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Natürliche und synthetische Fasern
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Inhalt Definition Geschichte Einteilung Naturfasern Abgewandelte Naturfasern Synthetische Fasern Weiterverarbeitung Veredelung Schulrelevanz
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1. Definition Faser: Langgestreckte Aggregate, deren Moleküle oder Kristalle in der Moleküllängsrichtung oder einer Gittergeraden überall gleichgerichtet sind.
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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
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Demonstration 1 Griff- und Knitterprobe
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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.
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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
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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
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Demonstration 2 Brennprobe
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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
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Demonstration 2: Brennprobe
Beispiele: Verbrennungsreaktion Cellulose Wolle
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4. Naturfasern Pflanzlich (Cellulose) Tierisch (Eiweiß) Mineralisch
Sisal
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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
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Versuch 1 Aus was besteht Baumwolle?
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Baumwolle Samenhaar der Pflanze Gossypium herbaceum (lat., Malvengewächs) Anbau in ca. 80 Ländern (tropische & subtropische Zone) Reißfest, kochfest, hitzebeständig, nicht formbar
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Samenhaare (in sich verdreht): Bündel sehr feiner Cellulose-Fibrillen
Baumwolle 90% Cellulose Samenhaare (in sich verdreht): Bündel sehr feiner Cellulose-Fibrillen Lumen
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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
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4.2. Tierische Fasern (Eiweiß) Wolle Haare Seide Wolle Schafkamelwolle Maulbeerseide Schurwolle (Alpaka, Lama) Wilde Seide Angora (Tussahseide) Kamelhaar Ziegenhaar (Mohair, Kaschmir) Rosshaar
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Versuch 2 Was haben Seide und Wolle gemeinsam?
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Versuch 2: Was haben Wolle und Seide gemeinsam?
Xanthoproteinreaktion Wolle & Seide enthalten Eiweiße (Aminosäuren) Reaktion der Salpetersäure:
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Nitrierung: (aq) L-Phenylalanin (aq) gelb gelb
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Aus Kokons der Seidenspinnerraupe Seidenfibroin: 60% Aminosäuren
Glycin & Alanin, kein Cystein Festeste aller Naturfasern, glatt, glänzend Empfindlich gegen Hitze & Laugen (entfernt)
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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
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5. Abgewandelte Naturfasern
Aus natürlichen Polymeren Pflanzlich Tierisch (Eiweiß) Latex Cellulose Algen Viskose Acetat Kupferseide Alginat Caseinfaser
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Versuch 3 Herstellung Kunstseide
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5.1. Versuch 3: Kupferseide Schweizer Reagenz
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Deprotonierung von Cellulose
Quadratisch-planar
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5.1. Versuch 3: Kupferseide Einspritzen in Schwefelsäure: Protonierung => Cellulose Schweizer-Reagenz wird zerstört Cupro
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6. Synthesefasern Synthesefasern Polykondensation Polymerisation
Polyaddition Polyester Polyamid (PA 6, 66) Aramid Polyamid Polyacrylnitril Polyvinylchlorid Polyvinylacetat Polyurethane (Elastan)
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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-]
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Versuch 4 Herstellung von Nylon
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6.1.1. Versuch 4: Herstellung von Nylon
Polykondensation: Sebacinsäuredichlorid 1,6-Diaminohexan
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6.1.1. Versuch 4: Herstellung von Nylon
Nebenreaktion:
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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
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Polykondensation: Diol & Dicarbonsäurederivat
6.2. Polyester Polykondensation: Diol & Dicarbonsäurederivat Anwendungen: Bekleidung, Gardinen Esterbildung
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7. Weiterverarbeitung - Spinnverfahren
Spinnen (Chemiefaserproduktion): Erzeugen von Fäden aus gelösten oder geschmolzenen Rohstoffen mit Hilfe von Spinndüsen. Schmelzspinnverfahren Trockenspinnverfahren Nassspinnverfahren
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Demonstration 3 Schmelzspinnen von Polyamid
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7.1 Schmelzspinnverfahren
Für Polyamide (Perlon, Nylon)
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7.2 Nassspinnverfahren Für abgewandelte Naturstoffe (Viscose, Kupferseide)
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7.3 Trockenspinnverfahren
Für z.B. Polyacrylnitril
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8. Veredelung Färben Mercerisieren Bleichen Weichmacher Optische Aufheller Schutz: Knittern, Flammen, Schmutz, Wasser
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Versuch 5 Mercerisieren & Färben von Baumwolle
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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
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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
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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
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9. Schulrelevanz Jahrgangsstufe 12: Synthetische Makromoleküle Modifizierte Naturstoffe; natürliche Fasern (Seide, Wolle, Baumwolle, Papier) Textilfärbung; Färbeverfahren
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Vielen Dank!
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