| ค่าOTR และ WVTRความสำคัญของอัตราการซึมผ่านออกซิเจนและไอน้ำต่อคุณภาพสินค้า อัตราการซึมผ่านของไอน้ำ (Water Vapor Transmission Rate: WVTR) อัตราการซึมผ่านของไอน้ำ หรือ Water Vapor Transmission Rate (WVTR) เป็นพารามิเตอร์สำคัญในการประเมิน สมบัติการป้องกันความชื้น (Moisture Barrier Property) ของวัสดุ โดยเฉพาะวัสดุที่ใช้ในอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์ อิเล็กทรอนิกส์ และยา เนื่องจาก ความชื้น เป็นหนึ่งในปัจจัยที่ทำให้ผลิตภัณฑ์เสื่อมสภาพได้เร็ว เช่น การเกิดการจับตัวเป็นก้อน (Caking), การเกิดเชื้อรา หรือการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางเคมีและกายภาพของผลิตภัณฑ์ หรือจะเข้าใจง่ายๆว่า อัตราการซึมผ่านของไอน้ำ หรือ Water Vapor Transmission Rate (WVTR) คือ ค่าที่บอกว่า “ปริมาณไอน้ำที่สามารถซึมผ่านวัสดุหนึ่ง ๆ ได้ในช่วงเวลาหนึ่ง”
ค่า OTR (Oxygen Transmission Rate) คืออะไร? ค่า OTR (Oxygen Transmission Rate) คือ อัตราการซึมผ่านของออกซิเจนผ่านวัสดุ ภายใต้สภาวะอุณหภูมิและความชื้นสัมพัทธ์ที่กำหนด ซึ่งใช้เป็นตัวชี้วัดความสามารถของวัสดุในการ ป้องกันก๊าซออกซิเจน (O₂ Barrier Property) โดยทั่วไป ค่า OTR มักแสดงในหน่วย cc/m²·day·atm ซึ่งหมายถึง ปริมาณก๊าซออกซิเจน (ลูกบาศก์เซนติเมตร) ที่ซึมผ่านวัสดุขนาด 1 ตารางเมตร ภายในระยะเวลา 1 วัน ที่ความดันบรรยากาศ 1 atm
ค่าอัตราการผ่านของออกซิเจน (OTR) เป็นหนึ่งในปัจจัยสำคัญที่สุดที่ต้องพิจารณา เป็นตัวบ่งบอกประสิทธิภาพของถุงในการปิดกั้นออกซิเจน ถุงจะปิดผนึกได้สนิทเมื่อค่า OTR ต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ คุณเห็นหรือไม่ว่าทำไมความหนาจึงไม่ได้หมายความว่าจะป้องกันผลกระทบที่เป็นอันตรายจากสภาพอากาศได้เสมอไป ค่า WVTR (Water Vapor Transmission Rate) คืออะไร? g/m²/day — หมายถึง กรัมของไอน้ำที่ซึมผ่านพื้นที่ 1 ตารางเมตรของวัสดุ ภายในเวลา 24 ชั่วโมง (กรัมต่อตารางเมตรต่อวัน) ค่าดังกล่าวเป็นตัวบ่งชี้สำคัญถึง สมบัติในการป้องกันความชื้น (Moisture Barrier Property) ซึ่งนิยมใช้ในการออกแบบบรรจุภัณฑ์อาหาร ยา หรือวัสดุอื่น ๆ ที่ต้องมีการควบคุมความชื้น เพื่อรักษาคุณภาพและความปลอดภัยของของวัสดุ
ยิ่งค่าของ WVTR ต่ำ หมายความว่าวัสดุนั้นสามารถป้องกันการซึมผ่านของไอน้ำได้ดี ซึ่งเป็นลักษณะของวัสดุที่มีคุณสมบัติ “Moisture Barrier สูง”
ความจำเป็นในการทดสอบ WVTR การวัด WVTR อย่างแม่นยำในวัสดุที่ไม่ทอเป็นสิ่งสำคัญด้วยเหตุผลหลายประการ:การพัฒนาผลิตภัณฑ์และการควบคุมคุณภาพ: การทดสอบ WVTR ช่วยให้ผู้ผลิตสามารถปรับปรุงคุณสมบัติของวัสดุให้เหมาะสมที่สุด เพื่อให้มั่นใจว่าผลิตภัณฑ์เป็นไปตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพที่เฉพาะเจาะจง นอกจากนี้ยังช่วยอำนวยความสะดวกในการควบคุมคุณภาพ และ ค่า OTR และ ค่า WVTR มักถูกพูดถึง “คู่กัน” เสมอ โดยเฉพาะในวงการ วัสดุบรรจุภัณฑ์ (Packaging Materials) และ ฟิล์มกั้นก๊าซ (Barrier Films) ค่า OTR และ WVTR คืออะไร ในอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์ ค่าที่ใช้ประเมิน “ความสามารถในการป้องกันการซึมผ่านของก๊าซและไอน้ำ” ของวัสดุ คือ - OTR (Oxygen Transmission Rate) — อัตราการซึมผ่านของออกซิเจน - WVTR (Water Vapor Transmission Rate) — อัตราการซึมผ่านของไอน้ำ
และในทั้งสองค่าชี้วัด สมบัติการกั้น (Barrier Property) ของวัสดุ เช่น ฟิล์ม พลาสติก หรือชั้นเคลือบต่าง ๆ ซึ่งเป็นคุณสมบัติสำคัญของวัสดุบรรจุภัณฑ์ทุกชนิด
หลักการทำงานของการวัด WVTR การวัด WVTR จะใช้เครื่องมือเฉพาะ เช่น Water Vapor Permeation Analyzer โดยอาศัยหลักการว่า เมื่อมีความแตกต่างของความชื้นสัมพัทธ์ (Relative Humidity) ระหว่างสองด้านของวัสดุ — จะเกิดการซึมผ่านของไอน้ำจากด้านที่มีความชื้นสูง ไปยังด้านที่มีความชื้นต่ำ เครื่องวัดจะตรวจจับและคำนวณ ปริมาณไอน้ำที่ซึมผ่านต่อหน่วยพื้นที่ต่อเวลา ได้อย่างแม่นยำ การซึมผ่านของไอน้ำในวัสดุเป็นกระบวนการแบบ diffusion process ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อมีความแตกต่างของความดันไอน้ำ (Vapor Pressure Difference) ระหว่างสองด้านของวัสดุ
ตัวอย่างวิดีโอเครื่องวัดอัตราการซึมผ่านของไอน้ำ WVTR, OTR, CO2TR จากประเทศอิตาลี การทำงานแม่นยำกับระบบ Automatic
มาตรฐานการวัดค่า WVTR การวัดค่า WVTR ทำได้หลายวิธีตามมาตรฐานสากล โดยแต่ละวิธีจะให้ความแม่นยำที่แตกต่างกันตามประเภทของวัสดุ วิธีการทดสอบมาตรฐาน การวัดอัตราการซึมผ่านของไอน้ำมีหลายมาตรฐานที่ใช้ในระดับสากล เช่น - ASTM E96 – Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of Materials - ASTM F1249 – (modulated infrared sensor method) สำหรับฟิล์มบาง
- ISO 15106 Series – มาตรฐานสากลสำหรับการทดสอบการซึมผ่านของไอน้ำในวัสดุบรรจุภัณฑ์
กระบวนการนี้แบ่งได้เป็น 3 ขั้นตอนหลักคือ 1. การดูดซับ (Sorption): ไอน้ำจากบรรยากาศจะถูกดูดซับเข้าสู่พื้นผิวของวัสดุด้านที่มีความชื้นสูง 2. การแพร่ผ่าน (Diffusion): โมเลกุลของไอน้ำจะเคลื่อนที่ผ่านช่องว่างในโครงสร้างของวัสดุ (เช่น ช่องระหว่างโมเลกุลพอลิเมอร์) 3. การคายออก (Desorption): ไอน้ำจะระเหยออกจากพื้นผิวอีกด้านหนึ่งของวัสดุที่มีความชื้นต่ำกว่า
ปัจจัยที่มีผลต่อค่า WVTR ค่าการซึมผ่านของไอน้ำไม่ได้ขึ้นอยู่กับวัสดุเพียงอย่างเดียว แต่ยังมีหลายปัจจัยร่วมด้วย เช่น
ค่ามาตรฐาน WVTR ตัวอย่างของวัสดุทั่วไป
อัตราการซึมผ่านของไอน้ำ (WVTR) เป็นตัวชี้วัดสำคัญที่สะท้อนถึงความสามารถของวัสดุในการป้องกันความชื้น วัสดุที่มีค่า WVTR ต่ำจะช่วยยืดอายุสินค้าและรักษาคุณภาพได้ดีกว่า โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมที่ต้องควบคุมความชื้นอย่างเข้มงวด เช่น อาหาร ยา และอิเล็กทรอนิกส์ ดังนั้น การเลือกใช้วัสดุโดยอ้างอิงค่าของ WVTR จึงเป็นกระบวนการสำคัญในการออกแบบบรรจุภัณฑ์และระบบป้องกันความชื้นที่มีประสิทธิภาพสูงสุด |
