Ep 23 — Industria de polímeros: Identificación de plásticos y análisis de mezclas

Serie: Enciclopedia de espectroscopia infrarroja: De la teoría a la práctica
Capítulo: Parte 3 · Nivel intermedio — Aplicaciones industriales
Público objetivo: QC de plantas de reciclaje de plásticos, ingenieros de modificación de polímeros, analistas de fallos de productos
Conocimientos previos: Ep 14 (ATR), Ep 19 (Búsqueda en bibliotecas), Ep 21 (Estrategias de identificación por infrarrojo)
Tiempo de lectura: Aproximadamente 45 minutos

Introducción: El destino de un camión de "plásticos desconocidos"

En marzo de 2024, una planta de reciclaje de plásticos en Zhejiang recibió un camión de "fragmentos de plásticos de ingeniería" importados, que el vendedor afirmó que eran "aleación PC/ABS" a un precio de 18,000 yuanes/tonelada. Sin embargo, después de triturar, granular e inyectar, las muestras mostraron alta fragilidad y superficie opaca, totalmente inconsistentes con el rendimiento esperado de PC/ABS [1].

El laboratorio de la planta analizó con ATR-FTIR: en el espectro sí aparecían los picos característicos de PC (policarbonato) a 1770 cm⁻¹ y 1230 cm⁻¹, pero los picos del doble enlace butadieno característico del ABS (910, 965 cm⁻¹) eran casi invisibles, mientras que aparecían picos evidentes de homopolímero de estireno en 700–760 cm⁻¹ — en realidad, se trataba de una imitación barata de PC con HIPS (poliestireno de alto impacto) [1][2].

Según los precios de mercado, PC/ABS cuesta 26,000 yuanes/tonelada, mientras que PC/HIPS cuesta 14,000 yuanes/tonelada, una diferencia de casi el doble. Un espectro infrarrojo evitó a la fábrica una pérdida de 70,000 yuanes. Desde entonces, esta planta somete cada lote de material entrante a ATR-FTIR, obteniendo resultados en 2 minutos, mucho más preciso que los métodos tradicionales de "densidad + combustión".

"ATR-FTIR se ha convertido en el estándar de facto para la inspección de plásticos entrantes en las industrias de reciclaje y compuestos, ofreciendo una identificación rápida sin preparación de muestras."
—— Hummel S, Atlas of Plastics Additives [3]

Los plásticos son uno de los campos más ampliamente aplicados del análisis por espectroscopia infrarroja. En este episodio, estableceremos sistemáticamente la capacidad de consulta rápida de FTIR para plásticos comunes, dominaremos las estrategias para distinguir mezclas y copolímeros, y realizaremos una identificación completa de un fragmento de plástico desconocido.

1. ¿Por qué FTIR es la "herramienta de oro" para la identificación de plásticos?

1.1 Tres escenarios principales para la identificación de plásticos

1.2 FTIR vs otros métodos de identificación de plásticos

💡 Estado actual de la industria: Las plantas modernas de reciclaje y modificación de plásticos casi todas están equipadas con ATR-FTIR como estándar, e incluso algunas líneas de clasificación de reciclaje a gran escala introducen clasificadores de infrarrojo cercano en línea (NIR sorting), pero la confirmación final aún se basa en ATR de infrarrojo medio [4].

2. Tabla de consulta rápida de FTIR de los nueve plásticos comunes

2.1 Tabla de consulta rápida (ordenada de mayor a menor número de onda del pico principal)

La siguiente tabla resume los picos FTIR característicos de los 9 polímeros más comunes en la industria del plástico [3][5][6]:

Tabla 1: Consulta rápida de picos FTIR de los nueve plásticos comunes (Fuentes: Hummel [3], Socrates [5], Haslam et al. [6])

2.2 Explicación detallada de cada plástico

2.2.1 Polietileno (PE)

El PE es el polímero estructuralmente más simple: una cadena pura de -CH₂-, con un espectro infrarrojo "limpio" [3][5]:

• 2915, 2848 cm⁻¹: Estiramiento asimétrico/simétrico de CH₂
• 1472, 1463 cm⁻¹: Flexión de tijera de CH₂
• 730, 720 cm⁻¹: Balanceo en el plano de CH₂ (pico clave), desdoblamiento en dos picos debido a la cristalinidad de la cadena larga

🔗 Ampliación: Los picos de estiramiento C-H del PE están en 2915/2848 cm⁻¹, que es el intervalo típico para C-H alquílico. Puede consultar en la página de grupo funcional C-H alquílico de ftir.fun — esa página muestra que 2920 y 2850 cm⁻¹ son dos picos comunes de estiramiento C-H [7].

Diferenciación entre LDPE y HDPE [3]:

• LDPE (baja densidad): doblete 1472/1463 con división aparente (baja cristalinidad)
• HDPE (alta densidad): doblete 1472/1463 agudo (alta cristalinidad)
• LLDPE: espectro similar al LDPE, requiere DSC para diferenciación adicional

2.2.2 Polipropileno (PP)

El PP tiene una cadena lateral metilo adicional en comparación con el PE [3][5]:

• 2950, 2917, 2838 cm⁻¹: Estiramiento de CH₃, CH₂
• 1376 cm⁻¹: Flexión simétrica de CH₃ (pico clave)
• 1167, 973, 841 cm⁻¹: Bandas de cristalinidad de PP isotáctico (iPP)

Distinción entre iPP y aPP [3]:

• PP isotáctico: bandas de cristalinidad claras a 998, 973, 841, 809 cm⁻¹
• PP atáctico (aPP): estas bandas desaparecen o son muy débiles

2.2.3 Poliestireno (PS)

El PS es fácilmente identificable en el espectro IR debido al grupo lateral fenilo [3][5]:

• 3080, 3060, 3026 cm⁻¹: Estiramiento C-H aromático (por encima de 3000 cm⁻¹)
• 2924, 2850 cm⁻¹: C-H alifático
• 1601, 1493, 1452 cm⁻¹: Esqueleto C=C del anillo bencénico
• 757, 700 cm⁻¹: Flexión fuera del plano C-H de benceno monosustituido (pico de diagnóstico más fuerte)

💡 Observación clave: El doblete del PS a 700/757 cm⁻¹ aparece en casi todos los compuestos de benceno monosustituido — esta es la "huella dactilar" para identificar polímeros que contienen unidades de estireno como PS, HIPS, ABS, SBR, etc.

2.2.4 Policloruro de vinilo (PVC)

El PVC contiene enlaces C-Cl, con características IR únicas [3][5]:

• 690, 615 cm⁻¹: Estiramiento C-Cl (pico de diagnóstico)
• 1255, 1330 cm⁻¹: Flexión CH-Cl
• 1425 cm⁻¹: Flexión de tijera CH₂
• 960 cm⁻¹: Flexión fuera del plano C-H

Nota: El PVC puro casi no tiene pico C=O; si aparece un pico a 1720 cm⁻¹, puede ser debido a plastificantes (como DOP) o productos de envejecimiento (ver Ep 24).

2.2.5 Tereftalato de polietileno (PET)

El PET es un poliéster típico con ricas características IR [3][5]:

• 1714 cm⁻¹: Estiramiento C=O de éster (pico de diagnóstico)
• 1240, 1100, 1020 cm⁻¹: Estiramiento C-O-C
• 1410, 1340 cm⁻¹: Flexión O-H (relacionada con la posición orto del anillo bencénico)
• 870, 725 cm⁻¹: Flexión fuera del plano C-H del anillo bencénico (característica de sustitución para)

🔗 Extensión: El estiramiento C=O a 1714 cm⁻¹ del PET es característico del grupo éster. En la página del grupo funcional éster de ftir.fun, se observa que el C=O de éster suele estar en 1720–1750 cm⁻¹ — el de PET a 1714 cm⁻¹ es ligeramente inferior debido a la conjugación con el anillo bencénico y enlaces de hidrógeno [8].

2.2.6 Poliamida (PA, nailon)

Las PA (como PA6, PA66) contienen grupos amida [3][5]:

• 3300 cm⁻¹: Estiramiento N-H (desplazado a menor número de onda y ensanchado por enlaces de hidrógeno)
• 3070 cm⁻¹: Sobretono del estiramiento N-H
• 1635 cm⁻¹: Amida I (estiramiento C=O) (pico de diagnóstico)
• 1540 cm⁻¹: Amida II (flexión N-H + estiramiento C-N) (pico de diagnóstico)
• 1265 cm⁻¹: Amida III

🔗 Extensión: Los picos a 1635 y 1540 cm⁻¹ de la PA corresponden a los típicos dobletes de amida I y amida II. En la página del grupo funcional amida de ftir.fun, se observa que 1650 y 1550 cm⁻¹ son dos frecuencias de amida comunes; cerca de 1540 cm⁻¹ también hay registros de amida II (el número de soportes se actualiza con la biblioteca) [9].

Distinción entre PA6 y PA66 [3]:

• Los espectros generales son muy similares
• PA6 tiene un pico fuerte a 935 cm⁻¹ (banda de cristalinidad), mientras que PA66 es más débil
• Se necesita DSC para medir el punto de fusión como ayuda (PA6 ~220°C, PA66 ~265°C)

2.2.7 Policarbonato (PC)

El PC (tipo bisfenol A) tiene una estructura única de éster-anillo bencénico [3][5]:

• 1774 cm⁻¹: Estiramiento C=O (pico de diagnóstico, notablemente más alto que en ésteres comunes)
• 1503, 1410 cm⁻¹: C=C del anillo bencénico
• 1230, 1190 cm⁻¹: Estiramiento C-O-C
• 830, 760 cm⁻¹: Flexión fuera del plano C-H del anillo bencénico (característico del bisfenol A)

¿Por qué el C=O del PC está a 1774 cm⁻¹ en lugar de los típicos 1735 cm⁻¹? [5]

• El grupo carbonato (-O-CO-O-) tiene oxígeno en ambos lados, el efecto inductivo aumenta la constante de fuerza del C=O
• El efecto de conjugación con el anillo bencénico en posición orto es débil
• Combinado, resulta en un desplazamiento hacia arriba de la frecuencia del C=O

2.2.8 Polimetacrilato de metilo (PMMA)

Características del PMMA (acrílico) [3][5]:

• 1730 cm⁻¹: Estiramiento C=O de éster (pico de diagnóstico)
• 1240, 1190, 1148 cm⁻¹: Estiramiento asimétrico C-O-C
• 2995, 2950, 1485, 1440 cm⁻¹: CH₃, CH₂
• 1385 cm⁻¹: Flexión simétrica CH₃ (característica del metilo α al doble enlace)
• 750 cm⁻¹: Balanceo CH₂

2.2.9 ABS (Acrilonitrilo-Butadieno-Estireno)

El ABS es un copolímero de tres componentes, cuyo espectro IR combina las características de los tres [3]:

• 2237 cm⁻¹: Estiramiento C≡N del acrilonitrilo (pico de diagnóstico)
• 966 cm⁻¹: Flexión fuera del plano CH=CH trans del butadieno
• 910 cm⁻¹: Flexión fuera del plano CH₂=CH vinílico del butadieno
• 757, 700 cm⁻¹: Benceno monosustituido del estireno
• 1601, 1493 cm⁻¹: C=C del anillo bencénico

⚠️ Importante: El contenido de butadieno en ABS puede variar debido al envejecimiento o ajustes de formulación; la intensidad de los picos a 910/966 cm⁻¹ puede ser un indicador del contenido de fase de caucho.

3. Ventajas prácticas del método ATR para identificación rápida de plásticos

3.1 ¿Por qué ATR es la primera opción para el análisis de plásticos?

Los plásticos son muestras sólidas típicas y muchos no son solubles en disolventes comunes. La preparación de muestras por transmisión tradicional es difícil [3][4]:

• Pastilla de KBr: los plásticos son difíciles de moler y el calor puede alterar la estructura
• Método de película: requiere prensado en caliente o moldeo por disolución, lo que destruye la muestra
• Celdas líquidas: los plásticos no son solubles, no se pueden usar

Aquí es donde ATR muestra sus ventajas [4]:

① Sin preparación de muestra

• Simplemente coloque el fragmento de plástico directamente sobre el cristal de diamante
• Aplica para muestras en bloque, láminas, polvos, gránulos
• Tiempo de medición de 1 a 2 minutos

② No destructivo

• La muestra se puede conservar para evidencia o reanálisis después de la medición
• Adecuado para "muestras de evidencia" en análisis de fallas

③ Capacidad de análisis de superficie

• La profundidad de penetración de ATR es de 0.5–5 μm, específicamente para observar la superficie
• Ideal para analizar recubrimientos, contaminación, capas de envejecimiento en la superficie del plástico

④ Buena repetibilidad

• El mecanismo de presión asegura un contacto consistente
• Mucho más repetible que la pastilla de KBr

3.2 Puntos clave prácticos para pruebas ATR en plásticos

① Preparación de la muestra

• Corte un fragmento pequeño y plano (aproximadamente 5×5 mm)
• La superficie debe ser lisa, sin aceites
• Si es un gránulo, corte una cara plana con una cuchilla
• Para muestras grandes (como tambores de plástico), se puede usar un ATR portátil para medir in situ

② Presión de contacto

• El ATR de diamante puede aplicar una presión de 10–50 N
• Para plásticos duros (PC, PMMA, PS) se necesita mayor presión
• Para plásticos blandos (PE, PP blando) presione suavemente

③ Elección del cristal

• Diamante: opción universal
• ZnSe: evita la banda de absorción 2700–1800 cm⁻¹ del diamante (útil para medir C≡N a 2237 cm⁻¹)
• Ge: para muestras de alto índice de refracción (como caucho relleno de negro de carbono)

④ Atención a los rellenos

• Las características IR de rellenos inorgánicos como fibra de vidrio, talco, CaCO₃ se mezclarán con el polímero
• Es necesario identificar los picos de relleno (ver Sección 6)

3.3 Procedimiento estándar de operación ATR

   Muestra entrante
       │
       ▼
   Corte un fragmento pequeño y plano (5×5 mm)
       │
       ▼
   Limpie el cristal ATR de diamante (limpie con etanol)
       │
       ▼
   Tome el fondo (cuando el cristal esté limpio)
       │
       ▼
   Coloque la muestra → Aplique presión
       │
       ▼
   Tome el espectro (4 cm⁻¹, 16 escaneos)
       │
       ▼
   Corrección ATR (si es necesario para coincidir con bibliotecas de transmisión)
       │
       ▼
   Búsqueda en biblioteca + interpretación manual
       │
       ▼
   Determine el tipo de plástico

Figura 1: Flujo de trabajo estándar para identificación rápida de plásticos por ATR

4. Estrategias para distinguir mezclas y copolímeros

4.1 Mezcla vs copolímero: ¿Puede FTIR distinguirlos?

Pregunta: La aleación PC/ABS (mezcla) versus PC-g-ABS (copolímero de injerto) tienen espectros FTIR casi idénticos. ¿Cómo diferenciarlos?

Respuesta: La FTIR difícilmente puede distinguir directamente una mezcla de un copolímero a nivel de enlace químico, ya que ambos contienen los mismos grupos funcionales y modos vibracionales. Sin embargo, se puede inferir indirectamente mediante las siguientes estrategias [3][10]:

① Pequeñas diferencias en la posición de los picos característicos

Algunos copolímeros, debido a la mezcla a nivel molecular, presentan acoplamiento dipolar o cambios conformacionales, lo que provoca ligeros desplazamientos o división de picos.

② Análisis semicuantitativo

La proporción de los dos componentes en una mezcla puede estimarse mediante la relación de áreas de los picos característicos, comparándola con la "proporción estándar" del copolímero.

③ Método de extracción por disolvente

• En una mezcla, los componentes pueden separarse selectivamente mediante disolventes (por ejemplo, en PC/ABS, el CH₂Cl₂ disuelve el PC).
• En un copolímero, los componentes están unidos por enlaces químicos y no pueden separarse.
• Realizar IR después de la separación permite determinar si es mezcla o copolímero.

④ Asistencia de DSC

• Mezcla: dos Tg independientes de los componentes (por ejemplo, PC Tg=150°C, PS Tg=100°C).
• Copolímero: generalmente una sola Tg ancha (entre las de los dos componentes).

4.2 'Estrategia de huella digital' para la identificación de mezclas

Aunque la FTIR no puede distinguir directamente mezcla vs. copolímero, es muy buena para identificar los componentes de una mezcla [3][10]:

Estrategia 1: Superposición de picos característicos

El espectro de una mezcla ≈ espectro del componente A + espectro del componente B (superposición lineal).

Ejemplo: En el espectro de la aleación PC/ABS se pueden identificar [3]:

• Características de PC: 1774 cm⁻¹ (C=O), 1230 cm⁻¹ (C-O-C)
• Características de ABS: 2237 cm⁻¹ (C≡N), 700/757 cm⁻¹ (anillo bencénico)

Estrategia 2: Cuantificación por relación de intensidad de pico

   A1774/A700 = K · [PC]/[ABS]

Se puede establecer una curva de calibración con mezclas de proporciones conocidas para estimar semicuantitativamente la relación de componentes.

Estrategia 3: Espectro de diferencia

Si se conoce el componente principal, se puede restar su espectro y observar los picos residuales; esto es un método eficaz para detectar pequeñas cantidades de componentes secundarios.

4.3 Tabla de consulta rápida de mezclas de plásticos comunes

V. Características infrarrojas de las cargas

5.1 'Huella digital' infrarroja de cargas comunes

La modificación de plásticos a menudo implica la adición de cargas inorgánicas para mejorar el rendimiento. Estas cargas tienen absorciones características en la región del infrarrojo medio (4000–400 cm⁻¹) [3][11]:

Tabla 2: Características IR de cargas comunes (Fuente: Hummel [3], Liang et al. [11])

5.2 Técnicas para identificar interferencias de cargas

① Picos fuertes en 'zonas sin picos' del polímero

• Los polímeros suelen tener pocos picos cerca de 1100–950 cm⁻¹ (excepto PET, PA que contienen C-O).
• Si aparece un pico fuerte y ancho en esta región, suele ser SiO₂ o fibra de vidrio.
• Un pico fuerte en 700–500 cm⁻¹ suele ser TiO₂ o BaSO₄.

② Picos O-H en la región de alto número de onda

• 3400 cm⁻¹ (ancho) → posiblemente ATH, MDH, caolín u otras cargas con grupos hidroxilo.
• 3695, 3677 cm⁻¹ (afilados) → característico de silicatos laminares como talco, caolín.

③ Picos agudos no relacionados con el polímero

• 875, 712 cm⁻¹ (doble pico de CaCO₃)
• 635, 610 cm⁻¹ (doble pico de BaSO₄)
• Estos picos agudos son señales 'independientes' de las cargas.

5.3 Estimación cuantitativa del contenido de carga

El contenido de carga se puede medir con precisión mediante TGA (análisis termogravimétrico), pero la ATR-FTIR puede estimar semicuantitativamente [3][11]:

Método: Área del pico característico de carga / Área del pico característico del polímero = K · Contenido de carga

Ejemplo: PP + fibra de vidrio (GF)

• Medir el área del pico de GF en 1050 cm⁻¹ $A_{GF}$
• Medir el área del pico de PP en 1376 cm⁻¹ $A_{PP}$
• Curva de calibración: $A{GF}/A{PP} = K \cdot w_{GF}$
• Establecer la curva con patrones de 10%, 20%, 30% de contenido de GF.

Nota: La ATR es un análisis superficial; cuando la distribución de la carga no es uniforme, una sola medición puede no representar el conjunto.

VI. Caso práctico: Identificación de un fragmento de plástico desconocido

6.1 Antecedentes del caso

Se recibió un fragmento de plástico duro de aproximadamente 3×3 cm, semitransparente de color blanco lechoso, procedente de una pieza defectuosa objeto de queja del cliente. Se requiere identificar el material y determinar si es la calidad especificada PC/ABS.

6.2 Proceso de identificación

Paso 1: Observación preliminar

• Dureza alta (no se raya con la uña)
• Densidad aproximada 1.1–1.2 g/cm³ (prueba de flotación en agua)
• Al quemarlo huele débilmente a estireno
• Estimación inicial: Posiblemente PC/ABS o de la serie HIPS

Paso 2: Medición por ATR-FTIR

• Cortar una pieza pequeña y plana
• Medir con ATR de diamante, 4 cm⁻¹, 32 escaneos
• Realizar corrección ATR y búsqueda en biblioteca

Paso 3: Interpretación del espectro

   Número de onda (cm⁻¹)   Asignación               Intensidad
   ─────────────────────────────────────────────────────────────
   3026                       Estiramiento C-H aromático   Medio
   2924                       Estiramiento C-H alifático   Medio
   1774                       C=O de PC                   Fuerte ← ¡Característico de PC!
   1601                       C=C de anillo bencénico     Medio
   1493                       C=C de anillo bencénico     Medio
   1230                       C-O-C de PC                 Fuerte
   1185                       C-O-C de PC                 Medio
   1165                       PC                          Medio
   830                        Anillo bencénico de bisfenol A  Medio
   760                        Fuera del plano del anillo  Fuerte
   700                        Benceno monosustituido      Fuerte ← Característico de estireno
   ─────────────────────────────────────────────────────────────
   2237                       Estiramiento C≡N           Ausente ← ¡Falta AN del ABS!

Paso 4: Resultado

• Aparece el pico de PC a 1774 cm⁻¹ y los picos de poliestireno a 700/760 cm⁻¹, pero no aparece el pico de C≡N a 2237 cm⁻¹.
• Por lo tanto, no es PC/ABS estándar, sino posiblemente una mezcla PC/PS o blenda.
• La inspección por microscopía y DSC confirmó que es una mezcla PC/PS con una pequeña cantidad de polibutadieno (absorción débil a 967 cm⁻¹).

Conclusión: No cumple con la calidad requerida de PC/ABS.

966 butadieno no ← ¡falta B en ABS!
910 butadieno no
```

Paso 4: Determinación

• Picos característicos de PC completos (1774, 1230, 830 cm⁻¹) → contiene PC
• Pico característico de estireno presente (700, 757, 1601 cm⁻¹) → contiene unidad de estireno
• Falta C≡N 2237 cm⁻¹ → no contiene acrilonitrilo
• Faltan butadieno 966/910 cm⁻¹ → no contiene butadieno
• Determinación: Mezcla de PC/PS (es decir, PC/HIPS o PC/GPPS), no PC/ABS como requiere la norma

Paso 5: Verificación por búsqueda en biblioteca

• Búsqueda en biblioteca tras corrección ATR
• Acierto: PC + PS blend (coincidencia 0.92)
• Confirmación adicional: DSC muestra dos Tg (150°C PC + 100°C PS), confirmando mezcla y no copolímero

6.3 Lecciones del caso

1. No es suficiente mirar solo un pico característico

• Si solo se mira 700 cm⁻¹, se podría confundir con PS
• Deben observarse simultáneamente 1774 cm⁻¹ (PC) y 2237 cm⁻¹ (AN) para una determinación precisa

2. La información de "ausencia de pico" también es importante

• La falta de 2237 cm⁻¹ es clave para determinar que no es ABS
• En el espectro infrarrojo, "lo que debería estar y no está" y "lo que aparece sin motivo" tienen igual valor diagnóstico

3. La identificación de mezclas requiere combinar otras técnicas

• DSC mide Tg para distinguir mezcla vs copolímero
• TGA mide contenido de relleno
• TMA mide expansión térmica

📷 Figura 2: Comparación de espectros FTIR de mezclas PC/ABS y PC/PS

Fuente: Imagen real/de código abierto · Pexels — perlas/gránulos de plástico (con marca de agua ftir.fun)
https://www.wiley.com/en-us/A…

Siete, Clasificación por infrarrojo en reciclaje de plásticos

7.1 Clasificación por infrarrojo cercano en línea (NIR Sorting)

Las líneas de clasificación de reciclaje a gran escala ya utilizan comúnmente NIR en línea para clasificación automática [4][12]:

• La cinta transportadora transporta fragmentos a alta velocidad
• Un espectrómetro NIR de matriz lineal escanea cada pieza de plástico
• Identifica el material mediante espectros de reflectancia
• Chorros de aire a alta presión separan los diferentes materiales

Ventajas: Puede clasificar cientos de piezas por segundo, mucho más rápido que el trabajo manual
Limitaciones:

• Plásticos negros (el negro de carbono absorbe NIR) no pueden clasificarse—es el mayor desafío de la industria
• Solo mira la superficie, los recubrimientos pueden interferir

7.2 Problema de identificación de plásticos negros

El negro de carbono absorbe casi completamente en NIR, por lo que no se puede clasificar con NIR [12]. Soluciones comunes:

① ATR en infrarrojo medio: El negro de carbono también absorbe en MIR, pero el infrarrojo medio tiene información rica, puede ser complementario
② Método de densidad: PE/PP < 1, PS > 1, PVC > 1.3
③ Fluorescencia de rayos X (XRF): Identifica PVC y plásticos ignífugos mediante elementos como Cl, Br
④ Espectroscopia de terahercios: Puede penetrar plásticos negros

💡 Frontera de la industria: En los últimos años, la combinación de imágenes hiperespectrales y aprendizaje automático ha comenzado a identificar algunos plásticos negros (basándose en diferencias sutiles de reflectancia) [12].

Ocho, Experiencia industrial y casos reales de "trampas"

8.1 Trampa uno: Contaminación superficial que lleva a error

Caso [1]: Una pieza de plástico tenía manchas de aceite en la superficie. La medición ATR mostró un pico fuerte a 1740 cm⁻¹, que se interpretó erróneamente como "contiene poliéster". Tras limpiar la superficie y repetir la medición, el pico a 1740 cm⁻¹ desapareció—era residuo de agente desmoldante (estearato de ácido graso).

Lección:

• ATR es análisis superficial, la contaminación superficial afecta primero
• Limpiar la superficie de la muestra con etanol antes de medir
• Si es necesario, cortar una sección fresca para medir

8.2 Trampa dos: Picos de relleno malinterpretados como picos de polímero

Caso [11]: Una pieza moldeada de PP contenía 30% de talco. En el espectro ATR, un pico fuerte a 1015 cm⁻¹ fue malinterpretado por un principiante como "C-O de éster", pensando erróneamente que "contiene PET".

Lección:

• 1015 cm⁻¹ (talco), 1050 cm⁻¹ (fibra de vidrio), 1100 cm⁻¹ (SiO₂) son todos picos de relleno
• Al interpretar el espectro, primero identificar los picos característicos de relleno
• Si es necesario, incinerar las cenizas (550°C) para separar el relleno y medirlo por separado

8.3 Trampa tres: Confiar solo en la búsqueda en biblioteca sin interpretación

Caso: Muestra de ABS buscada en biblioteca, acierto "caucho de estireno-butadieno (SBR)" con coincidencia 0.85. El principiante reportó directamente "es SBR". En realidad, las unidades de butadieno-estireno en ABS tienen espectro similar al SBR.

Lección:

• El valor HQI de la búsqueda en biblioteca no es "confirmación"
• Se debe realizar interpretación manual, especialmente de picos discriminantes (C≡N, etc.)
• El espectro de una mezcla es superposición; una sola búsqueda puede acertar el componente principal pero omitir componentes secundarios

8.4 Trampa cuatro: Ignorar los efectos del envejecimiento

Caso: Pieza de PP para uso exterior, el espectro ATR mostraba un pico débil a 1715 cm⁻¹, que fue ignorado. En realidad, era carbonilo producido por fotooxidación del PP (ver Ep 24).

Lección:

• Un pico débil en la región 1710-1740 cm⁻¹ debe alertar sobre envejecimiento o aditivos
• Un pico ancho a 3400 cm⁻¹ también es señal de envejecimiento (formación de O-H)
• Para muestras exteriores, se debe reportar también el grado de envejecimiento

Figuras (esquemas clave de esta serie)

📷 Figura 3: Esquema de picos característicos en escenario de aplicación
Fuente: Imagen real/de código abierto · Estudio de caso de proyecto — Espectro de PE (con marca de agua ftir.fun)

📷 Figura 4: Flujo de trabajo de análisis industrial
Fuente: Diagrama didáctico de ftir.fun (con marca de agua; no es espectro real, solo para comprender conceptos)

Resumen de esta serie

Preguntas de reflexión

1. Recibes un plástico duro de color blanco lechoso. El espectro ATR muestra picos a 1774, 1230, 830, 700, 757 cm⁻¹, pero falta 2237 cm⁻¹. ¿Es esto PC/ABS? ¿Por qué? Explica los fundamentos de la determinación.

2. Una pieza moldeada contiene 30% de fibra de vidrio y 70% de PA66. El espectro ATR muestra un pico ancho intenso a 1050 cm⁻¹ y un doblete a 1635/1540 cm⁻¹. Diseña un método semicuantitativo para estimar el contenido de fibra de vidrio.

3. PE, PP y PS tienen picos de tensión C-H en 2920-2850 cm⁻¹. ¿Cómo se pueden distinguir los tres solo con estos picos? Consulta la página del grupo funcional C-H alquílico de ftir.fun para explicar.

4. En el espectro ATR de una pieza de PC, además de los picos característicos de PC, aparece un pico débil a 1715 cm⁻¹ y un pico ancho a 3400 cm⁻¹. Combinando el contenido de esta serie y el avance del Ep 24, determina las posibles causas y qué pruebas adicionales se necesitan.

5. El plástico negro no se puede clasificar automáticamente con NIR. Compare las ventajas y desventajas de ATR-FTIR, XRF, método de densidad y espectroscopia de terahercios en la clasificación de plásticos negros.

Referencias

[1] Asociación de la Industria de Procesamiento de Plásticos de China. Compilación de casos de aplicación y control de calidad de plásticos reciclados. 2024.
https://www.cppia.com.cn/

[2] Eyerer P, Hirth T, Elsner P (eds.). Polymer Engineering — Technology and Application. Springer, 2020. Capítulo 12 (Análisis de Polímeros).

[3] Hummel S. Atlas of Plastics Additives: Analysis by IR and Raman Spectroscopy. 2nd ed. Springer, 2002. ISBN: 978-3-540-43402-2.

[4] Beigbeder J et al. "Espectroscopia de infrarrojo cercano para la clasificación de plásticos post-consumo: Una revisión." Waste Management, 2021, 136: 199–211. DOI:10.1016/j.wasman.2021.10.005.

[5] Socrates G. Infrared and Raman Characteristic Group Frequencies. 3rd ed. Wiley, 2004. Capítulos 5–9.

[6] Haslam J, Willis H A, Squirrell D C M. Identification and Analysis of Plastics. 2nd ed. Butterworth-Heinemann, 1972.

[7] ftir.fun. "Alquilo C-H — Picos de absorción FTIR y asignaciones." Base de datos de grupos funcionales FTIR.
https://ftir.fun/ir/group/alk…

[8] ftir.fun. "Éster — Picos de absorción FTIR y asignaciones." Base de datos de grupos funcionales FTIR.
https://ftir.fun/ir/group/est…

[9] ftir.fun. "Amida — Picos de absorción FTIR y asignaciones." Base de datos de grupos funcionales FTIR.
https://ftir.fun/ir/group/ami…

[10] Stuart B H. Polymer Analysis. John Wiley & Sons, 2002. Capítulo 4 (Espectroscopia Vibracional).

[11] Liang J Z, Li R K Y, Tjong S C. "Morfología y resistencia a la tracción de compuestos de polipropileno rellenos de talco." Polymer Composites, 2000, 21(5): 797–805. DOI:10.1002/pc.10224.

[12] Küppers S et al. "Imagen hiperespectral para la clasificación de plásticos negros." Recycling, 2023, 8(3): 47. DOI:10.3390/recycling8030047.

Avance del próximo episodio: Ep 24 — Industria de polímeros: Evaluación de degradación y envejecimiento
Continuaremos profundizando en el campo de los polímeros, centrándonos en por qué los plásticos se deterioran: productos característicos de la fotooxidación y termooxidación en infrarrojo, medición del índice de carbonilo, monitoreo del envejecimiento por hidrólisis de poliuretano/poliamida, y un caso práctico de evaluación del envejecimiento de una película de PE al aire libre durante 5 años.