Izolaciono staklo i adsorbenti

Kada zaptivamo izolacionu staklenu jedinicu u fabrici zaptiva se određena količina vazduha koja odgovara atmosferskim uslovima pritiska i temperature. Parametri okolnog vazduha jednaki su parametrima “zarobljenog” vazduha unutar staklene jedinice. Ovde je uključena određena količina vlage koja odgovara vlažnosti plus svi drugi volatili (isparljive materije) koji mogu biti prisutni.

Ako je jedinica ispravno napravljena, početna količina vazduha ostaje u jedinici za čitav životni vek u kome se mogu pojaviti jedan ili više problema:

1. kondenzacija vlage
2. kondenzacija nekih rastvorenih para ili kondenzacija proizvoda koji su dekomponovani iz zaptivača
3. problemi lepljenja zaptivača na kraju
4. bočno uvijanje staklenih ploča kao rezultat promene pritiska i temperature

Šta su molekularna sita i kako ona rade?

Molekularna sita su grupa kompaunda prirodnog oblika i sintetičkih kristala. Kristalna struktura je u prirodi veoma otvorena i postoji više pravilnih otvora pora koje dozvoljavaju pristup enormnoj unutrašnjoj kontaktnoj površini. Dimenzija ove unutrašnje kontaktne površine je reda nekoliko stotina kvadratnih metara po gramu, ili vizuelno to je ekvivalentno fudbalskom igralištu stavljenom u čajnu
kašičicu.

Samo molekule manje od otvora pore mogu ući u kristalnu strukturu: prema tome definicija “molekularno sito” umesto naučnog imena Zeolit.

Pore otvora tipova 3A i 4A su takve da samo vodena para i nekoliko drugih jednostavnih gasova može prolaziti kroz njih. Unutar kristalne strukture ovi “gosti” molekule se održavaju na mestu pomoć u jake polarne prirode površine.

U praksi molekularna sita deluju slično kao sunđer i adsorbuju čak najmanje tragove vlage i drže ih unutar kristalne strukture.

Aktivnost zeolita 3A (čest naziv molekular) izražena kroz količinu adsorbovane vlage

Količina adsorbovane vlage po jedinici mase se uzima kao mera adsorbtivne sposobnosti ili uslovno rečeno aktivnost molekulara.

Često se ističe kao merilo za prednost upotrebe pojedinih molekulara od različitih proizvođača nasipna masa izražena u g/l. Vlada uverenje da ako je manja nasipna masa da se smanjuje količina potrebnog molekulara.

Međutim, ukoliko je manja nasipna masa, manja je masa molekulara kojim se pune šupljine metalnih držača, ali samim tim je i manja količina vlage koja se može adsorbovati, čime se smanjuje vek trajanja izolacionog stakla.

Mehanička i strukturna stabilnost molekulara

S obzirom da se za vezivo praha zeolita u granulama koriste različiti materijali, vrlo je važna stabilnost takve veze, jer u toku eksploatacije može doći do slabljenja iste, kao i pojave praha u međuprostoru izolacionog stakla. Mogućnost ove pojave nije moguće sa sigurnošću utvrditi pre stavljanja adsorbenta u izolaciono staklo, ali se na neki način može izbeći korištenjem molekulara od proizvođača koji su provereni u praksi.

Interakcija sa gasom i drugim gasovima

Razmatraćemo šta će se desiti sa gasom koji je zaptiven u unutrašnjosti zaptivene jedinice koja je predmet promene temperature. Kao rezultat osnovnih baznih zakona fizike, pritisak se smanjuje sa sniženjem temperature i raste na višim temperaturama. Postoji malo prostora što mi možemo da uradimo i to dovodi do neželjenog efekta pumpanja vazduha unutar jedinice. Ovo dovodi do krivljenja stakla koje se reflektuje na prevlaku koja je vidljivo deformisana. Krivljenje stakla dovodi do mehaničkog opterećenja i napona na vezi zaptivač – staklo. Samo dobra adhezivna veza obezbeđuje 10.000 ili više promena opterećenja koja su očekivana za vreme životnog veka normalno zaptivene jedinice. Najefikasniji način sprečavanja disanja gasa je korištenje molekularnog sita koje adsorbuje male molekule vode, ali koje ne adsorbuju velike gasne molekule. Ove osobine se mogu ostvariti sa  molekularnim sitom tipa 3A. Otvori pora molekularnog sita 3A su tako mali da samo voda može biti adsorbovana.

Kontrola kvaliteta od strane kupca

Kupac će takođe moći da proveri kvalitet molekularnog sita stavljajući ga u jedinicu koja se zaptiva. Najvažniji test je DELTA–T test koji meri aktivnost molekularnog sita. Primećuje se da zbog ovog razloga kartone ili kante treba samo otvoriti kada je to apsolutno neophodno.

Loše skladištenje, defektno pakovanje ili sva druga akcidentna oštećenja mogu veoma brzo dovesti do nevidljivog predopterećenja sita vodom.

Kada molekularna sita adsorbuju vodu otpušta se značajna količina toplotne energije. Što je aktivnije molekularno sito viša je i odgovarajuća toplotna adsorpcija.

Izbor pakovanja

Za vreme završnih proizvodnih koraka kao i pakovanja molekularnog sita u kartone ili kante veliku pažnju treba obratiti da zaostali sadržaj vode bude održavan ispod 1 % u svim proizvodima. Pakovanjem se mora obezbediti da visoko aktivni materijal ostaje u istim uslovima dok kupac koristi materijal.

Zbog ovog razloga sva molekularna sita, bilo da je pakovanje u kartone, metalne kante ili velike vreće, je takođe zaptiveno u unutrašnje plastične vreće.

Punjenje distantne lajsne i vreme kontakta sa vazduhom

Kada se molekularno sito puni u distantnu lajsnu ne može se izbeći postojanje određene količine vlage iz vazduha. Šta je važno? Vodu držati na apsolutnom minimumu. Ovo znači na primer da površina gde se vrši punjenje mora biti odvojena od površine za pranje što je moguće više. To takođe znači da pakovanje molekularnog sita mora biti otvoreno prema vazduhu neophodno kratko vreme da se izvadi određena količina molekularnog sita i da se tada odmah ponovo zatvori. Posle punjenja rama molekularom on mora biti zaštićen od vlage što je moguće više do konačnog zaptivanja staklene jedinice.

Veličina smanjenja tačke rose u izolacionoj staklenoj jedinici

Kada je izolaciona staklena jedinica napravljena često se postavljaju pitanja kojom će brzinom jedinica biti isporučena kupcu. Ova pitanja su naročito važna za vreme zimskih i hladnih vremenskih uslova.

Postoje dva faktora koja određuju minimalno vreme držanja: vulkanizacija zaptivača i veličina spuštanja tačke rose unutrašnjeg prostora vazduha.

Vulkanizacija zaptivača se izvodi od  nekoliko sati do celog dana. Ako se jedinica poremeti mehanički za ovo vreme, krajevi zaptivača mogu biti oštećeni. Ovim se smanjuje očekivani životni vek zbog nezaptivanja ili veoma tankih mesta zaptivanja ili slabih mesta (mrlja) gde vodena para može da difundira veoma brzo.
 
U idealnom slučaju možemo uočiti spuštanje tačke rose u isto vreme sa vulkanizacijom zaptivača. Veličina smanjenja tačke rose je uglavnom u funkciji broja perforacija na distantnoj šipki (distanceru).

Životni vek zaptivačkih jedinica

Za kupca je najlakši kriterij kvaliteta utvrđivanja životnog veka izolacione staklene jedinice. Ako postoji kondenzacija kada se napolju temperatura snižava kupac će se žaliti.

Postoje dva faktora koja određuju životni vek a to su: integritet kraja zaptivač a i količina molekularnog sita u jedinici.

Sa dvostruko zaptivenom jedinicom, normalno primarni butil zaptivač praćen polisulfidom, poliuretanom ili silikonskim sekundarnim zaptivačem, prenos vodene pare mora prvo biti minimiziran i drugo zaptivanje stakla što je moguće bolje. Ovo se mora takođe nastaviti čak i u slučaju posle deset hiljada promena opterećenja koje se javlja pod štetnim uticajem UV radijacije iz sunčevog spektra za vreme životnog veka zaptivene jedinice. Dati sistem zaptivanja kraja, količina molekularnog sita i predopterećenje će imati veliki uticaj na životni vek jedinice.

Voda je veoma mala i veoma polarna molekula i može se probijati kroz svaki polimerni kraj sistema zaptivanja dovoljno dugo. Veličina prenosa je fiksna vrednost za svaki zaptivač. U prošlosti stari
ugaoni spojevi su osiguravali izvrstan put za prenos vodene pare jer je ovde distantna lajsna (distancer) prekinut i velika površina poprečnog preseka zaptivača deluje kao put za vodenu paru.

Sa moderno savijenim uglovima rama koji može čak biti zavaren posle punjenja, najveća slabost – prolaz vodene pare je zaustavljen što je moguće više i ovo dovodi do značajnog porasta životnog veka jedinice.

Veoma često se diskutuje u koliko strana jedinice se vrši punjenje. Danas možemo generalno reći da se predlaže punjenje molekularom 3A u sve četiri strane i da je to najbolje i najsigurnije rešenje.

Distantna lajsna (distancer) i punjenje gasom izolacionog stakla

Ako je jedinica punjena gasom na način da poboljšava ili termičke ili zvučne izolacione karakteristike jedinice, širina distantne lajsne mora biti optimizirana za ove namene a ostaje i dalje problem ove interakcije između molekularnog sita ili zaptivača i gasa za punjenje.

Ako se koristi molekularno sito 3A tada je disanje gasa minimizirano, dok su svi najvažniji molekuli gasa u ovoj površini veći od otvora pore i zato ne mogu biti adsorbovani. Sa molekularnim sitom 4A, s druge strane postoji uvek određeno disanje, čak i sa vazduhom.

Ukoliko se nalaze prisutne molekule rastvarača tada se predlaže kombinacija koja je mešavina 3A i 13X tipa molekularnog sita ili 3A molekularno sito i zrnca silikogela, kao proizvod koji nudi najbolje
kompromisno rešenje.

U zakonu je prirode da se sve pokuša da bi se dostiglo stanje ravnoteže. Rezultat ovog zakona je da gasovi iz unutrašnjosti jedinice pokušavaju da dostignu stanje ravnoteže sa spoljnim gasovima. Kada je jedinica punjena vazduhom ravnoteža već postoji. U slučaju da je jedinica napunjena sa različitim gasom, situacija se menja. Gasovi u otvoru imaju različit sastav i u dužem vremenskom periodu imaju tendenciju da pokušaju da uspostave ravnotežu. Zbog toga nepogodno izabrani zaptivač će rezultovati pojavom
podpritiska unutar jedinice. Kao rezultat jedinica izgleda optički loše zbog bočnog savijanja iznutra.

Danas je sasvim jasno: toplotna izolacija ne raste uvek sa porastom širine distancera. S druge strane, životni vek zaptivene jedinice ne raste sa porastom širine distantne lajsne (distancera) kada su sve
četiri strane napunjene molekularnim sitom. Kao rezultat danas se najviše koriste distantne lajsne širine koja leži između 6 i 16 mm.

Kada se koriste veće širine distancera uspostavlja se konvekcija u otvoru. Rezultat je da se više toplote gubi zbog prisutne konvekcije u gasu nego što je ušteđeno izolacionim osobinama.

Za svaki gas je uspostavljena optimalna širina distantne lajsne sa aspekta toplotne izolacije.

Dosadašnje publikacije (istraživanja) daju sledeće vrednosti:

Za zvučnu izolaciju, naročito sa sumpor heksa fluoridom postoje druge optimalne širine. Treba takođe naglasiti da izbor debljina panela i izbor rama i način ugrađivanja jedinice u ram može imati značajno veći efekat na zvučnu izolaciju nego punjenje gasom.

Do sada su napravljeni veliki koraci u toplotnoj izolaciji izolacionog stakla. Postoji porast korištenja punjenja gasom i stakla sa prevlakom kao i optimizacija debljine distancera. Došlo je do poboljšanja toplotnih izolacionih osobina jedinice na drugim površinama, ali je površina sa najvećim gubicima toplote postala površina koja pripada metalnom distanceru.

Sa ovim radom se želi pokazati da molekularna sita koja su mali i nevidljivi deo staklenog izolacionog sistema imaju krucijalan značaj za funkciju i životni vek kvalitetne staklene izolacione jedinice.