Baumwollfaser

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Baumwollfasern im Rasterelektronenmikroskop
Baumwollfasern im Rasterelektronenmikroskop
Fasertyp

pflanzliche Naturfaser

Herkunft

Baumwolle (Gossypium)

Farbe

weiß-grau

Eigenschaften
Faserlänge 15–56 mm[1]
Faserdurchmesser 12–35 µm[1]
Dichte 1,51 g/cm³[1]
Zugfestigkeit 287–800 MPa[1]
Spezifische Zugfestigkeit 15–55 cN/tex (trocken)[2]
Elastizitätsmodul 4,5–11 GPa (trocken)[2]
Bruchdehnung 6–10 % (trocken)[2]
Spezifischer elektrischer Widerstand 107 Ωcm[2]
Wärmeleitfähigkeit 0,54 W/m·K[2]
Wasseraufnahme 8 %[1]
Chemische Beständigkeit alkali- jedoch nicht säurebeständig
Produkte Textilien

Die Baumwollfaser ist eine Naturfaser, die aus den Samenhaaren der Pflanzen der Gattung Baumwolle (Gossypium) gewonnen wird. In der Systematik der Naturfasern gehört die Baumwolle daher zu den Samenfasern. Der Samen der Baumwolle bildet als Verlängerung seiner Epidermis längere Haare, die als Lint bezeichnet werden, und drei bis fünf Tage nach der Blüte sehr kurze Haare, die Linter genannt werden. Nur die langen Fasern werden, meist zu dünnen Fäden gesponnen, für Textilien verwendet, während sich die Linter nur für Celluloseprodukte eignen.[3]

Entwicklung und Aufbau[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Baumwollfaser besteht aus einer einzigen Zelle, deren Primärwand zunächst aus dem Samen der Baumwolle bis zur endgültigen Ausdehnung der Faser herauswächst. Diese wird dann von einer Sekundärwand gefüllt. An diese schließt sich eine Tertiärwand an und schließlich ein Hohlraum, das Lumen. Im Zellplasma wird in einem enzymatischen Komplex Cellulose durch die Aneinanderkettung von Glucose synthetisiert. Etwa 40–100 Cellulosemoleküle verbinden sich zu Elementarfibrillen. In diesen liegt die Cellulose in hochgeordneten Kristallgittern vor. Mehrere Elementarfibrillen, auch Micellen genannt, verbinden sich zu Mikrofibrillen und diese wiederum zu Makrofibrillen.

Der Aufbau der Primär-, Sekundär- und Tertiärwand unterscheidet sich stark. In der Sekundärwand ist der Cellulosegehalt am höchsten, während sich in der Primärwand, die wenige Zehntel Mikrometer dick ist, nur etwa 5 % des gesamten Cellulosegehaltes der Faser befinden. Sie besteht neben Cellulose hauptsächlich aus Pektinen und Wachsen.[4] In der Tertiärwand befindet sich wenig Cellulose und viele Verunreinigungen. Sie erfüllt praktisch die Funktion eines „Filters“ der Faser.[5][6][7]

Die chemische Zusammensetzung der Primärwand, der gesamten Faser sowie vorkommender Verunreinigungen wie pflanzliche Begleitstoffe, vor allem Samenschalen, zeigt die Tabelle.

Zusammensetzung der Baumwollfaser und deren pflanzliche Begleitstoffe[8]
Komponente Baumwollfaser (%) Primärwand (%) Pflanzliche Begleitstoffe (%)
Cellulose 88–96 52 23–28
Pektine / Pektinate 12
Pentosane 5–10
Lignin 22–26
Wachs 0,4–1,0 7 5–7
Asche 0,7–1,6 14 2,6–2,8
Proteine 1–2 12 2–4
Calcium 0,1 3,7
Magnesium 0,07 0,7

Auch die Anordnung der Fibrillen in den drei Wänden ist sehr verschieden. Während die Fibrillenstränge in der Primärwand sehr irregulär angeordnet vorliegen, sind diese in der Sekundärwand verkreuzt in der Art Helixstruktur und in der Tertiärwand streng parallel zur Faserachse angeordnet.

Schematischer Querschnitt durch eine Baumwollfaser

Nebenstehende Abbildung zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Baumwollfaser. Die Oberflächenstruktur der Baumwollfasern ist flach, verdreht und schleifenähnlich. Die Farbe der Fasern variiert von cremig-weiß bis zu schmutzig-grau, abhängig vom Herstellungs- bzw. Aufbereitungsprozess.[9] Im Gegensatz zu vielen anderen Naturfasern besitzt Baumwolle nur äußerst geringe Lignin- oder Pektinbestandteile, und nur eine sehr geringe Menge an Hemicellulose von etwa 5,7 %.[10] Somit besteht die Baumwollfaser, neben der Wachsschicht der Cuticula, fast ausschließlich aus hochkristalliner Cellulose.

Manuelle Reinigung von Baumwolle vor dem Spinnen in Indien (2010)

Verarbeitung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei der Aufarbeitung der Baumwolle gehen nur rund 10 % des Rohgewichtes verloren. Wenn die Wachs-, Eiweiß- und weiteren Pflanzenreste entfernt sind, bleibt ein natürliches Polymer aus Cellulose zurück. Die besondere Anordnung der Cellulose gibt der Baumwolle eine hohe Reißfestigkeit. Jede Faser besteht aus 20–30 Lagen Cellulose in einer gedrehten Struktur. Wenn der Baumwollball – der Fruchtstand der Baumwollpflanze – geöffnet wird, trocknen die Fasern und verhaken sich untereinander. Diese Form wird für das Spinnen zu einem sehr feinen Garn verwendet.

Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Baumwolle ist sehr saugfähig und kann bis zu 32 %[11] ihres Gewichtes an Wasser aufnehmen. Sind allerdings Gewebe aus Baumwolle einmal nass geworden, trocknen sie nur langsam. Zudem besitzt Baumwolle auch eine hohe Schmutz- und Ölaufnahmefähigkeit, ist aber auch in der Lage diese wieder abzugeben. Baumwollstoffe gelten als sehr hautfreundlich (sie „kratzen“ nicht) und haben ein äußerst geringes Allergiepotential. Diese Eigenschaften macht sie für die Textilindustrie interessant.

Baumwolle ist nicht wasserlöslich und in feuchtem oder nassen Zustand reißfester als in trockenem. Die Festigkeiten und Steifigkeiten der Baumwollfaser sind geringer als die der Bastfaser, wobei die Dehnfähigkeit deutlich höher ist. Die Fasern sind alkali- jedoch nicht säurebeständig. Baumwolle ist anfällig für den Befall durch Mikroorganismen, die Widerstandsfähigkeit gegenüber Motten und anderen Insekten ist jedoch recht hoch. Baumwolle ist leicht entflammbar, kann aber gekocht und sterilisiert werden.

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. a b c d e Kim L. Pickering (Hrsg.): „Properties and performance of natural-fibre composites“, Woodhead Publishing Limited, Cambridge, 2008, ISBN 978-1-84569-267-4.
  2. a b c d e W. Bobeth (Hrsg.): Textile Faserstoffe. Springer Verlag, Berlin / Heidelberg 1993, ISBN 3-540-55697-4.
  3. F. Denninger, E. Giese, H. Ostertag, A. Schenek: Textil- und Modelexikon. Deutscher Fachverlag, 2008, ISBN 3-87150-848-9.
  4. H. A. Krässing: Cellulose: Structure, Accessibility and Reactivity. In: Polymer Monographs, Vol. 11. Gordon and Breach Science Publishers, Amsterdam 1993, ISBN 2-88124-798-9.
  5. G. Richter: Stoffwechselphysiologie der Pflanzen - Physiologie und Biochemie des Primär- und Sekundärstoffwechsels. 6. Auflage. Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1998, ISBN 3-13-442006-6, S. 249.
  6. J. W. S. Hearle: Fibers, 2. Structure. In: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH, Weinheim 2007, doi:10.1002/14356007.a25_345.pub2
  7. Natural and chemical fibers, bleach as a part of daily life. (PDF) Fachinformationszentrum Chemie GmbH, S. 15
  8. H.-K. Rouette: Handbuch Textilveredelung, Band 1: Ausrüstung. Deutscher Fachverlag, Frankfurt a. Main, 2006, ISBN 3-86641-012-3.
  9. A.K. Mohanty, M. Misra, L. T. Drzal (Hrsg.): Natural fibers, biopolymers, and biocomposites. Taylor & Francis Group, Boca Raton FL 2005, ISBN 0-8493-1741-X.
  10. A. K. Mohanty, M. Misra, G. Hinrichsen: Biofibres, biodegradable polymers and biocomposites: An overview. Macromolecular Materials and Engineering. Ausgabe 276/277, 2000, S. 1–24.
  11. Alfons Hofer: Stoffe 1. Rohstoffe: Fasern, Garne und Effekte. 8. Auflage. Deutscher Fachverlag, Frankfurt am Main 2000, ISBN 3-87150-671-0, S. 76.