塑料餐具检测中密度测定的实验方法与材质鉴别作用

塑料餐具因轻便、耐用性广泛应用于餐饮场景，但不同材质（如PP、PE、PS、PET）的安全性与适用场景差异显著。密度测定作为塑料餐具检测中的基础物理性能项目，既能通过标准化实验流程量化材料密度，又能结合密度范围快速鉴别材质种类，是保障产品合规性与消费者安全的关键技术手段。本文聚焦密度测定的具体实验方法，以及其在塑料餐具材质鉴别中的实际作用，为检测从业者与行业监管提供参考。

密度测定的基本原理与实验前准备

密度是塑料的固有物理属性，计算公式为“密度（ρ）= 样品质量（m）/ 样品体积（V）”。塑料餐具多为无孔或闭孔材料，因此密度测定主要基于“质量-体积”的量化关系，常用方法包括浸渍法（静水力学法）与浮液法（密度梯度管法）。

实验前需完成三项准备：首先是样品制备，需从餐具的主体、边缘、手柄等不同部位切割代表性样品（每块约1-5g），去除表面油污、食物残渣等污染物——比如一次性餐盒若沾有油脂，需用无水乙醇擦拭并晾干，避免影响质量测量；其次是设备校准，电子天平需用标准砝码校准至0.001g精度，恒温水浴锅需预热至实验温度（通常20±2℃），密度计需核对刻度准确性；最后是试剂选择，浸渍液需选用不溶解样品的液体（如PP、PE用蒸馏水，PS用乙醇），防止样品溶胀或溶解。

例如，检测塑料勺子时，需从勺头、勺柄各取1/2样品混合，确保代表性；若选用乙醇作为浸渍液，需提前测量其在20℃时的密度（约0.789g/cm³），避免因密度误差导致结果偏差。

常用密度测定实验方法——浸渍法（静水力学法）

浸渍法是塑料餐具密度测定中最常用的标准方法（依据GB/T 1033.1-2008），步骤清晰且精度高，具体如下：

第一步，样品预处理：将切割好的样品放入真空干燥箱（50±5℃、压力≤10kPa）干燥2小时，或常温放置24小时，确保去除吸附的水分——若样品是刚生产的，可能残留注塑时的挥发物，干燥能避免质量测量误差。

第二步，称取空气中质量：将电子天平调平归零，放入样品记录质量m₁（精确到0.001g）。若样品是薄膜类餐具（如保鲜膜餐盒），可增加至5-10g，提高测量精度。

第三步，称取浸渍液中质量：用细尼龙线悬挂样品，完全浸没在恒温水浴的浸渍液中（液面高于样品1cm），避免接触容器壁。若样品表面有气泡，用细针轻轻刺破，或用50W超声波清洗1分钟，待天平稳定后记录质量m₂。

第四步，计算密度：根据公式ρ = m₁ / (m₁ - m₂) × ρ液（ρ液是浸渍液在实验温度下的密度，如20℃蒸馏水为0.9982g/cm³）。

注意事项：实验中若浸渍液温度波动超过±1℃，需重新测量ρ液；同一样品重复3次，取平均值，相对偏差需小于0.2%——比如某样品3次结果为0.901、0.902、0.903g/cm³，平均值0.902g/cm³，符合要求。

常用密度测定实验方法——浮液法（密度梯度管法）

浮液法适用于批量样品的快速筛选，尤其适合小型餐具（如叉子、吸管），步骤如下：

第一步，制备密度梯度液：选两种互溶且密度差异大的液体（如乙醇和水），配制一系列密度递增的溶液（如0.85-1.50g/cm³，间隔0.02g/cm³）。用梯度混合器将密度最小的溶液倒入管底，再缓慢加入次小密度的溶液，形成连续梯度。

第二步，样品预处理：同浸渍法，干燥、切割成0.5-1g的小块，避免破坏梯度。

第三步，测量密度：将样品轻轻放入梯度管，待10-15分钟稳定后，用密度计测量样品悬浮位置的梯度液密度——比如样品悬浮在0.90g/cm³的位置，其密度即为0.90g/cm³。

浮液法的优势是快速（每个样品15分钟），但精度略低（误差±0.01g/cm³），适合初步筛选——比如批量检测100个勺子，用浮液法快速找出密度异常的样品，再用浸渍法精确测量。

密度测定的关键控制要点

密度测定的准确性依赖细节，以下几点需特别注意：

1、样品代表性：塑料餐具不同部位密度可能差异——比如注塑杯的杯口冷却快，密度略高；杯底冷却慢，密度略低。需从多个部位取样混合，避免以偏概全。

2、温度控制：塑料密度随温度升高而降低（如PP的温度系数为-0.0008g/cm³/℃），实验温度需稳定在20±2℃——若温度升至25℃，PP密度会从0.90g/cm³降至0.896g/cm³，影响结果。

3、气泡消除：气泡会增加浮力，导致m₂偏小、密度偏大。除了针挑和超声波，还可将样品在浸渍液中浸泡10分钟，让气泡自然溢出。

4、设备精度：电子天平需用千分之一（0.001g）或万分之一（0.0001g）的，密度计需定期校准——比如每月用标准液体（如20℃蒸馏水）校准，确保误差小于0.0005g/cm³。

密度测定在材质鉴别中的核心作用

不同塑料材质的密度范围具有显著性差异，是材质鉴别的“第一步筛查工具”（常见材质密度范围如下）：

· PP（聚丙烯）：0.89-0.91g/cm³，常用于微波炉碗、保鲜盒——密度最小，能浮在水面（水密度1g/cm³）。

· LDPE（低密度聚乙烯）：0.91-0.925g/cm³，常用于一次性饮料杯——密度略高于PP，也能浮在水面。

· HDPE（高密度聚乙烯）：0.941-0.965g/cm³，常用于硬质砧板——密度比水小，但接近水，会缓慢下沉。

· PS（聚苯乙烯）：1.04-1.06g/cm³，常用于泡沫餐盒——密度比水大，会沉底。

· PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）：1.33-1.38g/cm³，常用于透明外卖餐盒——密度明显大于水，快速沉底。

例如，某餐盒密度0.90g/cm³，结合其能微波炉加热的特性，可初步判定为PP；若密度1.35g/cm³且透明坚硬，大概率是PET。

密度与多方法结合的材质鉴别案例

部分材质密度重叠（如PS与ABS，均为1.04-1.07g/cm³），需结合其他方法确认，以下是实际案例：

案例1：某一次性塑料杯，密度1.05g/cm³，怀疑是PS或ABS。用FTIR（傅里叶变换红外光谱）检测：PS在750cm⁻¹和700cm⁻¹有苯环单取代峰，而ABS因含丁二烯，在967cm⁻¹（反式1,4-丁二烯）有峰。该样品仅有750和700cm⁻¹的峰，判定为PS。

案例2：某塑料勺子密度0.92g/cm³，介于LDPE（0.91-0.925）与LLDPE（线性低密度聚乙烯，0.91-0.925）之间。用拉伸性能检测：LDPE拉伸强度7-15MPa，LLDPE15-30MPa。该样品拉伸强度22MPa，判定为LLDPE。

密度测定在非标塑料餐具鉴别中的应用

非标塑料餐具（回收、混合塑料）的密度往往偏离标准，密度测定是发现异常的关键：

案例1：某商家声称餐盒是“纯PP”，但密度0.93g/cm³（纯PP≤0.91g/cm³）。用TGA（热重分析）检测：样品在300-400℃有两个失重峰（PP在350-400℃，PE在300-350℃），说明混有15%PE，属于非标产品。

案例2：某低价塑料碗密度1.40g/cm³，远高于PP。用红外光谱检测：1250cm⁻¹有C-Cl键峰，判定为PVC。根据GB 4806.7-2016，PVC需标注且符合迁移量要求，但该样品未标注，属于违规。

实验数据的准确性与结果判定

密度测定结果的准确性直接影响材质鉴别，需注意：

1、数据重复性：3次测量的相对偏差需小于0.2%，若某一次偏差超过0.5%，需重新实验——比如某次结果0.90g/cm³，另两次0.92g/cm³，可能是气泡未除净，需重新处理样品。

2、结果判定：需依据GB/T 16288-2008（塑料制品标志），餐具需标注材质代号，密度需与标注一致。若密度不在标注材质的范围，需出具“材质可疑”结论，建议进一步检测（如红外、DSC）。

3、误差范围：浸渍法允许误差±0.002g/cm³，浮液法±0.01g/cm³——若结果超出，需检查设备或流程，比如天平是否校准、浸渍液温度是否稳定。