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Natürliche und synthetische Fasern

Natürliche und synthetische Fasern. Inhalt. Definition Geschichte Einteilung Naturfasern Abgewandelte Naturfasern Synthetische Fasern Weiterverarbeitung Veredelung Schulrelevanz. 1. Definition. Faser:

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Natürliche und synthetische Fasern

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Presentation Transcript

  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. 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 1Griff- und Knitterprobe

  6. Demonstration 1: Griffprobe Überblick über die Vielfältigkeit der Fasern

  7. Demonstration 1: Knitterprobe • Hinweis über textilen Rohstoff • Faserbehandlungsverfahren: Fasertypische Eigenschaften leicht verändert

  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 2Brennprobe

  10. Demonstration 2: Brennprobe

  11. Demonstration 2: Brennprobe Beispiele: Verbrennungsreaktion Cellulose Wolle

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

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

  14. Versuch 1Aus was besteht Baumwolle?

  15. 4.1.1. Baumwolle • Samenhaar der Pflanze Gossypium herbaceum (lat., Malvengewächs) • Anbau in ca. 80 Ländern (tropische & subtropische Zone) • Reißfest, kochfest, hitzebeständig, nicht formbar

  16. 4.1.1. 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 2Was 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. 4.2.1. Seide • 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 Schuppenzellen2+3 Faserstamm    (Spindelzellenschicht)2 Ortho Cortex3 Para Cortex4 Makrofibrille5 Microfibrille

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

  25. Versuch 3Herstellung 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 4Herstellung 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. 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

  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 3Schmelzspinnen 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 5Mercerisieren & 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!

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