混合型塑胶跑道的有机物挥发控制技术研究

何毅华，冯妙，王咏祥

摘要：探究塑胶跑道中挥发性有机化合物（VOC）的释放规律，利用60 L小型环境舱对混合型塑胶跑道进行VOC测试。结果表明，混合型塑胶跑道成品TVOC释放量随时间延长均呈降低趋势，高温可加快挥发性有机物释放速率，促进中高沸点物质释放;当跑道产品所处的环境温度每升高10 ℃，TVOC相应增加2.45至2.65倍。基于此，可预估不同温度下跑道产品的TVOC释放量，对实际应用具指导作用。通过对混合型塑胶跑道成品及原材料测试，建立一套完整的混合型塑胶跑道VOC的溯源及整改流程，根据加成反应原理实现了对混合型塑胶跑道成品释放量的预估，可帮助企业对跑道释放物质进行管控，提升产品环保性能。

關键词：混合型塑胶跑道；环境舱；VOC；溯源；管控

中图分类号：TQ330.7+2文献标志码：A文章编号：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

近年来，塑胶跑道因其平整度好、抗压强度高、物理性能好、硬度弹性适当等优点，被广泛应用于学校和社区等场所[1-2]。但自2015年以来，全国各地集中爆发了多起“毒跑道”事件，跑道的环保安全问题引起了全社会的广泛关注[3-6]。现有塑胶跑道产品有害物质研究主要集中在多环芳烃[7]、甲苯二异腈酸酯（TDI）[8]、短链氯化石蜡[9]等物质检测，对释放的VOC成分、主要来源、释放规律等报道较少。为此，本研究以混合型塑胶跑道为研究对象，采用60 L小型环境舱模拟产品的实际释放状态，并探究其在不同温度条件下的VOC释放规律，以期为产品环保性能提升提供理论指导，指导企业进行合理的生产。

1实验部分

1.1试验材料

甲醇（农残级），甲醇中9种VOC混合溶液、正己烷和正十六烷纯度均为99.5%。

1.2试验装置

十万级X205BDU分析天平（瑞士METTLER TOLEDO 公司），全自动标样制备器（莱创科技应用发展有限公司），Maekes TD100-Xr热解析脱附系统，GC/MS （安捷伦）气相色谱质谱联用仪，Gilian恒流空气采样泵，Mini-BUCK气体流量校准计，60 L小型环境测试舱（东莞升微机电设备科技有限公司），Tenax-TA采样管。

1.3实验方案

成品衰减测试：参考GB 36246—2018《中小学合成材料面层运动场地》，将样品裁剪为12 cm ×20 cm，使用不含挥发性有机物的铝箔将其背面和四周进行包裹密封，在空气流速0.1～0.3 m/s，换气率1次/h的条件下进行测试，测试温度分别为（23±2）、（40±2）、 （60±2） ℃，在一定时间时采集舱内气体。

原材料测试：根据厂家提供的原材料配比及使用量，将一定量的原料平铺或涂抹240 cm2的铝箔槽中，放置在空气流速0.1～0.3 m/s，换气率1次/h的60 L小型环境测试舱中，稳定24 h后采集舱内的气体。

2结果与讨论

2.1温度对混合型塑胶跑道成品VOC释放的影响不同温度下，混合型跑道成品中TVOC释放规律如图1所示，对应的主要释放物质及其在TVOC中的占比见表1。

由图1、表1可知，23 ℃时混合型跑道样品中的TVOC释放量先升高后下降，在12 h处达到峰值，且低沸点物质——碳酸二甲酯在21 d中始终占据90%左右。当温度升高到40 ℃和60 ℃时，样品中的TVOC释放量随时间延长逐渐降低，14 d后逐渐趋于稳定，且温度越高，前期释放速率下降越快。同时，升高温度未改变样品中的主要释放物质种类，只是改变了其释放占比[10-11]，温度升高，碳酸二甲酯释放占比逐渐降低，21 d后基本可从样品中挥发完全，而由新癸酸和酯类组成的簇峰、异辛酸等高沸点物质占比逐渐升高。此外，通过比对跑道产品在不同温度条件下的释放，发现温度的变化和TVOC释放增加量有一定的倍数关系。

表2为混合型跑道产品在不同温度下TVOC。

由表2可知，当跑道产品所处的环境升高17 ℃至20 ℃，TVOC含量相应增加4.5至4.9倍，相当于环境中每升高10 ℃，TVOC相应增加2.45至2.65倍。通过此规律，可推算出其他温度条件下，跑道产品的 TVOC含量，对实际应用有指导性作用。

2.2混合型塑胶跑道成品VOC溯源与管控分析基于日常对常见市售混合型塑胶跑道的舱室法测试结果分析，发现成品中的主要释放物质为碳酸二甲酯、异辛酸、新癸酸、1，4-丁二醇、BHT、1，2-丙二醇、中高沸点酯类、丁二酸异丁酯、乙酸乙酯、正丁醇、2-氯苯胺、中高沸点烷烃、硅氧烷、己二酸二甲酯、戊二酸二甲酯、丁二酸二甲酯等。进一步地对合成各混合型塑胶跑道成品的原材料进行同样的舱室法测试，对应的原材料中主要释放物质如表3所示。

通过对比塑胶跑道成品与各原材料中的主要释放物质情况，可以溯源出成品VOC的主要来源。针对混合型塑胶跑道，可以判断其VOC主要来源于稀释剂、扩链剂、匀泡剂以及催化剂等原材料。针对一些高风险的原材料，可以通过更换原材料达到管控要求，具体更换措施见表4。

2.3混合型塑胶跑道成品TVOC释放量预测分析鉴于混合型塑胶跑道成品的合成为加成反应，反应无副产物，因此我们可以采用“1+1≥2”的理论方式，通过对原材料测试来实现成品TVOC释放量的预测。

为了验证上述方案，使用舱室法分别对原材料和成品进行测试，相应的测试结果见表5。

由表5可知，混合型塑胶跑道底层由PU底胶A与PU底胶B按照1∶5比例混合后反应所得，成品TVOC的实际释放量为18.170 mg/（m2·h）。同等质量下的单组分测试时，PU底胶A和B的释放量分别为33.560、25.687 mg/（m2·h），且成品中主要释放物质均可以在原料底胶A和B中找到。当扣除还会参与反应的活性反应基团后，PU底胶A和B的释放量分别为1.447、17.938 mg/（m2·h），据此可推断出成品TVOC的预测释放量为19.385 mg/（m2·h），与成品实际测试结果基本一致。

同理，混合型塑胶跑道喷面由喷涂面漆A与喷涂面漆B按照1∶2比例混合后，成品TVOC的实际释放量为2.479 mg/（m2·h）。同等质量下的單组分测试时，喷涂面漆A和B的释放量分别为0和9.016 mg/（m2·h），且成品中主要释放物质均可以在原料底胶A和B中找到。当扣除活性反应基团后，面漆A和B的释放量分别为0和2.578 mg/（m2·h），据此可推断出成品TVOC的预测释放量为2.578 mg/（m2·h），与成品实际测试结果也基本一致。

上述实验表明，扣除活性反应基团后，各组分释放物质加和基本上满足理论“1+1≥2”原理。因此，可以通过对原材料的测试，预估成品TVOC释放量。

3结语

（1）混合型塑胶跑道成品TVOC释放量随时间延长均呈降低趋势，且环境温度越高初始TVOC释放量越大，在14 d后基本保持稳定;

（2）高温可加快挥发性有机物释放速率，促进中高沸点物质释放；且当跑道产品所处的环境温度每升高10 ℃，TVOC释放量相应增加2.45至2.65倍。通过此规律，可预估在不同温度下跑道产品的TVOC释放量，对实际应用具有指导作用;

（3）通过对塑胶跑道成品及原材料进行测试，建立了典型释放物质清单，基于二者匹配性分析可明确跑道成品TVOC主要释放物质的来源，以便针对性整改原材料提升产品环保性能，并提出相应可行性建议;

（4）通过对混合型塑胶跑道原材料测试，验证了根据加成反应原理可预估混合型塑胶跑道成品的释放量，可更进一步帮助企业对跑道释放物质及其含量进行管控。

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