Chemiefasern (Kunstfasern)

Fasern

Der Begriff „Faser“ ist ein Sammelbegriff und umfasst viele Materialien unterschiedlicher Herkunft. Als Fasern bezeichnet man gemeinhin alle lang gestreckte Aggregate von Molekülen oder Kristalliten, die überwiegend in eine Richtung des Raumes ausgerichtet sind. Dabei können die Fasern eine sehr unterschiedliche Länge aufweisen. Wir wollen uns hier hauptsächlich mit den makromolekularen Fasern beschäftigen, die für die Herstellung von Textilien verwendet werden.

Seit Menschengedenken versucht sich jeder gegen Wind, Kälte, Sonneneinstrahlung und Niederschlag zu schützen. Hüllte man sich anfangs in Felle und Tierhäute, so kamen später verflochtene und verwobene Naturfasern wie Haare, Bast, Leinen, Flachs, Wolle, Baumwolle, Leinen und Seide hinzu.

Allerdings werden die natürlich nachwachsenden Fasern qualitativ und mengenmäßig nicht unserem Bedarf gerecht. Zum einen unterliegt die Produktion pflanzlicher und tierischer Fasern biologischen Gesetzen und somit jahreszeitlichen Schwankungen, zum anderen zwingt die wachsende Weltbevölkerung vorhandene Anbauflächen für den Anbau von Nahrungsmitteln zu nutzen. Auch der Platz für Schafe und Ziegen wird dadurch begrenzt.

Mit der Entdeckung der synthetischen Makromoleküle bot sich unabhängig von biologischen Faktoren eine neue, preiswerte Alternative zu den Naturfasern. Die neuen Polymere boten zudem ein breites Spektrum interessanter Eigenschaften und sind für viele Zwecke besser geeignet als die traditionellen Textilfasern. Nicht zuletzt spielt heute auch der Modeaspekt eine Rolle.

Fasern

Chemiefasern sind der Überbegriff für chemisch veränderte Naturfasern (halbsynthetische Fasern) und für durch Aufbaureaktionen aus Monomeren gewonnene Synthesefasern.
Baumwollfasern bestehen aus dem Polyzucker Cellulose, sie werden zu einem langen Faden versponnen. Cellulosefasern sind auch im Holz enthalten. Hier sind sie aber im Verbund mit den anderen Polymeren Hemicellulose und Lignin. Diese müssen zuerst von der Cellulose abgetrennt werden. Aus der so gewonnenen Cellulose (dem Zellstoff) kann man Papiertaschentücher aber keine Gewebe herstellen. Die Cellulose ist unlöslich und schmilzt nicht, wenigstens eine dieser Eigenschaften ist nötig, um einen Faden zu erzeugen.
Man muss die Cellulose daher modifizieren, beispielsweise indem man die OH-Gruppen der Zuckermoleküle mit Essigsäure verestert. Der Celluloseester ist dann in organischen Lösemitteln löslich und man kann aus der Lösung einen Faden gewinnen.

Es gibt auch andere Möglichkeiten, Cellulose zu modifizieren, um dann Fäden erzeugen zu können.

Diese halbsynthetischen Fasern (Kunstseiden, Viskose) basieren auf natürlichen Polymeren und nehmen eine Sonderstellung unter den Chemiefasern ein (Bild 3). Auch heute werden etwa 11 % der Fasern so erzeugt.

Seit Neustem werden jedoch Gewebe aus sogenannten Mikrofasern und mit Beschichtungen angeboten, die diese schwierige Aufgabe erfüllen. Mikrofasern sind sehr feine Fasern, die 10 mal dünner als ein Menschenhaar sind. Ein Gramm einer Mikrofaser entspricht daher ungefähr einer Länge von 10 km. Sie werden durch verbesserte Spinnverfahren aus verschiedenen Stoffen hergestellt.
Gewebe aus Mikrofasern sind extrem dicht. Regentropfen mit ihrer auf der Oberflächenspannung des Wassers beruhenden Form, können nicht in das Gewebe eindringen. Da die Gewebe aber trotzdem keine geschlossene Oberfläche bilden, kann der Schweiß und Wasserdampf die dichte Struktur von innen nach außen verlassen (Bild 5).

Die gleiche Wirkung kann man durch das Aufbringen einer hauchdünnen Membran auf ein Grundgewebe erzielen. Verwendet man Membranen aus Teflon erhält das Produkt den Namen Goretex. Teflon ist ein fluorhaltiger Kunststoff, der auch als Antihaftbeschichtung von Pfannen in unser tägliches Leben Einzug gehalten hat.
Ist das Gewebe mit einer Membran aus Polyester beschichtet, trägt das Produkt den Namen Sympatex. Die grundsätzlichen Trageeigenschaften unterscheiden sich kaum.

Die Produktion von Kunstfasern gestattet heute eine unglaubliche Produktpalette. Für jeden Anspruch wird eine Faser „maßgeschneidert“, sodass in diesem Beitrag nur ein kleiner Einblick in die Vielfalt der Chemiefasern gegeben werden kann.

Wirtschaftliche Bedeutung der Synthesefasern

Die Welt-Produktion an Textilfasern hat sich seit 1970 verdreifacht. Wegen begrenzter Möglichkeiten konnte die Baumwollmenge aber nur verdoppelt werden, die Chemiefasermenge stieg hingegen um den Faktor 5.
Bei den Chemiefasern ist die Menge an halbsynthetischen Cellulosefasern in diesem Zeitraum nahezu konstant. Bei den drei wichtigsten Synthesefasern Polyester, Polyamid und Polyacrylnitril fällt besonders die Steigerung bei Polyester auf. Ein Grund dafür ist wahrscheinlich die wirtschaftlich günstigere Verfügbarkeit der Ausgangsstoffe.

Weltweit wurden im Jahr 2008 etwa 67 Mio. t Textilfasern hergestellt, der Anteil der Chemiefasern liegt z. Z. bei 62 %. Die wichtigste Synthesefaser Polyester hat aber Baumwolle in der Herstellungsmenge bereits überholt.

In Deutschland wurden im Jahr 2008 etwa 800 000 Tonnen Chemiefasern produziert (davon 185 000 t halbsynthetische auf Cellulosebasis, 240 000 t Polyester sowie je 160 000 t Polyamid und Polyacrylnitril), im Jahr 2009 sank die Produktion rezessionsbedingt auf etwa 700 000 t.

Weltproduktion an Textilfasern in Mio. t pro Jahr:

Weltproduktion an Chemiefasern in Mio. t pro Jahr: