寶泰隔熱條小課堂—【大家文賞】常見中空玻璃用干燥劑及優劣分析

隨著近幾年房地產行業的高速發展，高樓大廈拔地而起，用于玻璃幕墻、住宅門窗的中空玻璃日益增長，建筑玻璃行業也得到前所未有的發展。與此同時，玻璃深加工行業頭部企業順應市場變化，也在不斷擴張投產。

依據國家標準《中空玻璃》(GB/T1194-2012)，中空玻璃的使用壽命與邊部材料（如間隔條、干燥劑、密封膠）的質量和中空玻璃的制作工藝有直接關系。間隔條、干燥劑、密封膠與玻璃形成了中空玻璃的邊部密封系統，決定了中空玻璃的使用壽命。合格的中空玻璃預計使用壽命至少15年。

但目前市場上存在一部分不合格的中空玻璃產品，使用壽命太短，甚至不超過七八年。一旦中空玻璃失效，就需要花費更龐大的資金進行玻璃更換，造成巨大的國家資源浪費。而干燥劑作為中空玻璃邊部密封系統的核心材料之一，主要用來保持中空玻璃內部空氣層的干燥，避免中空玻璃內部出現結霧，對中空玻璃壽命有著重要作用。

依據行業標準《中空玻璃用干燥劑》(JC/T2072-2011)，根據材料和生產工藝的不同，中空玻璃用干燥劑分為兩類：A類干燥劑（3A分子篩），B類干燥劑（以凹凸棒土為主體的球形干燥材料）。

1 干燥劑對于中空玻璃的強大作用

中空玻璃內的干燥劑不僅可以吸附中空玻璃中的水分和殘留有機物，使得中空玻璃在-60℃以下也不會結霧，還能平衡因季節或晝夜溫差巨大變化的內外壓力差，延長中空玻璃的使用壽命。目前上墻之后中空玻璃的失效問題，95%以上是由于結霧引起的，中空玻璃一旦結霧，意味著邊部密封系統失效，進而導致Low-E膜層被氧化，外觀顏色、節能性能等功能失效。

干燥劑通過對中空玻璃內部密封空氣層的深度干燥作用來實現其功能：

（1）吸附中空玻璃密封腔內空氣中的水分；

（2）吸附后期通過密封膠向中空玻璃內部不斷滲透的水分；

（3）與其它特種分子篩聯合使用，吸附中空玻璃密封膠所釋放的揮發物質。

中空玻璃結霧與密封膠和干燥劑也有直接的關系：

（1）密封膠主要阻止外界空氣中的水分向中空玻璃內擴散，干燥劑的功能是吸附通過密封膠向玻璃內擴散的水分；

（2）如果密封膠的密封作用失效，干燥劑吸附飽和后，中空玻璃會很快出現結霧，功能失效；

（3）同時，再好的密封膠也不能完全阻止水分滲透，如果不使用干燥劑或者使用質量較差的干燥劑，隨著使用時間的延長，中空玻璃也會很快結霧。

2 中空玻璃對干燥劑要求非常嚴格

在日常生活和工業制造中，常用的干燥劑有氯化鈣、硅膠、粘土干燥劑（蒙脫石）、分子篩、礦物干燥劑（凹凸棒土）及復合型干燥劑等。

而作為中空玻璃干燥劑要求比較嚴格：

（1）超低的成品含水量，能保證干燥劑具有較強的吸水性能；

（2）超強的深度吸附能力，能保證玻璃夾層內的水分被充分吸收；

（3）超低的落粉度，保證中空玻璃的美觀透光性能；

（4）超低的氮氣吸附能力，保證中空玻璃在不同的溫度變化條件下，不發生玻璃凹凸變形；

（5）合格的堆積密度，保證干燥劑的灌裝使用量控制在最經濟、最合理的范圍之內；

（6）合理的酸堿性，保證中空玻璃間隔條不易被腐蝕，出現鹽析等現象；

（7）較高的抗壓碎強度，減少因強度不夠在灌裝過程中破碎，形成渣、粉塵，污染玻璃；

（8）低靜電，避免在機器填充時干燥劑吸附在管道壁上，堵塞管道。

《中空玻璃用干燥劑》(JC/T 2072-2011)中，對兩類干燥劑的技術指標也有明確要求，如表1所示：

表1 中空玻璃用干燥劑技術要求

在中空玻璃發展初期，硅膠、粘土礦物等曾被用作中空玻璃干燥劑，由于這類干燥劑不能滿足中空玻璃干燥劑的質量要求，很快就被性能優越的3A分子篩所取代。但隨著技術進步，生產工藝更環保更節能的凹凸棒土干燥劑在中空玻璃中逐步被推廣和使用。

3 3A型分子篩干燥劑才適用于中空玻璃

分子篩是一種結晶態鋁硅酸鹽礦物球粒，由硅氧四面體或鋁氧四面體通過氧橋鍵相連而形成分子尺寸大小（通常為0.3nm至2nm）的孔道和空腔體系。其孔徑與一般分子大小相當，只允許直徑比孔徑小的分子進入。其孔徑大小可通過加工工藝的不同來控制，除了吸附水氣，它還可以吸附其他氣體。

按硅鋁的比例和結晶結構，可分為A型、X型、Y型分子篩等，如圖1所示。按分子篩孔徑大小，分為3A分子篩、4A分子篩和5A分子篩。其中，在中空玻璃用分子篩中碰到最多的是3A分子篩。

圖1 A、X和Y型分子篩晶體結構

（a）A型；（b）X型、Y型

其中，3A分子篩的化學式為XK2O?YNa2O?Al2O3?2SiO2?9/2H2O(X+Y=1)，有效孔徑約為3?。而4A分子篩的化學式為Na2O·Al2O3·2SiO2·4.5H2O，有效孔徑約為4?。根據表2所示，水分子的半徑小于3A分子篩的孔徑，可以被3A分子篩吸附。而氧氣、氮氣的分子半徑大于3A分子篩的孔徑，不能被3A分子篩吸附。但是，4A分子篩可以吸附水、氧氣、氮氣，甚至更偏向于吸附極性較大的氮氣。

更致命的是，4A分子篩吸附的氮氣對溫度變化非常敏感。例如，250ml4A分子篩從常溫上升到70℃時可以放出700ml以上的氣體。而3A分子篩的放氣量會低于50ml。如作為中空玻璃干燥劑，當外界氣溫升高，4A分子篩將會釋放吸附的氮氣和氧氣，導致中空玻璃內部壓強大于外界氣壓，中空玻璃將外凸。當外界氣溫降低時，4A分子篩又重新吸附氮氣和氧氣，使得外界壓強大于中空玻璃內部壓強，中空玻璃內凹或者恢復。這種吸氣放氣的“呼吸現象”，將會大大縮減中空玻璃的使用壽命，經驗顯示，使用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。

因此，雖然分子篩的種類很多，理論和實踐證明，只有不吸附空氣的3A型分子篩干燥劑才適用于中空玻璃。在市場上，由于3A型的分子篩是通過4A分子篩經過離子交換，Na+被K+置換而得到的，所以3A型分子篩的價格要高于4A型分子篩，這也導致市場上經常出現4A分子篩經常冒充3A分子篩的現象。

4 凹凸棒中空玻璃干燥劑的發展及局限

礦物干燥劑主要采用天然凹凸棒土為主體的干燥劑。凹凸棒土是一種具2:1型層鏈狀結構的含水富鎂鋁硅酸鹽粘土礦物。其理想分子式為：(Mg，Al，Fe)5Si8O20(HO)2(OH2)4·4H2O，在每個2：1單位結構層中，四面體晶片角頂隔一定距離方向顛倒，形成層鏈狀。在其結構中存在晶格置換，晶體中含有不定量的Na+、Ca2+、Fe3+、Al3+，如圖2所示。

圖2 凹凸棒土的晶體結構圖

凹凸棒土因其獨特的晶體結構及礦物組成，具有比表面積很高、吸附性能優異、選擇性吸附能力強、陽離子交換容量大等特點，是一種非常高效的干燥劑。常見的凹凸棒土原礦石常常含有大量的雜質，這會嚴重影響凹凸棒土性能的發揮。因此需要經過提純和改性處理，才能改善和提高凹凸的性能以達到各種使用目的。

但是作為中空玻璃用的干燥劑，凹凸棒土本身的吸水性能往往無法滿足中空玻璃干燥劑的要求。因此，在制備過程中通過添加價格低廉、效果顯著的氯化鈣，制成凹凸棒土和氯化鈣混合的復合型干燥劑。兩種材料性能互補，即氯化鈣彌補了凹凸棒土的低吸水性，凹凸棒土也可以凝結氯化鈣吸收的水分，防止出現液態水，這種材料目前被很多干燥劑廠家使用。具體的吸水率跟兩者混合比例相關，氯化鈣越多，吸水率越高，但漏水的風險就更大。

在這里也必須說明氯化鈣類干燥劑對于中空玻璃的危害：

（1）氯化鈣類干燥劑有腐蝕性，其腐蝕性隨著吸水的不斷增多而增強。

（2）中空玻璃中氧氣對鋁條有一定的保護作用，因為氧氣與鋁條表面反應形成氧化保護膜。而氯化鈣中游離出來的氯根離子對鋁條卻有較強的腐蝕作用。

（3）氯化鈣類干燥劑可以輕易破壞丁基膠，造成丁基膠揮發，揮發物在玻璃表面上形成彩虹現象，同時破壞了中空玻璃的邊部密封系統。

（4）粘土載氯化鈣類干燥劑還有一定的粉化遷移作用。在遷移過程中不斷粉化，從中空玻璃鋁條的小孔當中滲出，對中空玻璃有腐蝕性，并污濁中空玻璃，破壞美觀性。

因此，在市場上不免出現了對負載氯化鈣的凹凸棒土干燥劑的擔憂和爭議。河南、江蘇、山東、山西、福建、遼寧等地有關建筑外窗的工程技術規范或建設領域產品推廣目錄中也出現“禁止使用氯化鈣干燥劑”“不應使用氯化鈣、氧化鈣類干燥劑”等字眼。

另一方面，由于凹凸棒土本身粘度很高，高溫燒結后強度高，基本上沒有粉塵，這對于中空玻璃保持內部干凈美觀非常重要。相應的，由于制造分子篩所用原粉基本上沒有粘度，燒結過程中不僅產生大量能耗，還很容易產生粉塵，對人體、環境造成一定危害。

在國家倡導綠色節能，保護環境的政策下，結合凹凸棒土的特性、環保及節能降耗的特點，凹凸棒土在中空玻璃干燥劑的運用具有廣闊前景。但是，目前對中空玻璃用凹凸棒土干燥劑的規范要求較少。特別是大眾關注的氯化鈣含量問題缺少相應的明確要求，導致行業內凹凸棒土干燥劑的質量參差不齊，從而使得下游在使用過程中存在擔憂和顧慮。

凹凸棒土干燥劑在中空玻璃使用的發展過程中，一方面需要通過提高凹凸棒土純度、結構改性等方法提高吸水性，控制氯化鈣含量；另一方面需要尋找更合適的鹽類吸水劑（例如硫酸鎂、硫酸鈉等）替代氯化鈣，消除大眾對氯化鈣危害的擔憂。

5 未來中空玻璃干燥劑的發展趨勢

雖然分子篩種類較多，在玻璃深加工行業中用于中空玻璃的干燥劑仍然以3A分子篩為主，凹凸棒土干燥劑為輔。3A分子篩面臨的問題是4A分子篩的以次充好，而以凹凸棒土為主體材料的B類干燥劑面臨的問題是添加劑氯化鈣的使用及含量規范。相信在未來，相應的政策和標準出臺之后，中空玻璃用干燥劑的市場可以得到規范和整頓。同時，隨著行業的發展、技術的成熟、標準的規范，新型干燥劑也將會不斷地開發并應用于中空玻璃。