聚氨酯塑膠問題跑道產(chǎn)生的原因及改進(jìn)措施

李珈騏 孫晉媛

摘要：為了降低聚氨酯塑膠問題跑道對人體的損害，文章剖析了聚氨酯問題跑道產(chǎn)生的原因，并10所小學(xué)、中學(xué)、高校的塑膠跑道為研究樣本對其中的有毒物質(zhì)進(jìn)行鑒定，結(jié)果表明，部分學(xué)校的甲苯和二甲苯總和、游離TDI的含量測定超標(biāo)，大于國標(biāo)GB /T14833-2011中規(guī)定的限值，針對這些問題提出了聚氨酯塑膠問題跑道的改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：塑膠跑道;TDI;有毒物質(zhì)

中圖分類號：0657.6文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）11-0082-04

隨著國民體育素質(zhì)教育的不斷提高和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，運(yùn)動(dòng)場先后經(jīng)歷了草地、土質(zhì)、煤渣鋪設(shè)和塑膠跑道的歷程，當(dāng)前塑膠跑道是主要的存在形式，第1條塑膠跑道應(yīng)用含有聚氨酯成分的材料于1961年在美國鋪設(shè)，該跑道為賽馬跑道，長200m，1963年聚氨酯塑膠才開始用來鋪設(shè)運(yùn)動(dòng)場和跑道。1968年國際奧委會決定聚氨酯塑膠跑道成為國際體育比賽必備的設(shè)施，在第19屆奧林匹克運(yùn)動(dòng)會中正式應(yīng)用聚氨酯塑膠跑道。隨后聚氨酯塑膠跑道由于良好的應(yīng)用效果，受到各國重視，發(fā)展迅速。我國是在1972年開始對塑膠跑道的材料進(jìn)行研制，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，由原來的競技體育部門逐步擴(kuò)大到群眾休閑健身場地、各類學(xué)校體育場地。

塑膠跑道的主要成分為聚氨酯膠、EPDM（三元乙丙橡膠）顏料、廢輪胎橡膠、填料等。根據(jù)其施工結(jié)構(gòu)可以分成EPDM塑膠跑道、復(fù)合型、全塑型、預(yù)制型、透氣型、混合型等，其中透氣型塑膠跑道應(yīng)用最為廣泛，透氣透水、價(jià)格低;易翻新，預(yù)制型和全塑型塑膠跑道雖然應(yīng)用性能良好但是其價(jià)格較高，主要在專業(yè)的田徑運(yùn)動(dòng)場地中應(yīng)用;混合型及復(fù)合型塑膠跑道的價(jià)格和性能，處于上述兩種跑道之間。EPDM塑膠跑道屬非標(biāo)準(zhǔn)塑膠跑道類型，應(yīng)用在一些非標(biāo)準(zhǔn)跑道建設(shè)場所，如幼兒園、小學(xué)等。

但是，近幾年來，由于校園塑膠跑道的原因彌漫在刺激的氣味，很多地區(qū)如江蘇、安徽、河南、黑龍江、安徽、內(nèi)蒙古等出現(xiàn)了學(xué)生發(fā)熱、咽干、皮疹、鼻出血等癥狀，塑膠跑道社會問題引發(fā)了關(guān)注。因此，本文分析了聚氨酯塑膠問題跑道產(chǎn)生的原因，期望提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，為公眾提供客觀參考。

1聚氨酯塑膠問題跑道產(chǎn)生的原因

1.1原因

當(dāng)前塑膠跑道的發(fā)展已經(jīng)歷經(jīng)50多年，我國1972年開始對塑膠跑道進(jìn)行研制，于1979年9月第一次應(yīng)用在北京體育館室內(nèi)田徑場。之所以產(chǎn)生問題跑道主要是由于以下原因：

1）原材料的原因。當(dāng)前我國的塑膠跑道以聚氨酯為原料，通過二異氰酸酯（如甲苯二異氰酸酯TDI等）、聚醚多元醇兩種單體進(jìn)行聚合，獲得預(yù)聚體，然后應(yīng)用現(xiàn)場澆筑法在塑料內(nèi)添加防老劑、固化劑、黏合劑等在跑道上進(jìn)行鋪設(shè)，不同類型的塑膠跑道應(yīng)用的施工技術(shù)也存在差異，其中應(yīng)用最為廣泛的聚氨酯現(xiàn)澆型塑膠跑道采用三步施工法，施工流程如圖1所示。在聚氨酯的聚合反應(yīng)中，如果兩種單體聚醚多元醇、二異氰酸酯兩種單體發(fā)生完全聚合反應(yīng)，則得到的聚氨酯材料無毒無害，但是由于該化學(xué)聚合反應(yīng)進(jìn)行完全聚合的概率較低，聚合過程中通常會存在一些沒有反應(yīng)的小分子單體，或者聚合反應(yīng)生產(chǎn)的副產(chǎn)物，如聚醚多元醇合成過程中混入的甲醛、TDI等，這些物質(zhì)的毒性較強(qiáng)，會對人體產(chǎn)生明顯的副作用，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)死亡的現(xiàn)象。

2）固化劑、重金屬鹽催化劑的原因。塑料成型過程中添加的固化劑和重金屬鹽催化劑等含有鉛、鉻、鎘和汞等重金屬，對人體的傷害較大，如鉛對人的發(fā)育、內(nèi)分泌和免疫功能產(chǎn)生負(fù)面影響。

3）降解的原因。由于聚氨酯塑膠跑道在設(shè)計(jì)過程中，為了避免微生物對其的侵襲，添加了一些抗菌劑、真菌殺蟲劑等，致使聚氨酯塑膠跑道很難在自然條件下進(jìn)行降解，根據(jù)相關(guān)研究可知，一個(gè)400m長的標(biāo)準(zhǔn)田徑場地的塑膠跑道壽命為8-10年，之后產(chǎn)生的跑道垃圾為175t。

1.2塑膠跑道有毒物質(zhì)限值

國家化學(xué)工業(yè)部為了更好的促進(jìn)塑膠跑道的規(guī)范建設(shè)于1993年頒布了國標(biāo)《塑膠跑道》（CB/T14833-1993），其中明確規(guī)定了聚氨酯塑膠跑道的技術(shù)要求、檢驗(yàn)規(guī)則、維護(hù)使用等相關(guān)意見。此外隨著塑膠跑道的技術(shù)革新及發(fā)展，于2011年12月發(fā)布了新國標(biāo)《合成材料跑道面層》（CB/T14833-2011），為應(yīng)用的塑膠跑道建設(shè)及驗(yàn)收的標(biāo)準(zhǔn)。塑膠跑道中的有害物質(zhì)限值為：苯含量≤0.05g/kg，甲苯和二甲苯總和含量≤0.05g/kg，游離甲苯二異氰酸酯（TDI）含量≤0.2g/kg，可溶性鉛含量≤90mg/kg，可溶性鎘含量≤10mg/kg，可溶性鉻含量≤10mg/kg，可溶性汞含量≤2mg/kg。

1.3有毒物質(zhì)鑒定

1.3.1取樣方法

選擇本市范圍內(nèi)10所小學(xué)、中學(xué)、高校的塑膠跑道為研究樣本，每所學(xué)校截取的跑道樣品尺寸為50cm×50cm，選擇截取區(qū)域時(shí)應(yīng)該盡量靠近中部，樣品研磨之后放置于烘箱內(nèi)，烘箱溫度設(shè)置為于23±2℃。

1.3.2樣品處理與檢測方法

樣品的處理與檢測全部在西安醫(yī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室完成，具體檢測方法如下：

1）苯、甲苯、二甲苯的濃度測定。研磨烘干后的試樣稱取0.2～0.3g放置于50mL容量瓶中，用乙酸乙酯溶解并定容，用移液槍量取1uL，采用氣相色譜儀進(jìn)行測定，得到溶液的峰面積，并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線測得相應(yīng)濃度。

2）游離TDI含量測定。稱取0.2g正十四烷放置于25mL容量瓶中，用乙酸乙酯溶液進(jìn)行定容，獲得內(nèi)標(biāo)物。稱取0.2-0.3gTDI、5mL內(nèi)標(biāo)物放置于50mL容量瓶中，用乙酸乙酯進(jìn)行定容，獲得TDI試樣溶液，之后用移液槍取溶液1uL，采用氣相色譜儀進(jìn)行測定，獲得溶液中的TDI、正十四烷的色譜峰面積，根據(jù)公式（1）獲得相對質(zhì)量校正因子。

f=m_iA_s/m_sA_i（1）

公式（1）：m_i為甲苯二異氰酸酯的質(zhì)量，g;ms為所加內(nèi)標(biāo)物質(zhì)量，g;A_i為甲苯二異氰酸酯的峰面積;A_s為所加內(nèi)標(biāo)物的峰面積。

研磨烘干后的試樣稱取2.0～3.0g、5mL內(nèi)標(biāo)物置于50mL容量瓶中，用乙酸乙酯溶解并定容，用移液槍量取luL，采用氣相色譜儀進(jìn)行測定，得到樣品、內(nèi)標(biāo)物色譜峰面積，根據(jù)公式（2）獲得樣品中TDI含量W。

u=f'm_sA_ix1000/m_sA_i（2）

公式（2）中：W為樣品中TDI含量，單位均為g/kg;f′為相對質(zhì)量校正因子;m_i、m_s分別為待測樣品、添加的內(nèi)標(biāo)物的質(zhì)量，單位均為g;A_i、A_s分別為待測樣品、添加的內(nèi)標(biāo)物的峰面積。

3）可溶性重金屬含量測定。稱取樣品0.5g，加入0.07mol/L鹽酸溶液25mL不斷攪拌，并用2mol/L鹽酸溶液調(diào)節(jié)樣品溶液pH值，將pH值控制在1.0-1.5之間，之后持續(xù)攪拌1h，溶液靜置1h之后采用定性濾紙進(jìn)行過濾和洗滌，以1%AgNO₃檢驗(yàn)無C1-后，選擇原子吸收分光光度法測重金屬含量。

1.3.3結(jié)果與討論

1）苯、甲苯和二甲苯的總和、游離TDI含量測定

利用GC6890N氣相色譜儀對我市10小學(xué)、中學(xué)、高校跑道中的苯、甲苯和二甲苯總和、游離TDI含量進(jìn)行測定，結(jié)果如表1所示。根據(jù)表1的檢測結(jié)果可知，部分學(xué)校的甲苯和二甲苯總和、游離TDI的含量測定超標(biāo)，大于國標(biāo)GB/T14833-2011中規(guī)定的限值。

甲苯和二甲苯對皮膚和粘膜具有一定的刺激陸，還會麻醉中樞神經(jīng)，之所以出現(xiàn)含量超標(biāo)的情況是因?yàn)樗苣z跑道在施工過程中，通常會勾兌一些溶劑以達(dá)到延長聚氨酯材料粘性時(shí)間的目的，由此可知這是因?yàn)樵谒苣z跑道施工過程中添加的二甲苯溶劑含量過高導(dǎo)致的。

游離TDI具有強(qiáng)烈的刺激性氣味，吸入人體之后還會在人體中積聚，對呼吸道、眼睛及皮膚等具有強(qiáng)烈的刺激性，吸入過量的TDI蒸汽可能會引發(fā)肺水腫、氣管肺炎、支氣管炎，如果人體存在TDI過敏的情況，還可能會引起咳嗽、呼吸困難、伴氣喘等。

2）可溶性重金屬含量測定

利用原子吸收分光光度法對我市10所小學(xué)、中學(xué)、高校跑道中的可溶性重金屬含量進(jìn)行測定，結(jié)果如表2所示。根據(jù)表2的檢測結(jié)果可知，10所學(xué)校的可溶性鉛、可溶性鎘、可溶性鉻、可溶性汞的含量測定均低于國標(biāo)GB/T14833-2011中規(guī)定的限值。

2改進(jìn)措施

2.1對于甲苯和二甲苯超標(biāo)的改進(jìn)措施

關(guān)于聚氨酯塑膠跑道中的有毒物質(zhì)甲苯和二甲苯超標(biāo)的改進(jìn)措施如下。

1）從源頭治理，抓嚴(yán)抓實(shí)，要求施工方嚴(yán)格按照相關(guān)的規(guī)定進(jìn)行施工，甲苯和二甲苯的溶劑添加要適量。

2）選擇質(zhì)量合格的甲苯和二甲苯的溶劑，避免出現(xiàn)以次充好的現(xiàn)象。

3）監(jiān)管部門加強(qiáng)管理，培養(yǎng)技術(shù)過硬的驗(yàn)收人員，嚴(yán)格監(jiān)控跑道的生產(chǎn)、施工、招標(biāo)及驗(yàn)收各個(gè)環(huán)節(jié)，從根本上治理問題。

2.2對于游離TDI超標(biāo)的改進(jìn)措施

TDI對人體的危害性較大，為了降低游離TDI的遷出量，應(yīng)該采取以下改進(jìn)措施。

1）由于TDI的遷出受到光照和溫度的影響，溫度越高，光照時(shí)間越長越容易遷出游離TDI，因此，在夏季聚氨酯塑膠跑道容易揮發(fā)出TDI這種有毒物質(zhì)，所以建議在白天高溫時(shí)段或氣候炎熱的夏季，學(xué)生應(yīng)當(dāng)盡量減少在塑膠跑道上活動(dòng)，可選擇室內(nèi)場地或錯(cuò)開高溫時(shí)段。

2）完善聚氨酯塑料跑道的相關(guān)的檢測標(biāo)準(zhǔn)體系，同時(shí)頒布相關(guān)法律。當(dāng)前我國實(shí)施的GB/T14833-2011檢測標(biāo)準(zhǔn)與歐美等國家相比相差較大，并且缺少對有毒物質(zhì)超標(biāo)等的處罰規(guī)定，因此，使TDI聚氨酯塑料跑道驗(yàn)收管理比較松散，問題跑道長期被使用，因此，應(yīng)該完善相關(guān)的監(jiān)管措施。

3）加大環(huán)保型塑膠跑道材料的開發(fā)。為了促進(jìn)我國塑膠跑道的可持續(xù)發(fā)展，政府部門應(yīng)該采取相應(yīng)的政策如給予一定的獎(jiǎng)勵(lì)，提高企業(yè)和科研工作者的研發(fā)積極性，開發(fā)出新型的環(huán)保塑膠跑道材料最終替代TDI聚氨酯塑料跑道的使用。當(dāng)前已經(jīng)研制出二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）型塑膠跑道，這種MDI材料與TDI材料相比對人體的傷害小、毒性小，并且液化MDI比TDI操作安全，在不久的將來一定會研制出更多的環(huán)保型的塑膠跑道材料。

4）采取相應(yīng)的措施避免TDI聚氨酯塑料跑道的二次污染。如相關(guān)部門集中對回收的廢舊TDI聚氨酯塑料跑道進(jìn)行處理。

3結(jié)語

當(dāng)前塑膠跑道的安全問題已經(jīng)引發(fā)了社會的關(guān)注，更是關(guān)系到學(xué)生的身體健康問題，應(yīng)該給予重視，并且從根本上扼殺塑膠問題跑道生存的土壤，完善相關(guān)的塑膠跑道的監(jiān)管法律，把控塑膠跑道施工中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，防患于未然，同時(shí)不斷開發(fā)出新型的材料，使塑膠跑道想著無害性、環(huán)保性、低成本性等方向發(fā)展。此研究中選擇的樣本研究數(shù)量較少，今后將會采集更多的樣本進(jìn)行研究，提出更加全面性的改進(jìn)措施。