塑膠跑道中揮發性有毒有害物質 檢測技術研究及風險評估

黃金飛 胡樂 林王琳 駱琦 張抗斌

浙江省家具與五金研究所

一、背景

目前，隨著我國經濟持續快速發展，人民生活水平的不斷提高，全社會都在提倡全民健身運動，而用塑膠改建體育運動場地面層已經十分普及。許多城市和農村將原來學校黃土裸露的運動場地用塑膠跑道覆蓋起來，一方面有助于揚塵整治，另外也可以改善運動條件。塑膠跑道的使用可以追溯到1968年墨西哥第十九屆奧運會上，接下來的日子里美國3M公司鋪設的塑膠跑道被越來越多的國家所接受并使用。甚至國際田聯《田徑競賽規則》還規定：由國際田聯組織、認可的比賽，必須在塑膠跑道上進行。塑膠跑道在體育事業及人們生活中的特殊意義，對其進行研究探討具有重要意義。

我們日常使用的的塑膠跑道多以聚氨酯（PU）為主要材料，因聚氨酯鋪面材料具有優良的耐磨耐油防滑性、阻燃耐老化、硬度范圍寬、彈性適宜、吸震性能優、色彩美觀等特點而被廣泛使用。目前我國國內使用的聚氨酯塑膠跑道所采用的原料最普遍的是TDI（甲苯二異氰酸酯）型和MDI（二苯基甲烷二異氰酸酯）型兩種，按照國家標準安全生產的產品均能達到產品要求，但是不按要求生產且原材料等產品出現問題的報道也屢見不鮮。

二、塑膠跑道行業發展及基本工藝狀況

世界上第一條塑膠跑道是由美國3M公司于1961年將含有聚氨酯（PU）成分的材料鋪設出的200m長的賽馬跑道，1963年開始聚氨酯塑膠被應用到鋪設運動場地和跑道。1968年第19屆奧林匹克運動會時國際奧委會決定正式采用聚氨酯塑膠跑道，并將它作為國際體育比賽必備的設施。在隨后的使用過程中，塑膠跑道由于效果很好而受到各國重視，這促進了聚氨酯塑膠跑道的發展。中國于1972年開始研制合成材料運動跑道，1978年進行了部級鑒定。隨著中國塑膠跑道產業得到迅猛發展，塑膠跑道的使用范圍也由原先的競技體育部門逐漸擴大到各級各類學校體育場地和群眾休閑健身場地。

據了解，現在塑膠場地的鋪設工藝流程基本分五步，即各種原材料、漿料攪拌均勻混合；攤鋪底料；測厚度、接邊；攤鋪面膠；撒顆粒、噴膠。因為施工過程中的溫度變化及對厚度控制的稍許偏差，都會造成面層性能的改變，施工過程中為確保工程質量，運到現場的塑膠原料要每桶取樣進行試驗，調節好后方能進行塑膠的鋪設；鋪設過程中派人現場跟蹤檢查，在平整度與厚度出現矛盾的情況下，確保塑膠厚度。施工過程中要求技術人員精益求精，認真操作，塑膠跑道的接縫平順，無脫粒，起泡等質量問題。

a）塑膠跑道存在的問題

聚氨酯塑膠跑道具有彈性好、強度高、耐磨防滑、色彩鮮艷等特點，能很好的符合田徑運動使用特性，普遍為廣大體育界和教育界人士所推崇。然而有研究表明，塑膠跑道在完工后會釋放出有刺激性氣味的物質，且相關標準的檢測范圍可能存在一定的局限性，主要如下：

（1）塑膠跑道可能存在潛在的毒性

塑膠跑道自它誕生起一直存在著爭議，即它散發的氣體到底是否有毒、如果有毒那么毒性有多大。從化學領域來看，鋪設塑膠場地的材料主要是聚醚（聚酯）、多元醇、異醇、甲苯二異氰酸脂及一些助劑等，它的毒性來源主要是使用了有毒的甲苯二異氰酸脂。甲苯二異氰酸酯（TDI）有兩種異構體：2，4 - 甲苯二異氰酸酯和2，6 -甲苯二異氰酸酯。甲苯二異氰酸酯是水白色或淡黃色液體，具有強烈的刺激性氣味，在人體中具有積聚性和潛伏性，對皮膚、眼睛和呼吸道有強烈的刺激作用，吸入高濃度的甲苯二異氰酸酯蒸氣會引起支氣管炎、支氣管肺炎和肺水腫；液體與皮膚接觸可引起皮炎，與眼睛接觸可引起嚴重刺激作用，如果不加以治療，可能導致永久性損傷。

（2）部分塑膠跑道鋪設施工不規范

由于異氰酸酯化合物含有高度不飽和鍵的異氰酸酯基團（NCO，結構式- N = C = O），因而化學性質非常活潑。聚氨酯彈性體制品合成后的一段時間內，在固體狀態下還存在著未反應的NCO，需較長時間才能完全反應。遇炎熱天氣或紫外線照射下跑道會加速釋放出有害氣體，危害學生和運動者的身體健康，其中對少年兒童健康的危害會更為嚴重。對于此，非專業的施工隊伍往往并不知情，為建造運動場而裝運大量有毒化學品的車輛，會不斷地在炎熱的施工季節進入校區和公共場所并在露天堆放。在現場配兌、攪拌，進行攤鋪施工時公害嚴重。這些問題如不能盡快解決，不僅直接影響到運動場所的空氣質量，危害師生、運動者和施工人員的健康。

三、國內外同類研究現狀分析及存在的問題

1、國外研究現狀

異氰酸酯MDI 國內外均采用液相光氣法生產，其制造方法是將苯胺與甲醛在鹽酸（或催化劑）存在下加熱至100℃進行縮合反應，生成二苯基甲烷二胺及多亞甲基多苯基多胺混合物，然后再直接送至光氣化反應器。其光氣化反應的設備和條件與生產TDI

十分相似，所用溶劑也是鄰二氯苯或氯苯，工藝流程與生產TDI 也相仿。目前各國都對非光氣法合成異氰酸酯進行了大量研究，主要的有羰基化法和熱分解法，由于收率和催化劑回收等問題，至今沒有工業化。隨著環保意識的不斷增強，各國對光氣法工藝做出了越來嚴格的限制。因此探索環保的非光氣法合成聚氨酯路線成為熱點。其中取得進展的有：日本旭化成開發的氧化羰基化法、美國孟山都公司開發的以苯胺和二氧化碳（CO2）為原料制備MDI 的路線以及近期國內外研究機構都在開發的以碳酸二甲酯（DMC）替代光氣的新技術。

我國臺灣的CNS 6482《聚胺酯運動場所用鋪設材料》和CNS 6483《聚胺酯運動場所用鋪設材料檢驗法》規定了塑膠跑道的物理機械性能即檢測方法，對塑膠跑道的環境安全問題仍然沒有規定。

2、國內研究情況

近年來，與傳統的TDI型塑膠跑道相比，MDI型塑膠跑道的毒性小、對人體傷害小、對環境更友好，故對MDI型聚氨酯彈性材料的研究成為熱點。

成傯[1]研究了改性的液化MDI作為PU合成跑道的異氰酸酯原料。液化MDI是改性的MDI。傳統的MDI常溫下是固體，使用前需反復加熱，影響了MDI的質量。液態MDI克服了這個缺點，但合成相同含量的NCO預聚體需要的液化MDI比TDI質量要大，制造成本會上升。單液化MDI比TDI的蒸汽壓低，操作安全。

周俊鋒[2]等在制備了環保型雙組份聚氨酯固化劑MDI/TMP，研究發現MDI/TMP預聚物固化劑具有高活性及有益的漆膜柔韌性，特別適合低溫固化，既降低了有毒氣體的釋放，又降低了MDI材料成本。

孫家干[3]等試驗合成了有機硅改性MDI型水性聚氨酯（SWPU）乳液，測試分析了水性聚氨酯的力學性能、耐熱性能和耐水性能，考察了有機硅含量對水性聚氨酯結構與性能的影響。結果表明，當有機硅含量為2%時，SWPU乳液穩定性好，膠膜接觸角高達94°，吸水率將至5.8%，斷裂伸長率達980%，而且拉伸強度有所增強，因此該SWPU具有較好的力學性能、表面性能和耐水性。

四、開展塑膠跑道中揮發性有毒有害物質檢測技術研究及風險評估的重要意義

1、促進塑膠跑道行業健康發展

依據國務院頒發的文件《國務院關于加快發展體育產業促進體育消費的若干意見》（國發[2014]46號），以及杭州確定申辦2022年亞運會，我國的體育產品標準亟需完善，塑膠跑道若要獲得國際大賽的認可，走出國門，走向世界，就需要建立一套能和國際接軌的標準體系，為我國的塑膠跑道行業健康快速的發展保駕護航。

2、引導和規范企業規范生產

通過開展塑膠跑道中揮發性有毒有害物質檢測技術研究，建立統一完整的產品有害物質檢測方法和限量標準，引導和規范我國塑膠跑道產業的良性發展。

3、為消費者風險把關和預警，維護百姓健康安全

結語：經過本項目的研究，對塑膠跑道產品可能存在的揮發性有毒有害物質導致的危害進行評估，建立科學有效的檢測方法，為消費者進行風險把關和預警，維護百姓健康安全。

參考文獻：

[1] 成傯.新型環保聚氮醴塑膠跑道[J].上海建材，2003，17（6）：30-31.

[2] 周俊鋒，肖玉新，華成明，等.環保型雙組分聚氨醇同化劑MDI/TMP的開發及應用[J].涂辯工業，2010，40（7）：21-24.

[3] 孫家干，楊建軍，張建安，等.有機硅改性MDI水性聚氨酯的合成和應用[J].印染，2010（17）：4—7.