Phép thử WVTR bằng điện phân: trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm quy định, mẫu thử chia buồng thử thành phía ẩm và phía khô; hơi nước xuyên qua mẫu được khí mang khô đưa vào tế bào điện phân, tại đây màng hút ẩm phosphorus pentoxide (P₂O₅) hấp thụ và điện phân thành hydro và oxy. Dòng điện điện phân tỷ lệ thuận với tốc độ truyền qua và được quy đổi trực tiếp ra WVTR (đơn vị g/(m²·24h)) theo định luật Faraday.
Hình dung: tế bào điện phân là một “máy đếm phân tử nước” — mọi phân tử lọt qua đều bị giữ lại và được “đếm”, số đọc dòng điện chính là kết quả đếm. Nó không dựa vào cân nặng cũng không dựa vào cảm biến quang học: phân tử nước được biến trực tiếp thành dòng điện, vì vậy đây là phương pháp nhạy nhất trong họ phương pháp.
Định nghĩa trong tiêu chuẩn
ISO 15106-3, Plastics — Film and sheeting — Determination of water vapour transmission rate — Part 3: Electrolytic detection sensor method, quy định cách xác định WVTR bằng cảm biến phát hiện điện phân hoạt động liên tục: hơi nước xuyên qua mẫu được khí mang đưa đến tế bào điện phân và điện phân trên màng chứa phosphorus pentoxide, dòng điện điện phân tỷ lệ với tốc độ truyền qua. ASTM F3299 là tiêu chuẩn Mỹ tương ứng (cảm biến coulometric P₂O₅).
Tế bào điện phân hoạt động thế nào
Tế bào điện phân có lớp phủ P₂O₅ giữa hai điện cực bạch kim. Trước khi thử, khí mang khô được thổi qua hệ thống cho đến khi dòng điện nền ổn định; sau đó hơi nước đi vào dòng khí mang qua mẫu thử được P₂O₅ hấp thụ hoàn toàn và điện phân giữa hai điện cực. Theo định luật Faraday, điện phân một mol nước (18 g) cần khoảng 96485 coulomb, nên dòng điện ánh xạ trực tiếp tới tốc độ truyền qua — định lượng mà không cần màng hiệu chuẩn, đây là điểm khác biệt then chốt so với phương pháp hồng ngoại (cần hiệu chuẩn).
Phạm vi áp dụng và dải giá trị điển hình
Ưu điểm nổi bật là độ nhạy: máy thương mại đạt giới hạn phát hiện cỡ 0,001 g/(m²·24h), dải làm việc điển hình khoảng 0,001–100 g/(m²·24h). Nó nhắm tới vật liệu cản cao: giấy bạc blister dược phẩm, màng tráng kim loại, màng ghép cản cao PVDC/EVOH, tấm lưng pin mặt trời, màng đóng gói OLED. Với vật liệu truyền cao (giấy, vải không dệt), lượng thấm sẽ vượt tải của tế bào — hãy dùng phương pháp cốc trọng lượng.
So sánh với phương pháp trọng lượng và hồng ngoại
Mỗi lộ trình có vai trò riêng: phương pháp cốc trọng lượng (ASTM E96, ISO 2528) là phương pháp chuẩn mực, phủ khoảng 1–1000 g/(m²·24h) nhưng mất nhiều ngày; phương pháp cảm biến hồng ngoại điều biến (ASTM F1249, ISO 15106-2) phủ khoảng 0,05–50 với một lần thử dưới 2 giờ, lý tưởng cho kiểm soát chất lượng thường quy; phương pháp điện phân (ISO 15106-3, ASTM F3299) nhạy nhất và không cần màng hiệu chuẩn, phù hợp nghiên cứu siêu cản và thời hạn sử dụng, đổi lại tế bào điện phân là bộ phận tiêu hao cần bảo trì hoặc phủ lại. Chuỗi ISO 15106 còn mở rộng: phương pháp cảm biến áp suất (Phần 5), phổ khối lượng ion hóa (Phần 6), phương pháp ăn mòn canxi (Phần 7).
Tài liệu tham khảo
- ISO 15106-3:2003, Plastics — Film and sheeting — Determination of water vapour transmission rate — Part 3: Electrolytic detection sensor method, ISO.
- ASTM F3299, Standard Test Method for Water Vapor Transmission Rate of Plastic Film and Sheeting Using an Electrolytic Detection Sensor, ASTM International.
- ISO 15106-2 (phương pháp cảm biến phát hiện hồng ngoại) và ASTM F1249 (phương pháp cảm biến hồng ngoại điều biến), các phương pháp thiết bị dải trung.
