聚氨酯塑胶问题跑道产生的原因及改进措施

李珈骐 孙晋媛

摘要：为了降低聚氨酯塑胶问题跑道对人体的损害，文章剖析了聚氨酯问题跑道产生的原因，并10所小学、中学、高校的塑胶跑道为研究样本对其中的有毒物质进行鉴定，结果表明，部分学校的甲苯和二甲苯总和、游离TDI的含量测定超标，大于国标GB /T14833-2011中規定的限值，针对这些问题提出了聚氨酯塑胶问题跑道的改进措施。

关键词：塑胶跑道;TDI;有毒物质

中图分类号：0657.6文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2019）11-0082-04

随着国民体育素质教育的不断提高和科学技术的进步，运动场先后经历了草地、土质、煤渣铺设和塑胶跑道的历程，当前塑胶跑道是主要的存在形式，第1条塑胶跑道应用含有聚氨酯成分的材料于1961年在美国铺设，该跑道为赛马跑道，长200m，1963年聚氨酯塑胶才开始用来铺设运动场和跑道。1968年国际奥委会决定聚氨酯塑胶跑道成为国际体育比赛必备的设施，在第19届奥林匹克运动会中正式应用聚氨酯塑胶跑道。随后聚氨酯塑胶跑道由于良好的应用效果，受到各国重视，发展迅速。我国是在1972年开始对塑胶跑道的材料进行研制，其应用范围不断扩大，由原来的竞技体育部门逐步扩大到群众休闲健身场地、各类学校体育场地。

塑胶跑道的主要成分为聚氨酯胶、EPDM（三元乙丙橡胶）颜料、废轮胎橡胶、填料等。根据其施工结构可以分成EPDM塑胶跑道、复合型、全塑型、预制型、透气型、混合型等，其中透气型塑胶跑道应用最为广泛，透气透水、价格低;易翻新，预制型和全塑型塑胶跑道虽然应用性能良好但是其价格较高，主要在专业的田径运动场地中应用;混合型及复合型塑胶跑道的价格和性能，处于上述两种跑道之间。EPDM塑胶跑道属非标准塑胶跑道类型，应用在一些非标准跑道建设场所，如幼儿园、小学等。

但是，近几年来，由于校园塑胶跑道的原因弥漫在刺激的气味，很多地区如江苏、安徽、河南、黑龙江、安徽、内蒙古等出现了学生发热、咽干、皮疹、鼻出血等症状，塑胶跑道社会问题引发了关注。因此，本文分析了聚氨酯塑胶问题跑道产生的原因，期望提出相应的改进措施，为公众提供客观参考。

1聚氨酯塑胶问题跑道产生的原因

1.1原因

当前塑胶跑道的发展已经历经50多年，我国1972年开始对塑胶跑道进行研制，于1979年9月第一次应用在北京体育馆室内田径场。之所以产生问题跑道主要是由于以下原因：

1）原材料的原因。当前我国的塑胶跑道以聚氨酯为原料，通过二异氰酸酯（如甲苯二异氰酸酯TDI等）、聚醚多元醇两种单体进行聚合，获得预聚体，然后应用现场浇筑法在塑料内添加防老剂、固化剂、黏合剂等在跑道上进行铺设，不同类型的塑胶跑道应用的施工技术也存在差异，其中应用最为广泛的聚氨酯现浇型塑胶跑道采用三步施工法，施工流程如图1所示。在聚氨酯的聚合反应中，如果两种单体聚醚多元醇、二异氰酸酯两种单体发生完全聚合反应，则得到的聚氨酯材料无毒无害，但是由于该化学聚合反应进行完全聚合的概率较低，聚合过程中通常会存在一些没有反应的小分子单体，或者聚合反应生产的副产物，如聚醚多元醇合成过程中混入的甲醛、TDI等，这些物质的毒性较强，会对人体产生明显的副作用，严重时甚至会出现死亡的现象。

2）固化剂、重金属盐催化剂的原因。塑料成型过程中添加的固化剂和重金属盐催化剂等含有铅、铬、镉和汞等重金属，对人体的伤害较大，如铅对人的发育、内分泌和免疫功能产生负面影响。

3）降解的原因。由于聚氨酯塑胶跑道在设计过程中，为了避免微生物对其的侵袭，添加了一些抗菌剂、真菌杀虫剂等，致使聚氨酯塑胶跑道很难在自然条件下进行降解，根据相关研究可知，一个400m长的标准田径场地的塑胶跑道寿命为8-10年，之后产生的跑道垃圾为175t。

1.2塑胶跑道有毒物质限值

国家化学工业部为了更好的促进塑胶跑道的规范建设于1993年颁布了国标《塑胶跑道》（CB/T14833-1993），其中明确规定了聚氨酯塑胶跑道的技术要求、检验规则、维护使用等相关意见。此外随着塑胶跑道的技术革新及发展，于2011年12月发布了新国标《合成材料跑道面层》（CB/T14833-2011），为应用的塑胶跑道建设及验收的标准。塑胶跑道中的有害物质限值为：苯含量≤0.05g/kg，甲苯和二甲苯总和含量≤0.05g/kg，游离甲苯二异氰酸酯（TDI）含量≤0.2g/kg，可溶性铅含量≤90mg/kg，可溶性镉含量≤10mg/kg，可溶性铬含量≤10mg/kg，可溶性汞含量≤2mg/kg。

1.3有毒物质鉴定

1.3.1取样方法

选择本市范围内10所小学、中学、高校的塑胶跑道为研究样本，每所学校截取的跑道样品尺寸为50cm×50cm，选择截取区域时应该尽量靠近中部，样品研磨之后放置于烘箱内，烘箱温度设置为于23±2℃。

1.3.2样品处理与检测方法

样品的处理与检测全部在西安医学院实验室完成，具体检测方法如下：

1）苯、甲苯、二甲苯的浓度测定。研磨烘干后的试样称取0.2～0.3g放置于50mL容量瓶中，用乙酸乙酯溶解并定容，用移液枪量取1uL，采用气相色谱仪进行测定，得到溶液的峰面积，并绘制标准曲线测得相应浓度。

2）游离TDI含量测定。称取0.2g正十四烷放置于25mL容量瓶中，用乙酸乙酯溶液进行定容，获得内标物。称取0.2-0.3gTDI、5mL内标物放置于50mL容量瓶中，用乙酸乙酯进行定容，获得TDI试样溶液，之后用移液枪取溶液1uL，采用气相色谱仪进行测定，获得溶液中的TDI、正十四烷的色谱峰面积，根据公式（1）获得相对质量校正因子。

f=m_iA_s/m_sA_i（1）

公式（1）：m_i为甲苯二异氰酸酯的质量，g;ms为所加内标物质量，g;A_i为甲苯二异氰酸酯的峰面积;A_s为所加内标物的峰面积。

研磨烘干后的試样称取2.0～3.0g、5mL内标物置于50mL容量瓶中，用乙酸乙酯溶解并定容，用移液枪量取luL，采用气相色谱仪进行测定，得到样品、内标物色谱峰面积，根据公式（2）获得样品中TDI含量W。

u=f'm_sA_ix1000/m_sA_i（2）

公式（2）中：W为样品中TDI含量，单位均为g/kg;f′为相对质量校正因子;m_i、m_s分别为待测样品、添加的内标物的质量，单位均为g;A_i、A_s分别为待测样品、添加的内标物的峰面积。

3）可溶性重金属含量测定。称取样品0.5g，加入0.07mol/L盐酸溶液25mL不断搅拌，并用2mol/L盐酸溶液调节样品溶液pH值，将pH值控制在1.0-1.5之间，之后持续搅拌1h，溶液静置1h之后采用定性滤纸进行过滤和洗涤，以1%AgNO₃检验无C1-后，选择原子吸收分光光度法测重金属含量。

1.3.3结果与讨论

1）苯、甲苯和二甲苯的总和、游离TDI含量测定

利用GC6890N气相色谱仪对我市10小学、中学、高校跑道中的苯、甲苯和二甲苯总和、游离TDI含量进行测定，结果如表1所示。根据表1的检测结果可知，部分学校的甲苯和二甲苯总和、游离TDI的含量测定超标，大于国标GB/T14833-2011中规定的限值。

甲苯和二甲苯对皮肤和粘膜具有一定的刺激陸，还会麻醉中枢神经，之所以出现含量超标的情况是因为塑胶跑道在施工过程中，通常会勾兑一些溶剂以达到延长聚氨酯材料粘性时间的目的，由此可知这是因为在塑胶跑道施工过程中添加的二甲苯溶剂含量过高导致的。

游离TDI具有强烈的刺激性气味，吸入人体之后还会在人体中积聚，对呼吸道、眼睛及皮肤等具有强烈的刺激性，吸入过量的TDI蒸汽可能会引发肺水肿、气管肺炎、支气管炎，如果人体存在TDI过敏的情况，还可能会引起咳嗽、呼吸困难、伴气喘等。

2）可溶性重金属含量测定

利用原子吸收分光光度法对我市10所小学、中学、高校跑道中的可溶性重金属含量进行测定，结果如表2所示。根据表2的检测结果可知，10所学校的可溶性铅、可溶性镉、可溶性铬、可溶性汞的含量测定均低于国标GB/T14833-2011中规定的限值。

2改进措施

2.1对于甲苯和二甲苯超标的改进措施

关于聚氨酯塑胶跑道中的有毒物质甲苯和二甲苯超标的改进措施如下。

1）从源头治理，抓严抓实，要求施工方严格按照相关的规定进行施工，甲苯和二甲苯的溶剂添加要适量。

2）选择质量合格的甲苯和二甲苯的溶剂，避免出现以次充好的现象。

3）监管部门加强管理，培养技术过硬的验收人员，严格监控跑道的生产、施工、招标及验收各个环节，从根本上治理问题。

2.2对于游离TDI超标的改进措施

TDI对人体的危害性较大，为了降低游离TDI的迁出量，应该采取以下改进措施。

1）由于TDI的迁出受到光照和温度的影响，温度越高，光照时间越长越容易迁出游离TDI，因此，在夏季聚氨酯塑胶跑道容易挥发出TDI这种有毒物质，所以建议在白天高温时段或气候炎热的夏季，学生应当尽量减少在塑胶跑道上活动，可选择室内场地或错开高温时段。

2）完善聚氨酯塑料跑道的相关的检测标准体系，同时颁布相关法律。当前我国实施的GB/T14833-2011检测标准与欧美等国家相比相差较大，并且缺少对有毒物质超标等的处罚规定，因此，使TDI聚氨酯塑料跑道验收管理比较松散，问题跑道长期被使用，因此，应该完善相关的监管措施。

3）加大环保型塑胶跑道材料的开发。为了促进我国塑胶跑道的可持续发展，政府部门应该采取相应的政策如给予一定的奖励，提高企业和科研工作者的研发积极性，开发出新型的环保塑胶跑道材料最终替代TDI聚氨酯塑料跑道的使用。当前已经研制出二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）型塑胶跑道，这种MDI材料与TDI材料相比对人体的伤害小、毒性小，并且液化MDI比TDI操作安全，在不久的将来一定会研制出更多的环保型的塑胶跑道材料。

4）采取相应的措施避免TDI聚氨酯塑料跑道的二次污染。如相关部门集中对回收的废旧TDI聚氨酯塑料跑道进行处理。

3结语

当前塑胶跑道的安全问题已经引发了社会的关注，更是关系到学生的身体健康问题，应该给予重视，并且从根本上扼杀塑胶问题跑道生存的土壤，完善相关的塑胶跑道的监管法律，把控塑胶跑道施工中的每一个环节，防患于未然，同时不断开发出新型的材料，使塑胶跑道想着无害性、环保性、低成本性等方向发展。此研究中选择的样本研究数量较少，今后将会采集更多的样本进行研究，提出更加全面性的改进措施。