Ep 23 — 聚合物行业:塑料鉴定与共混物分析
系列:红外光谱百科:从原理到实战
篇章:第三篇 · 中级篇 — 行业应用
适合人群:塑料回收厂 QC、聚合物改性工程师、产品失效分析人员
前置知识:Ep 14(ATR)、Ep 19(库检索)、Ep 21(红外鉴别思路)
阅读时间:约 45 分钟
引子:一卡车"未知塑料"的命运
2024 年 3 月,浙江某再生塑料厂来了一卡车进口"工程塑料碎片",卖家声称是"PC/ABS 合金",价格 1.8 万元/吨。但粉碎造粒后注塑出的样品脆性大、表面发雾,与 PC/ABS 的预期性能完全不符 [1]。
工厂实验室用 ATR-FTIR 扫了一下:谱图中确实有 PC(聚碳酸酯)的 1770 cm⁻¹、1230 cm⁻¹ 特征峰,但 ABS 的特征丁二烯双键(910、965 cm⁻¹)几乎看不到,反而在 700–760 cm⁻¹ 出现明显的苯乙烯均聚物峰——这其实是 PC 掺 HIPS(高抗冲聚苯乙烯)的廉价仿冒品 [1][2]。
按市场价 PC/ABS 2.6 万元/吨,PC/HIPS 1.4 万元/吨,差价近一倍。一张红外谱图为工厂避免了 7 万元损失。从那以后,这家厂每批来料必先过 ATR-FTIR,2 分钟出结果,远比传统的"密度法 + 燃烧法"准确。
"ATR-FTIR has become the de facto standard for incoming plastics inspection in recycling and compounding industries, offering rapid identification without sample preparation."
—— Hummel S, Atlas of Plastics Additives [3]
塑料是红外光谱分析应用最广泛的领域之一。本集我们将系统建立常见塑料的 FTIR 速查能力,掌握共混物与共聚物的区分策略,并完成一次完整的未知塑料碎片鉴定实战。
一、为什么 FTIR 是塑料鉴别的"黄金工具"?
1.1 塑料鉴别需求的三大场景
| 场景 | 典型问题 | FTIR 优势 |
|---|---|---|
| 回收料鉴别 | 来料分类、分级 | 快速、无需制样、ATR 直接测 |
| 共混物分析 | 鉴别合金成分(如 PC/ABS) | 不同聚合物特征峰独立可辨 |
| 失效分析 | 客户投诉塑料件失效、混料 | 非破坏性、可定位局部缺陷 |
1.2 FTIR vs 其他塑料鉴别方法
| 方法 | 设备成本 | 测试时间 | 特异性 | 局限 |
|---|---|---|---|---|
| 目视/密度法 | 极低 | < 1 min | 低 | 仅大类区分 |
| 燃烧法 | 极低 | < 1 min | 低 | 主观、有气味、破坏样品 |
| ATR-FTIR | 中 | 1–2 min | 极高 | 仅测表面、需谱库 |
| DSC(熔点) | 中高 | 20–40 min | 中 | 共混物熔融峰重叠 |
| TGA(热重) | 中高 | 30–60 min | 中 | 仅填料含量 |
| NMR | 极高 | 30+ min | 极高 | 溶解样品、昂贵 |
💡 行业现状:现代塑料回收厂和改性厂几乎都标配 ATR-FTIR,一些大型回收分选线甚至引入在线近红外分选机(NIR sorting),但最终确认仍以中红外 ATR 为准 [4]。
二、九大常见塑料的 FTIR 速查表
2.1 速查表(按主峰位从高到低排列)
下表汇总了塑料工业最常见的 9 种聚合物的 FTIR 特征峰 [3][5][6]:
| 聚合物 | 简称 | 主要特征峰(cm⁻¹) | 关键判定峰 | 备注 |
|---|---|---|---|---|
| 聚乙烯 | PE | 2915, 2848, 1472, 1463, 730, 720 | 720(CH₂ 摇摆) | 简单脂肪链 |
| 聚丙烯 | PP | 2950, 2917, 2838, 1455, 1376, 1167, 973, 841 | 1376 + 841(等规) | 甲基侧链 |
| 聚苯乙烯 | PS | 3080, 3060, 3026, 2924, 1601, 1493, 1452, 757, 700 | 700, 757(单取代苯) | 苯环特征 |
| 聚氯乙烯 | PVC | 2910, 2845, 1425, 1330, 1255, 1095, 960, 690, 615 | 690, 615(C-Cl) | 含氯 |
| 聚对苯二甲酸乙二醇酯 | PET | 2960, 2920, 1714, 1410, 1340, 1240, 1100, 1020, 870, 725 | 1714(酯 C=O)+ 725 | 酯基 |
| 聚酰胺 6/66 | PA | 3300, 3070, 2930, 2860, 1635, 1540, 1470, 1265, 690 | 1635 + 1540(酰胺 I/II) | 酰胺 |
| 聚碳酸酯 | PC | 3040, 2968, 2925, 1774, 1503, 1410, 1230, 1190, 1165, 830, 760 | 1774(C=O)+ 830 | 双酚 A |
| 聚甲基丙烯酸甲酯 | PMMA | 2995, 2950, 1730, 1480, 1440, 1385, 1240, 1190, 1148, 750 | 1730(C=O)+ 750 | 酯基 |
| ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯) | ABS | 3080–3026, 2920, 2237, 1601, 1493, 966, 910, 757, 700 | 2237(C≡N)+ 966/910 | 三组分 |
表 1:九大常见塑料 FTIR 特征峰速查(数据来源:Hummel [3]、Socrates [5]、Haslam 等 [6])
2.2 各塑料详细解读
2.2.1 聚乙烯(PE)
PE 是结构最简单的聚合物——纯 -CH₂- 链,红外谱图"干净" [3][5]:
- 2915、2848 cm⁻¹:CH₂ 反对称/对称伸缩
- 1472、1463 cm⁻¹:CH₂ 剪式弯曲
- 730、720 cm⁻¹:CH₂ 面内摇摆(判定峰),长链结晶分裂为双峰
🔗 延伸:PE 的 C-H 伸缩峰位在 2915/2848 cm⁻¹,正是烷基 C-H 的典型区间。可在 ftir.fun 烷基 C-H 官能团页 查阅——该页显示 2920、2850 cm⁻¹ 是常见的两个 C-H 伸缩峰位 [7]。
LDPE vs HDPE 区分 [3]:
- LDPE(低密度):1472/1463 双峰分裂明显(结晶度低)
- HDPE(高密度):1472/1463 双峰锐利(结晶度高)
- LLDPE:与 LDPE 谱图相似,需 DSC 辅助区分
2.2.2 聚丙烯(PP)
PP 比 PE 多一个甲基侧链 [3][5]:
- 2950、2917、2838 cm⁻¹:CH₃、CH₂ 伸缩
- 1376 cm⁻¹:CH₃ 对称弯曲(判定峰)
- 1167、973、841 cm⁻¹:等规 PP(iPP)结晶带
iPP vs aPP 区分 [3]:
- 等规 PP:998、973、841、809 cm⁻¹ 四个结晶带清晰
- 无规 PP(aPP):这些结晶带消失或很弱
2.2.3 聚苯乙烯(PS)
PS 因苯环侧基而在红外谱图上极易识别 [3][5]:
- 3080, 3060, 3026 cm⁻¹:芳香 C-H 伸缩(高于 3000 cm⁻¹)
- 2924, 2850 cm⁻¹:脂肪 C-H
- 1601, 1493, 1452 cm⁻¹:苯环 C=C 骨架
- 757, 700 cm⁻¹:单取代苯 C-H 面外弯曲(最强判定峰)
💡 关键观察:PS 在 700/757 cm⁻¹ 的双峰几乎对所有单取代苯化合物都出现——这是判别 PS、HIPS、ABS、SBR 等含苯乙烯单元聚合物的"指纹"。
2.2.4 聚氯乙烯(PVC)
PVC 含 C-Cl 键,红外特征独特 [3][5]:
- 690, 615 cm⁻¹:C-Cl 伸缩(判定峰)
- 1255, 1330 cm⁻¹:CH-Cl 弯曲
- 1425 cm⁻¹:CH₂ 剪式弯曲
- 960 cm⁻¹:CH 面外弯曲
注意:纯 PVC 几乎无 C=O 峰,若 1720 cm⁻¹ 出现峰,可能是增塑剂(如 DOP)或老化产物(详见 Ep 24)。
2.2.5 聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)
PET 是典型聚酯,红外特征丰富 [3][5]:
- 1714 cm⁻¹:酯 C=O 伸缩(判定峰)
- 1240, 1100, 1020 cm⁻¹:C-O-C 伸缩
- 1410, 1340 cm⁻¹:O-H 弯曲(与苯环邻位相关)
- 870, 725 cm⁻¹:苯环 C-H 面外弯曲(对位取代特征)
🔗 延伸:PET 的 1714 cm⁻¹ C=O 伸缩属于酯基特征。在 ftir.fun 酯基官能团页 中可见,酯基 C=O 通常在 1720–1750 cm⁻¹——PET 的 1714 cm⁻¹ 略低于典型酯基,因苯环共轭与氢键作用 [8]。
2.2.6 聚酰胺(PA,尼龙)
PA(如 PA6、PA66)含酰胺基团 [3][5]:
- 3300 cm⁻¹:N-H 伸缩(氢键下移、变宽)
- 3070 cm⁻¹:N-H 伸缩倍频
- 1635 cm⁻¹:酰胺 I(C=O 伸缩)(判定峰)
- 1540 cm⁻¹:酰胺 II(N-H 弯曲 + C-N 伸缩)(判定峰)
- 1265 cm⁻¹:酰胺 III
🔗 延伸:PA 的 1635、1540 cm⁻¹ 正是典型的酰胺 I 与酰胺 II 双峰。在 ftir.fun 酰胺官能团页 中可见,1650、1550 cm⁻¹ 是页面上较常见的两个酰胺频率;1540 cm⁻¹ 附近也常有酰胺 II 相关记录(支持次数随库更新)[9]。
PA6 vs PA66 区分 [3]:
- 整体谱图非常相似
- PA6 在 935 cm⁻¹ 有强峰(结晶带),PA66 较弱
- 需 DSC 测熔点辅助(PA6 ~220°C,PA66 ~265°C)
2.2.7 聚碳酸酯(PC)
PC(双酚 A 型)有独特的酯-苯环结构 [3][5]:
- 1774 cm⁻¹:C=O 伸缩(判定峰,明显高于普通酯)
- 1503, 1410 cm⁻¹:苯环 C=C
- 1230, 1190 cm⁻¹:C-O-C 伸缩
- 830, 760 cm⁻¹:苯环 C-H 面外弯曲(双酚 A 特征)
为什么 PC 的 C=O 在 1774 cm⁻¹ 而非典型 1735 cm⁻¹? [5]
- 碳酸酯基(-O-CO-O-)两侧均为氧,诱导效应增强 C=O 力常数
- 邻位苯环共轭效应较弱
- 综合导致 C=O 频率上移
2.2.8 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)
PMMA(亚克力)的特征 [3][5]:
- 1730 cm⁻¹:酯 C=O 伸缩(判定峰)
- 1240, 1190, 1148 cm⁻¹:C-O-C 反对称伸缩
- 2995, 2950, 1485, 1440 cm⁻¹:CH₃、CH₂
- 1385 cm⁻¹:CH₃ 对称弯曲(双键 α-甲基特征)
- 750 cm⁻¹:CH₂ 摇摆
2.2.9 ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)
ABS 是三组分共聚物,红外谱图综合三组分特征 [3]:
- 2237 cm⁻¹:丙烯腈 C≡N 伸缩(判定峰)
- 966 cm⁻¹:丁二烯反式 CH=CH 面外弯曲
- 910 cm⁻¹:丁二烯乙烯基 CH₂=CH 面外弯曲
- 757, 700 cm⁻¹:苯乙烯单取代苯
- 1601, 1493 cm⁻¹:苯环 C=C
⚠️ 重要:ABS 中的丁二烯组分可能因老化或配方调整而含量变化,910/966 cm⁻¹ 峰强度可作为橡胶相含量指标。
三、ATR 法塑料快检实战优势
3.1 为什么 ATR 是塑料分析的首选?
塑料是典型固体样品,且多数不溶于常用溶剂。传统透射法制样困难 [3][4]:
- KBr 压片:塑料难研磨,且加热会改变结构
- 薄膜法:需热压或溶剂浇铸,破坏样品
- 液池:塑料不溶,无法使用
ATR 的优势在此尽显 [4]:
① 无需制样
- 直接将塑料碎片压在金刚石晶体上即可
- 块状、片状、粉末、颗粒均适用
- 测试时间 1–2 分钟
② 非破坏性
- 测量后样品可保留作证或复测
- 适合失效分析中的"证据样品"
③ 表面分析能力
- ATR 穿透深度 0.5–5 μm,专门看表面
- 适合分析塑料表面的涂层、污染、老化层
④ 重复性好
- 压力机构保证接触一致
- 远比 KBr 压片重复性高
3.2 ATR 测试塑料的实战要点
① 样品制备
- 切取平整小片(约 5×5 mm)
- 表面应平整、无油污
- 若是颗粒,用刀片切平整面
- 大件样品(如塑料桶)可用便携 ATR 现场测
② 接触压力
- 金刚石 ATR 可施加 10–50 N 压力
- 硬质塑料(PC、PMMA、PS)需较大压力
- 软质塑料(PE、PP 软质)轻压即可
③ 选择晶体
- 金刚石:通用首选
- ZnSe:避免金刚石 2700–1800 cm⁻¹ 吸收带(测 C≡N 2237 cm⁻¹ 时)
- Ge:高折射率样品(如碳黑填充橡胶)
④ 注意填充物
- 玻纤、滑石粉、CaCO₃ 等无机填料的红外特征会与聚合物混合
- 需识别填料峰(见第六节)
3.3 标准 ATR 操作流程
来料样品
│
▼
切取平整小片(5×5 mm)
│
▼
金刚石 ATR 晶体清洁(乙醇擦拭)
│
▼
采集背景(晶体干净时)
│
▼
放置样品 → 施加压力
│
▼
采集谱图(4 cm⁻¹,16 次扫描)
│
▼
ATR 校正(如需与透射库匹配)
│
▼
库检索 + 人工解析
│
▼
判定塑料类型
图 1:ATR 塑料快检标准流程
四、共混物与共聚物的区分策略
4.1 共混物 vs 共聚物:FTIR 能区分吗?
问题:PC/ABS 合金(共混物)与 PC-g-ABS(接枝共聚物),FTIR 谱图几乎相同。如何区分?
答案:FTIR 在化学键层面难以直接区分共混物与共聚物——因为两者含有相同的官能团和振动模式。但可通过以下策略间接推断 [3][10]:
① 特征峰位置微小差异
某些共聚物因分子级混合,存在偶极耦合或构象变化,导致峰位微移或峰分裂。
② 半定量分析
共混物中两组分比例可由特征峰面积比估算,与共聚物的"标准比例"对比。
③ 萃取分离法
- 共混物可用溶剂选择性萃取分离(如 PC/ABS 中 CH₂Cl₂ 溶出 PC)
- 共聚物因化学键连接,无法分离
- 分离后做红外,可判定共混还是共聚
④ DSC 辅助
- 共混物:两组分独立 Tg(如 PC Tg=150°C,PS Tg=100°C)
- 共聚物:通常只有一个宽 Tg(介于两组分之间)
4.2 共混物鉴定的"指纹策略"
虽然 FTIR 难以直接区分共混 vs 共聚,但识别共混物的成分非常擅长 [3][10]:
策略一:特征峰叠加法
共混物谱图 ≈ 组分 A 谱图 + 组分 B 谱图(线性叠加)
例:PC/ABS 合金谱图中可识别 [3]:
- PC 特征:1774 cm⁻¹(C=O)、1230 cm⁻¹(C-O-C)
- ABS 特征:2237 cm⁻¹(C≡N)、700/757 cm⁻¹(苯环)
策略二:相对峰强比定量
A1774/A700 = K · [PC]/[ABS]
用已知比例的共混物建立工作曲线,可半定量估算成分比例。
策略三:差谱法
若已知主成分,可扣除主成分谱图,观察残留峰——这是发现少量次要组分的有效方法。
4.3 常见塑料共混物速查
| 共混物 | 组成 | 判定关键峰 | 应用 |
|---|---|---|---|
| PC/ABS | PC + ABS | 1774(PC)+ 2237(ABS C≡N) | 汽车内饰、电器外壳 |
| PC/PET | PC + PET | 1774(PC)+ 1714(PET) | 食品包装 |
| PA/PO | PA + PE/PP | 1635/1540(PA)+ 720(PE) | 汽车部件 |
| PPO/PS | PPO + PS | 700/757(PS)+ PPO 特征 | 电器 |
| PMMA/PVC | PMMA + PVC | 1730(PMMA)+ 690(PVC) | 透明片材 |
五、填料的红外特征
5.1 常见填料的红外"指纹"
塑料改性常加入无机填料增强性能。这些填料在 4000–400 cm⁻¹ 的中红外区有特征吸收 [3][11]:
| 填料 | 主要红外特征(cm⁻¹) | 关键判定峰 | 典型应用 |
|---|---|---|---|
| 玻璃纤维(E 玻璃) | 1050–950(Si-O 伸缩)、775、460 | 1050(宽强) | 增强塑料 |
| 碳酸钙(CaCO₃) | 1420, 875, 712 | 875 + 712(双峰) | 填充、降低成本 |
| 滑石粉(Talc) | 1015, 670, 3677 | 670 + 3677 | 增强、降低收缩 |
| 云母(Mica) | 1000, 530, 460 | 530 | 增强、绝缘 |
| 高岭土(Kaolin) | 3695, 3620, 1035, 1005, 912, 540 | 3695, 3620(O-H) | 增强 |
| 二氧化硅(SiO₂) | 1100–1000(宽)、800、470 | 1100–1000(宽强) | 消光、补强 |
| 二氧化钛(TiO₂) | 700–500(金红石)、340(远红外) | 700–500 | 白色颜料 |
| 硫酸钡(BaSO₄) | 1180, 1120, 1080, 980, 635, 610 | 635 + 610 | 隔音、增重 |
| 氢氧化铝(ATH) | 3620, 3525, 3460, 1090, 800 | 3460 + 800 | 阻燃 |
| 氢氧化镁(MDH) | 3698, 3440(宽), 580 | 3698 | 阻燃 |
表 2:常见填料红外特征(数据来源:Hummel [3]、Liang 等 [11])
5.2 填料干扰的识别技巧
① 在聚合物"无峰区"出现的强峰
- 聚合物在 1100–950 cm⁻¹ 附近通常峰少(除 PET、PA 等含 C-O)
- 若此区域出现强宽峰,多为 SiO₂ 或玻纤
- 700–500 cm⁻¹ 出现强峰,多为 TiO₂ 或 BaSO₄
② 高波数区的 O-H 峰
- 3400 cm⁻¹(宽)→ 可能是 ATH、MDH、高岭土等含羟基填料
- 3695, 3677 cm⁻¹(尖锐)→ 滑石、高岭土等层状硅酸盐特征
③ 与聚合物无关的尖峰
- 875, 712 cm⁻¹(CaCO₃ 双峰)
- 635, 610 cm⁻¹(BaSO₄ 双峰)
- 这些尖峰是填料"独立"信号
5.3 定量估算填料含量
填料含量可用TGA(热重分析)精确测定,但 ATR-FTIR 可半定量估算 [3][11]:
方法:填料特征峰面积 / 聚合物特征峰面积 = K · 填料含量
案例:PP + 玻纤(GF)
- 测定 GF 在 1050 cm⁻¹ 峰面积 $A_{GF}$
- 测定 PP 在 1376 cm⁻¹ 峰面积 $A_{PP}$
- 工作曲线:$A{GF}/A{PP} = K \cdot w_{GF}$
- 已知 GF 含量 10%、20%、30% 的标样建立曲线
注意:ATR 是表面分析,填料分布不均时,单次测量可能不代表整体。
六、实战案例:鉴别一块未知塑料碎片
6.1 案例背景
收到一块约 3×3 cm 的硬质塑料碎片,半透明乳白色,来源于客户投诉的失效零件。要求鉴定材质、判断是否为指定牌号 PC/ABS。
6.2 鉴别流程
步骤 1:初步观察
- 硬度较高(指甲划不动)
- 密度约 1.1–1.2 g/cm³(水沉浮测试)
- 燃烧有微弱苯乙烯气味
- 初步判断:可能是 PC/ABS 或 HIPS 系列
步骤 2:ATR-FTIR 测定
- 切取平整小片
- 金刚石 ATR 测定,4 cm⁻¹,32 次扫描
- ATR 校正后做库检索
步骤 3:谱图解析
波数(cm⁻¹) 归属 强度
─────────────────────────────────
3026 芳 C-H 伸缩 中
2924 脂 C-H 伸缩 中
1774 PC 的 C=O 强 ← PC 特征!
1601 苯环 C=C 中
1493 苯环 C=C 中
1230 PC 的 C-O-C 强
1185 PC 的 C-O-C 中
1165 PC 中
830 双酚 A 苯环 中
760 苯环面外 强
700 单取代苯 强 ← 苯乙烯特征
─────────────────────────────────
2237 C≡N 伸缩 无 ← 缺少 ABS 中的 AN!
966 丁二烯 无 ← 缺少 ABS 中的 B!
910 丁二烯 无
步骤 4:判定
- PC 特征峰齐全(1774, 1230, 830 cm⁻¹)→ 含 PC
- 苯乙烯特征峰存在(700, 757, 1601 cm⁻¹)→ 含苯乙烯单元
- 缺少 C≡N 2237 cm⁻¹ → 不含丙烯腈
- 缺少丁二烯 966/910 cm⁻¹ → 不含丁二烯
- 判定:PC/PS 共混物(即 PC/HIPS 或 PC/GPPS),非标书要求的 PC/ABS
步骤 5:库检索验证
- ATR 校正后库检索
- 命中:PC + PS blend(匹配度 0.92)
- 进一步确认:DSC 测定显示两个 Tg(150°C PC + 100°C PS),证实共混而非共聚
6.3 案例启示
1. 仅看一个特征峰不够
- 若只看 700 cm⁻¹,会误判为 PS
- 必须同时观察 1774 cm⁻¹(PC)与 2237 cm⁻¹(AN)才能准确判定
2. "无峰"信息也重要
- 2237 cm⁻¹ 的缺失正是判定非 ABS 的关键
- 红外谱图的"该有而无"和"无中生有"同样有诊断价值
3. 共混物鉴定需结合其他技术
- DSC 测 Tg 可区分共混 vs 共聚
- TGA 测填料含量
- TMA 测热膨胀
📷 图 2:PC/ABS 与 PC/PS 共混物的 FTIR 谱图对比
来源:真实/开源图片 · Pexels — plastic beads/pellets(已加水印 ftir.fun)
https://www.wiley.com/en-us/A…
七、塑料回收中的红外分选
7.1 在线近红外分选(NIR Sorting)
大型回收分选线已普遍使用在线近红外自动分类 [4][12]:
- 传送带高速传送碎片
- 线阵 NIR 光谱仪扫描每片塑料
- 通过反射光谱识别材质
- 高压气流将不同材质分流
优势:每秒可分选数百片,速度远超人工
局限:
- 黑色塑料(碳黑吸收 NIR)无法分选——是行业最大难题
- 仅看表面,涂层会干扰
7.2 黑色塑料的鉴别难题
碳黑在 NIR 几乎全吸收,无法用 NIR 分选 [12]。常见解决方案:
① 中红外 ATR:碳黑在 MIR 同样吸收,但中红外信息丰富,可作补充
② 密度法:PE/PP < 1,PS > 1,PVC > 1.3
③ X 射线荧光(XRF):通过 Cl、Br 等元素识别 PVC、阻燃塑料
④ 太赫兹光谱:可穿透黑色塑料
💡 行业前沿:近年来开发的高光谱成像与机器学习结合,开始能识别部分黑色塑料(依靠反射率的微弱差异)[12]。
八、行业经验与"踩坑"实录
8.1 坑一:表面污染导致误判
案例 [1]:某塑料件表面有油污,ATR 测定显示 1740 cm⁻¹ 强峰,被误判为"含聚酯"。清洁表面后复测,1740 cm⁻¹ 消失——是脱模剂(硬脂酸酯)残留。
教训:
- ATR 是表面分析,表面污染优先影响
- 测定前用乙醇擦拭样品表面
- 必要时切取新鲜断面测定
8.2 坑二:填料峰误判为聚合物峰
案例 [11]:某 PP 注塑件含 30% 滑石粉,ATR 谱图中 1015 cm⁻¹ 强峰被新人误判为"酯基 C-O",错认为"含 PET"。
教训:
- 1015 cm⁻¹(滑石)、1050 cm⁻¹(玻纤)、1100 cm⁻¹(SiO₂)都是填料峰
- 解析谱图时先识别填料特征峰
- 必要时烧灰分(550°C 灼烧),分离填料单独测
8.3 坑三:仅凭库检索不解析
案例:ABS 样品库检索,命中"丁苯橡胶(SBR)"匹配度 0.85。新人直接报告"是 SBR"。实际是 ABS 中丁二烯-苯乙烯单元与 SBR 谱图相似。
教训:
- 库检索的 HQI 值不是"确证"
- 必须做人工解析,特别是判别峰(C≡N 等)
- 共混物谱图是叠加,单一检索可能命中主成分,遗漏次要成分
8.4 坑四:忽视老化影响
案例:户外使用的 PP 制件,ATR 谱图出现 1715 cm⁻¹ 弱峰,被忽略。实际是 PP 光氧老化产生的羰基(详见 Ep 24)。
教训:
- 1710–1740 cm⁻¹ 区域出现弱峰要警惕老化或添加剂
- 3400 cm⁻¹ 宽峰也是老化迹象(O-H 生成)
- 户外样品应同时报告老化程度
配图(本集关键示意)
📷 图 3:应用场景特征峰示意
来源:真实/开源图片 · Project case study — PE spectrum(已加水印 ftir.fun)
📷 图 4:行业检测工作流
来源:ftir.fun 教学示意图(带水印;非实测谱,仅供理解概念)
本集小结
| 核心知识点 | 要点 |
|---|---|
| 塑料 FTIR 鉴别 | ATR 法是首选,无需制样、非破坏、快速 |
| 九大塑料速查 | PE 720、PP 1376/841、PS 700/757、PVC 690/615、PET 1714、PA 1635/1540、PC 1774、PMMA 1730、ABS 2237 |
| ATR 优势 | 表面分析、快速、无制样、重复性好 |
| 共混物鉴定 | 特征峰叠加法、相对峰强比定量、差谱法 |
| 共混 vs 共聚 | FTIR 难直接区分,需 DSC(Tg 数量)或萃取分离 |
| 常见填料 | 玻纤 1050、CaCO₃ 875/712、滑石 670/3677、SiO₂ 1100 |
| 填料干扰识别 | 聚合物无峰区出现的强峰多为填料 |
| 黑色塑料 | NIR 失效,需 ATR、XRF、密度法辅助 |
| 鉴别流程 | 观察物性 → ATR 测定 → 库检索 + 人工解析 → 结合 DSC/TGA |
| 常见坑 | 表面污染、填料误判、库检索单一、老化忽略 |
思考题
你收到一块乳白色硬质塑料,ATR 谱图中出现 1774, 1230, 830, 700, 757 cm⁻¹,但 2237 cm⁻¹ 缺失。这是 PC/ABS 吗?为什么?请说明判定依据。
某注塑件含 30% 玻纤和 70% PA66,ATR 谱图显示 1050 cm⁻¹ 强宽峰与 1635/1540 cm⁻¹ 双峰。请设计一个半定量方法估算玻纤含量。
PE、PP、PS 在 2920–2850 cm⁻¹ 都有 C-H 伸缩峰,如何仅凭这些峰区分三者?请参考 ftir.fun 烷基 C-H 官能团页 说明。
某 PC 制件 ATR 谱图中除 PC 特征峰外,还出现 1715 cm⁻¹ 弱峰和 3400 cm⁻¹ 宽峰。结合本集内容与 Ep 24 预告,判断可能的成因,并说明需要做什么进一步测试。
黑色塑料无法用 NIR 自动分选。请比较 ATR-FTIR、XRF、密度法、太赫兹光谱在黑色塑料分选中的优缺点。
参考文献
[1] 中国塑料加工工业协会. 再生塑料应用与质量控制案例汇编. 2024.
https://www.cppia.com.cn/
[2] Eyerer P, Hirth T, Elsner P (eds.). Polymer Engineering — Technology and Application. Springer, 2020. Chapter 12 (Polymer Analysis).
[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. "Near-Infrared Spectroscopy for Sorting of Post-Consumer Plastics: A Review." 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. Chapters 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. "Alkyl C-H — FTIR absorption peaks and assignments." FTIR Functional Group Database.
https://ftir.fun/ir/group/alk…
[8] ftir.fun. "Ester — FTIR absorption peaks and assignments." FTIR Functional Group Database.
https://ftir.fun/ir/group/est…
[9] ftir.fun. "Amide — FTIR absorption peaks and assignments." FTIR Functional Group Database.
https://ftir.fun/ir/group/ami…
[10] Stuart B H. Polymer Analysis. John Wiley & Sons, 2002. Chapter 4 (Vibrational Spectroscopy).
[11] Liang J Z, Li R K Y, Tjong S C. "Morphology and Tensile Strength of Talc-Filled Polypropylene Composites." Polymer Composites, 2000, 21(5): 797–805. DOI:10.1002/pc.10224.
[12] Küppers S et al. "Hyperspectral Imaging for Sorting of Black Plastics." Recycling, 2023, 8(3): 47. DOI:10.3390/recycling8030047.
下一集预告:Ep 24 — 聚合物行业:降解与老化评估
我们将继续深入聚合物领域,关注塑料"为什么会坏"——光氧化、热氧化的红外特征产物、羰基指数的测量、聚氨酯/聚酰胺水解老化监测,以及户外 PE 膜 5 年老化的实战评估案例。


