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Färben von Natur- und Kunstfasern

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Die Autor*innen
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André Otto
Färben von Natur- und Kunstfasern
lernst du in der 11. Klasse - 12. Klasse - 13. Klasse

Färben von Natur- und Kunstfasern Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Färben von Natur- und Kunstfasern kannst du es wiederholen und üben.
  • Bestimme die Färbeverfahren, die für folgende Textilstrukturen besonders gebräuchlich sind.

    Tipps

    Für das Färben von Wolle kann unter anderem das einfachste Färbeverfahren genutzt werden.

    Um Baumwolle zu färben, kommt in einem Färbeverfahren ein Azofarbstoff zum Einsatz.

    Beim Färben von Polyester muss man zunächst eine stabile Suspension herstellen.

    Baumwolle wird z.B. mit Indigo gefärbt. Überlege, zu welcher Farbstoffklasse Indigo gehört.

    Lösung

    Verschiedene Stoffe verlangen verschiedene Färbeverfahren. Wolle kann direkt eingefärbt werden, weil die Struktur es zulässt. Es kann aber auch gebeizt werden oder über die Metallkomplexfärbung eingefärbt werden. Bei Baumwolle eignen sich vor allem Färbeverfahren, bei denen sich die Farbe direkt auf der Faser entwickelt, wie z.B. Beizenfärbung oder Entwicklungsfärbung, aber auch die Reaktivfärbung kommt zum Einsatz. Im Gegensatz dazu steht der Polyester. Er kann nur über die Dispersionsfärbung eingefärbt werden. Das liegt darin, dass Polyester im Grunde wasserabweisend ist und auch keine ionischen Eigenschaften besitzt.

  • Erkläre, wie die einzelnen Färbeverfahren funktionieren.

    Tipps

    Ein Beispiel für die Küpenfärbung ist das Färben mit Indigo.

    Das Beizfärben ist umstritten, da oft Schwermetalle zum Einsatz kommen.

    Lösung

    Als Entwicklungsfärbungen kann man alle Verfahren bezeichnen, welche die Farbe entstehen lassen. Bei der einfachen Entwicklungsfärbung wird der Stoff in eine lösliche Vorstufe des Farbstoffes getränkt. Im Anschluss wird die Textilie in eine Lösung mit Diazonium-Ionen getaucht. Dabei entsteht ein Azofarbstoff, der fest auf der Faser haftet.

    Auch die Küpenfärbung kann als Entwicklungsfärbung bezeichnet werden. Hier wird die Textilie zunächst in die reduzierte Form des Farbstoffes getaucht und an der Luft oxidiert der Farbstoff zurück.

    Die Beizenfärbung ist auch eine Art Entwicklungsfärbung. Zunächst werden Salze einer Lösung zugeführt. Die Metall-Ionen haften auf der Faser und es erfolgt eine Wasserdampfbehandlung. Die entstandenen Hydroxide reagieren nun mit dem Säurefarbstoff und die Farbe wird auf der Faseroberfläche fixiert.

    Die Reaktivfärbung ist ein besonderes Färbeverfahren, denn hier haftet die Farbe auf der Faser aufgrund von kovalenten Bindungen.

  • Entscheide, zu welcher Farbstoffklasse das Kongorot gehört.

    Tipps

    Überlege, wie die $-N=N-$Gruppe bezeichnet wird.

    Lösung

    Kongorot ist ein synthetisch hergestellter Farbstoff, d.h., er ist nicht natürlich vorzufinden. Er gehört zur Gruppe der Azofarbstoffe. Charakteristisch für diese Farbstoffklasse sind eine oder mehrere Azobrücken $(-N=N-)$. Da Kongorot zwei Azobrücken besitzt, bezeichnet man ihn auch als Diazofarbstoff.

  • Erläutere das Verfahren der Küpenfärbung.

    Tipps

    Überlege, wo der Unterschied zwischen dem Indigo und dem Leukoindigo besteht.

    Überlege, welche Reaktion mit Sauerstoff abläuft.

    Lösung

    Für die Küpenfärberei werden die Farbstoffe zunächst mithilfe eines Reduktionsmittels in wasserlösliche, farblose Leukoverbindungen überführt. Beim Indigo entsteht daraus das Leukoindigo. In unserem Experiment ist das Reduktionsmittel das Natriumdithionit. Das Natriumhydroxid macht die Lösung basisch, denn darin löst sich das Leukoindigo besser. Die Textilie wird in die entstandene Küpe getaucht und an der Luft getrocknet. Dadurch bildet sich der Farbstoff zurück und erscheint uns blau.

    Oxidation: ${S_2O_4}^{2-} \to 2~SO_2 + 2e^-$

    Reduktion: $Indigo + 2~H_2O + 2 e^- \to Leukoindigo + H_2 + 2~OH^-$

    Redox: ${S_2O_4}^{2-} + Indigo + 2~H_2O \to 2~SO_2 + Leukoindigo + H_2 + 2~OH^-$

  • Nenne einige Färbeverfahren für Textilien.

    Tipps

    Überlege, mit welchem Färbeverfahren Textilien mit Indigo gefärbt werden.

    Manche Farben entwickeln sich erst nach einigen Schritten auf der Textilfaser.

    Lösung

    Um Stoffe zu färben, benötigt man nicht nur die Farbstoffe, sondern auch ein Verfahren, das den Stoff in der entsprechenden Farbe herstellen lässt. Manche Textilien können nur mit bestimmten Färbeverfahren gefärbt werden, die wiederum bei anderen Textilien nicht funktionieren würden.

    Die wichtigsten Färbeverfahren der heutigen Zeit sind:

    • Direktfärbung,
    • Entwicklungsfärbung,
    • Reaktivfärbung und
    • Dispersionsfärbung.

  • Begründe, warum Stoffe farbig sind.

    Tipps

    Vergrößert sich der Chromophor, verstärkt sich auch die Delokalisation.

    Überlege, welche Teilchen in einem Molekül delokalisiert werden.

    Wird die Energiedifferenz zwischen Grundzustand und angeregtem Zustand größer, dann wird das absorbierte Licht langwelliger.

    Lösung

    Das Wichtigste an einem Farbstoff ist sein Chromophor, denn dieser Teil des Moleküls sorgt für die Farbe.

    Weiterhin sind die auxochromen und antiauxochromen Gruppen von Bedeutung. Auxochrome sind funktionelle Gruppen in Farbstoff-Molekülen, welche das Absorptionsmaximum des Chromophors in den kürzer-welligen Bereich des Spektrums verschieben, und dadurch eine Farbänderung hervorrufen. Die Antiauxochrome machen genau das Gegenteil. Je größer dieses Chromophor ist und je stärker die Auxochrome und Antiauxochrome sind, desto größer ist die Delokalisation der Elektronen im Chromophor und desto kleiner ist die Energiedifferenz zwischen Grundzustand (HOMO) und angeregtem Zustand (LUMO).

    Je kleiner der Abstand zwischen den Orbitalen, desto geringer wird die benötigte Energie, um ein Elektron vom unteren ins obere Energieniveau anzuregen. Je energieärmer das Licht ist, desto größer ist seine Wellenlänge. Wenn nun also die Energiezustände soweit zusammenrücken, dass das Elektron mit Licht aus dem sichtbaren Bereich angeregt werden kann, dann wird dieses Licht dabei absorbiert und das Molekül erscheint in der Komplementärfarbe.

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