Pengukuran tingkat penyerapan uap air menggunakan metode elektrolisis: Dalam kondisi suhu dan kelembapan yang ditentukan, sampel dibagi menjadi sisi lembab dan sisi kering. Uap air yang melewati sampel akan diserap oleh film P2O5 yang terdapat dalam cairan pengangkut, lalu dioksidasi menjadi hidrogen dan oksigen. Besarnya arus elektrolisis berbanding lurus dengan laju penyerapan uap air. Berdasarkan hukum Faraday, dapat dihitung nilai WVTR, dengan satuan g/(m²·24jam).
Analogi: Sel elektrolisis mirip dengan “penghitung molekul air” – setiap molekul air yang melewati sel akan tertangkap dan “dihitung”. Hasil pengukuran arus listrik merupakan hasil perhitungan tersebut. Metode ini tidak bergantung pada penimbangan atau pemeriksaan optik, melainkan mengubah molekul air menjadi arus listrik secara langsung. Oleh karena itu, sensitivitas metode ini merupakan yang terbaik di antara berbagai metode lainnya.
Definisi dalam standar tersebut
ISO 15106-3 “Plastik — Filamen dan lembaran — Penentuan laju transmisi uap air — Bagian 3: Metode sensor deteksi elektrolitik” menetapkan metode untuk menentukan laju transmisi uap air menggunakan sensor deteksi elektrolitik yang beroperasi secara terus-menerus. Uap air yang melewati sampel akan dibawa ke sel elektrolitik oleh gas pelindung, lalu dioksidasi pada membran yang mengandung fosforus pentaoksida. Arus elektrolitik memiliki hubungan langsung dengan laju transmisi uap air. ASTM F3299 merupakan standar Amerika Serikat yang sesuai dengan metode Coulomb untuk deteksi P₂O₅ menggunakan sensor tersebut.
Bagaimana sel elektrolisis bekerja?
Di antara kedua elektroda platinum dalam sel elektrolisis, dilapisi dengan lapisan P₂O₅. Sebelum melakukan pengujian, pertama-tama perlu dialiri gas pembawa yang kering agar kelembapan di sistem benar-benar hilang. Setelah arus listrik di bagian dasar sistem stabil, uap air yang melewati sampel akan diserap sepenuhnya oleh P₂O₅, dan proses elektrolisis akan terjadi di antara elektroda tersebut. Berdasarkan hukum Faraday, untuk memecah 1 mol air (18 gram), diperlukan sekitar 96485 kuelfarad arus listrik. Oleh karena itu, besarnya arus listrik secara langsung berkaitan dengan laju penyerapan uap air; sehingga tidak perlu menggunakan membran khusus untuk kalibrasi—inilah keunikan metode elektrolisis dibandingkan metode inframerah, yang memerlukan membran referensi untuk kalibrasi.
Situasi yang dapat digunakan dan skala data yang relevan
Keunggulan utama metode elektrolisis adalah tingkat sensitivitasnya yang tinggi: batas deteksi yang dapat dicapai oleh alat-alat komersial bisa mencapai sekitar 0,001 g/(m²·24h), sedangkan rentang penggunaannya biasanya berkisar antara 0,001–100 g/(m²·24h). Metode ini sangat cocok digunakan untuk bahan-bahan dengan tingkat penyerapan yang tinggi, seperti aluminium foil, lapisan aluminium, lapisan komposit PVDC/EVOH yang memiliki tingkat penyerapan tinggi, panel belakang sel surya, dan lapisan pembungkus OLED. Namun, untuk bahan-bahan dengan tingkat penyerapan rendah (seperti kertas, bahan non-fiber), jumlah zat yang diserap akan melebihi kapasitas elektrolisis, sehingga perlu menggunakan metode penimbangan dengan cangkir sebagai alat penimbang.
Perbandingan dengan metode penimbangan dan metode inframerah
Setiap metode memiliki perannya masing-masing: metode gravimetri (ASTM E96, ISO 2528) merupakan metode referensi, yang dapat mengevaluasi nilai sekitar 1–1000 g/(m²·24 jam). Namun, prosesnya membutuhkan waktu beberapa hari. Metode sensor inframerah modulasi (ASTM F1249, ISO 15106-2) dapat mengukur nilai sekitar 0,05–50 g/(m²·24 jam). Proses pengujian hanya membutuhkan waktu kurang dari 2 jam, sehingga sangat cocok untuk pengujian rutin. Metode elektrolitik (ISO 15106-3, ASTM F3299) merupakan metode yang paling sensitif. Metode ini tidak memerlukan penggunaan film kalibrasi, dan cocok untuk penelitian yang berkaitan dengan batas ketahanan produk. Namun, metode ini membutuhkan penggunaan sel elektrokimia yang perlu dibersihkan atau dilapisi ulang secara berkala. Seri standar ISO 15106 mencakup lebih banyak metode lagi, seperti metode sensor tekanan (Bagian 5), spektrometri massa ionisasi (Bagian 6), dan metode pengukuran korosi kalsium (Bagian 7).
Sumber referensi
- ISO 15106-3:2003, Plastik – Film dan lembaran plastik – Penentuan laju transmisi uap air – Bagian 3: Metode pengukuran menggunakan sensor elektrolitik.
- ASTM F3299: Metode Uji Standar untuk Menentukan Laju Transmisi Uap Air pada Lapisan Plastik dan Pelat Plastik, menggunakan sensor deteksi elektrokimia. ASTM International.
- ISO 15106-2 (metode pengukuran menggunakan sensor inframerah) dan ASTM F1249 (metode pengukuran menggunakan sensor inframerah yang dimodulasi), merupakan metode pengukuran yang digunakan pada tingkat pertengahan.
