκινητοβιομηχανίας και των ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών ειδών - που οφείλεται σε μεγάλο βαθμό εν μέρει στις απαιτήσεις μείωσης των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα που οδηγούν στην αντικατάσταση των μεταλλικών εξαρτημάτων με πλαστικά στα εξαρτήματα των αυτοκινήτων.

Η τριϋδρική αλουμίνα είναι μια εξαιρετικά χρήσιμη ουσία με πολυάριθμες εφαρμογές, από χρωστική ουσία μελανιού και πληρωτικό χαρτιού, εφαρμογές προσρόφησης, λιπαντικά και πυρίμαχα υλικά, κατασκευή μεταλλικής αλουμίνας και ως αναλυτικό αντιδραστήριο. Παράγεται μέσω της διάλυσης βωξίτη σε υδροξείδιο του νατρίου με τη διαδικασία Bayer και τον επακόλουθο διαχωρισμό από τα στερεά με θέρμανση- ωστόσο αυτή η ενεργοβόρα διαδικασία εγείρει περιβαλλοντικές ανησυχίες.

Η έκθεση σε τριυδρική αλουμίνα μέσω της εισπνοής έχει συνδεθεί με αναπνευστικές παθήσεις σε εργαζόμενους που τη χειρίζονται (Ueda et al., 1958- Edling, 1961). Πνευμονική ίνωση έχει επίσης αναφερθεί μετά από έκθεση μέσω εισπνοής που περιλαμβάνει λεπτόκοκκη πυροφωσφορική σκόνη και άλλες μορφές αλουμινίου (Park et al. 1996, όπ. αναφ. στο ATSDR 1999).

Η τριυδρική κατακρημνισμένη αλουμίνα ήταν ο ηγέτης της αγοράς, αποτελώντας πάνω από 40% της παγκόσμιας αγοράς τριυδρικής αλουμίνας το 2019. Προσφέρει πολυάριθμα πλεονεκτήματα σε σχέση με την τριυδρική αλεσμένη αλουμίνα, όπως χαμηλότερο ιξώδες σε εφαρμογές πολυεστερικού SMC και καλύτερες ιδιότητες επιβράδυνσης φλόγας. Επιπλέον, η τριυδρική αλουμίνα σε ίζημα μπορεί να είναι λιγότερο δαπανηρή στην αγορά, επειδή η φυσικώς απορροφημένη υγρασία της εξατμίζεται κατά τη θέρμανση σε σύγκριση με τα αποσυντιθέμενα σωματίδια τριυδρικής αλουμίνας- καθιστώντας αυτή τη μορφή κατάλληλη για εφαρμογές που απαιτούν ταχεία σκλήρυνση με αυξημένη αντοχή σε κρούση και γρήγορα χρονικά πλαίσια σκλήρυνσης.

Τοξικότητα

Η τριϋδρική αλουμίνα χρησιμοποιείται στην παραγωγή ενώσεων αλουμινίου, όπως η πυρωμένη αλουμίνα, το χλωριούχο πολυαργίλιο, το θειικό αργίλιο, η νιτρική αλουμίνα και ο ζεόλιθος. Επιπλέον, χρησιμεύει ως επιβραδυντικό φλόγας και μέσο καταστολής του καπνού καθώς και ως θερμομονωτικό υλικό. Το αντιμόνιο έχει απαγορευτεί από την Ευρωπαϊκή Ένωση. Το κάδμιο παρέχει μια αποτελεσματική εναλλακτική λύση, προσφέροντας ανώτερες πυράντοχες ιδιότητες και όντας συμβατό με πολλούς οργανικούς διαλύτες. Το ATH μπορεί εύκολα να προστεθεί στα συστήματα αφρού πολυουρεθάνης, λατέξ και νεοπρενίου, στις επενδύσεις τοίχων και δαπέδων από βινύλιο και στις μονώσεις καλωδίων και καλωδίων από καουτσούκ ως λευκή σκόνη με εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα και ικανότητες καταστολής φλόγας. Διαλύεται σε νερό, αλκοόλη και προϊόντα πετρελαίου- μπορεί να ξεπλυθεί με σαπουνόνερο ή όξινα διαλύματα- πολύ σταθερή σε υψηλές θερμοκρασίες και ανθεκτική στην τριβή.

Το γειωμένο αλουμίνιο μπορεί να αποβληθεί μέσω των ούρων με απορρόφηση λιγότερων από 10% (Gorsky et al. 1979), ενώ το μεγαλύτερο μέρος του επεξεργάζεται μέσω του ηπατικού μεταβολισμού και αποβάλλεται μέσω ηπατικής έκκρισης (Kaehny et al. 1977). Αντίθετα, η τριυδρική αλουμίνα απορροφάται γρήγορα από το έντερο στα ούρα μέσω της ταχείας απορρόφησης από την πηγή της (Lansdown 1973, όπως αναφέρεται από την ATSDR 1999), με ελάχιστη μόνο συστηματική απορρόφηση να λαμβάνει χώρα (ATSDR 1999). Η βιοδιαθεσιμότητα εξαρτάται τόσο από τη μορφή χορήγησης όσο και από την παρουσία συμπλοκοποιητικών ουσιών, όπως το κιτρικό ασβέστιο, το οποίο ενισχύει την απορρόφηση μέσω του σχηματισμού συμπλόκων (για παράδειγμα). Το κιτρικό ασβέστιο μπορεί να ενισχύσει την απορρόφηση με τη δημιουργία απορροφήσιμων συμπλόκων που αυξάνουν δραματικά τους ρυθμούς απορρόφησης και συνεπώς αυξάνουν δραματικά τη βιοδιαθεσιμότητα- το διαιτητικό κιτρικό ασβέστιο ενισχύει την απορρόφηση μέσω της δημιουργίας συμπλόκων.

Παρόλο που υπάρχουν δεδομένα χρόνιας καρκινογένεσης για άλλες ενώσεις αλουμινίου, αυτά δεν παρέχουν επαρκή δεδομένα για την αξιολόγηση της έκθεσης του ανθρώπου μέσω δερματικής ή εισπνεόμενης έκθεσης στην τριυδρική αλουμίνα. Ως εκ τούτου, επιλέχθηκε δείκτης κινδύνου από το στόμα ίσος με ένα.

Τα μέλη της υποεπιτροπής καθόρισαν ότι η τριυδρική αλουμίνα είναι απίθανο να προκαλέσει σημαντικό μη καρκινικό κίνδυνο μέσω της οδού δερματικής έκθεσης, με βάση τη διαπερατότητα του νερού, τον υψηλότερο αναμενόμενο ρυθμό εφαρμογής 7,5 mg/cm2, την εξίσωση 1 από το κεφάλαιο 3 και τις τιμές RfD για το δέρμα, όπως προσδιορίστηκαν στο κεφάλαιο 3. Αυτό τους οδήγησε να καταλήξουν στο συμπέρασμα 1,5 mg/kg-ημέρα.

Βιοδιαθεσιμότητα

Η τριϋδρική αλουμίνα (Al3O4) είναι μια αδρανής λευκή σκόνη ή κόκκος με εξαιρετική θερμική σταθερότητα και χαμηλή περιεκτικότητα σε νερό, που την καθιστά κατάλληλη για χρήση ως συγκολλητικό υλικό σε πολλές βιομηχανίες. Ο αμίαντος μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως επιβραδυντικό φλόγας, κατασταλτικό πυρκαγιάς και κατασταλτικό καπνού σε πλαστικά, καουτσούκ, κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα, μονώσεις καλωδίων και καλωδίων, καλύμματα τοίχων και δαπέδων από βινύλιο και εποξειδικά συστήματα- επιπλέον μπορεί να χρησιμεύσει και ως λευκαντικό στις βιομηχανίες χαρτιού. Η παραγωγή του επιβραδυντικού φλόγας και του υλικού καταστολής καπνού πραγματοποιείται μέσω της διαδικασίας της Bayer για τη χώνευση του βωξίτη, όπου το νερό σύστασης άνω των 180 βαθμών Κελσίου αφαιρείται για να ψύξει την επιφάνειά του και να εμποδίσει την είσοδο οξυγόνου, προσδίδοντας στο υλικό αυτό τις ιδιότητες επιβραδυντικού φλόγας και καταστολής καπνού. Τα επιβραδυντικά φλόγας υλικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν στη θέση του αντιμονίου για το βινύλιο ως μη τοξικό υποκατάστατο χαμηλού καπνού, καθώς και ως βασική πρώτη ύλη σε προϊόντα όπως τα συστήματα αφρού πολυουρεθάνης, οι μονώσεις καλωδίων και τα θερμοπλαστικά.

Οι ανθεκτικοί στην τριβή τύποι τριϋδρικής αλουμίνας χρησιμοποιούνται ευρέως ως πληρωτικά και επεκτατικά υλικά σε χρώματα, κόλλες, στεγανωτικά και πλαστικά για την αύξηση της αντοχής, της ανθεκτικότητας και της εμφάνισης. Η τριϋδρική αλουμίνα είναι επίσης αναπόσπαστο συστατικό των υλικών στερεών επιφανειών που χρησιμοποιούνται σε πάγκους και εξαρτήματα μπάνιου. η καθαρότητα και οι συνθήκες καταβύθισης καθορίζουν τις μορφολογίες της - τα μπλοκώδη σωματίδια με χαμηλότερο ιξώδες μπορεί να υποχωρήσουν σε χαμηλότερο ιξώδες, ενώ οι πλακοειδείς κόκκοι αυξάνουν το ιξώδες.

Η εισπνοή και η κατάποση τριϋδρικής αλουμίνας μπορεί να έχει επιβλαβείς επιπτώσεις στην υγεία. Για την αντιμετώπιση αυτού του κινδύνου, η Υπηρεσία Καταγραφής Τοξικών Ουσιών και Ασθενειών (Agency for Toxic Substances and Disease Registry) καθόρισε ένα ελάχιστο επίπεδο κινδύνου (MRL) για το στόμα ενδιάμεσης διάρκειας 2,0 mg αλουμινίου/kg ημερησίως στην ανάλυσή της για το ελάχιστο επίπεδο κινδύνου- επιπλέον, καθόρισε ένα ελάχιστο επίπεδο κινδύνου για τους πνεύμονες (LMRL) 15 mg/m3 σκόνης αλουμινίου ως κατώτατη τιμή συνδυασμού MRL/LMRL.

Η αυξημένη κατανάλωση πλαστικών από την αυτοκινητοβιομηχανία και τις κατασκευές τροφοδοτεί την ανάπτυξη της παγκόσμιας αγοράς τριυδρικής αλουμίνας. Οι κανονισμοί που αποσκοπούν στη μείωση του βάρους των οχημάτων για τη βελτίωση της αποδοτικότητας των καυσίμων και των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα ενθάρρυναν περαιτέρω τη χρήση των πλαστικών ως εναλλακτικό υλικό σε σχέση με το μέταλλο.

Η αγορά μπορεί να χωριστεί ανά κλάδο τελικής χρήσης σε πλαστικά, κτίρια και κατασκευές, χρώματα και επιχρίσματα και άλλες εφαρμογές. Τα πλαστικά κατέχουν επί του παρόντος το μεγαλύτερο μερίδιο στην αγορά αυτή, ακολουθούμενα από τα τμήματα των κτιρίων και κατασκευών και των χρωμάτων και επιχρισμάτων. Τα πλαστικά αναμένεται να παρουσιάσουν την ταχύτερη ανάπτυξη λόγω της αυξανόμενης ευαισθητοποίησης των καταναλωτών και των κανονισμών που επιβάλλουν τη μείωση του βάρους του αμαξώματος των αυτοκινήτων.

Ασφάλεια

Η ετήσια παραγωγή τριυδρικής αλουμίνας (ATH) χρησιμοποιείται κυρίως ως επιβραδυντικό φλόγας. Όταν ενσωματώνεται σε μόρια πολυμερών, η ATH δημιουργεί ένα χημικό φράγμα που καθυστερεί τη διάδοση της πυρκαγιάς εκπέμποντας υδρατμούς που αραιώνονται στην ατμόσφαιρα για να συμβάλει στη μείωση της καύσης και να σταματήσει την εξάπλωσή της. Επιπλέον, τα ελαστικά ενσωματώνουν συχνά αυτή την ουσία για τη βελτίωση των φυσικών ιδιοτήτων.

Η τριυδρική αλουμίνα μπορεί να μην απορροφάται από τον οργανισμό τόσο εύκολα λόγω των περιορισμένων δεδομένων διαλυτότητας- ωστόσο, οι πληροφορίες αυτές δεν μπορούν να προεκτεθούν ποσοτικά στη βιοδιαθεσιμότητα, καθώς μπορεί να υπάρχουν άγνωστες επιδράσεις, όπως η διατροφή, που επηρεάζουν την απορρόφηση.

Όταν λαμβάνεται εσωτερικά, η τριϋδρική αλουμίνα (ATH) αποβάλλεται μέσω των κοπράνων χωρίς να απορροφάται συστηματικά. Αν και δεν προκαλεί ερεθισμό όταν εισπνέεται ως λεπτά σωματίδια σκόνης, η παρατεταμένη έκθεση μπορεί να προκαλέσει ερεθισμό του αναπνευστικού συστήματος και πρέπει να αποφεύγεται για την αποφυγή δυσμενών επιπτώσεων στην υγεία.

Λόγω της χαμηλής τοξικότητάς της, η τριυδρική αλουμίνα δεν αποτελεί σημαντικό περιβαλλοντικό κίνδυνο. Ενώ δεν ρυπαίνει το έδαφος ή τις πηγές νερού, οι ακατάλληλες διαδικασίες χειρισμού και διάθεσης θα μπορούσαν να απελευθερώσουν υπερβολικά σωματίδια σκόνης που μπορεί να ερεθίσουν τα μάτια, τη μύτη και το λαιμό.

Η θερμική σταθερότητα της τριϋδρικής αλουμίνας την καθιστά κατάλληλη για εφαρμογές που απαιτούν υψηλότερες θερμοκρασίες, συμπεριλαμβανομένης της χρήσης της ως αντιόξινο για τη ρύθμιση των επιπέδων pH του περιεχομένου του στομάχου. Η παραγωγή γίνεται μέσω της διαδικασίας Bayer, κατά την οποία ο βωξίτης διαλύεται σε υδροξείδιο του νατρίου σε υψηλές θερμοκρασίες.

Ο Οργανισμός Μητρώου Τοξικών Ουσιών και Ασθενειών έχει ορίσει ως δόση αναφοράς (RfD) από το στόμα 1,5 mg αλουμινίου/kg ημερησίως για την τριυδρική αλουμίνα. Αυτή η RfD υπολογίστηκε υποθέτοντας ότι ένα παιδί εκτίθεται σε τριϋδρική αλουμίνα με το να πιπιλίζει 50 cm2 υφάσματος επικαλυμμένου με αυτήν επί δύο χρόνια και μία ώρα την ημέρα, για δύο χρόνια και μία ώρα/ημέρα. Ο κίνδυνος καρκίνου του στόματος εκτιμήθηκε χρησιμοποιώντας έναν συνδυασμό εκτιμήσεων κινδύνου ινοσαρκώματος του δέρματος, καρκίνου του πνεύμονα και καρκίνου του παχέος εντέρου για αρουραίους και ποντίκια που εκτέθηκαν σε τριυδρική αλουμίνα. Αυτές οι εκτιμήσεις πολλαπλασιάστηκαν στη συνέχεια με έναν σύνθετο συντελεστή αβεβαιότητας 300 (10 για την παρέκταση μεταξύ των ειδών και 10 για τη μεταβλητότητα εντός των ειδών- βλ. πίνακα 6-3 στην ενότητα "Ποσοτική εκτίμηση τοξικότητας"). Ο δείκτης επικινδυνότητας καρκίνου που προέκυψε από αυτή τη διαδικασία διαιρέθηκε στη συνέχεια με την RfD για να ληφθούν οι τιμές RfC από το στόμα.