Fasern unter der Lupe

Was haben das Papier in der Chemie-Mappe, deine Kleidung und der Schulrucksack gemeinsam? Sie bestehen aus Fasern, also aus sehr dünnen, flexiblen Strukturen, die zu unterschiedlichen Materialien verarbeitet wurden.

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Überblick

Eine Vielzahl an Ausgangsmaterialien und Verarbeitungsmethoden führt dazu, dass uns heute im Alltag unterschiedliche Materialien aus Fasern mit an den Bedarf angepassten Eigenschaften begegnen.

Nach der Herkunft der Fasern unterscheidet man Naturfasern, halbsynthetische Fasern (durch chemische Verfahren behandelte Naturfasern) und vollsynthetische Fasern.

Baumwollfasern unter einem Rasterelektronenmikroskop
Baumwolle ist eine Naturfaser (Aufnahme mit einem Rasterelektronen­mikroskop).
Viskose
Viskose besteht aus halbsynthetischen Fasern.
Polyester unter einem Rasterelektronenmikroskop
Polyester ist ein synthetischer Faserstoff (Aufnahme mit einem Rasterelektronenmikroskop).
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Fasern kann man auch mit Hilfe von Brennproben unterscheiden.

Fasern für Papier

Wespen bauen ein Nest aus einer papierähnlichen Substanz, indem sie Holzfasern einspeicheln und zerkauen.

Eine Wespenkönigin baut ein neues Nest.
Eine Wespenkönigin baut ein neues Nest.
Wespennest (der Gemeinen Wespe)
Wespennest (der Gemeinen Wespe)

Auch der Mensch stellt Papier aus dem Rohstoff Holz her. Die Zellwände pflanzlicher Zellen enthalten Zellulose, die ihnen Festigkeit verleiht. Zellulose ist aus fadenförmigen Makromolekülen mit Traubenzucker als Baustein aufgebaut. Die Substanz Lignin in den Zellwänden sorgt für die Verholzung der Zellen.

Zellulose unter dem Mikroskop.
Zellulose unter dem Mikroskop.
Ein Zellulose-Makromolekül besteht aus mehreren tausend Traubenzucker-Einheiten. Zwischen den fadenförmigen Zellulose-Molekülen bilden sich Wasserstoff-Brücken aus.
Aus Papier werden viele verschiedene Produkte hergestellt.
Aus Papier werden viele verschiedene Produkte hergestellt.

Es gibt über 3 000 Papiersorten. Zur Herstellung werden Zellulose und Lignin (z. B. für weniger hochwertige Papiere) oder nur Zellulose (z. B. für hochwertige Papiere, Papiertaschentücher, Toilettenpapier, Filterpapiere) verwendet. Schreibpapier aus Zellulosefasern besteht neben dem Faserstoff auch aus Leim (dadurch wird das Papier beschreibbar), Füllstoffen und ev. auch aus Farbstoffen.

Die Vergrößerung unter dem Mikroskop zeigt, dass Papier aus Fasern besteht.
Die Vergrößerung unter dem Mikroskop zeigt, dass Papier aus Fasern besteht.
Herstellung von Papier

Die Herstellung von Papier aus Altpapier (z. B. für Recyclingpapier, Zeitungspapier, Pappe und Kartons) hilft dabei, Ressourcen zu schonen. Bei der Aufbereitung von Altpapier werden weniger Energie und weniger Wasser als bei der Herstellung von Papier aus Holz benötigt.

Neben der Papierproduktion wird Zellulose beispielsweise für die Herstellung von Zellophan (ein Verpackungsmaterial) und als Lebensmittelzusatzstoff (z. B. als Füllstoff) verwendet. Darüber hinaus spielt Zellulose bei der Herstellung von Textilien aus pflanzlichen Fasern eine wichtige Rolle.

Zellophan
Das Verpackungsmaterial Zellophan wird durch chemische Prozesse aus Zellulose hergestellt.

Naturfasern für Textilien

Naturfasern können pflanzlichen, tierischen oder mineralischen Ursprungs sein. Für Textilien werden pflanzliche Fasern wie Baumwolle und Flachs (für Leinen) verwendet. Sie bestehen aus Zellulose. Tierische Fasern bestehen v. a. aus Keratin (einem Eiweiß). Tierische Rohstoffe sind Wolle (von Schafen) und andere Tierhaare wie von Kaschmirziegen und Angorakaninchen. Seide stammt von Kokons der Seidenspinner (Maulbeerspinner).

Baumwollfeld
Baumwolle wird aus den Samenhaaren der Baumwollpflanze gewonnen.
Wollschaf
Wolle wird aus dem Fell von Schafen hergestellt.
Kokon der Seidenspinner.
Kokon der Seidenspinner.

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Von der Baumwolle zum T-Shirt

Baumwolle ist die am meisten verwendete Naturfaser. In Bekleidungsgeschäften gibt es ein großes Angebot. Viele Stücke werden sehr günstig verkauft – nur wenige denken dabei daran, dass die Herstellung viele Rohstoffe, Energie und Transportwege benötigt.
Lerne hier die wichtigsten Stationen in der Produktion eines T-Shirts genauer kennen!

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weißes unisex T-Shirt SALE
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Chemiefasern

Zur Herstellung von halbsynthetischen Fasern wie Viskose und Lyocell werden Naturfasern (z. B. Zellulose) durch chemische Verfahren behandelt. Auf diese Weise können die Fasern vielfältig eingesetzt werden. Die Zellulose zur Herstellung der Fasern wird oftmals aus Holz gewonnen, wodurch die Materialien eine Alternative zu Baumwolle darstellen.

Es gibt eine Vielzahl an vollsynthetischen Fasern. Sie werden aus Lösungen oder Schmelzen von Kunststoffen gesponnen. Dadurch entstehen beispielsweise Polyester, die oftmals aus recycelten PET-Flaschen hergestellt werden. Mittlerweile enthält ungefähr die Hälfte aller Textilien weltweit Polyester. Für die meisten Kunstfasern werden Erdöl und Erdgas als Rohstoffe verwendet.

Fleecedecke
Fleece-Stoffe sind meist aus Polyester.
Nylon
Nylon (ein Polyamid) ist die erste Faser, die vollständig synthetisch hergestellt wurde.
Elasthan
Elasthan (v. a. aus Polyurethan) ist eine sehr elastische Faser, die z. B. für Badekleidung und andere Sportkleidung verwendet wird.

Mit diesem einfachen Experiment kann man eine Polyester-Faser herstellen.

Durch die unterschiedlichen Ausgangsmaterialien und Herstellungsverfahren kann eine große Vielfalt an Stoffen mit unterschiedlichen Eigenschaften produziert werden. Die Herstellung von Chemiefasern ist kostengünstig und hat damit einen großen Anteil daran, dass heute Kleidung sehr günstig zu erwerben ist. Dadurch wird mehr Kleidung gekauft und die einzelnen Kleidungsstücke werden oftmals nur selten getragen, bevor sie weggeben werden. Darüber hinaus gelangt über den Abrieb der Kleidung (z. B. in der Waschmaschine) Mikroplastik in die Umwelt.

Gestaltet gemeinsam eine Übersicht mit Tipps zum verantwortungsvollen Umgang mit Kleidung!

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Wodurch wird unsere Kleidung bunt?

Bereits seit der Antike werden Stoffe gefärbt und bedruckt. Heute werden viele natürliche und synthetische Farbmittel verwendet, wodurch eine große Vielfalt ermöglicht wird.

Ein Färber im 15. Jahrhundert.
Das Bild zeigt einen Färber im 15. Jahrhundert.
Eine Färberei in Fes (Marokko)
Eine Färberei in Fes (Marokko).
Durch unterschiedliche Farbmittel werden Stoffe farbenfroh.
Durch unterschiedliche Farbmittel werden Stoffe farbenfroh.

Die verwendeten Farbmittel werden nach ihrer Löslichkeit eingeteilt. Pigmente lösen sich in der vorliegenden Substanz nicht, sondern liegen darin als fein verteilter Feststoff vor. Farbstoffe lösen sich in der zu färbenden Substanz.

Pigmente auf einem Markt in Goa (Indien).
Pigmente auf einem Markt in Goa (Indien).
Mauvein war der erste synthetische Farbstoff.
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Natürliche Farbstoffe werden nach ihrer Herkunft unterschieden. Zinnober ist ein Beispiel für einen Farbstoff aus Mineralien. Indigo wird aus Pflanzen (wie der Indigopflanze und dem Färberwaid) gewonnen. Purpur stammt von Tieren (Purpurschnecken) gewonnen.

Zinnoberrot, links das Pigment, rechts die Farbe
Zinnoberrot als Pigment und als Farbstoff.
Ein Stapel blauer Jeans
Indigo wird auch heute noch zum Färben der Blue Jeans verwendet.
Wolle in Purpurküpe gefärbt
Mit Purpur gefärbte Wolle.

Indigo und Purpur sind organische Verbindungen mit ähnlichen Strukturformeln. Worin unterscheiden sie sich?

Info für Lehrer*innen
Die Strukturformel von Indigo.
Die Strukturformel von Indigo.
Die Strukturformel von Purpur.
Die Strukturformel von Purpur.
32. Fasern unter der Lupe
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