โอซิเจนเทรนสเปกเตอร์มีชื่อเรียกอีกอย่างว่าอะไรบ้าง?

ทำไม “การถ่ายทอดออกซิเจน” ถึงมีชื่อมากมายขนาดนี้ล่ะ?

คุณซื้อเครื่องตรวจสอบการนำออกซิเจนได้หรือไม่? จากรายงานที่ได้มา จะมีข้อมูลเกี่ยวกับอัตราการนำออกซิเจน การนำอากาศผ่านแผ่นฟิล์ม และอัตราอากาศที่สามารถนำผ่านแผ่นฟิล์มได้ ข้อมูลเหล่านี้ไม่ใช่คำโฆษณาเท่านั้น… แต่เป็นชื่อที่ใช้เรียกกระบวนการทางกายภาพเดียวกันนี้ในเงื่อนไขต่างๆ หากไม่รู้ข้อมูลเหล่านี้ ก็ไม่สามารถเปรียบเทียบข้อมูลจากห้องปฏิบัติการหรือเครื่องมือต่างๆ ได้เลย.

อัตราการถ่ายทอดออกซิเจน (Oxygen Transmission Rate / O₂GTR)

คำนิยามที่พบบ่อยที่สุดคือ “ปริมาณออกซิเจนที่ผ่านผ่านพื้นที่หนึ่งของฟิล์มพลาสติกต่อหน่วยเวลา” ในเงื่อนไขการทดสอบ โดยหน่วยที่ใช้ทั่วไปคือ cm³/(m²·24h) ส่วนหน่วยของหน่วยวัดตามมาตรฐาน SI คือ mol/(m²·s) วิธีการวัดนี้สามารถทำได้ทั้งด้วยวิธีคูลอเมตริก (ASTM D3985, ISO 15105-2) และวิธีการวัดโดยใช้แรงดันไฟฟ้า แต่วิธีคูลอเมตริกมีความไวต่อปริมาณออกซิเจนมากกว่า จึงเหมาะสำหรับวัสดุที่มีเกราะป้องกันสูง

ความสามารถในการนำออกซิเจนเข้าสู่เนื้อเยื่อ (P O₂)

คำว่า “ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายทอด” ในภาษาจีนดูเหมือนจะเป็นคุณสมบัติที่มีอยู่ในวัสดุเอง แต่ในมาตรฐาน ASTM D3985 และ ISO 15105-2 นั้น ค่าดังกล่าวจริงๆ แล้วก็คือค่าการนำออกซิเจนผ่านวัสดุนั้น กล่าวคือ อัตราส่วนของ O₂GTR เทียบกับความแตกต่างของความดันออกซิเจนที่เกิดขึ้นระหว่างชั้นวัสดุ โดยหน่วยของค่านี้คือ cm³/(m²·24h·0.1MPa) เพราะค่านี้ไม่มีปัจจัยเกี่ยวกับความแตกต่างของความดันออกซิเจน ดังนั้น ค่าการนำออกซิเจนจึงสามารถเปรียบเทียบได้ดีกว่าค่าตัว OTR เมื่อพิจารณาจากเงื่อนไขการทดสอบต่างๆ

ค่าสัมประสิทธิ์การนำออกซิเจนผ่าน

ค่าความสามารถในการนำความร้อนผ่านได้ ก็คือผลคูณของค่าการนำความร้อนกับความหนาของฟิล์ม โดยมีหน่วยเป็น cm³·cm/(m²·24ชั่วโมง·0.1MPa) หรือ mol·m/(m²·วินาที·ปอนด์) นี่คือคุณสมบัติด้านการกั้นความร้อนของวัสดุโดยธรรมชาติ แต่ตามมาตรฐานแล้ว ค่าดังกล่าวมีความหมายเฉพาะสำหรับฟิล์มชั้นเดียวเท่านั้น ส่วนค่าความสามารถในการนำความร้อนที่รายงานสำหรับฟิล์มหลายชั้นนั้นไม่น่าเชื่อถือ และไม่ควรนำมาใช้โดยไม่มีเหตุผล

อัตราการส่งผ่านก๊าซ (Gas Transmission Rate: GTR) และวิธีการวัดแรงดันไฟฟ้าแบบต่างๆ

ASTM D1434 กำหนดขอบเขตการใช้งานของมาตรฐานนี้ไว้เกินกว่าเพียงออกซิเจนเท่านั้น โดยกำหนดค่าที่เรียกว่า “อัตราการส่งผ่านก๊าซ” ไว้ว่า คือปริมาณก๊าซที่สามารถส่งผ่านผ่านพื้นผิวพลาสติกในหน่วยเวลาหนึ่งได้ วิธีการวัดอัตราการส่งผ่านก๊าซนี้มักใช้กับก๊าซต่างๆ เช่น ออกซิเจน, CO₂, นิวแทน, ไฮโดรเจน, เฮลิโน และอื่นๆ อีกมากมาย

การแยกความแตกต่างระหว่าง “Permeance” กับ “Permeability”

มาตรฐานต่างๆ ไม่ได้ใช้คำศัพท์เดียวกันในการเรียกปริมาณที่แตกต่างกันนั้น ASTM D1434เรียกปริมาณที่แบ่งออกเป็นค่าความสามารถในการนำอากาศผ่านวัสดุว่า “Permeance” ส่วนค่าที่คูณกับความหนาของวัสดุก็เรียกว่า “Permeability” ส่วน ISO 2556 เรียกค่าที่แบ่งออกเป็นค่าความสามารถในการนำอากาศผ่านวัสดุว่าเพียง “Gas Transmission Rate” เท่านั้น ส่วนมาตรฐานของประเทศอื่นๆ ก็มีการใช้นามธรรมสำหรับเรียกปริมาณทั้งสองนี้ไปต่างกันไป เมื่อเปรียบเทียบข้อมูลต่างๆ ควรอ่านหน่วยของปริมาณด้วย: cm³/(m²·24h·0.1MPa) คือ Permeance ส่วน cm³·cm/(m²·24h·0.1MPa) คือค่าความสามารถในการนำอากาศผ่านวัสดุ

ค่าสัมประสิทธิ์การแพร่และค่าสัมประสิทธิ์การละลาย (P = D × S)

การเคลื่อนที่ของสารในทัศนวิสัยนั้น สามารถอธิบายได้ด้วยแบบจำลองการละลายและการแพร่ของสาร โดยก่อนอื่น สารจะละลายเข้าไปในชั้นฟิล์ม จากนั้นจึงแพร่ผ่านชั้นฟิล์มนั้น ค่าความสามารถในการนำสารผ่านชั้นฟิล์ม หรือค่า P นั้น มีค่าเท่ากับผลคูณของค่าความเร็วในการแพร่ของสาร หรือค่า D กับค่าความสามารถในการละลายของสาร หรือค่า S (P = D × S) วัสดุที่มีความต้านทานต่อการละลายสูง ก็อาจให้ผลลัพธ์เดียวกันได้ เพราะวัสดุเหล่านี้มีความยากในการละลายมากกว่าการแพร่ของสาร ดังนั้น การรู้ค่านี้จะช่วยให้เราสามารถตัดสินใจได้ว่าควรเปลี่ยนสูตรหรือปรับความหนาของชั้นฟิล์มหรือไม่

คำนิยามในมาตรฐานต่างๆ

• ASTM D3985: อัตราการถ่ายเทออกซิเจน (O₂GTR) – คือปริมาณของก๊าซออกซิเจนที่ไหลผ่านพื้นที่หนึ่งหน่วยของพื้นผิวพลาสติกในแต่ละหน่วยเวลา ภายใต้เงื่อนไขการทดสอบ
• ASTM D1434 §3.1.1: อัตราการส่งผ่านก๊าซ (Gas Transmission Rate – GTR) – คือปริมาณของก๊าซที่ไหลผ่านพื้นที่ขนาดหนึ่งบนแผ่นพลาสติก ในหน่วยเวลาหนึ่ง ภายใต้เงื่อนไขการทดสอบ
• ASTM D1434 §3.1.2: ความสามารถในการนำสื่อของก๊าซ – คืออัตราส่วนของอัตราการนำสื่อของก๊าซไปยังความแตกต่างของความดันบางส่วนของก๊าซทั้งสองด้านของฟิล์มนั้น
• ASTM D1434 §3.1.3: ความสามารถในการนำไฟฟ้า – คือผลคูณของค่าความสามารถในการนำไฟฟ้ากับความหนาของแผ่นฟิล์มนั้นๆ; ค่านี้มีความหมายเฉพาะสำหรับวัสดุที่มีคุณสมบัติเป็นหนึ่งเดียวเท่านั้น.
• ISO 15105-2: O₂GTR โดยทั่วไปจะถูกแสดงในหน่วย cm³/(m²·24h) ส่วนค่าการนำออกซิเจนเข้าสู่วัสดุนั้น จะถูกแสดงในหน่วย cm³/(m²·24h·0.1MPa)

เอกสารอ้างอิง

• ASTM D3985-17 วิธีการทดสอบมาตรฐานสำหรับอัตราการนำไอออนออกซิเจนผ่านฟิล์มพลาสติกและแผ่นพลาสติก โดยใช้เซ็นเซอร์ควอลโลเมตริก
• ASTM D1434-23 วิธีการทดสอบมาตรฐานสำหรับการกำหนดคุณสมบัติด้านการนำก๊าซผ่านของฟิล์มพลาสติกและแผ่นพลาสติก
• ISO 15105-2:2003 วัสดุพลาสติก – ฟิล์มและแผ่นพลาสติก – วิธีการวัดอัตราการนำก๊าซผ่าน – ส่วนที่ 2: วิธีการวัดอัตราการนำก๊าซภายใต้แรงดันเท่ากัน
• ISO 2556:2001 พลาสติก – วิธีการวัดอัตราการนำพลังงานความร้อนของฟิล์มและแผ่นพลาสติกในสภาวะความดันบรรยากาศปกติ
• ISO 15105-2:2003 Plastics — Film and sheeting — Determination of gas-transmission rate — Part 2: Equal-pressure method
• ISO 2556:2001 Plastics — Determination of the gas transmission rate of films and thin sheets under atmospheric pressure