Baumwollfaser

Baumwollfaser
Fasertyp	Naturfaser
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	0,15-0,55 cN/tex (trocken) [2]
Elastizitätsmodul	4,5-11Gpa (trocken) [2]
Bruchdehnung	6-10 % (trocken) [2]
Elektrische Leitfähigkeit	107 Ωcm [2]
Wärmeleitfähigkeit	0,54 W/m*K [2]
Wasseraufnahme	8 % [1]

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, 3-5 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

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, v.a. Samenschalen, zeigt die nebenstehende 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.

Verarbeitung

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

Verglichen mit Kunstfasern ist Baumwolle sehr saugfähig und kann bis zu 65 % 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.

Gentechnik

Auxine spielen eine wichtige Rolle bei der Baumwollfaserentwicklung. Forschern der Southwest University (Chongqing) gelang mithilfe der Gentechnik eine Erhöhung der IAA-Produktion in der Epidermis der Pflanze zu Beginn des Faserwachstums. Dies führt zu einer Zunahme der Zahl und Länge verwendbarer Fasern (Lint) und einer Abnahme der Zahl der nicht zu Textilien verarbeitbaren Fasern (Linter). Feldversuche über vier Jahre ergaben, dass der Lintertrag bei den transgenen Pflanzen konsistent um mehr als 15% höher war als bei den konventionellen Kontrollgruppen. Zudem verbesserte sich die Feinheit der Fasern.^[11][12]

Einzelnachweise

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 3871508489
4. ↑ H. A. Krässing: Cellulose: Structure, Accessibility and Reactivity, Polymer Monographs, Vol. 11, Gordon and Breach Science Publishers, Amsterdam, 1993, ISBN 2881247989
5. ↑ G. Richter: Stoffwechselphysiologie der Pflanzen - Physiologie und Biochemie des Primär- und Sekundärstoffwechsels, 6. Auflage, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1998, S. 249, ISBN 3-13-442006-6
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. ↑ Fachinformationszentrum Chemie GmbH (Hrsg.): Natural and chemical fibers, bleach as a part of daily life, S. 15 pdf
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 084931741X
10. ↑ A. K. Mohanty, M. Misra,G. Hinrichsen: "Biofibres, biodegradable polymers and biocomposites: An overview", Macromolecular Materials and Engineering, 2000, Ausgabe 276/277, S.1-24
11. ↑ Mi Zhang, Xuelian Zheng, Shuiqing Song, Qiwei Zeng, Lei Hou, Demou Li, Juan Zhao, Yuan Wei, Xianbi Li, Ming Luo, Yuehua Xiao, Xiaoying Luo, Jinfa Zhang, Chengbin Xiang & Yan Pei: Spatiotemporal manipulation of auxin biosynthesis in cotton ovule epidermal cells enhances fiber yield and quality. Nature Biotechnology, Band 29, S. 453-458. doi:10.1038/nbt.1843
12. ↑ Z Jeffrey Chen & Xueying Guan: Auxin boost for cotton. Nature Biotechnology, Band 29, S. 407-409. doi:10.1038/nbt.1858