中空玻璃作為節(jié)能門窗的必選玻璃，其使用壽命日益受到公眾關(guān)注。目前行業(yè)最突出的問題是，市場(chǎng)上超過80%的中空玻璃使用壽命過短，平均不到十年，多數(shù)在七、八年后便需更換。若不及時(shí)更換，玻璃腔內(nèi)水汽反復(fù)冷凝與蒸發(fā)，會(huì)加速散熱影響保溫，造成更嚴(yán)重的能源浪費(fèi)，過多的水汽還會(huì)阻礙視線。如果全國(guó)大多數(shù)建筑的門窗每隔七、八年就需更換一次中空玻璃，隨著其普及，每年更換費(fèi)用將高達(dá)上百億元，這類浪費(fèi)將嚴(yán)重拖累國(guó)家節(jié)能戰(zhàn)略。因此，為減少浪費(fèi)、實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)并保護(hù)消費(fèi)者權(quán)益，有必要分析一下影響中空玻璃壽命的多種因素，特別是干燥劑——它作為核心輔材，對(duì)壽命起著主導(dǎo)作用。本文也將側(cè)重講述中空玻璃為什么要使用干燥劑，以及中空玻璃中為什么只能選用3A分子篩干燥劑。
影響中空玻璃壽命的三大要素：
- 合格的中空玻璃干燥劑;
- 合格的中空玻璃密封膠;
- 正確的加工方法。
在這三者中，干燥劑直接關(guān)系到節(jié)能效果，它通過保持中空玻璃內(nèi)部的空氣干燥使中空玻璃實(shí)現(xiàn)透明與保溫；密封膠的作用則是保護(hù)干燥劑，減少其從外部環(huán)境中吸濕；正確的加工方法可減輕干燥劑的吸濕負(fù)擔(dān)與密封膠的密封壓力，充分保障前面兩者的作用，從而延長(zhǎng)中空玻璃整體壽命。
那么，中空玻璃應(yīng)選用什么樣的干燥劑？簡(jiǎn)而言之，應(yīng)選用物理和化學(xué)性質(zhì)均穩(wěn)定、且具備深度吸附能力的干燥劑。
干燥劑的種類：
常見的干燥劑大體分為大致分兩種類型：一種是吸濕后外觀物理性狀會(huì)發(fā)生變化的，另一種是吸濕后外觀物理性狀不會(huì)發(fā)生變化的。
- 吸濕后外觀物理性狀會(huì)發(fā)生變化的干燥劑，一般是化學(xué)反應(yīng)類干燥劑，其吸濕過程中反應(yīng)形成的生成物一般帶有一定的腐蝕性，它們吸水后會(huì)形成強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、或形成鹽類結(jié)晶或者是溶液，吸潮飽和后外觀會(huì)發(fā)生變化。
- 吸濕后外觀物理性狀不會(huì)發(fā)生變化的干燥劑，一般是物理吸附類干燥劑，其吸濕過程中不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不生成新的反應(yīng)物，吸潮飽和后外觀不會(huì)發(fā)生變化。
下表（表1）是各種常見干燥劑的特征對(duì)比：
| 類型 | 物理性狀會(huì)發(fā)生變化 | 物理性狀不會(huì)發(fā)生變化 | |||||
| 名稱 | 生石灰 | 氯化鈣 | 五氧化二磷 | 硅膠 | 活性氧化鋁 | 燒結(jié)粘土 | 球形分子篩 |
| 遷移特征 | 遷移 | 遷移 | 遷移 | 不遷移 | 不遷移 | 不遷移 | 不遷移 |
| 腐蝕特征 | 強(qiáng) | 強(qiáng) | 極強(qiáng) | 無 | 無 | 無 | 無 |
| 結(jié)晶特征 | 顆粒 | 脆性結(jié)晶 | 脆性結(jié)晶 | 無 | 無 | 無 | 無 |
| 深度干燥能力 | 中 | 中 | 強(qiáng) | 中 | 中 | 弱 | 強(qiáng) |
干燥劑遷移特征：
簡(jiǎn)單來說，遷移指的是：干燥劑”粉化”后，在中空玻璃空腔內(nèi)移動(dòng)、擴(kuò)散的現(xiàn)象。外觀物理形狀會(huì)發(fā)生變化的這類干燥劑，在吸水以后通常是體積增大，形成結(jié)晶（各類干燥劑的結(jié)晶特性，參見表1）或大分子，干燥劑離子或分子之間距離拉大，當(dāng)環(huán)境溫度升高使一部分水份失去后，干燥劑離子或分子之間距離不可能再恢復(fù)到原來的距離。從宏觀上看，會(huì)使成型后的干燥劑破碎或掉皮，隨著環(huán)境溫度的一次次周期性變化，水份在干燥劑內(nèi)反復(fù)結(jié)晶與失水，結(jié)果是干燥劑不斷的脫落、擴(kuò)散，形成了干燥劑的一次又一次遷移、破碎。對(duì)于中空玻璃來說這種干燥劑就會(huì)慢慢的擴(kuò)散到鋁條上，或是穿過鋁條氣孔，擴(kuò)散到密封膠的表面上或玻璃表面上。在這種情況下，具有腐蝕作用的干燥劑對(duì)中空玻璃鋁條與密封膠，或者是對(duì)玻璃表面會(huì)產(chǎn)生極大的腐蝕作用（各類干燥劑的腐蝕特性，參見表1）。
其腐蝕原理：鋁是兩性金屬，既能與酸反應(yīng)，又能與堿反應(yīng)，其氧化物也是如此，同時(shí)鋁表面微量離子的出現(xiàn)還會(huì)催化其氧化進(jìn)程。雖然這種催化作用進(jìn)展緩慢，但是，微量水分中的極高的離子濃度，會(huì)不可逆轉(zhuǎn)的導(dǎo)致鋁表面氧化膜的破壞。
例如：選用的干燥劑是氯化鈣，將會(huì)有如下電離反應(yīng)發(fā)生：
2H2O+CaCl2=2H++2OH–+Ca2++2Cl–（1）
鋁間隔條的氧化保護(hù)膜被破壞的過程如下：
3H++Al2O3=3H2O+Al3+（2）
Al3++3OH–=Al(OH)3（3）
氧化膜被破壞后，游離離子的存在為金屬鋁的氧化提供了得天獨(dú)厚的條件，于是有：
2Al+6OH–=2Al(OH)3+6e（4）
6H++3O2=6OH–-6e（5）
即有：
2Al+6OH–+6H++3O2=2Al(OH)3（6）
這樣，隨著時(shí)間的推移，鋁條表面的氧化膜就被徹底破壞，新的致密氧化保護(hù)膜由于有離子的存在而無法形成，這樣鋁條就會(huì)慢慢被腐蝕，形成鹽漬，最后形成縫隙與空洞，導(dǎo)致中空玻璃失效。鋁為兩性金屬，無論干燥劑具備的是堿性還是酸性特征，它都可以與之反應(yīng)而被腐蝕掉。如：生石灰干燥劑（氧化鈣）吸水后形成氫氧化鈣，五氧化二磷吸水后形成焦磷酸。從另一個(gè)方面講，由于酸、堿或鹽類干燥劑對(duì)密封膠的持續(xù)接觸，也會(huì)加速中空玻璃密封膠老化。
綜上所述，物理性狀會(huì)發(fā)生變化的干燥劑有兩個(gè)致命的缺點(diǎn)：一是因遷移作用而造成的干燥劑的破碎與粉化; 二是隨著時(shí)間的推移而產(chǎn)生的不斷增強(qiáng)的腐蝕作用。所以，此類干燥劑是絕對(duì)不能使用在中空玻璃中的。
排除掉“吸濕后外觀物理性狀會(huì)發(fā)生變化的干燥劑”，那么就只能在“吸濕后外觀物理性狀不會(huì)發(fā)生變化的干燥劑”中選用適用于中空玻璃的干燥劑了。那么如何確認(rèn)此類干燥劑中的哪種最適合呢？此時(shí)，我們就需要了解干燥劑的另一個(gè)特性——深度干燥能力。（參見：表1）
干燥劑的深度干燥能力：
深度干燥能力，簡(jiǎn)單形象的描述就是：干燥劑把環(huán)境吸得“超級(jí)干”的能力。普通干燥劑會(huì)吸很多濕氣，但在低濕環(huán)境下就喪失了吸潮能力。當(dāng)空氣中吸到還剩最后一點(diǎn)潮濕時(shí)，它就吸不動(dòng)了，能力達(dá)不到了，雖然能把環(huán)境吸干，但是達(dá)不到超級(jí)干的程度。有深度干燥能力的干燥劑：像一個(gè)有強(qiáng)迫癥的超級(jí)海綿，它不僅能把水汽吸干，還會(huì)拼命地把最后一絲潮氣都揪出來吸掉，即使是在低濕環(huán)境下，它仍然能把環(huán)境吸到“極度干燥”的程度。
圖1: 幾種干燥劑在25°C時(shí)，不同相對(duì)濕度下的平衡吸附量。
如上圖，在相對(duì)濕度很低的情況下，分子篩的平均吸附能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于硅膠干燥劑與氧化鋁干燥劑，因?yàn)槟壳爸锌詹Ａ毡檎J(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)是測(cè)試干燥劑在25℃時(shí)相對(duì)濕度為10%的空氣環(huán)境下的吸附能力，此時(shí)空氣中的絕對(duì)濕度用露點(diǎn)表示為-8℃。也就是說，對(duì)中空玻璃干燥劑的考察標(biāo)準(zhǔn)，就是考察它保持露點(diǎn)低于-8℃的能力。這樣就對(duì)干燥劑要求的標(biāo)準(zhǔn)比較合理，因?yàn)槲覀儑?guó)家一年中大部分時(shí)間氣溫是在零下八度以上，合格的中空玻璃在-8℃以上時(shí)是不會(huì)結(jié)露的。從圖中可以看到，在相對(duì)濕度是10%的條件下，分子篩干燥劑的吸附量是硅膠干燥劑或氧化鋁干燥劑的4倍左右，(燒結(jié)粘土類干燥劑由于其深度吸附能力特別低，我們就不做討論了)。從圖1中，我們就可以確定只有分子篩才有作為中空玻璃干燥劑的資格。
那么，分子篩對(duì)露點(diǎn)的控制力到底如何呢?
見圖2:
此圖數(shù)據(jù)來自于純凈分子篩原料在相對(duì)濕度極低情況下的吸附容量，市面上的3A分子篩經(jīng)過離子交換與成型處理，其實(shí)際吸附量值為圖中數(shù)值的65%左右，圖中顯示，當(dāng)空氣中的含水量達(dá)到1ppm的時(shí)候，分子篩干燥劑仍然可以吸附到自身重量5%的水分，當(dāng)達(dá)到100ppm 的時(shí)候，分子篩可以吸附到自身重量的17%，當(dāng)達(dá)到1000ppm的時(shí)候，分子篩干燥劑的平衡吸附容量趨向于飽和值。此時(shí)空氣中的露點(diǎn)約為-40°C。
從理論上講，分子篩對(duì)水分子的親和力非常強(qiáng)，只有在相對(duì)濕度非常低的情況下，才會(huì)對(duì)分子篩的吸附量產(chǎn)生明顯的影響。也就是說，分子篩保持低露點(diǎn)的能力非常的強(qiáng)大，正常的中空玻璃裝上分子篩后，用一般的露點(diǎn)測(cè)試儀是測(cè)不到中空玻璃的露點(diǎn)的，而且在正常使用的十幾年內(nèi)都測(cè)不到露點(diǎn)。所以，分子篩是中空玻璃干燥劑的必選產(chǎn)品。
中空玻璃采用分子篩干燥劑的壽命：
表2:裝有分子篩的中空玻璃的露點(diǎn)壽命（1m*1m 雙道密封中空玻璃內(nèi)裝100g分子篩時(shí)的壽命：）。
| 露點(diǎn)（°C） | 100g分子篩不同濕度下的平衡吸附量 | 中空玻璃年透水率（插角式） | 中空玻璃年透水率（彎角式） | 中空玻璃露點(diǎn)壽命（插角式） | 中空玻璃露點(diǎn)壽命（彎角式） |
| -40 | 13g | 0.8g | 0.27g | 16.25年 | 48年 |
| -10 | 16g | 0.8g | 0.27g | 20年 | 59年 |
| 5 | 18g | 0.8g | 0.27g | 22.5年 | 67年 |
根據(jù)上表（表2）分析的數(shù)據(jù)，彎角式中空玻璃內(nèi)裝分子篩干燥劑保持-40°C露點(diǎn)的時(shí)間是48年，如果按照-10℃的露點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，彎角式中空玻璃的使用壽命達(dá)到50年是沒有問題的。
什么型號(hào)的分子篩干燥劑適用于中空玻璃？
根據(jù)圖1和表1數(shù)據(jù)，3A分子篩、4A分子篩在各方面都能滿足中空玻璃需求。除此之外，分子篩還有5A、13X等型號(hào)，那么哪種型號(hào)的分子篩才最適合用于中空玻璃呢？
分子篩的種類很多，并不是所有的分子篩都適合中空玻璃，實(shí)踐證明只有不吸附空氣的3A型分子篩干燥劑才適合于中空玻璃。由于分子篩是一種網(wǎng)狀的結(jié)晶硅鋁酸鹽，它的孔道非常均勻，其孔道的大小正好適合小分子物質(zhì)通過，由于分子篩的規(guī)格型號(hào)不同，其通道大小也不同。對(duì)中空玻璃來講，因?yàn)樗笪账?，所以進(jìn)入它的孔道的，只能是水分子，而不能讓空氣中的其它分子通過。水分子為2.8埃(1微米=10000埃)，空氣中的氮?dú)狻⒀鯕?、氬氣?埃左右，目前只有3A型分子篩最合適，其他任何類型的分子篩均不適合，4A型的分子篩孔道為4.3埃，所以4A型的分子篩除了吸收空氣中的水分子外還會(huì)吸收空氣中的氮?dú)馀c氧氣。
4A分子篩的吸氣量為每克7ml左右，3A分子篩每克會(huì)小于0.5ml，4A分子篩吸進(jìn)去的氮?dú)庠诔貤l件下對(duì)溫度的微小變化非常敏感。例如，250ml的4A分子篩，在溫度由常溫上升到70°C時(shí)約可以放出700ml以上的氣體，而3A分子篩的放出量會(huì)低于50ml。
在加工中空玻璃時(shí)，我們一般是在室溫條件下裝填分子篩。如果分子篩是4A型的，當(dāng)溫度降低時(shí)，分子篩會(huì)將大量的中空玻璃腔內(nèi)的空氣吸附，導(dǎo)致玻璃內(nèi)壓力降低。相反當(dāng)溫度升高時(shí)，分子篩會(huì)將分子篩內(nèi)部已經(jīng)吸附的空氣大量的釋放，使玻璃內(nèi)壓力上升。裝有4A分子篩的中空玻璃合片以后，由于晝夜更迭與季節(jié)交替，4A型分子篩因溫度變化而吸氣放氣，就像呼吸一樣，玻璃會(huì)不斷地承受向內(nèi)向外的壓力。這種有時(shí)向內(nèi)有時(shí)向外的壓力大大縮減了中空玻璃的使用壽命，特別是那種隱框玻璃，兩片玻璃之間完全靠密封膠的粘合力，對(duì)其來自內(nèi)部氣壓的密封能力相當(dāng)有限。玻璃隨時(shí)會(huì)密封失效。經(jīng)驗(yàn)顯示：用了4A分子篩的中空玻璃，其使用壽命只有3A分子篩的四分之一，更危險(xiǎn)的是，如果使用的4A分子篩較多，中空玻璃過薄或沒有鋼化，玻璃有可能突然爆炸破碎，或玻璃整片掉下。如果這種玻璃安裝在高層建筑上，就極可能發(fā)生重大的傷亡事故，后果非?？膳?。
中空玻璃干燥劑的發(fā)展歷史：
中空玻璃早期在美國(guó)被廣泛采用時(shí)所用的干燥劑并不是分子篩干燥劑，而是硅膠干燥劑，后來發(fā)現(xiàn)硅膠干燥劑在寒冷地區(qū)會(huì)出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，壽命較短，所以后來在19世紀(jì)60年代采用4A型用分子篩。采用4A型分子篩的時(shí)間不長(zhǎng)，就很快發(fā)現(xiàn)了4A分子篩存在的問題。經(jīng)過改進(jìn)，便使用3A與13X分子篩混合品。用13X分子篩的目的就是為了吸附中空玻璃中的有機(jī)物，13X雖然用量少，但是仍然有呼吸作用。因?yàn)楣枘z也有著良好的有機(jī)物吸附能力，但沒有呼吸作用，所以就改為3A分子篩與硅膠干燥劑的混合物，用來吸附水與有機(jī)揮發(fā)物。隨著制膠工藝的改進(jìn)，有機(jī)揮發(fā)物越來越少，同時(shí)大家發(fā)現(xiàn)做為分子篩原粉粘合劑的凹凸棒土，同樣有著優(yōu)良的有機(jī)物吸附作用，所以分子篩中就不再摻合硅膠干燥劑，而是分子篩與凹凸棒土的混合物。
