混合型塑膠跑道的有機(jī)物揮發(fā)控制技術(shù)研究

何毅華，馮妙，王詠祥

摘要：探究塑膠跑道中揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）的釋放規(guī)律，利用60 L小型環(huán)境艙對混合型塑膠跑道進(jìn)行VOC測試。結(jié)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(fā)性有機(jī)物釋放速率，促進(jìn)中高沸點物質(zhì)釋放;當(dāng)跑道產(chǎn)品所處的環(huán)境溫度每升高10 ℃，TVOC相應(yīng)增加2.45至2.65倍?；诖?，可預(yù)估不同溫度下跑道產(chǎn)品的TVOC釋放量，對實際應(yīng)用具指導(dǎo)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(jù)加成反應(yīng)原理實現(xiàn)了對混合型塑膠跑道成品釋放量的預(yù)估，可幫助企業(yè)對跑道釋放物質(zhì)進(jìn)行管控，提升產(chǎn)品環(huán)保性能。

關(guān)鍵詞：混合型塑膠跑道；環(huán)境艙；VOC；溯源；管控

中圖分類號：TQ330.7+2文獻(xiàn)標(biāo)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，F(xiàn)ENG 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(qiáng)度高、物理性能好、硬度彈性適當(dāng)?shù)葍?yōu)點，被廣泛應(yīng)用于學(xué)校和社區(qū)等場所[1-2]。但自2015年以來，全國各地集中爆發(fā)了多起“毒跑道”事件，跑道的環(huán)保安全問題引起了全社會的廣泛關(guān)注[3-6]?，F(xiàn)有塑膠跑道產(chǎn)品有害物質(zhì)研究主要集中在多環(huán)芳烴[7]、甲苯二異腈酸酯（TDI）[8]、短鏈氯化石蠟[9]等物質(zhì)檢測，對釋放的VOC成分、主要來源、釋放規(guī)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(huán)境艙模擬產(chǎn)品的實際釋放狀態(tài)，并探究其在不同溫度條件下的VOC釋放規(guī)律，以期為產(chǎn)品環(huán)保性能提升提供理論指導(dǎo)，指導(dǎo)企業(yè)進(jìn)行合理的生產(chǎn)。

1實驗部分

1.1試驗材料

甲醇（農(nóng)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(biāo)樣制備器（萊創(chuàng)科技應(yīng)用發(fā)展有限公司），Maekes TD100-Xr熱解析脫附系統(tǒng)，GC/MS （安捷倫）氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，Gilian恒流空氣采樣泵，Mini-BUCK氣體流量校準(zhǔn)計，60 L小型環(huán)境測試艙（東莞升微機(jī)電設(shè)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(xué)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(fā)性有機(jī)物的鋁箔將其背面和四周進(jìn)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(jìn)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(nèi)氣體。

原材料測試：根據(jù)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(huán)境測試艙中，穩(wěn)定24 h后采集艙內(nèi)的氣體。

2結(jié)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(guī)律如圖1所示，對應(yīng)的主要釋放物質(zhì)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(dá)到峰值，且低沸點物質(zhì)——碳酸二甲酯在21 d中始終占據(jù)90%左右。當(dāng)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(wěn)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(zhì)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(fā)完全，而由新癸酸和酯類組成的簇峰、異辛酸等高沸點物質(zhì)占比逐漸升高。此外，通過比對跑道產(chǎn)品在不同溫度條件下的釋放，發(fā)現(xiàn)溫度的變化和TVOC釋放增加量有一定的倍數(shù)關(guān)系。

表2為混合型跑道產(chǎn)品在不同溫度下TVOC。

由表2可知，當(dāng)跑道產(chǎn)品所處的環(huán)境升高17 ℃至20 ℃，TVOC含量相應(yīng)增加4.5至4.9倍，相當(dāng)于環(huán)境中每升高10 ℃，TVOC相應(yīng)增加2.45至2.65倍。通過此規(guī)律，可推算出其他溫度條件下，跑道產(chǎn)品的?TVOC含量，對實際應(yīng)用有指導(dǎo)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(jié)果分析，發(fā)現(xiàn)成品中的主要釋放物質(zhì)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(jìn)一步地對合成各混合型塑膠跑道成品的原材料進(jìn)行同樣的艙室法測試，對應(yīng)的原材料中主要釋放物質(zhì)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(zhì)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(kuò)鏈劑、勻泡劑以及催化劑等原材料。針對一些高風(fēng)險的原材料，可以通過更換原材料達(dá)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(yù)測分析鑒于混合型塑膠跑道成品的合成為加成反應(yīng)，反應(yīng)無副產(chǎn)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(xiàn)成品TVOC釋放量的預(yù)測。

為了驗證上述方案，使用艙室法分別對原材料和成品進(jìn)行測試，相應(yīng)的測試結(jié)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(yīng)所得，成品TVOC的實際釋放量為18.170 mg/（m2·h）。同等質(zhì)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(zhì)均可以在原料底膠A和B中找到。當(dāng)扣除還會參與反應(yīng)的活性反應(yīng)基團(tuán)后，PU底膠A和B的釋放量分別為1.447、17.938 mg/（m2·h），據(jù)此可推斷出成品TVOC的預(yù)測釋放量為19.385 mg/（m2·h），與成品實際測試結(jié)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(zhì)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(zhì)均可以在原料底膠A和B中找到。當(dāng)扣除活性反應(yīng)基團(tuán)后，面漆A和B的釋放量分別為0和2.578 mg/（m2·h），據(jù)此可推斷出成品TVOC的預(yù)測釋放量為2.578 mg/（m2·h），與成品實際測試結(jié)果也基本一致。

上述實驗表明，扣除活性反應(yīng)基團(tuán)后，各組分釋放物質(zhì)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(yù)估成品TVOC釋放量。

3結(jié)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(huán)境溫度越高初始TVOC釋放量越大，在14 d后基本保持穩(wěn)定;

（2）高溫可加快揮發(fā)性有機(jī)物釋放速率，促進(jìn)中高沸點物質(zhì)釋放；且當(dāng)跑道產(chǎn)品所處的環(huán)境溫度每升高10 ℃，TVOC釋放量相應(yīng)增加2.45至2.65倍。通過此規(guī)律，可預(yù)估在不同溫度下跑道產(chǎn)品的TVOC釋放量，對實際應(yīng)用具有指導(dǎo)作用;

（3）通過對塑膠跑道成品及原材料進(jìn)行測試，建立了典型釋放物質(zhì)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(zhì)的來源，以便針對性整改原材料提升產(chǎn)品環(huán)保性能，并提出相應(yīng)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(jù)加成反應(yīng)原理可預(yù)估混合型塑膠跑道成品的釋放量，可更進(jìn)一步幫助企業(yè)對跑道釋放物質(zhì)及其含量進(jìn)行管控。

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