塑膠跑道中揮發(fā)性有毒有害物質(zhì) 檢測(cè)技術(shù)研究及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

黃金飛 胡樂(lè) 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(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，全社會(huì)都在提倡全民健身運(yùn)動(dòng)，而用塑膠改建體育運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地面層已經(jīng)十分普及。許多城市和農(nóng)村將原來(lái)學(xué)校黃土裸露的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地用塑膠跑道覆蓋起來(lái)，一方面有助于揚(yáng)塵整治，另外也可以改善運(yùn)動(dòng)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(yùn)會(huì)上，接下來(lái)的日子里美國(guó)3M公司鋪設(shè)的塑膠跑道被越來(lái)越多的國(guó)家所接受并使用。甚至國(guó)際田聯(lián)《田徑競(jìng)賽規(guī)則》還規(guī)定：由國(guó)際田聯(lián)組織、認(rèn)可的比賽，必須在塑膠跑道上進(jìn)行。塑膠跑道在體育事業(yè)及人們生活中的特殊意義，對(duì)其進(jìn)行研究探討具有重要意義。

我們?nèi)粘Ｊ褂玫牡乃苣z跑道多以聚氨酯（PU）為主要材料，因聚氨酯鋪面材料具有優(yōu)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(yōu)、色彩美觀等特點(diǎn)而被廣泛使用。目前我國(guó)國(guó)內(nèi)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)安全生產(chǎn)的產(chǎn)品均能達(dá)到產(chǎn)品要求，但是不按要求生產(chǎn)且原材料等產(chǎn)品出現(xiàn)問(wèn)題的報(bào)道也屢見(jiàn)不鮮。

二、塑膠跑道行業(yè)發(fā)展及基本工藝狀況

世界上第一條塑膠跑道是由美國(guó)3M公司于1961年將含有聚氨酯（PU）成分的材料鋪設(shè)出的200m長(zhǎng)的賽馬跑道，1963年開(kāi)始聚氨酯塑膠被應(yīng)用到鋪設(shè)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地和跑道。1968年第19屆奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)時(shí)國(guó)際奧委會(huì)決定正式采用聚氨酯塑膠跑道，并將它作為國(guó)際體育比賽必備的設(shè)施。在隨后的使用過(guò)程中，塑膠跑道由于效果很好而受到各國(guó)重視，這促進(jìn)了聚氨酯塑膠跑道的發(fā)展。中國(guó)于1972年開(kāi)始研制合成材料運(yùn)動(dòng)跑道，1978年進(jìn)行了部級(jí)鑒定。隨著中國(guó)塑膠跑道產(chǎn)業(yè)得到迅猛發(fā)展，塑膠跑道的使用范圍也由原先的競(jìng)技體育部門(mén)逐漸擴(kuò)大到各級(jí)各類(lèi)學(xué)校體育場(chǎng)地和群眾休閑健身場(chǎng)地。

據(jù)了解，現(xiàn)在塑膠場(chǎng)地的鋪設(shè)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(cè)厚度、接邊；攤鋪面膠；撒顆粒、噴膠。因?yàn)槭┕み^(guò)程中的溫度變化及對(duì)厚度控制的稍許偏差，都會(huì)造成面層性能的改變，施工過(guò)程中為確保工程質(zhì)量，運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)的塑膠原料要每桶取樣進(jìn)行試驗(yàn)，調(diào)節(jié)好后方能進(jìn)行塑膠的鋪設(shè)；鋪設(shè)過(guò)程中派人現(xiàn)場(chǎng)跟蹤檢查，在平整度與厚度出現(xiàn)矛盾的情況下，確保塑膠厚度。施工過(guò)程中要求技術(shù)人員精益求精，認(rèn)真操作，塑膠跑道的接縫平順，無(wú)脫粒，起泡等質(zhì)量問(wèn)題。

a）塑膠跑道存在的問(wèn)題

聚氨酯塑膠跑道具有彈性好、強(qiáng)度高、耐磨防滑、色彩鮮艷等特點(diǎn)，能很好的符合田徑運(yùn)動(dòng)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(huì)釋放出有刺激性氣味的物質(zhì)，且相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)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(zhēng)議，即它散發(fā)的氣體到底是否有毒、如果有毒那么毒性有多大。從化學(xué)領(lǐng)域來(lái)看，鋪設(shè)塑膠場(chǎng)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(lái)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(gòu)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(qiáng)烈的刺激性氣味，在人體中具有積聚性和潛伏性，對(duì)皮膚、眼睛和呼吸道有強(qiáng)烈的刺激作用，吸入高濃度的甲苯二異氰酸酯蒸氣會(huì)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(yán)重刺激作用，如果不加以治療，可能導(dǎo)致永久性損傷。

（2）部分塑膠跑道鋪設(shè)施工不規(guī)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(tuán)（NCO，結(jié)構(gòu)式- N = C = O），因而化學(xué)性質(zhì)非?；顫姟＞郯滨椥泽w制品合成后的一段時(shí)間內(nèi)，在固體狀態(tài)下還存在著未反應(yīng)的NCO，需較長(zhǎng)時(shí)間才能完全反應(yīng)。遇炎熱天氣或紫外線照射下跑道會(huì)加速釋放出有害氣體，危害學(xué)生和運(yùn)動(dòng)者的身體健康，其中對(duì)少年兒童健康的危害會(huì)更為嚴(yán)重。對(duì)于此，非專(zhuān)業(yè)的施工隊(duì)伍往往并不知情，為建造運(yùn)動(dòng)場(chǎng)而裝運(yùn)大量有毒化學(xué)品的車(chē)輛，會(huì)不斷地在炎熱的施工季節(jié)進(jìn)入校區(qū)和公共場(chǎng)所并在露天堆放。在現(xiàn)場(chǎng)配兌、攪拌，進(jìn)行攤鋪施工時(shí)公害嚴(yán)重。這些問(wèn)題如不能盡快解決，不僅直接影響到運(yùn)動(dòng)場(chǎng)所的空氣質(zhì)量，危害師生、運(yùn)動(dòng)者和施工人員的健康。

三、國(guó)內(nèi)外同類(lèi)研究現(xiàn)狀分析及存在的問(wèn)題

1、國(guó)外研究現(xiàn)狀

異氰酸酯MDI 國(guó)內(nèi)外均采用液相光氣法生產(chǎn)，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(jìn)行縮合反應(yīng)，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(yīng)器。其光氣化反應(yīng)的設(shè)備和條件與生產(chǎn)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(chǎn)TDI 也相仿。目前各國(guó)都對(duì)非光氣法合成異氰酸酯進(jìn)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(wèn)題，至今沒(méi)有工業(yè)化。隨著環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，各國(guó)對(duì)光氣法工藝做出了越來(lái)嚴(yán)格的限制。因此探索環(huán)保的非光氣法合成聚氨酯路線成為熱點(diǎn)。其中取得進(jìn)展的有：日本旭化成開(kāi)發(fā)的氧化羰基化法、美國(guó)孟山都公司開(kāi)發(fā)的以苯胺和二氧化碳（CO2）為原料制備MDI 的路線以及近期國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)都在開(kāi)發(fā)的以碳酸二甲酯（DMC）替代光氣的新技術(shù)。

我國(guó)臺(tái)灣的CNS 6482《聚胺酯運(yùn)動(dòng)場(chǎng)所用鋪設(shè)材料》和CNS 6483《聚胺酯運(yùn)動(dòng)場(chǎng)所用鋪設(shè)材料檢驗(yàn)法》規(guī)定了塑膠跑道的物理機(jī)械性能即檢測(cè)方法，對(duì)塑膠跑道的環(huán)境安全問(wèn)題仍然沒(méi)有規(guī)定。

2、國(guó)內(nèi)研究情況

近年來(lái)，與傳統(tǒng)的TDI型塑膠跑道相比，MDI型塑膠跑道的毒性小、對(duì)人體傷害小、對(duì)環(huán)境更友好，故對(duì)MDI型聚氨酯彈性材料的研究成為熱點(diǎn)。

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(tǒng)的MDI常溫下是固體，使用前需反復(fù)加熱，影響了MDI的質(zhì)量。液態(tài)MDI克服了這個(gè)缺點(diǎn)，但合成相同含量的NCO預(yù)聚體需要的液化MDI比TDI質(zhì)量要大，制造成本會(huì)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(huán)保型雙組份聚氨酯固化劑MDI/TMP，研究發(fā)現(xiàn)MDI/TMP預(yù)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(yàn)合成了有機(jī)硅改性MDI型水性聚氨酯（SWPU）乳液，測(cè)試分析了水性聚氨酯的力學(xué)性能、耐熱性能和耐水性能，考察了有機(jī)硅含量對(duì)水性聚氨酯結(jié)構(gòu)與性能的影響。結(jié)果表明，當(dāng)有機(jī)硅含量為2%時(shí)，SWPU乳液穩(wěn)定性好，膠膜接觸角高達(dá)94°，吸水率將至5.8%，斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)980%，而且拉伸強(qiáng)度有所增強(qiáng)，因此該SWPU具有較好的力學(xué)性能、表面性能和耐水性。

四、開(kāi)展塑膠跑道中揮發(fā)性有毒有害物質(zhì)檢測(cè)技術(shù)研究及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的重要意義

1、促進(jìn)塑膠跑道行業(yè)健康發(fā)展

依據(jù)國(guó)務(wù)院頒發(fā)的文件《國(guó)務(wù)院關(guān)于加快發(fā)展體育產(chǎn)業(yè)促進(jìn)體育消費(fèi)的若干意見(jiàn)》（國(guó)發(fā)[2014]46號(hào)），以及杭州確定申辦2022年亞運(yùn)會(huì)，我國(guó)的體育產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)亟需完善，塑膠跑道若要獲得國(guó)際大賽的認(rèn)可，走出國(guó)門(mén)，走向世界，就需要建立一套能和國(guó)際接軌的標(biāo)準(zhǔn)體系，為我國(guó)的塑膠跑道行業(yè)健康快速的發(fā)展保駕護(hù)航。

2、引導(dǎo)和規(guī)范企業(yè)規(guī)范生產(chǎn)

通過(guò)開(kāi)展塑膠跑道中揮發(fā)性有毒有害物質(zhì)檢測(cè)技術(shù)研究，建立統(tǒng)一完整的產(chǎn)品有害物質(zhì)檢測(cè)方法和限量標(biāo)準(zhǔn)，引導(dǎo)和規(guī)范我國(guó)塑膠跑道產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。

3、為消費(fèi)者風(fēng)險(xiǎn)把關(guān)和預(yù)警，維護(hù)百姓健康安全

結(jié)語(yǔ)：經(jīng)過(guò)本項(xiàng)目的研究，對(duì)塑膠跑道產(chǎn)品可能存在的揮發(fā)性有毒有害物質(zhì)導(dǎo)致的危害進(jìn)行評(píng)估，建立科學(xué)有效的檢測(cè)方法，為消費(fèi)者進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)把關(guān)和預(yù)警，維護(hù)百姓健康安全。

參考文獻(xiàn)：

[1] 成傯.新型環(huán)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(huán)保型雙組分聚氨醇同化劑MDI/TMP的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用[J].涂辯工業(yè)，2010，40（7）：21-24.

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