Vaahto on aine, joka on valmistettu vangitsemalla ilmaa tai kaasu kuplat kiinteän tai nesteen sisällä. Tyypillisesti kaasun tilavuus on paljon suurempi kuin nesteen tai kiinteän aineen, ohuilla kalvoilla, jotka erottavat kaasutaskut.
Toinen vaahdon määritelmä on kupliava neste, etenkin jos kuplattai vaahto ovat epätoivottuja. Vaahto voi estää nesteen virtausta ja estää kaasunvaihtoa ilman kanssa. Vaahdonestoaineita voidaan lisätä nesteeseen kuplien muodostumisen estämiseksi.
Termi vaahto voi viitata myös muihin ilmiöihin, jotka muistuttavat vaahtoja, kuten vaahtokumista ja kvanttivaahdosta.
Kuinka vaahto muodostaa
Kolmen vaatimuksen on täytyttävä, jotta vaahto muodostuu. Pinta-alan kasvattamiseksi tarvitaan mekaanista työtä. Tämä voi tapahtua sekoittamalla, dispergoimalla suuri määrä kaasua nesteeseen tai ruiskuttamalla kaasu nesteeseen. Toinen vaatimus on pinta-aktiiviset aineet tai pinta-aktiivisten komponenttien on oltava läsnä vähentämiseksi pintajännitys. Lopuksi vaahdon täytyy muodostua nopeammin kuin se hajoaa.
Vaahdot voivat olla luonteeltaan avoimia tai suljettuja. Huokoset yhdistävät kaasualueet avoimissa soluvaahdoissa, kun taas suljetut soluvaahdot sisältävät soluja. Solut ovat yleensä epäjärjestyksessä järjestyksessään vaihtelevien kuplakokojen kanssa. Solut edustavat minimaalista pinta-alaa, muodostaen hunajakennojen muotoja tai risteyksiä.
Vaahdot vakautetaan Marangoni-vaikutuksella ja van der Waalsin joukot. Marangoni-efekti on massansiirto nesteiden välistä rajapintaa pitkin pintajännitysgradientin takia. Vaahdoissa efekti palauttaa lamelleja (toisiinsa liitettyjen kalvojen verkko). Van der Waals -voimat muodostavat kaksinkertaiset sähkökerrokset, kun dipolaarisia pinta-aktiivisia aineita on läsnä.
Vaahdot ovat epävakaat, kun kaasukuplat nousevat niiden läpi. Lisäksi painovoima vetää nestettä alaspäin nestemäisen kaasun vaahdossa. Osmoottinen paine tyhjentää lamelleja konsentraatioerojen vuoksi koko rakenteessa. Laplacen paine ja erillinen paine vaikuttavat myös vaahtojen epävakauteen.
Esimerkkejä vaahdosta
Esimerkkejä nesteiden kaasujen muodostamista vaahdoista ovat kermavaahto, paloa hidastava vaahto ja saippuakuplat. Nousevaa leipä taikinaa voidaan pitää puolikiinteänä vaahtona. Kiinteitä vaahtoja ovat kuiva puu, polystyreenivaahto, muistivaahto ja mattovaahto (kuten retkeily- ja joogamattoihin). On myös mahdollista valmistaa vaahto metallilla.
Vaahto käyttää
Kuplat ja kylpyhuoko ovat vaahdon hauskoja käyttötarkoituksia, mutta sillä on myös monia käytännöllisiä käyttötarkoituksia.
- Paloa hidastavaa vaahtoa käytetään palojen sammuttamiseen.
- Kiinteitä vaahtoja voidaan käyttää vahvojen, mutta kevyiden materiaalien suunnitteluun.
- Kiinteät vaahdot ovat erinomaisia lämpöeristeitä.
- Kiinteitä vaahtoja käytetään vaahdotuslaitteiden valmistukseen.
- Koska kiinteät vaahdot ovat kevyitä ja kokoonpuristuvia, ne tekevät erinomaisesta täyte- ja pakkausmateriaalista.
- Sintaktiseksi vaahtona kutsuttu suljetun solun vaahto koostuu onttoista hiukkasista matriisissa. Tämän tyyppisiä vaahtoja käytetään muotomuistihartsien valmistukseen. Syntaktisia vaahtoja käytetään myös avaruuden ja syvänmeren etsinnässä.
- Itse-iho tai kiinteä ihovaahto koostuu tiheästä iholta, jolla on pienempi tiheysydin. Tämän tyyppisiä vaahtoja käytetään kenkäpohjien, patjojen ja lastenistuinten valmistukseen.