Natürliche und synthetische Fasern

Präsentation zum Thema: "Natürliche und synthetische Fasern"—  Präsentation transkript:

1 Natürliche und synthetische Fasern

2 Inhalt Definition Geschichte Einteilung Naturfasern Abgewandelte Naturfasern Synthetische Fasern Weiterverarbeitung Veredelung Schulrelevanz

3 1. Definition Faser: Langgestreckte Aggregate, deren Moleküle oder Kristalle in der Moleküllängsrichtung oder einer Gittergeraden überall gleichgerichtet sind.

4 Einige Jahrhunderte zuvor: Schafwolle 1892: Viskose (England)
2. Geschichte 500 v. Chr.: Baumwolle Einige Jahrhunderte zuvor: Schafwolle 1892: Viskose (England) 1912: 1. vollsynthetischen Fasern (Polymerisation von Vinylchlorid) 1935: Nylon (W.H. Carothers) 1938: Perlon (P. Schlach) 1941: Polyester (J. R. Whinfield, J. T. Dickson) 1942: Polyacryl (H. Rein) Geheimgehalten: Seide (Verarbeitung in China) Carothers

5 Demonstration 1 Griff- und Knitterprobe

6 Demonstration 1: Griffprobe
Überblick über die Vielfältigkeit der Fasern Baumwolle Warm, fest Leinen Kühl, steif Schafwolle Warm, rau, weich Seide Glatt, weich Synthetische Fasern Unterscheidung schwer mgl.

7 Demonstration 1: Knitterprobe
Hinweis über textilen Rohstoff Faserbehandlungsverfahren: Fasertypische Eigenschaften leicht verändert Sehr starkes Knittern Leinen (Flachs) Starkes Knittern Baumwolle, Viskose, Seide Geringes Knittern Wolle, Acetat, Polyamid Sehr geringes Knittern Polyester

8 3. Einteilung Fasern Chemiefasern Naturfasern Abgewandelte Naturstoffe
Synthetische Polymere Aus anorg. Rohstoffen pflanzlich tierisch mineralisch Baumwolle Wolle Asbest Viskose Polyester Glas Hanf Seide Modal Polyamid Metall Jute Kaschmir Acetat Elastan Kohlenstoff

9 Demonstration 2 Brennprobe

10 Demonstration 2: Brennprobe
Einteilung Cellulosefasern (pflanzlich) Eiweißfasern (tierisch) Synthesefasern Faserbeispiel Baumwolle Wolle Polyester Entflammung Sehr leicht Schwer Schmelzen, dann Entflammen Verbrennung Sehr schnell - helle, leuchtende Flamme Langsam – kleine Flamme Schnell – Tropfend – helle Flamme Geruch Verbranntes Papier Verbranntes Horn Süßlich-aromatisch, stechend Rückstand Hellgraue, leichte Flugasche Schwarze, kohlige Masse Helle, glasige, harte Masse

11 Demonstration 2: Brennprobe
Beispiele: Verbrennungsreaktion Cellulose Wolle

12 4. Naturfasern Pflanzlich (Cellulose) Tierisch (Eiweiß) Mineralisch
Sisal

13 Pflanzenhaare Bastfasern Hartfasern Baumwolle Flachs Sisal
4.1. Pflanzliche Fasern (Cellulose) Pflanzenhaare Bastfasern Hartfasern Baumwolle Flachs Sisal Hanf Kokos Jute, Ramie Flachs Jute Hanf Baumwolle Kokospalme Sisal

14 Versuch 1 Aus was besteht Baumwolle?

15 Baumwolle Samenhaar der Pflanze Gossypium herbaceum (lat., Malvengewächs) Anbau in ca. 80 Ländern (tropische & subtropische Zone) Reißfest, kochfest, hitzebeständig, nicht formbar

16 Samenhaare (in sich verdreht): Bündel sehr feiner Cellulose-Fibrillen
Baumwolle 90% Cellulose Samenhaare (in sich verdreht): Bündel sehr feiner Cellulose-Fibrillen Lumen

17 4.1.1. Versuch 1: Aus was besteht Baumwolle?
Baumwolle: Cellulose-Zellen Intermicellare Quellwirkung von ZnCl2 Aufweitung der Zwischenräume => Einlagerung von Polyiodionen Blauer CT-Komplex (ähnl. Iod-Stärke) Einschlussverbindung Intermicellarer Raum Micelle

18 4.2. Tierische Fasern (Eiweiß) Wolle Haare Seide Wolle Schafkamelwolle Maulbeerseide Schurwolle (Alpaka, Lama) Wilde Seide Angora (Tussahseide) Kamelhaar Ziegenhaar (Mohair, Kaschmir) Rosshaar

19 Versuch 2 Was haben Seide und Wolle gemeinsam?

20 Versuch 2: Was haben Wolle und Seide gemeinsam?
Xanthoproteinreaktion Wolle & Seide enthalten Eiweiße (Aminosäuren) Reaktion der Salpetersäure:

21 Nitrierung: (aq) L-Phenylalanin (aq) gelb gelb

22 Aus Kokons der Seidenspinnerraupe Seidenfibroin: 60% Aminosäuren
Glycin & Alanin, kein Cystein Festeste aller Naturfasern, glatt, glänzend Empfindlich gegen Hitze & Laugen (entfernt)

23 4.2.2. Wolle (Schaf-, Schurwolle)
Allg. Tierhaare (meist Schafe) Hauptteil: Cotexzellen (spindelf. Fibrillen), Cysteinbrücken Fibrillen: Keratin (N-, S-haltiges Gerüsteiweiß, 20 versch. Aminosäuren incl. Cystein ) Hygroskopisch, schwerentflammbar, sehr warmhaltend    1 Schuppenzellen Faserstamm     (Spindelzellenschicht)    2 Ortho Cortex    3 Para Cortex    4 Makrofibrille    5 Microfibrille

24 5. Abgewandelte Naturfasern
Aus natürlichen Polymeren Pflanzlich Tierisch (Eiweiß) Latex Cellulose Algen Viskose Acetat Kupferseide Alginat Caseinfaser

25 Versuch 3 Herstellung Kunstseide

26 5.1. Versuch 3: Kupferseide Schweizer Reagenz

27 Deprotonierung von Cellulose
Quadratisch-planar

28 5.1. Versuch 3: Kupferseide Einspritzen in Schwefelsäure: Protonierung => Cellulose Schweizer-Reagenz wird zerstört Cupro

29 6. Synthesefasern Synthesefasern Polykondensation Polymerisation
Polyaddition Polyester Polyamid (PA 6, 66) Aramid Polyamid Polyacrylnitril Polyvinylchlorid Polyvinylacetat Polyurethane (Elastan)

30 6.1. Polyamide Hochmolekulare Verbindungen: Bausteine durch Peptidbindungen (-CO-NH-) verknüpft Kettenförmige Moleküle: Wiederkehrende Säureamidgruppen in Hauptkette Amidgruppe: Kondensation Säure & Amin 2 Klassen: Aminocarbonsäuretyp (AS: Aminosäure) [-NH-R-CO-] Diamin-Dicarbonsäuretyp (AA-SS: Diamin & Dicarbonsäure) [-NH-R-HN-OC-R‘-CO-]

31 Versuch 4 Herstellung von Nylon

32 6.1.1. Versuch 4: Herstellung von Nylon
Polykondensation: Sebacinsäuredichlorid 1,6-Diaminohexan

33 6.1.1. Versuch 4: Herstellung von Nylon
Nebenreaktion:

34 Nylon & Perlon 1935: Du Pont Company entdeckt: Schmelze von PA zu Fäden verstreckbar 1938: I.G. Farben: Fasern aus PA 6 Eigenschaften Nylon & Perlon sehr ähnlich => Vollständiger Patentaustausch & Aufteilung Absatzmärkte Eigenschaften: färbbar, sehr reißfest, knickbar, leicht, hochelastisch, mottensicher, laugenfest Hauptanwendungen: Textilien, Teppiche, Taue, Borsten, Haushaltsgeräte, Dübel

35 Polykondensation: Diol & Dicarbonsäurederivat
6.2. Polyester Polykondensation: Diol & Dicarbonsäurederivat Anwendungen: Bekleidung, Gardinen Esterbildung

36 7. Weiterverarbeitung - Spinnverfahren
Spinnen (Chemiefaserproduktion): Erzeugen von Fäden aus gelösten oder geschmolzenen Rohstoffen mit Hilfe von Spinndüsen. Schmelzspinnverfahren Trockenspinnverfahren Nassspinnverfahren

37 Demonstration 3 Schmelzspinnen von Polyamid

38 7.1 Schmelzspinnverfahren
Für Polyamide (Perlon, Nylon)

39 7.2 Nassspinnverfahren Für abgewandelte Naturstoffe (Viscose, Kupferseide)

40 7.3 Trockenspinnverfahren
Für z.B. Polyacrylnitril

41 8. Veredelung Färben Mercerisieren Bleichen Weichmacher Optische Aufheller Schutz: Knittern, Flammen, Schmutz, Wasser

42 Versuch 5 Mercerisieren & Färben von Baumwolle

43 Versuch 5: Mercerisieren & Färben von Baumwolle
Intramicellare Reaktion: Natronlauge dringt in Micelle ein Änderung Gitterstruktur: Größerer Abstand von Cellulose-Molekülen in Kristallittiefe Dadurch: Faserschrumpfung in Länge

44 Versuch 5: Mercerisieren & Färben von Baumwolle
Farbvertiefung: Intramicellare Abstände größer Unbehandelte Faser: Reaktion der Farbstoffmoleküle nur mit OH-Gruppen an Faseroberfläche Behandelte Faser: Reaktion mit OH-Gruppen in Micelleninnerem möglich Erhöhung der Quantität an Farbstoffmolekülen

45 Versuch 5: Mercerisieren & Färben von Baumwolle
Mercerisieren = Laugieren unter Spannung: Verhindern der Faserschrumpfung Ausgleich: Aufdrehen der Faserwindungen Effekt: Seidenglanz durch glattere Oberfläche Nach Mercerisierung Vor Mercerisierung

46 9. Schulrelevanz Jahrgangsstufe 12: Synthetische Makromoleküle Modifizierte Naturstoffe; natürliche Fasern (Seide, Wolle, Baumwolle, Papier) Textilfärbung; Färbeverfahren

47 Vielen Dank!