塑膠跑道的生產(chǎn)及其主要成分的調(diào)查分析研究報告
一、問題的提出
將廣大學校黃土裸露的運動場地用塑膠跑道覆蓋起來，是在我國很多城市正在實施中的一項揚塵整治環(huán)保措施。在2002年以前北京各個高校和城八區(qū)近千所中小學的操場基本上都是土場地、水泥場地、瀝青場地（焦渣跑道）。由于北京地區(qū)春秋季節(jié)風沙大，土場地極易造成揚塵，到了夏季一下雨又滿地是泥。水泥場地和瀝青場地雖然是對操場地面進行了硬化，但并不符合體育安全標準，不利于青少年骨骼關(guān)節(jié)的成長和保護，特別是學生們在體育課或課余活動時還容易發(fā)生崴腳、摔傷事故。因此，根據(jù)環(huán)保部門提出的建議，北京市計劃在2008年北京奧運會之前，在盡可能多的學校操場上鋪設(shè)人工草坪和塑膠跑道，將黃土裸露的運動場全部用這種材料覆蓋起來，以解決揚塵難題，落實北京市 “黃土不露天” 的環(huán)保工程。
然而， 在2003年舉行的第二屆中國學校體育科學大會上，北京市教育科學研究院基礎(chǔ)教育研究室的講師白文飛在自己提交的一篇論文中宣稱：“塑膠體育場地中含有TDI這種有毒物質(zhì)，應(yīng)當盡快終止學校體育場地鋪設(shè)塑膠跑道的做法”（實際上白文飛既不是化學專家、也不是體育專家）。一時間在國內(nèi)各種媒體上炒得沸沸揚揚，眾說紛紜。有的政協(xié)委員呼吁“盡快公布塑膠操場全面檢測結(jié)果”。北京市范伯元副市長為此也作了專門批示：“請市教委速就塑膠跑道事組織專家論證，專家要權(quán)威，要有實測數(shù)據(jù)”。
二、組織檢測和調(diào)研
從2003年底開始，市教委、市發(fā)展改革委、市體育局、市環(huán)保局、市勞動局、市科委等政府有關(guān)部門組織了體育、教育、環(huán)保、材料、化學和分析檢測等各方面專家進行分析和論證，針對目前國內(nèi)國際都還沒有關(guān)于塑膠跑道化學毒性的專項檢測標準，專門立項組織開展有關(guān)檢測和調(diào)研工作，克服了各種各樣的困難，參考各方面有關(guān)化學和環(huán)保測試標準，請具有國家實驗室認證機構(gòu)資格的北京市理化分析測試中心于2004年1月開始對目前國內(nèi)使用的聚氨酯塑膠跑道原材料和鋪設(shè)過程以及使用后的產(chǎn)品進行了詳細地測試分析和論證。重點對十幾家塑膠跑道生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的成品及使用的原材料進行了多項指標的檢測工作，對部分已經(jīng)鋪設(shè)完成的聚氨酯塑膠場地在交付使用后是否含有殘留的TDI、對一些塑膠場地施工和使用過程中的氣味進行測試、以及對塑膠跑道中是否含有其他有害物質(zhì)都進行了嚴格的檢測。同時還組織了基建工程、體育場館、勞保和大中小學校的體育教師（操場的使用者）等各方面專家進行調(diào)研，后共同得出了“塑膠跑道基本無害”的結(jié)論。
三、塑膠跑道的發(fā)展歷史
美國從1961年首次鋪設(shè)200米的賽馬聚氨酯塑膠跑道，1963年開始鋪設(shè)體育田徑運動跑道。1968年在墨西哥召開的19屆奧林匹克運動會正式采用聚氨酯塑膠跑道，由于其具有彈性好，強度高，耐磨防滑，色彩鮮艷，具有良好的田徑運動使用性能，從此國際奧委會和各項運動專業(yè)委員會都正式把塑膠跑道定為國際體育比賽必備的設(shè)施。我國1979年9月在北京工人體育場首次采用聚氨酯塑膠跑道。到1998年全國塑膠跑道的原料生產(chǎn)廠家已有30多家，原料產(chǎn)量5000噸。近年塑膠跑道發(fā)展速度驚人，每年以30%以上速度增長，2002年全世界產(chǎn)量130萬噸，我國2002年產(chǎn)量不到4萬噸，而消耗約22萬噸，絕大部分靠進口。估計到2008年我國的原料產(chǎn)量將達到十萬噸。
塑膠跑道或人造草坪操場鋪設(shè)后產(chǎn)生了以下幾方面的效果：富有輕微彈性的膠面、草皮，使學生或運動員在進行運動時能夠大限度發(fā)揮自己的體能，提高了運動成績；同時杜絕了在劇烈運動中容易產(chǎn)生的磕碰、摔傷等傷害事故；對于減少運動過程中可吸入顆粒物，改善運動環(huán)境更有積極意義；學校田徑場的巨大變化對校園環(huán)境起了極大的美化、凈化作用，成為了各個學校校園一道靚麗的風景線。
四、塑膠跑道的生產(chǎn)及其主要成分
目前，國際上的體育運動場地鋪裝材料可分為天然高分子材料和合成高分子材料兩大類，天然高分子材料為天然橡膠，合成高分子材料主要是聚氨酯材料、聚乙烯和聚丙烯材料，而聚乙烯和聚丙烯材料主要是用于做人造草坪。天然橡膠跑道和人造草坪的鋪設(shè)采用在工廠內(nèi)預(yù)制成卷材，然后用聚氨酯粘合劑粘貼在瀝青或水泥地面上。而我們此次論證的主要是屬于合成高分子材料的聚氨酯塑膠跑道的有關(guān)問題。聚氨酯塑膠跑道是在生產(chǎn)車間預(yù)先合成雙組分液體，到現(xiàn)場施工混合后向水泥一樣攤鋪在瀝青或水泥地面上進行鋪設(shè)。
塑膠跑道的主要成份是聚氨酯彈性體，其基本原料可分為聚醚多元醇等無毒原料、催化劑和多異氰酸酯（主要為TDI）。目前工藝一般為雙組分工藝。即在原料廠由過量的多異氰酸酯和聚醚多元醇反應(yīng)制得含異氰酸酯端基的預(yù)聚物（甲組分）和以聚醚多元醇、無機填料、顏料、增塑劑、抗氧劑和紫外線吸收劑等混配的乙組分。施工隊在施工現(xiàn)場將從原料廠家購得的甲、乙組分大桶料在現(xiàn)場混合設(shè)備中混合后，再加入一種催化劑，利用機械或手工施工鋪設(shè)，鋪設(shè)好的跑道幾個小時后表面即可固化，3～7天完全固化。一般10天后交付使用。
以上乙組分中的聚醚多元醇、無機填料、顏料、增塑劑、抗氧劑和紫外線吸收劑是在各種塑料中廣泛使用的安全性原材料，其中大部分還可用于食品行業(yè)的包裝材料。
五、關(guān)于聚氨酯塑膠跑道中TDI的毒性問題
根據(jù)北京市理化分析測試中心檢測四室的檢驗分析報告，TDI是化學物質(zhì)甲苯二異氰酸酯（TOLUNE DIISOCYANATE，有2，4-和2，6-異構(gòu)體）的英文縮寫，是新型高分子材料聚氨酯工業(yè)的一種主要原料。其主要用于制造聚氨酯軟質(zhì)泡沫（用于沙發(fā)、床墊、汽車坐墊、服裝襯墊等）、聚氨酯鋪裝材料（主要為塑膠跑道）、防水材料、涂料、膠粘劑、彈性體等。
TDI是無色或淡黃色的液體，沸點251℃，蒸汽壓0.00399Kpa（25℃），嗅閾0.36mg/M 3 。游離（即單體）的ＴＤＩ確實是有很大毒性的化學物質(zhì)，吸入超過一定濃度的TDI 蒸汽則會引起呼吸道過敏和損害癥狀，如咳嗽、胸悶、甚至哮喘。世界各國對TDI生產(chǎn)現(xiàn)場、車間散發(fā)到空氣中的TDI濃度都有嚴格的限定標準。我國從1996年起也頒布了國家標準（即GB16193-1996）。該標準規(guī)定工人操作時車間空氣中TDI濃度不得超過0.2mg/M 3 。
TDI雖然有很大毒性，但因其分子結(jié)構(gòu)中所含的異氰酸酯基團（NCO基團）是極為活潑的反應(yīng)性基團，極易和包括空氣中水蒸汽在內(nèi)的含活潑氫化合物反應(yīng)，很快轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)。在空氣中即使僅和羥基自由基作用，其半衰期也只有幾個小時到1天。（AMERICAN POLYURETHANE CONFERENCE 2002 SALT LAKE CITY 2002 PP180）
從聚氨酯塑膠跑道的生產(chǎn)和鋪設(shè)過程來看， TDI的危害主要是在ＴＤＩ的生產(chǎn)灌裝車間里，即在合成聚氨酯預(yù)聚體的生產(chǎn)過程中，只要嚴格控制機械的密封和通風狀況，都可以達到國家標準規(guī)定的車間空氣中TDI限定濃度的要求。2002年中國聚氨酯工業(yè)協(xié)會利用國際異氰酸酯協(xié)會贈送的ISOLOGGER紙帶監(jiān)測儀對國內(nèi)TDI主要生產(chǎn)和14家應(yīng)用廠家進行了生產(chǎn)操作時現(xiàn)場車間空氣中TDI濃度的測定，除個別一、兩家因通風等系統(tǒng)不好超標外，其余均達到國家標準。應(yīng)當說塑膠跑道的生產(chǎn)在我國已有20多年了，從材料到技術(shù)已經(jīng)過關(guān)，完全達到了相關(guān)的規(guī)定標準。
而在聚氨酯塑膠跑道施工現(xiàn)場，即使是操作工人也未接觸到大量單體 ＴＤＩ，操作工人使用的甲組分料是在工廠里已將單體ＴＤＩ轉(zhuǎn)換為預(yù)聚體，而這種預(yù)聚體是不含或含很少量單體ＴＤＩ的聚合物，這種預(yù)聚物（甲組分）和乙組分的混合又是在露天環(huán)境下，周圍空氣中ＴＤＩ濃度應(yīng)該比ＴＤＩ生產(chǎn)灌裝車間、軟質(zhì)聚氨酯泡沫生產(chǎn)線要少得多。因此至今尚未報道聚氨酯塑膠跑道在施工時發(fā)生工人ＴＤＩ中毒事件。鋪裝好的聚氨酯塑膠跑道一般2～3天，多7天完全固化，在此過程中即使有很少量的ＴＤＩ揮發(fā)到空氣中也將與空氣中的水分完全反應(yīng)掉。通過對國內(nèi)一些廠家鋪裝好的塑膠跑道進行檢測，大部分產(chǎn)品不含或含有很少量的單體ＴＤＩ，不會引起人體中毒?！ ?
過去國際國內(nèi)都缺乏對聚氨酯塑膠跑道的國家質(zhì)量檢測標準。此次我們參照國際上有關(guān)ＴＤＩ材料的檢測辦法和標準，再參考國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局2001年12月10日發(fā)布的《室內(nèi)裝飾裝修材料溶劑型木器涂料中有害物質(zhì)限量》以及國家體育總局2003年9月發(fā)布的《人工材料體育場地使用要求及檢驗方法第1部分：室外合成面層田徑場地》（征求意見稿）中對合成跑道施工過程中產(chǎn)生的游離甲苯二異氰酸酯游離指標不超過0.7%的規(guī)定（日本等國家對甲組分中單體ＴＤＩ含量要求小于1%），對塑膠跑道甲組分中單體ＴＤＩ則沒有作限量規(guī)定。北京市理化分析測試中心得出的結(jié)論是：“從實驗數(shù)據(jù)結(jié)果表明，沒有社會有關(guān)媒體報道及有關(guān)體育專家提出的‘ＴＤＩ’材料的存在，該材料僅在塑膠跑道生產(chǎn)中的原材料中部分存在，在現(xiàn)場施工中已經(jīng)基本完成反應(yīng)，各成品樣塊中均未檢測出。因此有關(guān)跑道中含‘ＴＤＩ’揮發(fā)性化學物質(zhì)影響人體健康問題的報道是不科學的”。近中國田徑協(xié)會田徑場地人工合成面層檢測實驗室提供的調(diào)查結(jié)果，也顯示了塑膠跑道安全無毒。國家田徑協(xié)會田管中心副秘書長陳雷說：“目前環(huán)保部門還沒有介入塑膠跑道的化學指標檢測中來，是因為在我國還沒有發(fā)生過由于聚氨酯塑膠跑道的施工或使用過程中的傷害事件。”雖然目前國際上關(guān)于ＴＤＩ在塑膠跑道應(yīng)用中的毒性問題一直是個爭論中的問題，但是還沒有任何國家（包括歐盟和美國）立法限制使用ＴＤＩ。不過確有國外的個別社會團體在建議減少或不使用含ＴＤＩ的材料，鼓勵開發(fā)使用更環(huán)保的新材料。
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六、關(guān)于塑膠跑道鋪設(shè)中的催化劑的有毒物質(zhì)問題
在鋪設(shè)塑膠跑道工程中現(xiàn)場混合甲乙組分原料時需要加入催化劑。催化劑的主要作用是促進ＴＤＩ預(yù)聚體甲乙組分充分反應(yīng)，使得聚氨酯雙組分能夠在規(guī)定的時間內(nèi)達到其使用的強度、彈性和硬度。目前，聚氨酯彈性體所使用催化劑可分為有毒類催化劑和無毒類催化劑。
就聚氨酯彈性體本身而言，毒性很小，是一種生物消化性比較好的東西，有資料記載，第一個人造心臟的瓣膜就是用聚氨酯彈性體做的。同時，汽車制造業(yè)、家庭裝修業(yè)、家具制造業(yè)和家電保溫行業(yè)中都大量使用了聚氨酯泡沫塑料。也就是說：如果使用合理的原材料，合理的配方和合理的工藝，聚氨酯塑膠是不可能具有毒性的。
我們在塑膠跑道毒性檢測的同時也對相關(guān)催化劑進行了檢測分析，對相關(guān)的生產(chǎn)廠家和施工單位的催化劑材料和鋪設(shè)后的塑膠樣品進行了測試分析，檢測其中的苯系物、鹵代烴、總揮發(fā)性有機化合物（TVOC）、ＴＤＩ、重金屬等。目的是尋找塑膠跑道原料和相關(guān)產(chǎn)品中的有毒有害物質(zhì)。
TVOC是指室溫下飽和蒸汽壓超過70.91Pa或沸點＜260℃的有機物，是石油、化工制藥、印刷、建材、噴涂等行業(yè)排放的常見的污染物。TVOC的主要成分為芳香烴、鹵代烴、氧烴、脂肪烴、氮烴等多達900種之多，在室內(nèi)，TVOC的濃度受到季節(jié)變化、通風條件、裝修程度、人為活動等方面的影響，冬季室內(nèi)TVOC的濃度高，而在夏季低。
從我們檢測的一些大型企業(yè)所生產(chǎn)的聚氨酯塑膠材料（未進行鋪裝的液體）來看，大多數(shù)企業(yè)的產(chǎn)品不含苯系物。但是，對有些施工企業(yè)鋪設(shè)的固體塑膠產(chǎn)品檢測發(fā)現(xiàn)了部分產(chǎn)品含有苯、甲苯等有害氣體。經(jīng)過專家分析和了解，我國有些小型的非專業(yè)施工隊伍，他們沒有生產(chǎn)基地，甚至沒有施工資質(zhì)，為降低成本和便于施工，違規(guī)在施工中加入一些稀釋劑，于是出現(xiàn)了施工現(xiàn)場氣味刺鼻，以致鋪設(shè)后的場地很長時間仍存在難聞的氣味。據(jù)說更有甚者，一些小型生產(chǎn)廠家為降低成本，在塑膠中加入國家嚴格禁止使用的煤焦油，嚴重影響了產(chǎn)品的化學安全性和力學性能，甚至造成豆腐渣工程。
在對這種催化劑和粘合劑進行測試中，我們重點對五種危害性大的重金屬元素（鉛、汞、砷、鉻、鎘）進行了測試，其可溶物對人體是有危害的。從檢測結(jié)果來看，塑膠跑道中容易出現(xiàn)含鉛量高，人造草坪中容易出現(xiàn)含鉻量高。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這些問題的產(chǎn)生主要是因為目前國內(nèi)有些廠家技術(shù)水平有限，配方和工藝落后，甚至仍使用含有機汞和有機鉛等有毒重金屬催化劑。同時也因為市場競爭激烈，有些不規(guī)范的施工單位為博取利潤而使用假冒偽劣的催化劑以及粘合劑，即用了不合格的材料、配方和工藝，便存在有毒的可能性了。
據(jù)中國田徑協(xié)會場地人工合成面層檢測實驗室主任、華東理工大學材料科學與工程學院教授陳建定表示，塑膠跑道如果揮發(fā)出氣味，從理論上分析，可能與塑膠跑道材料加工中化學反應(yīng)不充分，或塑膠跑道鋪設(shè)中為施工方便，增強粘度而加入的甲苯類物質(zhì)有關(guān)。不過，從她多年來的研究實踐，特別是對田協(xié)場地人工合成面層的檢測實驗看，并沒有發(fā)現(xiàn)存在塑膠跑道釋放有毒氣體的情況。
中國建筑材料科學研究院測試所所長、國家建筑材料測試中心主任、國家建筑工業(yè)放射性監(jiān)督檢驗測試中心主任馬振珠，根據(jù)該所近年來曾經(jīng)做過的塑膠跑道檢測報告，指出人們關(guān)心的主要環(huán)保項目如甲醛、苯類物質(zhì)并沒有被查出，只是個別企業(yè)的產(chǎn)品出現(xiàn)過鉛類等重金屬數(shù)值偏高的情況。
七、有關(guān)實踐調(diào)研結(jié)果
在組織檢測工作期間，我們還多次舉行了由教育和體育管理部門領(lǐng)導(dǎo)、體育場館、學校體育教師（即操場的使用者）以及環(huán)保和勞保等各方面專家參加的各種座談會和調(diào)研活動。據(jù)鋪設(shè)塑膠跑道的北京工人體育場的副經(jīng)理講，工體的塑膠跑道從１９７９年鋪設(shè)至今已經(jīng)歷經(jīng)２５年了，一直在正常使用，常年在場地上工作、比運動員在塑膠跑道停留時間更長久的場地工人中至今還沒有一個人患有呼吸系統(tǒng)疾病或由此引發(fā)的其它疾病的。鋪設(shè)塑膠跑道近２０年的北京先農(nóng)壇體育場也是一樣。清華大學、首都體育學院、北京四中等多年使用塑膠跑道學校的體育工作者就塑膠跑道對學校體育發(fā)展的作用都給與了充分的肯定以及對使用安全性方面的審慎認同。
經(jīng)歷了我國塑膠跑道興起與發(fā)展全過程的原國家體育總局標準化辦公室主任周寶瑞說：“通過近30年的檢驗，我國塑膠跑道的生產(chǎn)和施工流程是合理的。1995年曾經(jīng)把我國生產(chǎn)的塑膠跑道樣品送到國際田聯(lián)檢測機構(gòu)進行檢測，完全符合國際標準，有些指標甚至遠遠高于國際標準。近些年來在使用面積大的大中小學校，也并沒有發(fā)生過因使用塑膠跑道造成人員中毒的現(xiàn)象?！?br />上海妙爾實業(yè)有限公司總部
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