《中空玻璃用干燥剂》标准助力行业高质量发展

2021-09-24 14:50:45

  建材行业标准《中空玻璃用干燥剂》(JC/T2072-2011)已经实施了近10年时间,对我们国家中空玻璃行业发展既起到了一定的促进作用,但由于标准已多年未曾修订,其中很多方法和设定会影响干燥剂的相关指标检测的准确性,也会间接导致中空玻璃产生不容忽视的质量隐患。特别是国内干燥剂市场混乱,各类掺杂掺假、以次充好的行为充斥市场;由此引发的中空玻璃起雾失效、腐蚀现象比比皆是,相关的新闻报道、消费者投诉、各地市场监管部门的禁令法规、专家呼吁等等不绝于耳,这种背景下更应该引起行业标准相关部门的高度重视,本文就是在此背景下对该行业标准进行技术分析。

  中空玻璃用干燥剂技术要求

  首先,从中空玻璃产品的技术要求出发,干燥剂需要满足哪些技术特点?中空玻璃干燥剂需要装填在中空玻璃气体间隔层四周的间隔条框里面,这些边框带有微小的气孔,边框里的干燥剂要通过这些小气孔对间隔层中的气体进行干燥,以防中空玻璃因起雾而使其节能保温功能失效。所以,作为中空玻璃干燥剂,至少需要满足以下两个条件:

  1.因为干燥剂需要15年甚至几十年保留在中空玻璃的间隔框之中,因此需要化学性质极其惰性、物理状态极其稳定的材料才适合。物化性能不稳定的材料即使干燥效果再好,也不适合作为中空玻璃干燥剂。

  2.中空玻璃干燥剂需要有持久控制低温露点的能力。中空玻璃失效的主要标志是正常工况下内腔起雾结露。玻璃腔内气体的露点越低,表示气体越干燥。在平稳的中空玻璃边角透水率条件下,干燥(低露点)气体中单位重量的干燥剂吸水量越大的,干燥剂保持中空玻璃低露点的时间就会越长,这意味着中空玻璃的使用寿命就会越长。我们国家很多地区的冬日平均气温在0摄氏度到零下10摄氏度左右,北方严寒地区甚至达到零下40摄氏度以下,所以对中空玻璃在低温度条件下仍然能够保持不结露有着现实而广泛的社会需求。低湿度条件下的大吸附容量干燥剂成为中空玻璃干燥剂的核心选择。

  《中空玻璃用干燥剂》影响分析

  依据中空玻璃用干燥剂两个核心要求,我们再审视一下《中空玻璃用干燥剂》(JC/T2072-2011)。该标准中选用两款材料作为中空玻璃干燥剂。

  首先是A类干燥剂,即3A分子筛,按JC/T2072-2011的静态水吸附量16.5%(RH11.3%,25℃)来看,这种材料的特点是低湿度条件下深度吸附容量大,它的深度有效吸附能力成功击败所有惰性干燥剂材料。被击败的惰性干燥剂材料有硅胶、活性氧化铝、硅铝胶、纯粘土类干燥剂等。这些干燥剂都没有3A分子筛在低湿度的条件下具备的良好选择性吸附性、有效吸附容量大、物理化学稳定性等特点,这在行业中已形成共识。3A分子筛是全球公认的中空玻璃的最佳干燥剂选择。

  其次是B类干燥剂,标准原文中是这样定义B类干燥剂的——以凹凸棒土为主体材料的球形干燥材料。但就市场抽样检验的情况来看,近年来不断有生产企业钻干燥剂标准的空子而掺假使伪,这些厂家主要抓住标准中无成分鉴别和理化特性的要求,在凹凸棒土中加入一种或几种其他干燥剂特性的物质。若按标准规定的方法检验,结果均符合规定。我们从市场上取样,并按照X射线荧光分析法和T/SDG002-2020《中空玻璃用干燥剂中掺杂物(氯化钙、氧化钙)检出的试验方法》针对样品中部分元素含量和CaCl2含量进行检验。

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  使用X射线荧光光谱仪得到表1干燥剂样品中部分元素含量,由表1可以看出3份样品中含量最高的分别是Si和Ca元素,其次是Al和Cl元素。而标准中B类干燥剂是一种层链状结构的含水富镁铝硅酸盐矿物,理想分子式为:(Mg,Al,Fe)5Si8O20(OH)2(OH2)4?4H2O。按样品的成分组成与凹凸棒土成分组成对比,存在较大的偏差。

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  按照标准编制要求:以凹凸棒土为主体材料,那通俗来讲凹凸棒土就应该是主要作用成分。但实际上,凹凸棒土虽有一定的干燥作用,但它在低湿度环境下的深度干燥能力较弱,较硅胶、活性氧化铝的干燥能力差距很大,比3A分子筛就差距更大。标准技术指标中在温度25℃±2℃、相对湿度11.3%时,对3A分子筛的静态水吸附量要求要达到自身重力16.5%;而对B类干燥剂的要求,是同样条件下B类干燥剂要达到自身重量的11%,这个数值虽然比3A分子筛低,但是如果是纯粹的凹凸棒土干燥剂,达到这种吸附能力几乎是不可能的,从相关文献也查不到,从实践中也找不到这种纯凹凸棒土干燥剂材料。而由表2干燥剂样品中氯化钙含量可以判断3份样品中均掺杂了9%至11%不等含量的氯化钙成分。氯化钙作为一种常用干燥剂,掺杂其中就成为了B类干燥剂的主要作用成分。

  所以,上述检验结果说明了市场上确实有一类“中空玻璃用B类干燥剂”是添加氯化钙作为主要干燥成分。标准中规定B类干燥剂的主要成分是凹凸棒土,但部分干燥剂厂家在生产B类干燥剂时掺杂了9%至11%等不同含量的氯化钙成分,以达到提升静态水吸附量的效果。虽然氯化钙类干燥剂是各省地方标准和限制禁止文件中明令禁止使用在中空玻璃中的产品,但是B类干燥剂生产厂家会以标准中未明确产品定义为理由,来逃避市场监管。

  静态水吸附量

  中空玻璃需要有持久控制低温露点的能力,所以对于干燥剂性能检测首先考虑的是它的吸水能力。静态水吸附量是用来衡量干燥剂在相对封闭系统中对水分的吸附情况,直接关系到中空玻璃和干燥剂的使用效果及使用寿命。

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  由表3可以看出行业标准和国家标准对于静态水吸附量检测和要求的差异主要在测试的相对湿度环境和技术要求两方面。行业标准中,在相对湿度是75%的时候要求了两种干燥剂的吸附容量,这个设置初衷应是两种干燥剂的应用条件不一样,所以要求就不一样。但从中空玻璃的实际应用工况出发,如果玻璃内腔相对湿度75%时,对应的露点温度是20℃,这与中空玻璃性能要求相违背。以建筑用中空玻璃举例,全国大部分地区都有20℃以下的气候环境,这个时候虽然干燥剂检测合格但是玻璃实际上已经结露失效了,所以高湿度条件下干燥剂的吸附量再高,对于中空玻璃的应用也是没有实际意义的。

  所以,建议标准的编制时要考虑到适宜性,也可参考国标《3A分子筛》(GB/T10504-2017)中对静态水吸附量的检测,国标GB/T10504在2017年修编时取消了高湿度<75%RH>环境下的测试,严格要求了低湿度(10%RH)环境下的吸水效果,更贴近了中空玻璃的内腔湿度要求,真实反映干燥剂使用时的实际吸水能力。

  烧失量

  标准中烧失量的指标要求,要求3A分子筛的焙烧温度是950℃,而要求B类干燥剂的焙烧温度是550℃,而此时标准要求B类干燥剂允许的烧失量可以达到自身重量的10%。也就是说B类干燥剂并不是在550℃的情况下烧结的,如果此温度下烧结,它里面的有效成分就会被破坏,但是作为凹凸棒粘土它确实需要在550℃左右的温度进行烧结,这是矛盾的。被烧掉的10%烧失量是什么呢?是水分吗?从凹凸棒土的性质得知,在350℃至550℃之间凹凸棒土不会丧失那么多水分,所以说10%的烧失量不可能是水,至少不可能是一种具有可逆的吸附与解吸作用的水。那肯定就是一种在550℃就可以挥发或分解的材料,并作为干燥剂中的有效成分发挥作用,这个指标侧面反映了B类干燥剂中需要添加别的材料。

  所以,干燥剂标准编制要从科学性出发。标准中要求至少要添加10%的能够被烧失的材料成分,如果这种成分是高温分解而造成的部分挥发,意味着这种材料成分的添加量要比10%还高。众所周知,凹凸棒土低湿度吸水能力很弱,所以添加材料就成了起干燥作用的关键材料,而且这种材料需要添加量达到10%以上,但整个标准中并没有提到这种的材料。

  结论及建议

  综上所述,目前《中空玻璃用干燥剂》行业标准的修编已经迫在眉睫,只有以标准为引领,才能促进干燥剂和玻璃行业的高质量发展,才能更快更好地实现我国提出碳中和、碳达峰的目标和愿景。建议在标准修订中考虑以下3点:

  1.结合市场抽样结果及烧失量对照结论,建议完善标准中的术语和定义。

  2.标准中未涉及干燥剂物理化学性质的稳定性(如掺杂腐蚀性、分解性、挥发性物质等问题)。建议添加对干燥剂理化特性的技术要求。也可以借鉴欧标《建筑物用玻璃隔热玻璃组件封边密封件的物理属性的试验方法》(EN1279-4:2018)中6.2《干燥剂的理化特性》的要求。

  3.中空玻璃要实现相应的性能就需要有持续控制低温露点的干燥剂。因为玻璃的导热系数是0.77W/m2·k,而空气的导热系数是0.028W/m2·k,而内腔中的水分子是影响中空玻璃能量的传导传递和对流传递的主要因素,因而保证中空玻璃内腔的较低的湿度环境,才是保障中空玻璃性能的重要因素。所以,建议标准中严格要求低湿度环境下干燥剂的静态水吸附量,或参考国标《3A分子筛》(GB/T10504-2017)标准中[10%RH,(25±1)℃]环境下对静态水吸附量的检测要求。(国家建材机械质量监督检验中心杨昊 刘晓丹)

    责编:张玲玲 庞越峰

  校对:张健

  监审:陶璐璐