塑胶跑道的生产及其主要成分的调查分析研究报告

一、问题的提出
　　将广大学校黄土裸露的运动场地用塑胶跑道覆盖起来，是在我国很多城市正在实施中的一项扬尘整治环保措施。在2002年以前北京各个高校和城八区近千所中小学的操场基本上都是土场地、水泥场地、沥青场地（焦渣跑道）。由于北京地区春秋季节风沙大，土场地极易造成扬尘，到了夏季一下雨又满地是泥。水泥场地和沥青场地虽然是对操场地面进行了硬化，但并不符合体育安全标准，不利于青少年骨骼关节的成长和保护，特别是学生们在体育课或课余活动时还容易发生崴脚、摔伤事故。因此，根据环保部门提出的建议，北京市计划在2008年北京奥运会之前，在尽可能多的学校操场上铺设人工草坪和塑胶跑道，将黄土裸露的运动场全部用这种材料覆盖起来，以解决扬尘难题，落实北京市 “黄土不露天” 的环保工程。
　　然而， 在2003年举行的第二届中国学校体育科学大会上，北京市教育科学研究院基础教育研究室的讲师白文飞在自己提交的一篇论文中宣称：“塑胶体育场地中含有TDI这种有毒物质，应当尽快终止学校体育场地铺设塑胶跑道的做法”（实际上白文飞既不是化学专家、也不是体育专家）。一时间在国内各种媒体上炒得沸沸扬扬，众说纷纭。有的政协委员呼吁“尽快公布塑胶操场全面检测结果”。北京市范伯元副市长为此也作了专门批示：“请市教委速就塑胶跑道事组织专家论证，专家要权威，要有实测数据”。
　　二、组织检测和调研
　　从2003年底开始，市教委、市发展改革委、市体育局、市环保局、市劳动局、市科委等政府有关部门组织了体育、教育、环保、材料、化学和分析检测等各方面专家进行分析和论证，针对目前国内国际都还没有关于塑胶跑道化学毒性的专项检测标准，专门立项组织开展有关检测和调研工作，克服了各种各样的困难，参考各方面有关化学和环保测试标准，请具有国家实验室认证机构资格的北京市理化分析测试中心于2004年1月开始对目前国内使用的聚氨酯塑胶跑道原材料和铺设过程以及使用后的产品进行了详细地测试分析和论证。重点对十几家塑胶跑道生产企业生产的成品及使用的原材料进行了多项指标的检测工作，对部分已经铺设完成的聚氨酯塑胶场地在交付使用后是否含有残留的TDI、对一些塑胶场地施工和使用过程中的气味进行测试、以及对塑胶跑道中是否含有其他有害物质都进行了严格的检测。同时还组织了基建工程、体育场馆、劳保和大中小学校的体育教师（操场的使用者）等各方面专家进行调研，后共同得出了“塑胶跑道基本无害”的结论。
　　三、塑胶跑道的发展历史
　　美国从1961年首次铺设200米的赛马聚氨酯塑胶跑道，1963年开始铺设体育田径运动跑道。1968年在墨西哥召开的19届奥林匹克运动会正式采用聚氨酯塑胶跑道，由于其具有弹性好，强度高，耐磨防滑，色彩鲜艳，具有良好的田径运动使用性能，从此国际奥委会和各项运动专业委员会都正式把塑胶跑道定为国际体育比赛必备的设施。我国1979年9月在北京工人体育场首次采用聚氨酯塑胶跑道。到1998年全国塑胶跑道的原料生产厂家已有30多家，原料产量5000吨。近年塑胶跑道发展速度惊人，每年以30%以上速度增长，2002年全世界产量130万吨，我国2002年产量不到4万吨，而消耗约22万吨，绝大部分靠进口。估计到2008年我国的原料产量将达到十万吨。
　　塑胶跑道或人造草坪操场铺设后产生了以下几方面的效果：富有轻微弹性的胶面、草皮，使学生或运动员在进行运动时能够大限度发挥自己的体能，提高了运动成绩；同时杜绝了在剧烈运动中容易产生的磕碰、摔伤等伤害事故；对于减少运动过程中可吸入颗粒物，改善运动环境更有积极意义；学校田径场的巨大变化对校园环境起了极大的美化、净化作用，成为了各个学校校园一道靓丽的风景线。
　　四、塑胶跑道的生产及其主要成分
　　目前，国际上的体育运动场地铺装材料可分为天然高分子材料和合成高分子材料两大类，天然高分子材料为天然橡胶，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。天然橡胶跑道和人造草坪的铺设采用在工厂内预制成卷材，然后用聚氨酯粘合剂粘贴在沥青或水泥地面上。而我们此次论证的主要是属于合成高分子材料的聚氨酯塑胶跑道的有关问题。聚氨酯塑胶跑道是在生产车间预先合成双组分液体，到现场施工混合后向水泥一样摊铺在沥青或水泥地面上进行铺设。
　　塑胶跑道的主要成份是聚氨酯弹性体，其基本原料可分为聚醚多元醇等无毒原料、催化剂和多异氰酸酯（主要为TDI）。目前工艺一般为双组分工艺。即在原料厂由过量的多异氰酸酯和聚醚多元醇反应制得含异氰酸酯端基的预聚物（甲组分）和以聚醚多元醇、无机填料、颜料、增塑剂、抗氧剂和紫外线吸收剂等混配的乙组分。施工队在施工现场将从原料厂家购得的甲、乙组分大桶料在现场混合设备中混合后，再加入一种催化剂，利用机械或手工施工铺设，铺设好的跑道几个小时后表面即可固化，3～7天完全固化。一般10天后交付使用。
　　以上乙组分中的聚醚多元醇、无机填料、颜料、增塑剂、抗氧剂和紫外线吸收剂是在各种塑料中广泛使用的安全性原材料，其中大部分还可用于食品行业的包装材料。
　　五、关于聚氨酯塑胶跑道中TDI的毒性问题
　　根据北京市理化分析测试中心检测四室的检验分析报告，TDI是化学物质甲苯二异氰酸酯（TOLUNE DIISOCYANATE，有2，4-和2，6-异构体）的英文缩写，是新型高分子材料聚氨酯工业的一种主要原料。其主要用于制造聚氨酯软质泡沫（用于沙发、床垫、汽车坐垫、服装衬垫等）、聚氨酯铺装材料（主要为塑胶跑道）、防水材料、涂料、胶粘剂、弹性体等。
　　TDI是无色或淡黄色的液体，沸点251℃，蒸汽压0.00399Kpa（25℃），嗅阈0.36mg/M 3 。游离（即单体）的ＴＤＩ确实是有很大毒性的化学物质，吸入超过一定浓度的TDI 蒸汽则会引起呼吸道过敏和损害症状，如咳嗽、胸闷、甚至哮喘。世界各国对TDI生产现场、车间散发到空气中的TDI浓度都有严格的限定标准。我国从1996年起也颁布了国家标准（即GB16193-1996）。该标准规定工人操作时车间空气中TDI浓度不得超过0.2mg/M 3 。
　　TDI虽然有很大毒性，但因其分子结构中所含的异氰酸酯基团（NCO基团）是极为活泼的反应性基团，极易和包括空气中水蒸汽在内的含活泼氢化合物反应，很快转化为无毒物质。在空气中即使仅和羟基自由基作用，其半衰期也只有几个小时到1天。（AMERICAN POLYURETHANE CONFERENCE 2002 SALT LAKE CITY 2002 PP180）
　　从聚氨酯塑胶跑道的生产和铺设过程来看， TDI的危害主要是在ＴＤＩ的生产灌装车间里，即在合成聚氨酯预聚体的生产过程中，只要严格控制机械的密封和通风状况，都可以达到国家标准规定的车间空气中TDI限定浓度的要求。2002年中国聚氨酯工业协会利用国际异氰酸酯协会赠送的ISOLOGGER纸带监测仪对国内TDI主要生产和14家应用厂家进行了生产操作时现场车间空气中TDI浓度的测定，除个别一、两家因通风等系统不好超标外，其余均达到国家标准。应当说塑胶跑道的生产在我国已有20多年了，从材料到技术已经过关，完全达到了相关的规定标准。
　　而在聚氨酯塑胶跑道施工现场，即使是操作工人也未接触到大量单体 ＴＤＩ，操作工人使用的甲组分料是在工厂里已将单体ＴＤＩ转换为预聚体，而这种预聚体是不含或含很少量单体ＴＤＩ的聚合物，这种预聚物（甲组分）和乙组分的混合又是在露天环境下，周围空气中ＴＤＩ浓度应该比ＴＤＩ生产灌装车间、软质聚氨酯泡沫生产线要少得多。因此至今尚未报道聚氨酯塑胶跑道在施工时发生工人ＴＤＩ中毒事件。铺装好的聚氨酯塑胶跑道一般2～3天，多7天完全固化，在此过程中即使有很少量的ＴＤＩ挥发到空气中也将与空气中的水分完全反应掉。通过对国内一些厂家铺装好的塑胶跑道进行检测，大部分产品不含或含有很少量的单体ＴＤＩ，不会引起人体中毒。　　
　　过去国际国内都缺乏对聚氨酯塑胶跑道的国家质量检测标准。此次我们参照国际上有关ＴＤＩ材料的检测办法和标准，再参考国家质量监督检验检疫总局2001年12月10日发布的《室内装饰装修材料溶剂型木器涂料中有害物质限量》以及国家体育总局2003年9月发布的《人工材料体育场地使用要求及检验方法第1部分：室外合成面层田径场地》（征求意见稿）中对合成跑道施工过程中产生的游离甲苯二异氰酸酯游离指标不超过0.7%的规定（日本等国家对甲组分中单体ＴＤＩ含量要求小于1%），对塑胶跑道甲组分中单体ＴＤＩ则没有作限量规定。北京市理化分析测试中心得出的结论是：“从实验数据结果表明，没有社会有关媒体报道及有关体育专家提出的‘ＴＤＩ’材料的存在，该材料仅在塑胶跑道生产中的原材料中部分存在，在现场施工中已经基本完成反应，各成品样块中均未检测出。因此有关跑道中含‘ＴＤＩ’挥发性化学物质影响人体健康问题的报道是不科学的”。近中国田径协会田径场地人工合成面层检测实验室提供的调查结果，也显示了塑胶跑道安全无毒。国家田径协会田管中心副秘书长陈雷说：“目前环保部门还没有介入塑胶跑道的化学指标检测中来，是因为在我国还没有发生过由于聚氨酯塑胶跑道的施工或使用过程中的伤害事件。”虽然目前国际上关于ＴＤＩ在塑胶跑道应用中的毒性问题一直是个争论中的问题，但是还没有任何国家（包括欧盟和美国）立法限制使用ＴＤＩ。不过确有国外的个别社会团体在建议减少或不使用含ＴＤＩ的材料，鼓励开发使用更环保的新材料。
 
　　六、关于塑胶跑道铺设中的催化剂的有毒物质问题
　　在铺设塑胶跑道工程中现场混合甲乙组分原料时需要加入催化剂。催化剂的主要作用是促进ＴＤＩ预聚体甲乙组分充分反应，使得聚氨酯双组分能够在规定的时间内达到其使用的强度、弹性和硬度。目前，聚氨酯弹性体所使用催化剂可分为有毒类催化剂和无毒类催化剂。
　　就聚氨酯弹性体本身而言，毒性很小，是一种生物消化性比较好的东西，有资料记载，第一个人造心脏的瓣膜就是用聚氨酯弹性体做的。同时，汽车制造业、家庭装修业、家具制造业和家电保温行业中都大量使用了聚氨酯泡沫塑料。也就是说：如果使用合理的原材料，合理的配方和合理的工艺，聚氨酯塑胶是不可能具有毒性的。
　　我们在塑胶跑道毒性检测的同时也对相关催化剂进行了检测分析，对相关的生产厂家和施工单位的催化剂材料和铺设后的塑胶样品进行了测试分析，检测其中的苯系物、卤代烃、总挥发性有机化合物（TVOC）、ＴＤＩ、重金属等。目的是寻找塑胶跑道原料和相关产品中的有毒有害物质。
　　TVOC是指室温下饱和蒸汽压超过70.91Pa或沸点＜260℃的有机物，是石油、化工制药、印刷、建材、喷涂等行业排放的常见的污染物。TVOC的主要成分为芳香烃、卤代烃、氧烃、脂肪烃、氮烃等多达900种之多，在室内，TVOC的浓度受到季节变化、通风条件、装修程度、人为活动等方面的影响，冬季室内TVOC的浓度高，而在夏季低。
　　从我们检测的一些大型企业所生产的聚氨酯塑胶材料（未进行铺装的液体）来看，大多数企业的产品不含苯系物。但是，对有些施工企业铺设的固体塑胶产品检测发现了部分产品含有苯、甲苯等有害气体。经过专家分析和了解，我国有些小型的非专业施工队伍，他们没有生产基地，甚至没有施工资质，为降低成本和便于施工，违规在施工中加入一些稀释剂，于是出现了施工现场气味刺鼻，以致铺设后的场地很长时间仍存在难闻的气味。据说更有甚者，一些小型生产厂家为降低成本，在塑胶中加入国家严格禁止使用的煤焦油，严重影响了产品的化学安全性和力学性能，甚至造成豆腐渣工程。
　　在对这种催化剂和粘合剂进行测试中，我们重点对五种危害性大的重金属元素（铅、汞、砷、铬、镉）进行了测试，其可溶物对人体是有危害的。从检测结果来看，塑胶跑道中容易出现含铅量高，人造草坪中容易出现含铬量高。通过调查发现，这些问题的产生主要是因为目前国内有些厂家技术水平有限，配方和工艺落后，甚至仍使用含有机汞和有机铅等有毒重金属催化剂。同时也因为市场竞争激烈，有些不规范的施工单位为博取利润而使用假冒伪劣的催化剂以及粘合剂，即用了不合格的材料、配方和工艺，便存在有毒的可能性了。
　　据中国田径协会场地人工合成面层检测实验室主任、华东理工大学材料科学与工程学院教授陈建定表示，塑胶跑道如果挥发出气味，从理论上分析，可能与塑胶跑道材料加工中化学反应不充分，或塑胶跑道铺设中为施工方便，增强粘度而加入的甲苯类物质有关。不过，从她多年来的研究实践，特别是对田协场地人工合成面层的检测实验看，并没有发现存在塑胶跑道释放有毒气体的情况。
　　中国建筑材料科学研究院测试所所长、国家建筑材料测试中心主任、国家建筑工业放射性监督检验测试中心主任马振珠，根据该所近年来曾经做过的塑胶跑道检测报告，指出人们关心的主要环保项目如甲醛、苯类物质并没有被查出，只是个别企业的产品出现过铅类等重金属数值偏高的情况。
　　七、有关实践调研结果
　　在组织检测工作期间，我们还多次举行了由教育和体育管理部门领导、体育场馆、学校体育教师（即操场的使用者）以及环保和劳保等各方面专家参加的各种座谈会和调研活动。据铺设塑胶跑道的北京工人体育场的副经理讲，工体的塑胶跑道从１９７９年铺设至今已经历经２５年了，一直在正常使用，常年在场地上工作、比运动员在塑胶跑道停留时间更长久的场地工人中至今还没有一个人患有呼吸系统疾病或由此引发的其它疾病的。铺设塑胶跑道近２０年的北京先农坛体育场也是一样。清华大学、首都体育学院、北京四中等多年使用塑胶跑道学校的体育工作者就塑胶跑道对学校体育发展的作用都给与了充分的肯定以及对使用安全性方面的审慎认同。
　　经历了我国塑胶跑道兴起与发展全过程的原国家体育总局标准化办公室主任周宝瑞说：“通过近30年的检验，我国塑胶跑道的生产和施工流程是合理的。1995年曾经把我国生产的塑胶跑道样品送到国际田联检测机构进行检测，完全符合国际标准，有些指标甚至远远高于国际标准。近些年来在使用面积大的大中小学校，也并没有发生过因使用塑胶跑道造成人员中毒的现象。”
上海妙尔实业有限公司总部
客户专线：13122873808
咨询热线：021-60507606 （24线）
总机电话：021－60507606
业务邮箱：miaoer@shmesy.com
彩文传真：021－60507968转900(两线)
总部地址：中国·上海·浦东新区·建豪路93号
邮编：201318
网址：www.jstygc.com