อัตราการนำออกซิเจนผ่านวัสดุบรรจุภัณฑ์ (Oxygen Transmission Rate หรือ OTR) คือปริมาณของออกซิเจนที่สามารถนำผ่านวัสดุบรรจุภัณฑ์หนึ่งตารางเมตรได้ในแต่ละวัน ภายใต้สภาวะอุณหภูมิและความชื้นที่กำหนดไว้ โดยมักใช้หน่วยเป็น cm³/(m²·24h) ยิ่งค่าอัตรานี้ต่ำเท่าไร ก็หมายความว่าวัสดุบรรจุภัณฑ์มีความสามารถในการกั้นออกซิเจนได้ดีขึ้นเท่านั้น
ลองนึกภาพฟิล์มห่อผลิตภัณฑ์เป็น “กำแพง” ส่วนออกซิเจนก็เปรียบเสมือนสิ่งที่พยายามจะข้ามกำแพงนั้นไป OTR คือปริมาณออกซิเจนทั้งหมดที่สามารถผ่านเข้ามาได้ในแต่ละวัน ยิ่งวัสดุมีความหนาแน่นสูงเท่าไหร่ ก็ยิ่งมีออกซิเจนที่สามารถผ่านเข้ามาน้อยลงเท่านั้น และสารที่อยู่ภายในก็จะถูกสลายได้ช้าลงด้วย
คำนิยามในมาตรฐานต่างๆ
มาตรฐาน ASTM D3985-17 (Standard Test Method for Oxygen Gas Transmission Rate Through Plastic Film and Sheeting Using a Coulometric Sensor) ข้อ 3.1.3 ให้นิยาม OTR ว่าคือ "ปริมาณแก๊สออกซิเจนที่ผ่านพื้นที่หนึ่งหน่วยของผิวขนานทั้งสองด้านของฟิล์มพลาสติกต่อหนึ่งหน่วยเวลา ภายใต้เงื่อนไขการทดสอบ" — หน่วย SI คือ mol/(m²·s) และหน่วยที่นิยมใช้คือ cm³/(m²·24h) ที่ความต่างของแรงดันหนึ่งบรรยากาศ ส่วนมาตรฐานวิธีทดสอบสากลที่สอดคล้องกันคือ ISO 15105-2 (วิธีความดันเท่ากัน)
หน่วยและช่วงค่าที่พบบ่อย
วัสดุที่มีความต้านทานสูง เช่น ฟิล์มอลูมิเนียม หรือฟิล์มที่ทำจาก EVOH สามารถมีค่า OTR ต่ำกว่า 1 ซีเมียต่อตารางเมตรต่อ 24 ชั่วโมงได้ ส่วนฟิล์มโพลีอะไมด์ที่มีความต้านทานปานกลาง มักมีค่า OTR ในช่วงหลายสิบ ส่วนของฟิล์ม PE หรือ PP ที่มีความต้านทานต่ำนั้น มักมีค่า OTR สูงถึงหลายพัน อาหารที่มีไขมันสูง นมสำหรับทารก และยาที่ไวต่อออกซิเจน โดยทั่วไปจำเป็นต้องใช้การบรรจุภัณฑ์ที่มีความต้านทานสูง เพราะหากไม่มีการบรรจุภัณฑ์ที่มีความต้านทานสูง อาหารจะเสื่อมสภาพ วิตามินจะสูญเสียไป และประสิทธิภาพของยาก็จะลดลง
วิธีการทดสอบ: วิธีการวัดปริมาณพลังงานที่ใช้ในการทำงานของเครื่องมือ
อุปกรณ์นี้แบ่งเซลล์ทดสอบออกเป็นสองส่วน โดยที่ด้านหนึ่งมีการไหลของออกซิเจน ส่วนอีกด้านหนึ่งมีการไหลของก๊าซยูเนียนที่มีหน้าที่ช่วยดูดซับโมเลกุลออกซิเจนที่ถูกปล่อยออกมา ออกซิเจนจะเกิดปฏิกิริยาที่ขั้วไฟฟ้าของอุปกรณ์ และสร้างกระแสไฟฟ้าที่มีค่าตามปริมาณออกซิเจนที่ถูกดูดซับเข้ามา จากนั้นก็สามารถคำนวณค่า OTR ได้โดยตรง มาตรฐานที่เกี่ยวข้อง ได้แก่ ASTM D3985 (สหรัฐอเมริกา) 19789 (จีน), ISO 15105-2 (ระหว่างประเทศ) ความไวสูงของอุปกรณ์นี้ทำให้มันเป็นวิธีการทดสอบที่นิยมใช้สำหรับวัสดุที่มีความต้านทานสูง
ความสัมพันธ์กับ WVTR และ GTR
ทั้งสามเครื่องมือนี้ล้วนอยู่ในกลุ่มเครื่องมือสำหรับวัดค่าการถ่ายเทของก๊าซต่างๆ ได้แก่ WVTR ใช้ในการวัดค่าการถ่ายเทของไอน้ำ GTR ใช้ในการวัดค่าก๊าซต่างๆ โดยใช้วิธีการวัดค่าด้วยแรงดันไฟฟ้า ส่วน OTR ใช้ในการวัดค่าออกซิเจนโดยเฉพาะ ตามมาตรฐานการบรรจุภัณฑ์สำหรับผลิตภัณฑ์ทางการแพทย์และอาหาร มักจะมีการใช้เครื่องมือทั้งสองหรือมากกว่านั้น ดังนั้นห้องปฏิบัติการควบคุมคุณภาพมักจะต้องมีเครื่องมือที่เหมาะสมเพื่อใช้งานกับเครื่องมือเหล่านี้
เอกสารอ้างอิง
- ASTM D3985-17, Standard Test Method for Oxygen Gas Transmission Rate Through Plastic Film and Sheeting Using a Coulometric Sensor (ASTM International);
- ISO 15105-2, พลาสติก — ฟิล์มและแผ่น — การกำหนดอัตราการซึมผ่านของแก๊ส — ส่วนที่ 2: วิธีความดันเท่ากัน (องค์การระหว่างประเทศเพื่อการมาตรฐาน).
- เอกสารเหล่านี้เป็นแหล่งอ้างอิงหลักสำหรับนิยามและวิธีทดสอบในบทความนี้
