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Natürliche und synthetische Fasern. Inhalt 1.Definition 2.Geschichte 3.Einteilung 4.Naturfasern 5.Abgewandelte Naturfasern 6.Synthetische Fasern 7.Weiterverarbeitung.

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1 Natürliche und synthetische Fasern

2 Inhalt 1.Definition 2.Geschichte 3.Einteilung 4.Naturfasern 5.Abgewandelte Naturfasern 6.Synthetische Fasern 7.Weiterverarbeitung 8.Veredelung 9.Schulrelevanz

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

4 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 BaumwolleWarm, fest LeinenKühl, steif SchafwolleWarm, rau, weich SeideGlatt, weich Synthetische FasernUnterscheidung schwer mgl.

7 Demonstration 1: Knitterprobe Hinweis über textilen Rohstoff Faserbehandlungsverfahren: Fasertypische Eigenschaften leicht verändert Sehr starkes KnitternLeinen (Flachs) Starkes KnitternBaumwolle, Viskose, Seide Geringes KnitternWolle, Acetat, Polyamid Sehr geringes KnitternPolyester

8 3. Einteilung Fasern tierischpflanzlichmineralisch Chemiefasern Naturfasern Abgewandelte Naturstoffe Synthetische Polymere Aus anorg. Rohstoffen Baumwolle Wolle Asbest Viskose PolyesterGlas Hanf Seide Modal PolyamidMetall Jute Kaschmir Acetat ElastanKohlenstoff

9 Demonstration 2 Brennprobe

10 Demonstration 2: Brennprobe Einteilung Cellulosefasern (pflanzlich) Eiweißfasern (tierisch) Synthesefasern FaserbeispielBaumwolleWollePolyester EntflammungSehr leichtSchwer 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 Wolle Cellulose

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

13 4.1. Pflanzliche Fasern (Cellulose) Pflanzenhaare BastfasernHartfasern Baumwolle FlachsSisal HanfKokos Jute, Ramie FlachsJuteHanf BaumwolleKokospalmeSisal

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

17 Versuch 1: Aus was besteht Baumwolle? Baumwolle: Cellulose-Zellen Intermicellare Quellwirkung von ZnCl 2 Aufweitung der Zwischenräume => Einlagerung von Polyiodionen Blauer CT-Komplex (ähnl. Iod-Stärke) Einschlussverbindung Micelle Intermicellarer Raum

18 4.2. Tierische Fasern (Eiweiß) WolleHaareSeide WolleSchafkamelwolleMaulbeerseide 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: gelb (aq) L-Phenylalanin

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

23 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 2+3 Faserstamm (Spindelzellenschicht) 2 Ortho Cortex 3 Para Cortex 4 Makrofibrille 5 Microfibrille

24 5. Abgewandelte Naturfasern Aus natürlichen Polymeren Tierisch (Eiweiß) Pflanzlich LatexCelluloseAlgen Viskose Acetat Kupferseide AlginatCaseinfaser

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 PolymerisationPolykondensationPolyaddition 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 Versuch 4: Herstellung von Nylon Polykondensation: 1,6-Diaminohexan Sebacinsäuredichlorid

33 Versuch 4: Herstellung von Nylon Nebenreaktion:

34 Nylon & Perlon 1935: Du Pont Company entdeckt: Schmelze von PA 66 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 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 Vor Mercerisierung Nach Mercerisierung

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

47 Vielen Dank!


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