校園塑膠體育場空氣中甲苯二異氰酸酯的釋放特征研究

摘要：通過采集西南地區某大學使用年限分別為３年、４年、５年的塑膠體育場氣體，以鹽酸萘乙二胺比色法測定甲苯二異氰酸酯（ＴＤＩ）的釋放特征。結果表明，不同試驗條件下空氣中的游離ＴＤＩ均未超過評價標準０．２００ ｍｇ／ｍ３；ＴＤＩ濃度與使用年限、離地高度呈負相關，與環境溫度呈正相關；溫度對ＴＤＩ濃度的影響最為強烈，其貢獻率超過５０％。新建的塑膠體育場應進行ＴＤＩ含量檢測，達到相關衛生標準后再投入使用；高溫條件下應盡量避免到塑膠體育場運動。

關鍵詞：塑膠體育場；甲苯二異氰酸酯；釋放特征

中圖分類號：Ｘ８３１ 文獻標識碼：Ａ 文章編號：0439－８114（２０11）19－3960-03

Research on the Release Characteristics of Toluene Diisocyanate in the Air from the Plastic Stadium on Campus

ＤＡＩ Ｙｏｎｇ１，ＨＡＯ Ｍｅｉ－ｙｕ１，ＬＩ Ｙａｎ－ｙａｎ１，ＬＩＵ Ｌｉ１，ＦＵ Ｗａｎｇ１，ＹＡＮＧ Ｚｈｉ－ｍｉｎ１，２

（１． Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ， Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４００７１６， Ｃｈｉｎａ；

２． Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ， Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４００７１６， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｇａｓ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｐｌａｓｔｉｃ ｓｔａｄｉｕｍｓ ｗｈｉｃｈ ｈａｄ ｂｅｅｎ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ３， ４ ａｎｄ ５ ｙｅａｒｓ ａｎｄ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｏｌｕｅｎｅ ｄｉｉｓｏｃｙａｎａｔｅ （ＴＤＩ） ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃ ａｃｉｄ ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉａｍｉｎｅ ｍｅｔｈｏｄ， ｔｈｅ ｒｅｌｅａｓｅ ｆｅａｔｕｒｅ ｏｆ ＴＤＩ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｉｆｅ－ｌｏｎｇ ｐｌａｓｔｉｃ ｓｔａｄｉｕｍ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ， ｎｏ ｆｒｅｅ ＴＤＩ ｉｎ ｔｈｅ ａｉｒ ｅｘｃｅｅｄ ｔｈｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｃｒｉｔｅｒｉａ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ０．２00 ｍｇ／ｍ３． Ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＴＤＩ ｗａｓ ｎｅｇａｔｉｖｅｌｙ ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｌｉｆｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ ｇｒｏｕｎｄ ｅｌｅｖａｔｉｏｎ， ｗｈｉｌｅ ｐｏｓｉｔｉｖｅｌｙ ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｍｂｉｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ． Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｗａｓ ｔｈｅ ｓｔｒｏｎｇｅｓｔ ｆａｃｔｏｒ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＴＤＩ ａｎｄ ｉｔｓ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｗａｓ ｏｖｅｒ ５０％． Ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＴＤＩ ｏｆ ａ ｎｅｗ ｐｌａｓｔｉｃ ｓｔａｄｉｕｍ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｄｅｔｅｃｔｅｄ． Ｉｔ ｓｈｏｕｌｄ ｎｏｔ ｂｅ ｕｓｅｄ ｕｎｌｅｓｓ ｍｅｅｔｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｈｅａｌｔｈ ｓｔａｎｄａｒｄｓ． Ｗｅ＇ｄ ｂｅｔｔｅｒ ｎｏｔ ｔｏ ｈａｖｅ ｗｏｒｋｏｕｔ ｉｎ ｐｌａｓｔｉｃ ｓｔａｄｉｕｍ under ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｐｌａｓｔｉｃ ｓｔａｄｉｕｍ； ｔｏｌｕｅｎｅ ｄｉｉｓｏｃｙａｎａｔｅ； ｒｅｌｅａｓｅ ｆｅａｔｕｒｅ

自１９６８年墨西哥第１９屆夏季奧運會以來，聚氨酯塑膠跑道在全世界得到了廣泛的使用［１］。我國高校使用聚氨酯塑膠的體育場數量逐漸增加，2005年杭州市使用塑膠場地的高校已占９５％以上［２］，但塑膠體育場在高溫或紫外線照射條件下會加速釋放具有揮發性的Ⅱ級毒物——甲苯二異氰酸酯（ＴＤＩ）等有害氣體［３，４］，吸入ＴＤＩ可引起眼及呼吸道嚴重損傷、肝功能障礙、免疫系統受損，并對遺傳造成影響［５－９］。揮發出來的ＴＤＩ因為其毒性具有潛伏性、累積性，身在其中鍛煉的教師、學生以及施工人員都會受到這種潛在的危害。

目前，塑膠體育場在使用過程中釋放ＴＤＩ的特征及其對人群健康的影響研究鮮見報道，我國還沒有制定校園塑膠體育場的化學毒性檢測標準和專門的檢測機構，運動人群也沒有得到合理使用塑膠體育場的建議。鑒于目前國內外對塑膠體育場釋放ＴＤＩ的研究匱乏，本研究以某大學不同使用年限的塑膠操場為研究對象，對其空氣中游離的ＴＤＩ濃度進行了監測分析，研究塑膠體育場空氣中ＴＤＩ的釋放特征，以期為人們使用塑膠體育場提供科學的建議。

１材料與方法

１．１供試材料

西南地區某大學使用年限分別為３年、４年、５年的塑膠體育場。

１．２主要儀器

ＫＢ－６Ｅ型大氣采樣器，青島金仕達電子科技有限公司；７２３０Ｇ型分光光度計，上海錦川儀表設備有限公司。

１．３樣品采集與分析

２０１０年７～９月，選擇晴天，氣溫分別為３２、３４、３６、３８、４０、４２ ℃時，對西南地區某大學使用年限分別為３年、４年、５年的３個塑膠體育場離地高度分別為０、０．５、１．０、１．５ ｍ高的大氣進行分層采樣測定。考慮到學生的平均身高及呼吸的氣體層高度，在不同溫度條件下，對離地面１．５ ｍ處的塑膠場地空氣中的ＴＤＩ進行了加密采樣。

采樣時，并聯兩個各裝有１０ ｍＬ吸收液的多孔玻板吸收管，將抽氣機接上１２ Ｖ的直流蓄電池，以０．８ Ｌ／ｍｉｎ的采氣速度采集３７．５ ｍｉｎ，采樣體積為３０ Ｌ。測定時用吸收管中的吸收液洗滌進氣管內壁３次，然后從每個吸收管中各取５ ｍＬ樣品溶液分別放入比色管中，甲苯二異氰酸酯水解產生相應的芳香胺，芳香胺與亞硝酸鈉重氮化后，再與鹽酸萘乙二胺耦合生成紫紅色，于波長５６０ ｎｍ下比色定量。

１．４評價標準

根據國際化學品安全規劃署（ＩＰＣＳ）和歐共體（ＣＥＣ）共同編制的化學品安全卡的規定，ＴＤＩ在空氣中的允許濃度為０．０３６ ｍｇ／ｍ３，如長期接觸超過這個濃度的ＴＤＩ，可導致死亡。美國規定在工作場所中，ＴＤＩ容許的最高濃度為０．１４０ ｍｇ／ｍ３。澳大利亞、法國都規定ＴＤＩ最高容許暴露極限濃度為０．２００ ｍｇ／ｍ３。我國自１９９６年起也頒布了國家標準（ＧＢ １６１９３－１９９６）［１0］，該規定限定了車間空氣中ＴＤＩ濃度不得超過０．２００ ｍｇ／ｍ３。本研究中評價以０．２００ ｍｇ／ｍ３為參考標準。

２結果與分析

２．１空氣中游離ＴＤＩ隨離地高度的變化

３個塑膠體育場在離地面不同高度處ＴＤＩ氣體濃度的監測結果見圖１－３，由圖１－３可知，不同使用年限和不同離地高度空氣中的ＴＤＩ含量均未超標。各塑膠體育場空氣中的ＴＤＩ濃度最大的為使用年限為３年、氣溫為４０ ℃、離地高程為０ ｍ處的空氣，達０．１８７ ｍｇ／ｍ３；濃度最小的為使用年限為５年、氣溫為３２ ℃、離地高度為１．５ ｍ處的空氣，為０．０２３ ｍｇ／ｍ３。各塑膠體育場相同離地高度處，ＴＤＩ氣體濃度均表現為隨溫度的升高而上升；不同高度空氣中的游離ＴＤＩ含量大小順序為：０ ｍ、０．５ ｍ、１．０ ｍ、１．５ ｍ。表明氣溫越高、離地越近的塑膠體育場空氣中的游離ＴＤＩ含量越高。其原因主要是塑膠體育場作為污染源釋放ＴＤＩ后，向上擴散，濃度逐漸被稀釋，故體育場空氣中的ＴＤＩ分布為下濃上稀；其次是因為離地越近，風速越小，稀釋速度越慢，故塑膠體育場中ＴＤＩ濃度隨著離地高度增加而降低。

２．２空氣中游離ＴＤＩ隨溫度及使用年限的變化

不同溫度條件下，對離地面１．５ ｍ處塑膠體育場地空氣中的ＴＤＩ進行加密采樣分析，結果見表１。由表１可知，使用３年、４年、５年的塑膠體育場，空氣中的ＴＤＩ含量極差分別為０．１１４、０．１１３、０．１０３ ｍｇ／ｍ３。隨著溫度的升高，ＴＤＩ含量呈上升趨勢；最高值為使用年限為３年、氣溫４２ ℃時，達０．１４８ ｍｇ／ｍ３。這主要是因為ＴＤＩ在炎熱天氣或紫外線照射下，塑膠會加速釋放出ＴＤＩ等有害氣體，而隨著釋放的累積，當稀釋速度小于累積速度時，濃度就不斷上升。

從表１中還可以看出，使用３年的塑膠體育場在相同溫度條件下，其空氣中的ＴＤＩ含量均高于使用年限較長的塑膠體育場，而且隨著塑膠體育場使用年限的增加，揮發到空氣中的ＴＤＩ含量隨著溫度的升高其增幅逐漸降低。其原因主要是塑膠中固化的ＴＤＩ不斷釋放，隨著使用年限的增加，固化量減少，導致其釋放量逐年降低。

２．３影響空氣中ＴＤＩ的因素分析

由監測結果及分析可知，塑膠體育場中的聚氨酯成分的揮發濃度隨著使用年限的增加逐年降低。遇炎熱天氣塑膠會加速釋放出ＴＤＩ，導致空氣中的游離ＴＤＩ濃度急劇升高。

以使用年限（ｘ１）、環境溫度（ｘ２）、離地高度（ｘ３）為自變量，以ＴＤＩ濃度（ｙ）為因變量，經過擬合，得到多元線性回歸方程：

ｙ＝－０．０１５ ２ｘ１＋０．０１０ １ｘ２－０．０３３ ３ｘ３－０．１８５ ６，Ｒ２＝０．９５２** （１）

由方程（１）可知，ｘ１、ｘ２、ｘ３的偏回歸系數分別為

－０．０１５ ２、０．０１０ １、－０．０３３ ３，這表明使用年限、離地高度與ＴＤＩ濃度呈負相關，而環境溫度與ＴＤＩ濃度則呈正相關。進一步得到標準回歸方程：

ｙ′＝－０．２９４ ２ｘ１′＋０．８２０ ４ｘ２′－０．４４０ ９ｘ３′，Ｒ２＝０．９５２

（２）

從方程（２）可知，ｘ１、ｘ２、ｘ３的標準回歸系數分別為－０．２９４ ２、０．８２０ ４、－０．４４０ ９，將其絕對值進行歸一化，發現３個因子ｘ１、ｘ２、ｘ３對ｙ的貢獻率分別為１８．９１％、５２．７４％、２８．３４％，說明溫度對ＴＤＩ濃度的影響最為強烈，其貢獻程度超過５０％。

綜上可知，新建的塑膠體育場應進行空氣中游離ＴＤＩ檢測，達到相關衛生標準后再使用；運動員應盡量減少在高溫條件下到塑膠體育場運動。

３小結

研究表明，西南地區某大學３個不同年限的塑膠體育場空氣中的ＴＤＩ含量均未超標。使用年限、氣溫、離地高度均是塑膠體育場大氣中ＴＤＩ含量變化的影響因素。使用年限、離地高度與ＴＤＩ濃度呈負相關，而環境溫度與ＴＤＩ濃度呈正相關；其中溫度對ＴＤＩ濃度變化的貢獻程度超過５０％。塑膠體育場ＴＤＩ釋放的特征表現為使用年限越長、氣溫越低、離地越高，ＴＤＩ含量越低。

參考文獻：

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