Natürliche und synthetische Fasern

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

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

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

Demonstration 1 Griff- und Knitterprobe

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.

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

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

Demonstration 2 Brennprobe

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

Demonstration 2: Brennprobe Beispiele: Verbrennungsreaktion Cellulose Wolle

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

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

Versuch 1 Aus was besteht Baumwolle?

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

Samenhaare (in sich verdreht): Bündel sehr feiner Cellulose-Fibrillen 4.1.1. Baumwolle 90% Cellulose Samenhaare (in sich verdreht): Bündel sehr feiner Cellulose-Fibrillen Lumen

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

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

Versuch 2 Was haben Seide und Wolle gemeinsam?

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

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

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

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

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

Versuch 3 Herstellung Kunstseide

5.1. Versuch 3: Kupferseide Schweizer Reagenz

Deprotonierung von Cellulose Quadratisch-planar

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

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

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-]

Versuch 4 Herstellung von Nylon

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

6.1.1. Versuch 4: Herstellung von Nylon Nebenreaktion:

5.1.1. 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

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

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

Demonstration 3 Schmelzspinnen von Polyamid

7.1 Schmelzspinnverfahren Für Polyamide (Perlon, Nylon)

7.2 Nassspinnverfahren Für abgewandelte Naturstoffe (Viscose, Kupferseide)

7.3 Trockenspinnverfahren Für z.B. Polyacrylnitril

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

Versuch 5 Mercerisieren & Färben von Baumwolle

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

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

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

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

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