聚氨酯塑膠問題跑道產生的原因及改進措施

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生的原因，并10所小學、中學、高校的塑膠跑道為研究樣本對其中的有毒物質進行鑒定，結果表明，部分學校的甲苯和二甲苯總和、游離TDI的含量測定超標，大于國標GB /T14833-2011中規定的限值，針對這些問題提出了聚氨酯塑膠問題跑道的改進措施。

關鍵詞：塑膠跑道;TDI;有毒物質

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

隨著國民體育素質教育的不斷提高和科學技術的進步，運動場先后經歷了草地、土質、煤渣鋪設和塑膠跑道的歷程，當前塑膠跑道是主要的存在形式，第1條塑膠跑道應用含有聚氨酯成分的材料于1961年在美國鋪設，該跑道為賽馬跑道，長200m，1963年聚氨酯塑膠才開始用來鋪設運動場和跑道。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施，在第19屆奧林匹克運動會中正式應用聚氨酯塑膠跑道。隨后聚氨酯塑膠跑道由于良好的應用效果，受到各國重視，發展迅速。我國是在1972年開始對塑膠跑道的材料進行研制，其應用范圍不斷擴大，由原來的競技體育部門逐步擴大到群眾休閑健身場地、各類學校體育場地。

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。根據其施工結構可以分成EPDM塑膠跑道、復合型、全塑型、預制型、透氣型、混合型等，其中透氣型塑膠跑道應用最為廣泛，透氣透水、價格低;易翻新，預制型和全塑型塑膠跑道雖然應用性能良好但是其價格較高，主要在專業的田徑運動場地中應用;混合型及復合型塑膠跑道的價格和性能，處于上述兩種跑道之間。EPDM塑膠跑道屬非標準塑膠跑道類型，應用在一些非標準跑道建設場所，如幼兒園、小學等。

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，很多地區如江蘇、安徽、河南、黑龍江、安徽、內蒙古等出現了學生發熱、咽干、皮疹、鼻出血等癥狀，塑膠跑道社會問題引發了關注。因此，本文分析了聚氨酯塑膠問題跑道產生的原因，期望提出相應的改進措施，為公眾提供客觀參考。

1聚氨酯塑膠問題跑道產生的原因

1.1原因

當前塑膠跑道的發展已經歷經50多年，我國1972年開始對塑膠跑道進行研制，于1979年9月第一次應用在北京體育館室內田徑場。之所以產生問題跑道主要是由于以下原因：

1）原材料的原因。當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行聚合，獲得預聚體，然后應用現場澆筑法在塑料內添加防老劑、固化劑、黏合劑等在跑道上進行鋪設，不同類型的塑膠跑道應用的施工技術也存在差異，其中應用最為廣泛的聚氨酯現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中，如果兩種單體聚醚多元醇、二異氰酸酯兩種單體發生完全聚合反應，則得到的聚氨酯材料無毒無害，但是由于該化學聚合反應進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的小分子單體，或者聚合反應生產的副產物，如聚醚多元醇合成過程中混入的甲醛、TDI等，這些物質的毒性較強，會對人體產生明顯的副作用，嚴重時甚至會出現死亡的現象。

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，如鉛對人的發育、內分泌和免疫功能產生負面影響。

3）降解的原因。由于聚氨酯塑膠跑道在設計過程中，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行降解，根據相關研究可知，一個400m長的標準田徑場地的塑膠跑道壽命為8-10年，之后產生的跑道垃圾為175t。

1.2塑膠跑道有毒物質限值

國家化學工業部為了更好的促進塑膠跑道的規范建設于1993年頒布了國標《塑膠跑道》（CB/T14833-1993），其中明確規定了聚氨酯塑膠跑道的技術要求、檢驗規則、維護使用等相關意見。此外隨著塑膠跑道的技術革新及發展，于2011年12月發布了新國標《合成材料跑道面層》（CB/T14833-2011），為應用的塑膠跑道建設及驗收的標準。塑膠跑道中的有害物質限值為：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有毒物質鑒定

1.3.1取樣方法

選擇本市范圍內10所小學、中學、高校的塑膠跑道為研究樣本，每所學校截取的跑道樣品尺寸為50cm×50cm，選擇截取區域時應該盡量靠近中部，樣品研磨之后放置于烘箱內，烘箱溫度設置為于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學院實驗室完成，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，采用氣相色譜儀進行測定，得到溶液的峰面積，并繪制標準曲線測得相應濃度。

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

f=m_iA_s/m_sA_i（1）

公式（1）：m_i為甲苯二異氰酸酯的質量，g;ms為所加內標物質量，g;A_i為甲苯二異氰酸酯的峰面積;A_s為所加內標物的峰面積。

研磨烘干后的試樣稱取2.0～3.0g、5mL內標物置于50mL容量瓶中，用乙酸乙酯溶解并定容，用移液槍量取luL，采用氣相色譜儀進行測定，得到樣品、內標物色譜峰面積，根據公式（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′為相對質量校正因子;m_i、m_s分別為待測樣品、添加的內標物的質量，單位均為g;A_i、A_s分別為待測樣品、添加的內標物的峰面積。

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鹽酸溶液調節樣品溶液pH值，將pH值控制在1.0-1.5之間，之后持續攪拌1h，溶液靜置1h之后采用定性濾紙進行過濾和洗滌，以1%AgNO₃檢驗無C1-后，選擇原子吸收分光光度法測重金屬含量。

1.3.3結果與討論

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、中學、高校跑道中的苯、甲苯和二甲苯總和、游離TDI含量進行測定，結果如表1所示。根據表1的檢測結果可知，部分學校的甲苯和二甲苯總和、游離TDI的含量測定超標，大于國標GB/T14833-2011中規定的限值。

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，之所以出現含量超標的情況是因為塑膠跑道在施工過程中，通常會勾兌一些溶劑以達到延長聚氨酯材料粘性時間的目的，由此可知這是因為在塑膠跑道施工過程中添加的二甲苯溶劑含量過高導致的。

游離TDI具有強烈的刺激性氣味，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烈的刺激性，吸入過量的TDI蒸汽可能會引發肺水腫、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、中學、高校跑道中的可溶性重金屬含量進行測定，結果如表2所示。根據表2的檢測結果可知，10所學校的可溶性鉛、可溶性鎘、可溶性鉻、可溶性汞的含量測定均低于國標GB/T14833-2011中規定的限值。

2改進措施

2.1對于甲苯和二甲苯超標的改進措施

關于聚氨酯塑膠跑道中的有毒物質甲苯和二甲苯超標的改進措施如下。

1）從源頭治理，抓嚴抓實，要求施工方嚴格按照相關的規定進行施工，甲苯和二甲苯的溶劑添加要適量。

2）選擇質量合格的甲苯和二甲苯的溶劑，避免出現以次充好的現象。

3）監管部門加強管理，培養技術過硬的驗收人員，嚴格監控跑道的生產、施工、招標及驗收各個環節，從根本上治理問題。

2.2對于游離TDI超標的改進措施

TDI對人體的危害性較大，為了降低游離TDI的遷出量，應該采取以下改進措施。

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出TDI這種有毒物質，所以建議在白天高溫時段或氣候炎熱的夏季，學生應當盡量減少在塑膠跑道上活動，可選擇室內場地或錯開高溫時段。

2）完善聚氨酯塑料跑道的相關的檢測標準體系，同時頒布相關法律。當前我國實施的GB/T14833-2011檢測標準與歐美等國家相比相差較大，并且缺少對有毒物質超標等的處罰規定，因此，使TDI聚氨酯塑料跑道驗收管理比較松散，問題跑道長期被使用，因此，應該完善相關的監管措施。

3）加大環保型塑膠跑道材料的開發。為了促進我國塑膠跑道的可持續發展，政府部門應該采取相應的政策如給予一定的獎勵，提高企業和科研工作者的研發積極性，開發出新型的環保塑膠跑道材料最終替代TDI聚氨酯塑料跑道的使用。當前已經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保型的塑膠跑道材料。

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

3結語

當前塑膠跑道的安全問題已經引發了社會的關注，更是關系到學生的身體健康問題，應該給予重視，并且從根本上扼殺塑膠問題跑道生存的土壤，完善相關的塑膠跑道的監管法律，把控塑膠跑道施工中的每一個環節，防患于未然，同時不斷開發出新型的材料，使塑膠跑道想著無害性、環保性、低成本性等方向發展。此研究中選擇的樣本研究數量較少，今后將會采集更多的樣本進行研究，提出更加全面性的改進措施。