لماذا يوجد الكثير من المصطلحات المتعلقة بـ “القدرة على إزالة الأكسجين”؟

لقد اشتريت جهازًا لقياس معدل اختراق الأكسجين، وعند استلام تقرير الاختبار، رأيت مصطلحات مثل OTR، كمية اختراق الأكسجين، معامل الاختراق، معامل التسرب، ومعدل اختراق الغازات. هذه المصطلحات ليست مجرد عبارات تسويقية، بل هي أسماء تُطلق وفقًا لمعايير مختلفة على العملية الفيزيائية “اختراق الغازات عبر الفيلم”. إذا لم نفهم هذه المصطلحات، فلن نتمكن من مقارنة البيانات المقدمة من مختبرات وأجهزة مختلفة بشكل صحيح.

١. معدل مرور الأكسجين / كمية مرور الأكسجين (OTR / O₂GTR)

هذا هو الاسم الأكثر استخدامًا. يشير إلى حجم الأكسجين الذي يمر عبر السطح البلوري في وحدة المساحة خلال وحدة الزمن، تحت ظروف الاختبار المحددة. الوحدة الشائعة هي cm³/(m²·24h)، بينما الوحدة الحقيقية للنظام الدولي للوحدات هي mol/(m²·s). يمكن قياس هذا العنصر باستخدام طريقة كولوم (ASTM D3985، ISO 15105-2، ISO 15105-2) أو طريقة الفرق في الضغط. لكن طريقة كولوم تُستخدم خصيصًا لقياس الأكسجين، وتتميز بدرجة عالية من الحساسية، مما يجعلها مناسبة للمواد ذات درجة الحجب العالية.

ثانيًا، معامل اختراق الأكسجين (Oxygen Permeance, PO₂)

يجب الانتباه إلى أن مصطلح “معامل النفاذية” في اللغة الصينية قد يوحي باعتباره خاصية أساسية للمادة، لكن في معايير ISO 15105-2 وASTM D3985، يُستخدم المصطلح الإنجليزي “Permeance”، وهو ما يعني نسبة نفاذ الأكسجين إلى فرق الضغط بين جانبي الفيلم. الوحدة المستخدمة هي cm³/(m²·24h·0.1MPa). هذا المعيار يأخذ في الاعتبار تأثير فرق الضغط، لذلك فهو أكثر ملاءمة للتقييم المقارن في ظروف مختلفة مقارنة بالمعيار OTR العادي.

ثالثًا، معامل تماسك الأكسجين / معامل مرور الأكسجين (Oxygen Permeability Coefficient)

معامل التوصيل، وهو مقياس للقدرة على التسرب، يُحسب باستخدام معامل التسرب × سمك الغشاء، ويتم قياسه بالوحدات cm³·cm/(m²·24h·0.1MPa) أو mol·m/(m²·s·Pa). إنه خاصية أساسية للمادة، لكن المعايير تشير إلى أن هذا المعامل ينطبق فقط على المواد ذات الطبقة الواحدة؛ أما في حالة المواد المركبة ذات العديد من الطبقات، فإن معامل التسرب المحسوب غير موثوق به، ولا يجب استخدامه بشكل عشوائي.

٤. معدل اختراق الغازات (GTR) وطريقة الفرق في الضغط

تغطي معيار ASTM D1434 نطاق التطبيقات، من الأكسجين إلى أي غاز آخر. يحدد المعيار معدل انتقال الغازات، وهو كمية الغاز التي تمر عبر السطح البلوري للبلاستيك في وحدة الزمن. يتم قياس معدل انتقال الغازات باستخدام طريقة الفرق في الضغط (ISO 2556، ISO 2556). يمكن قياس هذا المعدل لغازات مثل الأكسجين، ثاني أكسيد الكربون، النيتروجين، الهيدروجين، والهيليوم.

خامسًا، الاختلاف في تسمية معامل الانسيابية (Permeance) ومعامل الاختراق (Permeability)

المعايير المختلفة للتمثيل اللغوي ليست متسقة: يقول معيار ASTM D1434 إن “الكمية المقسومة على الفرق في الضغط” تُسمى “نفاذية”， بينما يُسمى “الكمية المضروبة على السمك” بـ “معامل النفاذية”. أما معيار ISO 2556 فيسمي الأول مباشرةً “معدل نقل الغاز”. ويطلق معيار ISO 2556 على “الكمية المنفذة” و“معامل النفاذية” أسماء مختلفة. عند مقارنة البيانات، يجب الانتباه إلى الوحدات المستخدمة: cm³/(m²·24h·0.1MPa) هي نفاذية الغاز، بينما cm³·cm/(m²·24h·0.1MPa) هي معامل النفاذية.

سادسًا، معامل الانتشار ومعامل الذوبان (P = D × S)

يتم تفسير هذه العملية من خلال نموذج الذوبان والانتشار: حيث يذوب الغاز أولاً في الغشاء، ثم ينتشر عبره. معامل الاختراق P يساوي حاصل ضرب معامل الانتشار D ومعامل الذوبان S (P = D × S). لذلك، بعض المواد تتميز بقدر كبير من الحماية بسبب صعوبة ذوبانها، بينما تتميز مواد أخرى بقدر أكبر من الحماية بسبب صعوبة انتشارها. فهم هذا الأمر ضروري لتحديد ما إذا كان تغيير التركيب أو زيادة السمك أكثر فعالية عند اختيار المواد المناسبة.

التعريفات المذكورة في المعيار

  • ASTM D3985: معدل اختراق الأكسجين (O₂GTR) يشير إلى كمية الأكسجين التي تمر عبر مساحة سطح مستوية معينة في الوقت المحدد، وذلك تحت ظروف الاختبار المحددة.
  • ASTM D1434 §3.1.1: معدل مرور الغازات (GTR) يشير إلى كمية الغاز التي تمر عبر السطح الموحد للغشاء البلاستيكي في وحدة الزمن، تحت ظروف محددة.
  • ASTM D1434 §3.1.2: معدل الاختراق (Permeance) هو نسبة معدل اختراق الغاز إلى الفرق في ضغط الغاز بين الجانبين من الفيلم.
  • ASTM D1434 §3.1.3: معامل النفاذية (Permeability) هو حاصل ضرب معدل النفاذية في سمك الغشاء، وهو مهم فقط بالنسبة للمواد المتجانسة.
  • ISO 15105-2 / ISO 15105-2: الوحدات الشائعة لقياس كمية اختراق الأكسجين هي cm³/(m²·24h)؛ أما معامل اختراق الأكسجين فهو يُقاس بوحدة cm³/(m²·24h·0.1MPa).
منتج ذو صلة · الدعم الفني
نصائح اختيار الأداة المناسبة: إذا كان العينة التي تريد اختبارها عبارة عن أغلفة غذائية أو دوائية تحتاج إلى حماية عالية، فمن الأفضل استخدام جهاز قياس نفاذ الأكسجين باستخدام طريقة كولوم (مثل سلسلة LabStone OTR-E) لقياس معدل نفاذ الأكسجين. أما إذا كنت بحاجة إلى اختبار عدة أنواع من الغازات أو الأشكال المختلفة من المواد باستخدام جهاز قياس نفاذ الغازات باستخدام طريقة الفروق في الضغط، ففي هذه الحالة يجب التفكير في استخدام جهاز قياس نفاذ الغازات باستخدام طريقة الفروق في الضغط. عندما يظهر في التقرير مصطلح “معامل النفاذ”， يجب التأكد من أنه يشير إلى “permeance” أم “permeability”، ثم يمكنك اتخاذ القرار المناسب.

المراجع/المصادر

  • ISO 15105-2 “أفلام وشرائح البلاستيك – اختبار نفاذ الأكسجين – طريقة الكرومتر” (تم اعتمادها بصيغة تعديلات من ISO 15105-2:2003)
  • ASTM D3985-17: طريقة اختبار قياسية لقياس معدل نقل الأكسجين عبر الأفلام والشرائط البلاستيكية، باستخدام أجهزة الكولومترية.
  • ISO 2556 “البلاستيك – الأغشية والشرائح – طرق اختبار نفاذ الغازات – الجزء الأول: استخدام الفروق في الضغط” (يحل محل ISO 2556)
  • ASTM D1434-23: طريقة اختبار قياسية لتحديد خصائص نفاذية الغاز للأفلام والشرائط البلاستيكية
  • ISO 15105-2:2003 البلاستيكات — الأفلام والشرائط — تحديد معدل نقل الغازات — الجزء الثاني: طريقة الضغط المتساوي
  • ISO 2556:2001 البلاستيكات – تحديد معدل انتقال الغازات في الأفلام والألواح الرقيقة تحت ضغط الجو الطبيعي