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。若不及時更換，玻璃腔內(nèi)水汽反復(fù)冷凝與蒸發(fā)，會加速散熱影響保溫，造成更嚴(yán)重的能源浪費(fèi)，過多的水汽還會阻礙視線。如果全國大多數(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)重拖累國家節(jié)能戰(zhàn)略。因此，為減少浪費(fèi)、實現(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發(fā)生變化的，另一種是吸濕后外觀物理性狀不會發(fā)生變化的。
- 吸濕后外觀物理性狀會發(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，吸潮飽和后外觀會發(fā)生變化。
- 吸濕后外觀物理性狀不會發(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發(fā)生變化。
下表（表1）是各種常見干燥劑的特征對比：
| 類型 | 物理性狀會發(fā)生變化 | 物理性狀不會發(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、擴(kuò)散的現(xiàn)象。外觀物理形狀會發(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。對于中空玻璃來說這種干燥劑就會慢慢的擴(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中空玻璃鋁條與密封膠，或者是對玻璃表面會產(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，同時鋁表面微量離子的出現(xiàn)還會催化其氧化進(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。從另一個方面講，由于酸、堿或鹽類干燥劑對密封膠的持續(xù)接觸，也會加速中空玻璃密封膠老化。
綜上所述，物理性狀會發(fā)生變化的干燥劑有兩個致命的缺點：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，此類干燥劑是絕對不能使用在中空玻璃中的。
排除掉“吸濕后外觀物理性狀會發(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，我們就需要了解干燥劑的另一個特性——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，簡單形象的描述就是：干燥劑把環(huán)境吸得“超級干”的能力。普通干燥劑會吸很多濕氣，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潮濕時，它就吸不動了，能力達(dá)不到了，雖然能把環(huán)境吸干，但是達(dá)不到超級干的程度。有深度干燥能力的干燥劑：像一個有強(qiáng)迫癥的超級海綿，它不僅能把水汽吸干，還會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，不同相對濕度下的平衡吸附量。
如上圖，在相對濕度很低的情況下，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，因為目前中空玻璃普遍認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)是測試干燥劑在25℃時相對濕度為10%的空氣環(huán)境下的吸附能力，此時空氣中的絕對濕度用露點表示為-8℃。也就是說，對中空玻璃干燥劑的考察標(biāo)準(zhǔn)，就是考察它保持露點低于-8℃的能力。這樣就對干燥劑要求的標(biāo)準(zhǔn)比較合理，因為我們國家一年中大部分時間氣溫是在零下八度以上，合格的中空玻璃在-8℃以上時是不會結(jié)露的。從圖中可以看到，在相對濕度是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，分子篩對露點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 的時候，分子篩可以吸附到自身重量的17%，當(dāng)達(dá)到1000ppm的時候，分子篩干燥劑的平衡吸附容量趨向于飽和值。此時空氣中的露點約為-40°C。
從理論上講，分子篩對水分子的親和力非常強(qiáng)，只有在相對濕度非常低的情況下，才會對分子篩的吸附量產(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，用一般的露點測試儀是測不到中空玻璃的露點的，而且在正常使用的十幾年內(nèi)都測不到露點。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壽命（1m*1m 雙道密封中空玻璃內(nèi)裝100g分子篩時的壽命：）。
| 露點（°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） | 中空玻璃露點壽命（插角式） | 中空玻璃露點壽命（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露點的時間是48年，如果按照-10℃的露點標(biāo)準(zhǔn)計算，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，那么哪種型號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)格型號不同，其通道大小也不同。對中空玻璃來講，因為他要求吸收水分，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)?、氧氣、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分子篩每克會小于0.5ml，4A分子篩吸進(jìn)去的氮?dú)庠诔貤l件下對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時約可以放出700ml以上的氣體，而3A分子篩的放出量會低于50ml。
在加工中空玻璃時，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，分子篩會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，分子篩會將分子篩內(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，玻璃會不斷地承受向內(nèi)向外的壓力。這種有時向內(nèi)有時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，對其來自內(nèi)部氣壓的密封能力相當(dāng)有限。玻璃隨時會密封失效。經(jīng)驗顯示：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被廣泛采用時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型分子篩的時間不長，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。因為硅膠也有著良好的有機(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。
