Selles blogipostituses uurime, miks vahtklaasi toodetakse pannkookidega sarnasel viisil, ning uurime selle eeliseid ehitusmaterjalina, näiteks soojusisolatsiooniomadusi ja vastupidavust.
Magusad ja kohevad pannkoogid on armastatud hommikueine, mida naudivad igas vanuses inimesed. Pannkookide võlu peitub ka nende lihtsates koostisosades ja valmistamisprotsessis. Pannkookide valmistamiseks lisa nisujahule, suhkrule ja sulatatud võile veidi küpsetuspulbrit. Löö sellesse segusse muna ja sega korralikult läbi, et tekiks paks valge tainas. Õige konsistentsi säilitamine on ülioluline, sest liiga vedel tainas ei kerki korralikult. Lisaks peab jahu ja küpsetuspulbri suhe olema täpselt õige, et tainas kerkiks ühtlaselt, tagades, et pannkoogid jääksid pehmed ja kohevad. Vala tainas madalale kuumusele ja keera ümber, kui ühele küljele hakkavad mullid tekkima. Mullide ilmumise hetk on ülioluline; selle punkti mittetäitmine võib põhjustada taigna kõrbemist või kerkimise ebaõnnestumist.
Selle küpsetuspulbri peamine komponent on naatriumvesinikkarbonaat (NaHCO₃). Segamise ja küpsetamise ajal toimub reaktsioon, mille käigus naatriumvesinikkarbonaadist vabaneb süsihappegaas. Süsihappegaasi mullid panevad taigna kerkima, mille tulemuseks on kohevad ja pehmed pannkoogid. Kui pannkoogid ei kerki hästi, on see sageli tingitud sellest, et tainas on liiga paks või pole küpsetuspulbrit piisavalt, et toota piisavalt süsihappegaasi. Vastupidi, liiga suure koguse lisamine võib põhjustada pannkookide liigset kerkimist ja kokkuvajumist.
Vahtklaas on selle küpsetustehnika rakendus klaasile. Vahtklaas on must klaas, mis meenutab poorset käsna. Selle valmistamispõhimõte sarnaneb täpselt pannkookide valmistamise protsessiga. Esmalt segatakse klaasipulbriks väga väike kogus mangaanoksiidi (MnO₂, Mn₂O₃, Mn₃O₄ jne) ja süsinikupulbrit. See pulbrisegu, mis sarnaneb pannkoogitaignaga, asetatakse seejärel seadmesse, mida nimetatakse kuumutusmikroskoobiks, ja küpsetatakse äärmiselt kõrgetel temperatuuridel. Selle protsessi käigus tuleb temperatuuri tõsta umbes 800 °C-ni või kõrgemale, et klaasipulbri osakesed omavahel sulaksid. Sellel kõrgel temperatuuril mangaanoksiid laguneb. Mangaani vaatenurgast on see reaktsioon, kus see kaotab hapnikku, seega kasutame oksüdatsiooni vastupidist terminit ja ütleme, et mangaan redutseerub. Mangaanist lahkunud hapnikugaasi molekulid leiavad nüüd uue kodu süsinikuaatomitega. Seejärel moodustab hapnik uue kovalentse sideme, mis taasühendub süsinikuga, moodustades süsinikdioksiidi gaasimolekule. See protsess, kus hapnikumolekul moodustub enne süsihappegaasiks muutumist lühiajaliselt, sarnaneb sellele, kuidas väike pannkook pärast küpsetamist paisub. Peene klaasipulbriga segatud mitmesuguste lisanditega segupulbri ristlõikepindala paisub umbes 1.5 korda, muutudes sfääriliseks vahuklaasiks.
Vahtklaasi saab kasutada katustel, hoonete välisseintel ning mitmesugustel gaasi- ja vedelikutranspordi torudel. Üks selle suurimaid eeliseid on madal soojusjuhtivus. Vahtklaasi sees olevad poorid sisaldavad peamiselt süsinikdioksiidi gaasimolekule ja süsinikdioksiidil on madalam soojusjuhtivus kui teistel gaasimolekulidel, näiteks õhul või süsinikmonooksiidil. Vahtklaasi kinni jäänud süsinikdioksiid blokeerib soojusülekannet väljastpoolt. See aitab hoida hooneid suvel jahedana ja talvel soojana. Lisaks on vahtklaas kahjurite ja väljastpoolt tuleva vee suhtes väga vastupidav, võrreldav tsemendiga. See on veel üks oluline omadus, mis vahtklaasil ehitusmaterjalina on. Lisaks on vahtklaasil ehitusmaterjalidele sobivad omadused, näiteks madal tihedus ja hea põlemiskindlus tulekahju ajal.
Mõeldes tagasi pannkookidele, otsime neid süües pannkooke, mis poleks kõrbenud, poleks liiga kuivad, oleksid mõõdukalt niisked ja kohevad. Samamoodi on vahtklaasi tootmisel vaja sobivaid suhteid, temperatuure ja aegu. Millised tegurid määravad need optimaalsed tingimused? Kõige olulisem tegur on suletud ja avatud pooride suhe. Mõelge basaltile, millel on arvukalt poore. Pinnal olevad poorid on ühendatud välispinnaga; me nimetame neid avatud poorideks. Seevastu vahtklaasis hästi kinni jäänud poore nimetatakse suletud poorideks. Vahtklaasi soojusjuhtivus ja selle vastupidavus veele määratakse nende suletud pooride osakaalu järgi. Teisisõnu, peaks olema palju suletud poore, kuhu süsihappegaas hästi kinni jääb, ja vähe avatud poore, mille kaudu vesi ja muud korrosiooni tekitajad saaksid siseneda. Probleem on aga selles, et vahtklaasi küpsetamisel laguneb mangaandioksiid aktiivsemalt, mida kõrgem on kuumutustemperatuur, suurendades avatud pooride osakaalu. See sarnaneb sellega, kuidas pannkoogid muutuvad liiga kõrgel temperatuuril küpsetamisel liiga kuivaks ja muredaks. Lisaks põhjustab pikaajaline kuumutamine kõrgel temperatuuril gaasi hoidvate pooride suurenemist, mille tulemusel kaks poori ühinevad üheks suureks pooriks. See nõrgestab poore toetavate seinte tugevust, mille tulemuseks on järk-järgult halveneva vastupidavusega vahtklaas.
Vahtklaasi kvaliteet varieerub ka sõltuvalt poorides oleva gaasi tüübist. Mangaanoksiid laguneb mangaaniks ja hapnikugaasiks. Seejärel peab hapnikugaas kohe ühenduma süsinikupulbriga, moodustades süsinikdioksiidi hapniku ja süsiniku suhtega 2:1. Mõnikord tekitab sobimatu 1:1 suhe hoopis süsinikmonooksiidi. Süsinikmonooksiid juhib soojust aga kaks korda tõhusamalt kui süsinikdioksiid, suurendades vahtklaasi soojusjuhtivust. Seetõttu tuleb hea vahtklaasi saamiseks lisada ainult õige kogus süsinikupulbrit, et püüda kinni maksimaalne kogus süsinikdioksiidi gaasi.
Vahtklaasi tootmisel kasutatav klaasipulber valmistatakse klaasi taaskasutamise teel, mis muidu ära visataks. See hõlmab arvutites, lameekraaniga telerites ja digikaamerates kasutatava LCD-klaasi taaskasutamist, samuti elavhõbedat sisaldava CRT-klaasi taaskasutamist, mis on liigitatud ohtlikuks materjaliks. Praegu moodustab klaas Ameerika Ühendriikides ja Ühendkuningriigis 7–10% kogu tahketest jäätmetest. Taaskasutus on ülioluline, sest kui see klaas prügimäele ladestada või põletada, võib see põhjustada märkimisväärset keskkonnakahju. Euroopas taaskasutatakse tänu hästi kavandatud taaskasutussüsteemidele üle 75% klaasist ja töötatakse välja mitmesuguseid ringlussevõtu tehnoloogiaid. Sellistele süsteemidele tuginedes muudab vahtklaas raskesti utiliseeritavad klaasijäätmed väärtuslikeks ehitusmaterjalideks, kasutades väga odavaid lisandeid: süsinikku ja mangaanoksiidi. Vahtklaasi võib pidada praktiliseks, keskkonnasõbralikuks ja lõputuks potentsiaaliks.
