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常见中空玻璃用干燥剂及优劣分析

作者:admin 时间:2021-06-30 阅读量:

随着近几年房地产行业的高速发展,高楼大厦拔地而起,用于玻璃幕墙、住宅门窗的中空玻璃日益增长,建筑玻璃行业也得到前所未有的发展。与此同时,玻璃深加工行业头部企业顺应市场变化,也在不断扩张投产。

  依据国家标准《中空玻璃》(GB/T1194-2012),中空玻璃的使用寿命与边部材料(如间隔条、干燥剂、密封胶)的质量和中空玻璃的制作工艺有直接关系。间隔条、干燥剂、密封胶与玻璃形成了中空玻璃的边部密封系统,决定了中空玻璃的使用寿命。合格的中空玻璃预计使用寿命至少15年。

  但目前,市场上存在一部分不合格的中空玻璃产品,使用寿命太短,甚至不超过七、八年。一旦中空玻璃失效,就需要花费更庞大的资金进行玻璃更换,造成巨大的国家资源浪费。而干燥剂作为中空玻璃边部密封系统的核心材料之一,主要用来保持中空玻璃内部空气层的干燥,避免中空玻璃内部出现结雾,对中空玻璃寿命有着重要作用。

  依据行业标准《中空玻璃用干燥剂》(JC/T2072-2011),根据材料和生产工艺的不同,中空玻璃用干燥剂分为两类:A类干燥剂(3A分子筛),B类干燥剂(以凹凸棒土为主体的球形干燥材料)。

  1、干燥剂对于中空玻璃的强大作用

  中空玻璃内的干燥剂不仅可以吸附中空玻璃中的水分和残留有机物,使得中空玻璃在-60℃以下也不会结雾,还能平衡因季节或昼夜温差巨大变化的内外压力差,延长中空玻璃的使用寿命。目前上墙之后中空玻璃的失效问题,95%以上是由于结雾引起的,中空玻璃一旦结雾,意味着边部密封系统失效,进而导致Low-E膜层被氧化,外观颜色、节能性能等功能失效。

  干燥剂通过对中空玻璃内部密封空气层的深度干燥作用来实现其功能:(1)吸附中空玻璃密封腔内空气中的水分;(2)吸附后期通过密封胶向中空玻璃内部不断渗透的水分;(3)与其它特种分子筛联合使用,吸附中空玻璃密封胶所释放的挥发物质。

  中空玻璃结雾与密封胶和干燥剂也有直接的关系:(1)密封胶主要阻止外界空气中的水分向中空玻璃内扩散,干燥剂的功能是吸附通过密封胶向玻璃内扩散的水分;(2)如果密封胶的密封作用失效,干燥剂吸附饱和后,中空玻璃会很快出现结雾,功能失效;(3)同时,再好的密封胶也不能完全阻止水分渗透,如果不使用干燥剂或者使用质量较差的干燥剂,随着使用时间的延长,中空玻璃也会很快结雾。

  2、中空玻璃对干燥剂要求非常严格

  在日常生活和工业制造中,常用的干燥剂有氯化钙、硅胶、粘土干燥剂(蒙脱石)、分子筛、矿物干燥剂(凹凸棒土)以及复合型干燥剂等。

  而作为中空玻璃干燥剂要求比较严格:(1)超低的成品含水量,能保证干燥剂具有较强的吸水性能;(2)超强的深度吸附能力,能保证玻璃夹层内的水分被充分吸收;(3)超低的落粉度,保证中空玻璃的美观透光性能;(4)超低的氮气吸附能力,保证中空玻璃在不同的温度变化条件下,不发生玻璃凹凸变形;(5)合格的堆积密度,保证干燥剂的灌装使用量控制在最经济、最合理的范围之内;(6)合理的酸碱性,保证中空玻璃间隔条不易被腐蚀,出现盐析等现象;(7)较高的抗压碎强度,减少因强度不够在灌装过程中破碎,形成渣、粉尘,污染玻璃;(8)低静电,保证在机器填充时干燥剂吸附在管道壁上,堵塞管道。


在中空玻璃发展初期,硅胶、粘土矿物等曾被用作中空玻璃干燥剂,由于这类干燥剂不能满足中空玻璃干燥剂的质量要求,很快就被性能优越的3A分子筛所取代。但随着技术进步,生产工艺更环保更节能的凹凸棒土干燥剂在中空玻璃中逐步被推广和使用。

  3、3A型分子筛干燥剂才适用于中空玻璃

  分子筛是一种结晶态铝硅酸盐矿物球粒,由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥键相连而形成分子尺寸大小(通常为0.3~2 nm)的孔道和空腔体系。其孔径与一般分子大小相当,只允许直径比孔径小的分子进入。其孔径大小可通过加工工艺的不同来控制,除了吸附水气,它还可以吸附其它气体。

  按硅铝的比例和结晶结构,可分为A型、X型、Y型分子筛等,如图1所示。按分子筛孔径大小,分为3A分子筛,4A分子筛和5A分子筛。其中,在中空玻璃用分子筛中碰到最多的是3A分子筛。


  其中,3A分子筛的化学式为XK2O・YNa2O・Al2O3・2SiO2・9/2H2O(X+Y=1),有效孔径约为3Å。而4A分子筛的化学式为Na2O·Al2O3·2SiO2·4.5H2O,有效孔径约为4Å。根据表2所示,水分子的半径小于3A分子筛的孔径,可以被3A分子筛吸附。而氧气、氮气的分子半径大于3A分子筛的孔径,不能被3A分子筛吸附。但是,4A分子筛可以吸附水、氧气、氮气,甚至更偏向于吸附极性较大的氮气。


  更致命的是,4A分子筛吸附的氮气对温度变化非常敏感。例如,250ml 4A分子筛从常温上升到70℃时可以放出700ml以上的气体。而3A分子筛的放气量会低于50ml。如作为中空玻璃干燥剂,当外界气温升高,4A分子筛将会释放吸附的氮气和氧气,导致中空玻璃内部压强大于外界气压,中空玻璃将外凸。当外界气温降低时,4A分子筛又重新吸附氮气和氧气,使得外界压强大于中空玻璃内部压强,中空玻璃内凹或者恢复。这种吸气放气的“呼吸现象”,将会大大缩减了中空玻璃的使用寿命,经验显示,使用4A分子筛的中空玻璃,其使用寿命只有3A分子筛的四分之一。

  因此,虽然分子筛的种类很多,理论和实践证明只有不吸附空气的3A型分子筛干燥剂才适用于中空玻璃。在市场上,由于3A型的分子筛是通过4A分子筛经过离子交换, Na+被K+置换而得到的,所以3A型分子筛的价格要高于4A型分子筛,这也导致市场上经常出现4A分子筛冒充3A分子筛的现象。

  4、凹凸棒土干燥剂作为中空玻璃干燥剂的发展及局限

  矿物干燥剂主要采用天然凹凸棒土为主体的干燥剂。凹凸棒土是一种具2:1型层链状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物。其理想分子式为:(Mg,Al,Fe)5Si8O20(HO)2(OH2)4·4H2O,在每个2:1单位结构层中,四面体晶片角顶隔一定距离方向颠倒,形成层链状。在其结构中存在晶格置换,晶体中含有不定量的Na+、Ca2+、Fe3+、Al3+。


  凹凸棒土因其独特的晶体结构以及矿物组成,具有比表面积很高、吸附性能优异、选择性吸附能力强、阳离子交换容量大等特点,是一种非常高效的干燥剂。常见的凹凸棒土原矿石常常含有大量的杂质,这会严重影响凹凸棒土性能的发挥。因此需要经过提纯和改性处理,才能改善和提高凹凸的性能以达到各种使用目的。

  但是作为中空玻璃用的干燥剂,凹凸棒土本身的吸水性能往往无法满足中空玻璃干燥剂的要求。因此,在制备过程中通过添加价格低廉、效果显著的氯化钙,制成凹凸棒和氯化钙混合的复合型干燥剂。两种材料性能互补,即氯化钙弥补了凹凸棒的低吸水性,凹凸棒土也可以凝结氯化钙吸收的水分,防止出现液态水,这种材料目前被很多干燥剂厂家使用。具体的吸水率跟两者混合比例相关,氯化钙越多,吸水率越高,但漏水的风险就更大。

  在这里也必须说明氯化钙类干燥剂对于中空玻璃的危害:

  (1)氯化钙类干燥剂有腐蚀性,其腐蚀性随着吸水的不断增多而增强。

  (2)中空玻璃中氧气对铝条有一定的保护作用,因为氧气与铝条表面反应形成氧化保护膜。而氯化钙中游离出来的氯根离子对铝条却有较强的腐蚀作用。

  (3)氯化钙类干燥剂可以轻易破坏丁基胶,造成丁基胶挥发,挥发物在玻璃表面上形成彩虹现象,同时破坏了中空玻璃的边部密封系统。

  (4)粘土载氯化钙类干燥剂还有一定的粉化迁移作用。在迁移过程中不断的粉化,从中空玻璃铝条的小孔当中渗出,对中空玻璃有腐蚀性,并污浊中空玻璃,破坏美观性。

  因此,在市场上不免出现了对负载氯化钙的凹凸棒干燥剂的担忧和争议。河南、江苏、山东、山西、福建、辽宁等地有关建筑外窗的工程技术规范或建设领域产品推广目录中也出现“禁止使用氯化钙干燥剂”、“不应使用氯化钙、氧化钙类干燥剂”等字眼。

  另一方面,由于凹凸棒土本身粘度很高,高温烧结后强度高,基本上没有粉尘,这对于中空玻璃保持内部干净美观非常重要。相应的,由于制造分子筛所用原粉基本上没有粘度,烧结过程中不仅产生大量能耗,还很容易产生粉尘,对人体、环境造成一定危害。

  在国家倡导绿色节能,保护环境的政策下,结合凹凸棒的特性、环保及节能降耗的特点,凹凸棒在中空玻璃干燥剂的运用具有广阔前景。但是,目前对中空玻璃用凹凸棒土干燥剂的规范要求较少。特别是大众关注的氯化钙含量问题缺少相应的明确要求,导致行业内凹凸棒土干燥剂的质量参差不齐,从而使得下游在使用过程中存在担忧和顾虑。

  在凹凸棒土干燥剂在中空玻璃使用的发展过程中,一方面需要通过提高凹凸棒土纯度、结构改性等方法提高吸水性,控制氯化钙含量;另一方面需要要寻找更合适的盐类吸水剂(例如硫酸镁、硫酸钠等)替代氯化钙,消除大众对氯化钙危害的担忧。

  5、未来中空玻璃干燥剂的发展趋势

  虽然分子筛种类较多,在玻璃深加工行业中用于中空玻璃的干燥剂仍然以3A分子筛为主,凹凸棒土干燥剂为辅。3A分子筛面临的问题是4A分子筛的以次充好,而凹凸棒土分子筛面临的问题是添加剂氯化钙的使用及含量规范。相信在未来,相应的政策和标准出台之后,中空玻璃用干燥剂的市场可以得到规范和整顿。同时,随着行业的发展、技术的成熟、标准的规范,新型干燥剂也将会不断地开发并应用于中空玻璃。