อัตราการแพร่ของไอน้ำคืออะไร? คำนิยาม หน่วยวัด

อัตราการถ่ายทอดของไอน้ำ (Water Vapor Transmission Rate: WVTR) คือปริมาณไอน้ำที่สามารถผ่านเข้ามาในวัสดุบรรจุภัณฑ์หนึ่งตารางเมตรต่อวัน ภายใต้สภาวะอุณหภูมิและความชื้นที่กำหนดไว้ โดยมักจะแสดงค่าเป็นหน่วย g/(m²·24h) ยิ่งค่านี้ต่ำเท่าไร ก็หมายความว่าวัสดุนั้นมีคุณสมบัติในการกั้นน้ำได้ดีขึ้นเท่านั้น

ลองนึกภาพว่าฟิล์มบรรจุภัณฑ์นั้นเปรียบเสมือนเสื้อกันฝน และไอน้ำก็เปรียบเสมือนความชื้นที่พยายามจะซึมเข้ามา VVTR คือปริมาณความชื้นทั้งหมดที่สามารถซึมเข้ามาได้ในแต่ละวัน ยิ่งเสื้อกันฝนมีความแน่นมากเท่าไร ก็จะยิ่งมีความชื้นที่ซึมเข้ามาน้อยลง และขนมหรือยาเม็ดที่อยู่ข้างในก็จะดูดซับความชื้นได้ช้าลง ทำให้อายุการเก็บรักษาสูงขึ้น

คำนิยามตามมาตรฐานต่างๆ

ASTM E96/E96M-24a เป็นมาตรฐานสำหรับวิธีการทดสอบเพื่อหาอัตราการนำน้ำยุบเข้าไปในวัสดุ โดยกำหนดให้ “อัตราการนำน้ำยุบเข้าไปในวัสดุ” คือ “ปริมาณน้ำยุบที่ไหลผ่านพื้นที่หนึ่งต่อหน่วยเวลา โดยมีแนวตั้งกับพื้นผิวที่กำหนดไว้ ในสภาพอากาศที่มีอุณหภูมิและความชื้นที่กำหนดไว้” มาตรฐานนี้กำหนดวิธีการทดสอบสองวิธี ได้แก่ วิธีการใช้สารระเหย (วิธีถ้วยแห้ง) และวิธีการใช้น้ำ (วิธีถ้วยเปียก) ISO 2528:2017 กำหนดให้ใช้วิธีการทดสอบแบบดินพิเศษสำหรับวัสดุแผ่น โดยระบุว่า “ค่าอัตราการนำน้ำยุบเข้าไปในวัสดุ” มักถูกเรียกผิดๆ ว่า “ค่าความสามารถในการนำน้ำยุบเข้าไปได้”

หนึ่งการวัด หลายชื่อ

คำว่า WVTR ยังมีการใช้ในชื่ออื่นๆ เช่น WVT ซึ่งหมายถึงอัตราการนำความชื้นเข้าสู่วัสดุ โดยมีหน่วยเป็นกรัมต่อตารางเมตรต่อเวลา 24 ชั่วโมง หรืออัตราการนำความชื้นเข้าสู่วัสดุต่อหน่วยพื้นที่และความแตกต่างของความดันไอน้ำ โดยมีหน่วยเป็นกรัมต่อปาสกาลต่อวินาทีต่อตารางเมตร ในวงการก่อสร้าง มักใช้คำว่า “perm” แทนคำว่า WVTR นอกจากนี้ ยังมีคำว่า “water vapor permeability” ซึ่งหมายถึงอัตราการนำความชื้นเข้าสู่วัสดุต่อหน่วยความหนาของวัสดุ ซึ่งมีความหมายเฉพาะสำหรับวัสดุที่มีคุณสมบัติเป็นเนื้อเดียวกันเท่านั้น ตามข้อกำหนดของ ISO 2528:2017 ระบุไว้อย่างชัดเจนว่า การเรียกคำว่า WVTR เป็น “permeability” นั้นเป็นความผิดพลาดทั่วไป คำว่า “permeability” จะมีความหมายก็ต่อเมื่อค่าที่ได้ถูกแปลงเป็นคุณสมบัติของวัสดุเท่านั้น

วิธีการทดสอบและช่วงค่าที่พบบ่อย

วิธีการแบบคลาสสิกคือวิธีการวัดน้ำหนักของภาชนะที่มีฉนวนหุ้มอยู่ (ASTM E96, ISO 2528): ภาชนะที่มีฉนวนหุ้มนั้นจะมีสารระเหยหรือน้ำอยู่ข้างใน และจะมีการชั่งน้ำหนักภาชนะเป็นระยะๆ เพื่อติดตามปริมาณการเพิ่มหรือลดของน้ำหนัก ตามมาตรฐาน ISO 2528:2017 แนะนำให้ใช้วิธีการตามมาตรฐาน ISO 9932 เมื่ออัตราการถ่ายเทของสารนั้นต่ำกว่า 1 กรัมต่อตารางเมตรต่อเวลา 24 ชั่วโมง หรือเมื่อความหนาของวัสดุนั้นมากกว่า 3 มิลลิเมตร สำหรับช่วงความหนาที่สูงมาก ควรใช้วิธีการวัดแบบอื่น เช่น วิธีการใช้เซ็นเซอร์อินฟราเรดแบบมีการปรับเปลี่ยนค่าอย่างต่อเนื่อง (ASTM F1249, ISO 15106-2) หรือวิธีการใช้เซ็นเซอร์สำหรับการตรวจจับสารด้วยกระบวนการไอออนิก (ISO 15106-3) โดยทั่วไปแล้ว วัสดุที่มีความหนาที่สูงมักมีค่าเฉลี่ยประมาณ 0.5 กรัมต่อตารางเมตรต่อเวลา 24 ชั่วโมง ส่วนวัสดุที่มีความหนาที่สูงเช่นเดียวกันแต่ใช้สาร PVDC หรือ EVOH ค่าเฉลี่ยจะอยู่ที่ประมาณ 0.1–5 กรัมต่อตารางเมตรต่อเวลา 24 ชั่วโมง ส่วนวัสดุที่มีความหนาเพียงชั้นเดียว เช่น PE หรือ PP ค่าเฉลี่ยจะอยู่ที่หลายกรัมต่อตารางเมตรต่อเวลา 24 ชั่วโมง

ความสัมพันธ์กับ OTR และ GTR

ทั้งสามเครื่องมือนี้มีความสัมพันธ์กันในเรื่องของการวัดปริมาณของเหลว/ไอน้ำ โดย WVTR ใช้ในการวัดปริมาณไอน้ำ ส่วน GTR ใช้ในการวัดปริมาณก๊าซต่างๆ โดยใช้วิธีการวัดด้วยแรงดันไฟฟ้า ส่วน OTR ใช้ในการวัดปริมาณออกซิเจนเท่านั้น ตามมาตรฐานการผลิตบรรจุภัณฑ์สำหรับผลิตภัณฑ์ทางเภสัชกรรมและอาหาร มักจะมีการใช้เครื่องมือทั้งสองชนิดนี้ร่วมกัน ดังนั้น ลานวิเคราะห์คุณภาพมักจะมีเครื่องมือสำหรับวัดปริมาณของเหลว/ไอน้ำ และเครื่องมือสำหรับวัดปริมาณออกซิเจน/ก๊าซไว้ด้วย

เอกสารอ้างอิง

• ASTM E96/E96M-24a วิธีการทดสอบมาตรฐานสำหรับการวัดอัตราการแพร่ของไอน้ำในวัสดุต่างๆ ASTM International, ปี 2024
• ISO 2528:2017 วัสดุสำหรับทำแผ่นต่างๆ – วิธีการหาอัตราการนำน้ำระเหยเข้ามาในแผ่นวัสดุ – วิธีการวัดโดยใช้กฎเกณฑ์ทางกายภาพ, ISO/TC 6/SC 2
• ASTM F1249 วิธีการทดสอบมาตรฐานสำหรับอัตราการซึมผ่านไอน้ำผ่านฟิล์มพลาสติกและแผ่นปิด โดยใช้เซ็นเซอร์อินฟราเรดแบบมีการปรับแต่งค่าอุณหภูมิ, ASTM International
• ISO 15106-2 (วิธีการตรวจจับด้วยคลื่นอินฟราเรด) และ ISO 15106-3 (วิธีการตรวจจับด้วยกระบวนการอิเล็กโทรลิก)