混合型塑膠跑道的有機物揮發控制技術研究

何毅華，馮妙，王詠祥

摘要：探究塑膠跑道中揮發性有機化合物（VOC）的釋放規律，利用60 L小型環境艙對混合型塑膠跑道進行VOC測試。結果表明，混合型塑膠跑道成品TVOC釋放量隨時間延長均呈降低趨勢，高溫可加快揮發性有機物釋放速率，促進中高沸點物質釋放;當跑道產品所處的環境溫度每升高10 ℃，TVOC相應增加2.45至2.65倍。基于此，可預估不同溫度下跑道產品的TVOC釋放量，對實際應用具指導作用。通過對混合型塑膠跑道成品及原材料測試，建立一套完整的混合型塑膠跑道VOC的溯源及整改流程，根據加成反應原理實現了對混合型塑膠跑道成品釋放量的預估，可幫助企業對跑道釋放物質進行管控，提升產品環保性能。

關鍵詞：混合型塑膠跑道；環境艙；VOC；溯源；管控

中圖分類號：TQ330.7+2文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2023）12-0025-05

Study on control technology of volatile organic compounds?in hybrid plastic runway

HE Yihua，FENG Miao，WANG Yongxiang

（GRG Metrology & test Group Co.，Ltd.，Guangzhou 510656，China）

Abstract：In order to investigate the release law of volatile organic compounds （VOC） in plastic runways，the VOC of hybrid plastic runways was tested by using 60 L small environmental chamber.The results showed that the TVOC release of the hybrid plastic runway products decreased with time，and the high temperature could accelerate the release rate of VOC and promote the release of medium and high boiling point substances.For every 10 ℃ increases in the ambient temperature of the runway product，the TVOC increased by 2.45 to 2.65 times.Through this law，the TVOC release of runway products at different temperatures can be predicted，which is a guide for practical application.Through the testing of the hybrid plastic runway products and raw materials，a complete set of traceability and rectification process of VOC of hybrid plastic runway has been established，and the prediction of the release amount of hybrid plastic runway products has been realized according to the principle of additive reaction，which further helps enterprises to control the release substances of runway and improve the environmental performance of products.

Key words：hybrid plastic runway;environmental chambere;volatile organic compound;trace to the source;control

近年來，塑膠跑道因其平整度好、抗壓強度高、物理性能好、硬度彈性適當等優點，被廣泛應用于學校和社區等場所[1-2]。但自2015年以來，全國各地集中爆發了多起“毒跑道”事件，跑道的環保安全問題引起了全社會的廣泛關注[3-6]。現有塑膠跑道產品有害物質研究主要集中在多環芳烴[7]、甲苯二異腈酸酯（TDI）[8]、短鏈氯化石蠟[9]等物質檢測，對釋放的VOC成分、主要來源、釋放規律等報道較少。為此，本研究以混合型塑膠跑道為研究對象，采用60 L小型環境艙模擬產品的實際釋放狀態，并探究其在不同溫度條件下的VOC釋放規律，以期為產品環保性能提升提供理論指導，指導企業進行合理的生產。

1實驗部分

1.1試驗材料

甲醇（農殘級），甲醇中9種VOC混合溶液、正己烷和正十六烷純度均為99.5%。

1.2試驗裝置

十萬級X205BDU分析天平（瑞士METTLER TOLEDO 公司），全自動標樣制備器（萊創科技應用發展有限公司），Maekes TD100-Xr熱解析脫附系統，GC/MS （安捷倫）氣相色譜質譜聯用儀，Gilian恒流空氣采樣泵，Mini-BUCK氣體流量校準計，60 L小型環境測試艙（東莞升微機電設備科技有限公司），Tenax-TA采樣管。

1.3實驗方案

成品衰減測試：參考GB 36246—2018《中小學合成材料面層運動場地》，將樣品裁剪為12 cm ×20 cm，使用不含揮發性有機物的鋁箔將其背面和四周進行包裹密封，在空氣流速0.1～0.3 m/s，換氣率1次/h的條件下進行測試，測試溫度分別為（23±2）、（40±2）、 （60±2） ℃，在一定時間時采集艙內氣體。

原材料測試：根據廠家提供的原材料配比及使用量，將一定量的原料平鋪或涂抹240 cm2的鋁箔槽中，放置在空氣流速0.1～0.3 m/s，換氣率1次/h的60 L小型環境測試艙中，穩定24 h后采集艙內的氣體。

2結果與討論

2.1溫度對混合型塑膠跑道成品VOC釋放的影響不同溫度下，混合型跑道成品中TVOC釋放規律如圖1所示，對應的主要釋放物質及其在TVOC中的占比見表1。

由圖1、表1可知，23 ℃時混合型跑道樣品中的TVOC釋放量先升高后下降，在12 h處達到峰值，且低沸點物質——碳酸二甲酯在21 d中始終占據90%左右。當溫度升高到40 ℃和60 ℃時，樣品中的TVOC釋放量隨時間延長逐漸降低，14 d后逐漸趨于穩定，且溫度越高，前期釋放速率下降越快。同時，升高溫度未改變樣品中的主要釋放物質種類，只是改變了其釋放占比[10-11]，溫度升高，碳酸二甲酯釋放占比逐漸降低，21 d后基本可從樣品中揮發完全，而由新癸酸和酯類組成的簇峰、異辛酸等高沸點物質占比逐漸升高。此外，通過比對跑道產品在不同溫度條件下的釋放，發現溫度的變化和TVOC釋放增加量有一定的倍數關系。

表2為混合型跑道產品在不同溫度下TVOC。

由表2可知，當跑道產品所處的環境升高17 ℃至20 ℃，TVOC含量相應增加4.5至4.9倍，相當于環境中每升高10 ℃，TVOC相應增加2.45至2.65倍。通過此規律，可推算出其他溫度條件下，跑道產品的?TVOC含量，對實際應用有指導性作用。

2.2混合型塑膠跑道成品VOC溯源與管控分析基于日常對常見市售混合型塑膠跑道的艙室法測試結果分析，發現成品中的主要釋放物質為碳酸二甲酯、異辛酸、新癸酸、1，4-丁二醇、BHT、1，2-丙二醇、中高沸點酯類、丁二酸異丁酯、乙酸乙酯、正丁醇、2-氯苯胺、中高沸點烷烴、硅氧烷、己二酸二甲酯、戊二酸二甲酯、丁二酸二甲酯等。進一步地對合成各混合型塑膠跑道成品的原材料進行同樣的艙室法測試，對應的原材料中主要釋放物質如表3所示。

通過對比塑膠跑道成品與各原材料中的主要釋放物質情況，可以溯源出成品VOC的主要來源。針對混合型塑膠跑道，可以判斷其VOC主要來源于稀釋劑、擴鏈劑、勻泡劑以及催化劑等原材料。針對一些高風險的原材料，可以通過更換原材料達到管控要求，具體更換措施見表4。

2.3混合型塑膠跑道成品TVOC釋放量預測分析鑒于混合型塑膠跑道成品的合成為加成反應，反應無副產物，因此我們可以采用“1+1≥2”的理論方式，通過對原材料測試來實現成品TVOC釋放量的預測。

為了驗證上述方案，使用艙室法分別對原材料和成品進行測試，相應的測試結果見表5。

由表5可知，混合型塑膠跑道底層由PU底膠A與PU底膠B按照1∶5比例混合后反應所得，成品TVOC的實際釋放量為18.170 mg/（m2·h）。同等質量下的單組分測試時，PU底膠A和B的釋放量分別為33.560、25.687 mg/（m2·h），且成品中主要釋放物質均可以在原料底膠A和B中找到。當扣除還會參與反應的活性反應基團后，PU底膠A和B的釋放量分別為1.447、17.938 mg/（m2·h），據此可推斷出成品TVOC的預測釋放量為19.385 mg/（m2·h），與成品實際測試結果基本一致。

同理，混合型塑膠跑道噴面由噴涂面漆A與噴涂面漆B按照1∶2比例混合后，成品TVOC的實際釋放量為2.479 mg/（m2·h）。同等質量下的單組分測試時，噴涂面漆A和B的釋放量分別為0和9.016 mg/（m2·h），且成品中主要釋放物質均可以在原料底膠A和B中找到。當扣除活性反應基團后，面漆A和B的釋放量分別為0和2.578 mg/（m2·h），據此可推斷出成品TVOC的預測釋放量為2.578 mg/（m2·h），與成品實際測試結果也基本一致。

上述實驗表明，扣除活性反應基團后，各組分釋放物質加和基本上滿足理論“1+1≥2”原理。因此，可以通過對原材料的測試，預估成品TVOC釋放量。

3結語

（1）混合型塑膠跑道成品TVOC釋放量隨時間延長均呈降低趨勢，且環境溫度越高初始TVOC釋放量越大，在14 d后基本保持穩定;

（2）高溫可加快揮發性有機物釋放速率，促進中高沸點物質釋放；且當跑道產品所處的環境溫度每升高10 ℃，TVOC釋放量相應增加2.45至2.65倍。通過此規律，可預估在不同溫度下跑道產品的TVOC釋放量，對實際應用具有指導作用;

（3）通過對塑膠跑道成品及原材料進行測試，建立了典型釋放物質清單，基于二者匹配性分析可明確跑道成品TVOC主要釋放物質的來源，以便針對性整改原材料提升產品環保性能，并提出相應可行性建議;

（4）通過對混合型塑膠跑道原材料測試，驗證了根據加成反應原理可預估混合型塑膠跑道成品的釋放量，可更進一步幫助企業對跑道釋放物質及其含量進行管控。

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