Bernhard Sieve

Modellversuch zum Nassspinnverfahren

Modellversuch, Nassspinnverfahren
Modellversuch zum Nassspinnverfahren, © Bernhard Sieve

Bernhard Sieve

Versuch: Sek. I/II|Schüler| Zeit: 10 min
Halbsynthetische Cellulosefasern wie Viskosefasern oder Lyocellfasern werden überwiegend durch Nassspinnverfahren hergestellt. Dabei wird Cellulose durch chemische Reaktionen so verändert, dass die Cellulose im Medium löslich wird. Die Lösung wird dann durch Spinndüsen in ein sog. Fällbad gedrückt, wobei durch Strukturveränderungen der veränderten Celluloseketten spinnbare Fäden entstehen. Diese können verstreckt und zu Textilien verarbeitet werden. Zur Modellierung dieses Verfahrens wurde bisher häufig Kupfercellulose hergestellt (Cupro-Fasern), indem Cellulose in einer ammonakalischen Kupferhydroxidlösung gelöst und in einem sauren Fällbad gefällt wird. Diese entsorgungsaufwändige Prozedur kann durch einen einfachen Modellversuch mit Alginaten ohne Entsorgungsprobleme ersetzt werden. Lediglich das Verstrecken der Fasern lässt sich in dieser Alternative nicht hinreichend darstellen.
Materialien
Milchaufschäumer, Heizplatte, 2 Bechergläser (250mL, hohe Form), Waage, Thermometer, Kunststoffspritze (20mL, LuerLock) mit abgestumpfter Kanüle (z.B. Blunt-Glue-Liquid-Dispenser-Needle (20G) oder Blunt-Needle (20G)), Natriumalginat, Calciumlactat oder Calciumchlorid, Farbstoff Sirius Lichtblau oder Iod-Stärke-Suspension (1 Körnchen Iod mit 1 Spatel Kaliumiodid in 100mL Amylose (löslich) lösen; Achtung, die Amylosesuspension muss so lange erhitzt werden, bis aus der Supension ein klares Amylose-Sol entsteht)
Durchführung
1. 100mL Wasser werden im Becherglas auf etwa 60 °C erhitzt und mit 1g Natriumalginat versetzt. Mit dem Milchaufschäumer rührt man das Sol um, bis keine Natriumalginat-Klümpchen mehr vorhanden sind. Das Sol lässt man für etwa 10 Minuten stehen, damit eingeschlossene Luftblasen ausgegast sind. Nun kann man das Sol mit wenigen Tropfen eines der genannten Farbmittel einfärben. Die Farbmittel sind so gewählt, dass keine Diffusion durch die sich später bildende Membran aus Natriumalginat-Gel erfolgt.
2. Die abgestumpfte Kanüle wird auf die Kunststoffspritze geschraubt. Die Spritze wird mit dem gefärbten Natriumalginat-Sol gefüllt.
3. Das zweite Becherglas wird zu 2/3 mit Wasser gefüllt. Darin werden zwei Spatel des Calciumsalzes gelöst. Nun wird die Kanüle der Spritze in die Lösung getaucht und das Natriumalginat-Sol vorsichtig, aber kontinuierlich in die Lösung des Calciumsalzes gedrückt (Abb.1 ).
Beobachtung und Erklärung
In der Lösung des Calciumsalzes bilden sich lange Fäden, wenn man das gefärbte Natriumalginat-Sol aus der Spritze in die Lösung drückt.
Alginate sind makromolekulare Kohlenhydrate aus Algen. Die Makromolekülketten bestehen aus miteinander verknüpften Mannuronsäure- und Guluronsäure-Bausteinen, wobei die Mannuronsäure-Bausteine lange Ketten bilden (M-Ketten) und die Guluronsäure-Bausteine zickzackförmige Wannen. In der Calcium-Ionen-haltigen Lösung treten die GG-Blöcke der wasserlöslichen Natriumsalze der Alginate in Wechselwirkung
mit den Ca2+-Ionen. Es bildet sich eine Membran aus nicht wasserlöslichem Calciumalginat-Gel.
Quellen

Friedrich+ Deutsch

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aus: Unterricht Chemie Nr. 172 / 2019

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