中空玻璃作為門(mén)窗節(jié)能玻璃的必選玻璃，其使用壽命成為公眾日益關(guān)心的問(wèn)題。目前中空玻璃行業(yè)的最大問(wèn)題是，市場(chǎng)上約80%以上的中空玻璃使用壽命太短，其平均壽命不會(huì)超過(guò)十年。大部分中空玻璃會(huì)在七、八年的時(shí)間達(dá)到使用壽命而需要更換。如到期不更換，不但起不到任何節(jié)能效果，由于中空玻璃腔內(nèi)水汽的反復(fù)冷凝與蒸發(fā)，還會(huì)加速散熱，形成更大的能源浪費(fèi)。過(guò)多的水汽冷凝還會(huì)使中空玻璃阻礙視線。當(dāng)全國(guó)大部分建筑的門(mén)窗每到七、八年就要更換一次的話，隨著中空玻璃的普及，全國(guó)每年就要花掉上百億資金來(lái)更換中空玻璃，這種巨大的浪費(fèi)將嚴(yán)重拖累國(guó)家節(jié)能戰(zhàn)略的發(fā)展。所以，為了避免更大的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)國(guó)家節(jié)能戰(zhàn)略目標(biāo)，保護(hù)廣大消費(fèi)者的利益，有必要深入探討影響中空玻璃壽命的因素，從而大大提高中空玻璃使用壽命。干燥劑作為中空玻璃輔材當(dāng)中最核心的材料，其對(duì)中空玻璃壽命起著主導(dǎo)性的影響作用。
2. 各類(lèi)干燥劑對(duì)中空玻璃壽命的影響
2.1 外觀形狀改變型干燥劑對(duì)中空玻璃壽命的影響原理
眾所周知，密封膠的密封效果直接影響中空玻璃的壽命，而干燥劑對(duì)中空玻璃壽命的影響程度比密封膠更為持久。
影響中空玻璃壽命的三大要素是：
1. 合格的中空玻璃干燥劑
2. 合格的中空玻璃密封膠
3. 正確的加工方法
在此三者的關(guān)系中，對(duì)中空玻璃節(jié)能效果起直接作用的就是干燥劑，它使空氣保持干燥，從而使中空玻璃具有透明保溫作用，而密封膠的使命就是對(duì)干燥劑起保護(hù)作用，使其盡量少的吸收環(huán)境水份。正確的加工方法可降低干燥劑的吸水負(fù)擔(dān)與密封膠的密封負(fù)擔(dān)，使兩者的作用得到充分的保護(hù)，從而延長(zhǎng)中空玻璃的使用壽命。
中空玻璃到底需要什么樣的干燥劑呢？一句話，中空玻璃需要物理與化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的，具有強(qiáng)大的深度吸附能力的干燥劑。
市場(chǎng)上的中空玻璃干燥劑，從外觀看都非常類(lèi)似，都是乳白色或黃褐色的小顆粒，這些干燥劑都是粘土（一般為凹凸棒土）與一種或幾種其他成分的干燥劑的混合物，粘土所起的作用主要是粘合及載體作用，其它干燥劑成分較難鑒別，其鑒別方法在本文3.3中會(huì)提到。學(xué)會(huì)鑒別之前，了解各種干燥劑對(duì)中空玻璃壽命的影響無(wú)疑是非常重要的。
所有的固態(tài)干燥劑中，大致分兩種類(lèi)型：一種是吸水后其外觀物理性狀發(fā)生變化的，一種是吸水后外觀物理性狀不發(fā)生變化的。吸水后外在物理性狀發(fā)生變化的一般是一種化學(xué)反應(yīng)，其生成物一般帶有一定的腐蝕性，他們吸水后形成強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、鹽類(lèi)結(jié)晶或者是溶液；吸水后物理性狀不發(fā)生變化的這種也分兩種情況，一種是化學(xué)反應(yīng)，另外一種是物理吸附，化學(xué)反應(yīng)一般會(huì)形成一種內(nèi)結(jié)晶鹽、酸或堿，但在外觀上并沒(méi)有任何變化，也不具備腐蝕性。下表1是常見(jiàn)的各種干燥劑特征。
表1 常見(jiàn)各種干燥劑特征
所有的干燥劑在一定的溫度下會(huì)與外界環(huán)境達(dá)到吸附平衡，如果溫度發(fā)生變化，干燥劑會(huì)進(jìn)一步釋放或吸收水分，從而達(dá)到新的吸附平衡，通常情況下，溫度升高，干燥劑會(huì)放出水分，溫度降低，干燥劑會(huì)吸收水分。在中空玻璃中，當(dāng)溫度發(fā)生變化的時(shí)候，中空玻璃干燥劑也會(huì)相應(yīng)的放出與吸收水份，對(duì)于深度干燥能力為中弱型的干燥劑來(lái)說(shuō)，吸附平衡隨著溫度的變化較大，對(duì)于深度干燥能力很強(qiáng)的干燥劑（如分子篩）這種吸附平衡隨溫度的變化就非常不明顯。
干燥劑吸附平衡易于變化的這種特點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致吸水后性狀變化的這類(lèi)干燥劑的粉化與遷移。外觀物理性狀發(fā)生變化的這類(lèi)干燥劑，當(dāng)溫度變化時(shí)，由于其在吸水以后通常是體積增大，形成結(jié)晶或大分子，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(lái)的距離。從宏觀上看，會(huì)使成型后的干燥劑顆粒破碎或掉皮，環(huán)境溫度的再一次周期性變化，會(huì)導(dǎo)致水份在干燥劑顆粒不確定的方向上反復(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(lái)說(shuō)這種干燥劑就會(huì)慢慢的擴(kuò)散到鋁條上，或是穿過(guò)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)功能玻璃表面會(huì)產(chǎn)生極大的腐蝕作用。
其腐蝕原理如下：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)鋁金屬表面微量離子的出現(xiàn)會(huì)催化金屬鋁的被氧化過(guò)程，雖然由于相對(duì)干燥的氣體，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)致金屬鋁表面氧化膜的破壞：
如果干燥劑是氯化鈣，將會(huì)有如下電離反應(yīng)發(fā)生：
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(wú)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(wú)論干燥劑具有堿性或酸性特征，它都可以與之反應(yīng)而被腐蝕掉，因?yàn)檠趸}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(lèi)干燥劑對(duì)密封膠的持續(xù)接觸，中空玻璃密封膠將被加速老化與氧化，由于腐蝕性干燥劑對(duì)中空玻璃的腐蝕作用隨著此類(lèi)干燥劑吸水的增多而變得更加強(qiáng)烈，對(duì)中空玻璃間隔條及密封膠的腐蝕作用也不斷增加。
綜上所述，物理性狀發(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，物理性狀發(fā)生變化的干燥劑是不能使用在中空玻璃上面的。
2.2 吸附深度不同的干燥劑對(duì)中空玻璃的影響
因此，中空玻璃只能選擇吸水后物理形狀不發(fā)生變化的干燥劑，下圖是幾種干燥劑在 25℃時(shí)，不同相對(duì)濕度時(shí)的平衡吸附量：
圖1 幾種干燥劑在25℃時(shí)，不同相對(duì)濕度時(shí)的平衡吸附量
在相對(duì)濕度較低的情況下，分子篩的平均吸附能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于硅膠與氧化鋁，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(shuō)，對(duì)干燥劑的考察標(biāo)準(zhǔn)，就是考察他保持露點(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-8℃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，分子篩的吸附量是硅膠或氧化鋁的4倍左右，（粘土類(lèi)由于其深度吸附能力特別低，我們就不做討論了）從上圖中，我們選擇沸石分子篩作為中空玻璃干燥劑的最佳選擇，那么，分子篩對(duì)露點(diǎn)的控制力到底如何呢？請(qǐng)看下圖
圖2 極端干燥狀態(tài)下分子篩的平衡吸水量
此圖是純凈分子篩原粉在相對(duì)濕度極低情況下的吸附容量，實(shí)際制成的可使用的3A分子篩經(jīng)過(guò)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（相當(dāng)于0.1%的含水）的時(shí)候，分子篩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℃.
所以從理論上講，分子篩對(duì)水分子的親和力非常大，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(shuō)，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)。
所以分子篩成為中空玻璃干燥劑的必選產(chǎn)品。根據(jù)有關(guān)資料，彎角式中空玻璃每年的透水率是每平方米年0.27g。 根據(jù)下表分析的數(shù)據(jù)，彎角式中空玻璃保持-40℃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(méi)有問(wèn)題的。
表2 裝有分子篩的中空玻璃的露點(diǎn)壽命
2.3 有呼吸作用的分子篩對(duì)中空玻璃使用壽命的影響
由于分子篩的種類(lèi)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，他的孔道非常的均勻，其孔道的大小正好適合小分子物質(zhì)通過(guò)，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(lái)講，因?yàn)樗笪账?，所以進(jìn)入他的孔道的，只能是水分子，而不能讓空氣成分的其他分子通過(guò)。水分子為2.8埃（1微米=10000埃），空氣中的氮?dú)猓鯕?，氬氣?埃左右，目前只有3A型分子篩可以采用，其他任何類(lèi)型的分子篩均不適合，4A型的分子篩孔道為4.3埃，所以4A型的分子篩可以吸收空氣中的氮?dú)馀c氧氣。在空氣的成分中，除了水分之外，4A分子篩更偏向于吸附極性較大的氮?dú)?，所以，?duì)分子篩吸氣量的監(jiān)測(cè)主要是以監(jiān)測(cè)氮?dú)馕鼩饬繛闇?zhǔn)，由于目前3A型的分子篩是由4A分子篩經(jīng)過(guò)離子交換而來(lái)的，所以4A型分子篩始終比3A型分子篩便宜，這也是4A分子篩經(jīng)常用來(lái)冒充3A分子篩的原因，對(duì)于非分子篩類(lèi)的干燥劑，由于他們沒(méi)有類(lèi)似分子篩似的網(wǎng)狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)，所以對(duì)包含水在內(nèi)的極性的分子也沒(méi)有太高的親和力，也就不存在吸氣量問(wèn)題。
中空玻璃干燥劑的呼吸作用會(huì)對(duì)中空玻璃壽命產(chǎn)生如何的影響呢？
作為4A分子篩,他的吸氣量為每克約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，250ml4A分子篩從常溫上升到70℃時(shí)可以放出700ml以上的氣體。而3A分子篩的放氣量會(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)不斷的承受向內(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(lái)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(guò)薄或沒(méi)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，后果非常可怕。
那么，分子篩的吸氣量到底是多少呢？這方面國(guó)家已有標(biāo)準(zhǔn)。中空玻璃行業(yè)操作規(guī)程中也有要求，但是這種方法不易檢測(cè)。目前國(guó)外普遍采用的一種方法：用250ml分子篩，從常溫將其加熱到70℃，恒溫四個(gè)小時(shí)，用排水法看排出的氣量是多少，一般要求排氣量在50ml以下。
2.4 干燥劑配方的沿革
中空玻璃早期在美國(guó)被廣泛采用的時(shí)間，當(dāng)時(shí)所用的干燥劑并不是分子篩，而是硅膠，后來(lái)發(fā)現(xiàn)硅膠干燥劑在寒冷地區(qū)仍然出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，壽命較短，所以在60年代采用4A型用分子篩，采用4A型分子篩的時(shí)間很短，很快發(fā)現(xiàn)了4A分子篩的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)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雖然用的少，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(méi)有呼吸作用，所以就改為3A分子篩與硅膠的混合物，用來(lái)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(lái)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有硅膠粉，而是分子篩與凹凸棒土的混合物。