Alumiinitrihydraatti maaleissa ja pinnoitteissa

Maaleissa ja pinnoitteissa käytettävän alumiinioksiditrihydraatin kysynnän ennustetaan lisäävän markkinoiden kasvua ennustejaksolla, koska rakennus- ja autoteollisuus sekä tiukat paloturvallisuusmääräykset lisäävät alumiinioksiditrihydraatin kysyntää.

Alumiinitrihydraatin akuutti myrkyllisyys ja biologinen hyötyosuus ovat vähäisiä; krooninen käyttö voi kuitenkin johtaa hyperkalsemiaan (Poisindex 1998).

Liukoisuus

Alumiinitrihydraatti on valkoinen jauhe, joka liukenee huonosti sekä veteen että etanoliin, mutta jolla on amfoteerinen ominaisuus eli se sitoutuu sekä happoihin että emäksiin. Laimea rikkihappo ja suolahappo liukenevat siihen hyvin, kun taas typpihappoon se ei liukene; sulamispisteensä ansiosta se soveltuu korkeissa lämpötiloissa käytettäviin sovelluksiin, kuten keramiikkaan ja emaleihin, kun taas alumiinimetallien tuotannossa ja palonestoaineena käytettävien polymeerikomposiittien täyteaineena sitä käytetään laajasti.

Alumiinitrihydraatin maailmanmarkkinoiden arvioidaan nousevan yli 100 miljoonaan tonniin vuoteen 2019 mennessä ja kasvavan noin 7%:n keskimääräisellä vuotuisella yhdistetyllä kasvuvauhdilla. Markkinat on jaettu sovelluksiin, tuotetyyppeihin, loppukäyttöteollisuuksiin ja loppukäyttösovelluksiin, joista muovin loppukäyttö muodostaa suurimman markkinaosuuden johtuen kasvavasta kulutuksesta rakentamisessa, autoteollisuudessa sekä sähkö- ja elektroniikkateollisuudessa - mikä johtuu suurelta osin hiilidioksidipäästöjen vähentämisvaatimuksista, jotka johtavat metallikomponenttien korvaamiseen muovisilla autojen komponenteissa.

Alumiinitrihydraatti on erittäin käyttökelpoinen aine, jolla on lukuisia käyttökohteita, kuten mustepigmentti ja paperin täyteaine, adsorptio-, voiteluaine- ja tulenkestävät materiaalisovellukset, alumiinioksidimetallien valmistus ja analyyttinen reagenssi. Sitä valmistetaan liuottamalla bauksiittia natriumhydroksidiin Bayer-prosessin avulla ja erottamalla se sen jälkeen kiintoaineesta kuumentamalla; tämä energiaintensiivinen menettely herättää kuitenkin ympäristöongelmia.

Alumiinitrihydraatille altistuminen hengitysteitse on yhdistetty sitä käsittelevien työntekijöiden hengitystiesairauksiin (Ueda et al., 1958; Edling, 1961). Keuhkofibroosia on raportoitu myös hienoksi jauhetun pyrofosfaattipölyn ja muiden alumiinimuotojen aiheuttaman inhalaatioaltistuksen jälkeen (Park et al. 1996, mainittu ATSDR 1999).

Saostettu alumiinioksiditrihydraatti oli markkinajohtaja, ja sen osuus alumiinioksiditrihydraatin maailmanmarkkinoista oli yli 40% vuonna 2019. Se tarjoaa lukuisia etuja jauhettuun alumiinioksiditrihydraattiin verrattuna, kuten alhaisemman viskositeetin polyesteripolymeeri-SMC-sovelluksissa ja paremmat palonesto-ominaisuudet. Lisäksi saostettu alumiinioksiditrihydraatti voi olla edullisempi hankkia, koska sen fyysisesti absorboitunut kosteus haihtuu kuumennettaessa verrattuna hajoaviin alumiinioksiditrihydraattihiukkasiin; tämä muoto soveltuu sovelluksiin, joissa vaaditaan nopeaa kovettumista, parempaa iskunkestävyyttä ja nopeaa kovettumisaikaa.

Myrkyllisyys

Alumiinitrihydraattia käytetään alumiiniyhdisteiden, kuten kalsinoidun alumiinioksidin, polyalumiinikloridin, alumiinisulfaatin, alumiininitraatin ja zeoliitin valmistuksessa. Lisäksi se toimii palonestoaineena ja savunpoistoaineena sekä lämmöneristysmateriaalina. Euroopan unioni on kieltänyt antimonin käytön. Kadmium tarjoaa tehokkaan vaihtoehdon, jolla on erinomaiset palonsuojaominaisuudet ja joka on yhteensopiva monien orgaanisten liuottimien kanssa. ATH voidaan helposti lisätä polyuretaani-, lateksi- ja neopreenivaahtojärjestelmiin, vinyyliseinä- ja lattiapäällysteisiin sekä kumilankojen ja -kaapeleiden eristeisiin valkoisena jauheena, jolla on erinomainen lämmönjohtavuus ja palonsammutuskyky. Liukenee veteen, alkoholiin ja öljytuotteisiin; voidaan pestä pois saippuavedellä tai happamilla liuoksilla; erittäin stabiili korkeissa lämpötiloissa ja kulutusta kestävä.

Maadoitettu alumiini voi erittyä virtsaan, ja alle 10% imeytyy (Gorsky ym. 1979), ja suurin osa siitä käsitellään maksan aineenvaihdunnassa ja poistuu maksan erittymisen kautta (Kaehny ym. 1977). Alumiinitrihydraatti sitä vastoin imeytyy nopeasti suolistosta virtsaan nopean imeytymisen kautta lähteestään (Lansdown 1973, viitattu ATSDR 1999), ja systeemistä imeytymistä tapahtuu vain vähän (ATSDR 1999). Biologinen hyötyosuus riippuu sekä antotavasta että kompleksinmuodostukseen vaikuttavien aineiden, kuten kalsiumsitraatin, läsnäolosta, joka parantaa imeytymistä esimerkiksi kompleksinmuodostuksen kautta. Kalsiumsitraatti voi parantaa imeytymistä muodostamalla imeytyviä komplekseja, jotka lisäävät imeytymisnopeutta huomattavasti ja siten lisäävät biosaatavuutta dramaattisesti; ravinnosta saatava kalsiumsitraatti lisää imeytymistä kompleksinmuodostuksen kautta.

Vaikka muista alumiiniyhdisteistä on saatavilla tietoja kroonisesta karsinogeenisuudesta, nämä tiedot eivät riitä ihmisten altistumisen arviointiin ihon kautta tai hengitysteitse tapahtuvan altistumisen kautta alumiinioksiditrihydraatille. Siksi suun kautta tapahtuvan käytön vaarallisuusindeksiksi valittiin yksi.

Alakomitean jäsenet päättelivät, että alumiinioksiditrihydraatti ei todennäköisesti aiheuta merkittävää riskiä muulle kuin syövälle ihon kautta tapahtuvan altistumisen kautta, koska se on vettä läpäisevää, suurin odotettavissa oleva levitysmäärä on 7,5 mg/cm2 , luvussa 3 esitetty yhtälö 1 ja luvussa 3 määritetyt ihon kautta annettavat RfD-arvot. Tämän perusteella päätelmäksi saatiin 1,5 mg/kg päivässä.

Biologinen hyötyosuus

Alumiinitrihydraatti (Al3O4) on inertti valkoinen jauhe tai rake, jolla on erinomainen lämpöstabiilisuus ja alhainen vesipitoisuus, joten se soveltuu käytettäväksi liima-aineena useilla teollisuudenaloilla. Asbestia voidaan käyttää palonestoaineena, palonsuoja-aineena ja savunpoistoaineena muovissa, kumissa, tekstiileissä, johtojen ja kaapeleiden eristeissä, vinyyliseinä- ja lattiapäällysteissä ja epoksijärjestelmissä; lisäksi sitä voidaan käyttää valkaisuaineena paperiteollisuudessa. Palonesto- ja savunpoistoaineita valmistetaan Bayerin prosessissa, jossa bauksiitti mädätetään, jolloin yli 180 celsiusasteen vesi poistetaan jäähdyttämään sen pintaa ja estämään hapen pääsy, jolloin materiaali saa palonesto- ja savunpoisto-ominaisuutensa. Palonsuoja-aineita voidaan käyttää antimonin sijasta vinyylin savuttomana ja myrkyttömänä korvikkeena sekä tärkeänä raaka-aineena tuotteissa, kuten polyuretaanivaahtojärjestelmissä, kaapelieristeissä ja kestomuoveissa.

Kulutusta kestäviä alumiinioksiditrihydraattilaatuja käytetään laajalti täyteaineina ja pidennysaineina maaleissa, liimoissa, tiivisteissä ja muoveissa lujuuden, kestävyyden ja ulkonäön parantamiseksi. Alumiinitrihydraatti on myös olennainen osa työtasoissa ja kylpyhuonekalusteissa käytettäviä kiinteitä pintamateriaaleja; sen puhtaus ja saostumisolosuhteet määräävät sen morfologian - lohkomaiset hiukkaset, joiden viskositeetti on alhaisempi, voivat muuttua alhaisemmaksi viskositeetiksi, kun taas levymäiset rakeet lisäävät viskositeettia.

Alumiinitrihydraatin hengittäminen ja nauttiminen voi aiheuttaa haitallisia terveysvaikutuksia. Tämän riskin huomioon ottamiseksi Agency for Toxic Substances and Disease Registry on asettanut vähimmäisriskitasoanalyysissään suun kautta otettavaksi vähimmäisriskitasoksi (MRL) 2,0 mg alumiinia/kg vuorokaudessa; lisäksi se on määrittänyt vähimmäisriskitasoksi keuhkoille 15 mg/m3 alumiinipölypölyn vähimmäisriskitasoksi (LMRL) MRL/LMRL-yhdistelmäkynnysarvona.

Muovien lisääntynyt kulutus auto- ja rakennusteollisuudessa lisää alumiinioksiditrihydraatin markkinoiden kasvua. Säädökset, joiden tarkoituksena on vähentää ajoneuvojen painoa polttoainetaloudellisuuden ja hiilidioksidipäästöjen parantamiseksi, ovat edelleen kannustaneet muovien käyttöä vaihtoehtoisina materiaaleina metallille.

Markkinat voidaan jakaa loppukäyttöteollisuuden mukaan muoviteollisuuteen, rakennusteollisuuteen, maaleihin ja pinnoitteisiin sekä muihin sovelluksiin. Muovit pitävät tällä hetkellä suurinta osuutta näillä markkinoilla, ja seuraavina tulevat rakennus- ja rakennustekniikka sekä maalit ja pinnoitteet. Muovien odotetaan kasvavan nopeimmin kuluttajien tietoisuuden lisääntymisen ja autojen korin painon alentamiseen velvoittavien säädösten vuoksi.

Turvallisuus

Alumiinitrihydraatin (ATH) vuosituotantoa käytetään pääasiassa palonestoaineena. Kun ATH liitetään polymeerimolekyyleihin, se muodostaa kemiallisen esteen, joka hidastaa palon leviämistä päästämällä ilmakehään laimenevaa vesihöyryä, joka auttaa vähentämään palamista ja pysäyttämään sen leviämisen. Lisäksi kumit sisältävät usein tätä ainetta fysikaalisten ominaisuuksien parantamiseksi.

Alumiinitrihydraatti ei ehkä imeydy elimistöön yhtä helposti, koska liukoisuustiedot ovat rajalliset; tällaisia tietoja ei kuitenkaan voida ekstrapoloida määrällisesti biologiseen hyötyosuuteen, koska imeytymiseen voi vaikuttaa tuntemattomia tekijöitä, kuten ruokavalio.

Sisäisesti nautittuna alumiinioksiditrihydraatti (ATH) erittyy ulosteen kautta imeytymättä systeemisesti. Vaikka se ei ärsytä hienoina pölyhiukkasina hengitettynä, pitkäaikainen altistuminen voi aiheuttaa hengitysteiden ärsytystä, ja sitä on vältettävä terveyshaittojen välttämiseksi.

Alumiinitrihydraatti ei ole myrkyllisyytensä vuoksi merkittävä ympäristöriski. Vaikka se ei saastuta maaperää tai vesilähteitä, vääränlaiset käsittely- ja hävittämismenettelyt voivat vapauttaa liikaa pölyhiukkasia, jotka voivat ärsyttää silmiä, nenää ja kurkkua.

Alumiinitrihydraatin lämpöstabiilisuuden ansiosta se soveltuu korkeampia lämpötiloja vaativiin sovelluksiin, kuten mahalaukun sisällön pH-tasoja puskuroivana antasidina. Alumiini valmistetaan Bayer-prosessissa, jossa bauksiitti liuotetaan natriumhydroksidiin korkeissa lämpötiloissa.

Agency of Toxic Substances and Disease Registry on asettanut alumiinioksiditrihydraatille suun kautta otettavan viiteannoksen (RfD), joka on 1,5 mg alumiinia/kg päivässä. Tämä RfD-arvo laskettiin olettaen, että lapsi altistuu alumiinioksiditrihydraatille imemällä 50 cm2 :n kokoista kankaalla päällystettyä kangasta kahden vuoden ajan ja yhden tunnin ajan päivässä. Suun syöpäriski arvioitiin käyttämällä yhdistelmää ihon fibrosarkooma-, keuhko- ja paksusuolisyövän riskiarvioista rottien ja hiirien altistuttua alumiinioksiditrihydraatille. Nämä arviot kerrottiin sitten yhdistetyllä epävarmuuskertoimella 300 (10 lajien välisen ekstrapoloinnin ja 10 lajinsisäisen vaihtelun vuoksi; ks. taulukko 6-3 Kvantitatiivisen myrkyllisyyden arviointia koskevassa osassa). Tämän prosessin tuloksena saatu syöpävaaraindeksi jaettiin sitten RfD:llä suun kautta annettavien RfC-arvojen saamiseksi.