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Reihe „Alles Plastik? – Kleidung aus Kunststoffen“
Vom Kunststoff zur Faser – Nassspinnen, Trockenspinnen, Schmelzspinnen
I. Allgemeine Informationen
Zur Gewinnung von Fasern aus Kunststoffen gibt es drei Verfahren: Nassspinnverfahren,
Trockenspinnverfahren und Schmelzspinnverfahren.
Beim Nassspinnverfahren wird die Spinnmasse in einem Lösungsmittel aufgelöst und direkt in
ein Chemikalienbad ausgesponnen. Im Chemikalienbad verfestigt sich die Faser. Danach wird
sie eventuell noch gewaschen und dann weiterverarbeitet. Viskose und Polyacrylnitril-Fasern
werden nach diesem Verfahren hergestellt.
Beim Trockenspinnverfahren wird die Spinnmasse ebenfalls in einem Lösungsmittel aufgelöst,
dann aber in einen Warmluftstrom ausgesponnen. In der Warmluft verdampft das Lösungsmittel,
die Faser verfestigt sich und kann weiterverarbeitet werden. Faserbeispiele für das Trockenspinnverfahren
sind Polyacryl und Acryl.
Für Kunststoffe, die sich leicht schmelzen lassen, eignet sich das Schmelzspinnverfahren. Hier
wird der Kunststoff geschmolzen durch eine Spinndüse gepresst. Nach dem Abkühlen erhält
man die Fasern, die dann weiter verarbeitet werden können. Polyamid und Polyester sind Beispiele
für dieses Verfahren.
Nach dem Spinnen liegen die Makromoleküle in den Fasern ungeordnet als Knäuel vor. Der Zusammenhalt
zwischen den einzelnen Molekülen ist noch sehr gering. Dadurch lassen sich die
gewonnenen Fäden leicht zerreißen. Mit einem langsamen, gleichmäßigen Zug kann man die
Fäden verstrecken. Dadurch ordnen sich die langkettigen Moleküle in weiten Bereichen in
Längsrichtung aus und können intermolekulare Wasserstoffbrücken ausbilden (s. Abb), es entstehen
kristalline Bereiche. Der Zusammenhalt zwischen den einzelnen Makromolekülen wird
größer und die Fasern zeigen eine erheblich höhere Zugfestigkeit.
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Vom Kunststoff zur Faser – Nassspinnen, Trockenspinnen, Schmelzspinnen
II. Versuche
Bitte lesen Sie sich die Versuchsanleitung vor Beginn des Versuches vollständig durch!
Beachten Sie die R- und S-Sätze!
1. Nassspinnverfahren
Versuchsanleitung
Geräte
Waage
Heizplatte
Erlenmeyerkolben (100 mL) mit passendem Gummistopfen
Messzylinder (25 mL)
Messpipette (5 mL)
Für die Spinnapparatur:
Stativmaterial
Kolbenprober (100 mL)
weites Glasrohr (Innendurchmesser ca. 16-20 mm) mit passendem
Gummistopfen (1 Bohrung),
Zweiwegehahn mit zum Glasrohr passendem Gummistopfen
gebogenes Glasrohr mit Spitze
Schere
Pinzette
4 Glasschalen (ca. 10 cm breit und 5 cm hoch)
Chemikalien
Kupfer(II)-sulfat
CuSO 4·5 H 2 O
Ammoniak-Lösung
10% ≤ w ≤ 25%
Natriumhydroxid
wasserfrei
Schwefelsäure
5% ≤ w ≤ 15%
Xn R: 22-36/38 S: 2-22
C R: 36/37/38 S: 1/2-26-36/37/39-45-61
C R: 35 S: 1/2-26-36/37/39-45
Xi R: 36/37 S: 1/2-26-30-45
Durchführung
1. In dem Erlenmeyerkolben werden 6,5 g des Kupfersulfat-Pentahydrats in 15 mL
destilliertem, warmem Wasser gelöst. Nach dem Abkühlen setzt man 25 mL
20%ige Ammoniaklösung, anschließend 4 mL 32%ige Natronlauge zu. In diese
Kuoxam-Lösung werden 1 bis 1,2 g Watte eingebracht. Man verschließt mit dem
Gummistopfen und schüttelt so lange, bis die Cellulose gelöst ist.
2. Aus der erhaltenen Lösung kann in der abgebildeten Apparatur ein Spinnfaden
gezogen werden. Dazu saugt man die Lösung mit Hilfe des Kolbenprobers in das
mittlere Glasrohr, schließt den Hahn und setzt das gewinkelte Glasrohr an. Als
Fällbad stellt man eine Glasschale mit 32%iger Natronlauge bereit. Erst wenn die
Spinnlösung aus der Düse tritt, wird letztere in die Natronlauge eingetaucht; der
sich bildende Faden wird mit Hilfe einer Pinzette abgezogen; man kann ihn kontinuierlich
um einen Glasstab wickeln oder vorteilhafter mit der Schere in Stücke
von etwa 50 bis 75 cm Länge schneiden, die in einer zweiten Schale mit 32%iger

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Natronlauge durchgehärtet werden. Anschließend belässt man die Fäden für 5
bis 10 Minuten in einer Schale mit destilliertem Wasser, taucht sie dann zur Entkupferung
kurz in 1%ige Schwefelsäure und wäscht sie nochmals mit Wasser.
Zum Trocknen hängt man die Fäden unter leichter Spannung zwischen zwei Stativen
auf. Die Spinnlösung lässt sich noch einige Tage verwenden.
Entsorgung
Nach Neutralisation zu den Schwermetallsalzlösungen
Aufbauskizze
Spinnapparatur
2. Trockenspinnverfahren
Versuchsanleitung
Geräte Zahnstocher, evtl. schwarzes Papier (ca. 30 cm x 30 cm)
Chemikalien
UHU ® -Alleskleber
( n i c h t t r o p f f r e i ! )
enthält:
F, Xi R: 11-36-66-67 S:2-9-16-26
Aceton
Methylacetat F, Xi R:11-36-66-67 S: 2-16-26-29-33

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Durchführung Aus der Öffnung einer UHU ® -Allesklebertube holt man mit Hilfe eines Zahnstochers
ein Klebstofftröpfchen hervor und zieht dieses langsam und gleichmäßig zu
einem dünnen Faden aus, zum besseren Sichtbarmachen evtl. über einem
schwarzen Papier.
Entsorgung
Hausmüll
3. Schmelzspinnverfahren
Versuchsanleitung
Geräte
Elektrisch beheizbare Klebepistole (im Baumarkt erhältlich)
Holz- oder Metallplatte zum Schutz des Arbeitstisches
Schere
Chemikalien
Durchführung
Entsorgung
Die zur Klebepistole passenden Klebstoff-Zylinder
evtl. ein Bogen Seidenpapier
Man benötigt mehrere Ausführende für diesen Versuch.
Die o. a. elektrische Klebepistole wird ca. 8 bis 10 Minuten vorgeheizt (Vorsicht,
Austrittsdüse wird sehr heiß!). Man drückt dann einen der 20 cm langen
Klebstoffzylinder in die Pistole ein. Er wird soweit vorgeschoben, bis erstes
flüssiges Klebematerial an der Düsenspitze austritt. Der eingeführte Klebestab
bleibt nun für weitere zwei Minuten (ohne Druck auf den Klebezylinder)
in der beheizten Pistole, damit sich das Klebematerial im Bereich der
Heizwicklung gut erhitzen kann.
Zum Versuchsstart drückt man den Klebestab leicht in die Pistole hinein, bis
an der Düse verflüssigter Klebstoff austritt. Mit einem kleinen Gegenstand
(Holz, Pappe, Kunststoff, Stein etc.) berührt ein Helfer den austretenden
Klebstoff und bildet so den stationären Ausgangspunkt für den Spinnvorgang.
Der Pistolenhalter bewegt sich nun langsam vom Helfer weg, wobei er
Zuggeschwindigkeit und Nachführung des Klebestifts in die Pistole so einrichtet,
dass an der Düsenspitze ein Faden mit hinreichendem Durchmesser austritt.
Weitere Helfer sollten bereit sein, den ausgezogenen Faden in sinnvollen
Abständen (0,5 bis 1m) mit dem Finger (ohne Schutz möglich) zu stützen.
Bei konstantem Ziehen kann eine Umrundung des Klassenraums gelingen.
(Zur Demonstration können in Abständen geknickte Seidenpapierschnitzel
aufgelegt werden.) Anschließend zerschneidet man den Faden in ca. 25
cm lange Abschnitte und versucht, diese langsam zu dehnen.
Die Fäden können zum Hausmüll gegeben werden.

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III Beobachtungen und Erklärungen zu den Versuchen
1. Nassspinnververfahren
Beobachtung:
Cellulose löst sich in ammoniakalischer Kupfer(II)-sulfatlösung und kann daraus als Regeneratcellulose
in Fadenform ausgefällt werden.
Erklärung:
E. SCHWEITZER entdeckte (1857), dass sich Cellulose in einer ammoniakalischen Kupfer(II)-
hydroxidlösung (SCHWEITZERs Reagenz; Kupferoxi-Ammoniaklösung, Kurzform:Kuoxamlösung)
auflöst. Der Lösevorgang durch den darin enthaltenen Tetramminkupfer(II)-Komplex beruht auf
einer teilweisen Hydrolyse der Cellulose. Durch ein Fällbad lässt sich die Cellulose daraus wieder
in Fadenform ausfällen; die anorganischen Bestandteile werden dabei abgespalten. Die molare
Masse der ausgefällten Fäden ist deutlich geringer als die der unbehandelten Cellulose.
Im technischen Maßstab wird die Spinnlösung direkt im sog. THIELE-Spinntrichter in schwach alkalischer
Lösung in Cellulose und die anorganischen Begleitstoffe zerlegt. Im Schulversuch gelingt
die Regenerierung der Cellulose besser in 32%iger Natronlauge oder in 6%iger, auf 35°C erwärmter
Schwefelsäure.
2. Trockenspinnverfahren
Beobachtung:
Das farblose Tröpfchen lässt sich zu einem dünnen Faden, in günstigen Fällen bis über 1 m Länge,
ausziehen.
Erfahrungen:
Man braucht einige Vorversuche, bevor man die geeignetsten Bedingungen kennt. Es kommt vor
allem auf das g l e i c h m ä ß i g e Ausziehen des Fadens an.
Erklärung:
UHU®-Alleskleber besteht aus einer
40%-igen Lösung von Polyvinylacetat in
Methylacetat und Aceton. Es handelt
sich hier um einen Modellversuch zum
Trockenspinnverfahren: Beim Ausziehen
des Fadens verdampfen die Lösemittel
(hier: Methylacetat und Aceton).
In der Praxis werden die Lösemittel
durch Heißluft verdampft und anschließend
zurückgewonnen (s. Skizze). Das
Verfahren wird beim Spinnen elastischer
Fasern, bei der Fa. BAYER AG
z.B. beim Trockenspinnen von Dorlastan®,
einer hochelastischen Polyurethanfaser,
eingesetzt.
Apparatur zum Trockenspinnen
Heißluft
Düse
Polymerlösung
Spinnpumpe
Lösemittel-
Rückgewinnung
zur Verstreckung

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3. Schmelzspinnverfahren
Beobachtung:
Aus dem trüb-weißen Material des Klebestabs erhält man einen bis zu 25 m langen, glänzenden
Faden, dessen Durchmesser häufig unregelmäßig ist. Durch Verstrecken lassen sich die Fadenabschnitte
auf das Mehrfache ihrer Länge ausziehen; gleichzeitig nimmt der Durchmesser sichtbar ab
und wird gleichmäßiger.
Erklärung:
Dieses Experiment soll das Verfahren des Schmelzspinnens verdeutlichen, das in der Praxis beispielsweise
beim Verspinnen von Polyamiden Anwendung findet. Dabei wird die Schmelze durch
Düsen gedrückt; die entstandenen Fäden werden im Stickstoffstrom gekühlt, da sie oxidationsanfällig
sind (Gelbfärbung). Die wichtigsten Polyamide sind Nylon® und Perlon®. Das gemeinsame
Kennzeichen aller Polyamide sind die Amidgruppen, die zur Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen
beitragen. Im versponnenen, unverreckten Faden ist dies nur teilweise möglich, da die
Makromoleküle ungeordnet sind. Erst durch das Recken der Faser wird eine kristalline Anordnung
der Polyamidmoleküle erreicht, in der die intermolekularen Anziehungskräfte voll zur Wirkung
kommen (Abb. 1).
Vergleich des Aufbaus der unverstreckten mit der verstreckten Polyamidfaser (Abb. 1):
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4 L
D
D
2
= Polyamidmolekül D = Durchmesser L = Länge
Lt. Skizze werden die Fasern im Verstreckungsvorgang auf das Vierfache der ursprünglichen Länge
gedehnt.
Literatur:
Experimente zu Makromolekülen. Skript des Arbeitskreises „Experimente zu Makromolekülen“ im
Kölner Modell.
Heinz Schmidkunz, Karl Häusler (Hsg.), Unterricht Chemie Band 12: Textilien und Kleidung, Köln
2005