塑胶跑道中挥发性有毒有害物质 检测技术研究及风险评估

黄金飞 胡乐 林王琳 骆琦 张抗斌

浙江省家具与五金研究所

一、背景

目前，随着我国经济持续快速发展，人民生活水平的不断提高，全社会都在提倡全民健身运动，而用塑胶改建体育运动场地面层已经十分普及。许多城市和农村将原来学校黄土裸露的运动场地用塑胶跑道覆盖起来，一方面有助于扬尘整治，另外也可以改善运动条件。塑胶跑道的使用可以追溯到1968年墨西哥第十九届奥运会上，接下来的日子里美国3M公司铺设的塑胶跑道被越来越多的国家所接受并使用。甚至国际田联《田径竞赛规则》还规定：由国际田联组织、认可的比赛，必须在塑胶跑道上进行。塑胶跑道在体育事业及人们生活中的特殊意义，对其进行研究探讨具有重要意义。

我们日常使用的的塑胶跑道多以聚氨酯（PU）为主要材料，因聚氨酯铺面材料具有优良的耐磨耐油防滑性、阻燃耐老化、硬度范围宽、弹性适宜、吸震性能优、色彩美观等特点而被广泛使用。目前我国国内使用的聚氨酯塑胶跑道所采用的原料最普遍的是TDI（甲苯二异氰酸酯）型和MDI（二苯基甲烷二异氰酸酯）型两种，按照国家标准安全生产的产品均能达到产品要求，但是不按要求生产且原材料等产品出现问题的报道也屡见不鲜。

二、塑胶跑道行业发展及基本工艺状况

世界上第一条塑胶跑道是由美国3M公司于1961年将含有聚氨酯（PU）成分的材料铺设出的200m长的赛马跑道，1963年开始聚氨酯塑胶被应用到铺设运动场地和跑道。1968年第19届奥林匹克运动会时国际奥委会决定正式采用聚氨酯塑胶跑道，并将它作为国际体育比赛必备的设施。在随后的使用过程中，塑胶跑道由于效果很好而受到各国重视，这促进了聚氨酯塑胶跑道的发展。中国于1972年开始研制合成材料运动跑道，1978年进行了部级鉴定。随着中国塑胶跑道产业得到迅猛发展，塑胶跑道的使用范围也由原先的竞技体育部门逐渐扩大到各级各类学校体育场地和群众休闲健身场地。

据了解，现在塑胶场地的铺设工艺流程基本分五步，即各种原材料、浆料搅拌均匀混合；摊铺底料；测厚度、接边；摊铺面胶；撒颗粒、喷胶。因为施工过程中的温度变化及对厚度控制的稍许偏差，都会造成面层性能的改变，施工过程中为确保工程质量，运到现场的塑胶原料要每桶取样进行试验，调节好后方能进行塑胶的铺设；铺设过程中派人现场跟踪检查，在平整度与厚度出现矛盾的情况下，确保塑胶厚度。施工过程中要求技术人员精益求精，认真操作，塑胶跑道的接缝平顺，无脱粒，起泡等质量问题。

a）塑胶跑道存在的问题

聚氨酯塑胶跑道具有弹性好、强度高、耐磨防滑、色彩鲜艳等特点，能很好的符合田径运动使用特性，普遍为广大体育界和教育界人士所推崇。然而有研究表明，塑胶跑道在完工后会释放出有刺激性气味的物质，且相关标准的检测范围可能存在一定的局限性，主要如下：

（1）塑胶跑道可能存在潜在的毒性

塑胶跑道自它诞生起一直存在着争议，即它散发的气体到底是否有毒、如果有毒那么毒性有多大。从化学领域来看，铺设塑胶场地的材料主要是聚醚（聚酯）、多元醇、异醇、甲苯二异氰酸脂及一些助剂等，它的毒性来源主要是使用了有毒的甲苯二异氰酸脂。甲苯二异氰酸酯（TDI）有两种异构体：2，4 - 甲苯二异氰酸酯和2，6 -甲苯二异氰酸酯。甲苯二异氰酸酯是水白色或淡黄色液体，具有强烈的刺激性气味，在人体中具有积聚性和潜伏性，对皮肤、眼睛和呼吸道有强烈的刺激作用，吸入高浓度的甲苯二异氰酸酯蒸气会引起支气管炎、支气管肺炎和肺水肿；液体与皮肤接触可引起皮炎，与眼睛接触可引起严重刺激作用，如果不加以治疗，可能导致永久性损伤。

（2）部分塑胶跑道铺设施工不规范

由于异氰酸酯化合物含有高度不饱和键的异氰酸酯基团（NCO，结构式- N = C = O），因而化学性质非常活泼。聚氨酯弹性体制品合成后的一段时间内，在固体状态下还存在着未反应的NCO，需较长时间才能完全反应。遇炎热天气或紫外线照射下跑道会加速释放出有害气体，危害学生和运动者的身体健康，其中对少年儿童健康的危害会更为严重。对于此，非专业的施工队伍往往并不知情，为建造运动场而装运大量有毒化学品的车辆，会不断地在炎热的施工季节进入校区和公共场所并在露天堆放。在现场配兑、搅拌，进行摊铺施工时公害严重。这些问题如不能尽快解决，不仅直接影响到运动场所的空气质量，危害师生、运动者和施工人员的健康。

三、国内外同类研究现状分析及存在的问题

1、国外研究现状

异氰酸酯MDI 国内外均采用液相光气法生产，其制造方法是将苯胺与甲醛在盐酸（或催化剂）存在下加热至100℃进行缩合反应，生成二苯基甲烷二胺及多亚甲基多苯基多胺混合物，然后再直接送至光气化反应器。其光气化反应的设备和条件与生产TDI

十分相似，所用溶剂也是邻二氯苯或氯苯，工艺流程与生产TDI 也相仿。目前各国都对非光气法合成异氰酸酯进行了大量研究，主要的有羰基化法和热分解法，由于收率和催化剂回收等问题，至今没有工业化。随着环保意识的不断增强，各国对光气法工艺做出了越来严格的限制。因此探索环保的非光气法合成聚氨酯路线成为热点。其中取得进展的有：日本旭化成开发的氧化羰基化法、美国孟山都公司开发的以苯胺和二氧化碳（CO2）为原料制备MDI 的路线以及近期国内外研究机构都在开发的以碳酸二甲酯（DMC）替代光气的新技术。

我国台湾的CNS 6482《聚胺酯运动场所用铺设材料》和CNS 6483《聚胺酯运动场所用铺设材料检验法》规定了塑胶跑道的物理机械性能即检测方法，对塑胶跑道的环境安全问题仍然没有规定。

2、国内研究情况

近年来，与传统的TDI型塑胶跑道相比，MDI型塑胶跑道的毒性小、对人体伤害小、对环境更友好，故对MDI型聚氨酯弹性材料的研究成为热点。

成偬[1]研究了改性的液化MDI作為PU合成跑道的异氰酸酯原料。液化MDI是改性的MDI。传统的MDI常温下是固体，使用前需反复加热，影响了MDI的质量。液态MDI克服了这个缺点，但合成相同含量的NCO预聚体需要的液化MDI比TDI质量要大，制造成本会上升。单液化MDI比TDI的蒸汽压低，操作安全。

周俊锋[2]等在制备了环保型双组份聚氨酯固化剂MDI/TMP，研究发现MDI/TMP预聚物固化剂具有高活性及有益的漆膜柔韧性，特别适合低温固化，既降低了有毒气体的释放，又降低了MDI材料成本。

孙家干[3]等试验合成了有机硅改性MDI型水性聚氨酯（SWPU）乳液，测试分析了水性聚氨酯的力学性能、耐热性能和耐水性能，考察了有机硅含量对水性聚氨酯结构与性能的影响。结果表明，当有机硅含量为2%时，SWPU乳液稳定性好，胶膜接触角高达94°，吸水率将至5.8%，断裂伸长率达980%，而且拉伸强度有所增强，因此该SWPU具有较好的力学性能、表面性能和耐水性。

四、开展塑胶跑道中挥发性有毒有害物质检测技术研究及风险评估的重要意义

1、促进塑胶跑道行业健康发展

依据国务院颁发的文件《国务院关于加快发展体育产业促进体育消费的若干意见》（国发[2014]46号），以及杭州确定申办2022年亚运会，我国的体育产品标准亟需完善，塑胶跑道若要获得国际大赛的认可，走出国门，走向世界，就需要建立一套能和国际接轨的标准体系，为我国的塑胶跑道行业健康快速的发展保驾护航。

2、引导和规范企业规范生产

通过开展塑胶跑道中挥发性有毒有害物质检测技术研究，建立统一完整的产品有害物质检测方法和限量标准，引导和规范我国塑胶跑道产业的良性发展。

3、为消费者风险把关和预警，维护百姓健康安全

结语：经过本项目的研究，对塑胶跑道产品可能存在的挥发性有毒有害物质导致的危害进行评估，建立科学有效的检测方法，为消费者进行风险把关和预警，维护百姓健康安全。

参考文献：

[1] 成偬.新型环保聚氮醴塑胶跑道[J].上海建材，2003，17（6）：30-31.

[2] 周俊锋，肖玉新，华成明，等.环保型双组分聚氨醇同化剂MDI/TMP的开发及应用[J].涂辩工业，2010，40（7）：21-24.

[3] 孙家干，杨建军，张建安，等.有机硅改性MDI水性聚氨酯的合成和应用[J].印染，2010（17）：4—7.