Тригидрат глинозема в красках и покрытиях

Спрос на тригидрат глинозема, используемый в лакокрасочных материалах, будет стимулировать рост рынка в течение прогнозируемого периода, благодаря росту строительной и автомобильной отраслей, а также строгим нормам пожарной безопасности, стимулирующим спрос на тригидрат глинозема.

Тригидрат глинозема обладает низкой острой токсичностью и биодоступностью, однако хроническое применение может привести к гиперкальциемии (Poisindex 1998).

Растворимость

Тригидрат глинозема - это белый порошок с низкой растворимостью в воде и этаноле, но с амфотерными свойствами, то есть он связывается как с кислотами, так и со щелочами. В разбавленной серной и соляной кислоте он хорошо растворяется, в то время как в азотной кислоте остается нерастворимым. Температура плавления делает его пригодным для высокотемпературных применений, таких как керамика и эмали, а в производстве металлического алюминия, а также в качестве огнезащитного наполнителя в полимерных композитах он находит широкое применение.

По оценкам, мировой рынок тригидрата глинозема достигнет более 100 млн тонн к 2019 году и будет расти со среднегодовым темпом роста около 7%. Он подразделяется на области применения, типы продуктов, отрасли конечного использования и конечные области применения. Наибольшая доля рынка приходится на конечные области применения пластмасс в связи с ростом потребления в строительстве, автомобилестроении, электротехнике и электронике - в основном из-за требований по сокращению выбросов углекислого газа, стимулирующих замену металлических компонентов на пластмассовые в автомобильных компонентах.

Тригидрат глинозема - чрезвычайно полезное вещество, имеющее множество применений: пигмент для чернил и наполнитель для бумаги, адсорбция, смазка и огнеупорные материалы, производство металлического глинозема и аналитический реагент. Получается путем растворения бокситов в гидроксиде натрия по методу Байера и последующего отделения от твердых частиц путем нагревания, однако эта энергоемкая процедура вызывает опасения за состояние окружающей среды.

Ингаляционное воздействие тригидрата глинозема было связано с респираторными заболеваниями у работников, работающих с ним (Ueda et al., 1958; Edling, 1961). Также сообщалось о фиброзе легких при ингаляционном воздействии тонкоизмельченной пирофосфатной пыли и других видов алюминия (Park et al. 1996, цитируется по ATSDR 1999).

Осажденный тригидрат глинозема был лидером рынка, занимая более 40% мирового рынка тригидрата глинозема в 2019 году. Он обладает многочисленными преимуществами по сравнению с молотым тригидратом глинозема, включая более низкую вязкость в полиэфирных SMC-приложениях и лучшие огнезащитные свойства. Кроме того, осажденный тригидрат глинозема может быть менее затратным в приобретении, поскольку физически поглощенная им влага испаряется при нагревании по сравнению с разлагающимися частицами тригидрата глинозема, что делает эту форму подходящей для применения в областях, требующих быстрого отверждения с повышенной ударопрочностью и быстрыми сроками отверждения.

Токсичность

Тригидрат глинозема используется в производстве таких соединений алюминия, как кальцинированный глинозем, полиалюминийхлорид, сульфат алюминия, нитрат глинозема и цеолит. Кроме того, он служит в качестве огнезащитного и дымоподавляющего материала, а также теплоизоляционного материала. Сурьма была запрещена Европейским союзом. Кадмий представляет собой эффективную альтернативу, обладая превосходными огнезащитными свойствами и будучи совместимым со многими органическими растворителями. ATH легко добавляется в полиуретановые, латексные и неопреновые пенопластовые системы, виниловые обои и напольные покрытия, а также в резиновую изоляцию проводов и кабелей в виде белого порошка, обладающего отличной теплопроводностью и способностью подавлять пламя. Растворим в воде, спирте и нефтепродуктах; может быть смыт мыльной водой или кислотными растворами; очень стабилен при высоких температурах и устойчив к истиранию.

Измельченный алюминий может выводиться с мочой, при этом всасывается менее 10% (Gorsky et al. 1979), а большая часть перерабатывается через метаболизм в печени и выводится через печеночную секрецию (Kaehny et al. 1977). Тригидрат глинозема, напротив, быстро всасывается из кишечника в мочу благодаря быстрому всасыванию из источника (Lansdown 1973, цитируется по ATSDR 1999), при этом происходит лишь минимальная системная абсорбция (ATSDR 1999). Биодоступность зависит как от формы приема, так и от присутствия комплексообразующих веществ, таких как цитрат кальция, который усиливает всасывание за счет образования комплексов (например). Цитрат кальция может улучшать всасывание путем образования абсорбируемых комплексов, которые значительно увеличивают скорость всасывания и, таким образом, резко повышают биодоступность; пищевой цитрат кальция улучшает всасывание путем комплексообразования.

Хотя имеются данные о хронической канцерогенности других соединений алюминия, их недостаточно для оценки воздействия тригидрата глинозема на человека при дермальном или ингаляционном воздействии. Поэтому был выбран индекс опасности при пероральном воздействии, равный единице.

Члены подкомитета определили, что тригидрат глинозема вряд ли может представлять значительный нераковый риск при дермальном воздействии, исходя из его водопроницаемости, максимальной ожидаемой нормы применения 7,5 мг/см2, уравнения 1 из главы 3 и значений RfD для дермального воздействия, определенных в главе 3. В результате они пришли к выводу о 1,5 мг/кг-день.

Биодоступность

Тригидрат глинозема (Al3O4) представляет собой инертный белый порошок или гранулы с отличной термической стабильностью и низким содержанием воды, что позволяет использовать его в качестве клеящего материала в различных отраслях промышленности. Асбест может использоваться в качестве антипирена, огнезащитного средства и средства для подавления дыма в пластмассах, резине, текстиле, изоляции проводов и кабелей, виниловых покрытиях стен и полов, эпоксидных системах; кроме того, он может служить отбеливающим агентом в бумажной промышленности. Производство огнезащитного и дымоподавляющего материала происходит по технологии Байера, при которой из боксита удаляется вода с температурой свыше 180 градусов Цельсия, что охлаждает его поверхность и блокирует доступ кислорода, придавая материалу огнезащитные и дымоподавляющие свойства. Огнезащитные материалы могут использоваться вместо сурьмы для винила в качестве малодымной нетоксичной замены, а также в качестве основного сырья для таких продуктов, как пенополиуретановые системы, кабельная изоляция и термопластики.

Абразивостойкие сорта тригидрата глинозема широко используются в качестве наполнителей и расширителей в красках, клеях, герметиках и пластмассах для повышения прочности, долговечности и улучшения внешнего вида. Тригидрат глинозема также является неотъемлемым компонентом материалов для твердых поверхностей, используемых в столешницах и сантехнике; его чистота и условия осаждения определяют его морфологию - блочные частицы с меньшей вязкостью могут уступать более низкой вязкости, в то время как пластинчатые зерна увеличивают вязкость.

Вдыхание и проглатывание тригидрата глинозема может иметь пагубные последствия для здоровья. Для устранения этого риска Агентство по регистрации токсичных веществ и болезней в своем анализе минимального уровня риска установило минимальный пероральный уровень риска (MRL) промежуточной продолжительности в 2,0 мг алюминия/кг в день; кроме того, оно определило минимальный уровень риска для легких (LMRL) в 15 мг/м3 алюминиевой пыли в качестве порогового значения для комбинации MRL/LMRL.

Увеличение потребления пластмасс в автомобильной и строительной промышленности стимулирует рост мирового рынка тригидрата глинозема. Нормативные акты, направленные на снижение веса автомобилей с целью повышения топливной эффективности и сокращения выбросов углекислого газа, способствуют дальнейшему использованию пластмасс в качестве альтернативы металлу.

По отраслям конечного использования рынок можно разделить на пластмассы, строительство, лакокрасочные материалы и другие области применения. В настоящее время наибольшую долю на этом рынке занимают пластмассы, за которыми следуют сегменты строительства и лакокрасочных материалов. Ожидается, что наиболее быстрый рост будет наблюдаться в сегменте пластмасс в связи с ростом осведомленности потребителей и нормативными актами, предписывающими снижение массы кузова автомобиля.

Безопасность

Ежегодно производимый тригидрат глинозема (ATH) используется преимущественно в качестве антипирена. Встраиваясь в молекулы полимеров, ATH создает химический барьер, который задерживает распространение огня, выделяя водяной пар, который разбавляется в атмосфере, помогая уменьшить горение и остановить его распространение. Кроме того, в каучуки часто добавляют это вещество для улучшения физических свойств.

Тригидрат глинозема может не так легко усваиваться организмом из-за ограниченных данных о растворимости; однако такая информация не может быть экстраполирована количественно на биодоступность, так как могут существовать неизвестные факторы, такие как диета, которые влияют на всасывание.

При приеме внутрь тригидрат глинозема (ATH) выводится через кал, не всасываясь в организм. Хотя при вдыхании в виде мелких частиц пыли он не вызывает раздражения, длительное воздействие может вызвать раздражение дыхательных путей, поэтому во избежание неблагоприятных последствий для здоровья следует избегать его применения.

Благодаря своей низкой токсичности тригидрат глинозема не представляет значительной опасности для окружающей среды. Хотя он не загрязняет почву и водные источники, при неправильном обращении и утилизации может выделяться большое количество пыли, которая может раздражать глаза, нос и горло.

Термическая стабильность тригидрата глинозема позволяет использовать его в областях, требующих высоких температур, в том числе в качестве антацида для буферизации уровня pH содержимого желудка. Производство осуществляется по технологии Байера, при которой бокситы растворяются в гидроксиде натрия при повышенных температурах.

Агентство по регистрации токсичных веществ и болезней установило для тригидрата глинозема пероральную контрольную дозу (RfD) в 1,5 мг алюминия/кг в день. Эта RfD была рассчитана исходя из предположения, что ребенок подвергается воздействию тригидрата алюминия при сосании 50 см2 покрытой им ткани в течение двух лет и одного часа в день, в течение двух лет и одного часа в день. Риск развития рака полости рта оценивался с помощью комбинации оценок риска развития фибросаркомы кожи, рака легких и толстой кишки у крыс и мышей, подвергшихся воздействию тригидрата глинозема. Затем эти оценки были умножены на общий коэффициент неопределенности 300 (10 для межвидовой экстраполяции и 10 для внутривидовой изменчивости; см. таблицу 6-3 в разделе "Количественная оценка токсичности"). Индекс раковой опасности, полученный в результате этого процесса, затем был разделен на RfD для получения значений RfC для перорального применения.